CN117010497B - 一种通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，包括：基于行业标准文件构建减震器产品结构树节点模型；基于减震器的适航要求构建适航标准体系三角模型；基于可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性要求构建减震器适航性设计过程模型；基于减震器产品结构树节点模型、适航标准体系三角模型、减震器适航性设计过程模型构建减震器适航领域知识模型；基于三元组对减震器适航领域知识模型的领域知识进行检索；基于检索后的减震器适航领域知识模型制定减震器适航审定基础确定模板。本发明实现了减震器适航审定基础快速且准确的确定，降低了适航审定基础的确定难度，为设计赋予产品适航性提供了一种有效的解决方案。
Description
技术领域
本发明属于民航产品和零部件的适航审定技术领域，特别是涉及一种通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法。
背景技术
油气式减震器是通航飞机起落架系统的关键组成，它吸收和耗散了飞机起飞滑行和着陆的撞击能，保障了飞行安全与舒适。
通航飞机起落架减震器国产化替代是发展通航制造业的重要契机，同时国产化替代也是一项复杂的面向适航审定的系统工程活动。在这个过程中，确定减震器的适航审定基础是开展国产化替代的先决条件，只有严格按照适航审定基础设计、制造并表明适航符合性的减震器才能进入航材市场。减震器的适航审定基础包括相应民用航空规章(CCAR)的某些适航条款，提供一种关于适航条款符合性验证方法的咨询通告(AC)以及支持咨询通告的各类工业标准(SAE/ASTM/GJB/HB……)等。审定基础散布于各类标准中，需要用户归纳提炼，以适航矩阵的方式结构化呈现出来并融入到产品的研制过程中。国内的通航制造业正逐步建立适航性贯穿产品全生命周期的理念，但行业整体达到适航要求还任重道远。通航飞机设计单位开展了整机适航性设计，主要包括飞机总体外形、结构设计、系统集成能力、符合性验证能力建设，尚未聚焦到关键系统与零部件独立适航方面。目前还未建立支持减震器全生命周期活动的适航标准框架体系，缺乏支持减震器研制活动的适航审定基础信息表示，导致适航审定基础确定极度依赖专业人员的技术水平，将适航要求落实到产品研制过程的难度大且效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，包括以下步骤：
基于行业标准文件构建减震器产品结构树节点模型；
基于减震器的适航要求构建适航标准体系三角模型；
基于可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性要求构建减震器适航性设计过程模型；
基于所述减震器产品结构树节点模型、所述适航标准体系三角模型、所述减震器适航性设计过程模型，采用七步法和Protégé软件构建减震器适航领域知识模型；
基于三元组对所述减震器适航领域知识模型的领域知识进行检索；
基于检索后的减震器适航领域知识模型制定减震器适航审定基础确定模板。
可选地，基于行业标准文件构建减震器产品结构树节点模型的过程包括：
基于行业标准文件提取减震器系统组成；
基于减震器的零部件从属关系构建所述减震器产品结构树节点模型。
可选地，所述减震器产品结构树节点模型包括公共部分与特色部分，所述公共部分包括内外筒、填充物、密封结构、螺纹连接件、其他非标准件；所述特色部分包括特色部件；所述减震器产品结构树节点模型中的各节点功能与减震器适航性设计过程和适航要求涉及的标准体系相关联。
可选地，基于减震器的适航要求构建适航标准体系三角模型的过程包括：
基于减震器的适航要求提出关于适航条款符合性验证方法的咨询通告以及支持所述咨询通告的工业标准；
构建支持减震器全生命周期活动的适航标准框架体系，基于所述适航标准框架体系构建所述适航标准体系三角模型。
可选地，所述适航标准体系三角模型构建标准体系，并将所述标准体系划分为材料、设计、工艺、试验、其他五类标准，并将划分的标准以适航矩阵的方式结构化呈现，融入到产品的研制过程中。
可选地，基于可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性要求构建减震器适航性设计过程模型的过程包括：
基于所述适航标准体系三角模型构建的标准体系确定减震器系统需求；
将减震器系统需求分解为系统组成，并确认需求的正确性和完整性；
开展零件设计，零件验证和系统集成验证，构建所述减震器适航性设计过程模型。
