民用飞机轮载信号比较监控器验证方法和设计研究

飞机空地逻辑判定和飞行派遣状态判定的重要依据是轮载信号，当前民用飞机飞控系统轮载信号多采用余度表决监控器进行处理，其中余度表决监控器触发时间对飞机的空地状态和派遣状态具有重要影响。空地转换延迟会导致部分系统对当前飞机状态做出错误判断，影响飞机安全，飞机不派遣状态判断的过分严厉会降低航线中飞机的签派率，影响飞机市场竞争力。为了得到轮载信号监控器触发时间的最佳门限值，通过设计一种试验分析方法，得到了飞机轮载信号比较不一致持续时间的范围，再通过分析轮载信号对飞机着陆状态和派遣状态的影响，得到一种选择最佳轮载信号门限值的设计方法。此外，该方法可以进一步推广到其它具有比较监控器处理的信号上，通过试验与分析的方法，得到比较监控器的最佳门限值。     

余度管理中故障监控门限值的选取

本文讨论了余度管理中故障监控门限值的选取。门限值的选取对监控系统性能有很大影响。本文通过分析的方法求门限值的最优值。该方法具有一定的准确性,可以作为实际选取门限值的参考。     

民用飞机飞控系统传感器信号表决设计

电传飞控系统(Fly By Wire,简称FBW)通过传感器余度配置,提高了信号可用性和完整性。介绍了几类常见的传感器余度配置方案及其表决逻辑,设计了三余度传感器表决架构,对其中比较器、计数器进行了详细描述。最后通过一个仿真算例验证了表决器设计的正确性。对于国内民机传感器余度配置和表决管理具有指导意义。     

基于纯硬件电路的三余度信号表决器设计

针对数模混合式机载控制系统输出的多余度控制信号、模拟式机载控制系统设计中余度输入输出信号综合难度大的问题,对较典型的三余度信号设计了纯硬件的表决器。利用高增益运算放大器对最小及最大信号输入作用的正反饱和特性,并通过将正反饱和作用相互抵消的方法,实现了模拟三余度信号的中值选择;借助于继电器的对电压控制信号的自我识别方式,实现了三余度电压控制信号的多数表决。仿真及测试表明,所设计的三余度信号硬件表决器能够简单有效地解决数模混合式控制系统三余度指令输出的综合问题,以及模拟备份控制系统三余度信号的输入与输出表决,从而能够简化余度系统的设计,提高系统可靠性。     

飞控系统余度信号奇异故障处理策略研究

飞机机翼、操纵面的对称性设计,决定了飞控系统传感器、计算机和舵机等部件在飞机上分布式对称安装并选择偶数n 余度的体系架构。余度部件生产关系的平衡分工,不同厂家设计、制造的差异,不可避免地出现“两派对立”的偶数分离和“互不认可”的奇异故障。本文提出了中位数表决、变化量记忆、余度重构等基础理论,给出了极端信号大概率故障判据,研究论证了这些基础理论和判据的科学原理。为四余度信号“2∶2 不确定故障、1∶1∶1∶1 多故障”、三余度信号1∶1∶1 多故障和二余度信号1∶1 故障,提供了有效的表决监控方案。     

余度舵机系统的性能降级与可靠性分析

余度舵机是电传飞控系统的关键部件,其通道间存在着较严重的力纷争现象。在建立四余度舵机数学模型的基础上,研究了力均衡算法,对四余度舵机一次故障、二次故障情况下的性能降级和可靠性进行了仿真分析。仿真结果标明,优化的力均衡算法可以有效解决力纷争的问题,四余度舵机可以在一次故障、二次故障的情况下持续工作。采用动态故障树分析方法进行了四余度舵机可靠性分析,证明了其具有非常高的可靠性。     

余度管理中输入信号的表决策略

为了提高安全可靠性及容错能力,在安全性和可靠性要求较高的系统中,通常会采用冗余设计,双余度即为一种常用的冗余策略。将对双余度计算机管理问题中的输入信号表决策略进行深入研究分析,包括三种表决算法：双通道平均值、双通道加权平均值、双通道和设备的综合,并对它们各自的特点进行了详尽的分析说明。     

