[发明专利]一种燃油调节器系统贮存寿命评估的分位点自洽模型法

摘要

本发明提供一种燃油调节器系统贮存寿命评估的分位点自洽模型法，在三种假设情况下，其实现步骤如下：一：燃油伺服阀性能退化建模与贮存寿命评估；二：压簧性能退化建模与贮存寿命评估；三：燃油调节器系统贮存寿命评估；四：燃油调节器系统贮存可靠度评估；通过以上步骤，本发明针对燃油调节器系统的两个典型薄弱环节，即燃油伺服阀和压簧，进行了性能退化建模和贮存寿命分析；在此基础上，考虑各元件相关性，通过分位点自洽模型对系统的贮存寿命和贮存可靠度进行了评估；达到了综合利用元件退化信息以准确评估燃油调节器系统贮存寿命的效果，解决了工程实际中燃油调节器系统评估过程中存在的数据分散性大、评估精度低等问题。

主权项

1.一种燃油调节器系统贮存寿命评估的分位点自洽模型法，假设情况如下：设置1燃油伺服阀和压簧为航空发动机燃油调节器贮存过程中典型薄弱环节，燃油调节器系统贮存寿命由燃油伺服阀和压簧两个元件决定；设置2燃油伺服阀和压簧两个元件性能退化过程存在相关性；设置3燃油伺服阀和压簧两个元件的性能退化量初值服从正态分布；本发明首先利用燃油伺服阀和压簧性能退化信息，进行元件贮存寿命评估；然后，利用分位点自洽模型将元件贮存寿命评估结果进行系统综合，从而给出燃油调节器系统贮存寿命评估结果；其特征在于：基于上述假设情况，本发明一种燃油调节器系统贮存寿命评估的分位点自洽模型法，通过如下步骤实现：步骤一：燃油伺服阀性能退化建模与贮存寿命评估一般情况下，常用的性能退化模型包括随机变量模型、边缘分布模型、累积损伤模型、维纳过程模型、伽马过程模型以及逆高斯过程模型；在特定性能退化模型假设下，根据极大似然估计法对模型参数进行估计；由于燃油伺服阀性能退化过程是同时具有增加和减小趋势的非单调的随机过程，因此选用维纳过程模型对其试验数据进行处理；针对燃油伺服阀的退化数据特点，建立的维纳过程模型如下：X1(t)＝μ1t+σ1W(t)+Z1···········(1)式中：X1(t)表示燃油伺服阀贮存t年后的退化量值；参数μ1为该退化过程的漂移参数，用于描述退化速率；参数σ1为扩散参数，用于描述退化波动；W(t)表示标准布朗运动过程；Z1表示燃油伺服阀退化量初值，服从参数为θ1和ε1的正态分布，即Z1～N(θ1,ε12)；根据维纳过程的性质，退化量X1(t)服从正态分布，即：X1(t)～N(θ1+μ1t,ε12+σ12t)··········(2)基于公式(4)，建立对数似然函数如下：式中：x1(ti)表示退化量X1(t)在ti时刻的取值；据此，基于极大似然估计法能得到未知参数μ1，σ1，θ1，ε1的估计值；给定燃油伺服阀退化失效阈值l1，则其失效时间T1表示为：T1＝inf{t≥0|X1(t)≥l1}···········(4)基于公式(6)，能得到燃油伺服阀失效时间T1服从逆高斯分布，可靠度函数为：式中：C(u)＝σ₁ε₁u^3/2，μ₁为漂移参数，σ₁为扩散参数，l₁为燃油伺服阀退化失效阈值，θ₁和ε₁分别为正态分布Z₁的期望和方差；步骤二：压簧性能退化建模与贮存寿命评估对压簧进行贮存寿命评估时，将压簧的弹力值作为性能退化量；根据压簧的物理性质，建立如下一维粘弹性应力松弛模型：X2(t)＝Aexp(‑t/B)+Z2···········(6)式中：X₂(t)表示压簧贮存t年后的退化量值；参数A表示弹性模量；参数B表示时间松弛系数；Z₂表示压簧的退化量初值，服从参数为θ₂和ε₂的正态分布，即根据以上假设，压簧的性能退化量X2(t)服从正态分布，即：基于公式(9)，能建立对数似然函数如下：式中：x2(ti)表示退化量X2(t)在ti时刻的取值；据此，基于极大似然估计法能得到未知参数A，B，θ2，ε2的估计值；给定压簧的退化失效阈值l2，则其失效时间T2的累积失效分布函数表示为：式中：A为弹性模量，B为时间松弛系数，l2为退化失效阈值，θ2和ε2分别为正态分布Z2的期望和方差；步骤三：燃油调节器系统贮存寿命评估基于步骤一与步骤二评估结果，能通过分位点自洽模型综合评估燃油调节器系统的可靠贮存寿命；分位点自洽模型是一种通过概率加权的方式对系统各个元件的可靠性信息进行综合，从而对系统可靠性进行评估的方法；当元件在某个贮存时间的失效概率较大时，该元件的可靠寿命对系统的可靠寿命影响大，反之小；分位点自洽模型的具体形式为：式中：Tj表示给定贮存时间tj年时燃油调节器系统的可靠寿命；T1和T2分别表示燃油伺服阀和压簧的可靠寿命；ω1j(tj)和ω2j(tj)表示分位点自洽权重，其取值为贮存tj年时燃油伺服阀和压簧失效概率即不可靠度的归一化量值，计算公式如下：式中：ωij(tj)表示第i个部件所对应的分位点自洽权重，Ri(tj)表示第i个部件在贮存tj年时的可靠度；从分位点自洽模型中能看出，给定任一贮存时间tj，均能得到一个系统可靠寿命估计值Tj；因此，通过变化贮存时间tj，得到系统可靠寿命估计值随贮存时间tj变化的曲线；由于系统内元件发生失效时，系统失效，因此取Tj＝tj时系统可靠寿命估计值即系统可靠寿命估计值随贮存时间变化的曲线与曲线Tj＝tj的交点作为系统可靠寿命评估的最终结果；步骤四：燃油调节器系统贮存可靠度评估燃油调节器系统贮存可靠度需要在分位点自洽模型的基础上进行计算，如公式(14)所示：R＝f(Tj)  (12)式中：Tj表示系统贮存时间，R表示系统的贮存可靠度，f(·)为Tj的函数，其隐函数形式表示为：与公式(12)相同，公式(15)中，Tj表示可靠度为R时系统的可靠寿命，T1(R)和T2(R)分别表示当可靠度为R时，燃油伺服阀和压簧的可靠寿命；ω1j和ω2j是分位点自洽权重，它是贮存时间为tj年时燃油伺服阀和压簧失效概率即不可靠度的归一化的量值，tj为随机选取的一列贮存时间值；为计算贮存时间为T年时的系统可靠度R，在区间[0,1]上对系统可靠度R进行取值；根据公式(15)，对于任一给定系统可靠度R，均能计算出一个系统可靠寿命Tj，将计算得到的Tj值与给定的贮存时间T进行对比，与T最接近的Tj值所对应的R值即为贮存时间为T时的系统可靠度估计值；通过以上步骤，本发明针对燃油调节器系统的两个典型薄弱环节，即燃油伺服阀和压簧，进行了性能退化建模和贮存寿命分析；在此基础上，考虑各元件相关性，通过分位点自洽模型对系统的贮存寿命和贮存可靠度进行了评估；达到了综合利用元件退化信息以准确评估燃油调节器系统贮存寿命的效果，解决了工程实际中燃油调节器系统评估过程中存在的数据分散性大、评估精度低等问题。