航空发动机可靠性评定

在外场使用中，发动机的故障间隔时间呈现出威布尔分布形式。基于外场使用的故障信息，利用威布尔分布模型，可以评估出发动机的可靠性指标（均值和一定置信度的上、下限）。

8.2.8.1　威布尔分布

威布尔分布是由瑞典的物理学家W.Weibull 于1939年为了表示材料强度的分布而提出的，它的导出是基于最弱环原理。其要素的最薄弱环节不能满足功能要求时，寿命分布就是威布尔分布，如发动机的涡轮寿命取决于它的叶片中最薄弱叶片的寿命，所以关心的是寿命最短的叶片。一个串联系统，如果每一个元件的寿命分布相同，而每一个的失效都是独立的，那么系统的寿命决定于寿命最小的元件，这样的系统寿命分布就是威布尔分布。显然，飞机系统故障模式满足这一条件。

威布尔分布由于其通用性强而得到广泛应用。此外有几种概率分布，如指数分布、正态分布及瑞利分布等，可以看作是威布尔分布的特例。威布尔分布的概率密度函数为

式中，β——形状参数，影响威布尔分布曲线的形状，在“威布尔概率纸”上叫威布尔斜率；

η——尺度参数，影响分布的离散程度；

γ——位置参数，影响分布曲线起点的位置。

这三个参数通常由试验确定。

8.2.8.2　评估实例(www.xing528.com)

英国军、民用航空发动机通用规范都规定，对有轻微影响的失效，通过台架试车和飞行使用经验加以评定。投入使用后，发动机的可靠性评定工作也随之开始。首先就是收集飞行使用的可靠性数据，其对发动机设计和制造的评价最具权威性，且反映的使用条件和环境最真实。评定结果反映发动机趋向成熟或达到成熟期的可靠性水平，是发动机可靠性工作的最终检验，也是以后发动机设计最有用的参考。可靠性数据的收集与分析是一项基础性工作，在可靠性工作中始终发挥着重要作用。以斯贝发动机为例：

装BAC111 飞机的MK506－14 斯贝民用发动机，使用10～15年以后的可靠性情况见表 8－3。

表8-3　MK506-14 发动机1975—1979年的可靠性情况

续表

由表8－3 可知，空中停车率已达到稳定的0.05，代表了那一代发动机的水平；提前换发率已下降到0.39，这可以认为是该发动机成熟期的可靠性水平。

某项目对涡扇－X 发动机共统计了3年半的使用情况，共计143 台发动机，对这143 台发动机的外场使用情况进行数据收集，共得到541 个故障，经分析后删除掉一些规定的维护需求和非关联故障，保留了其中的317 起故障，采用威布尔分布混模计算法进行分析，求得中值 MTBF=98.961 6 h，置信度为 90% 的置信区间为［87.782 1，114.540 8］，真值MTBF 有90%的把握落在这个区间内。

8.2.8.3　分析改进

根据可靠性评定结果，特别是筛选出造成空中停车和提前换发的重大故障，开展技术改进；筛选出故障率较高的分系统和零部件，进行可靠性增长，可以有效提高发动机可靠性，达到改进提升的目的。