Method for estimating the durability of aviation hydraulic drives

• Autorzy: Ułanowicz Leszek , Jastrzębski Grzegorz , Szczepaniak Paweł

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2020.3.19

Warianty tytułu

PL

Metoda szacowania trwałości lotniczych napędów hydraulicznych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Throughout previous practice, estimating the life of aviation hydraulic drive assemblies has been utilizing a variant, which requires conducting long-lasting studies of the drive assemblies until they move to the unfitness state. Such studies, which enable estimating life a posteriori, are costly and long-lasting. Hence the need to look for new strategies for estimating life. The article presents a method of estimating the durability of a hydraulic drive assembly based on the control of its change in technical condition. Inspection of the technical condition enables timely detection of the condition before the emergency hydraulic assembly. The novelty of the method is to use, to detect the condition before the emergency team, the principle of determining the pre-emptive control parameter tolerance. Pre-emptive tolerances are a set of control parameter values between threshold levels and pre-emergency (allowable) levels. The intensity of depletion of durability (intensity of aging, wear) is random. The paper presents a stochastic description of the control parameter change and the resulting empirical relationships between the control parameter verification time probability density (verification periodicity) and the control parameter value change probability density. The inter-relations between these two functions were described. It also presents empirical relationships enabling the determination of the permissible value for the control parameters and the periodicity of the control parameter checks after exceeding the limit value. An example of estimating the life of a hydraulic piston pump on-board an aircraft operated in the Polish Air Forces was shown. The permissible values and the time for the first control parameter verification after exceeding the limit value were determined for selected control parameters of the hydraulic pump. The proposed method binds life (fitness time) with the physical wear mechanisms concerning the assemblies. It can be applied in work aimed at determining the resource life of technical equipment. Furthermore, it enables utilizing technical equipment according to a technical state strategy with monitoring the parameters.

PL

W dotychczasowej praktyce szacowania trwałości zespołów lotniczych napędów hydraulicznych stosowany jest wariant, który wymaga prowadzenia długotrwałych badań zespołów napędu do czasu ich przejścia w stan niezdatności. Badania tego typu, umożliwiające szacowanie trwałości a posteriori, są kosztowne i długotrwałe. Istnieje więc potrzeba poszukiwania nowych strategii szacowania trwałości. W artykule zaprezentowano metodę szacowania trwałości zespołu napędu hydraulicznego opartą o kontrolę jego zmiany stanu technicznego. Kontrola stanu technicznego umożliwia wykrycie we właściwym czasie stanu przed awaryjnego zespołu hydraulicznego. Novum metody jest wykorzystanie, do wykrycie stanu przed awaryjnego zespołu, zasady wyznaczania uprzedzających tolerancji parametru kontrolnego. Tolerancje uprzedzające stanowią zbiór wartości parametru kontrolnego zawartych między poziomami granicznym i przed awaryjnym (dopuszczalnym). Intensywność wyczerpywania się trwałości (intensywności starzenia, zużywania) ma losowy charakter. W artykule przedstawiono stochastyczny opis zmiany parametru kontrolnego oraz wynikające z niego empiryczne zależności funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu przeprowadzania sprawdzeń parametru kontrolnego (okresowość kontroli) i funkcji gęstości prawdopodobieństwa zmiany wartości parametru kontrolnego. Opisano wzajemne związki obu tych funkcji. Przedstawiono zależności umożliwiające wyznaczenie wartości dopuszczalnej parametru kontrolnego i okresowość sprawdzeń parametru kontrolnego po przekroczeniu wartości dopuszczalnej. Zaprezentowano przykład szacowania trwałości tłoczkowej pompy hydraulicznej z samolotu użytkowanego w Siłach Zbrojnych RP. Dla wybranych parametrów kontrolnych pompy hydraulicznej wyznaczono ich wartości dopuszczalne oraz czas pierwszej kontroli parametru kontrolnego po przekroczeniu wartości dopuszczalnej. Zaprezentowana metoda wiąże trwałość z fizycznymi mechanizmami zużywania się zespołów. Przedstawiona metoda może być wykorzystana w pracach mających na celu określanie zasobu pracy urządzeń technicznych. Umożliwia ona użytkowanie urządzeń technicznych według strategii stanu technicznego z kontrolowaniem parametrów.

Słowa kluczowe

EN

aviation; lifetime; hydraulic drive; hydraulic pump; technical condition

PL

lotnictwo; trwałość; napęd hydrauliczny; pompa hydrauliczna; stan techniczny

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 22, no. 3
• Strony: 557--564
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ułanowicz Leszek

