항공엔진 로터 시스템 신뢰성 분석의 최근 진전

항공 엔진의 핵심 회전 부품인 로터 시스템은 장시간 동안 고온, 고압, 고속도의 혹독한 환경에서 작동해야 하며, 긴 수명, 경량화, 높은 신뢰성 등 일련의 까다롭고 모순된 지표들을 충족시켜야 합니다. 다중 필드 하중, 재료 속성, 모델 파라미터와 같은 여러 무작위 요인들의 영향으로 인해 로터 시스템의 응력-변형 및 피로 수명 반응은 종종 큰 분산을 보입니다. 그 정밀한 실패 평가와 신뢰성 분석은 선진 항공 엔진 개발의 핵심 기술이 되었습니다. 본 논문에서는 먼저 현재 일반적으로 사용되는 신뢰성 분석 방법들과 그 모델링 사상에 대해 논의하고, 몇 가지 최신 대리 모델 방법을 소개합니다. 이후, 전형적인 터빈 로터 시스템을 예로 들어 여러 일반적으로 사용되는 신뢰성 분석 방법들의 장점, 단점 및 제한점을 분석합니다. 분석 결과는 대리 모델 방법이 고정밀도 예측 성능과 대규모 시뮬레이션 계산이 필요 없는 측면에서 큰 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다. 또한 샘플링 기술, 모델 형태 및 구축 전략이 대리 모델의 정확도와 효율성을 좌우하는 핵심 요소임을 지적하며, 이는 로터 시스템의 신뢰성 분석에서 대리 모델 방법의 미래 발전 방향을 제시합니다.

근사 해석 방법/디지털 시뮬레이션 방법:  본 리뷰는 주요 신뢰성 방법 및 2차 신뢰성 방법과 같은 근사 해석 방법과 몬테카를로 방법을 대표로 하는 디지털 시뮬레이션 방법을 체계적으로 소개합니다. 항공기 엔진 로터 시스템의 신뢰성 분석에서 근사 해석 방법은 확률 밀도 함수의 꼬리 특성을 정확히 근사하기 어려운 결함이 있으며, 디지털 시뮬레이션 방법은 많은 실제 비선형 한계 상태 함수를 호출해야 하므로 계산 효율성이 낮아질 수 있습니다. 그림 1은 두 방법의 상세한 신뢰성 분석 과정을 보여줍니다.

대리 모델 방법: 정확하고 효율적인 수학적 모델을 구축하여 고차원의 비선형 암시적 한계 상태 함수를 대체하는 것은 항공기 엔진 로터 시스템과 같은 복잡한 구조물의 신뢰성 분석 문제를 해결하는 중요한 방법이다. 먼저 다항식 함수, 크리깅 모델, 서포트 벡터 머신, BP 신경망 등 전통적인 대리 모델들을 요약하고 그 모델링 과정과 분석 원리를 제시한다. 그리고 샘플링 기술, 모델 형태, 구성 전략의 관점에서 활성 학습 기술, 퍼지 신경망, 웨이블릿 회귀 네트워크, 최적화된 크리깅, 극값 선택 전략, 분산 협력 전략 등 더 최신의 여러 대리 모델을 소개하며, 이는 대리 모델 방법의 잠재적인 연구 방향을 나타낸다. 공식 계정 팔로우: 두 기계 파워 첫째, 무료로 많은 양의 두 기계 정보를 얻고 두 기계의 핵심 기술에 초점을 맞추세요!

터빈 로터 시스템의 신뢰성 분석: 유체-구조-열 등 다중 물리장의 결합 하에 터빈 로터의 블레이드 루트, 엣지, 디스크 중심부 등 여러 부위에서 저주기 피로, 고주기 피로, 고온 크리프와 같은 다양한 실패 모드가 발생할 수 있습니다. 그 신뢰성 분석은 다중 물리장 결합과 다수의 실패 모드를 포함하는 복잡한 분석 문제입니다. 본 논문에서는 대표적인 터빈 로터 시스템을 예시로 들어 몇 가지 최신 대리모델 방법들을 사용하여 그 신뢰성 및 신뢰성 민감도를 분석하고 평가하며, 또한 터빈 로터 시스템의 신뢰성 분석에서 다양한 대리모델 방법들의 장단점을 요약합니다. 그림 3은 대리모델 기반의 터빈 로터 시스템 신뢰성 분석 과정을 보여줍니다.

주요 결론과 전망은 다음과 같습니다:

이 논문은 시스템적으로 세 가지 일반적인 신뢰성 분석 방법, 즉 근사 해석법, 수치 시뮬레이션법 및 대리 모델법을 소개하고 각 방법의 장점, 단점, 제한 사항 및 적용 범위를 논의하며, 복잡하고 높은 비선형 암시적 함수가 포함된 신뢰성 분석 문제에서 대리 모델법의 우수성을 지적하며, 항공기 엔진 로터 시스템의 신뢰성 분석 문제를 해결하기 위해 대리 모델법을 사용하는 데 있어 참조 가치가 있는 지침을 제공합니다. 공식 계정 팔로우: 두 개의 머신 파워 먼저, 무료로 많은 양의 두 개의 머신 데이터를 받고 두 머신의 핵심 기술에 초점을 맞춥니다!

또한, 계산 정확도와 계산 효율성을 기준으로 본 논문에서는 대리 모델의 효과를 결정짓는 세 가지 핵심 모델링 단계를 압축적으로 제시한다: 샘플링 기술, 모델 형태, 그리고 구축 전략. 각 모델링 단계에서 등장하는 다양한 최신 신뢰성 방법들을 심층적으로 논의하며, 샘플링 기술, 모델 형태, 구축 전략을 유기적으로 결합함으로써 계산 정확도를 보장하면서 모델링 비용을 효과적으로 줄일 수 있음을 지적한다. 항공기 엔진 로터 시스템과 같은 복잡한 구조물의 신뢰성 분석 문제에 있어서, 이 세 가지 핵심 모델링 단계를 중심으로 항공기 엔진 로터 시스템의 신뢰성 분석 신뢰도를 어떻게 더욱 향상시킬 것인지에 대한 연구는 더 깊이 진행될 가치가 있다.