基于K-均值聚类与粒子群核极限学习机的推力估计器设计

鉴于航空发动机直接推力控制与健康管理需要高精度及高实时性的推力估计器,提出了一种基于K-均值聚类与粒子群优化的核极限学习机推力估计方法。采用K-均值聚类对全工况范围内的测量数据进行聚类,在每一个子类中,通过核极限学习机建立推力估计器,采用粒子群算法对核极限学习机的核参数和惩罚系数进行优化,利用了核极限学习机稳定性好、非线性拟合能力强的特点,实现了对发动机推力的估计。经涡扇发动机台架试车数据训练与测试表明,本推力估计方法平均预测时间为0.27ms,实时性满足机载在线状态评估和直接推力控制需求,且在估计精度上较现有方法存在一定优势。     

应用深度核极限学习机的航空发动机部件故障诊断

运用传统单隐层的神经网络进行航空发动机部件故障诊断识别受其浅层结构影响,精度不高,而用深度置信网络(Deep belief network,DBN)等深度学习方法则存在耗时、参数训练复杂的问题。为解决现有的基于数据驱动的发动机部件故障诊断方法的不足,提高诊断精度,缩短训练时间,将核方法和多层极限学习机(Multilayer extreme learning machine,M-ELM)相结合,提出一种深度核极限学习机(Deep kernel extreme learning machine,DK-ELM)。算法首先利用深度网络结构对输入数据进行逐层的特征提取,抽象得到的特征通过核函数实现高维空间映射分类。这些措施有利于提高算法的分类精度和泛化性能,在训练速度上较深度学习也有明显的提高。将该算法与深度学习和其他极限学习机算法进行综合比较研究,结果表明:基于DK-ELM的诊断方法有效、可靠,便于实现,为航空发动机部件故障诊断提供一个更为优秀实用的工具。     

基于在线滚动序列核极限学习机的涡轴发动机非线性模型预测控制

针对涡轴发动机控制系统设计,提出了1种基于在线滚动序列核极限学习机的非线性模型预测控制方法。综合考虑直升机旋翼扭矩、燃气涡轮转速、动力涡轮转速、涡轮级间温度和压气机喘振裕度等信息,设计具有较好实时性、精度和泛化能力的多输出在线滚动序列核极限学习机作为预测模型,引入预测模型输出与发动机输出的误差进行反馈校正,利用序列二次规化算法在线求解包含限制约束的预测控制问题。在某型直升机/涡轴发动机综合平台的仿真环境中进行了直升机大幅度机动飞行仿真验证,结果表明:该模型预测控制器相比于传统串级控制具有更好的控制品质,可显著降低动力涡轮转速超调/下垂量。     

一种可用于航空发动机健康状态预测的动态集成极端学习机模型

提出一种动态集成极端学习机模型用于航空发动机健康状态预测.采用AdaBoost.RT集成学习算法对极端学习机（ELM）进行集成,在训练时采用每个训练样本的近邻样本对ELM的局域性能进行评估;在预测时首先确定新样本在训练样本集中的近邻样本,然后根据ELM在近邻样本上的性能来赋予集成权值实现弱学习机的动态集成.以燃油流量为指标进行航空发动机健康状态预测,动态集成ELM模型短期预测结果的平均相对误差绝对值（MAPE）为3.688%,小于单一ELM模型的3.830%以及静态集成ELM模型的3.719%;长期预测结果中动态集成ELM模型的MAPE为3.075%,小于单一ELM模型的4.355%以及静态集成ELM模型的3.884%.因此动态集成ELM模型更适用于航空发动机健康状态预测.      

