2.4m跨声速风洞大型飞机试验不确定度评估

2.4m跨声速风洞作为中国目前唯一的大型跨声速气动力试验设备,在中国大型飞机研制中发挥着十分重要的作用。因此,对该风洞试验数据质量的评估、控制和改进提高是一项紧迫的工作。笔者通过完善不确定度计算方法、详细标定基本不确定度源和编制评估软件等工作,建立了该风洞大型飞机试验的不确定度评估方法,并对某大型飞机模型试验结果开展了具体的评估与分析,澄清了该风洞大型飞机试验数据的质量水平。     

激波风洞气动力试验不确定度影响因素分析

参考北大西洋公约组织和AIAA推荐的风洞试验数据不确定度计算方法，结合激波风洞运行特点，确定激波风洞气动力试验的主要误差源，计算激波风洞13-2标模气动力测量结果的不确定度。采用改变单一变量的方法计算主要误差源对测量结果不确定度的影响程度，辨析对不确定度起主要作用的基本参数。计算结果表明：皮托压力和总压的测量结果对流场参数影响显著，皮托压力的测量结果比总压测量结果对流场参数与气动力测量结果影响更大；降低皮托压力和总压的偏离极限，有利于提高激波风洞气动力试验数据的质量。     

高速风洞试验模型姿态角的视频测量及不确定度研究

高速风洞测力试验中,阻力系数精度σc x的先进指标为0.0001,按误差分配原理,要求试验模型迎角的测量精度σα≤0.01°。为此,研究风洞试验中模型姿态角视频测量及其不确定度,给出其系统误差的补偿方法。实测数据（马赫数为1.5、2.0、3.0和4.0）表明：在2m暂冲式超声速风洞试验中,各阶梯迎角测量数据的标准差（含风洞气流脉动致模型姿态角振动产生的误差）在0.0018°和0.0094°之间,迎角实测估计值的标准不确定度≤0.003°,由此可知,姿态角视频测量系统的σα≤0.0094°。本方法既不破坏模型的外形,又不改变模型的刚度与强度,具有实用价值。     

2．4m跨声速风洞带TPS测力试验数据精度要求分析

成功建立带TPS风洞测力试验技术的一个关键问题是确保试验数据具有足够的精度，必须精细地分配误差。为获得满足工程需要的高精度测力试验数据，给出一种基于计算机符号运算的子程序，完成不确定度计算过程中公式自动推导、计算。最后通过对TPS风洞试验数据精度的敏度分析，给出了某运输机在2．4m跨声速风洞TPS试验中各环节的误差分配要求。     

高超声速风洞流场非均匀性对气动力试验影响研究

高超声速风洞流场品质是气动力试验主要误差的决定因素,常规高超声速风洞流场均匀性虽然满足国军标GJB4399-2002《高超声速风洞气动力试验方法》对风洞流场品质的要求,但其风洞流场严格意义上说是“非均匀”的,这种流场非均匀性会对模型气动力特性存在不同程度的影响。为此,在CARDC常规高超声速风洞中开展了某升力体模型和某通气模型“多位置试验”,验证了风洞流场的非均匀性对飞行器气动力(特别是力矩特性)试验结果有显著影响,这种影响量已远超过常规的风洞重复性试验误差,甚至大于国内现有的在AIAA-S071A-1999标准上建立的不确定度评估方法所获取的“不确定度”。     

低速风洞大迎角实验的不确定度评估技术与工程应用

本文将AGARD-AR-304不确定度评估方法推广到大迎角领域，给出计算低速风洞大（小）迎角实验不确定度的工程方法。相应的计算软件已成功地用于国内主力低速风洞实验的不确定度评估，且首次给出了我国主力低速风洞大（小）迎角实验的不确定度水平。     

变热线过热比可压缩流湍流度测量方法优化

开展了可压缩流中湍流度测量技术的优化研究，以满足对试验数据高精度评估的需求。在变热线过热比湍流度测量方法推导过程中，忽略了压力脉动项以简化湍流度求解过程。为更加准确评估高速风洞流场湍流度，引入了压力脉动项，以恒温热线风速仪响应关系式为基础，从理论上对可压缩流中湍流度的求解方法进行了优化。在马赫数0.3~0.7进行了湍流度测量试验，并分别利用优化前后的湍流度求解方法对试验数据进行了处理。结果表明两种求解方法所得的湍流度结果量值相近，但优化后的湍流度求解方法所得的湍流度结果随马赫数的变化趋势更加符合客观物理规律。利用蒙特卡洛模拟方法对湍流度的不确定度进行了求解，不确定度量值远小于湍流度量值，表明优化后的湍流度求解方法所得的湍流度结果基本能够代表真实值。试验结果证明了优化后湍流度测量方法的正确性及应用恒温热线风速仪对高速风洞流场湍流度进行测量的可行性。     

