專利名稱：飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析系統(tǒng)及方法，屬于飛機(jī)特殊風(fēng)險分析與評估的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，從轉(zhuǎn)子脫落的碎片不能被包容而與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子脫離并穿透發(fā)動機(jī)機(jī)匣的失效狀態(tài)即為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子非包容失效。轉(zhuǎn)子非包容失效是威脅飛機(jī)使用安全的典型特殊風(fēng)險之一。轉(zhuǎn)子的非包容碎片可能會穿透飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、燃油箱，并破壞飛機(jī)的管路、線路等，造成機(jī)艙失壓、燃油泄漏、系統(tǒng)部件失效和控制失靈等后果，極可能導(dǎo)致災(zāi)難性事故的發(fā)生。因此，對飛機(jī)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子非包容失效安全性的分析尤為重要。國外各航空大國非常重視發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子非包容碎片失效的問題，從上世紀(jì)60年代起就全面開展了相關(guān)領(lǐng)域的研究工作，其涉及的研究領(lǐng)域主要包括以下方面發(fā)動機(jī)非包容故障統(tǒng)計和非包容 失效模式研究、先進(jìn)材料機(jī)身防護(hù)技術(shù)研究等。國內(nèi)在本領(lǐng)域研究起步較晚，到目前為止僅對發(fā)動機(jī)非包容事故作過一些統(tǒng)計工作，對于安全性分析和評估方面尚未形成一套行之有效的分析方法，更沒有可用于轉(zhuǎn)子非包容失效安全性分析和評估的手段和工具。國內(nèi)轉(zhuǎn)子非包容失效安全性分析、評估仍停留在經(jīng)驗估算層面，，對于飛機(jī)這樣的高地集成和復(fù)雜系統(tǒng)，會造成遺漏多個系統(tǒng)同時失效時的組合危險，同時由于其分析評估的難度和工作量非常大，導(dǎo)致分析與評估效率低、成本高、周期長，在實(shí)際工程型號中無法實(shí)施，不具有工程實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述背景技術(shù)的不足，提供了飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析系統(tǒng)及分析方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析系統(tǒng)包括需求信息處理模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、模擬仿真和結(jié)果輸出模塊，需求信息處理模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、模擬仿真和結(jié)果輸出模塊均與數(shù)據(jù)庫交互；所述需求信息處理模塊用于導(dǎo)入飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型、災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)、故障樹分析數(shù)據(jù)，建立從災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)到故障樹分析數(shù)據(jù)的映射關(guān)系、從故障樹分析數(shù)據(jù)到飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型的映射關(guān)系；所述參數(shù)設(shè)定模塊用于確定轉(zhuǎn)子在飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)中的位置參數(shù)、尺寸參數(shù)、轉(zhuǎn)子非包容失效碎片可達(dá)區(qū)域范圍的參數(shù)、失效風(fēng)險因子參數(shù)、仿真精度值，其中所述失效風(fēng)險因子參數(shù)是導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)難性功能危險的最小割集被觸發(fā)而飛機(jī)未發(fā)生災(zāi)難性事故的情況下引入的參數(shù)，失效風(fēng)險因子參數(shù)的取值范圍為
；所述模擬仿真和結(jié)果輸出模塊用于進(jìn)行轉(zhuǎn)子與飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型的碰撞檢測，輸出碰撞檢測的結(jié)果，并定量分析轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)生災(zāi)難性危險的概率。
飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析方法，包括如下步驟步驟1，需求信息處理模塊導(dǎo)入飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型、災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)、故障樹分析數(shù)據(jù)，建立從災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)到故障樹分析數(shù)據(jù)的映射關(guān)系、從故障樹分析數(shù)據(jù)到飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型的映射關(guān)系；步驟2，在參數(shù)設(shè)定模塊確定轉(zhuǎn)子在飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型中的位置參數(shù)、尺寸參數(shù)、轉(zhuǎn)子非包容失效碎片可達(dá)區(qū)域范圍的參數(shù)、仿真精度值和失效風(fēng)險因子參數(shù)；步驟3，模擬仿真和結(jié)果輸出模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)子非包容失效安全性分析，具體實(shí)施如下步驟A，在轉(zhuǎn)子非包容失效碎片可達(dá)區(qū)域范圍內(nèi)，對轉(zhuǎn)子碎片進(jìn)行空間幾何變換得 