民机襟翼机构健康监测及维修策略研究

摘要

中国民用航空事业持续快速发展，但是制约整个民航业发展的，特别是制约中国航空维修业发展的主要矛盾还是航空业发展速度和维修能力的不匹配。现代航空企业中盲目维修和维修过剩的问题都比较严重，所以民航维修业发展想要赶上整个行业的发展速度和需求，就需要在民航维修理论和应用方面下工夫。随着现代维修理论的发展，目前的维修方法和理论往往同时结合定时维修、视情维修、状态监控等多种方式，并借助于高级的检测技术和维修策略的应用，进一步优化航空设备的维修间隔、减少不适当的维修并降低维修成本。
　　本文研究与国家中长期科学和技术发展规划纲要中提出的制造业的“基础件和通用部件的高精度检测仪器”优先领域，先进制造技术的“零部件寿命预测，重要系统的安全性、可靠性和寿命预测技术”前沿技术相一致，通过研究飞机襟翼零部件表面损伤实时监测的先进技术，结合民机襟翼元件试验和仿真，探讨先进检测技术在民航维修工程领域中的应用，以期达到提高民机系统、元件可靠性、安全性和可用性要求。本文的具体研究内容包括以下几个方面：
　　1.构建台架试验机，开展滑轨磨损性能台架试验，获得了滑轨的应力-寿命数据。并通过分析典型试验件的表面形貌，对滚轮滑轨滚动摩擦磨损过程中特有的边缘应力集中和涂层塑性变形直至剥落现象进行了成因分析。
　　2.引入基于双参数威布尔分布的可靠性系数，并由疲劳寿命分布及一定的可靠度和置信度求出疲劳寿命分散系数，从而来研究得到民机结构的安全寿命。分别通过三参数密函数、最小二乘法的寿命曲线拟合以及断裂力学理论方法，获得两类寿命估算模型并进行了对比。
　　3.针对在实际工程过程中，各种影响因素都会给疲劳寿命带来不确定性，从而在寿命的分布上体现不确定性的影响问题，引入威布尔分布来研究同一应力水平下的襟翼元件疲劳寿命可靠性。并研究了襟翼元件的预防维修策略和模型、维修间隔优化模型和结构疲劳损伤维修任务。
　　4.建立了基于单个传感器的金属接触损伤静电感应模型，并基于灵敏度指标和有限元模拟分析对传感器设计参数进行了优化。研究分析了典型试验件损伤信号，并在多静电传感器的基础上，引入静电感应模型和小波单支重构信号处理方法对损伤进行了定位研究；引入因子分析方法和支持向量机神经网络对损伤分别进行了定量研究。
　　5.引入了电荷层析图像成像算法实现了阵列式静电传感器在线监测损伤，包括：线性反投影算法（简称LBP）、基于多元线性回归正则化算法（简称MLRR）等算法，并引入了两个判据：(1)相对图像的误差、(2)重构图像与原图像的相关系数，分别作出几种典型损伤带电情况的模拟，并能进行成像评估。
　　6.将金属接触损伤诊断中静电信号的公共因子 f1、f2、f3和层析图像指标f4作为协变量，引入比例危险（简称PH）模型描述襟翼机构的失效概率、可靠度等寿命指标。基于模糊理论在兼顾可用度和费用的周期的前提下，给出维修周期的最优算法，并结合实例对其算法进行优化，将其应用于工程实际情况。
　　7.在滚轮滑轨机构力学分析的基础上，通过滚轮和滑轨的支反力求解，建立了滚轮滑轨的机构可靠性极限状态函数和对应的失效概率函数。基于线性化的逼近的思想，利用一次二阶矩方法对滚轮滑轨机构可靠性进行求解，分别研究了线性化假设和非线性化假设下的机构失效概率和可靠性灵敏度，并考察在襟翼机构打开过程中，机构失效累计分布概率最高的状态下，各个基本变量对于机构可靠性的灵敏度，得到结论为当襟翼机构旋转的角速度的均值偏差比较大的时候，机构可靠性受到影响也最大。
　　8.在机构元件的状态在线监测的前提下，借助机构可靠性模型对整个机构可靠性进行评估，在维修周期中失效概率的约束条件下，研究了实时的维修间隔周期决策方法。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状和发展

1.3本文的项目来源和研究内容

第二章 襟翼元件疲劳寿命试验与可靠性研究

2.1 试验概述

2.2 试验件表面形貌分析

2.3 试验数据

2.4 滚轮滑轨元件疲劳寿命曲线分析

2.5 襟翼元件疲劳寿命可靠性研究

2.6 本章小节

第三章 基于静电感应数据的滑轨表面健康监测

3.1 基于静电感应的健康监测新技术

3.2 基于单个静电传感器的金属接触损伤感应模型

3.3 基于灵敏度分析的单个静电传感器优化设计

3.4 基于静电感应的金属接触损伤诊断

3.5 接触疲劳裂纹扩展过程的静电特征

3.6 本章小结

第四章 基于阵列式传感器的健康监测方法研究

4.1过程层析成像技术

4.2电荷层析图像成像（EChT）算法

4.3阵列式静电传感器设计

4.4电荷层析成像的正问题

4.5电荷层析成像的逆问题

4.6本章小结

第五章 襟翼元件预防性维修周期决策研究

5.1航空维修模型与间隔优化

5.2襟翼元件维修策略优化研究

5.3本章小结

第六章 襟翼机构可靠性分析及维修决策研究

6.1襟翼机构可靠性的概念

6.2滚轮滑轨机构力学分析

6.3滚轮滑轨机构可靠性的极限状态函数

6.4基于一次二阶距方法的滚轮滑轨机构可靠性分析

6.5基于实时可靠性的襟翼机构维修决策

6.6本章小结

第七章 总结与展望

7.1论文工作的总结

7.2未来工作的展望与建议

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文