反推力装置运动学与动力学仿真

为了研究叶栅式反推力装置各部件在工作过程中的运动学与动力学特性,根据机构运动原理对反推力装置进行简化并建立了运动学与动力学数学模型。以滑动整流罩位移与阻流门所受气动负荷为输入进行运动学与动力学仿真,得到了反推力装置各部件的位移、速度及受力特性曲线,并对比分析了在不同尺寸参数下各部件特征点的运动轨迹和反推力装置负载力变化。结果表明:运动学及动力学仿真结果与工程实际相符；反推力装置机构参数选择不合理时,各设计点会发生干涉现象并导致机构无法运动;机构参数变化对负载力最大值影响尤为突出,在阻流门AC段长度值增大6%,阻流门CB段长度值减小9%的情况下,负载力正向最大值将增大19.53%,负向最大值增大12.67%。研究方法及研究结果可为反推力装置运动学及动力学分析,以及为反推力装置机构优化设计提供参考。      

基于模型驱动的四余度信号表决系统设计

利用一种基于SCADE模型驱动的嵌入式软件开发方法,研究四余度信号表决系统的设计和实现,方法的主要优点在于基于图形化的软件建模、代码自动生成、具有开发周期短、安全性高,并在很大程度上实现了软件开发的自动化.通过测试和仿真,四余度信号表决系统软件模型设计合理可行,生成代码可嵌入到实时软件中使用.     

载人运载火箭姿态故障检测门限研究

载人运载火箭一般通过姿态角偏差和姿态角速率信息来判断与姿态相关的火箭故障,其故障检测门限的制定对是否能够检测出故障至关重要。对此提出了一种载人运载火箭姿态故障检测门限的工程设计方法,通过引入蒙特卡洛仿真初步确定门限值,再通过故障仿真和半实物仿真进行校验,并对不能满足要求的故障检测门限进行修订,完成制定门限。设计结果得到了半实物仿真以及飞行试验的检验。     

波音777飞机高升力控制系统余度管理分析

飞行控制系统普遍采用余度技术来提高自身的任务可靠性。余度部件效能的发挥程度主要取决于余度管理策略和方法。根据波音777飞机高升力控制系统的基本构架,通过在线监控与信号表决相结合的方法对系统余度管理方法进行研究。在余度管理方法的设计过程中,充分考虑了布线技术、硬件设计技术及与软件相结合的方法,不但简化了襟缝翼控制器的硬件设计,同时也简化了控制器软件的设计难度,提高了系统可靠性,所用到的方法对同类系统设计有一定的参考价值。     

门限自回归模型参数的局部正交设计寻优法

在采用点值图确定门限区间个数的基础上，对门自回归模型中门限值、滞后步长、各门限区间模型阶数，利用正交设计方法寻优，计算工作量锐减，却可得到精度较高的预报模型。     

霍尼韦尔公司容错式大气数据/惯性基准装置

容错式大气数据/惯性基准装置(ADIRU)是大气数据/惯性基准系统(ADIRS)的关键部分。而ADIRS被用作分布式结构的ARINC651综合模块化航空电子设备(IMA)的惯性与大气数据基准。霍尼韦尔公司的ADIRU采用简单可靠的方法完成故障探测、故障隔离及余度管理,从而满足了民航市场低寿命周期成本和高可靠性的需求。ADIRU有4个惯性余度,比常规的3余度系统增加了一级,因而具有延期维修能力。高可靠的分块式设计、简单的内部串行接口和表决方式,很适于利用惯性余度元件给出高度完整性的系统输出。它不需像常规系统那样从多源大气数据和惯性输出完成自身的余度管理。     

考虑干扰的静气动弹性计算

 本文介绍一种考虑飞机部件间气动干扰和结构干扰的静气动弹性计算方法。它包括组合翼面气动力和气动弹性方程求解、位移法结构计算、以及矩阵插值三部分。对一个前翼一机翼组合模型和一个简化的全机模型作了计算,并同风洞测量结果进行比较,在亚、超音速范围内,数量级和趋势都比较符合。对某方案的升降副翼偏转所引起的横侧干扰气动力（包括偏航力矩和侧向力等）,将计算结果同风洞测量值比较,刚性导数随Mach数变化的趋势是合理的,所计算的弹性修正值也是可用的。     