到轉(zhuǎn)子碎片的觸發(fā)位置；步驟B，對轉(zhuǎn)子非包容性失效碎片可達(dá)區(qū)域進(jìn)行空間區(qū)域劃分，用包圍盒包圍飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型、轉(zhuǎn)子碎片模型；步驟C，將飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型包圍盒逐個與轉(zhuǎn)子碎片模型包圍盒進(jìn)行碰撞檢測，找出所有與轉(zhuǎn)子碎片模型包圍盒相交的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型包圍盒；步驟D，對于與轉(zhuǎn)子碎片模型包圍盒相交的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型包圍盒做飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型三角面片與轉(zhuǎn)子碎片模型三角面片的碰撞檢測；步驟4，根據(jù)步驟I建立的故障樹分析數(shù)據(jù)到飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的映射關(guān)系確定轉(zhuǎn)子非包容失效碎片掃掠路徑下失效飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型，對步驟3的仿真結(jié)果進(jìn)行布爾運(yùn)算，定量分析轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)整機(jī)故障的概率，具體實(shí)施如下步驟4-1，確定碰撞結(jié)果矩陣中各元素的取值，所述碰撞結(jié)果矩陣元素的取值為I時表不飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備被轉(zhuǎn)子碎片擊中并失效；所述碰撞結(jié)果矩陣兀素的取值為O時表示飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備未被轉(zhuǎn)子碎片擊中；步驟4-2，將故障樹分析數(shù)據(jù)中得到的最小割集矩陣列向量與碰撞檢測結(jié)果矩陣列向量逐列進(jìn)行布爾運(yùn)算；當(dāng)最小割集矩陣列向量為碰撞仿真結(jié)果矩陣列向量的子集時，判定該次碰撞觸發(fā)了最小割集，統(tǒng)計最小割集觸發(fā)次數(shù)；步驟4-3，定量計算飛機(jī)整機(jī)因轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)難性危險的概率，具體實(shí)施如下步驟a，根據(jù)步驟4-2統(tǒng)計最小割集觸發(fā)次數(shù)確定觸發(fā)不同災(zāi)難性危險下最小割集的個數(shù)，求得飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)在單級轉(zhuǎn)子非包容失效時的災(zāi)難性危險概率；步驟b，考慮飛機(jī)發(fā)動機(jī)數(shù)目、每臺發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子的級數(shù)，疊加各級單級轉(zhuǎn)子非包容失效時的災(zāi)難性危險概率，求得飛機(jī)整機(jī)因發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)難性危險的概率；步驟C，檢驗仿真的精確度當(dāng)步驟b所求得的飛機(jī)整機(jī)因轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)難性危險的概率符合步驟2設(shè)置的仿真精度值時，結(jié)束轉(zhuǎn)子非包容失效安全性分析；否則，返回步驟3。所述飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析方法中，步驟D具體實(shí)施如下步驟D-1，對飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的三角面片、高能轉(zhuǎn)子碎片模型的三角面片分別做層次分解，構(gòu)造飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹以及高能轉(zhuǎn)子碎片模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹若高能轉(zhuǎn)子碎片模型、飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹的根節(jié)點(diǎn)相交，進(jìn)入步驟D-2 ;否則，做下一個飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型三角面片與高能轉(zhuǎn)子碎片模型三角面片的碰撞檢測；步驟D-2，按照深度優(yōu)先的方法遞歸遍歷飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹以及高能轉(zhuǎn)子碎片模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹，確定與高能轉(zhuǎn)子碎片模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹根節(jié)點(diǎn)相交的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹葉節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入步驟D-3 ;步驟D-3，對飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹葉節(jié)點(diǎn)和高能轉(zhuǎn)子碎片模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹葉節(jié)點(diǎn)做三角面片相交測試，僅當(dāng)所述三角面片相交時，判定所述飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型被高能轉(zhuǎn)子碎片穿透，將被穿透的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備名稱保存至數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明采用的技術(shù)方案，具有以下有益效果本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在飛機(jī)設(shè)計階段快速 精確的識別轉(zhuǎn)子非包容失效的潛在危險，能為飛機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計和構(gòu)型設(shè)計提供技術(shù)支持和方法手段。


