[发明专利]一种基于指数-逆幂律的航空液压泵加速寿命试验建模方法

说明书

本发明提出一种基于指数‑逆幂律的航空液压泵加速寿命试验模型，应用于航空液压泵可靠性领域。该模型通过定量计算揭示出转子配流盘单位时间内的磨损量与压力、转速不是简单的幂函数关系，在此基础上，提出了一种基于失效物理的指数‑逆幂律加速寿命模型。模型采用累积威布尔分布描述压液泵的寿命分布，采用指数‑逆幂律模型描述寿命与载荷的折算关系。仿真和实验结果表明：与传统基于统计经验的逆幂律加速寿命模型相比，本发明提出的指数‑逆幂律加速寿命模型能更深入地反应航空液压泵的失效物理特性，具有更高的估计精度。

技术领域

本发明属于航空液压泵可靠性领域，具体涉及一种基于指数-逆幂律的航空液压泵加速寿命试验建模方法。

背景技术

轴向柱塞泵为飞机液压系统提供高压油液以驱动飞控舵面和起落架等系统。柱塞泵故障会导致飞行任务无法正常完成，甚至造成机毁人亡的严重事故，因此，对于飞机液压泵寿命和可靠性的要求越来越高。随着液压泵设计寿命的不断提高，对其进行寿命评估的难度和成本也越来越大。因此在工程上往往采用加速寿命试验的方法以压缩试验时间。在加速寿命试验中，通过对液压泵施加比正常工作条件更严酷的载荷，使液压泵更快发生故障，再通过统计方法估计出正常载荷下液压泵的寿命。

加速寿命试验是在不改变产品失效机理的前提下，通过加强应力的办法，加快产品故障、缩短试验时间，在较短的时间内预测出产品在正常应力作用下寿命特征的方法。不改变失效机理是加速寿命试验的前提，加强产品所承受的环境应力或工作应力是进行加速寿命试验的必要手段。加速寿命试验是通过加强应力来缩短试验时间，但如果应力过大，改变了产品的失效机理，则加速寿命试验就失去了意义。如果应力偏小，则会导致试验时间缩短并不明显，加速寿命试验无法得到最佳的效果。如何结合产品的实际工况，确定不改变产品失效机理、且能起到较好的加速作用的加速寿命试验剖面一直是困扰设计人员的难题。

飞机轴向柱塞泵的主要故障模式包括内部元部件的磨损、吸油口压力不足、转子轴承故障等。据统计，内部元部件的磨损是飞机轴向柱塞泵最主要的故障模式。液压泵的工作压力和转速是影响内部元部件磨损的重要因素，较高的转速会直接加快内部元部件的磨损，而较高的工作压力会使内部元部件的润滑效果变差，从而加剧其磨损。因此泵的转速和压力可以作为液压泵加速寿命试验的加速载荷。

理想情况下，液压泵的加速寿命试验应该基于液压泵的失效物理模型。然而，由于轴向柱塞泵失效机理过于复杂，目前还缺乏一种基于失效物理的加速寿命模型。液压泵的失效过程主要由内部元部件的润滑磨损状态决定，加速寿命模型不仅要考虑直接造成液压泵性能退化的因素，还要考虑多种耦合因素的影响。

目前可以检索到国外产品加速寿命试验的参考资料，但大多集中在统计方法的研究，关于加速模型的内容非常少。鉴于国外对我国相关技术采取封闭政策，我们对国外航空液压泵加速寿命试验模型如何建立无从得知，我国对航空液压泵加速寿命试验的研究也刚刚起步，到目前为止我国尚未有适合于工程应用的航空液压泵加速寿命试验模型。

发明内容

本发明基于对液压泵磨损失效过程的分析，提出了一种将失效物理和工程经验相结合的加速寿命模型。在所提出的加速寿命模型中，认为液压泵的基本寿命分布服从累积威布尔分布，而其寿命-载荷折算关系是一种指数-幂律关系。

本发明提出的一种基于指数-逆幂律的航空液压泵加速寿命试验建模方法，具体步骤为：

步骤一、液压泵故障机理及磨损过程分析；

步骤二、转子配流盘间距与泵的工作压力、转速的关系推导；

步骤三、基于指数-逆幂律的加速寿命模型；

步骤四、加速寿命模型误差分析。

本发明的优点和积极效果在于：