助力制造业转型升级的企业精益研发体系建设

精益研发产生的背景和内涵 复杂严峻的周边环境和市场环境迫使武器装备新型号研制周期大幅度缩短、型号项目的数量大幅度增加,要求研制单位必须基于复杂系统工程的理论方法找到治本而非治标的面向新一代武器装备复杂系统、多型号并行协同异地研制的模式和手段、建立全新的研制体系,必须由"一厂一所一个型号"的研制模式转变为跨地域多厂多所的协同研制,进而向行业内和跨行业的价值链整合转变.     

民用飞机协同研制模式下的适航管理体系建设研究

随着民用飞机数字化集成协同研制的快速发展,传统的适航管理体制已经越来越不适应数字化、信息化、网络化的飞机协同研制需求,迫切需要建立一个与之相适应的适航管理体系。从协同研制构架入手,分析协同研制的特点和关键技术,重点论述该模式下适航管理体系的构成、特性和作用范围,提出协同研制模式下适航管理体系的建设目标。给出型号合格审定过程适航工程协同管理的构建方案。该方案可以实现对研制全过程的适航管控、规范适航审查活动、缩短型号取证周期和研制进度,进而为型号研制成功和商业成功奠定了基础。     

产品全生命周期成熟度模型研究

对于复杂的飞机类产品研制,要在数字化条件下进一步缩短产品研制周期、降低研制成本、提高研制效率与研制质量,就必须真正实现产品并行协同研制。本文在数字化设计模式下,提出一套覆盖了飞机产品全生命周期的产品成熟度模型,并探索性提出各成熟度等级下对应设计与生产制造等部门专业之间的主要工作项目/内容,可为各相关专业在各研制阶段下开展飞机并行协同研制提供参考。     

飞机全三维快速响应试制应用技术

提出了在飞机研制中采用全三维快速响应试制技术,以全三维数字化设计数模为核心,三维设计、三维制造、三维检验的技术体系。这种技术体系设计/工艺高度并行,单一数据源时时共享,并作为唯一依据贯穿飞机研制全生命周期,"边设计、边制造",制造技术前移。在新型研发平台上建立了以设计与制造一体化为核心的快速试制技术体系,在新技术应用上上了一个台阶,重量控制精准、试制流程简捷、技术体系先进、技术手段实用,实现了"好、快、廉"的设计目标。     

基于MBD的关联设计技术在飞机研制中的应用

MBD技术可以保证产品全生命周期过程中数据源的唯一性,实现上下游数据的无缝对接,有效提高产品设计效率。主要研究MBD的表达方式及关联设计中骨架模型的建立方法,阐述骨架模型的工作原理。结合飞机型号研制,首先进行总体骨架、接口骨架、部段骨架和部件骨架模型的定义,进而实现设计内部各专业“自顶向下”的关联设计,并以MBD数据集作为飞机研制过程中的唯一数据源,工艺、工装、检验人员在MBD数据集基础上开展并行协同的关联设计,有效地改善团队之间的沟通,使设计更改变得简单、快速,减少了设计错误,缩短了产品的研制周期,提高了设计质量。     

一种自动化并行重叠网格隐式装配方法

重叠网格装配是处理计算流体力学领域多体相对运动问题的关键技术之一。针对常见重叠网格隐式装配方法中几何分析过程复杂、节点无差别并行查找操作影响并行装配效率等问题,提出一种高度自动化的重叠网格隐式装配方法。首先,基于协方差分析、切割盒子等快速算法,将壁面距离计算与贡献单元存在性判断解耦,实现网格组动态重叠关系的自动化识别;其次,结合集合分析,设计出并行化的自动挖洞算法;最后,通过快速查询方法建立重叠单元与贡献单元的插值关系。针对所实现的并行重叠网格隐式装配工具库,采用某五球体部件验证了自动挖洞逻辑的准确性,并通过机翼-挂架-外挂物（WPFS）模型检验了重叠单元与贡献单元插值关系的准确性。     

基于产品成熟度的设计制造高度并行研发模式

设计与制造协同作为并行工程的重要环节,是从设计阶段就开始考虑产品的可制造性,有效减少工艺准备时间,缩短研制周期及上市时间.但如何做到设计与制造有效协同一直是困扰航空制造行业的难题.在原有VPM-Windchill-DELMIA协同研发的模式下,进一步探讨基于VPM与DELMIA直接开展设计制造高度并行的研发模式工程应用研究,为实现复杂产品设计制造的协同研发提供新的技术途径.采用VPM-DELMIA模式,可以提升设计与制造的最大并行程度,让制造部门可以及时了解设计状态,提早开展工艺设计过程.     