可选地，基于所述适航标准体系三角模型构建的标准体系确定减震器系统需求的过程中，基于所述适航要求提取通航飞机着陆工况，计算各个工况下的减震器外载荷，基于所述减震器外载荷确定减震器的减震性能是否满足相应着陆工况和可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性要求，并基于所述减震器产品结构树节点模型将减震器系统需求进行自上而下的需求分配与确认。
可选地，所述减震器适航审定基础确定模板以减震器产品结构树节点模型为框架，减震器适航领域知识模型为支撑，为起落架减震器的适航性设计过程提供适航标准。
可选地，所述减震器适航审定基础确定模板将减震器的全生命周期分为总体设计阶段、零件设计阶段、试制阶段，包括总体设计阶段推荐标准、公式推荐界面、具体标准界面，零件设计和试制的推荐标准。
本发明的技术效果为：
本发明提出了一种基于本体的通航飞机起落架减震器适航领域知识建模方法，实现了减震器适航审定基础快速且准确的确定；减震器适航领域知识模型将适航标准、产品构型和设计过程紧密关联，实现了适航要求与产品研制过程融合，规范了通航飞机零部件适航性设计与验证过程，为设计赋予产品适航性提供了一种有效的解决方案。基于知识模型的适航审定基础模板显著降低了适航审定基础的确定难度，加速了减震器国产化替代进程。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的通航飞机起落架减震器结构树；
图2为本发明实施例中的减震器适航性设计过程模型；
图3为本发明实施例中的适航标准体系三角模型及其与产品结构树模型关联；
图4为本发明实施例中的减震器适航性设计过程模型及其与标准体系三角模型关联；
图5为本发明实施例中的减震器适航性设计流程示意图；
图6为本发明实施例中的基于本体的起落架减震器适航领域知识模型；
图7为本发明实施例中的基于知识模型的减震器审定基础确定模板。
具体实施方式
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组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
如图1-7所示，本实施例中提供一种通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，包括以下步骤：
步骤一：通航飞机起落架减震器系统产品结构树构建
基于通航飞机AMM手册、GB/T38918-2020、HB6176-1988等提取通航飞机油气式减震器系统一般组成，按照减震器零部件从属关系构建减震器产品结构树节点模型，如图1所示。该模型将减震器系统分为公共部分和特色部分。其中，内外筒、填充物、密封结构、螺纹连接件、其他非标准件五类组成公共部分，以最大化覆盖通航飞机起落架减震器所涉及的零部件。减震器产品结构树模型中的节点通过其功能与减震器适航性设计过程和适航要求涉及的标准体系关联，如图2、3所示。例如，密封件的功能是防漏油、防灰尘进入装填空间，该零件的功能和设计应在适航性设计过程中的零件设计阶段中进行确定，对应的参考依据是标准体系三角模型中该零件所涉及的所有标准，如Q KLH 001-2016聚四氟乙烯密封圈、JBT6639-2004骨架式丁腈橡胶密封圈技术条件两个关于密封件材料选择的标准，BZ4-1995O型密封圈及密封结构的设计要求、GB/T3452.1-1992液压气动用O型橡胶密封圈尺寸系列及公差两个关于密封结构设计的标准等。
步骤二：满足减震器适航审定要求的标准体系建立
减震器的适航要求构成了其适航性设计与验证的适航审定基础。减震器适航要求包括相应民用航空规章(CCAR)的某些适航条款，提供一种关于适航条款符合性验证方法的咨询通告(AC)以及支持咨询通告的各类工业标准(SAE/ASTM/GJB/HB……)等，建立支持减震器全生命周期活动的适航标准框架体系，即以CCAR23为顶层标准，AC为二级标准，SAE、HB、GB等为三级标准的适航标准体系三角模型，自上往下依次构建标准体系，进一步将其划分为材料、设计、工艺、试验、其他五类标准并以适航矩阵的方式结构化呈现出来并融入到产品的研制过程中。标准体系与产品结构树模型和适航性设计过程模型的关联如图3、4所示。
步骤三：减震器适航性设计过程模型构建
