航空发动机
主办单位:中国航空工业集团公司
国际刊号:1672-3147
国内刊号:21-1359/V
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航空发动机可靠性参数体系选择和指标确定的初步探讨

论文导读: 根据通常的航空发动机设计流程。即在总体设计的论证阶段就应明确规定发动机的可靠性指标。如果可靠性指标不合适。 航空发动机可靠性参数体系的选择要遵循一定的原则。
关键词:航空发动机,可靠性,参数体系,指标

  1 引言
   根据通常的航空发动机设计流程,在新机研制初期,即在总体设计的论证阶段就应明确规定发动机的可靠性指标。如果可靠性指标不合适,就会延误型号研制周期,并导致人力和财力的浪费。因此,如何尽可能合理地确定可靠性指标是航空发动机设计中的重要问题之一。
   航空发动机可靠性参数体系的选择要遵循一定的原则,不同的系统不一定必须选用所有参数,而是在对具体的系统进行详细的分析后,以国军标为依据提出要求,在满足所需求的情况下,选用最少的可靠性参数。
  2 可靠性参数简介
  2.1 可靠性定义
  对航空发动机而言,可靠性是指:在规定的飞行包线、环境和使用条件下,在规定的寿命期内,无故障工作的能力。
  2.2可靠性指标的确定
  发动机可靠性指标选择的基本准则是:
  (1) 根据发动机的使用要求、飞行任务、类型和环境特点选择参数;
  (2) 根据维修方案选择参数,包括确定维修策略、维修任务、维修人员以及对工具设备的基本要求;
  (3) 有些参数之间有一定的关系, 因此选择参数时应考虑到它们之间的相关性。
  评定发动机可靠性的主要参数如下:
  2.2.1 平均故障间隔时间
  平均故障间隔时间的数学表达式为。式中为发动机故障的次数,为第次故障的间隔时间。论文检测。
  是一个重要的可靠性参数, 它不仅表示发动机质量的优劣, 而且还可作为系统可靠性预计和分配的重要参数。
  2.2.2 空中停车率
  空中停车率是指每1000飞行小时中发动机空中停车的总次数。发动机空中停车可由发动机本身故障和飞机系统故障引起, 空中停车率通常是指发动机本身故障引起的。
  2.2.3 提前换发率和返修率
  提前换发率又称非计划换发率,指发动机在1000飞行小时中由于发动机故障造成的提前更换发动机次数。返修率定义为每1000飞行小时发动机返厂修理的次数。
  2.2.4 平均维修间隔时间和每飞行小时直接维修工时
   平均维修间隔时间存在着一定的量化关系,二者具有相关性,选择参数时只能选一个。论文检测。是以为基础,并考虑到环境和复杂程度的影响所确定的一个耐久性指标, 是由美国空军和波音公司基于大量的统计而获得的,其基本表达式为,式中为环境参数,为复杂参数,在只考虑发动机故障时,一般选

指每1000飞行小时所需要的维修时间, 通常包括维修站的维修工时。
  3 国外军用航空发动机可靠性参数体系和指标的收集与分析
  本文引用了美、英、法、俄等国18 种机型的发动机可靠性参数及指标,见表1表2。
  表1  国外军用航空发动机基本可靠性参数及其指标统计
  

机型 主要事故率 纠正措施
18种机型 100~300 14~303 0.08~7.5 0.2~4.2 1.25~3.7 0.0177 <15
选择频数 16 11 6 9 1 1
选择频率 89 61 33 50 5 5
选择名字 1 2 4 3 5 5

表中:,外场可换件更换率/(件/每千飞行小时)。
  表2  国外军用航空发动机任务可靠性参数及其指标统计
  

机型 任务失败率 飞行功率损失率 自动转入第二模式
18种机型 0.008~0.5 0.1~1.7 1.0 0.6 0.0742~2.45 200 800~3050 2100
选择频数 11 7 1 1 12 1 4 1
选择频率 61 39 5 5 67 5 22 5
选择名字 1 1 3 3 1 2 1 2