圖I為飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析系統(tǒng)的示意圖。圖2為需求信息處理模塊建立災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)、故障樹分析數(shù)據(jù)、飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型之間映射關(guān)系的示意圖。圖3為當(dāng)轉(zhuǎn)子中心不在飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)所在坐標(biāo)系的原點(diǎn)時，轉(zhuǎn)子碎片做空間幾何變換的示意圖。圖4為模型包圍盒相交測試的示意圖。圖5為對飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型三角片做層次分解的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明如圖I所示的飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析系統(tǒng)，包括需求信息處理模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、模擬仿真和結(jié)果輸出模塊，需求信息處理模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、模擬仿真和結(jié)果輸出模塊均與數(shù)據(jù)庫交互。需求信息處理模塊用于導(dǎo)入飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型、災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)、故障樹分析數(shù)據(jù)。如圖2所示，建立從災(zāi)難性功能危險分析(FHA)數(shù)據(jù)到故障樹分析(FTA)數(shù)據(jù)的映射關(guān)系f、從故障樹分析數(shù)據(jù)到飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的映射關(guān)系g。飛機(jī)功能危險中的災(zāi)難性危險集合A包括ai、a2等功能危險。故障樹分析中的底事件集合B包括bi、b2等底事件。飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)的設(shè)備模型集合C包括Cl、C2等設(shè)備模型。A與B遵循映射關(guān)系f，B與C遵循映射關(guān)系g。參數(shù)設(shè)定模塊用于確定轉(zhuǎn)子在飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型中的位置參數(shù)、尺寸參數(shù)(半徑、厚度、葉片長度、轉(zhuǎn)子碎片掃掠路徑長度)，轉(zhuǎn)子非包容失效碎片可達(dá)區(qū)域范圍參數(shù)以及仿真精度。在導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)難性功能危險的最小割集被觸發(fā)時會出現(xiàn)飛機(jī)未發(fā)生災(zāi)難性事故的情況，為了彌補(bǔ)故障樹分析時不能考慮事件的多態(tài)性，引入風(fēng)險因子，風(fēng)險因子的取值范圍為
，災(zāi)難性功能危險在飛機(jī)的每個飛行階段對應(yīng)有一個風(fēng)險因子。
模擬仿真和結(jié)果輸出模塊在轉(zhuǎn)子非包容失效碎片可達(dá)區(qū)域范圍內(nèi)，通過對轉(zhuǎn)子碎片及其路徑作空間幾何變換完成全空間掃掠，并在每個空間角度位置進(jìn)行轉(zhuǎn)子碎片與飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型間的碰撞檢測，然后通過用碰撞檢測結(jié)果矩陣的列向量與飛機(jī)災(zāi)難性功能危險對應(yīng)最小割集的列向量做布爾運(yùn)算，完成轉(zhuǎn)子非包容失效安全性的定量分析。飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析方法，包括如下步驟步驟1，需求信息處理模塊導(dǎo)入飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型、災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)、故障樹分析數(shù)據(jù)，建立從災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)到故障樹分析數(shù)據(jù)的映射關(guān)系f、從故障樹分析數(shù)據(jù)到飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的映射關(guān)系g。步驟2，在參數(shù)設(shè)定模塊設(shè)定轉(zhuǎn)子在飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型中的位置參數(shù)、尺寸參數(shù)、轉(zhuǎn)子非包容失效碎片可達(dá)的空間區(qū)域參數(shù)、仿真精度值和危險因子參數(shù)。步驟3，模擬仿真和結(jié)果輸出模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)子非包容失效安全性分析，具體包括如下步驟 步驟A，在轉(zhuǎn)子非包容性失效碎片可達(dá)區(qū)域范圍內(nèi)，對轉(zhuǎn)子碎片進(jìn)行空間幾何變換得到轉(zhuǎn)子碎片的觸發(fā)位置。若轉(zhuǎn)子中心位于飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)總體坐標(biāo)系的原點(diǎn)，則碎片繞X、y、z軸轉(zhuǎn)過角度θ (Θ是隨機(jī)向量中所述的角度，對應(yīng)飛散角和平動角)的變換矩陣為碎片繞X軸旋轉(zhuǎn)的矩陣為
ο ο O"
(Λ O cos 0 sin0 ORx{e)= n . β β η
O - sin0 cos σ O
