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論文導(dǎo)讀： 渦輪盤是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一。它們都對渦輪盤的壽命產(chǎn)生一定的影響。引入模糊綜合評判方法對渦輪盤的壽命進(jìn)行評估。
關(guān)鍵詞：壽命，渦輪盤，模糊綜合評判

　　1 引言
　　 渦輪盤是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，在其上作用有較大的離心負(fù)荷、熱負(fù)荷、氣動(dòng)負(fù)荷和振動(dòng)負(fù)荷等，它們都對渦輪盤的壽命產(chǎn)生一定的影響，在實(shí)際的工作中，特別是在海洋環(huán)境下使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪盤還會(huì)產(chǎn)生蠕變變形和腐蝕，影響渦輪盤的強(qiáng)度、剛度及壽命。因此評估渦輪盤壽命是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，要考慮的因素十分繁多，并且在實(shí)際工作中還有許多因素（如轉(zhuǎn)軸、葉片及氣流對輪盤的影響）目前還無法精確地計(jì)算。為此，引入模糊綜合評判方法對渦輪盤的壽命進(jìn)行評估，在充分利用渦輪盤有限元壽命計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合渦輪盤設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)，采用層次分析法確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，建立了評估的數(shù)學(xué)模型和評估流程，實(shí)際評估了某渦輪盤的壽命。結(jié)果表明，該方法能夠解決渦輪盤壽命評估中一些復(fù)雜因素的處理問題，具有一定的實(shí)際工程意義。
　　2 渦輪盤壽命分析的模糊綜合評判法
　　模糊綜合評判分為一級與多級評判。對于分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤壽命此類復(fù)雜問題，考慮的因素較多，且每一因素還有較多層次，用一級評判得不出滿意的結(jié)論，因此，依據(jù)實(shí)際問題的需要采用二級模糊綜合評判。
　　2.1 二級模糊綜合評判
　　2.1.1 建立模糊綜合評判模型
　　2.1.1.1 建立因素集和因素等級集
　　 因素集即為影響評判對象的各種因素的集合。對渦輪盤壽命有影響的因素有設(shè)計(jì)選材、制造工藝、工作狀況、使用維護(hù)等，通常把它們構(gòu)成因素集：，表示種影響因素。
　　由于每一因素均具有不確定性，如渦輪盤使用維護(hù)質(zhì)量參差不齊等，為此，將每一因素再細(xì)分若干等級，構(gòu)成因素等級集。即有，其中表示第個(gè)因素的第個(gè)等級。
　　對于渦輪盤壽命，這兩個(gè)集合可綜合渦輪盤的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的實(shí)際狀況來建立。
　　2.1.1.2 建立權(quán)重集
　　權(quán)重集是下層評判指標(biāo)對上層評判指標(biāo)的隸屬程度，它是因素集上的模糊子集。
　　根據(jù)每一等級對因素的隸屬程度來確定每個(gè)等級的權(quán)數(shù)，得到等級權(quán)重集
　　根據(jù)每一個(gè)因素的重要程度，賦予每個(gè)因素以相應(yīng)的權(quán)數(shù)，得到因素權(quán)重集。論文檢測。
　　為了計(jì)算方便，這兩個(gè)權(quán)重集均應(yīng)進(jìn)行歸一化處理，并滿足非負(fù)性要求。
　　權(quán)重集的確定是綜合評判的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它確定得恰當(dāng)與否直接影響綜合評判的結(jié)果，目前常用的確定方法有德爾斐（Delphi）法、專家調(diào)查法和層次分析法（AHP法）等。工程實(shí)踐中可依據(jù)具體情況選用，本文選用AHP法。
　　2.1.1.3 建立評判集
　　設(shè)評判的結(jié)果可能有個(gè)，則由其組成的評判集為。對于渦輪盤的壽命，就是渦輪盤壽命在各種情況下的消耗，需要通過渦輪盤壽命的AHP分析確定。
　　2.1.1.4 建立單因素等級評判矩陣
　　先進(jìn)行單因素評判，即單獨(dú)從一個(gè)評判因素出發(fā)，確定評判對象對因素等級的隸屬程度。設(shè)評判對象按因素集中第個(gè)因素等級中第個(gè)等級對評判的隸屬度（在第個(gè)因素第個(gè)等級的情況下，評判集中第個(gè)結(jié)論可能出現(xiàn)的概率）為，則第個(gè)因素的等級評判矩陣為：

