基于保障系统三维模型的飞机RMS仿真分析方法

利用仿真方法研究军用飞机可靠性维修性保障性(RMS,Reliability,Maintainability and Supportability)设计指标确定问题.介绍了保障系统三维模型的内涵,结合三维模型原理和模块化设计原则建立了飞机RMS仿真分析框架,对框架内各模块功能及内涵给予了介绍.给出了仿真分析总体流程,以及对仿真数据进行后处理获得评价参数的计算方法.运用蒙特卡罗仿真方法对军用飞机的RMS设计指标进行实例分析,获得了满足保障效能要求的RMS设计指标方案集,对研制阶段装备设计指标论证有重要的参考价值.     

在轨可修复单机可靠性分析方法

在深空探测中,单机具有在轨修复能力有助于提高飞行器系统的可靠性。目前对在轨可修复单机的可靠性问题鲜有研究。建立和分析了在轨可修复单机的可用度模型,推导出可修复单机的瞬态可用度计算公式,通过模拟仿真,计算了不同修复率下的单机可用度变化趋势,与非可修复单机的可用度仿真结果进行了比较。并利用可修复单机的稳态可用度给出了对任务末期修复率和失效率关系的快速估计方法。研究结果表明,在轨修复率越高,在任务周期内可修复单机的可靠性越高;单机具有较高的修复率还可缓解研制阶段对单机可靠性的需求压力。     

任务准备期内的军用飞机瞬时可用度

军用飞机是一种复杂的可修系统,其瞬时可用度计算是装备综合保障领域研究的难点。本文构建了基于作战任务和飞机技术状态驱动的随机维修网络(SMTN),SMTN中各项活动的维修时间服从不同分布,定义了SMTN的矩母函数并求解系统维修度函数的数字特征,将得到的期望和方差分别代入不同分布形式函数进行验证,从而选定符合实际情况的SMTN的维修度函数,并对任务准备期内的军用飞机可用度进行仿真。在计算过程中基于蒙特卡罗技术设计了一种新方法,在提高计算效率的同时,可以较好地反映维修保障过程的逻辑性、拓扑性和随机性,仿真结果可以真实反映装备在任务准备期内瞬时可用度的波动规律。该方法可以广泛应用到各种复杂的可修系统,为装备的使用决策提供依据,为保障系统的保障效能评估提供量化指标,对于综合保障领域"动态"指标的研究有着一定探索价值。     

民机初始备件方案的优化

针对航空公司降低初始备件费用、提高机群出勤率的运营需求,提出了基于最大化边际效应的初始备件方案优化方法.介绍了以单类产品为对象、以保障概率为约束的泊松分布备件计算模型,并使用该模型计算了一个初始备件方案案例.给出了以初始备件项目清单为对象、以备件费用为约束的使用可用度最大的优化模型和实施步骤.利用备件优化软件对初始备件方案案例进行了备件费用相同和使用可用度相同两种情况下的优化,给出了费用-效能曲线图和优化方案数据表,通过曲线图上数据的比较可以看出使用可用度和备件费用分别得到了提高和降低,通过对数据表的分析可以看出各类备件数量变化的趋势符合备件优化模型原理.结果表明优化方法对解决航空公司的初始备件方案优化问题具有良好的适用性.     

均匀分布下系统瞬时可用度理论分析

对单部件可修系统的瞬时可用度在其初期出现的波动现象进行了理论分析,介绍了现今2种可用度研究进展并分析了对瞬时可用度研究的重要性。分别讨论了系统部件的故障时间及修复时间都服从相同和不同均匀分布的情况,通过把可用度的更新方程转化为分段的时滞或常微分方程,运用初值与连续性给出了系统瞬时可用度的解析表达式。提出了判断瞬时可用度波动的方法,即判断是否存在小于稳态可用度的点,并验证了该方法的有效性。得到了无论均匀分布为何种参数组合,瞬时可用度均存在波动性的结论。最终的仿真结果和理论结果相一致。      

