考慮綜合因素的飛行器復雜機構(gòu)可靠性試驗研究.pdf

1、復雜機構(gòu)在現(xiàn)代飛行器中廣泛存在，工作狀態(tài)直接影響飛行器飛行安全和任務執(zhí)行能力。作為發(fā)現(xiàn)機構(gòu)潛在失效模式、提高機構(gòu)可靠性指標的有效手段，可靠性試驗是飛行器機構(gòu)設計過程中的必要工作。
　　飛行器機構(gòu)中，氣動力載荷等使用載荷，以及振動、高低溫等綜合環(huán)境應力對機構(gòu)的磨損、疲勞、腐蝕等耗損機理存在顯著影響，而運動功能則是磨損等耗損機理發(fā)生的必要條件。由此，為有效激發(fā)出潛在失效模式，飛行器機構(gòu)可靠性試驗中必須考慮使用載荷、綜合環(huán)境應力、運動功

2、能的模擬等綜合因素。
　　現(xiàn)有的機構(gòu)可靠性試驗考慮因素較少，且傳統(tǒng)的試驗方法基于失效事件統(tǒng)計學，已經(jīng)漸漸不能滿足飛行器機構(gòu)長壽命、高可靠性的設計要求。另外，作為獲取機構(gòu)壽命分布信息的重要手段，目前的可靠性仿真試驗方法不考慮因素耦合作用；作為關鍵影響因素識別和機構(gòu)優(yōu)化設計的重要依據(jù)，現(xiàn)有的重要性測度方法不能如實反映分布參數(shù)的貢獻。由此，本文主要進行如下幾個方面的研究：
　　(1)提出了一套考慮綜合因素的飛行器復雜機構(gòu)可靠性試驗

3、方法。該方法首先考慮綜合因素，對部件級機構(gòu)進行試驗、評估和改進；在部件級機構(gòu)通過試驗的基礎上，考慮關鍵因素，對系統(tǒng)級機構(gòu)進行試驗、評估和改進。試驗過程中，采用可靠性壽命試驗方法對機構(gòu)的可靠性指標進行驗證和評估；采用基于安全邊界的可靠性試驗方法對機構(gòu)的失效模式進行失效機理分析和可靠性評估，并根據(jù)試驗結(jié)果提出改進方案。上述兩種試驗方法相互交叉、相互支持，構(gòu)成一個系統(tǒng)的有機整體。另外，對試驗中涉及的關鍵技術(shù)進行了論述。
　　(2)針對可

4、靠性試驗中可靠性指標驗證和評估的問題，在現(xiàn)有以壽命為特征量的可靠性試驗方法上進行發(fā)展和完善，形成了一套完整的可靠性壽命試驗與評估方法。該方法首先在一定的置信度下，基于壽命分布的分散性信息和設計壽命來確定樣本量和試驗時間；然后編制試驗大綱并進行試驗；若全部樣本通過試驗，則認為現(xiàn)有方案滿足設計要求，否則對機構(gòu)進行可靠性評估，并對失效模式進行失效機理分析和改進；改進后重新進行試驗，直到機構(gòu)可靠性指標滿足要求。
　　(3)針對可靠性試驗中

5、失效機理分析及小樣本情況下可靠性評估的問題，提出了基于安全邊界的可靠性試驗與評估方法。該方法首先采用故障模擬試驗的方法對機構(gòu)失效機理進行定性分析，并研究各影響因素對機構(gòu)運動功能的影響；然后采用以故障模擬試驗為主，以仿真分析為輔的方法獲取機構(gòu)安全邊界，并基于安全邊界和影響因素的聯(lián)合概率密度函數(shù)對機構(gòu)進行可靠性評估和更深層次的失效機理研究；最后依據(jù)試驗結(jié)果提出改進方案。
　　(4)針對試驗前壽命分布分散性信息獲取的問題，提出了基于多因

6、素耦合的機構(gòu)可靠性演化仿真試驗方法。該方法首先對影響因素和機構(gòu)狀態(tài)進行了分類研究；然后考慮因素間的耦合關系建立機構(gòu)可靠性模型；采用仿真試驗的方法計算耗損量，以模擬機構(gòu)的耗損過程，直到全部樣本失效；依據(jù)仿真結(jié)果對樣本壽命分布及分布參數(shù)進行統(tǒng)計分析，以獲取機構(gòu)可靠性演化規(guī)律及壽命的分散性信息。最后以某飛機起落架艙門鎖為研究對象，采用該方法進行了仿真試驗，并獲得了其可靠性演化規(guī)律和壽命分布的分散性信息。
　　(5)分別從部件級和系統(tǒng)級層

7、面出發(fā)，考慮綜合因素，設計了某飛機起落架艙門鎖及鎖系統(tǒng)的綜合試驗系統(tǒng)和試驗裝置。作為試驗系統(tǒng)的核心部分，試驗裝置通過載荷加載系統(tǒng)實現(xiàn)使用載荷的加載，通過功能模擬系統(tǒng)實現(xiàn)試件運動功能的模擬，通過與其他試驗設備的配合實現(xiàn)綜合/關鍵環(huán)境應力的加載，從而實現(xiàn)綜合因素（包括使用載荷、環(huán)境應力和運動功能的模擬）的加載。另外，試驗裝置重量輕、剛度大，能滿足振動臺控制要求和振動特性傳遞要求。
　　(6)以某飛機起落架艙門鎖系統(tǒng)為研究對象，在已有壽

8、命分布分散性信息和綜合試驗裝置的基礎上，分別從部件級和系統(tǒng)級層面出發(fā)，采用本文所提試驗方法對艙門鎖和鎖系統(tǒng)進行了可靠性試驗與評估，并依據(jù)失效機理分析提出了改進方案。后續(xù)試驗及實際使用情況表明，經(jīng)過改進后，試驗中出現(xiàn)的失效模式?jīng)]有再次出現(xiàn)，改進方案的可靠性指標滿足設計要求。
　　(7)以某飛機縫翼機構(gòu)為研究對象，對翼面載荷加載方案進行了研究，并設計了翼面載荷隨動加載系統(tǒng)。隨動加載系統(tǒng)通過鋼索和杠桿機構(gòu)進行加載，采用滑車-滑軌機構(gòu)來控

9、制載荷方向，采用直流電機來控制載荷大小，以保證模擬載荷在等效作用點、大小、方向等三方面等效于實際載荷?；墐A斜放置，以縮短滑軌長度；對相鄰加載點的兩套滑軌進行一體化設計，以減小體積；滑車的滾輪帶有輪緣，可承擔一定橫向載荷。另外，基于機翼局部坐標系，設計了模擬機翼變形載荷加載系統(tǒng)，并介紹了縫翼機構(gòu)的可靠性試驗方法。
　　(8)針對現(xiàn)有矩獨立重要性測度方法不能反映隨機因素位置參數(shù)對重要度貢獻的缺點，提出了基于CDF（Cumulativ