作為航空發(fā)動機的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)部件，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)長期工作在高溫、高壓、高速的惡劣環(huán)境下，需要滿足長壽命、輕量化、高可靠性等一系列苛刻而矛盾的指標。在多場載荷、材料屬性、模型參數(shù)等多重隨機因素的影響下，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的應(yīng)力應(yīng)變、疲勞壽命等響應(yīng)往往會表現(xiàn)出較大的分散性，其精細化失效評估和可靠性分析已成為先進航空發(fā)動機研制中的關(guān)鍵技術(shù)。本論文首先討論了當前常用的可靠性分析方法及其建模思路，介紹了幾種前沿的代理模型方法；然后，以某典型渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為例，分析了當前幾種常用可靠性分析方法的優(yōu)缺點和局限性。分析結(jié)果表明代理模型方法在高精度預(yù)測性能、無需大規(guī)模仿真計算等方面具備較大潛力，指出了抽樣技術(shù)、模型形式、構(gòu)建策略是影響代理模型精度和效率的關(guān)鍵關(guān)節(jié)，從而為代理模型方法在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析中的應(yīng)用指明了未來的發(fā)展方向。

引用格式:X.Q. Li, L.K. Song, G.C. Bai. Recent advances in reliability analysis of aeroengine rotor system: a review [J].International Journal of Structural Integrity, 2022, 13(1): 1-29. 1）近似解析法/數(shù)字仿真法：該綜述系統(tǒng)地介紹了一次可靠性法、二次可靠性法等近似解析方法和以蒙特卡洛法為代表的數(shù)字模擬方法。對于航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析問題，近似解析法存在難以精準逼近概率密度函數(shù)尾部特征的缺陷，數(shù)字仿真法因需大量調(diào)用真實非線性極限狀態(tài)函數(shù)而易于陷入計算效率低的困擾。圖1給出了兩種方法詳細的可靠性分析流程。

圖1近似解析法和數(shù)字模擬方法的可靠性分析流程 2）代理模型法：構(gòu)建精準高效的數(shù)學(xué)模型來代替高維、非線性的隱式極限狀態(tài)函數(shù)是解決航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)可靠性分析問題的重要途徑。首先概述了多項式函數(shù)、Kriging模型、支持向量機、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)代理模型，給出了其建模過程和分析原理；然后，從抽樣技術(shù)、模型形式、構(gòu)建策略等角度出發(fā)，分別介紹了主動學(xué)習(xí)技術(shù)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波網(wǎng)絡(luò)回歸、優(yōu)化Kriging、極值選取策略、分布式協(xié)同策略等幾種較為前沿的代理模型，指明了代理模型方法潛在的研究方向。

圖2幾種先進的代理模型

3）渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析：在流-固-熱等多個物理場的耦合作用下，渦輪轉(zhuǎn)子的葉根、輪緣、盤心等部位會產(chǎn)生低循環(huán)疲勞、高循環(huán)疲勞、高溫蠕變等多種失效模式，其可靠性分析是涉及多物理場耦合、多種失效模式的復(fù)雜分析問題。本文以某典型渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為例，利用幾種前沿代理模型方法對其可靠性及可靠性靈敏度進行分析和評估，總結(jié)了各種代理模型方法在渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析中的優(yōu)缺點。圖3給出了基于代理模型的渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析流程。

圖3渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析

論文主要結(jié)論及展望如下：

本文系統(tǒng)地介紹了近似解析法、數(shù)值仿真法和代理模型法等三類常見的可靠性分析方法，討論了各類方法的優(yōu)缺點、局限性和適用范圍，指出了代理模型方法在涉及復(fù)雜高非線性隱式功能函數(shù)的可靠性分析問題中的優(yōu)越性，為使用代理模型方法解決航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析問題提供了具有借鑒意義的指導(dǎo)。

此外，本文從計算精度和計算效率出發(fā)，凝練了決定代理模型效能的三個關(guān)鍵建模環(huán)節(jié)：抽樣技術(shù)、模型形式、構(gòu)建策略。通過對各建模環(huán)節(jié)涌現(xiàn)出多種較為前沿的可靠性方法進行了深入探討，指明了通過對抽樣技術(shù)、模型形式、構(gòu)建策略的有機組合，可以在保證計算精度的前提下有效降低建模成本。對于航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)可靠性分析問題來說，如何圍繞這三個關(guān)鍵的建模環(huán)節(jié)進一步提升航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析的可信度值得進一步研究。

期刊簡介:《International Journal of Structural Integrity》(IJSI)為英國Emerald出版集團與歐洲航空科學(xué)網(wǎng)絡(luò)(EASN)、歐洲結(jié)構(gòu)完整性協(xié)會(ESIS)聯(lián)合出版，是國際結(jié)構(gòu)完整性領(lǐng)域前沿理論、創(chuàng)新方法與技術(shù)應(yīng)用的重要學(xué)術(shù)交流平臺。國際結(jié)構(gòu)完整性雜志旨在匯集重大工程/裝備結(jié)構(gòu)完整性、可靠性與損傷容限領(lǐng)域的學(xué)術(shù)和工業(yè)應(yīng)用研究，內(nèi)容涵蓋先進/工程材料到結(jié)構(gòu)的強度、損傷、疲勞與斷裂、可靠性、安全性、耐久性等研究。