O O O I碎片繞y軸旋轉(zhuǎn)的矩陣為
cos0 O - sine O
λ , O I O OJiy{e)=
, sin0 O cosu O
0 0 0 1碎片繞ζ軸旋轉(zhuǎn)的矩陣為
cos Θ sine O O
(Λ -sin0 cosΘ O O及納=
LJ」 zW O O I OO O O I若轉(zhuǎn)子中心不在數(shù)字樣機(jī)總體坐標(biāo)系的原點(diǎn)，如圖3所示，此時需要對碎片作平動和多次轉(zhuǎn)換。設(shè)某碎片所在的轉(zhuǎn)子中心在發(fā)動機(jī)軸點(diǎn)P1 P2的連線IPm位置，繞該軸旋轉(zhuǎn)角度Θ，須作如下變換R ( Θ ) =T (-Xm, -ym-zm) · Rx ( α ) · Ry ( β ) · Rz ( θ ) · Ry (- β ) · Rx (- α ) · T (xm, ym,zm) (12)式中Τ(-xm, -ym, -zm)、T (xm, ym, zm)使 Pm 與全局坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，Rx( α )、Rx(- α )使P1 P2直線落入平面xOz內(nèi)，Ry ( β )、Ry (_ β )使P1 P2直線與ζ軸重合，Rz ( Θ )使碎片繞P1 P2直線旋轉(zhuǎn)角度Θ。步驟B，對轉(zhuǎn)子非包容性失效碎片可達(dá)區(qū)域進(jìn)行空間區(qū)域劃分，用包圍盒包圍飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型、轉(zhuǎn)子碎片模型。區(qū)域劃分是將虛擬空間進(jìn)行分解，只對轉(zhuǎn)子碎片可達(dá)區(qū)域范圍內(nèi)做轉(zhuǎn)子碎片模型與飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型間的碰撞檢測。層次包圍盒是用體積略大而形狀簡單的包圍盒把復(fù)雜的幾何對象包裹起來，先進(jìn)行包圍盒之間的相交測試。飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析系統(tǒng)中的碰撞檢測選用了軸對齊(AABB)包圍盒。如圖4所示，設(shè)Xp X2分別為轉(zhuǎn)子碎片模型與可能失效飛機(jī)設(shè)備模型的AABB包圍盒，Oli和O2i分別為Xp X2的中心，Pli和P2i分別為點(diǎn)Oli和O2i在軸上的對應(yīng)點(diǎn)。判斷X1' X2是否相交的程序為
Int TestAABBAABB (AABB XI，AABB X2)
{
If(Abs(Pll-P21)> (X1.L11+X2.L21)) return O;
If(Abs(P12-P22)> (X1.L12+X2.L22)) return 0;
If(Abs(P13-P23)> (X1.L13+X2.L23)) return 0; return I;
}步驟C，將飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的包圍盒逐個與轉(zhuǎn)子碎片模型的包圍盒進(jìn)行碰撞檢測，找出所有與轉(zhuǎn)子碎片模型的包圍盒相交的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型。步驟D，對于與轉(zhuǎn)子碎片模型的包圍盒相交的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型包圍盒做飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型三角面片與轉(zhuǎn)子碎片模型三角面片的碰撞檢測，具體包括如下步驟步驟D-1，對飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的三角面片、轉(zhuǎn)子碎片模型的三角面片分別做層次分解，構(gòu)造飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹以及轉(zhuǎn)子碎片模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹若轉(zhuǎn)子碎片模型與飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹的根節(jié)點(diǎn)相交，進(jìn)入步驟D-2 ;否則，做下一個飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型三角面片與轉(zhuǎn)子碎片模型三角面片的碰撞檢測。對飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的三角面片做層次分解的示意圖如圖5所示。步驟D-2，按照深度優(yōu)先的方法遞歸遍歷飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹以及轉(zhuǎn)子碎片模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹，確定與轉(zhuǎn)子碎片模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹根節(jié)點(diǎn)相交的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹葉節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入步驟D-3。步驟D-3，對飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹葉節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)子碎片模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹葉節(jié)點(diǎn)做三角面片相交測試，僅當(dāng)所述三角面片相交時，判定所述飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型被轉(zhuǎn)子碎片穿透，將被穿透的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備名稱保存至數(shù)據(jù)庫。步驟4，根據(jù)步驟I建立的故障樹分析數(shù)據(jù)到飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的映射關(guān)系確定轉(zhuǎn)子非包容失效碎片掃掠路徑下失效的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型，對步驟3得到的仿真結(jié)果進(jìn)行布爾運(yùn)算，定量分析轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)整機(jī)故障的概率，具體實(shí)施如下步驟4-1，由步驟3得到的仿真結(jié)果確定仿真碰撞結(jié)果矩陣
