CN109918737A - 航空发动机限寿件安全寿命的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明航空发动机限寿件安全寿命的确定方法通过将定量适航安全要求转化为确定航空发动机限寿件安全寿命的约束条件，通过建立不等式，得到航空发动机限寿件允许的最大安全寿命。具体步骤如下：首先，根据试验或现场使用寿命数据，采用极大似然估计方法，估计航空发动机限寿件寿命的威布尔密度分布函数；然后，从适航安全要求角度，根据该限寿件失效后果严重度等级，参照航空事件后果严重度等级及发生概率划分表，得到该限寿件的定量风险要求；最后，提出该限寿件在更换前，应满足：其单位时间平均累计失效风险小于定量风险要求，建立不等式，根据不等式，计算得到航空发动机限寿件允许的最大安全寿命。

Description

航空发动机限寿件安全寿命的确定方法

技术领域：

本发明涉及一种航空发动机限寿件安全寿命的确定方法。

背景技术：

限寿件，即寿命限制件，发动机限寿件指的是其失效可能导致危害性发动机后果的转子和关键静子结构件，典型的航空发动机限寿件包括但不限于：盘、隔圈、轮毂、轴、高压机匣和非冗余的安装部件。在航空发动机适航规章中规定：发动机限寿件必须通过局方批准的程序，指定使用限制中发动机每个限寿件的安全寿命。如果将限寿件安全寿命规定的过长就会影响发动机的安全，但规定的过短则会导致限寿件的浪费，造成巨大的经济损失。目前，限寿件安全寿命是按照试验数据所确定的平均寿命再除以分散系数得到的：

式中：T_c——安全寿命，即定时维修间隔期；

—一机件(维修项目)试验的平均寿命；

n_f——分散系数，一般n_f＝1.5～2，甚至达到4～6。

目前的方法没有将安全寿命值与适航安全要求、寿命分布特点直接联系起来，因此，在分散系数的选取时缺乏依据，只能凭借经验，通常采用偏于保守的分散系数值。随着限寿件试验或现场使用寿命数据的积累，为定量分析和满足适航安全要求，制定更科学的安全寿命提供了依据。

目前尚未有文献考虑将定量适航安全要求转化为确定航空发动机限寿件安全寿命的约束条件，以得到航空发动机限寿件允许的最大安全寿命。

发明内容：

鉴于现有的航空发动机限寿件安全寿命的确定方法中，分散系数选取时缺乏依据，只能凭借经验，通常偏于保守的问题，本发明提出了一种航空发动机限寿件安全寿命的确定方法。

本发明所采用的技术方案有：一种航空发动机限寿件安全寿命的确定方法，具体步骤如下：

首先，根据试验或现场使用寿命数据，采用极大似然估计方法，估计航空发动机限寿件寿命的威布尔密度分布函数f(t)；

然后，从适航安全要求角度，根据该限寿件失效后果严重度等级，参照航空事件后果严重度等级及发生概率划分表，得到该限寿件的定量风险要求R；

最后，提出该限寿件在更换前，应满足：其单位时间平均累计失效风险小于定量风险要求R，建立不等式：

根据不等式(1)，计算得到航空发动机限寿件允许的最大安全寿命x。

进一步地，

1)威布尔的参数估计

假定收集了n组限寿件的试验或现场使用寿命数据，其中r组为完全数据，分别为t₍₁₎≤t₍₂₎≤…≤t_(r)，n-r组为右截尾数据，预防性更换时间为t_p，已知两参数威布尔分布的密度函数为

因此，其对应的似然函数为

对上式(3)取对数并求导，再整理简化后得到

通过数值方法迭代求解，以得到形状参数m和尺度参数η。

本发明具有如下有益效果：本发明将定量适航安全要求转化为确定航空发动机限寿件安全寿命的约束条件，以得到航空发动机限寿件允许的最大安全寿命。

附图说明：

图1为本发明航空发动机限寿件安全寿命的确定方法示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明航空发动机限寿件安全寿命的确定方法通过将定量适航安全要求转化为确定航空发动机限寿件安全寿命的约束条件，通过建立不等式，得到航空发动机限寿件允许的最大安全寿命。具体步骤如下：

首先，根据试验或现场使用寿命数据，采用极大似然估计方法，估计航空发动机限寿件寿命的威布尔密度分布函数f(t)(形状参数m，尺度参数η)；

然后，从适航安全要求角度，根据该限寿件失效后果严重度等级，参照航空事件后果严重度等级及发生概率划分表，得到该限寿件的定量风险要求R；

最后，提出该限寿件在更换前，应满足：其单位时间平均累计失效风险小于定量风险要求R，所以建立不等式：

根据不等式(1)，计算得到航空发动机限寿件允许的最大安全寿命x。

其中：

1)威布尔的参数估计

假定收集了n组限寿件的试验或现场使用寿命数据，其中r组为完全数据，分别为t₍₁₎≤t₍₂₎≤…≤t_(r)，n-r组为右截尾数据，预防性更换时间为t_p。

已知两参数威布尔分布的密度函数为

因此，其对应的似然函数为

对上式(3)取对数并求导，再整理简化后可得

这是两个超越方程，需用数值方法迭代求解，以得到形状参数m和尺度参数η。

2)定量适航安全要求的确定

为确定航空事件后果严重度等级，FAA AC 25.1309-1A中定义了不安全事件后果的4个严重程度等级，AC39-8的CAAM方法针对航空动力装置也提出了4个严重程度等级。表1给出了一种事件后果严重度等级的划分，从表1中可以看出，事件后果严重度等级可以划分为灾难性的、危险的、较大的、较小的和无安全影响的5个等级。

表1航空事件后果严重度等级及发生概率划分

如通过故障模式及影响分析，得出某限寿件失效的严重程度是灾难性的，因此其定量的适航安全要求是失效概率≤10^-9(每飞行小时)。由于飞机采用双发模式，因此，从单发角度可知，该限寿件的定量适航安全要求是失效概率R≤10^-5(每飞行小时)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种航空发动机限寿件安全寿命的确定方法，其特征在于：具体步骤如下：

首先，根据试验或现场使用寿命数据，采用极大似然估计方法，估计航空发动机限寿件寿命的威布尔密度分布函数f(t)；

然后，从适航安全要求角度，根据该限寿件失效后果严重度等级，参照航空事件后果严重度等级及发生概率划分表，得到该限寿件的定量风险要求R；

最后，提出该限寿件在更换前，应满足：其单位时间平均累计失效风险小于定量风险要求R，建立不等式：

根据不等式(1)，计算得到航空发动机限寿件允许的最大安全寿命x。

2.如权利要求1所述的航空发动机限寿件安全寿命的确定方法，其特征在于：

1)威布尔的参数估计

假定收集了n组限寿件的试验或现场使用寿命数据，其中r组为完全数据，分别为t₍₁₎≤t₍₂₎≤…≤t_(r)，n-r组为右截尾数据，预防性更换时间为t_p，已知两参数威布尔分布的密度函数为

因此，其对应的似然函数为

对上式(3)取对数并求导，再整理简化后得到

通过数值方法迭代求解，以得到形状参数m和尺度参数η。