参考SAE ARP4754A中提出的基于双“V”的飞机研制过程，结合GJB9001中提出的系统六性(可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性)，构建减震器适航性设计过程模型，如图5所示。首先以减震器适航标准体系中的标准为主确定减震器系统需求，将减震器系统需求分解给系统组成，并确认需求的正确性和完整性。需求确定后，开展零件设计，零件验证和系统集成验证。适航性设计过程主要分为系统设计和零件设计过程中的自上而下的功能和性能确定与确认以及零件和系统验证过程中自下而上的功能和性能验证。在确定系统设计需求中首先从适航要求中提取通航飞机着陆工况，根据标准中的推荐方法计算各个工况下减震器外载荷，根据外载荷确定减震器的减震性能是否满足相应着陆工况和标准中的六性要求，并将减震器系统需求根据其产品结构树模型进行自上而下的需求分配与确认。完成零件设计与制造后，在试制阶段依次完成零件验证和系统集成验证，在零件验证阶段主要开展针对零件级的验证试验，如疲劳试验、动载试验和静强度试验等以验证零件是否满足需求，在系统集成验证阶段主要开展针对系统级的验证试验，如落震试验、密封性能试验、环境试验等，最终实现自下而上的减震器功能和性能验证。
步骤四：基于本体的减震器适航领域知识模型构建
基于减震器适航性设计过程模型、产品结构树模型和适航标准体系模型及其关联关系，利用本体知识建模技术通过对领域知识结构的清晰描述和规范化表示来生成便于吸收、分享和综合应用的减震器适航领域知识表示，为减震器适航审定基础的快速准确确定并支持产品研制过程奠定基础。采用七步法和Protégé软件来构建知识模型，通过三元组来实现领域知识的快速检索，如图6所示。如图6所示，知识模型应用中，输入三元组(设计阶段，密封圈，材料规章)后，该知识模型将快速检索输出Q KLH 001-2016聚四氟乙烯密封圈、JBT6639-2004骨架式丁腈橡胶密封圈技术条件两个关于密封圈在设计阶段所需的材料标准。
步骤五：基于领域知识模型的减震器适航审定基础确定模板制定
如图7所示，减震器适航审定基础确定模板以产品结构树为框架，领域知识模型为支撑，为起落架减震器适航性设计过程提供适航标准。该模板将减震器全生命周期分为总体设计、零件设计、试制三个阶段，内容主要涉总体设计阶段推荐标准、公式推荐界面、具体标准界面，零件设计和试制的推荐标准等，该模板以产品结构树来连接领域知识模型和审定基础确定模块，通过对领域知识模型三元组的不同零件、设计过程的输入，输出在总体设计、零件设计、试制阶段该零件相对应的适航标准。
实施例二
本实施例以通航飞行训练的主要中教机DA42的起落架减震器为列，通过以下步骤实现减震器适航领域知识模型构建：
步骤1，构建DA42飞机起落架减震器产品结构树。以DA42 AMM手册-主起落架减震器装配体为核心，以GB/T38918-2020、HB6176-1988等相关文件为补充建立DA42飞机起落架减震器的产品结构树节点模型。DA42飞机起落架减震器包括内外筒、填充物、密封结构、螺纹连接件和其他非标准件组成的公共部分。具体为：填充物包含液压油和氮气N2、密封结构主要分为动、静密封结构，包含密封圈、垫片和密封胶，密封圈包含方形密封圈、备用密封圈和O型密封圈、螺纹连接件包含螺母和螺栓，螺母为锁紧螺母，螺栓有中心螺栓、下十字螺栓和外六方螺栓、其他非标准件包含止动块、充气阀、盖板、油针、防尘罩、注油嘴、套管等。
步骤2，建立满足DA42飞机起落架减震器适航审定要求的标准体系。以CCAR23为顶层标准，AC-为二级标准，HB-、GB-……为三级标准构建减震器的适航标准体系。结合步骤1建立的产品结构树，步骤3建立的适航性设计过程模型来梳理划分DA42飞机减震器全生命周期和减震器系统及零件所涉及的适航标准，汇总后划分为材料标准、设计标准、工艺标准、试验标准和其他标准。DA42飞机顶层标准为CCAR23外载荷确定相关条款、设计与构造相关条款、起落架系统相关条款；二级标准主要为AC23.1309、CTSO-c150、三级标准主要为DA42-NG-AMM、SAE AS28772C、HB4-56-1987、SAE AS28772C等。HB 6482-90为总体设计阶段标准，YB1209-1983为零件设计阶段标准，GB/T 3452.2-2007为试制阶段标准。以产品结构树节点中的密封圈为例，Q KLH 001-2016为密封圈的材料标准，HBZ4-1995为密封圈的设计标准，HB4-56-1987为密封圈的工艺标准，GB/T 5720-2008为密封圈的试验标准，GB/T5721-1993为密封圈的其他标准等。针对顶层标准的每条条款，首对其内容进行梳理分析，将其核心内容提炼形成图7所示适航矩阵模板进行呈现，核心内容主要包含与DA42飞机起落架减震器有关的数据、设计要求、材料、工艺规范等。
