CN111523185B - 一种飞机刹车控制装置的寿命评估方法 - Google Patents

一种飞机刹车控制装置的寿命评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于民用飞机电子产品寿命试验技术领域，公开了一种飞机刹车控制装置的寿命评估方法，包括：建立刹车控制装置的故障分布数学模型；确定n个刹车控制装置在使用时间内发生故障的概率；确定所述规定可靠度、可靠寿命以及使用方风险概率之间的数学关系；根据所述数学关系得到刹车控制装置的试验时间、可靠寿命、规定可靠度以及使用方风险概率之间的对应关系，并将所述刹车控制装置的试验时间作为飞机刹车控制装置的寿命评估参数，为电子产品的使用提供了理论计算方法。

Description

一种飞机刹车控制装置的寿命评估方法
技术领域
本发明属于民用飞机电子产品寿命试验技术领域，尤其涉及一种飞机刹车控制装置的寿命评估方法。
背景技术
以美国标准MIL－HDBK－217F《电子设备可靠性预计手册》为例，该标准中有不同元器件的故障率计算模型，该模型基于指数分布，将该设备中的所有电子元器件均按照MIL－HDBK－217F标准确定的公式计算在工作电压和环境条件下的故障率，然后将所有电子元器件的故障率累加，就得到了该电子设备的故障率，故障率的倒数就是MTBF。
采用故障率评估方法中，故障率为常数值，而实际应用中，故障率会随着使用年限而发生变化，所以现有的这种方法不太合理。截止目前为止，国外没有公布电子产品寿命评估的方法。
同样采用指数分布的数学模型进行电子产品的可靠性指标预计，采用的标准有：GJB/Z299C《电子设备可靠性预计手册》，将该设备中的所有电子元器件均按照GJB/Z299C标准确定的公式计算在工作电压和环境条件下的故障率，然后，将所有电子元器件的故障率累加，就得到了该电子设备的故障率，故障率的倒数就是MTBF，采用指数分布确定MTBF产生的误差会影响工程使用。
发明内容
为克服现有国内外技术的上述不足，本发明提出了一种飞机刹车控制装置的寿命评估方法，为电子产品的使用提供了理论计算方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实施。
一种飞机刹车控制装置的寿命评估方法，所述寿命评估方法包括：
S1，建立刹车控制装置的故障分布数学模型；
S2，确定n个刹车控制装置在使用时间内发生故障的概率；
S3，获取规定可靠度、可靠寿命以及使用方风险概率，并确定所述规定可靠度、可靠寿命以及使用方风险概率之间的数学关系，所述使用方风险概率为将不合格批次产品误判为合格批次产品的概率；
S4，根据所述数学关系得到刹车控制装置的试验时间、可靠寿命、规定可靠度以及使用方风险概率之间的对应关系，并将所述刹车控制装置的试验时间作为飞机刹车控制装置的寿命评估参数。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)S1，建立刹车控制装置的故障分布数学模型，具体为：
累积失效分布函数
Figure BDA0002461688010000021
可靠度函数
Figure BDA0002461688010000022
其中，t为使用时间变量，m为威布尔分布的形状参数，m＞0；η为特征寿命，η＞0。
(2)S2，确定n个刹车控制装置在规定的使用时间内发生故障的概率，具体为：
一个刹车控制装置在规定的使用时间[0，t]内发生故障的概率为：
Figure BDA0002461688010000023
该刹车控制装在规定的使用时间[0，t]内未发生故障的概率为：
Figure BDA0002461688010000024
则n个刹车控制装置在规定的使用时间内发生故障的概率为：
Figure BDA0002461688010000025
其中，r为规定的使用时间内，在n个产品中，有r个发生了故障，T为刹车装置实际的使用时间。
(3)S3，获取规定可靠度Rc、可靠寿命tR以及使用方风险概率β，并确定所述规定可靠度、可靠寿命以及使用方风险概率之间的数学关系，具体为：
Figure BDA0002461688010000031
其中，t为使用时间变量，m为威布尔分布的形状参数，m＞0；r为规定的使用时间内，在n个产品中，有r个发生了故障，c为合格判定数，c≤r。
(4)S3，具体为：
(a)设c为合格判定数，c≤r，则在规定n、c条件下抽检方案的接收概率L(η)的计算模型为：
Figure BDA0002461688010000032
(b)将特征寿命的函数变换为可靠寿命的函数，对
Figure BDA0002461688010000033
进行变换可得：
Figure BDA0002461688010000034
(c)根据上述两个公式将特征寿命η变换为可靠寿命tR得：
Figure BDA0002461688010000035
其中，t为使用时间变量，m为威布尔分布的形状参数，m＞0；r为规定的使用时间内，在n个产品中，有r个发生了故障，c为合格判定数，c≤r。
(5)根据所述数学关系得到刹车控制装置的试验时间、可靠寿命、规定可靠度以及使用方风险概率之间的对应关系，具体为：
