基于快速原型的涡扇发动机气路部件在线健康监控系统设计

为实现涡扇发动机全包线范围内具有较高精度的快速实时仿真,结合快速原型技术和发动机非线性模型设计了一种气路部件在线健康监控系统。该系统采用涡扇发动机非线性模型模拟真实发动机进行实时计算,并将基于优化拟合法获得最优的发动机线性化模型融入扩展Kalman滤波算法,对气路部件健康参数进行实时跟踪,将该跟踪方法运用于基于CompactDAQ和CompactRIO平台设计的发动机在线故障诊断原型系统进行仿真试验验证。仿真结果表明,基于快速原型技术与发动机非线性模型构建的在线健康监控系统能够实现对气路部件故障的有效诊断,平均正确率达到98.28%。     

航空发动机组态建模技术研究

基于组态的方法设计了航空发动机部件模型库、仿真实时数据库以及前台组态系统和后台运行管理系统,构建航空发动机组态建模平台,并在此平台上实现了多种结构发动机模型的稳态仿真和瞬态仿真,其结果达到了一定精度,验证了航空发动机组态建模技术的可用性.      

航空发动机数控系统综合仿真平台设计

综合现有软硬件资源,采用模块化方法设计了航空发动机数字电子控制系统综合仿真平台,其框架主要包括发动机模型系统、传感器信号模拟与处理、控制器快速原型等子系统.发动机模型系统采用集成仿真环境调用液压执行装置和发动机数学模型库方式设计;快速原型系统采用Matlab/Simulink环境下将控制程序封装成S-Function的方法设计;软件设计重点描述了混合编程与定时器编程技术.以某双轴涡扇发动机为应用对象,进行控制系统数字仿真、半物理模拟试验和台架试车,在相同控制参数下,仿真试验与台架试车结果相似,表明所设计综合仿真平台具有工程应用价值.      

多目标遗传算法在H_∞鲁棒控制器设计中的应用

引入了基于频域理论的H∞回路成形鲁棒设计方法对某型航空发动机进行控制器设计,对设计过程中的关键技术进行了研究。在控制器设计过程中,引入多目标遗传算法对能使系统奇异值形状满足设计要求的权函数参数进行全局寻优,有效提高了控制器的设计效率和设计的准确性。同时对传统的控制回路结构进行了改形,改善了控制器性能。最后在设计的航空发动机数控系统快速原型化实时仿真平台上进行了硬件在回路仿真,证实了所设计的改型后的H∞回路成形控制器在航空发动机控制上所具有的良好的性能。     

涡扇发动机传感器故障诊断的快速原型实时仿真

为快速高效地完成涡扇发动机传感器故障诊断算法的硬件在环仿真试验,构建了以NI CompactRIO为核心的传感器故障诊断系统的快速原型实时仿真平台.基于一簇卡尔曼滤波器,在LabVIEW编程环境中建立了传感器故障诊断系统.分别在涡扇发动机模型稳态和动态工作时完成了对单个传感器故障的检测、隔离和重构的硬件在环仿真试验并验证了算法精度.经过大量试验,结果表明:基于卡尔曼滤波器理论的诊断算法能在传感器故障情况下确保控制系统安全运行,诊断精度最高可达1.4%;同时表明,该快速原型实时仿真平台的设计是成功的.研究工作为发动机传感器故障诊断系统的半物理仿真试验奠定了基础.      

微型涡轮发动机快速原型控制系统

提出一种基于工业控制计算机的面向微型涡轮发动机(MTE)控制的快速原型控制系统.它提供完整的与执行机构及传感器电路的接口, 并提供基于Windows平台的控制器软件实时开发环境.快速原型设计技术可以极大地提高嵌入式控制系统的开发效率.基于该快速原型控制系统不但可以实现对发动机的控制, 而且可以实时记录试验结果, 并提供友好的人机界面, 后者对发动机控制系统的试验研究是非常重要的.台架试车表明, 该快速原型控制系统是切实有效的.      

