民机舱门安全性与可靠性分析研究

摘要

随着民用航空运输业的迅速发展，作为一种现代化交通工具的民机成为越来越多人出行的选择。在民用飞机的安全性、经济性和舒适性三大要求中，安全性是最为重要也是必须满足的要求。而舱门作为民机较为关键的部件之一，在适航条款中明确提出了其应满足的各项安全性指标要求。论文围绕着民机舱门的安全性与可靠性进行了相关的分析研究，提出了舱门安全性分析的具体步骤与流程，开展了基于过中心锁定原理的舱门典型锁定机构可靠性分析研究，并研究了布谷鸟搜索算法在舱门结构机构可靠性分析中的应用。
　　本研究主要内容包括：⑴探讨了具体的民机舱门功能危险性分析(FHA)、故障模式及影响分析(FMEA)、故障树分析(FTA)及共因故障分析(CCA)等安全性分析方法，表明了以上各民机舱门安全性分析方法之间的逻辑关系。重点阐明了民机舱门可靠性分析中涉及到的重要结构机构可靠性分析方法。以现有的系统安全性分析方法为基础，结合安全性指导性文件ARP4761，提出了民机舱门安全性分析的具体步骤与流程。⑵利用FHA得到了该舱门的三种主要故障模式，包括“偶然打开”、“不能打开”、“指示系统误示”等，通过FMEA找出了I、II类故障，并为进一步的FTA提供底事件，然后对主要故障模式进行定性FTA，探讨了各故障树底事件所需采取的可靠性建模及分析方法，并得到了各故障树的最小割集以及故障树顶事件发生概率的求解方法。本部分研究内容形成了民机舱门安全性与可靠性定性分析的主要方法，可用于解决民机舱门定性安全性分析问题。⑶对民机舱门过中心锁定原理进行了详细深入的分析，提出了典型机构过中心锁定可靠性分析模型及计算方法。针对民机舱门内部空间封闭且润滑条件较差而使用自润滑杆端关节轴承作为运动副的设计特点，提出了自润滑关节轴承磨损量计算方法，研究了间隙与磨损对机构过中心锁定可靠性的影响，并以某型民机舱门锁定机构为例，验证了本文所建立模型以及分析方法的可行性和合理性。研究内容可以为基于过中心原理的民机舱门锁定机构在设计、生产以及使用方面提供合理有效的技术参考。⑷针对空间四连杆机构过中心锁定可靠性分析的复杂性和耗时性，将空间四连杆机构过中心角度非线性方程组转化成优化问题，利用遗传算法与牛顿法结合求解过中心角度的均值，克服了传统方法对该问题初值的敏感性。然后将人工神经网络应用到过中心角度方差的分析中，以此来高效地求解所建立的空间四连杆机构过中心锁定可靠性模型。算例分析表明文中采用的方法具有高精确性和高效性。另外，进一步研究了神经网络中的主要参数对空间四连杆机构过中心锁定失效概率的影响，得到了可供选取的主要参数推荐值。本部分研究结果可为利用空间四连杆机构进行锁定的民机舱门机构的可靠性分析提供参考。⑸为解决传统结构机构可靠性分析方法在进行民机舱门结构机构可靠性分析时遇到的诸如隐式极限状态方程或非线性极限状态方程等问题，将群体智能优化算法中计算能力出众的标准布谷鸟搜索算法引入到民机舱门结构机构可靠性分析中。首先对标准布谷鸟搜索算法中的关键参数提出了两种改进措施，一种是参数根据迭代次数自适应变化，另一种是通过模糊逻辑系统对参数进行调整，提高了其计算效率及求解精度。然后将改进后的布谷鸟搜索算法与神经网络响应面法相结合，提出了民机舱门结构机构可靠性分析的高效求解方法。最后通过算例分析表明，所提方法在求解民机舱门结构机构可靠度时具有高精度及高效性。⑹对某型民机货舱门主要故障模式开展了可靠性及安全性分析。将提出的典型机构过中心锁定可靠性分析方法以及改进布谷鸟搜索算法应用于某型民机货舱门可靠性分析中。其中基于典型机构过中心锁定可靠性分析方法，对货舱门锁定机构、增压预防门机构以及安全销机构进行了可靠性分析，并探讨了间隙与磨损对以上三套机构锁定功能的定量影响程度大小。利用提出的改进布谷鸟搜索算法高精度地计算出了锁钩结构的强度失效概率。然后确定了锁定机构中关键螺栓和耳片在手柄载荷作用下的疲劳强度失效概率，以及货舱门三处指示装置发生误示的概率。最后将分析得到的货舱门主要故障模式发生概率与适航条款所规定的安全性指标进行了对比分析，以确定该货舱门是否满足适航条款要求。本部分的研究内容可为民机舱门适航符合性分析提供有益参考。

目录

论文主要符号及其含义

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究工作

第二章 民机舱门安全性与可靠性分析方法研究

2.1概述

2.2安全性和可靠性的区别与联系

2.3民机舱门安全性分析方法

2.4民机舱门可靠性分析方法

2.5民机舱门安全性分析流程

2.6 本章小结

第三章 某型民机货舱门初步安全性分析

3.1概述

3.2民机舱门典型故障统计与分析

3.3货舱门系统组成及各组成部件的功能

3.4货舱门系统功能危险性分析(FHA)

3.5货舱门系统故障模式及影响分析(FMEA)

3.6货舱门系统故障树分析(FTA)

3.7货舱门系统共因故障分析(CCA）

3.8 本章小结

第四章 基于过中心原理的舱门锁定机构可靠性分析研究

4.1 概述

4.2 典型舱门机构过中心原理分析

4.3 典型舱门机构过中心锁定可靠性及可靠性灵敏度分析模型

4.4 考虑运动副间隙磨损的机构过中心锁定角度的计算

4.5算例分析

4.6本章小结

第五章 空间四连杆机构过中心锁定可靠性分析研究

5.1概述

5.2空间四连杆机构过中心锁定可靠性分析

5.3 BP神经网络对过中心角度非线性方程组的近似

5.4 算例分析

5.5神经网络参数对空间四连杆机构过中心锁定可靠性影响分析

5.6 本章小结

第六章 基于改进布谷鸟搜索算法的舱门结构机构可靠性分析研究

6.1 概述

6.2 标准布谷鸟搜索算法及其缺陷

6.3 改进的布谷鸟算法在舱门结构机构可靠性分析中的应用

6.4 全局最优导向的模糊CS算法及其应用

6.5本章小结

第七章 某型民机货舱门可靠性与安全性分析

7.1概述

7.2货舱门发生“偶然打开”概率分析计算

7.3货舱门发生“不能打开”概率分析计算

7.4指示系统误示货舱门关闭上闩锁定分析计算

7.5某型民机货舱门安全性分析结论

7.6本章小结

第八章 全文总结与展望

8.1 本文主要工作总结

8.2 本文主要创新点

8.3 展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况

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