權(quán)利要求
1.飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析系統(tǒng)，其特征在于包括需求信息處理模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、模擬仿真和結(jié)果輸出模塊，需求信息處理模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、模擬仿真和結(jié)果輸出模塊均與數(shù)據(jù)庫交互； 所述需求信息處理模塊用于導(dǎo)入飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型、災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)、故障樹分析數(shù)據(jù)，建立從災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)到故障樹分析數(shù)據(jù)的映射關(guān)系、從故障樹分析數(shù)據(jù)到飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型的映射關(guān)系； 所述參數(shù)設(shè)定模塊用于確定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子在飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)中的位置參數(shù)、尺寸參數(shù)、轉(zhuǎn)子非包容失效碎片可達(dá)區(qū)域范圍的參數(shù)、失效風(fēng)險因子參數(shù)、仿真精度值，其中所述失效風(fēng)險因子參數(shù)是導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)難性功能危險的最小割集被觸發(fā)而飛機(jī)未發(fā)生災(zāi)難性事故的情況下引入的參數(shù)，失效風(fēng)險因子參數(shù)的取值范圍為[O，I]； 所述模擬仿真和結(jié)果輸出模塊用于進(jìn)行發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子碎片與飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的碰撞檢測，輸出碰撞檢測的結(jié)果，并定量分析發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)生災(zāi)難性危險的概率。
2.飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析方法，其特征在于包括如下步驟 步驟1，需求信息處理模塊導(dǎo)入飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型、災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)、故障樹分析數(shù)據(jù)，建立從災(zāi)難性功能危險分析數(shù)據(jù)到故障樹分析數(shù)據(jù)的映射關(guān)系、從故障樹分析數(shù)據(jù)到飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型的映射關(guān)系； 步驟2，在參數(shù)設(shè)定模塊確定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子在飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)模型中的位置參數(shù)、尺寸參數(shù)、轉(zhuǎn)子非包容失效碎片可達(dá)區(qū)域范圍的參數(shù)、仿真精度值和失效風(fēng)險因子參數(shù)； 步驟3，模擬仿真和結(jié)果輸出模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)子非包容失效安全性分析，具體實(shí)施如下步驟A，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子非包容失效碎片可達(dá)區(qū)域范圍內(nèi)，對轉(zhuǎn)子碎片進(jìn)行空間幾何變換得到轉(zhuǎn)子碎片的觸發(fā)位置； 步驟B，對轉(zhuǎn)子非包容性失效碎片可達(dá)區(qū)域進(jìn)行空間區(qū)域劃分，用包圍 盒包圍飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型、轉(zhuǎn)子碎片模型； 步驟C，將飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型包圍盒逐個與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子碎片模型包圍盒進(jìn)行碰撞檢測，找出所有與轉(zhuǎn)子碎片模型包圍盒相交的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型包圍盒； 步驟D，對于與轉(zhuǎn)子碎片模型包圍盒相交的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型包圍盒做飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型三角面片與轉(zhuǎn)子碎片模型三角面片的碰撞檢測； 步驟4，根據(jù)步驟I建立的故障樹分析數(shù)據(jù)到飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的映射關(guān)系確定轉(zhuǎn)子非包容失效碎片掃掠路徑下失效飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型，對步驟3的仿真結(jié)果進(jìn)行布爾運(yùn)算，定量分析轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)整機(jī)故障的概率，具體實(shí)施如下 