航空发动机机载健康管理系统设计方法

为解决航空发动机机载健康管理系统正向设计流程不清晰、设计需求不明确、需求设计对应及追溯不规范的问题，在对 比国内外现有健康管理功能架构体系的基础上，结合正向设计中需求捕获、需求分析和功能分配，研究了由上到下的航空发动机 健康管理系统正向设计基本流程，开发了航空发动机健康管理正向设计流程平台，实现了机载功能架构的设计。引入基于模型的 系统工程思想，采用面向对象的工程设计思路，建立功能目标量化、功能描述、模块定义等图形化设计方法，验证了该设计方法在 硬件设计中的可用性。通过研究航空发动机机载健康管理系统设计方法并分析机载功能组成，建立了可扩展的流程平台，基于模 型设计方法建立了可用的硬件设计模型，可为航空发动机机载健康管理系统设计提供参考。     

基于Matlab/Simulink的直/发一体化建模 与故障诊断

针对目前航空发动机控制系统设计仅以单一的发动机为对象,没有考虑直升机与发动机之间的动态耦合的问题,基于Matlab/Simulink高级图形的仿真条件,建立了1种适用于快速控制原型的UH60直升机/T700发动机一体化综合模型,从而为发动机故障诊断提供可靠仿真平台。仿真结果表明:在直升机与涡轴发动机耦合因素影响条件下,基于改进卡尔曼滤波器,可实现发动机气路部件的故障诊断,并验证了其有效性。     

航空发动机在线综合诊断结构设计及仿真验证

随着机载航空电子设备的快速发展,使得传统地面系统承担的发动机诊断任务可以在线实现。实时数据的使用,可以在线监测发动机性能退化,减少故障检测和隔离的潜伏期,增加间歇性故障的检测率。为此,提出并设计了一种用于航空发动机气路故障检测和隔离、健康监测及参数估计的在线综合诊断结构。基于xPC Target 原理搭建了硬件实时仿真平台,对该结构进行了仿真验证。仿真结果表明,该结构中的机载自适应模型对发动机健康参数、可测参数和不可测参数的估计误差在0.5%以内;气路故障诊断系统采用实时数据,可以更早地检测和隔离包含间歇性故障在内的各种气路故障。     

基于Compact RIO/FPGA的超高速控制器快速原型设计与试验验证

针对航空发动机主动控制技术对高频响控制需求,提出了基于Compact RIO/FPGA的超高速控制器快速原型设计方法,构建了其硬件平台;基于Lab VIEW软件平台,设计了控制算法程序和I/O接口驱动程序。针对基于模拟计算机搭建的带宽为311 Hz的快速响应2阶系统对象模型,开展了控制步长为20μs的实物在回路超高速闭环控制试验研究,验证了快速原型控制器的有效性。结果表明:基于Compact RIO/FPGA的超高速控制器快速原型可以较好地满足航空发动机主动控制的高频响控制需求。     

基于重力梯度测量系统的组件结构模态分析

重力梯度测量系统设计过程中,对重力梯度旋转平台中仪表的位置特性有严格要求。按照传统的设计流程,等到结构件设计、安装完毕再进行振动试验能充分反映结构的真实位移,但是会消耗大量的时间及人力成本,效率较低。对此,本文采用数值模态分析方法在实际生产之前对整体结构进行了较为详尽的有限元分析,计算出了前十阶模态频率和振型,并且检验了结构设计中的刚度问题。对样机结构进行修改,从而保证了一阶主频率达到539.74 Hz,从而满足了航空搭载的环境要求。对整体结构的模态分析为重力梯度旋转平台工程样机的研制奠定了基础。     

