基于功能失效模式下航空发动机安全性定量指标分配方法与流程

1.本发明涉及一种基于功能失效模式下航空发动机安全性定量指标分配方法，属于航空发动机技术领域。


背景技术：

2.航空发动机作为飞机的核心动力来源，其安全性一直备受关注。航空发动机在研制过程中承接的安全性定量要求是由发动机故障引起飞机严重损失率的总概率指标，各部件/系统以及附件在研制过程中承接危害性后果总概率指标作为安全性设计依据是不合适的，因此，为了明确发动机部件和系统安全性定量要求，需要对发动机安全性定量指标进行分配，使得在设计时明确部件/系统以及附件的安全性设计要求，以便采取相应的安全性设计、验证和评估，确保不同层级安全性指标满足要求。
3.目前发动机安全性定量指标分配常用故障树，采用故障树分析方法建立分配模型，将引起顶事件发生的所用故障事件分析出来，利用等比例法将指标分配到相关部件和系统。但是在方案阶段航空发动机只有功能架构是明确的，采用故障树进行指标分配，很难保证指标分配的正确性。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于功能失效模式下航空发动机安全性定量指标分配方法。
5.本发明通过以下技术方案得以实现。
6.本发明提供的一种基于功能失效模式下航空发动机安全性定量指标分配方法，包括如下依次进行的步骤：
7.步骤一、基于功能危险分析法确定发动机整机级危害性后果事件；
8.步骤二、确定发动机各危害性后果事件预期发生概率；
9.步骤三、确定发动机系统/部件的安全性定量指标；
10.所述步骤一基于功能危险分析法确定发动机整机级危害性后果事件中，分为确定发动机危险性功能失效模式和确定发动机各危害性后果事件两个分步骤。
11.所述确定发动机危险性功能失效模式分步骤为：需要确定引起航空发动机整机级危害性后果的事件，确保分配对象所承接的安全性定量指标的可实现性；方案阶段发动机整机级、系统级和部件级功能和定义已经明确，通过功能危险分析的方法对发动机整机、系统/部件进行功能失效状态识别，确定功能失效导致的危险状态及严重等级。
12.所述确定发动机各危害性后果事件分步骤为：通过功能危险分析梳理得到危险严重性等级i类功能失效模式，结合发动机和飞机的影响后果与功能失效模式的映射关系，对功能失效模式进行归类或合并。
13.所述确定发动机各危害性后果事件预期发生概率步骤为：危害性后果事件的指标分配基于功能危险分析识别出的功能失效模式开展，按照危害性事件所包含危险性功能失
效模式的数量进行等比分配。
14.所述发动机危害性后果具体表达式为：
[0015][0016]
式中：
[0017]
p(t)——发动机危害性后果总概率；
[0018]
p(ai)——第i个危害性后果事件预期发生概率；
[0019]
——第i个危害性后果事件所包含危害性功能失效模式数量；
[0020]
其中，10％代表指标余量系数，可适当调整。
[0021]
所述确定发动机系统/部件的安全性定量指标步骤为：发动机系统/
[0022]
部件的安全性定量指标基于功能危险分析识别出的功能失效模式开展，按照危害性事件所包含系统/部件的危险性功能失效模式的数量进行等比分配。
[0023]
所述确定发动机系统/部件的安全性定量指标具体表达式为：
[0024][0025]
式中：
[0026]
p(bj)——第i个危害性后果中第j个系统/部件预期故障概率；
[0027]
p(ai)—第i个危害性后果事件预期发生概率；
[0028]
——第i个危害性后果中第j个系统/部件危险功能失效模式数量；
[0029]
——第i个危害性后果事件所有危险功能失效模式数量。
[0030]
其中，10％代表指标余量系数，可适当调整。
[0031]
本发明提出的航空发动机安全性指标分解方法，能够有效的将发动机承接的危害性后果总概率分配到部件和系统，明确部件和系统安全性设计要求，保证指标分配的正确性，来作为发动机部件和系统开展安全性设计的依据，该方法具有较强的工程应用价值。
附图说明
[0032]
图1是本发明方法步骤的流程示意图；
具体实施方式
[0033]
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
[0034]
参考图1所示。本技术的一种基于功能失效模式下航空发动机安全性定量指标分配方法，包括如下依次进行的步骤：
[0035]
1.基于功能危险分析法确定发动机整机级危害性后果事件
[0036]
1.1确定发动机危险性功能失效模式
[0037]
