一种液体火箭发动机涡轮泵可靠性智能分配方法与流程

本发明涉及一种液体火箭发动机涡轮泵可靠性智能分配方法，属于航天器系统可靠性领域。

背景技术：

1、涡轮泵是包含了多个零部件的复杂机械系统，其可靠度受到各零部件的可靠度以及各零部件之间相关因素的影响，为了达到涡轮泵系统所需的最小可靠度，必须对涡轮泵各系统的可靠性进行合理分配。在涡轮泵系统中，单个零部件的失效会导致整个涡轮泵系统完全失效，因此传统的串联模型适合于涡轮泵系统。在失效相互独立的假设下进行零部件的可靠性分析和计算，将所有零部件的可靠性相加作为系统的可靠性常常会导致过大的误差，甚至得出错误结论。因此，只有在考虑了涡轮泵系统各零部件之间的串联相关的情况下，建立的涡轮泵系统可靠性模型才更准确。

2、与可靠性分配密切相关的是成本问题，不能一味地达到可靠性要求而不顾制造成本，因此需要面向可靠性分配建立成本预估函数。对于可靠性成本预估，一方面要考虑提高某个零部件可靠性的难度，难度越大成本预估值越大，反之，难度越小成本预估值越小；另一方面需要考虑每个零部件对整个系统的重要性，即某个零部件发生故障时对整机系统可靠性的影响程度，重要性越大，说明越应该对该零部件分配较大的可靠度指标，反之，重要性越小，说明不需要对该零部件的可靠度分配提出较高的指标。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：提供一种液体火箭发动机涡轮泵可靠性智能分配方法，既满足可靠性要求，同时成本又最低的涡轮泵系统可靠性最优分配方式。

2、本发明解决技术的方案是：一种液体火箭发动机涡轮泵可靠性智能分配方法，包括：

3、s1、考虑零部件可靠性提高可行度、零部件影响因子及最低-最高允许可靠度之间相互关联性，构建零部件可靠性成本函数模型；

4、s2、确定影响涡轮泵可靠性的零部件，构建涡轮泵串联系统可靠度表达式；

5、s3、构建涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型；

6、s4、基于遗传算法，结合建立的零部件可靠性成本函数模型、涡轮泵串联系统可靠度表达式，对涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型进行优化求解，完成各零部件的可靠性分配。

7、优选的，所述零部件可靠性成本函数模型为：

8、

9、其中，fi是提高第i个零部件可靠性的可行度，wi为第i个零部件的影响因子，ri,min是第i个零部件所允许的最低可靠度，ri,max是第i个零部件在现有技术条件下能够达到的最大可靠度，ci表示第i个零部件的制造成本，ri是第i个零部件所分配的可靠度。

10、优选的，所述的涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型为：

11、

12、

13、式中，c为涡轮泵的可靠性预估成本；rg为已知的系统目标可靠度，ri,min是第i个零部件所允许的最低可靠度，ri,max是第i个零部件在现有技术条件下能够达到的最大可靠度，ri是第i个零部件所分配的可靠度，n为涡轮泵的零部件总数。

14、优选的，影响涡轮泵可靠性的零部件包括涡轮、转子、轴承、诱导轮、叶轮、鼠笼、螺栓、螺帽。

15、优选的，针对影响涡轮泵可靠性的零部件中的复杂部件，进一步细化为零件，重新执行s2-s4，完成各零件的可靠性分配。

16、一种液体火箭发动机涡轮泵可靠性智能分配系统，包括：

17、第一处理模块，考虑零部件可靠性提高可行度、零部件影响因子及最低-最高允许可靠度之间相互关联性，构建零部件可靠性成本函数模型；

18、第二处理模块，确定影响涡轮泵可靠性的零部件，构建涡轮泵串联系统可靠度表达式；

19、第三处理模块，构建涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型；

20、解算模块，基于遗传算法，结合建立的零部件可靠性成本函数模型、涡轮泵串联系统可靠度表达式，对涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型进行优化求解，完成各零部件的可靠性分配。