航空发动机气路静电数据管理系统设计与实现

由于静电信号采集的高频特性,在静电信号采集时需采集大量数据。面对大量的数据信息,采用数据库技术,能够有效地管理和组织数据。本文提出了在Labview编程环境下利用LabSQL访问Microsoft Access数据库的方法,构建起集数据存储、分析和处理于一体的数据管理平台。实现了数据库的连接、数据的实时记录和查询显示,并成功应用于航空发动机气路静电监测系统中,取得了很好的效果。     

直升机飞行控制系统的快速原型设计

针对直升机飞行控制的特点，结合国际直升机界的研究热点，提出了直升机飞行控制的快速原型设计方法，该方法分利用当今计算机领域的最新技术，在不牺牲系统性能的前提下，以最低的成本，最快的速度，构建最小规模的实时系统和直观的控制系统设计界面，并提供完整的验证手段。     

涡扇发动机故障诊断的快速原型设计

提出一种基于发动机基线模型的面向气路故障诊断的快速原型设计方法.考虑到基于模型的发动机全包线范围的故障诊断方法需要有较高精度的模型,选择合适的换算参数对已有的相似变换参数进行修正,建立适用于全包线的发动机基线模型,设计基于加权最小二乘算法的故障诊断模型,并将其写入至CompactRIO构建了发动机故障诊断的快速原型.通过对某型涡扇发动机试验表明:该种故障诊断的快速原型设计方法是有效的.      

一种基于模型和原型系统仿真的综合模块化航空电子系统开发方法

针对综合模块化航空电子系统的复杂性和传统瀑布式开发方法存在的问题与挑战,在Ⅴ型开发模型的基础上提出了一种基于模型和原型仿真的综合模块化航空电子系统的开发方法.该方法通过在需求捕获、方案设计和工程开发阶段分别构建相应的原型系统进行仿真与验证,实现对系统需求进行早期需求确认与设计验证(V&V)、原型仿真与集成.采用该方法的好处是通过原型仿真,系统设计师可以在开发早期向用户展示他们的设计成果,以满足用户的需求;可以帮助系统开发人员以低成本实现连续的虚拟集成和迭代确认与验证,从而缩短系统研制周期,降低系统开发成本.飞行管理系统开发应用案例表明了该方法有效性.     

飞机动力学虚拟样机技术

飞机动力学虚拟样机以研究飞机的动态特性为核心,通过虚拟样机各系统的建模与仿真,在系统开发和运行环境中对飞机的气动特性、控制系统、发动机特性、飞行性能和飞行品质进行分析、评估和研究,支持飞机的需求分析、方案论证、概念设计和初步设计,同时,飞行员可参与在回路中的操纵完成虚拟试飞验证。系统提供分布虚拟战场威胁环境,可在武器平台体系对抗环境中验证和评估飞机的作战效能。利用飞机动力学虚拟样机系统环境还可进行飞机的多学科优化设计。     

云服务技术在航电软件研发中的应用研究

航空电子系统硬件的发展，为云服务技术在航空领域的应用提供了可能。借助虚拟化及容器管理技术， 将机载计算资源进行池化管理，并借助服务化技术，将复杂航电软件拆分为可协作的独立模块，能够实现航电 软件的快速构建、灵活部署，并提高航电软件之间的互操作能力。本文讨论了云服务技术在航空领域的应用现 状，研究并提出了一种应用于航电软件研发的云服务架构，给出了服务化和容器管理平台的实现方案，并构建 了应用原型验证环境。     

飞机维护虚拟样机技术研究与实现

分析了飞机设计中虚拟样机与数字样机技术的区别和联系,提出了基于虚拟样机工程生命周期管理P3R模型的虚拟样机仿真支撑平台体系结构,从虚拟样机维护视图的角度,阐述了飞机维护虚拟样机的概念,描述了以Windchill为基础设施构建的虚拟样机协同工作支撑平台和维护虚拟样机仿真定义与评估工具的功能和计算机实现,重点讨论了飞机虚拟样机维护过程的定义方法。