[發明專利]一種航空發動機渦輪增壓系統的安全性分析驗證方法

有效

• 申請號: 202010104688.3
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111382500B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 鮑夢瑤;丁水汀;李果
• 申請（專利權）人: 中國民航管理干部學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08;G06F119/14;F02B77/08;G01M15/05
• 代理公司: 北京汲智翼成知識產權代理事務所(普通合伙) 11381
• 代理人: 陳曦;任佳

1.一種航空發動機渦輪增壓系統的安全性分析驗證方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟S1：采用“蒙特卡洛法”評估增壓系統各失效模式的失效概率，并對比采用安全控制策略前后，所述增壓系統的失效模式及失效概率的差異，以判斷所述安全控制策略的有效性；

步驟S2：采用“模型檢驗法”對采用所述安全控制策略后的所述增壓系統的控制軟件部分進行分析檢驗，以判斷所述控制軟件部分是否具有處理異常情況輸入的能力；

步驟S1具體包括如下步驟：

步驟S11：定義所述增壓系統的輸入與輸出變量；所述輸入變量為對所述增壓系統的工作邊界變化起重要作用的影響因素，所述輸出變量為判斷所述增壓系統的失效模式的系統極限狀態函數；

步驟S12:對所述輸入變量進行隨機抽樣，并采用增壓發動機模型進行計算，得到所述增壓系統采用安全控制策略前后對應的系統極限狀態函數的概率分布特征，同時利用所述“蒙特卡洛法”評估采用所述安全控制策略前后所述增壓系統各失效模式的失效概率；

步驟S13:對比所述增壓系統采用所述安全控制策略前后對應的系統極限狀態函數的概率分布特征和失效概率，以判斷所述安全控制策略的有效性。

2.如權利要求1所述的航空發動機渦輪增壓系統的安全性分析驗證方法，其特征在于：

所述影響因素，包括節氣門開度、廢氣閥直徑、海拔高度、發動機轉速和排氣管直徑。

3.如權利要求1所述的航空發動機渦輪增壓系統的安全性分析驗證方法，其特征在于：

所述系統極限狀態函數，包括渦輪前溫度安全裕度、增壓器轉子轉速安全裕度、壓氣機喘振裕度和最高爆發壓力安全裕度的函數。

4.如權利要求1所述的航空發動機渦輪增壓系統的安全性分析驗證方法，其特征在于：

利用所述“蒙特卡洛法”評估采用所述安全控制策略前后增壓系統各失效模式的失效概率，根據如下公式實現；

其中，p_f表示所述增壓系統各失效模式的失效概率，E＝{e1,e2,...,ei}^T表示影響因素的向量；f(E)＝f(e₁,e₂,...,e_n)是基本隨機變量的聯合概率密度函數；G(E)表示所述增壓系統的失效模式對應的系統極限狀態函數；D_f表示與某一組系統極限狀態函數相對應的失效區域。

5.如權利要求4所述的航空發動機渦輪增壓系統的安全性分析驗證方法，其特征在于：

所述增壓系統的失效模式對應的系統極限狀態的函數表示為：

其中，y_sm(m＝1,2,...,n)表示所述增壓系統失效模式約束限制的安全邊界，y_om(m＝1,2,…,n)表示所述增壓系統運行狀態的工作邊界。

6.如權利要求1所述的航空發動機渦輪增壓系統的安全性分析驗證方法，其特征在于步驟S2包括如下子步驟：

步驟S21：建立所述增壓系統控制軟件部分的標準模型；

步驟S22:建立部件失效模型并加入到所述標準模型中；

步驟S23:對所述增壓系統控制軟件部分按照形式化安全性分析進行驗證。

7.如權利要求6所述的航空發動機渦輪增壓系統的安全性分析驗證方法，其特征在于：

對所述增壓系統控制軟件部分進行形式化安全性分析，包括安全屬性的形式化描述、系統失效仿真及安全屬性驗證三個方面。

8.如權利要求7所述的航空發動機渦輪增壓系統的安全性分析驗證方法，其特征在于：

所述安全屬性的形式化描述，采用被測輸出值與標準輸出值相比較的方式實現，如果所述被測輸出值與所述標準輸出值輸出控制量的誤差處在允許范圍內，則認為所述增壓系統是安全的。

9.如權利要求7所述的航空發動機渦輪增壓系統的安全性分析驗證方法，其特征在于：

對所述增壓系統控制軟件部分按照形式化安全性分析進行驗證，包括對標準模型的控制邏輯檢驗，以及在控制邏輯正常的條件下，對部件發生單一或組合失效的邏輯檢驗。