基于符号计算的风洞试验测量不确定度评估

基于符号计算进行风洞试验测量不确定度分析可以实现实验数据处理公式及误差灵敏度系数的自动推导，采用该方法对ZSDD-1导弹标模风洞试验结果进行了定量的试验不确定度评估，计算得到的气动力系数精度极限与重复性试验得出的试验精度吻合良好，气动力系数偏离极限计算值通常是其精度极限的3-4倍，其不确定度大约是其精度极限的4倍。笔者所述分析方法和分析程序为定量评估风洞试验数据的可靠性提供了一种有效手段。     

三座主力低速风洞五台天平的精细化校准与不确定度的科学标定

本报告完成了三座主力低速风洞五台天平的精细化校准和不确定度的科学标定。采用本文方法算出的天平校准不确定度和风洞实验不确定度能够大幅度降低。     

大数据分析方法在风洞试验中的应用

针对风洞常规试验采用阶梯抽样采集的方法,得到的试验数据和信息较少,导致试验数据分析和试验故障分析困难的问题,尝试在风洞常规试验中构建起风洞试验大数据的采集、收集和分析处理平台,并利用大数据较强的洞察能力,助力风洞试验中的疑难问题的分析。主要通过将风洞采集方法改为连续采集试验全程数据,开发杂混数据的通用风洞试验数据处理程序,开发海量试验数据分析显示软件等步骤,搭建起风洞试验大数据综合处理系统。并通过此平台对风洞试验大数据进行挖掘计算,使隐含的有用信息显现出来,为试验数据和试验故障深入分析指明方向。该平台在2m量级的高速风洞试验中的应用表明,此系统实现了风洞试验全程全部试验数据信息的采集,实现了风洞试验大数据的处理分析和结果展示。通过大数据分析有助于快速理清常规试验中的疑难问题。通过对风洞传统采集、处理方法的改进,实现了风洞试验从传统的阶梯抽样采集的小数据时代到采集全部试验数据信息的大数据时代的转变。从风洞试验大数据中获取的频率、概率、相关关系等数据可以为故障的定位分析、事件因果关系的分析等提供有力的数据支持。     

Fuzzy norm method for evaluating random vibration of airborne platform from limited PSD data

For random vibration of airborne platform, the accurate evaluation is a key indicator to ensure normal operation of airborne equipment in flight. However, only limited power spectral density（PSD） data can be obtained at the stage of flight test. Thus, those conventional evaluation methods cannot be employed when the distribution characteristics and priori information are unknown. In this paper, the fuzzy norm method（FNM） is proposed which combines the advantages of fuzzy theory and norm theory. The proposed method can deeply dig system information from limited data, which probability distribution is not taken into account. Firstly, the FNM is employed to evaluate variable interval and expanded uncertainty from limited PSD data, and the performance of FNM is demonstrated by confidence level, reliability and computing accuracy of expanded uncertainty. In addition, the optimal fuzzy parameters are discussed to meet the requirements of aviation standards and metrological practice. Finally, computer simulation is used to prove the adaptability of FNM. Compared with statistical methods, FNM has superiority for evaluating expanded uncertainty from limited data. The results show that the reliability of calculation and evaluation is superior to 95%.     

Reliability estimation of mechanical seals based on bivariate dependence analysis and considering model uncertainty

The reliability estimation of mechanical seals is of crucial importance due to their wide applications in pumps in various mechanical systems. Failure of mechanical seals might cause leakage, and might lead to system failure and other relevant consequences. In this study, the reliability estimation for mechanical seals based on bivariate dependence analysis and considering model uncertainty is proposed. The friction torque and leakage rate are two degradation performance indicators of mechanical seals that can be described by the Wiener process, Gamma process, and inverse Gaussian process. The dependence between the two indicators can be described by different copula functions. Then the model uncertainty is considered in the reliability estimation using the Bayesian Model Average (BMA) method, while the unknown parameters in the model are estimated by Bayesian Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method. A numerical simulation study and fatigue crack study are conducted to demonstrate the effectiveness of the BMA method to capture model uncertainty. A degradation test of mechanical seals is conducted to verify the proposed model. The optimal stochastic process models for two performance indicators and copula function are determined based on the degradation data. The results show the necessity of using the BMA method in degradation modeling.     