21、优选的，所述零部件可靠性成本函数模型为：

22、

23、其中，fi是提高第i个零部件可靠性的可行度，wi为第i个零部件的影响因子，ri,min是第i个零部件所允许的最低可靠度，ri,max是第i个零部件在现有技术条件下能够达到的最大可靠度，ci表示第i个零部件的制造成本，ri是第i个零部件所分配的可靠度。

24、优选的，所述的涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型为：

25、

26、

27、式中，c为涡轮泵的可靠性预估成本；rg为已知的系统目标可靠度，ri,min是第i个零部件所允许的最低可靠度，ri,max是第i个零部件在现有技术条件下能够达到的最大可靠度，ri是第i个零部件所分配的可靠度，n为涡轮泵的零部件总数。

28、优选的，影响涡轮泵可靠性的零部件包括涡轮、转子、轴承、诱导轮、叶轮、鼠笼、螺栓、螺帽。

29、优选的，所述第二处理模块，确定影响涡轮泵可靠性的零件，从零件级构建涡轮泵串联系统可靠度表达式；第三处理模块基于确定的影响涡轮泵可靠性的零件构建涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型。

30、本发明与现有技术相比的有益效果是：

31、本发明提供的液体火箭发动机涡轮泵可靠性智能分配方法，充分考虑了零件可靠度-制造成本之间的关系，提出了一种新型的可靠性预估成本函数，相比于现有的幂数模型、多项式模型、拉格朗日模型、对数模型及指数模型等可靠度-成本函数(无法确定系统自身常数，常数与系统、零部件可靠性的关系不密切及获取各系统、零部件费用与可靠度之间统计数据困难等问题)，此函数充分考虑了零件可靠性提高的可行度，零件的影响因子及最低-最高允许可靠度之间的相互关联性，且避免了零部件费用与可靠度之间的统计数据困难问题。

32、在此基础上，本发明提出了一种整机可靠性成本非线性规划函数，充分考虑了多约束条件下涡轮泵整机可靠性指标分配与涡轮泵系统各零部件之间的相关性，同时又考虑了各零部件的成本因素，所分配的可靠性指标更适合于实际，且更为准确。

技术特征：

1.一种液体火箭发动机涡轮泵可靠性智能分配方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述零部件可靠性成本函数模型为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：影响涡轮泵可靠性的零部件包括涡轮、转子、轴承、诱导轮、叶轮、鼠笼、螺栓、螺帽。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：针对影响涡轮泵可靠性的零部件中的复杂部件，进一步细化为零件，重新执行s2-s4，完成各零件的可靠性分配。

6.一种液体火箭发动机涡轮泵可靠性智能分配系统，其特征在于包括：

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述零部件可靠性成本函数模型为：

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述的涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型为：

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：影响涡轮泵可靠性的零部件包括涡轮、转子、轴承、诱导轮、叶轮、鼠笼、螺栓、螺帽。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述第二处理模块，确定影响涡轮泵可靠性的零件，从零件级构建涡轮泵串联系统可靠度表达式；第三处理模块基于确定的影响涡轮泵可靠性的零件构建涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型。

技术总结
本发明一种液体火箭发动机涡轮泵可靠性智能分配方法，包括：考虑零部件可靠性提高可行度、零部件影响因子及最低‑最高允许可靠度之间相互关联性，构建零部件可靠性成本函数模型；确定影响涡轮泵可靠性的零部件，构建涡轮泵串联系统可靠度表达式；构建涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型；基于遗传算法，结合建立的零部件可靠性成本函数模型、涡轮泵串联系统可靠度表达式，对涡轮泵整机可靠性成本非线性规划模型进行优化求解，完成各零部件的可靠性分配。

技术研发人员：窦唯,龚杰峰,王怡萱,曹耀,林蓬成,张静,姜绪强,金志磊,张宏利
受保护的技术使用者：北京航天动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/8/26