步骤3，建立DA42飞机起落架减震器适航性设计过程模型。以SAE ARP4754A的双“V”体系为基础，覆盖GJB9001中提出的六性，裁剪该过程模型得到DA42飞机起落架减震器适航性设计过程模型。该模型的过程主要分为总体设计、零件设计和试制。在总体设计阶段主要考虑三方面因素，首先对其六性进行全生命周期分析即针对DA42全生命周期开展飞机级FHA、PASA、飞机级CCA、系统FHA、PSSA、系统CCA、系统SSA、系统CCA、系统FMEA/FMES等来确保其安全性，通过在不同环境下验证减震器的环境适应性和基于CCAR23附录G分析减震器的维修性和持续适航，并开展日常损坏率较高的维修性分析等方法来对减震器的可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性进行评估和验证。其次再结合CCAR23附件C的基本着落情况的相关标准具体分析DA42飞机在不同着落工况下的外载荷，并通过小型飞机起落架标准载荷谱的载荷分布情况和相关公式，分析减震器的相关系统在该着陆工况下的受力情况，计算其油液阻尼力、空气弹簧力、内外筒摩擦力、缓冲系统吸收功量等数据来理论分析减震器性能是否满足着陆要求。总体设计阶段涉及CCAR23的部分适航条款，如CCAR23.301载荷、CCAR23.1309设备、系统和安装、CCAR23.1435液压系统等标准。结合六性、载荷和标准三方面因素来对DA42起落架减震器的总体设计进行综合设计，以实现其系统功能和性能。在零件设计阶段主要考虑两方面因素，一方面根据DA42飞机起落架减震器的系统组成分析减震器每个零件所涉及到的全部标准，并划分为材料、设计、工艺、试验、其他五类；另一方面具体分析各个零件是否受力和所受的力或者受力的环境是否符合相关标准所规定，是否在限制范围以内，各零件是否能够承受总体设计阶段所计算和分配的载荷，各零件之间组成的系统是否符合标准的规定，有无替换件等。在试制阶段也主要考虑两方面因素，一方面为零件集成和零件验证，根据GB/T 5720-2008，GB/T3452.2-2007等标准对DA42通航飞机起落架减震器的不同零件进行零件级试验，主要涉及疲劳试验、动载试验、静强度试验等。另一方面为系统集成和系统验证，根据CCAR23.1435、HB6090等对DA42飞机起落架减震器进行落震试验，耐压试验、密封性试验、环境试验等系统级试验。通过零件级试验和系统级试验将全方面验证其零件设计和系统设计的可靠性和安全性，是否符合零件设计阶段和总体设计阶段计算所得的相关数据等，是否满足所需的设计标准。
步骤4，构建基于本体的DA42飞机起落架减震器适航领域知识模型。利用七步法和Protégé软件来构建基于本体的减震器适航领域知识模型，具体为：1)明确DA42起落架减震器适航知识本体的领域和范围；2)收集DA42起落架减震器适航概念和数据资源；3)现有本体可重用性构建；4)DA42起落架减震器适航知识本体的分析表达；5)构建DA42起落架减震器适航知识的本体6)DA42起落架减震器适航知识本体整合与实例化；7)DA42起落架减震器适航知识本体评估和修正。通过总结，归纳以及对相关的数据来源进行合理性分析，将DA42飞机起落架减震器国产化开发的设计过程作为该领域知识模型一级本体，将DA42飞机起落架减震器产品结构树节点作为二级本体，并将其所涉及的各个规章标准作为三级本体来构建知识本体并通过三元组对DA42飞机起落架减震器的领域知识模型进行快速检索。不同零件在全生命周期不同阶段所涉及的不同类型标准组成一个三元组，全部三元组最终汇聚成DA42飞机起落架减震器适航领域知识模型。例如，三元组(设计阶段，密封圈，材料标准)描述了本体概念，“设计阶段”作为定义域，“密封圈”作为对象，“材料标准”作为值域，这样输出的值，即为DA42飞机起落架减震器在设计阶段与密封圈有关的材料标准，对应的输出结果为图6右下角小图所示的具体内容：Q KLH 001-2016、JBT6639-2004标准。该领域知识模型可以有效连接DA42飞机起落架减震器适航性设计过程模型、DA42飞机起落架减震器产品结构树和DA42飞机起落架减震器的适航标准体系模型并将其相互紧密关联形成整体，实现了适航要求与DA42通航飞机起落架减震器的研制过程融合，规范DA42通航飞机零部件适航性设计与验证过程，能支持快速准确生成DA42飞机起落架油气式减震器的适航审定基础。
步骤5，基于领域知识模型的DA42飞机起落架减震器适航审定基础模板。该模板以减震器适航性设计过程模型为核心，涵盖减震器系统组成和适航标准体系，在减震器全生命周期角度通过适航知识模型中多个三元组的输入结合产品结构树来快速生成DA42飞机起落架减震器的适航审定基础。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于行业标准文件构建减震器产品结构树节点模型；