表中:,首次翻修期限/小时;,翻修间隔期限/小时;,总故障时间/小时。
  从表中可以得出如下4个结论:
    a. 不同时期、不同国家、不同公司或不同机型所选择的可靠性参数和指标是不同的。在同一时期、同一国家中,所选择的参数则大体相同。
  b. 选择频率较高的参数依次为:(或)、,其选择频率为89%~ 22%。
  c. 从统计结果看参数体系可以选择六参数、五参数、四参数方案。六参数方案可由选择频率大于22%的六个参数组成,即(或)、;五参数方案可由选择频率大于50%的五个参数组成,即(或)、;四参数方案可由选择频率大于61%的四个参数组成,即(或)、
  d. 如果在发动机战术技术指标论证阶段、方案论证及确认阶段和发动机工程研制(含设计定型)阶段、生产(含生产定型)阶段,选择参数较好;在发动机使用阶段,则选择参数较方便。
  4 对国内军用航空发动机可靠性参数体系和指标确定的探讨
  目前,国内军用航空发动机可靠性参数还没有形成体系,但可根据少数发动机可靠性参数指标的要求来进行分析。
  4.1 可靠性参数体系选择
  根据国内外军用航空发动机选用的可靠性参数体系信息和国内军用航空发动机设计、生产和使用的实际情况,建议我国军用航空发动机优先选用以下4 个可靠性参数形成体系,作为发动机设计、生产、定型阶段的合同参数,以全面评估发动机系统的可靠性水平,同时还可以通过这4 个参数换算出其他主要参数。所选择的四个参数是:
   a. 基本可靠性参数:平均故障间隔时间(或选平均维修间隔时间) ;
   b. 基本可靠性参数:返修率 (或选提前换发率) ;
   c. 任务可靠性参数:空中停车率
   d. 维修性参数: 每飞行小时直接维修工时 (或选平均修复时间) 。
  4.2 可靠性指标范围的确定
  a. 从国内外军用航空发动机可靠性指标统计分析,发动机可靠性参数的成熟期目标值范围为:
    = 30~300 (h) 或= 14~147/ h ;
  = 0.08~7.5/ (次/1000FH) 或= 0.4~5.0/ (次/1000FH) ;
  = 0.01~0.5/ (次/1000FH); = 0.5~2.45/(MMH/EFH) 。
  b. 在选择可靠性参数体系和确定指标时,应考虑型号研制的实际背景,考虑到今后科学技术上的进步趋势,建议将以上4 个参数的成熟期目标值限定在如下范围之内:
  = 100~200/ h ;
  = 1.0~3.0/ (次/1000FH) ;
  = 0.1~0.2/ (次/1000FH) ;
  = 1.2~2.4/ (MMH/EFH) 。论文检测。
  5 结束语
  可靠性工作贯穿于发动机设计、研制、生产、使用和维护的每个环节, 任一环节的脱节都会导致可靠性工作的失败。
  可靠性指标的追求并非愈高愈好。发动机装于不同飞机及一架飞机所装发动机的数量, 对可靠性指标有不同的要求; 发动机各部件功能及其失效后的影响不同,可靠性指标也不同, 因为在其它指标要求相同的条件下, 高可靠性意味着低寿命、高成本。必须综合考虑可靠性指标与飞行安全、寿命成本间的关系。

参考文献:
[1]  孔瑞莲. 航空发动机可靠性工程[M]. 北京:航空工业出版社,1996.
[2]  GJB1909. 5 - 94 ,装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求———军用飞机[S] .
[3]  张宝成,刘晓安. 航空发动机可靠性和经济性[M].北京: 国防工业出版社,1998. 90~300
[4]  Trimble S W,SchmidtW E. Design Reliability into an air Turbine Starter[R]. SAE P. 131,1983.

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