• Air Force Institute of Technology ul. Księcia Bolesława 6 01-494 Warsaw, Poland

autor

Jastrzębski Grzegorz

• Air Force Institute of Technology ul. Księcia Bolesława 6 01-494 Warsaw, Poland

autor

Szczepaniak Paweł

• Air Force Institute of Technology ul. Księcia Bolesława 6 01-494 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Agamirov L V, Vestyak V A. Statistical analysis of results of testing aviation products in the conditions of random evaluation. Software products and systems 2017; 1 (30): 124-129, https://doi.org/10.15827/0236-235X.117.124-129.
• 2. Agamirov L V, Reicher V L. Fatigue life and damage to aircraft structures. Moscow: Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, 2018.
• 3. Andrzejczak K, Selech J. Generalised Gamma Distribution in the Corrective Maintenance Prediction of Homogeneous Vehicles. Reliability and Statistics in Transportation and Communication 2019; 519-529, https://doi.org/10.1007/978-3-030-12450-2_50.
• 4. Ao D, Hu Z, Mahadevan S. Design of validation experiments for life prediction models. Reliability Engineering & System Safety 2017; 165:22-33, https://doi.org/10.1016/j.ress.2017.03.030.
• 5. Bansal R K. Fluid Mechanics and Hydraulics Machines (Edition 9th). New Delhi: Laxmi Publications Private Limited (chapter 6), 2011.
• 6. Bektas O, Jones J A, Sankararaman S, Roychoudhury I, Goebel K. A neural network filtering approach for similarity-based remaining useful life estimation. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2019; 101: 87-103, https://doi.org/10.1007/s00170-018-2874-0.
• 7. Blancke O, Tahan A, Komljenovic D, Amyot N, Claude M L. A holistic multi-failure mode prognosis approach for complex equipment. Reliability Engineering & System Safety 2018; 180: 136-151, https://doi.org/10.1016/j.ress.2018.07.006.
• 8. Byington C S, Watson M, Edwards D. Data driven neural network methodology to remaining life predications for aircraft actuator components. In IEEE Aerospace Conference Proceedings (IEEE Cat. No.04TH8720) 2004.
• 9. Chilton D. Ensuring proper maintenance and repair in projects involving and elevated hight. Fluid Power Journal 2019; 26 (9): 39-42.
• 10. Ge W, Wang S., Wear condition prediction of hydraulic pump. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics 2011; 37: 1410-1414.
• 11. Gessner T. Analizing a hydraulic system performance. Fluid Power Journal 2018; 25 (9): 12-15.
• 12. Grinchar N G, Sorokin P A, Karpychev V A, Sergeev K A. Analysis of change in the state of hydraulic drive of machines in operation according to the diagnostic results. Scientia Iranica B 2020; 27(1): 295 -301.
• 13. Idziaszek Z, Grzesik N. Object characteristics deterioration effect on task reliability - outline method of estimation and prognosis. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2014; 16 (3): 433-440.
• 14. Ignatowicz S R., Karuskevich M V., Maslak T P., Jutkowicze S S. Resurs and durability of aviation equipment. Kiev: Ministry of Education and Science of Ukraine, 2015.
• 15. Klarecki K, Hetmańczyk M P, Rabsztyn D. Influence of the selected settings of the controller on the behavior of the hydraulic servo drive. Mechatronics - Ideas for Industrial Application. Advances in Intelligent Systems and Computing 2015: 317: 91-100, https://doi.org/10.1007/978-3-319-10990-9_9.
• 16. Lee J, Wu F, Zhao W, Ghaffari M, Liao L, Siegel D. Prognostics and health management design for rotary machinery systems - Reviews methodology and applications. Mechanical Systems and Signal Processing 2014; 42: 314, https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2013.06.004.
• 17. Li H S, Chen D N, Yao C Y. Reliability analysis of hydraulic drive system based on evidence theory and Bayesian network. Hydraulic & Pneumatics 2017; 4: 8-14.
• 18. Modi P N, Seth S M. Hydraulics and Fluid Mechanics Including Hydraulics Machines (19th Edition). Standard Book House, 2013.
• 19. Ohtsu I, Yasuda Y, Gotom H. Wear and tribological test equipment hydraulic components. Journal of Hydraulic Research 2001; 39 (2): 203-209, https://doi.org/10.1080/00221680109499821.
• 20. Olivares W, Vianna L, Yoneyama T. Predictive Maintenance Optimization for Aircraft Redundant Systems Subjected to Multiple Wear Profiles. Systems Journal IEEE 2018; 12 (2): 1170-1181, https://doi.org/10.1109/JSYST.2017.2667232.
• 21. Selech J, Andrzejczak K. An Aggregate criterion for selecting A distributionfor times to failure of components of rail vehicles. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2020; 22(1): 102-111, https://doi.org/10.17531/ein.2020.1.12.
• 22. Srinivasan R. Hydraulic and Pneumatic Controls. Vijay Nicole Imprints Private Limited. 2/e, 2008.
• 23. Tomaszek H, Żurek J, Jasztal M. Prognozowanie uszkodzen zagrazajacych bezpieczenstwu lotow statkow powietrznych. Radom: Biblioteka Problemow Eksploatacji, 2008.
• 24. Wang H W, Teng K N. Residual life prediction for highly reliable products with prior accelerated degradation data. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2016; 18(3): 379-389, https://doi.org/10.17531/ein.2016.3.9.
• 25. Wang X, Lin S, Wang S P. Remaining useful life prediction model based on contaminant sensitivity for aviation hydraulic piston pump. In IEEE/CSAA International Conference on Aircraft Utility Systems (AUS). 2016, https://doi.org/10.1109/AUS.2016.7748057.
• 26. Werbińska-Wojciechowska S. Time resource problem in logistics systems dependability modelling. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2013; 15(4): 427-433.
• 27. Zhai Q, Chen P, Hong L, Shen L. A random-effects Wiener degradation model based on accelerated failure time. Reliability Engineering & System Safety 2018; 180: 94-103, https://doi.org/10.1016/j.ress.2018.07.003.