电气/机械混合式四余度无刷直流力矩电动机设计(英文)

设计了一种用于直接驱动作动器(DDA)的电气/机械混合式四余度无刷直流力矩电动机。该电机具有同轴的两段定、转子,每段定子中隔槽嵌放两套绕组,从而构成电气/机械混合四余度。并且相对于采用机械传动装置连接两个电气双余度的设计方案,该电机体积、重量小,不存在机械传动装置间隙造成的非线性影响,降低了对余度间转矩均衡的要求,可以通过错极结构来减小定位转矩。设计过程中采用磁路法和磁场有限元计算对该电机进行了详细的分析计算。根据分析计算结果设计制造了原理样机,并进行了电机本体和DDA系统的性能实验。电机本体实验结果与分析计算的结果具有良好的吻合性;DDA系统空载时的电机实验结果表明该电机具有良好的动态特性。     

舰面状态直升机机体在起落架上的固有频率分析

针对起落架缓冲支柱和轮胎的非线性特性,应用等效线性模型,提出一种预估刚性机体在弹性起落架上的固有频率计算方法。利用缓冲支柱和轮胎的刚度和阻尼试验数据,采用循环迭代方法计算了机体耦合振动的固有频率;分析了直升机重量、旋翼拉力、舰面运动状态、舰面风力等因素对机体模态固有频率的影响。对最不稳定的机体侧向二阶模态而言,最大设计重量和大升力状态时其固有频率最低,与最小重量、零升力状态相比其稳定转速余度减少约133 r/min;文中假设的舰面运动状态和舰面风力对机体模态的固有频率影响很小,而采用纵、横侧向独立的简化模型来预估机体模态固有频率具有足够的精度。     

飞机操纵面功能余度研究

提出了飞机易损性减缩中功能余度的概念和功能余度的分析方法,建立了飞机的右副翼卡滞情况下的定常直线侧滑模型,通过实例,计算说明了飞机各操纵面之间功能余度的可能性,也证明了功能余度概念的存在性与正确性。     

带预紧力螺栓连接的机匣刚度分析

为了很好的模拟螺栓连接对发动机机匣刚性的影响,利用ANSYS非线性接触算法对螺栓连接进行了仿真计算,利用轴向力模拟了螺栓的预紧力,通过一系列不同的螺栓预紧力的计算,得到了机匣弯曲刚度与螺栓预紧力的关系曲线,并分析了螺栓连接对发动机机匣刚性的影响,为复杂结构中的螺栓连接简化提供了可靠的依据。     

民用飞机制造商的机队运行警戒值管理方法及应用

民用飞机制造商为充分了解和掌握机队运行可靠性状况,针对每一种机型的机队设定适当的门限值,将机队每个月的运行可靠性指标值与该门限值进行比较,从而快速掌握机队警戒状况,这是可靠性分析中基本的分析模式,其中门限值即警戒值。阐述了民用飞机警戒值的管理方法,详细说明了警戒值从计算、审批、修订到最终生效的整个管理流程,并对警戒值管理方法在ARJ21-700 飞机试飞过程中的应用进行了介绍。     

面向航空发动机推力控制的大气参数测量系统设计

为了实现多发飞机推力控制匹配要求,以及提升机载控制参数测量可靠性要求,设计了一套适用于多发飞机的机载环境大气参数测量系统。通过对发动机推力控制需求和适航相关要求的分析,确定了系统设计原则,利用飞机和发动机的有限硬件资源,提出了一种适用于多发飞机的多余度机载环境大气参数测量系统架构。针对不同来源的信号,分别设计了相应信号故障诊断算法、表决算法以及多源信号故障切换逻辑,保证系统在信号发生故障时可及时切换到健康余度。通过仿真和试验对测量系统在信号发生故障时的容错能力进行了验证,结果表明：系统余度设计合理,故障诊断和表决逻辑有效,环境大气参数测量的可靠性和安全性得到了提升;当信号发生故障时,可实现故障重构,且切换过程产生的推力变化小于3%。