Figure BDA0002461688010000036
其中，Rc为规定可靠度，tR为可靠寿命，β为使用方风险概率，m为威布尔分布的形状参数，m＞0；t为使用时间变量。
(6)对所述规定可靠度、可靠寿命以及使用方风险概率之间的数学关系进行推导和变换，得到
Figure BDA0002461688010000041
两边开n次方然后取对数得：
Figure BDA0002461688010000042
将上式转换成使用时间t和可靠寿命tR的计算公式：
Figure BDA0002461688010000043
其中，Rc为规定可靠度，tR为可靠寿命，β为使用方风险概率，m为威布尔分布的形状参数，m＞0；t为使用时间变量。
(7)所述方法还包括：根据所述使用时间t和可靠寿命tR的计算公式，以及实际要求的寿命指标，进行试验评估寿命指标。
本发明技术方案以飞机刹车控制装置为例所做的创新纠正了国内外电子产品没有寿命的错误概念，为了保证旅客安全，电子产品必须在到达规定的寿命时更换；由于实施到寿更换的使用维护工作类型，国内民机未出现过由于故障产生的不良后果；本发明技术可用于家电产品的寿命控制，保证家电使用安全。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
研制协议规定一种刹车控制装置使用到4000起落时的可靠度Rc＝0.9，，每起落工作12次，使用防风险β＝0.1，形状参数m≈3，试验样件数n＝2套，按照研制要求制定抽检方案并完成试验和寿命评估。
步骤1，建立刹车控制装置的故障分布数学模型
国内电子产品采用GJB1032《电子产品环境应力筛选》进行100％出厂产品的环境应力筛选，以期消除早期故障；国外采用MIL-HDBK-2164《电子产品环境应力筛选》进行100％出厂产品的环境应力筛选，以期消除早期故障。在早期故障消除的条件下，三参数的威布尔分布数学模型中的位置参数γ＝0，成为二参数的威布尔分布。刹车控制装置采用的二参数威布尔分布的数学模型为：
Figure BDA0002461688010000051
Figure BDA0002461688010000052
式(1)～(2)中：
t：时间；F(t)：累积失效分布函数；R(t)：可靠度函数；m：威布尔分布的形状参数，m＞0；
η：特征寿命，η＞0。
步骤2，确定n个产品在时间[0，t]内发生故障的概率
1)一个产品在[0，t]内发生故障的概率为：
Figure BDA0002461688010000053
2)该产品在[0，t]内未发生故障的概率为：
Figure BDA0002461688010000054
根据概率乘法定理，n个产品在[0，t]内发生故障的概率为：
Figure BDA0002461688010000055
式中：x＝r的含义是在规定的时间内，在n个产品中，有r个发生了故障。
步骤3，确定在规定可靠度Rc的可靠寿命tR条件下的使用方风险β
1)设c为合格判定数，c≤r，则在规定t、n、c条件下抽检方案的接收概率为：
Figure BDA0002461688010000061
2)将(6)式特征寿命的函数变换为可靠寿命的函数
根据(2)式，对
Figure BDA0002461688010000062
进行变换可得：
Figure BDA0002461688010000063
将(7)式带入(6)式，将特征寿命η变换为可靠寿命tR得：
Figure BDA0002461688010000064
式(8)中，β是产品使用到可靠寿命tR时的使用方风险，使用方风险用概率表示，没有量纲。
步骤4，确定寿命评估的计算方法
航空产品出厂验收抽样方案规定，若在寿命试验过程中出现故障，则必须进行设计改进，直至在寿命试验过程中不再发生故障。一般抽样数量为每批次2套，故障数为零，即合格判定数为零。根据现有抽检方案对(8)式进行下列推导和变换：
Figure BDA0002461688010000065
两边开n次方然后取对数得：
Figure BDA0002461688010000066
将式(10)转换成试验时间t和研制协议规定的可靠寿命tR的计算公式：
Figure BDA0002461688010000071
采用式(11)制定寿命试验方案并根据试验数据进行寿命评估。
步骤5，寿命试验方案和寿命评估
1)可靠寿命tR＝4000起落的工作次数计算：4000起落×12次工作/每起落＝48000次工作；
2)根据4000起落工作48000次工作以及使用防风险β＝0.1，形状参数m≈3，试验样件数n＝2套由式(11)计算试验时间t：
Figure BDA0002461688010000072
3)根据t＝106505次工作的要求，试验方案规定试验进行110000次，且2套样件试验期间均不能出现故障。
4)实际试验时间110000次工作，2套样件试验期间均未出现故障，试验通过。
本发明技术方案以飞机刹车控制装置为例所做的创新纠正了国内外电子产品没有寿命的错误概念，为了保证旅客安全，电子产品必须在到达规定的寿命时更换；由于实施到寿更换的使用维护工作类型，国内民机未出现过由于故障产生的不良后果；本发明技术可用于家电产品的寿命控制，保证家电使用安全。

