在航空发动机中，燃油调节器是对供油进行调节以合理地配合发动机工作的机构，其内部结构复杂，由多个元件组成。在贮存过程中，受温度、湿度等环境影响，燃油调节器内部燃油伺服阀和压簧两个元件容易发生性能退化，对燃油调节器贮存寿命影响显著。因此，对航空发动机燃油调节器系统进行贮存寿命评估，需要综合燃油伺服阀和压簧两个典型薄弱元件的性能退化信息。本发明是一种考虑各元件之间相关性的燃油调节器系统贮存寿命评估方法，基于各元件贮存可靠性信息，利用分位点自洽模型给出燃油调节器系统贮存寿命评估结果，适用于航空发动机贮存寿命评估等领域。
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：在工程实际中，评估航空发动机燃油调节器系统贮存寿命通常采用竞争性故障模型。竞争性故障模型假设系统内各元件之间相互独立，任一元件失效均会引起系统失效，即系统失效时间为：t＝min{t1,t2,l,tm}(1)式中：m表示系统内元件个数，t表示系统失效时间，ti表示系统内第i个元件失效时间，i＝1,2,l,m。在竞争性故障模型假设下，系统可靠度函数为：式中：r(t)表示t时刻系统可靠度函数，ri(t)表示t时刻系统中第i个元件可靠度函数。竞争性故障模型虽然操作简单，但没有考虑各元件之间的相关性。通常情况下，这一假设与工程实际并不相符。例如，当系统中元件个数较多时，即使每个元件均有极高的可靠度，系统的可靠度也非常低，这显然是不合理的。因此，在评估燃油调节器系统贮存寿命时，需要考虑系统中各元件之间的相关性。copula函数法和联合概率密度函数法均可以解决相关性问题，但是这两种方法对试验数据要求较高，当数据分散性大时，难以计算出准确的结果。综上所述，为解决燃油调节器系统贮存寿命评估问题，急需建立一种考虑各元件相关性，且对试验数据适应能力强的系统贮存寿命评估方法。技术实现要素：(1)本发明的目的：针对航空发动机燃油调节器系统在贮存寿命评估过程中存在数据分散性大、各元件之间不独立等问题，充分利用各元件贮存可靠性信息，给出一种燃油调节器系统贮存寿命评估的分位点自洽模型法，提高燃油调节器系统贮存寿命评估精度，为维修决策提供理论依据。(2)技术方案：本发明需建立如下基本设置：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；基于上述假设与思路，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，主要通过如下步骤实现：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等；在特定性能退化模型假设下，根据极大似然估计法可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(3)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)(4)基于公式(4)，可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可以得到未知参数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可表示为：t1＝inf{t≥0|x1(t)≥l1}(6)基于公式(6)，可以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：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(8)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)，可以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可以得到未知参数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可以表示为：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，可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较大，反之较小；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(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可以看出，给定任一贮存时间tj，均可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，可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)(14)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，其隐函数形式可以表示为：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(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，可在区间[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，均可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。