基于状态监测数据的航空发动机的寿命预测与维修决策研究
发布时间：2021-07-31 07:56
随着航空工业的高速发展,飞机的“安全性”,“可靠性”逐渐成为大家最为关心的问题。航空发动机作为一架飞机的“心脏”,也是唯一的动力装置,其运行的可靠性是衡量一架飞机安全性的重要指标。因此,为了避免由于航空发动机故障而引发的安全事故,常需对其可靠性进行评估,并根据评估结果预测剩余寿命,制定合理的维修优化方案。目前,国内外对于该类问题的研究,主要采用基于失效物理模型的方法,该类方法普遍存在预测精度低,效率差等问题。本文为了提高预测精度,从航空发动机的状态监测数据分析入手,建立基于状态监测数据的航空发动机的寿命预测与维修决策方法,以期最终实现航空发动机经济型与安全性水平的进一步提升。主要研究内容如下:第一,本文在进行寿命预测与维修决策之前,为了更好的理解航空发动机系统的相关状态数据,判断预测的结果和制定的维修决策是否合理。本文首先对航空发动机的结构组成、工作原理进行简单的介绍。并在此基础上,分别从失效性能指标、典型故障模式、重要性能参数等角度研究其失效机理及传播方式。第二,在基于多状态变量维修决策方面,本文采用协变量比例风险模型作为维修决策模型。由于通过线性回归分析中的K-M法确定航空发动机的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“3472”航班飞行过程中左侧严重受损的发动机由上可见，航空发动机寿命预测与维修决策研究不仅能提高系统的安全性、降
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-10-第2章航空发动机结构组成及失效机理如第1章所述，本文主要是基于状态监测数据进行航空发动机的寿命预测与维修决策分析，为了能够更好的理解航空发动机系统的相关状态数据、判断寿命预测结果是否准确、制定的决策方案是否合理。本章将对航空发动机的结构组成、工作原理等进行介绍，在了解其物理信息的基础上，从失效性能指标、典型故障模式和状态监测数据等角度进行失效机理分析，建立其失效与寿命预测之间的联系。2.1航空发动机结构组成航空发动机作为飞机的心脏，常被誉为“工业之花”，它是一种高度复杂和精密的热力机械，是为航空器提供飞行所需动力的发动机。它的发展水平直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。一般而言，航空发动机大体上由如图2-1所示的6个主要结构构成，下面分别对这几个重要组成部分进行简单介绍[54]：图2-1某型号航空发动机的结构图[54]（1）风扇风扇结构是由多个桨叶的涡轮螺旋桨构成，主要是在发动机运转时，带动压气机对进入的空气通过压缩增压转化为发动机的外涵推力，因此风扇的性能对于发动机的工作效率起到关键性作用，所以通常需要叶片满足较强的振动强度和刚度要求。（2）压气机压气机主要是利用高速转动的叶片对其做功，对进入的空气来流进一步压缩。目前压气机主要分为离心式、轴流式和混合式压气机三种类型。其中离心式和轴流式压气机结构如图2-2和2-3所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-11-图2-2轴流式压气机结构组成[54]图2-3离心式压气机结构组成[54]（3）燃烧室燃烧室的结构如图2-4所示，通过压气机增压后的空气其中的一少部分流过燃烧室中参与燃料的燃烧，将流经的燃料所携带的的化学能转化为热能；剩余的空气则流经火焰筒外的通道使火焰筒冷却降温。图2-4燃烧室结构示意图[54]（4）涡轮涡轮的主要功能是进一步加快燃烧室的高温和高压气体流出速度，将加速气体的热能转化为机械能带动涡轮叶片高速旋转做功。（5）尾喷管尾喷管位于发动机的后方，是发动机的排气系统，主要是将高温燃气高速排出，来为飞机提供推力。其剖切图如图2-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡扇发动机的工作原理及应用综述[J]. 安双琪. 内燃机与配件. 2018(01)
[2]权马尔可夫链在居民消费价格指数预测中的应用[J]. 徐娟. 当代经济. 2017(21)
[3]逐步回归分析法及其应用[J]. 游士兵,严研. 统计与决策. 2017(14)
[4]模糊权马尔可夫链在原州区降雨量预测中的应用[J]. 李淑娟. 农业科学研究. 2016(03)
[5]多元线性回归分析与逐步回归分析的比较研究[J]. 陈正江,蒲西安. 牡丹江教育学院学报. 2016(05)
[6]Remaining useful life prognostics for aeroengine based on superstatistics and information fusion[J]. Liu Junqiang,Zhang Malan,Zuo Hongfu,Xie Jiwei. Chinese Journal of Aeronautics. 2014(05)
[7]浅谈涡扇发动机故障的QAR数据分析[J]. 陈国焉. 航空维修与工程. 2012(02)
[8]基于单元体的军用航空发动机寿命控制和管理[J]. 徐可君. 海军航空工程学院学报. 2007(05)
[9]直升机关键构件疲劳寿命监控中的核心技术[J]. 余建航,贺美云. 直升机技术. 2006(04)
[10]基于比例风险模型的航空发动机视情维修决策[J]. 左洪福,张海军,戎翔. 航空动力学报. 2006(04)
博士论文
[1]航空发动机性能评价与衰退预测方法研究[D]. 谢晓龙.哈尔滨工业大学 2016
[2]复杂应力状态下焊接接头的疲劳寿命预测方法研究[D]. 高会英.电子科技大学 2016
[3]威布尔分布模型及其在机械可靠性中的应用研究[D]. 凌丹.电子科技大学 2011
[4]基于智能技术的民航发动机故障诊断和寿命预测研究[D]. 郝英.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]基于威布尔分布的涡扇发动机寿命预测研究[D]. 张晓彤.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于数据驱动的设备剩余寿命预测方法研究[D]. 史丽丽.华北电力大学(北京) 2019
[3]航天器关键部件寿命预测与可靠性研究[D]. 王妮.西安理工大学 2018
