基于动态故障树和马尔可夫的飞机电源系统安全性分析法技术方案

本发明专利技术提供一种基于联合故障树和马尔可夫的飞机电源系统安全性分析法，步骤为依据飞机电源系统结构建立飞机电源系统的动态故障树模型；确定飞机电源系统马尔可夫模型的状态转移图；根据飞机电源系统工作原理及内部的逻辑关系确定状态转移概率公式；建立状态转移矩阵及其对应的微分方程；转换线性方程组；求解线性方程组并进行拉普拉斯反变换即可得到飞机电源系统的动态故障概率函数，并依此分析飞机电源系统的安全性。本发明专利技术的有益效果是：可在相应的时间段对飞机电源系统进行检修，大大减少飞机的失事概率；同样可以用于对其他机型或其他系统的安全分析性中，对飞机各个系统的可靠性分析和研究提供了参考。

【技术实现步骤摘要】
基于动态故障树和马尔可夫的飞机电源系统安全性分析法
本专利技术涉及一种飞机电源系统安全性分析方法，特别涉及一种基于动态故障树和马尔可夫的飞机电源系统安全性分析方法，依据飞机电源系统工作原理及内部的逻辑关系，实现对飞机电源系统的动态安全性分析。
技术介绍
飞机电源系统是飞机上电能的产生、调节、变换、控制、保护等部分的总称，包含从发电机到用电设备输入端的全部环节。作为飞机的血管和神经，飞机电源系统的质量关系着整个飞机的质量和飞行安全。随着多电飞机技术的发展，电源系统逐渐取代液压、气动和机械等系统，对飞机电源系统的可靠性要求进一步提高。对飞机电源系统的可靠性的研究，已经成为飞机设计的巨大的挑战。在对飞机电源系统的安全性进行分析时，常使用故障树分析法。但故障树分析法只能分析飞机电源系统的静态故障概率，不能用来描述系统的动态规则和时序失效行为。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够满足对飞机电源系统的动态安全性分析需求的基于动态故障树和马尔可夫的飞机电源系统安全性分析方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：基于动态故障树和马尔可夫的飞机电源系统安全性分析法，该分析方法是在故障树分析法分析飞机电源系统静态故障概率的基础上，提出基于动态故障树的马尔可夫分析法，用来分析飞机电源系统的动态故障概率，该分析方法包括以下步骤：1)依据飞机电源系统结构，建立飞机电源系统结构图飞机电源系统主要由整体驱动发电机(IntegratedDrivenGenerator，IDG)、辅助动力装置驱动发电机(AuxiliaryPowerUnitDrivenGenerator，APU.G)、航空蓄电池(Battery，BAT)、变压整流器(TransformerRectifierUnit，TRU)、静变流机(StaticInverter，INV)及外接电源等构成。根据具体的飞机电源系统结构，建立飞机电源系统结构图如图1所示。2)依据飞机电源系统内部逻辑关系，建立飞机电源系统动态故障树模型在对飞机电源系统进行设计时，必须对飞机电源系统中各类电源的失效概率进行研究，故障树分析法是计算飞机上各系统故障概率的应用最广泛的方法之一。但故障树分析法只能用于分析飞机电源系统的静态故障概率，无法分析飞机电源系统的动态特性，使用故障树建模也无法体现飞机电源系统内部复杂的逻辑关系与先后顺序。因而在对飞机电源系统的动态安全性进行分析时，引入动态逻辑门来建立系统的动态故障树模型如图2所示。其中：用Pi表示飞机电源系统中各故障的故障概率；3)依据飞机电源系统的动态故障树模型，建立飞机电源系统的马尔可夫模型在动态故障树分析法的基础上结合马尔可夫分析法，可以实现对飞机电源系统动态故障概率的分析。将动态故障树模型转化为马尔可夫模型，并建立相应的状态转移图如图3所示。在状态转移图中，用S1-Sn表示飞机电源系统的各个状态，S1：正常工作状态；S2-Sn-1：有零部件失效的中间状态；Sn：飞机电源系统完全失效状态。用λi,j表示状态i到状态j之间的状态转移率。4)根据飞机电源系统的马尔可夫模型状态转移图，求解飞机电源系统动态故障概率函数根据飞机电源系统工作原理及内部的逻辑关系，得到马尔可夫模型中各状态转移概率。由状态转移图和各个状态转移率得到状态转移矩阵如下：状态转移图对应的微分方程为：代入初始条件p1(0)＝1,pi(0)＝0,(i＝2、3…6)，运用Laplace变换，求解该微分方程得到线性方程组如下所示：求解上述方程，并进行Laplace反变换，得到系统处于状态n的关于时间t的函数，即为飞机电源系统动态故障概率函数；对飞机电源系统动态故障概率函数代入相关数据，即可得到飞机电源系统的动态故障概率变化曲线，可以实现对飞机电源系统的动态安全性分析。本专利技术的有益效果是：该安全性分析方法可以根据飞机电源系统各部件的原始故障概率，对飞机电源系统的动态故障概率进行分析。随着飞机飞行小时数的增加，飞机电源系统故障的概率越来越大。针对具体的安全性要求，在相应的时间段对飞机电源系统进行检修，可以大大减少飞机的失事概率。