论航空发动机的可靠性

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1、.1论航空发动机可靠性...0研究背景可靠性是衡量航空发动机设计和运行特性的重要指标之一，不仅关乎航空公司的利益，还关系着乘客的生命安全。航空发动机作为飞机的核心动力，其安全性和可靠性评估成了当前航空领域研究的重点。可靠性是指产品在规定时间规定条件下完成规定功能的能力，是对产品故障工作的度量，最早源于航空领域。二战结束后，可靠性已经作为一门单独的学科出现，工程技术人员和数学家们运用概率论与数理统计知识对产品的可靠性问题进行了大量的定性定量研究，原因是系统越来越复杂，不解决可靠性问题，系统就失去了意义。由于

2、新材料、新技术的不断出现，制造的产品会受到试验费用高，周期长等因素的影响，这就需要将可靠性分析技术应用于整个设计、制造、使用和维护阶段。上世纪60年代，许多应用于可靠性分析的统计方法得以发展，在可靠性评估与试验方面取得了巨大的进步。70年代以后，可靠性理论研究从数理基础发展到失效机理研究，形成了可靠性试验方法及数据处理方法，重视机械系统的研究及维修性的研究，还建立了可靠性管理机构，颁布了一批可靠性标准。随着产品失效机理研究的不断深入，产品的可靠性分析技术达到一个新的水平[1]。在可靠性理论中，将产品丧失规

3、定功能的现象称之为失效，这种现象往往是由产品外部条件和工作环境与产品内在失效机理共同作用的结果，是个十分复杂的过程。根据文献，大致将产品的失效机理分为过应力失效和耗损型失效两类。对于过应力失效，当应力超过所能承受的应力极限时，就会发生失效；对于损耗型失效，不论产品是否发生失效，应力都会对产品造成一定程度的损伤，并且随时间增加损伤程度逐渐累积，而损伤累积可能会造成产品功能发生退化，当这种功能退化到一定程度时，产品即发生失效[2]。航空发动机作为典型的复杂系统，存在着上述失效模式，并且失效是多种模式竞争作用的

4、结果。在发动机工作过程中，可能在某时间单位受到外力作用或出现机械故障，导致功能完全丧失；也可能随工作时间增加功能逐渐降低，直到无法正常工作。...1航空发动机可靠性的研究意义可靠性评估是了解航空发动机系统可靠性水平的重要手段，可以实现实时、动态掌握及预测可靠性水平；相关研究成果不仅可以为实现民航持续安全提供有力保证，还可以反馈到维修决策、健康管理及民机备件管理等环节，为降低民机运行成本提供可能。因此，科学评估航空发动机的可靠性水平是实现“安全”与“经济”协调优化的重要手段之一。有必要结合航空发动机系统的特

5、点，对其可靠性分析与预测技术进行深入研究[3]。航空发动机是个典型的复杂系统，决定了其可靠性评估的特殊性，传统可靠性评估方法应用受到了一定挑战，其复杂性体现在以下几个方面：一是航空发动机可靠性信息处理和利用的复杂性。航空发动机系统作为典型的复杂系统，系统的行为具有非线性的特征，加之故障数据较少，一般难以建立数据与可靠性函数之间的显性关系，通常需要通过状态监测参数描述系统状态进而提取与可靠性相关的信息，增加了可靠性分析与预测的难度；二是航空发动机作为复杂系统，往往是多失效模式并存；性能退化和突发失效两大类失

6、效模式相互作用，在系统运行的不同阶段表现形式和作用机制不断变换，本质上还是一个竞争失效问题，增加了可靠性分析与预测的复杂性[4，5]；三是航空发动机系统本身是一个开放系统，其具体的运行环境和外界因素都会对可靠性产生影响，如航线维修、天气、运营支持等因素都会导致民机系统可靠性水平发生波动，如果不加以考虑，也会对其运行安全产生影响；四是诸多不确定因素共同作用影响航空发动机系统可靠性分析与预测的效果，监测数据本身的不确定性及误差，系统运行的随机漂移产生的状态多值性与随机性，对系统认识的局限性导致可靠性分析与预测

7、模型结构的不确定性都增加了可靠性分析与预测中的不确定性，是在可靠性分析与预测过程中无法回避的问题。...二国内外可靠性发展现状2.1国外发展现状国外对航空发动机可靠性工程的认识、研究及应用经历了从忽视、重视到目前比较成熟并正日臻完善的过程[6]。以美国为例，20世纪60年代末，在单纯追求高性能、抢先研制高推重比涡扇发动机的风潮中，普惠公司F100中捷足先登，仅投资4.75亿美元，用5年时间就于1974年投入使用。但在投产使用后的5年时间内故障层出不穷，给当时制定发动机釆办政策和研制策略的政府、军方和工业部

8、门决策层以沉重打击，教训极为深刻。在总结F100及以往研制经验教训的基础上，发动机研制观念发生了从单一追求性能到性能与可靠性并重的重大转变。而后，F100发动机经过近11年的改进，追加投资6.66亿美元，终于在1985年投产了高可靠性的F100-PW-220发动机。20世纪80年代中期，美国通用公司在F404发动机研制中坚持了性能和可靠性平衡的设计准则，其设计重点的排序为：作战适用性、可靠性、维修性、费用、性能、重量。从20世