航天器自主导航状态估计方法研究综述

自主导航是航天器自主运行的核心关键技术。状态估计是实现航天器自主导航的核心手段,是指实时确定航天器在轨位置、速度和姿态等导航参数,是航天器自主导航技术的重点发展方向之一。首先,针对航天器自主导航的实际需求,阐述了研究航天器自主导航状态估计方法的必要性,具体从导航系统可观测性分析、导航滤波算法、导航系统误差补偿3个方面介绍了航天器自主导航状态估计方法的研究现状;然后,分析并总结状态估计方法在航天器自主导航系统中的实际应用;最后,结合理论研究和实际应用,给出了状态估计方法目前存在的主要问题并对其后续发展进行了展望。     

飞机并行协同研制模式与支撑技术探索

并行协同研制模式是提升飞机研制的必然方向之一。企业应该尽早在认知、组织、技术等方面加以重视和推进。由于并行协同研制模式的实现,最终需要有人具体去判断、规划和实现,所以,主导飞机设计的总设计师系统,除了要思路清晰、理解深刻和有变革的激情,还要有比较宽的知识面和娴熟的管理能力。     

天舟一号货运飞船分散配电控制系统

针对天舟一号货运飞船配电系统配电电压高、设备数量多、布局分散、控制复杂的设计特点,综合负载设备配电需求、火工装置引爆需求、组合体间并网供电需求,提出了货运飞船分散配电控制设计:综合考虑设备布局、电压变换、电缆压降等设计因素,将传统两级电压变换优化成单级变换,给出配电控制器的通用化设计方案。设计的分散配电控制系统应用于飞行任务中,实现了天舟一号配电控制系统的高效、安全、可靠设计和在轨运行安全,可为我国后续载人航天器配电控制系统设计提供参考。     

一种精确鲁棒的刚体航天器特征轴旋转控制策略(英文)

特征轴旋转表征了两个方位之间的最短角路径,通常被看做是一种拟最小时间的快速姿态机动策略。本文在动力学方程中考虑了外部扰动和系统参数不确定性,基于时变滑模控制技术(TVSMC)研究了刚体航天器特征轴旋转的鲁棒控制问题。首先,通过一个TVSMC算法揭示了所提出鲁棒特征轴旋转策略的主要特点,并且证明了全局滑模的特点和闭环系统的稳定性,给出了特征轴旋转的必要条件。然后,为了抑制全局抖振,提高控制精度,提出了一种基于扰动观测器的时变滑模控制(DOTVSMC)算法。其中,采用边界层方法来削弱抖振并设计了扰动观测器来补偿不期望的影响。在航天器的姿态表征参数选择上,采用了没有冗余性的修正罗德里格斯参数(MRP)。最后,采用数值仿真来验证提出方法的有效性,并采用调宽调频(PWPF)技术来调制开关推力器。     

Super twisting controller for on-orbit servicing to non-cooperative target

A relative position and attitude coupled controller is proposed for rendezvous and docking between two docking ports located in different spacecraft. It is concerned with servicing to a tumbling non-cooperative target spacecraft in arbitrary orbit subjected to external disturbances.By considering both kinematic and dynamical coupled effects of relative rotation on relative translation, a coupled dynamic model is established to represent the relative motion of docking port on target spacecraft with respect to another on the service spacecraft. The spacecraft control is based on the second order sliding mode algorithm of super twisting(ST). It is schemed to manipulate the relative position and attitude synchronously. A formal proof of the finite time convergence property of the closed-loop system is derived theoretically by the second method of Lyapunov. Numerical simulations with the designed ST controller are presented to validate the analytic analysis by contrast with the twisting control algorithm. Simulation results demonstrate that the proposed relative position and attitude integrated controller is characterized by high precision, strong robustness and high reliability.     

基于不规则障碍物环境下无人机的改进几何路径规划算法

随着无人机应用环境的多样化,在复杂环境中寻找无碰撞路径是非常重要的。传统的路径规划算法可以找到可行的路径,但它们在时间效率和路径长度之间没有很好的平衡,传统的几何算法只能避免特殊形状的障碍物。提出了一种改进的几何路径规划算法,使无人机能够在复杂的环境中避开任意形状的障碍物,找到较短的路径。首先,针对不规则障碍物,建立了凸多边形覆盖模型。然后解决了传统几何算法陷入局部最优解的缺点。提出了从相邻路径段生成无碰撞路径的二次规划思想,并针对该方法提出了一种新的安全阀值策略。最后,为了验证算法的性能,在不同的复杂环境下进行了仿真,并从几个方面对所提出的算法与A*算法进行了对比分析。     

一种基于规则和综合协调的多学科优化模式

以飞机多学科综合设计优化为背景,通过对GSE单级优化基础算法的演化改造和离散处理,以及飞机多企业协同设计平台和优化规则库的引入,建立了一种基于规则和综合协调的飞机多学科优化设计模式。模式不要求建立目标函数,引入所谓＂调控向量＂,使得多学科综合优化的过程能够以统一的计算模式,在规则和经验的指导下通过协同设计平台实现。     

在轨服务航天器对目标的相对位置和姿态耦合控制

研究在轨服务航天器自主逼近与捕获目标航天器过程中的相对位置和姿态耦合动力学与控制问题.考虑控制输入耦合,建立服务航天器对目标航天器的相对位置和姿态一体化耦合动力学模型.基于此耦合动力学模型,考虑相对位置跟踪中的控制指令耦合和控制输出受限,利用反馈线性化理论,设计相对位置和姿态一体化耦合控制算法.并利用李雅普洛夫理论证明...     