Claims (3)

1.一种飞机刹车控制装置的寿命评估方法，其特征在于，所述寿命评估方法包括：
S1，建立刹车控制装置的故障分布数学模型；
S2，确定n个刹车控制装置在使用时间内发生故障的概率；
S3，获取规定可靠度、可靠寿命以及使用方风险概率，并确定所述规定可靠度、可靠寿命以及使用方风险概率之间的数学关系，所述使用方风险概率为将不合格批次产品误判为合格批次产品的概率；
S4，根据所述数学关系得到刹车控制装置的试验时间、可靠寿命、规定可靠度以及使用方风险概率之间的对应关系，并将所述刹车控制装置的试验时间作为飞机刹车控制装置的寿命评估参数；
S1，建立刹车控制装置的故障分布数学模型，具体为：
累积失效分布函数
Figure FDA0004171849050000011
可靠度函数
Figure FDA0004171849050000012
其中，t为使用时间变量，m为威布尔分布的形状参数，m＞0；η为特征寿命，η＞0；
S2，确定n个刹车控制装置在规定的使用时间内发生故障的概率，具体为：
一个刹车控制装置在规定的使用时间[0，t]内发生故障的概率为：
Figure FDA0004171849050000013
该刹车控制装在规定的使用时间[0，t]内未发生故障的概率为：
Figure FDA0004171849050000014
则n个刹车控制装置在规定的使用时间内发生故障的概率为：
Figure FDA0004171849050000015
其中，r为规定的使用时间内，在n个产品中，有r个发生了故障，T为刹车装置实际的使用时间；
S3，获取规定可靠度Rc、可靠寿命tR以及使用方风险概率β，并确定所述规定可靠度、可靠寿命以及使用方风险概率之间的数学关系，具体为：
Figure FDA0004171849050000021
其中，t为使用时间变量，m为威布尔分布的形状参数，m＞0；r为规定的使用时间内，在n个产品中，有r个发生了故障，c为合格判定数，c≤r；
S3，具体为：
(1)设c为合格判定数，c≤r，则在规定n、c条件下抽检方案的接收概率L(η)的计算模型为：
Figure FDA0004171849050000022
(2)将特征寿命的函数变换为可靠寿命的函数，对
Figure FDA0004171849050000023
进行变换可得：
Figure FDA0004171849050000024
(3)根据上述两个公式将特征寿命η变换为可靠寿命tR得：
Figure FDA0004171849050000025
其中，t为使用时间变量，m为威布尔分布的形状参数，m＞0；r为规定的使用时间内，在n个产品中，有r个发生了故障，c为合格判定数，c≤r；
根据所述数学关系得到刹车控制装置的试验时间、可靠寿命、规定可靠度以及使用方风险概率之间的对应关系，具体为：
Figure FDA0004171849050000031
其中，Rc为规定可靠度，tR为可靠寿命，β为使用方风险概率，m为威布尔分布的形状参数，m＞0；t为使用时间变量。
2.根据权利要求1所述的一种飞机刹车控制装置的寿命评估方法，其特征在于，对所述规定可靠度、可靠寿命以及使用方风险概率之间的数学关系进行推导和变换，得到
Figure FDA0004171849050000032
两边开n次方然后取对数得：
Figure FDA0004171849050000033
将上式转换成使用时间t和可靠寿命tR的计算公式：
Figure FDA0004171849050000034
其中，Rc为规定可靠度，tR为可靠寿命，β为使用方风险概率，m为威布尔分布的形状参数，m＞0；t为使用时间变量。
3.根据权利要求1所述的一种飞机刹车控制装置的寿命评估方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述使用时间t和可靠寿命tR的计算公式，以及实际要求的寿命指标，进行试验评估寿命指标。
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