航空发动机参数不确定模型辨识方法

针对航空发动机线性模型在工况点附近使用范围较小的问题,提出一种航空发动机不确定性模型辨识方法。该方法使用非线性规划处理航空发动机模型辨识问题,求解过程考虑线性模型中矩阵参数不确定性的影响,以期获得一个具有适用范围大、形式简单的航空发动机模型。使用该方法对DGEN380发动机在某一稳态点进行辨识,定义实际工况偏差参数和模型最大偏差参数分析DGEN380发动机参数不确定模型的误差范围。使用实验数据与参数不确定模型仿真结果进行比较,结果表明油门杆角度变化小于22%时,参数不确定模型与实际发动机状态的偏差量较小,能够在1%误差范围内模拟实际发动机状态。     

计数法测量采集速率的不确定度评价

介绍了用标准周期计数法评价线性测量系统采集速率时，测量结果的不确定度分析和评价过程；讨论了影响评价结果不确定度的几个主要来源；给出了减小采集速率评价不确定度的主要措施，通过一组实例，给出了采集速率不确定度分析和评价结果，该过程及结论可应用在对于计量标准进行相应指标的不确定度分析上，也可用于估计采集速率指标本身的不确定度。     

航空装备计量中脉冲上升时间测量不确定度分析和评定

脉冲信号是航空装备计量保障中非常重要的基础参数,示波器校准仪检定装置是测量脉冲信号上升时间的重要标准。介绍示波器校准仪检定装置的组成,对示波器校准仪检定装置测量高速脉冲上升时间进行分析,对测量结果的不确定度进行评定。结果表明:可通过设置较小的时基、提高脉冲的输入电平等手段减小测量不确定度。研究结果可为航空装备计量技术机构编制示波器校准仪检定装置的建标报告和评定脉冲上升时间的不确定度提供参考。     

Impact of receiver inter-frequency bias residual uncertainty on dual-frequency GBAS integrity

Dual-Frequency Ground-Based Augmentation Systems (GBAS) can be affected by receiver Inter-Frequency Bias (IFB) when Ionosphere-Free (Ifree) smoothing is applied. In the framework of the proposed GBAS Approach Service Type F (GAST-F), the IFB in the Ifree smoothed pseudorange can be corrected. However, IFB residual uncertainty still exists, which may threaten the integrity of the system. This paper presents an improved algorithm for the airborne protection level considering the residual uncertainty of IFBs to protect the integrity of dual-frequency GBAS. The IFB residual uncertainty multiplied by a frequency factor is included in the Ifree protection level together with the uncertainty of other error sources. To verify the proposed protection level algorithm, we calculate the IFB residual uncertainties of ground reference receivers and user receiver based on BDS B1I and B3I dual-frequency observation data and carry out a test at the Dongying Airport GBAS station. The results show that the proposed Ifree protection level with IFB residual uncertainty is 1.48 times the current protection level on average. The probability of Misleading Information (MI) during the test is reduced from 3.2 × 10^?4 to the required value. It is proven that the proposed protection level can significantly reduce the integrity risk brought by IFB residual uncertainty and protect the integrity of dual-frequency GBAS.     

一种针对液体火箭发动机可靠性的双线评估方法

针对液体火箭发动机可靠性评估过程中试验数据利用不充分、主观性强、与设计改进关联不足等现状,给出了一种可靠性双线评估方法,在有限试车条件下提升可靠性评估结果的准确性,并从风险控制角度识别出发动机的薄弱环节。该方法采用两条主线开展可靠性评估,第一条线以发动机部组件试验数据为输入,以发动机工作时序为线索,识别发动机故障模式,建立可靠性模型,将部组件故障模式的发生概率带入可靠性模型中,采用不确定性传播算法,得到发动机可靠性先验分布。第二条线以发动机整机试验数据为输入,采用威布尔可靠性评估方法,得到发动机可靠性追加信息;随后采用贝叶斯方法进行双线融合,计算发动机可靠性的后验分布。通过可靠性双线评估方法,扩充了可靠性评估的数据来源,并从风险控制角度辨识了发动机的关键部组件及其故障模式,提升了可靠性评估的工程应用价值。     

激光测振仪直流增益和直流偏移的测量不确定度

介绍了用最小二乘法评价外差式激光测振仪信号处理电路直流增益和直流偏移指标时,测量结果的不确定度分析和评定过程.讨论了影响直流增益测量不确定度的几个主要误差来源,包括信号源误差、被校仪器响应误差、被校仪器直流增益、标准仪器测量误差的影响等等.给出了减小直流增益测量不确定度的主要措施:①环境控制措施,以减少环境带来的不确定度;②选取高精度信号,以减少信号源误差带来的不确定度;③选取高精度标准测量仪器,以减少测量误差带来的不确定度.通过一个实例,给出了激光测振仪信号处理电路直流增益和直流偏移指标不确定度分析和评定结果.该过程及结论可应用在相应参数的计量校准中.