为了确保航空发动机安全性定量指标的实现，首先需要确定引起航空发动机整机级危害性后果的事件，确保分配对象所承接的安全性定量指标的可实现性。方案阶段发动机整机级、系统级和部件级功能和定义已经明确，通过功能危险分析的方法对发动机整机、系统/部件进行功能失效状态识别，确定功能失效导致的危险状态及严重等级，形成发动机
危险性功能失效模式表，见表1。
[0038]
表1发动机危险功能失效模式表(示例)
[0039][0040]
1.2确定发动机各危害性后果事件
[0041]
通过功能危险分析梳理得到危险严重性等级i类功能失效模式，结合发动机和飞机的影响后果与功能失效模式的映射关系，对功能失效模式进行归类或合并，形成发动机整机级危害性后果事件表，见表2。
[0042]
表2发动机整机级危害性后果事件表(示例)
[0043]
[0044]
2.确定发动机各危害性后果事件预期发生概率
[0045]
危害性后果事件的指标分配基于功能危险分析识别出的功能失效模式开展，按照危害性事件所包含危险性功能失效模式的数量进行等比分配，即危害性事件所包含的危害性功能失效模式数量越多，其指标所占整机指标的比例越高。
[0046]
具体表达式为：
[0047][0048]
式中：
[0049]
p(t)——发动机危害性后果总概率；
[0050]
p(ai)——第i个危害性后果事件预期发生概率；
[0051]
——第i个危害性后果事件所包含危害性功能失效模式数量。
[0052]
其中，10％代表指标余量系数，可适当调整。
[0053]
3.确定发动机系统/部件的安全性定量指标
[0054]
发动机系统/部件的安全性定量指标也是基于功能危险分析识别出的功能失效模式开展，按照危害性事件所包含系统/部件的危险性功能失效模式的数量进行等比分配，即系统/部件的危险性功能失效模式数量越多，其指标所占整机级危害性事件指标的比例越高。
[0055]
具体表达式为：
[0056][0057]
式中：
[0058]
p(bj)——第i个危害性后果中第j个系统/部件预期故障概率；
[0059]
p(ai)—第i个危害性后果事件预期发生概率；
[0060]
——第i个危害性后果中第j个系统/部件危险功能失效模式数量；
[0061]
——第i个危害性后果事件所有危险功能失效模式数量。
[0062]
其中，10％代表指标余量系数，可适当调整。
[0063]
本发明的有益技术效果在于：本发明提出的航空发动机安全性指标分解方法，能够有效的将发动机承接的危害性后果总概率分配到部件和系统，明确部件和系统安全性设计要求，保证指标分配的正确性，来作为发动机部件和系统开展安全性设计的依据，该方法具有较强的工程应用价值。
[0064]
以某型航空发动机安全性大纲中规定由发动机原因导致的灾难性事故(飞机严重损失)概率不超过2
×
10-6
/工作小时为实际例。确定某型发动机的危害性后果事件及预期发生概率、系统/部件的安全性指标的步骤如下：
[0065]
1.基于功能危险分析法确定发动机整机级危害性后果事件
[0066]
某型航空发动机通过功能危险分析后，对发动机整机、系统/部件进行功能失效状态识别，形成发动机危险严重性等级i类功能失效模式表，结合发动机和飞机的影响后果与功能失效模式的映射关系，对功能失效模式进行归类或合并，形成发动机整机级危害性后
果事件。
[0067]
最终确定的发动机危害性后果事件共计10个。
[0068]
a)着火；
[0069]
b)非包容；
[0070]
c)发动机安装节失效导致发动机意外脱开；
[0071]
d)超出规定的极限载荷；
[0072]
e)发动机失去停车能力；
[0073]
f)发动机不可控制大推力状态；
[0074]
g)发动机大小油门失效；
[0075]
h)座舱引气使飞行员工作能力受影响；
[0076]
i)飞机起飞或逃逸时发动机推力不足；
[0077]
j)发动机空中起动不成功。
[0078]
2.确定发动机各危害性后果事件预期发生概率
[0079]
根据某型航空发动机确定的危害性后果事件，按照式(1)将发动机危害性后果总失效率分配至各危害性后果事件上，各危害性后果事件的预期发生概率见表3。
[0080]
表3发动机各危害性后果安全性指标
[0081][0082][0083]
3.确定发动机系统/部件危险后果预期概率
[0084]
根据表3确定的发动机各危害性后果预期概率，按照式(2)将各危害性后果预期概率分配至发动机系统/部件，发动机系统/部件安全性定量指标见表4。
[0085]
表4发动机系统/部件安全性定量指标
[0086]
[0087][0088]
将表4数据进行整合，得到发动机部件和系统危险后果预期概率见表5。
[0089]
表5系统/部件危险后果预期概率
[0090]
[0091]