步驟4-1，確定碰撞結(jié)果矩陣中各元素的取值，所述碰撞結(jié)果矩陣元素的取值為I時表示飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備被轉(zhuǎn)子碎片擊中并失效；所述碰撞結(jié)果矩陣元素的取值為O時表示飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備未被轉(zhuǎn)子碎片擊中； 步驟4-2，將故障樹分析數(shù)據(jù)中得到的最小割集矩陣列向量與碰撞檢測結(jié)果矩陣列向量逐列進(jìn)行布爾運(yùn)算； 當(dāng)最小割集矩陣列向量為碰撞檢測結(jié)果矩陣列向量的子集時，判定該次碰撞觸發(fā)了最小割集，統(tǒng)計最小割集觸發(fā)次數(shù)； 步驟4-3，定量計算飛機(jī)整機(jī)因發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)難性危險的概率，具體實(shí)施如下 步驟a，根據(jù)步驟4-2統(tǒng)計最小割集觸發(fā)次數(shù)確定仿真中觸發(fā)不同災(zāi)難性危險時最小割集的個數(shù)，求得飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)在單級轉(zhuǎn)子非包容失效時的災(zāi)難性危險概率； 步驟b，考慮飛機(jī)發(fā)動機(jī)數(shù)目、每臺發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子的級數(shù)，疊加各級單級轉(zhuǎn)子非包容失效時的災(zāi)難性危險概率，求得飛機(jī)整機(jī)因發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)難性危險的概率； 步驟C，檢驗仿真的精確度當(dāng)步驟b所求得的飛機(jī)整機(jī)因轉(zhuǎn)子非包容失效導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)難性危險的概率符合步驟2設(shè)置 的仿真精度值時，結(jié)束轉(zhuǎn)子非包容失效安全性分析；否則，返回步驟3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析方法，其特征在于所述步驟D具體實(shí)施如下 步驟D-1，對飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的三角面片、高能轉(zhuǎn)子碎片模型的三角面片分別做層次分解，構(gòu)造飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹以及高能轉(zhuǎn)子碎片模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹 若高能轉(zhuǎn)子碎片模型、飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹的根節(jié)點(diǎn)相交，進(jìn)入步驟D-2;否則，做下一個飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型三角面片與高能轉(zhuǎn)子碎片模型三角面片的碰撞檢測； 步驟D-2，按照深度優(yōu)先的方法遞歸遍歷飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹以及高能轉(zhuǎn)子碎片模型的層次包圍結(jié)構(gòu)樹，確定與高能轉(zhuǎn)子碎片模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹根節(jié)點(diǎn)相交的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹葉節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入步驟D-3 ； 步驟D-3，對飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹葉節(jié)點(diǎn)和高能轉(zhuǎn)子碎片模型層次包圍結(jié)構(gòu)樹葉節(jié)點(diǎn)做三角面片相交測試，僅當(dāng)所述三角面片相交時，判定所述飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備模型被高能轉(zhuǎn)子碎片穿透，將被穿透的飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)設(shè)備名稱保存至數(shù)據(jù)庫。
全文摘要
本發(fā)明公開了飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析系統(tǒng)及方法，屬于飛機(jī)特殊風(fēng)險分析與評估的技術(shù)領(lǐng)域。所述飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析系統(tǒng)包括需求信息處理模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、模擬仿真和結(jié)果輸出模塊。所述飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容失效安全性分析方法確定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子碎片相對于飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)的位置參數(shù)、尺寸參數(shù)；在失效碎片可達(dá)區(qū)域范圍內(nèi)，采用基于區(qū)域劃分和層次包圍盒法檢測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子碎片可能導(dǎo)致失效的飛機(jī)設(shè)備模型，通過對仿真結(jié)果矩陣和最小割集做布爾運(yùn)算，識別災(zāi)難性功能危險并定量給出轉(zhuǎn)子非包容失效安全性的分析結(jié)果。本發(fā)明在飛機(jī)設(shè)計階段快速精確地識別出轉(zhuǎn)子非包容失效的潛在危險，為飛機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計和構(gòu)型設(shè)計提供技術(shù)支持。
文檔編號G06F17/50GK102722598SQ20121012213
公開日2012年10月10日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者孫有朝, 張燕軍 申請人:南京航空航天大學(xué)