基于PHM的航空装备可用度影响因素分析方法

对已有的航空装备可用度分析方法进行了综述,将航空装备可用度影响因素分为三类.通过PHM(Prognostics and Health Management)技术对航空装备保障过程的影响分析,梳理了基于PHM的航空装备可用度影响因素,并将这些因素按照其来源分为使用影响因素和设计影响因素两大类.给出了4个合理的仿真假设条件以简化仿真过程,并进一步将设计影响因素分为5种,并结合一个实例给出了基于PHM的航空装备可用度影响因素仿真过程中的输入.提出给定装备系统及其保障系统参数条件下的稳态可用度为仿真的输出,并给出与仿真输入相符的解析计算公式.详细描述了仿真程序的构成及其流程图.最后,以图形的方式给出了仿真结果,给出了案例的单因素分析及多因素耦合分析的过程及结论,验证了所提出的分析方法的可行性.      

独立子树等效时变可用度分析

在复杂系统可用度分析中,采用深度和广度遍历算法将复杂动态故障树分解为独立子树,推导和证明了独立子树等效时变可用度参数模型,建立了各独立子树同构的马尔可夫状态转移链.通过求解降维微分方程获得故障子树的时变可用度参数,采用由下至上的递归处理算法快速实现复杂系统的可用性定量分析,既解决了复杂系统可用度计算的"组合爆炸"问题,又通过考虑时变参数保证了可用度解算的精度.实例分析表明,采用独立子树等效时变可用度分析方法在有效的分解下,其误差可以很小.      

飞机结构疲劳关键部位损伤与可靠性评定技术

从分析结构疲劳失效和损伤演化的本质特征,得到了以疲劳损伤描述的结构可靠性分析模型,并在此基础上,给出了使用过程中飞机结构疲劳关键部位的损伤与可靠性评定技术和相应参数指标.该方法以一般环境下全尺寸结构疲劳试验结论的完整资料和服役中记录的每架飞机飞参数据为主要依据,能够实现利用每架飞机的飞参适时地对其结构损伤状态与可靠性给出评估,满足飞机结构疲劳损伤监控技术的需求.最后结合某型飞机的具体服役情况给出评估示例.研究表明,采用该方法可适时地计算出某型飞机结构的疲劳损伤和可靠性,并可为使用方合理决策提供重要参考信息,以在保障结构安全可靠的前提下合理地调配使用飞机.      

Ka频段低轨遥感卫星可变编码调制应用效能研究

分辨率的不断提高对低轨遥感卫星的星地数据传输能力提升提出了迫切需求,导致X频段星地数传通道压力急剧增加,而Ka频段可用带宽是X频段的4倍,理论上可大幅提升传输能力。当前低轨遥感卫星的星地数据传输通常采用固定编码调制（CCM）和可变编码调制（VCM）,均未利用地面站仰角增大时大气衰减减小所带来的信道条件改善,对链路资源造成浪费。针对此问题,对指定地面站和链路可用度,综合考虑自由空间损耗和大气衰减随接收仰角增加而同时减小的特性,提出基于DVB S2标准的Ka频段星上VCM系统实现方案,给出传输效能评估标准,并对降雨特性不同的喀什站、北京站、三亚站CCM,VCM的Ka频段传输效能进行了对比仿真分析,以寻找出适合不同站点的星地数传方案。仿真结果表明：干旱少雨的喀什站更适合采用CCM,且链路可用度高达99.82%;雨量中等的北京站可根据用户使用需求灵活选择CCM或VCM;而降雨丰富的三亚站更适合采用VCM,不仅可将传输效能提升8.37%,还可将链路可用度提升11.23%。     

军用飞机再次出动准备时间计算方法

再次出动准备时间TAT(Turnaround Time)是衡量军用飞机作战能力的主要参数,针对如何分析计算军用飞机再次出动准备时间这一问题,从军用飞机任务类型、设计特性和使用保障资源三个方面详细分析飞机再次出动准备时间的影响因素,给出了单架飞机再次出动准备时间计算方法.在计算TAT时,综合了飞机的任务类型比,构建了任务类型矩阵和再次出动准备时间矩阵.用矩阵描述再次出动准备时间工作项目之间的逻辑关系,对矩阵节点进行等级划分和拓扑排序.通过计算结果确定关键工作项目,找出影响再次出动准备时间的关键因素,为装备设计改进和使用保障资源规划提供辅助决策.     