　　單因素等級評判矩陣的確定也是綜合評判的關(guān)鍵之一，它確定得恰當(dāng)與否直接影響綜合評判的結(jié)果，可以采用與權(quán)重集相同的方法確定。
　　2.1.2 二級模糊綜合評判的分析過程
　　2.1.2.1 合成算子的確定
　　 常用的模糊綜合合成運(yùn)算模型有四種，為了考慮所有評判因素的影響且保留單因素評判的全部信息，采用乘、加模型。當(dāng)權(quán)重集與隸屬度向量均具有歸一性時(shí)，上述運(yùn)算模型即為求和型。
　　2.1.2.2 初級評判
　　即按每個(gè)因素的各個(gè)等級進(jìn)行評判。如已得到等級權(quán)重集和各單因素等級評判矩陣，則初級評判集為：
　　
　　式中：為按第個(gè)因素的全部等級進(jìn)行綜合評判時(shí)，評判對象對評判集中第個(gè)元素的隸屬度。
　　2.1.2.3 二級評判
　　即考慮所有因素進(jìn)行的綜合評判。如已得到因素權(quán)重集和初級評判集，則
　　
　　式中：為按所有因素的全部等級進(jìn)行綜合評判時(shí)，評判對象對評判集中第個(gè)元素的隸屬度。
　　2.2 評判結(jié)論
　　評判的結(jié)果按加權(quán)平均法處理，則最后的評估結(jié)果為
　　
　　3 某渦輪盤壽命的模糊綜合評估
　　3.1 渦輪盤壽命消耗分析
　　根據(jù)海洋環(huán)境下使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)情況，渦輪盤的壽命消耗主要取決于低循環(huán)疲勞、熱疲勞、蠕變和腐蝕的作用。
　　低循環(huán)疲勞應(yīng)包括離心載荷、扭轉(zhuǎn)載荷、氣動(dòng)力、溫度梯度和不均勻膨脹等引起的應(yīng)力循環(huán)。熱疲勞實(shí)質(zhì)也是低循環(huán)疲勞。對于有長巡航飛行剖面的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，蠕變比LCF（低循環(huán)疲勞）成為更嚴(yán)格的壽命限制準(zhǔn)則。計(jì)算中主要考慮三種循環(huán)：主循環(huán)LCF1（停車—最大—停車）、次循環(huán)LCF2（慢車—最大—慢車）和次循環(huán)LCF3（巡航—中間—巡航）[1]。經(jīng)AHP分析，四種因素對渦輪盤壽命消耗的影響見表1。論文檢測。
　　表1 渦輪盤工作時(shí)壽命消耗影響
　　

3.2 渦輪盤壽命的模糊綜合評判
　　3.2.1 模糊綜合評判模型
　　3.2.1.1 因素及因素等級集的建立
　　主要考慮的因素為設(shè)計(jì)水平、制造工藝、材質(zhì)優(yōu)劣、工作溫度、腐蝕狀況、工況條件、韌性大小，即因素集{設(shè)計(jì)水平、制造工藝、材質(zhì)優(yōu)劣、工作溫度、腐蝕狀況、工況條件、韌性大小}。各個(gè)因素的等級可以分為五等，使其按影響因素取值趨勢一致來排列，可得表2所示的因素等級表。
　　表2 因素等級集
　　

因素		等級
		1	2	3	4	5
	設(shè)計(jì)水平	好	較好	一般	較差	差
	制造工藝	好	較好	一般	較差	差
	材質(zhì)優(yōu)劣	好	較好	一般	較差	差
	工作溫度	低	較低	一般	較高	高
	腐蝕狀況	小	較小	中等	較大	大
	工況條件	好	較好	一般	較差	差
	韌性大小	大	較大	中等	較小	小

工藝等級越高，產(chǎn)生大的損傷的表面缺陷越少，則輪盤受疲勞載荷時(shí)壽命損耗越少；材料質(zhì)量越高，內(nèi)部缺陷越少，輪盤抵抗疲勞載荷的能力亦越強(qiáng)；溫度的升高會(huì)使材料的變形抗力和疲勞強(qiáng)度下降；環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)對金屬材料的疲勞性能影響很大，特別是對海軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至能加速裂紋的萌生及擴(kuò)展；同樣強(qiáng)度的材料韌性越好，越有利于抵抗疲勞破壞。
　　3.2.1.2 權(quán)重集的建立
　　根據(jù)現(xiàn)有條件，在確定各種權(quán)重集、隸屬度和單因素等級評判矩陣時(shí)采用AHP法[2]，由此建立因素權(quán)重集并歸一化為：
　　
　　建立因素等級權(quán)重集并歸一化為：
　　表3 因素等級權(quán)重集
　　

因素	等級
	1	2	3	4	5
	0.364	0.620	0.016	0	0
	0.386	0.482	0.132	0	0
	0.388	0.452	0.152	0.008	0
	0.033	0.056	0.116	0.501	0.294
	0.023	0.052	0.175	0.524	0.226
	0.261	0.435	0.220	0.084	0
	0.118	0.221	0.489	0.132	0.040

3.2.1.3 評判集的建立
　　評判集即是用AHP分析得到的壽命消耗影響：
　　
　　3.2.1.4 等級評判矩陣的建立
　　初級評判時(shí)，由于各個(gè)因素都按取值的一致性排列了，且對評判集也按序進(jìn)行了排列，所以其因素的等級評價(jià)矩陣可取為一致。采用與確定權(quán)重集相同的方法建立等級評判矩陣為：
　　
　　3.2.2 渦輪盤壽命的二級模糊綜合評判
　　3.2.2.1 初級評判
　　
　　
　　3.2.2.2 二級評判
　　
　　3.2.3渦輪盤壽命評判結(jié)論
　　
　　即當(dāng)考慮上述因素后，渦輪盤的評估壽命為計(jì)算壽命的85.8%，這是符合客觀實(shí)際的。
　　4 結(jié)論
　　將在渦輪盤的壽命評估中需考慮的眾多復(fù)雜因素用模糊綜合評判進(jìn)行評價(jià)，較好地解決了真實(shí)渦輪盤壽命評估中復(fù)雜因素的處理問題。論文檢測。同時(shí)，更準(zhǔn)確的分析結(jié)果依賴于對大量故障輪盤的統(tǒng)計(jì)分析和模糊評價(jià)數(shù)據(jù)庫專家系統(tǒng)的建立。
　　
參考文獻(xiàn)
1 何景蘭，洪杰，李其漢．某航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端件壽命消耗計(jì)算模型及壽命監(jiān)視[J]．航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，1996.11(4)：341～344．
2 藎壚．實(shí)用模糊數(shù)學(xué)[M]．北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1989：191～209．