Attitude Control Considering Variable Input Saturation Limit for a Spacecraft Equipped with Flywheels

A new attitude controller is proposed for spacecraft whose actuator has variable input saturation limit. There are three identical flywheels orthogonally mounted on board. Each rotor is driven by a brushless DC motor (BLDCM). Models of spacecraft attitude dynamics and flywheel rotor driving motor electromechanics are discussed in detail. The controller design is similar to saturation limit linear assignment. An auxiliary parameter and a boundary coefficient are imported into the controller to guarantee system stability and improve control performance. A time-varying and state-dependent flywheel output torque saturation limit model is established. Stability of the closed-loop control system and asymptotic convergence of system states are proved via Lyapunov methods and LaSalle invariance principle. Boundedness of the auxiliary parameter ensures that the control objective can be achieved, while the boundary parameter’s value makes a balance between system control performance and flywheel utilization efficiency. Compared with existing controllers, the newly developed controller with variable torque saturation limit can bring smoother control and faster system response. Numerical simulations validate the effectiveness of the controller.     

航天器非平稳振动环境TVAR时频分析(英文)

Predicting the time-varying auto-spectral density of a spacecraft in high-altitude orbits requires an accurate model for the non-stationary random vibration signals with densely spaced modal frequency. The traditional time-varying algorithm limits prediction accuracy, thus affecting a number of operational decisions. To solve this problem, a time-varying auto regressive （TVAR） model based on the process neural network （PNN） and the empirical mode decomposition （EMD） is proposed. The time-varying system is tracked on-line by establishing a time-varying parameter model, and then the relevant parameter spectrum is obtained. Firstly, the EMD method is utilized to decompose the signal into several intrinsic mode functions （IMFs）. Then for each IMF, the PNN is established and the time-varying auto-spectral density is obtained. Finally, the time-frequency distribution of the signals can be reconstructed by linear superposition. The simulation and the analytical results from an example demonstrate that this approach possesses simplicity, effectiveness, and feasibility, as well as higher frequency resolution.     

航天器相对运动估计的一种并行推广卡尔曼滤波方法

 从并行的观点出发，研究应用推广卡尔曼滤波估计航天器交会对接寻的期相对位置和速率问题。推导出交会推广卡尔曼滤波公式；提出了基于奇异值分解（ＳＶＤ）和Ｆａｄｄｅｖ算法的并行平方根算法；给出了其脉动阵列（Ｓｙｓｔｏｌｉｃ）实现结构；并对阵列所需的处理单元数目和执行一次迭代所需的时间步进行了分析，说明了其实现的优越性。为航天器相对运动估计提供了一种新的有效方法     

基于模型的飞机地面减速系统架构设计方法

地面减速功能在飞机上的实现涉及多个系统,其综合系统架构具有很高的复杂性,多系统间的接口数量巨大且接口形式多样,多系统间的动态协同工作逻辑比较复杂。为了应对这种复杂性,提出了基于模型的系统架构设计方法,将SysML建模语言和面向对象的建模思想应用到飞机地面减速系统的架构设计和行为分析中,可以实现系统架构元素的统一定义和分解,以及多系统集成架构的统一接口定义和分析,同时可以实现系统静态架构和动态行为的协同设计;搭建了飞机级和系统级的架构模型和行为模型,实现了地面减速综合功能的分析和多系统集成架构的设计。实践表明,基于SysML的飞机地面减速综合系统架构设计方法可以有效应对多系统集成设计的复杂性,并提升集成设计的效率和质量。     

冲压发动机导弹爬升轨迹与推力调节规律优化

针对以冲压发动机为动力的导弹爬升问题,建立了飞行轨迹和推力规律一体化优化设计模型。采用基于三次样条的直接离散方法,将弹道优化问题转化为参数优化问题,选取兼顾全局搜索能力和局部搜索精度的粒子群-变尺度法(PSO-BFGS)串联混合算法求解最省燃料爬升弹道,得到了"先减速再加速"爬升方案。相比传统的采用最大推力规律、仅优化爬升轨迹的爬升方案,一体化设计能充分发挥冲压发动机的推力调节能力,使导弹以较小的平均飞行速度完成爬升过程,可以显著节省燃耗,提高导弹的性能。