可靠性维修性保障性效能模型研究

分析了系统效能的定义及其影响因素,提出了可靠性维修性保障性效能的概念,定义了进行可靠性维修性保障性综合设计分析的一个新的参数ＲＭＳ效能ＥＲＭＳ,推导了在执行任务期间可修复和不可修复２类典型系统的ＥＲＭＳ表达式,给出了利用参数ＥＲＭＳ进行可靠性维修性保障性综合设计分析的步骤．     

可靠性维修性保障性效能模型研究

因素,提出了可靠性维修性保障性效能的概念,定义了进行可靠性维修性保障性综合设计分析的一个新的参数RMS效能E_RMS,推导了在执行任务期间可修复和不可修复2类典型系统的E_RMS表达式,给出了利用参数E_RMS进行可靠性维修性保障性综合设计分析的步骤.      

多阶段任务系统通用可靠性仿真模型

归纳了当前多阶段任务系统(PMS,Phased Mission Systems)可靠性建模的基本假设,指出了解析模型描述和求解能力的不足以及仿真模型存在的难以转换的缺点.应用着色Petri网(CPN,Colored Petri Net) Tools建立PMS的多层通用仿真模型:顶层控制模型将PMS各阶段的故障树参数化,作为CPN通用仿真模型的输入;单阶段处理模型根据顶层控制模型的输入判别该阶段顶事件是否发生;底事件处理模型通过比较随机数和故障发生概率的大小产生故障.通用仿真模型可以保持模型结构的稳定,同时又简化了仿真模型的生成.案例对比了CPN仿真模型与二元决策图(BDD,Binary Decision Diagrams)算法的可靠性计算结果,证明了模型的正确性;具有动态变化参数的PMS仿真则说明了模型的适用性.      

Hardware-in-the-loop simulations of GPS-based navigation and control for satellite formation flying

A relative navigation and formation control algorithm for satellite formation flying was developed, and a hardware-in-the-loop (HIL) simulation testbed was established and configured to evaluate this algorithm. The algorithm presented is a relative navigation estimation algorithm using double-difference carrier-phase and single-difference code measurements based on the extended Kalman filter (EKF). In addition, a state-dependent Riccati equation (SDRE) technique is utilized as a nonlinear controller for the formation control problem. The state-dependent coefficient (SDC) form is formulated to include nonlinearities in the relative dynamics. To evaluate the relative navigation and control algorithms developed, a closed-loop HIL testbed is configured. To demonstrate the performance of the testbed, a test formation flying scenario comprising formation acquisition and keeping in a low earth orbit (LEO) has been established. The relative navigation results from the closed-loop simulations show that a 3D RMS of 0.07 m can be achieved for position accuracy. The targeted leader–follower formation flying in the along-track separation of 100 m was maintained with a mean position error of approximately 0.2 m and a standard deviation of 0.9 m. The simulation results show that the HIL testbed is capable of successful demonstration of the GPS-based satellite autonomous formation flying mission.     

飞机环境控制系统可靠性仿真

利用故障模式分析和故障树的方法,分析了国产某飞机环境控制系统的可靠性数据.采用蒙特卡洛数字仿真方法建立了可靠性仿真模型,进行了仿真分析,给出了仿真结果,并根据仿真结果对环控系统的改进完善提出了建议.      

飞机目标静态与动态测量的姿态一致性

对飞机目标静态与动态测量对比时的姿态一致性开展研究.介绍了目标特性测量中常用的几种坐标系,并给出了其相互转换关系.对静态测量和动态测量时典型的雷达视线和飞机目标的相对位置关系进行了分析,给出了静态测量和动态测量之间姿态解算的流程图.结合仿真实例,给出了某飞行航迹下雷达测量得到的飞机航迹结果,解算得到了飞行过程中极化坐标系和目标坐标系下雷达视线和飞机目标的相对位置关系.该研究成果有助于正确进行静态测量和动态测量时目标特性的对比,对于目标特性的动态仿真也具有一定的指导作用.