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        航空裝備故障損傷等級的可拓精準評定研究

        2018-07-04 03:39:58,,
        計算機測量與控制 2018年6期
        關(guān)鍵詞:量值精準度航空

        ,,

        (海軍航空大學(xué),山東 煙臺 264001)

        0 引言

        隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭節(jié)奏不斷加快,戰(zhàn)場環(huán)境不斷惡化,航空裝備的過疲勞使用極為頻繁,對航空裝備的性能和維修保障的要求也越來越高。航空裝備發(fā)生故障后,如何快速確定故障的損傷等級,在最短的時間內(nèi)合理地安排搶修計劃,對確定戰(zhàn)場搶修資源需求、提高航空裝備的戰(zhàn)場搶修能力、保持和恢復(fù)航空裝備的作戰(zhàn)能力有著非常重要的意義。

        可拓學(xué)[1]是由我國學(xué)者創(chuàng)立的一門交叉學(xué)科,相關(guān)學(xué)者應(yīng)用其研究相應(yīng)領(lǐng)域問題,取得了一些研究成果,并有著較好的應(yīng)用價值。在文獻[1-14]的基礎(chǔ)上,本文給出了故障元的概念,以形式化描述航空裝備發(fā)生的故障。結(jié)合精準度和可拓學(xué)[1]的可拓識別方法,建立了故障損傷等級的可拓精準評定模型。根據(jù)建立的關(guān)聯(lián)函數(shù),計算待判別設(shè)備與各故障元相應(yīng)特征指標的貼近程度。通過對綜合關(guān)聯(lián)度和設(shè)備故障度的計算,確定待判別設(shè)備故障的損傷等級,為確定維修計劃,提高航空裝備的戰(zhàn)場搶修能力具有重要的指導(dǎo)意義。以某型發(fā)動機故障為例進行分析研究,結(jié)果表明提出的方法是可行而有效的 ,并明確了下一步需要深入研究的問題, 為最終開發(fā)完成該型發(fā)動機故障的可拓診斷系統(tǒng)奠定堅實的基礎(chǔ),也為運用可拓學(xué)相關(guān)理論與方法分析、解決航空裝備的故障[5-9]奠定了理論基礎(chǔ)。

        1 故障元模型

        為了利用可拓學(xué)[1]中的理論與方法研究航空裝備發(fā)生的故障,利用基元理論給出故障元的概念,以形式化描述航空裝備所發(fā)生的故障。

        定義1.1 物元

        稱為航空裝備發(fā)生某故障時的故障元。其中,Or表示發(fā)生的某故障,c1,c2,c3,…,cn表示該故障的判別特征,u1,u2,u3,…,un表示特征的量值或量值域。

        例如,航空液壓油泵車是重要的航空地面保障裝備[2],可產(chǎn)生液壓動力,以完成飛機液壓系統(tǒng)及相關(guān)裝置的功能與性能檢測。飛機場站對某臺液壓油泵車進行檢測中發(fā)現(xiàn),發(fā)動機某油路傳感器信號有異常,經(jīng)過專家和技師的分析,判定此故障是柱塞卡死。

        經(jīng)過分析歷史積累的數(shù)據(jù),結(jié)合專家組的經(jīng)驗、意見,參考維修資料,建立此故障的簡單故障元[1]模型為:

        B=(Or,C,U)=

        2 航空裝備故障損傷等級的可拓評定方法

        2.1 流程圖

        航空裝備故障損傷等級可拓評定的流程如圖1。

        圖1 航空裝備故障損傷等級可拓評定的流程

        2.2 航空裝備故障損傷等級可拓評定的步驟

        2.2.1 提取判別特征

        不同的故障有不同的判定標準及判定特征。在診斷航空裝備故障損傷等級[3-7]時,要根據(jù)不同的特征參數(shù)進行評定。根據(jù)歷史維修經(jīng)驗、專業(yè)資料等提取出航空裝備故障損傷等級評定的判別特征c1,c2,c3,…,cn。

        2.2.2 建立損傷等級的故障元模型

        確定故障的損失等級十分必要,要根據(jù)不同的故障損失等級,制定最后的維修方案。在故障判別特征的基礎(chǔ)上,根據(jù)專家組及維修技師的經(jīng)驗、意見,將航空裝備發(fā)生的某種故障分為m個損傷等級,并用故障元模型描述為:

        其中:Obi(i=1,2,…,m)為該故障損傷的m個等級,cj(j=1,2,…,n)為提取的n個故障判別特征,Vij=,(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)為判別特征cj(j=1,2,…,n)關(guān)于該故障損傷等級i的量值域,即經(jīng)典域[1]。

        2.2.3 建立待評定航空裝備故障的現(xiàn)狀故障元模型

        通過儀器、儀表等,監(jiān)測得到的診斷數(shù)據(jù),結(jié)合機務(wù)保障人員的經(jīng)驗、意見,建立待評定航空裝備故障Eb的現(xiàn)狀故障元[1]模型為:

        其中:v1,v2,v3,…,vn為航空裝備故障關(guān)于判別特征c1,c2,c3,…,cn的量值。

        2.2.4 確定判別特征量值的精準度

        判別特征量值v1,v2,v3,…,vn的精準與否,對最后的評定結(jié)果起著決定性的影響。以精準度來表示v1,v2,v3,…,vn的精準程度,通過層次分析法[9],確定精準度,記為α=(α1,α2,α3,…,αn),αj∈[0,1],(j=1,2,…,n),量值越大,表示精準度越高。

        2.2.5 計算關(guān)聯(lián)度函數(shù)值

        (1)

        (2)

        (3)

        將2.2.3中確定的各判別特征的量值代入相應(yīng)的關(guān)聯(lián)度函數(shù)中,以計算出相應(yīng)的關(guān)聯(lián)函數(shù)值。

