基于故障树分析法的莱康明发动机附件可靠性研究

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基于故障树分析法的莱康明发动机附件可靠性研究

   发动机附件作为现代先进航空发动机的重组成部分,对发动机的正常运行以及飞机的飞行安全有着至关重的作用。本文运用故障树分析法(FTA)在对莱 康明IO-36-L2A发动机附件故障数据进行总结、分类及分析的基础上建立故障树,同时选用数学方法进行处理,得出其故障发生规律。同时出相应的故 障处理措施,在今后维护、维修工作中引以借鉴,减少不必的重复工作,高工作效率及经济效益。
关键词可靠性理论;发动机附件;故障树分析法(FTA);可靠性指标;可靠度
引言
Cessna 172R型飞机采用的是由莱康明公司生产的IO-36-L2A活塞式航空发动机,其各个附件系统(如滑油系统、点火起动系统、燃油系统和传动系统等)工 作的正常与否,对发动机的正常运行以及飞机的飞行安全有着至关重的作用。同时,可靠性理论也在机务维修工作中得到充分运用,为发动机附件可靠性分析供 了扎实的理论基础和指导。本文收集了某训练单位飞机机队发动机26年9月至29年1月间的大量故障数据,以可靠性分析为切入点,对典型故障部件 进行可靠度数学方法计算得出其故障发生规律,最终得到该部件平均故障间隔时间这样的可靠性指标。
1 发动机附件系统
发动机的主附件系统包括滑油系统、燃油系统、点火起动系统以及传动系统等。其中航空发动机上滑油系统为发动机主轴轴承、径向驱动轴轴承、 变速箱齿轮和轴承的润滑和冷却;起动系统帮助高压转子增速到接近慢车转速大约5%后脱开从而起动发动机;燃油系统是一个液压机械式系统,主包括燃油分 配系统、燃油控制系统和燃油指示系统;点火系统的作用是确定点火电嘴点火的时刻和点火能量;附件传动装置的功用就是将涡轮的轴功率传递给各个附件,并满足 各附件对转速、转向和功率的求。
2 附件典型故障树分析
故障树分析法就是在装备系统设计过程中,通过对可能造成系统故障的各种因素进行分析,画出逻辑框图(即故障树),其主步骤包括故障树的建立、故障树的数学描述、进行定性分析和定量分析。
对于燃油系统,喷嘴的损伤和堵塞都会造成燃油雾化效果,造成发动机汽缸间的燃烧不平衡;同理分配器的堵塞和渗漏;导管松动或密封圈破损引起进 气系统空气渗漏或者燃油在导管或分配器内汽化;燃调系统的内部故障而引起的发动机在贫油或富油状态下工作等,都属于燃油系统故障。
对于点火系统而言,点火电嘴污染、搭铁、积炭、积铅、间隙不正确、瓷管损伤等,都会影响点火效果;而磁电机而言,由于其主功能是供点火电能,所以其本身性能和与其相连的高压导线等都有可能影响其点火效果,同时磁电机的点火角度控制着发动机的点火时机,也非常重。
根据所采集数据(26年9月1日至29年1月6日)进行故障基本处理发现,附件中故障率最高的部件为磁电机,其故障率高达48.6%。故以磁电机故障作为典型故障分析。
图1 磁电机故障
3 磁电机故障定量分析
平均故障间隔时间θ的定义为产品寿命的算术平均值,由下式给出
(1)
式中t1=母体中每个产品发生故障前的工作时间
n=母体中总产品数
将研究对象进行处理得到磁电机故障间隔时间数据,整理成故障间隔时间(表1),单位按天计量(t)。
表1 故障间隔时间表
对上表数据进行可靠性评估,确定其参数类型
1)将上述记录的数据按序排列见表2.
2)根据平均秩次法求出中位秩数值,这里i=1, n=17时,中位值
(2)
各个失效数据代入式(2)其结果形成表2。
表2 计算数值表
3)将表2所列的故障间隔时间ti所对应的失效概率估计值F(ti)描在正态概率坐标纸上,得到图2中各点。
4)将图2中各点人工拟合出直线AB。观察AB直线,如果第三步所描的各点基本在一条直线上,就可以认为该部件故障失效概率分布在可用正态概率密度函数来描述。
5)利用拟合的直线AB,估计该正态分布的特性参数,即均值μ与标准差σ。
图2 正态概率纸检验
由图2所示的正态数值特征可以看出,在均值μ处,失效概率为.5;因此,我们只需在正态概率图的纵轴上.5的地方作一条平行于横轴的直线,使它与直线AB相交于C,再由C作垂线交与横轴的E点,则E点便是μ值,本例中μ=75天。
标准正态分布有表可查。可令
(3)
则有F(t)=Φ(t)。在正态分布表上可以查到z和Φ(t)的对应关系,如表3所示。
表3 z与φ(t)的对应关系表
根据上表求正态分布参数中的σ,同样在图2的纵轴上的.159处作一条平行横轴的直线使它与直线AB交与D点,再由D点作垂直于横轴的直线 交点F,则F点的值就相当于(μ-σ)的数值。因此,只将μ的值减去(μ-σ)(本组处理的数据此值为2天),就得到标准离差的数值。本例的标准差 55天。于是,从概率上就可以估计正态分布的特征参数。
6)根据上图可以确定该正态分布的特性参数,即均值μ与标准差σ。
μ=75,σ=55
于是,从概率纸上就可以估计正态分布的特征参数,则失效概率分布函数为
(4)
上述故障数据研究的磁电机的平均故障时间间隔为75天。
4 分析结果应用及展望
本文通过对起动机可靠性进行分析,并得出上述的分析结果。其结果可以为很多机务维修工作供依据,在平时的机务维修过程中
1)可根据其时间间隔为航材的供应和订货供依据,节约航材成本。
2)确定维修时间间隔即根据可靠性分析结果确定定时维修的时间间隔或者寿命件的寿命。
3)评价维修水平和质量即可以将可靠性分析结果同其他维修单位的结果相比较,比较平均寿命、失效数据的离散程度、可靠度和失效率等指标,评价自身维修水平的高低和维修质量。
4)本文得出系统可靠度表达式,可应用于各种机械可靠性的研究领域,在今后的系统可靠性研究中,具有理论指导作用。
参考文献
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