基于减震器的适航要求构建适航标准体系三角模型；
基于减震器的适航要求构建适航标准体系三角模型的过程包括：
基于减震器的适航要求提出关于适航条款符合性验证方法的咨询通告以及支持所述咨询通告的工业标准；
构建支持减震器全生命周期活动的适航标准框架体系，基于所述适航标准框架体系构建所述适航标准体系三角模型；
基于可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性要求构建减震器适航性设计过程模型；
基于所述减震器产品结构树节点模型、所述适航标准体系三角模型、所述减震器适航性设计过程模型，采用七步法和Protégé软件构建减震器适航领域知识模型；
所述七步法具体为：S1、明确起落架减震器适航知识本体的领域和范围；S2、收集起落架减震器适航概念和数据资源；S3、现有本体可重用性构建；S4、起落架减震器适航知识本体的分析表达；S5、构建起落架减震器适航知识的本体；S6、起落架减震器适航知识本体整合与实例化；S7、起落架减震器适航知识本体评估和修正；
基于三元组对所述减震器适航领域知识模型的领域知识进行检索；
基于检索后的减震器适航领域知识模型制定减震器适航审定基础确定模板。
2.根据权利要求1所述的通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，其特征在于，基于行业标准文件构建减震器产品结构树节点模型的过程包括：
基于行业标准文件提取减震器系统组成；
基于减震器的零部件从属关系构建所述减震器产品结构树节点模型。
3.根据权利要求1所述的通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，其特征在于，所述减震器产品结构树节点模型包括公共部分与特色部分，所述公共部分包括内外筒、填充物、密封结构、螺纹连接件、其他非标准件；所述特色部分包括特色部件；所述减震器产品结构树节点模型中的各节点功能与减震器适航性设计过程和适航要求涉及的标准体系相关联。
4.根据权利要求1所述的通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，其特征在于，所述适航标准体系三角模型构建标准体系，并将所述标准体系划分为材料、设计、工艺、试验、其他五类标准，并将划分的标准以适航矩阵的方式结构化呈现，融入到产品的研制过程中。
5.根据权利要求1所述的通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，其特征在于，基于可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性要求构建减震器适航性设计过程模型的过程包括：
基于所述适航标准体系三角模型构建的标准体系确定减震器系统需求；
将减震器系统需求分解为系统组成，并确认需求的正确性和完整性；
开展零件设计，零件验证和系统集成验证，构建所述减震器适航性设计过程模型。
6.根据权利要求5所述的通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，其特征在于，基于所述适航标准体系三角模型构建的标准体系确定减震器系统需求的过程中，基于所述适航要求提取通航飞机着陆工况，计算各个工况下的减震器外载荷，基于所述减震器外载荷确定减震器的减震性能是否满足相应着陆工况和可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性要求，并基于所述减震器产品结构树节点模型将减震器系统需求进行自上而下的需求分配与确认。
7.根据权利要求1所述的通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，其特征在于，所述减震器适航审定基础确定模板以减震器产品结构树节点模型为框架，减震器适航领域知识模型为支撑，为起落架减震器的适航性设计过程提供适航标准。
8.根据权利要求1所述的通航飞机起落架减震器的适航领域知识建模方法，其特征在于，所述减震器适航审定基础确定模板将减震器的全生命周期分为总体设计阶段、零件设计阶段、试制阶段，包括总体设计阶段推荐标准、公式推荐界面、具体标准界面，零件设计和试制的推荐标准。
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