附图说明图1为本发明所述方法流程图。图2为基于分位点自洽模型的系统贮存寿命分析流程图。具体实施方式下面结合实例对本发明进行详细说明。为了对某型号涡扇发动机燃油调节器系统进行贮存寿命评估，首先需要结合试验数据对燃油伺服阀和压簧两个典型薄弱元件进行贮存寿命评估，然后利用分位点自洽模型进行系统贮存寿命综合评估。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，见图1所示，主要通过如下步骤实现：步骤一：燃油伺服阀性能退化建模与贮存寿命评估表1为燃油伺服阀的性能退化数据，即不同贮存时间下燃油伺服阀的燃油输出流量差值。表1燃油伺服阀性能退化数据贮存时间(年)5.36.16.26.36.46.66.97燃油输出流量差值(l/h)-18.2-28.0-47.0-35.55.00-10.8-13.0-11.5贮存时间(年)7.17.27.37.47.58.18.2\燃油输出流量差值(l/h)-19.6-7.25-15.0-28.5-29.3-3.33-7.50\其中：l/h表示升/小时。基于公式(3)所示维纳过程模型，对燃油伺服阀元件进行性能退化建模与贮存寿命分析。根据技术方案中步骤一所示方法，利用极大似然估计法对模型参数进行估计，参数估计结果为：结合燃油伺服阀失效阈值l1＝38.51l/h，可以得到燃油伺服阀的可靠度函数为：式中：步骤二：压簧性能退化建模与贮存寿命评估表2为压簧的性能退化数据，即压簧的弹力值。表2压簧性能退化数据贮存时间(年)9.19.29.39.49.59.79.89.9弹力值(n)296.7295.4299.5293.6291.0293.6291.5279.0贮存时间(年)103.1108.3100.8115.1110.5119.6123.70\弹力值(n)279.6269.3267.0295.0263.0275.0260.0\其中：n表示牛顿。根据技术方案中步骤二所示方法，利用极大似然估计法对模型参数进行估计，参数估计结果为：结合燃油伺服阀失效阈值l2＝260n，可以得到压簧的可靠度函数为：步骤三：燃油调节器系统贮存寿命评估在计算出燃油伺服阀和压簧两个元件的可靠度函数后，基于分位点自洽模型计算系统贮存可靠度，见图2所示。首先，根据技术方案中步骤三所示方法，计算燃油伺服阀和压簧两个元件在可靠度分别为0.9，0.95与0.99时的可靠寿命，即t0.90，t0.95与t0.99。计算结果如下：表3燃油伺服阀和压簧可靠寿命估计值可靠寿命(年)t0.90t0.95t0.99燃油伺服阀5.113.992.53压簧13.7911.988.59其次，取不同贮存时间tj，计算燃油伺服阀和压簧的不可靠度，归一化后可得到ω1j(tj)和ω2j(tj)的值。其中，tj的取值以及其对应的元件的不可靠度值如下：表4tj取值与元件的不可靠度值tj(年)91214161820222530燃油伺服阀0.320.470.550.620.680.730.770.830.88压簧0.010.050.110.200.330.490.640.830.98最后，计算燃油调节器系统可靠度为0.9时的可靠寿命。根据步骤三，t1和t2分别为燃油伺服阀和压簧两个元件在可靠度为0.9时的可靠寿命，对于不同的贮存时间tj，均可计算得到一个系统可靠寿命tj的值，当tj＝tj时，所对应的tj就是待求的系统可靠寿命估计值。根据计算，得到燃油调节器系统在可靠度为0.9时的可靠寿命为5.221年。步骤四：燃油调节器系统贮存可靠度评估假设要求出贮存时间为10年时燃油调节器系统的贮存可靠度。根据技术方案中步骤四所述方法，对可靠度r进行取值，利用公式(15)计算不同可靠度下的系统可靠寿命。r的取值和对应的可靠寿命值见表5。表5不同可靠度取值下的系统可靠寿命可靠度0.6000.6500.6550.6560.6600.6700.7000.800系统可靠寿命(年)11.25910.11310.0069.9879.8999.6889.0667.144从表5中可以看出，当可靠度r为0.655时，系统可靠寿命最接近10年。因此，当贮存时间为10年时，系统可靠度为0.655。结果表明，燃油调节器系统的贮存寿命与贮存可靠度评估结果与工程实际相符。在对可靠度r进行取值时可以采用二分法的思想。例如，计算燃油调节器系统在贮存10年时的可靠度，当r取0.6时，系统可靠寿命大于10年，取0.7时，系统可靠度小于10年。因此只需对r在0.6和0.7之间取值即可，无需计算其余r下的系统可靠寿命。类似地，计算出r为0.65时的系统可靠寿命大于10年，因此要求的可靠度在0.65与0.7之间。如此循环往复，即可求出精度较高的系统可靠度。综上所述，本发明涉及一种燃油调节器系统贮存寿命评估的分位点自洽模型法。它针对涡扇发动机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，综合两个典型薄弱元件的性能退化信息，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计算。本发明适用于相似型号燃油调节器系统的贮存寿命评估，具有较强的可操作性。当前第1页12