民机伺服作动系统故障分析与测试样本优化方法研究

摘要

作为民用飞机飞行控制系统的重要分系统，伺服作动系统主要是执行来自于飞行员或控制器的指令，驱动飞机舵面的偏转从而控制飞行姿态，其性能优劣与飞机的性能和飞行安全息息相关。调查研究表明，伺服作动系统是电传操作系统故障高发环节，因此，深入分析伺服作动系统的故障机理，研究提高伺服作动系统可靠性和安全性的测试方法是民用飞机电传操纵系统研制过程中一个十分重要的课题。
　　为了及时发现潜在故障，通常在飞机总装阶段进行故障注入测试性试验。故障注入测试性试验实际上就是一个抽样检验过程，抽取系统的一部分故障模式，优化分配故障注入试验所需的样本集。为了得到测试性试验高置信度的结论，就要注入结构合理、代表性全面的故障样本集。本文以民机伺服作动系统作为研究对象，重点研究了测试性试验设计中的故障分析方法，故障样本优化选取方法及故障样本集评估方法三个方面内容。
　　首先简要介绍了民机伺服作动系统的结构组成，以波音777飞机的伺服作动系统为例，通过采用模糊故障树定性分析和定量分析方法，对伺服作动系统的重要组成部分伺服作动器进行了故障分析，重点对造成“电液作动器输出不稳定”的内外部影响因素进行全面的剖析。
　　然后针对现有基于故障率的抽样方案试验结果不可信的问题，提出了一种以故障属性为研究点的模型以及基于层次分析法的故障样本的优选方案。此套方案充分考虑了故障率、故障扩散强度和故障危害程度这三种属性，建立了故障属性的数学模型和计算故障属性值的模型，再由层次分析法通过加权选取故障样本，能够有效避免传统基于数学/统计模型的样本抽样方法导致的样本随机性较大、样本代表性不高等问题。
　　最后构建以样本量评估、样本结构评估、故障注入评估为指标的三级评估体系，选取结构覆盖度、功能覆盖度这两个关键指标对优选后的故障样本集进行验证分析，评估优选样本集合的代表性和合理性。

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注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 故障样本分析方法的研究现状

1.3 故障样本选取方法的研究现状

1.4 故障样本的评估方法的研究现状

1.5 主要研究内容和结构安排

第二章 民机伺服作动系统

2.1 引言

2.2 伺服作动系统组成及工作原理

2.3 电液伺服系统

2.4 电液伺服作动器的故障原因分析

2.5 B777伺服作动系统

2.6 本章小结

第三章 基于模糊故障树的故障分析方法

3.1 引言

3.2 故障树分析法

3.3 模糊故障树分析

3.4 方向舵作动器模糊故障树分析

3.5 本章小结

第四章 基于故障属性和层次分析法的故障样本选取方法

4.1 引言

4.2 故障属性的建立

4.3 层次分析法

4.4 基于故障属性和层次分析法的故障样本选取方法

4.5 案例分析

4.6 本章小结

第五章 故障测试样本集的评估方法研究

5.1 引言

5.2 故障样本集覆盖性定量评估体系

5.3 评估模型数学定义

5.4 故障样本集评估方法设计

5.5 案例仿真

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文