Progrès récents dans l'analyse de fiabilité des systèmes rotoriques d'aéro moteurs

En tant que composant clé rotatif d'un moteur aérospatial, le système rotor fonctionne dans un environnement sévère de haute température, haute pression et grande vitesse pendant une longue période, et doit répondre à une série d'exigences contraignantes et contradictoires telles qu'une longue durée de vie, un poids léger et une grande fiabilité. Sous l'influence de plusieurs facteurs aléatoires tels que les charges multi-champs, les propriétés des matériaux et les paramètres du modèle, les réponses contrainte-déformation et la durée de vie par fatigue du système rotor montrent souvent une grande dispersion. Une évaluation détaillée de l'échec et une analyse de fiabilité sont devenues des technologies clés dans le développement de moteurs aéronautiques avancés. Cet article discute d'abord des méthodes d'analyse de fiabilité couramment utilisées actuellement ainsi que de leurs idées de modélisation, et présente plusieurs méthodes de modèle intermédiaire de pointe ; ensuite, en prenant un système rotor turbine typique comme exemple, les avantages, inconvénients et limites de plusieurs méthodes d'analyse de fiabilité couramment utilisées sont analysés. Les résultats d'analyse montrent que la méthode de modèle intermédiaire présente un grand potentiel en termes de performance prédictive à haute précision et n'a pas besoin de calculs de simulation à grande échelle. Elle indique que la technologie d'échantillonnage, la forme du modèle et la stratégie de construction sont les maillons clés qui affectent la précision et l'efficacité du modèle intermédiaire, ce qui ouvre des perspectives de développement futures pour l'application de la méthode de modèle intermédiaire dans l'analyse de fiabilité des systèmes rotor.

Méthode analytique approchée/méthode de simulation numérique :  Cette revue présente systématiquement les méthodes analytiques approchées, telles que la méthode de fiabilité primaire et la méthode de fiabilité secondaire, ainsi que les méthodes de simulation numérique représentées par la méthode de Monte Carlo. Pour l'analyse de fiabilité des systèmes de rotor de moteur d'avion, la méthode analytique approchée présente le défaut de ne pas pouvoir approximer précisément les caractéristiques de la queue de la fonction de densité de probabilité, et la méthode de simulation numérique est sujette à une faible efficacité de calcul en raison de la nécessité d'appeler un grand nombre de fonctions limites non linéaires réelles. La figure 1 montre le processus détaillé d'analyse de fiabilité des deux méthodes.

Méthode de modèle substitutif : Construire des modèles mathématiques précis et efficaces pour remplacer les fonctions d'état implicites non linéaires de grande dimension est un moyen important de résoudre les problèmes d'analyse de fiabilité des structures complexes telles que les systèmes de rotor de moteur d'avion. Tout d'abord, des modèles substituts traditionnels tels que les fonctions polynomiales, les modèles de Kriging, les machines à vecteurs de support et les réseaux neuronaux BP sont résumés, et leur processus de modélisation et leurs principes d'analyse sont donnés ; ensuite, sous l'angle de la technologie d'échantillonnage, de la forme du modèle et de la stratégie de construction, plusieurs modèles substituts plus avancés tels que la technologie d'apprentissage actif, les réseaux neuronaux flous, la régression par réseau d'ondelettes, le Kriging optimisé, la stratégie de sélection des valeurs extrêmes et la stratégie distribuée collaborative sont introduits, indiquant la direction de recherche potentielle de la méthode des modèles substituts. Suivez le compte officiel : Deux-machines puissance première, obtenez une grande quantité d'informations sur les deux machines gratuitement, et concentrez-vous sur les technologies clés des deux machines !

Analyse de fiabilité du système de rotor de turbine : Sous l'effet couplé de plusieurs champs physiques tels que fluide-solide-chaleur, la base des pales, le bord, le centre du disque et d'autres parties du rotor de turbine produiront divers modes de défaillance tels que la fatigue à faible cycle, la fatigue à haut cycle et la fluage à haute température. Son analyse de fiabilité est un problème d'analyse complexe impliquant un couplage multi-champs physiques et plusieurs modes de défaillance. Cet article prend un système de rotor de turbine typique comme exemple, utilise plusieurs méthodes avancées de modèles substituts pour analyser et évaluer sa fiabilité et sa sensibilité à la fiabilité, et résume les avantages et inconvénients des différentes méthodes de modèle substitut dans l'analyse de fiabilité des systèmes de rotors de turbines. La figure 3 montre le processus d'analyse de fiabilité du système de rotor de turbine basé sur le modèle substitut.

Les conclusions principales et perspectives sont les suivantes :

Ce document introduit systématiquement trois méthodes d'analyse de fiabilité courantes, à savoir la méthode d'analyse approximative, la méthode de simulation numérique et la méthode de modèle substitutif, discute des avantages, inconvénients, limitations et domaines d'application de chaque méthode, met en évidence la supériorité de la méthode de modèle substitutif dans les problèmes d'analyse de fiabilité impliquant des fonctions implicites non linéaires complexes et fortement non linéaires, et fournit des lignes directrices significatives pour l'utilisation de la méthode de modèle substitutif afin de résoudre les problèmes d'analyse de fiabilité du système rotoriel de moteur d'avion. Suivez le compte officiel : Puissance de deux machines en premier, obtenez une grande quantité de données sur les deux machines gratuitement, et concentrez-vous sur les technologies clés des deux machines !

De plus, en partant de la précision et de l'efficacité des calculs, cet article concentre les trois maillons clés de modélisation qui déterminent l'efficacité du modèle substitutif : la technologie d'échantillonnage, la forme du modèle et la stratégie de construction. À travers une discussion approfondie sur une variété de méthodes de fiabilité innovantes émergentes dans chaque lien de modélisation, il est indiqué qu'en combinant de manière organique la technologie d'échantillonnage, la forme du modèle et la stratégie de construction, le coût de modélisation peut être réduit efficacement tout en assurant la précision des calculs. Pour les problèmes complexes d'analyse de fiabilité des structures telles que les systèmes de rotor des moteurs d'avion, comment améliorer encore la crédibilité de l'analyse de fiabilité du système de rotor des moteurs d'avion autour de ces trois maillons clés de modélisation mérite une étude supplémentaire.