航空泵加速寿命试验关键技术的研究

【类型】学位论文

【作者】汪明霞 

【关键词】 小样本 加速寿命试验 航空液压泵 综合应力加速模型 小样本步降试验

【摘要】加速寿命试验是用加大试验应力来缩短试验周期的一种基本寿命试验方法。利用加速寿命试验方法可以在较短时间内对产品的可靠性进行评定，查明产品失效原因。20世纪70年代以来，加速寿命试验方法受到统计学家和工程技术人员的广泛重视，并在加速模型的研究、统计推断方法等方面取得了丰硕成果，目前这种试验方法已被广泛用于实际工程项目中。研究对象大部分为电子产品，而对于机械产品，由于它本身的特点及难度，目前国内外在此方面的研究进展还比较缓慢。航空液压泵(以下简称航空泵)作为飞机液压系统的关键部件，其可靠性的优劣直接关系到飞机系统和驾驶员的安全性。同时航空液压泵存在着价格昂贵、研发周期短、试验样本少等特点。因而探索一种切实可行的小样本航空液压泵加速寿命试验方法，进行理论分析和寿命外推估计具有重要的理论意义和应用价值。以小样本加速寿命试验需求为背景，本文围绕小样本步降加速寿命试验方法展开较为系统的研究，旨在进一步提高加速寿命试验方法的效率、降低成本及提高统计分析精度，并最终提供一套具有工程化前景的小样本加速寿命评估试验方法。主要研究内容和成果体现在以下几个方面： 1. 在分析国内外相关文献的基础上，结合典型航空泵的工作原理及结构特点，总结出其主要故障模式及失效机理，并给出其主要的FMEA和FTA；确定了影响其寿命的主要敏感应力，并确定将它们作为综合加速应力。 2. 在航空泵寿命服从两参数Weibull分布的条件下，假设其模型满足综合应力GLL加速模型即Weibull-GLL的统计模型；通过ML-LSE方法找到了检验综合应力加速模型正确性的理论方法。 3. 针对航空泵自身的特点，首先提出了小样本试验方案的需求，对比各种试验方案，提出了一种基于小样本步降应力试验的新方案。(1) 从Nelson累积失效模型所包含的等退化累积量折算的基本思想出发，提出了基于加速因子的数据折算方法和小样本数据挖掘方法。(2) 针对恒加试验统计分析中常用的MLE分析方法，首先分析了其存在的不足，指出MLE分析方法未考虑到估计量之间的相关性，因此降低了加速模型的精度。(3)提出了一种改进的MLE方法，该方法引入了估计量的二次估计，以达到提高MLE分析方法分析精度的目的。(4) 在保证小样本加速寿命试验能满足一定的可靠度要求下，推导出置信度与样本容量的函数关系，为后续样本增加置信度的提高，提供了理论依据。(5) 给出了一种采用构造枢轴量法获得分布参数和模型参数的一定置信度下的区间估计的方法，为小样本试验数据统计精度的分析提供了理论依据。 4. 本着试验成本最低的原则，试验台采用的机械补偿式功率回收方法的原理。基于此功率回收方法推导出系统需要满足的流量匹配条件及转矩补偿公式；根据能量守恒定理，推导出功率回收率的计算公式，回收率公式表明：回收率取决于泵、马达和增速齿轮箱的效率以及系统的溢流损失。 最后，针对小样本的加速寿命试验方法，进行了实验研究，对试验数据进行了统计分析，验证了小样本试验方案的工程可行性；此外也针对功率回收率的影响因素进行了实验验证。

【学位名称】博士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】付永领

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