[发明专利]一种航空发动机FADEC系统安全性评估方法

权利要求书

1.一种航空发动机FADEC系统安全性评估方法，其特征在于，所述航空发动机FADEC系统安全性评估方法，将FADEC系统出现故障导致发动机LOTC事件作为系统的失效状态；然后分析FADEC系统导致LOTC事件的系统单元，建立FADEC系统单元之间的可靠性模型，求出系统失效状态的最小割集；

然后在时域内模拟系统状态的随机游走；通过计算机仿真来实现利用蒙特卡洛模拟对系统状态之间的转移时间和转移结果进行抽样来得到大量具体的系统状态；系统失效的概率用抽样得到的系统失效的频率来估计，所述系统失效的概率等于所有抽样中系统失效状态的个数与抽样次数的比值；

最后得到FADEC系统在任务时间内的瞬时LOTC率和平均LOTC故障频度。

2.如权利要求1所述的航空发动机FADEC系统安全性评估方法，其特征在于，蒙特卡洛模拟方法，包括：

首先建立一个与求解有关的概率模型或随机过程，使概率模型或随机过程的参数等于所求问题的解；然后通过对概率模型或过程的观察或抽样试验来计算所求参数的统计特征；最后给出所求解的近似值。

3.如权利要求2所述的航空发动机FADEC系统安全性评估方法，其特征在于，蒙特卡洛模拟方法求解问题的步骤如下：

建立一个与求解有关的概率模型，使求解为所构建模型的概率分布或数学期望；

对模型进行随机抽样观察，即产生随机变量；

用算术平均数作为所求解的近似平均值，给出所求解的统计估计值。

4.如权利要求1所述的航空发动机FADEC系统安全性评估方法，其特征在于，所述航空发动机FADEC系统安全性评估方法基于蒙特卡洛模拟的FADEC系统进行安全性评估，具体包括：

1)随机系统的转移过程：

FADEC系统可靠性模型中包括18个单元，每个单元处于工作、热备份和失效三种状态；假设热备份状态为单元的工作状态，在单元的寿命过程中，热备份状态从一个状态转移到另一个状态，其中转移的发生时间是随机的，转移到达的状态也是随机的；这样每一个单元的随机行为由描述不同状态转移概率的矩阵来定义；另一方面，系统在某一个给定时刻发生状态转移并进入新的配置状态是由一个概率密度函数决定，此函数全面地描述系统在时域内的随机行为；

随机系统的转移过程中，通过对系统中单元所有状态的可能组合进行排序来对系统的配置进行编号；具体地，令k_n表示系统第n次转移到达的状态，t_n表示转移发生的时刻；

所述随机系统的转移过程，包括：

一般的转移，系统在时刻t'转入状态k'，则决定系统在时刻t发生下一次转移并进入状态k的概率定义是：

T(t|t'，k')——给定系统在t'发生上一次转移并进入状态k'的条件下，系统在t与t+dt间发生下一次转移的条件概率；

C(k|k'，t)——给定系统在初始状态为k'、在时刻t发生状态转移的条件下系统进入状态k的条件概率；

上面定义的概率进行如下归一化：

公式(2)中k和k'分别表示系统转移到达的状态；t和t'分别表示状态转移发生的时刻；

其中Ω为系统所有可能状态构成的集合；其中，当T(t|t′，k′)不归一化为1时，系统以概率1-∫T(t|t',k')dt在时刻t'落入状态k'且无法离开，该状态称为吸收态；

所述随机系统的转移过程引入两个概率函数构成一个转移(t'，k')→(t，k)的概率转移核，即：

K(t,k|t',k')＝T(t|t',k')C(k|k',t) (3)；

公式(3)中k和k'分别表示系统转移到达的状态；t和t'分别表示状态转移发生的时刻；

K(t,k|t',k')——给定系统的初始时刻为t'和初始状态为k'，在时刻t发生状态转移的条件下系统进入状态k的条件概率。

5.如权利要求4所述的航空发动机FADEC系统安全性评估方法，其特征在于，系统状态的随机游走，包括：

通过公式(3)对系统状态转移的随机过程进行时间和状态两个概率函数的转移概率建模，并通过对转移时间以及转移结果进行抽样来得到大量的具体实现。

6.如权利要求4所述的航空发动机FADEC系统安全性评估方法，其特征在于，系统不可靠度的蒙特卡洛估计方法包括：

为进行安全性分析，确定系统配置的一个子集，所述子集为失效状态集г，该子集为求出的系统所有导致LOTC事件最小割集的集合；当系统进入某一个这样的状态，就记录一次系统失效及其发生的时刻；对于某个给定的时刻t，系统在此刻前失效的概率，即不可靠度F_T(t)；由时刻t前系统失效发生的频率估计，所述频率等于所有随机游走的实现中时刻t前失效的个数与生成的随机游走实现的总数的比值；

具体地，从计算机代码实现的角度，将系统的任务时间划分为N_t个长度为Δt的小区间，对每个时间区间配置一个不可靠度计数器C^R(t)来记录失效的发生：假如系统在时刻τ进入某一失效状态，则对所有的t∈[τ,T_M]对应的C^R(t)加1；在进行了M次随机游走试验后，系统不可靠度的估计由C^R(t)除以M得到，其中t∈[0,T_M]。