通用航空器的活塞发动机增压系统安全性分析模型及风险控制策略理论与方法研究

Piston engine has been the important and majority choice for general aviation power system. With the future opening up of our country’s airspace, it is an effective way to use turbocharging technology to solve the problem of power coastdown and high gas mileage in high altitude. However, due to the dramatically increasing complexity of systems, tackling the safety issues associated with turbocharger is becoming urgent. Thus, how to decompostion and identification the failure model in actual motion and how to build the accurate control strategy to control failure risk in operation matintenance become the key of general aviation safe operation. ..The project effectively captures two key essences of complex system safety analysis as overcoming the shortcomings from human subjective judgement and human experience and identifying the key influence factors for coupling failure problem. Thus, in order to guarantee the safety of general aviation, the model-based system safety analysis as a new safety analysis method is introduced into the turbocharing system of aero-engine to achieve the location of the key factor of coupling failure in actual motion and to build the accurately failure control strategy for turbocharing system and elastic check intervals for key rotor parts...There are three main core technologies in this research: 1) the system safety analysis model of turbocharging pistion engine validated by experiments. 2) location the key factor of failure and build the control strategy of failure risk. 3) build the elastic check intervals for whole life of key rotor parts basd on probabilistic failure risk assessment.

航空活塞发动机是通用航空器动力的重要选择并占绝对多数，随着我国空域开放，采用涡轮增压技术是解决高空飞行功率下降、油耗增高的有效途径，但由于涡轮增压器大幅增加了动力系统复杂程度，与增压器相关的安全问题日趋严峻。如何在实际运行中分解和辨识失效模式及其影响，并在运行维护中精确制定失效风险控制策略是保证通用航空运行安全的关键。本项目敏锐的抓住复杂系统安全性分析的本质是“克服主观及对经验的依赖”、“辨识耦合失效关键影响因素”这两个关键点，将基于模型的系统安全性分析新方法引入航空活塞发动机增压系统，对实际运行中耦合失效的关键影响因素进行定位，形成运行维护中的精确风险控制策略及关键部件弹性检查间隔，保证通用航空器安全性。项目拟突破的三个核心技术：1）经实验验证的增压活塞发动机系统安全性分析模型的建立；2）运行中失效关键影响因素的定位及风险控制策略；3）基于核心转子件服役期内失效风险评估的弹性检查间隔。

随着我国空域开放，航空活塞发动机是通用航空器动力的重要选择并占绝对多数，采用涡轮增压技术是解决高空飞行功率下降、油耗增高的有效途径，但由于涡轮增压器大幅增加了动力系统复杂程度，与增压器相关的安全问题日趋严峻。如何在实际运行中分解和辨识失效模式及其影响，并在运营维护中精确制定失效风险控制策略是保证通用航空运行安全的关键。本项目敏锐的抓住复杂系统安全性分析的本质是“克服主观及对经验的依赖”、“辨识耦合失效关键影响因素”这两个关键点并由此出发开展研究工作。.项目将基于模型的安全性分析方法应用于航空活塞发动机增压系统，建立从整机出发的增压系统安全性分析模型，突破了传统安全性分析方法的局限性，为复杂匹配类系统的耦合失效问题提供解决途径。同时，建立基于“对应分析+极角分类法”的失效模式关键影响因素的定位方法，形成关键影响因素的风险（安全性）控制策略，为通用航空活塞发动机增压系统实际运行中出现的失效，确定其影响因素和潜在诱因，形成对应的预防措施。最终将概率风险评估方法引入增压系统关键转子件在服役期（全寿命期）内的失效评估过程，评判安全性控制策略的作用效果，并基于检查间隔对失效风险的影响提出增压系统在实际维护中的弹性检查间隔建议，从而预防涡轮增压器的失效，服务于中国民航通用航空器的运行安全。.研究成果发表SCI论文10篇，EI期刊论文2篇，EI会议5篇，申请/授权发明专利/软件著作权10项，支撑出版《航空发动机安全性设计导论》专著1部。获2021年国防技术发明二等奖，2020年“航空强国中国心”突出贡献一等奖，2020年国防科学技术进步一等奖，2019年中国民用航空局科技创新拔尖人才。项目研究中形成的轮盘类限寿件概率寿命评估技术具有通用性，适用于钛合金材料转子类部件，成功应用于我国重点民机型号WZ16的适航符合性验证工作，并取得国内适航认证。