        2.2.6 計算權(quán)系數(shù)

        2.2.7 計算故障度,確定故障損傷等級

        考慮判別特征的權(quán)系數(shù)及判別特征量值精確度的基礎(chǔ)上,建立故障損失等級判定的綜合優(yōu)度公式為:

        (i=1,2,…,m)

        (4)

        將待評定故障相應(yīng)的量值代入公式(4)中,計算出航空裝備故障Eb關(guān)于故障損傷等級i的故障度為λi(Eb)。

        決策者依據(jù)判定的故障損傷等級,確定最終的維修方案,安排合適的機務(wù)維修、保障人員及維修設(shè)施設(shè)備,對發(fā)生的故障進行維修。

        3 應(yīng)用實例

        艦面定檢狀態(tài)下,確定某型號飛機的發(fā)動機已發(fā)生故障?,F(xiàn)利用本文方法評定該故障的損傷等級,為機務(wù)維修保障人員選擇適當維修方案提供參考依據(jù)。

        根據(jù)該型發(fā)動機的故障診斷數(shù)據(jù)庫[11-14],結(jié)合檢測設(shè)備的綜合檢測,專家和機務(wù)技術(shù)人員的經(jīng)驗、意見,確定該飛機發(fā)動機發(fā)生了故障A。經(jīng)過診斷,提取該故障的4個判定特征,分別為高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速c1、發(fā)動機進口總溫c2、滑油壓力c3和發(fā)動機機閘振動值c4。將故障A的損傷分為4個等級,并用故障元模型刻畫為:

        其中,各損傷等級關(guān)于各判別特征的經(jīng)典域數(shù)據(jù)已經(jīng)過數(shù)量級處理。

        故障A損傷等級節(jié)域的故障元模型為:

        經(jīng)過監(jiān)測設(shè)備檢測,并結(jié)合機務(wù)保障人員的經(jīng)驗、意見,確定該發(fā)動機關(guān)于故障A的4個判別特征的量值v1,v2,v3,v4分別為57,4.3,2.6,2.8,量值的精準度α=(α1,α2,α3,α4)=(0.98,0.99,0.98,0.97)。運用層次分析方法計算出4個判別特征的權(quán)系數(shù)為:δ=(δ1,δ2,δ3,δ4)=(0.35,0.15,0.2,0.3)。

        根據(jù)判別特征、精準度、權(quán)系數(shù)的量值及公式(1)~(4),通過Matelab計算機編程,計算出各故障的關(guān)聯(lián)函數(shù)值、故障度,并得到該故障損傷等級的仿真圖,如圖2。

        圖2 飛機發(fā)動機故障A的損傷等級仿真

        從仿真圖2中可見,該飛機發(fā)動機故障A的損傷等級為3級的可能性最大。決策者根據(jù)該判定結(jié)果,可以為確定最后的維修方案提供理論數(shù)據(jù)參考依據(jù)。

        4 結(jié)束語

        本文將可拓學(xué)中的相關(guān)理論與方法應(yīng)用于航空裝備故障診斷中,提出了一種航空裝備故障損失等級的可拓精準判定方法。利用可拓學(xué)基元理論給出了故障元的概念,形式化描述航空裝備發(fā)生的故障。利用可拓學(xué)的可拓識別方法對航空裝備故障損傷等級的評定進行研究,能對航空裝備所發(fā)生故障的損傷等級進行準確定量化地評定。為機務(wù)保障人員確定最后的維修方案提供理論依據(jù)。但限于篇幅原因,提取的故障判別特征不夠細化,定性判別特征的定量化數(shù)據(jù)處理不夠,節(jié)域及經(jīng)典域量值的確定缺乏足夠多的數(shù)據(jù)支撐。下一步,將根據(jù)該型發(fā)動機累計的故障庫數(shù)據(jù),對上述問題進行充分的挖掘研究。為最終開發(fā)完成該型發(fā)動機故障的可拓診斷系統(tǒng)奠定堅實的基礎(chǔ)。

        參考文獻:

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        4 結(jié)束語

        本文對民用直升機噪聲適航合格審定噪聲符合性驗證噪聲測量系統(tǒng)設(shè)計背景、設(shè)計過程及應(yīng)用情況作了簡要介紹,試驗結(jié)果表明,該方法可行高效,與傳統(tǒng)試驗方法相比,因為能夠現(xiàn)場判斷試驗數(shù)據(jù)的有效性,所以可以減少不必要的備份飛行架次,更不需要重復(fù)試驗,大大提高工作效率和經(jīng)濟效益。但該系統(tǒng)還有許多不夠完善的地方,需要在以下幾個方面加以改進:

        1)隨著計算機、測試設(shè)備的不斷發(fā)展,一般設(shè)備都具備總線通訊功能,可以考慮將相關(guān)輔助測試設(shè)備,如大氣環(huán)境、軌跡測量設(shè)備接入測控系統(tǒng)計算機,試驗過程中自動得到相關(guān)數(shù)據(jù);

        2)通過遙測系統(tǒng)[13],將相關(guān)機載信號直接接入測控系統(tǒng),實時得到相關(guān)數(shù)據(jù);

        3)開發(fā)氣象、軌跡等偏差修正程序,集成到測量系統(tǒng),現(xiàn)場即可得到最終試驗結(jié)果;

        4)制作使用手冊,指導(dǎo)整個試驗,降低一般試驗技術(shù)人員對適航條例學(xué)習(xí)要求,提高工作效率。

        該系統(tǒng)雖然是針對直升機開發(fā)的,根據(jù)適航條例要求,對該系統(tǒng)做相應(yīng)修改,也可以作為其它航空器噪聲適航合格審定使用。

        參考文獻:

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