[4]基于统计学的维修决策及其在航空发动机系统中的应用[D]. 高剑伟.哈尔滨工业大学 2018
[5]基于比例风险模型的元件贮存可靠性评估方法[D]. 陈玉阳.南京航空航天大学 2018
[6]基于状态的滚动轴承寿命预测与维修计划优化研究[D]. 马慧.北京交通大学 2017
[7]基于马尔可夫模型的寿命预测技术研究[D]. 郭超众.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3313089
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“3472”航班飞行过程中左侧严重受损的发动机由上可见，航空发动机寿命预测与维修决策研究不仅能提高系统的安全性、降
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-10-第2章航空发动机结构组成及失效机理如第1章所述，本文主要是基于状态监测数据进行航空发动机的寿命预测与维修决策分析，为了能够更好的理解航空发动机系统的相关状态数据、判断寿命预测结果是否准确、制定的决策方案是否合理。本章将对航空发动机的结构组成、工作原理等进行介绍，在了解其物理信息的基础上，从失效性能指标、典型故障模式和状态监测数据等角度进行失效机理分析，建立其失效与寿命预测之间的联系。2.1航空发动机结构组成航空发动机作为飞机的心脏，常被誉为“工业之花”，它是一种高度复杂和精密的热力机械，是为航空器提供飞行所需动力的发动机。它的发展水平直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。一般而言，航空发动机大体上由如图2-1所示的6个主要结构构成，下面分别对这几个重要组成部分进行简单介绍[54]：图2-1某型号航空发动机的结构图[54]（1）风扇风扇结构是由多个桨叶的涡轮螺旋桨构成，主要是在发动机运转时，带动压气机对进入的空气通过压缩增压转化为发动机的外涵推力，因此风扇的性能对于发动机的工作效率起到关键性作用，所以通常需要叶片满足较强的振动强度和刚度要求。（2）压气机压气机主要是利用高速转动的叶片对其做功，对进入的空气来流进一步压缩。目前压气机主要分为离心式、轴流式和混合式压气机三种类型。其中离心式和轴流式压气机结构如图2-2和2-3所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-11-图2-2轴流式压气机结构组成[54]图2-3离心式压气机结构组成[54]（3）燃烧室燃烧室的结构如图2-4所示，通过压气机增压后的空气其中的一少部分流过燃烧室中参与燃料的燃烧，将流经的燃料所携带的的化学能转化为热能；剩余的空气则流经火焰筒外的通道使火焰筒冷却降温。图2-4燃烧室结构示意图[54]（4）涡轮涡轮的主要功能是进一步加快燃烧室的高温和高压气体流出速度，将加速气体的热能转化为机械能带动涡轮叶片高速旋转做功。（5）尾喷管尾喷管位于发动机的后方，是发动机的排气系统，主要是将高温燃气高速排出，来为飞机提供推力。其剖切图如图2-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡扇发动机的工作原理及应用综述[J]. 安双琪. 内燃机与配件. 2018(01)
[2]权马尔可夫链在居民消费价格指数预测中的应用[J]. 徐娟. 当代经济. 2017(21)
[3]逐步回归分析法及其应用[J]. 游士兵,严研. 统计与决策. 2017(14)
[4]模糊权马尔可夫链在原州区降雨量预测中的应用[J]. 李淑娟. 农业科学研究. 2016(03)
[5]多元线性回归分析与逐步回归分析的比较研究[J]. 陈正江,蒲西安. 牡丹江教育学院学报. 2016(05)
[6]Remaining useful life prognostics for aeroengine based on superstatistics and information fusion[J]. Liu Junqiang,Zhang Malan,Zuo Hongfu,Xie Jiwei. Chinese Journal of Aeronautics. 2014(05)
[7]浅谈涡扇发动机故障的QAR数据分析[J]. 陈国焉. 航空维修与工程. 2012(02)
[8]基于单元体的军用航空发动机寿命控制和管理[J]. 徐可君. 海军航空工程学院学报. 2007(05)
[9]直升机关键构件疲劳寿命监控中的核心技术[J]. 余建航,贺美云. 直升机技术. 2006(04)
[10]基于比例风险模型的航空发动机视情维修决策[J]. 左洪福,张海军,戎翔. 航空动力学报. 2006(04)
博士论文
[1]航空发动机性能评价与衰退预测方法研究[D]. 谢晓龙.哈尔滨工业大学 2016
[2]复杂应力状态下焊接接头的疲劳寿命预测方法研究[D]. 高会英.电子科技大学 2016
[3]威布尔分布模型及其在机械可靠性中的应用研究[D]. 凌丹.电子科技大学 2011
[4]基于智能技术的民航发动机故障诊断和寿命预测研究[D]. 郝英.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]基于威布尔分布的涡扇发动机寿命预测研究[D]. 张晓彤.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于数据驱动的设备剩余寿命预测方法研究[D]. 史丽丽.华北电力大学(北京) 2019
[3]航天器关键部件寿命预测与可靠性研究[D]. 王妮.西安理工大学 2018
[4]基于统计学的维修决策及其在航空发动机系统中的应用[D]. 高剑伟.哈尔滨工业大学 2018
[5]基于比例风险模型的元件贮存可靠性评估方法[D]. 陈玉阳.南京航空航天大学 2018
[6]基于状态的滚动轴承寿命预测与维修计划优化研究[D]. 马慧.北京交通大学 2017
[7]基于马尔可夫模型的寿命预测技术研究[D]. 郭超众.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3313089
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