附图说明图1为飞机电源系统结构示意图；图2为飞机电源系统动态故障树模型示意图；图3为飞机电源系统马尔可夫模型的状态转移示意图；图4为FDEP功能相关门示意图；图5为本专利技术的方法步骤框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：本专利技术的基于动态故障树和马尔可夫的飞机电源系统安全性分析法的设计思想是依据飞机电源系统结构，建立飞机电源系统动态故障树模型；根据所建立的飞机电源系统的动态故障树模型，确定飞机电源系统的马尔可夫模型的状态转移图；根据飞机电源系统工作原理及内部的逻辑关系，确定状态转移概率公式；根据所建立的状态转移概率公式，建立状态转移矩阵及其对应的微分方程；代入初始条件，运用拉普拉斯变换，得到线性方程组；求解线性方程组并进行拉普拉斯反变换即可得到飞机电源系统的动态故障概率函数。如图5所示，本专利技术的基于动态故障树和马尔可夫的飞机电源系统安全性分析法，包括以下步骤：步骤1)依据飞机电源系统结构，建立保证在各种情况下向不同性质的电气电子负载持续可靠地供电且在主电源失效时仍能安全着陆的飞机电源系统结构图飞机电源系统主要由整体驱动发电机(IntegratedDrivenGenerator，IDG)、辅助动力装置驱动发电机(AuxiliaryPowerUnitDrivenGenerator，APU.G)、航空蓄电池(Battery，BAT)、变压整流器(TransformerRectifierUnit，TRU)、静变流机(StaticInverter，INV)及外接电源等构成。以使用较多的波音737飞机为例，B737飞机电源系统结构图如图1所示。波音737飞机有两台发电机作为主电源供电。在飞机飞行过程中，发电机提供115V、400Hz交流电给115VAC转换汇流条，115VAC转换汇流条通过变压器、变压整流器分别给28VAC和28VDC汇流条供电。当其中一台发电机失效时，发电机控制组件(GeneratorControlUnit，GCU)将控制汇流条连接断路器(BusTieBreaker，BTB)接通两个115VAC转换汇流条，由另外一台发电机供电。当两台发电机都失效时，APU发电机控制组件将控制辅助动力装置断路器(AuxiliaryPowerBreaker，APB)接通，由APU发电机作为辅助电源供电，此时，厨房等非重要负载将被切除。若主电源和辅助电源全部失效，则由航空蓄电池和静变流机作为应急电源给备用汇流条供电。其中，航空蓄电池提供28V应急直流电，并通过静变流机提供115V、400Hz单相应急交流电。当飞机在地面进行维护、大修、加油、装卸货物等作业时，由外接电源供电。飞机电源系统的这种构成是为了保证在各种情况下向不同性质的电气电子负载持续可靠地供电，并保证飞机在主电源失效时仍能安全着陆。步骤2)依据步骤1)中的飞机电源系统结构图判断飞机电源系统内部逻辑关系，并以此建立飞机电源系统动态故障树模型如图2所示，其中：Pi为飞机电源系统中各故障的故障概率；在对飞机电源系统进行设计时，必须对飞机电源系统中各类电源的失效概率进行研究，故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动态故障树和马尔可夫的飞机电源系统安全性分析法，飞机电源系统包括整体驱动发电机、辅助动力装置驱动发电机、航空蓄电池、变压整流器、静变流机和外接电源，其特征是，该分析方法步骤如下：步骤1)依据飞机电源结构，建立保证在各种情况下向不同性质的电气电子负载持续可靠地供电且在主电源失效时仍能安全着陆的飞机电源系统结构图；步骤2)依据步骤1)中的飞机电源系统结构图判断飞机电源系统内部逻辑关系，并以此建立飞机电源系统动态故障树模型，其中：Pi为飞机电源系统中各故障的故障概率；步骤3)将步骤2)中飞机电源系统的动态故障树模型转化为马尔可夫模型，得到马尔可夫模型的状态转移图，其中：用S1‑Sn表示飞机电源系统的各个状态，S1：正常工作状态；S2‑Sn‑1：有零部件失效的中间状态；Sn：飞机电源系统完全失效状态，用λi,j表示状态i到状态j之间的状态转移概率；步骤4)根据步骤3)中飞机电源系统的马尔可夫模型状态转移图建立状态转移公式，并得到状态转移矩阵及其对应的微分方程组；带入初始条件，运用Laplace变换转化为线性方程组；求解线性方程组并进行反Laplace变换，得到飞机电源系统的动态故障概率函数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于动态故障树和马尔可夫的飞机电源系统安全性分析法，飞机电源系统包括整体驱动发电机、辅助动力装置驱动发电机、航空蓄电池、变压整流器、静变流机和外接电源，其特征是，该分析方法步骤如下：步骤1)依据飞机电源结构，建立保证在各种情况下向不同性质的电气电子负载持续可靠地供电且在主电源失效时仍能安全着陆的飞机电源系统结构图；步骤2)依据步骤1)中的飞机电源系统结构图判断飞机电源系统内部逻辑关系，并以此建立飞机电源系统动态故障树模型，其中：Pi为飞机电源系统中各故障的故障概率；步骤3)将步骤2)中飞机电源系统的动态故障树模型转化为马尔可夫模型，得到马尔可夫模型的状态转移图，其中：用S1-Sn表示飞机电源系统的各个状态，S1：正常工作状态；S2-Sn-1：有零部件失效的中间状态；Sn：飞机电源系统完全失效状态，用λi,j表示状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨占刚，黄加旺，卜兆文，刘建英，石旭东，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12