[发明专利]航空发动机转子非包容失效安全性分析方法

说明书

技术领域

本发明属于飞机特殊风险评估领域，尤其涉及一种利用计算机仿真来实现的航空发动机转子非包容失效安全性分析方法。 

背景技术

航空发动机非包容失效是指发动机高速运转时，从转子脱落的碎片不能被机匣包容，而从发动机甩出的失效状态。航空发动机非包容失效是威胁飞行安全的典型特殊风险之一。高速高能的非包容碎片会穿透飞机机身、机翼、燃油箱，造成机舱失压、油箱泄漏起火、系统部件失效和设备失灵，极可能导致灾难性事故的发生。现有飞机技术水平还不能完全避免此风险，每年国内外仍有多起由于叶片或转子破裂未被包容而导致的严重事故，从而造成了巨大的经济损失和人员伤亡，为此，国内外飞机设计规范均要求采取设计预防措施，将非包容碎片失效的危害减至最小。 

国外各航空大国非常重视发动机转子非包容碎片失效的问题，从上世纪60年代起就全面开展了相关领域的研究工作，其涉及的研究领域主要包括以下方面：发动机非包容故障统计和非包容失效模式研究、转子非包容失效安全性分析和评估方法研究（包括评估模型建立与仿真分析）、先进材料机身防护技术研究等。国外基于计算机软件非包容转子失效安全性的分析方法是以飞机设计模型为基础而建立一个专为发动机非包容失效分析使用的模型，对样机模型贴片的方法得到的，与真实数字样机在信息上存在不一致问题，设备、部件等的相关信息会有不同程度的缺失，因而在分析方法的通用性上将受到一定影响，不利于飞机设计、设备布置的进一步改进和优化，另外，该软件也未考虑多重碎片的失效模式。 

国内在本领域研究还刚刚起步，到目前为止仅对发动机非包容事故作过一些统计工作，对于安全性分析和评估方面尚未形成一套行之有效的分析方法，更没有可用于转子非包容失效安全性分析和评估的手段和工具。现有的转子非包容失效安全性评估方法，以纯手算来完成，对于复杂系统而言，在分析多重碎片时，会造成遗漏多个系统同时失效造成的组合危险，同时分析评估的难度和工作量非常大，分析与评估效率低、成本高、周期长，不适于工程应用。 

转子非包容失效是运输类飞机典型的特殊风险，对飞机的安全性有重要影响，虽然其发生概率很小，但一旦发生往往会造成巨大损失，严重威胁飞行安全。鉴于飞机系统的复杂性，对转子非包容失效进行人工手动分析，不仅分析工作量大，容易遗漏关键危险，而且由于分析员的能力水平存在差异，分析的结果及精度受其影响。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种航空发动机转子非包容失效安全性分析方法，通过计算机仿真来求出由转子非包容失效导致的飞机灾难性事故概率，可为飞机安全性设计与适航符合性验证提供支持。 

本发明的航空发动机转子非包容失效安全性分析方法，包括以下步骤： 

步骤A、导入航空器及航空发动机数字样机模型，并对其进行简化；

步骤B、模拟航空发动机转子碎片生成以及碎片从发动机机匣中飞出后的轨迹，将碎片对简化后的数字样机进行穿透性检测；

步骤C、通过对穿透性检测结果与航空器灾难性危险的最小危险组合单元进行对比，判断危险事件是否被触发；

步骤D、根据步骤C得到的危险触发分析结果，求出航空器在不同失效模式下的灾难性危险概率。

    所述步骤A具体包括以下步骤： 

步骤A1、导入航空器及航空发动机数字样机模型；

步骤A2、对航空器样机部件信息进行轻量化处理，使得数字样机模型中仅保留原有的几何拓扑信息；

步骤A3、对数字样机进行结构简化，去除不必要的模型特征及部件，完成航空器数字样机零部件的再装配。

    所述步骤B具体包括以下步骤： 

步骤B1、通过获取航空发动机型号、安装位置以及转子级数、尺寸参数等信息，并根据分析需要，确定转子碎片的类型：风扇碎片、三分之一轮盘碎片、中等碎片和/或小碎片；

步骤B2、针对所有发动机的所有转子级，生成相应的各类型碎片，将其加载到对应发动机的转子位置上；

步骤B3、使转子碎片在其运动轨迹范围内随机释放n次；或基于穷举法，并设定碎片飞散角与平动角范围以及迭代步长，使转子碎片在所设定的范围内释放；

步骤B4、检测发动机碎片在每次释放过程中穿透的航空器设备与部件；

步骤B5、输出每个发动机每级转子每类碎片的穿透性检测结果并记录。

    所述步骤C具体包括以下步骤： 

步骤C1、确定在转子非包容失效触发的影响区域内航空器灾难性最小危险组合单元；

步骤C2、确定发动机转子的非包容失效模式；