基于风险与成本分析的飞机结构检查任务规划方法

摘要

本发明公开基于风险与成本分析的飞机结构检查任务规划方法，检查方式包括传统的结构无损检测和结构健康监测。首先基于概率损伤容限分析原理，建立飞机结构元件单次飞行失效概率的计算模型，并在此基础上建立机队某一时间段内的累积风险计算模型；然后在现行的飞机结构计划维修模式下，建立飞机结构件寿命周期内维修成本计算模型，包括结构检查成本、修理成本以及虚警成本的计算模型；最后，以单次飞行失效风险和机队累积风险作为结构维修策略的风险评价指标，在满足安全风险要求的前提下，依据结构全寿命周期维修成本的分析，可确定最佳的结构检查策略。可以在权衡结构失效风险和寿命周期维护成本的基础上确定最优的结构检查间隔和修理阈值。

主权项

基于风险与成本分析的飞机结构检查任务规划方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：基于概率损伤容限分析原理，建立飞机结构件单次飞行失效概率计算模型，进而建立机队累积风险计算模型；第二步：基于现行的飞机结构计划维修模式，建立飞机结构寿命周期内维修成本计算模型，包括结构检查成本、修理成本以及虚警事件引发的结构检查成本的计算模型；所述结构检查成本，具体如下：单次检查成本用工时费乘以人工时，因此对于一个给定的维修策略在寿命周期内的m次结构检查的总成本如下：$C_I=\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{c}_I^{\left(j\right)}$其中，式中第j次检查成本；所述修理成本，具体如下：引进裂纹修复概率PCR，定义如下：$PCR=E\left(POR\right(a\left)\right)={\int }_0^{\infty }POR\left(a\right)f\left(a\right)da$式中：f(a)表示检查时裂纹尺寸的概率密度函数，POR(a)表示当裂纹尺寸为a的时候裂纹修理的概率；POR(a)定义如下：$POR\left(a\right)=\phi \left(\frac{ln\left(a\right)-\mu }{\sigma }\right)=\phi \left(\frac{ln\left(a\right)-ln\left(a_{res}\right)}{\sigma }\right)$式中：σ是根据无损检测系统可靠性评估手册1823A推荐的方法来分析NDE或SHM系统实验数据获得的，μ取修理决策阈值的对数值，即log(a_res)；根据修理决策阈值的定义，当裂纹尺寸等于或超过阈值时进行修理，否则就不进行修理；所述虚警事件引发的结构检查成本，具体如下：定义结构修理虚警事件为NDE或SHM系统检测到损伤尺寸已经达到了修理决策阈值，必须停机修理，但是实际上裂纹尺寸并没有超过阈值；对于一个给定的维修策略在寿命周期内的m次检查计划中，由于虚警引起的额外维修成本表示如下：$C_{FCR}=\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{c}_{FCR}^{\left(j\right)}·p_{FCR}^{\left(j\right)}$式中：表示第j次检查时由于虚警事件引起的额外的检查和维修成本，表示第j次检查时修理虚警事件发生的概率；第三步：在同时满足飞机结构单次飞行失效风险及机队累积失效风险的前提下，选择无损检测设备NDE或在线结构健康监测系统SHM，优化结构检查间隔和修理决策阈值，使飞机结构寿命周期内维修成本最低；$\left\{\begin{array}{c}\min :\\ C(I,a_{res,depot},a_{res,field})=\min \underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}(c_I^{\left(j\right)}+c_R^{\left(j\right)}·p_R^{\left(j\right)}+c_{FCR}^{\left(j\right)}·p_{FCR}^{\left(j\right)})\\ s.t.\\ \max \left({\mathrm{SFPOF}}_t\right)<{\mathrm{SFPOF}}_{threshold},t=1,...,m\\ R_m<R_{threshold}\end{array}\right.;$其中：C(I,a_res,depot,a_res,field)表示结构寿命周期内维修成本；I表示检查间隔；a_res,depot表示基地结构修理阈值；a_res,field表示航线结构修理阈值；s.t.表示约束条件；max(SFPOF_t)表示结构寿命周期内SFPOF最大值；SFPOF_threshold表示能够接受的SFPOF阈值；R_m表示未来m个飞行循环内机队累积风险；R_threshold表示能够接受的机队累积风险阈值。