基于优化智能网络的发动机推力指令模型

针对航空发动机性能退化缓解控制中推力指令模型输入量有限问题,提出1种双智能网络串联的推力指令建模方法.其中子模型Ⅰ采用BP网络映射与推力密切相关的气路参数,其输出作为子模型Ⅱ的输入;子模型Ⅱ采用优化极端学习机(ELM)算法,输出为额定发动机推力,并以此推力为性能蜕化缓解控制指令.为了减小ELM网络规模,提高推力指令模型实时性,采用微分进化算法(DE)优化ELM初始网络参数.数字仿真验证表明:各飞行包线内推力指令模型预测值最大相对误差小于4‰,远优于单一神经网络最大8.17％和单一极端学习机最大14.5％的误差,模型推力指令计算时间仅需0.64ms,实时性好,验证了该推力指令模型的有效性.     

基于IGA-ELM网络的滚动轴承故障诊断

为了提高航空发动机轴承故障诊断准确率,提出基于改进遗传算法优化极限学习机网络（IGA-ELM）的诊断模型。针对传统遗传算法易早熟等缺陷,对遗传算法的交叉操作和变异操作进行改进,并用改进的遗传算法优化极限学习机的输入权值矩阵和隐含层阈值,利用Moore-Penrose算法计算极限学习机的输出权值矩阵。使用IGA-ELM诊断模型对滚动轴承正常、内环故障、外环故障和滚珠故障4种工况进行诊断,并分析极限学习机隐含层神经元的数量和激活函数对轴承故障诊断的影响。为了验证改进遗传算法优化极限学习机的有效性,将传统遗传算法、自适应遗传算法和粒子群算法作为对比算法。经过分析表明：改进遗传算法收敛速度和收敛误差,均优于对比算法。     

航空网络关键节点辨识的核极限学习机算法研究

通过技术手段准确识别航空网络的关键节点,对航空网络平时的正常运行以及战时的防御和修复,具有重要的理论意义和参考价值。提出一种基于核极限学习机的航空网络关键节点识别方法,首先,采用层次分析法对节点综合重要度进行评估;然后,选取三个简单指标,基于核极限学习机学习简单指标与综合重要度之间的映射关系,建立重要度评估模型;最后,以中美两国航空网络为例进行仿真。结果表明:仅需计算 40 个节点的复杂指标值,就可对关键节点取得较满意的辨识效果,降低了计算复杂度,提高了辨识效率,即采用本文方法辨识航空网络的关键节点是有效、可行的。     

航空发动机限寿件疲劳可靠度计算新方法

针对目前的航空发动机限寿件（ELLP）疲劳可靠性分析中的小失效概率事件以及其极限状态函数具有较强非线性的特点，提出了一种具有自更新机制的半径外自适应重要抽样（AUMCROAIS）疲劳可靠性分析方法。该方法首先利用蒙特卡罗自适应重要抽样（MCAIS）快速逼近真实设计验算点（MPP）附近，随后以近似设计验算点为中心进行极坐标抽样，并依次构造主动学习函数，对近极限状态函数和抽样半径进行最优选取，从而实现最优抽样半径的更新，通过不断的更新确定出最优抽样半径，加速失效概率计算的收敛。本方法提高了设计验算点的收敛速度同时保证了计算精度，解决了小失效概率事件以及强非线性极限状态函数可靠度计算难题，最后以某型发动机压气机轮盘为对象应用本方法，并与传统的蒙特卡罗仿真（MCS）方法、蒙特卡罗半径外自适应重要抽样法（MCROAIS）和一阶可靠性方法（FORM）进行了对比，验证了本方法的高效率、鲁棒性和仿真精度。     

基于聚类与粒子群极限学习机的航空发动机推力估计器设计

针对航空发动机推力不可测,部件级模型求解推力精度不高、实时性差的问题,提出了基于快速寻找密度极点聚类与粒子群极限学习机的航空发动机推力估计方法。首先利用基于快速寻找密度极点的聚类算法对全工况范围内的台架试车数据聚类,然后在每一个子类中,用粒子群极限学习机设计了子推力估计器。在子类推力估计过程中,为使网络拓扑结构最优,用粒子群算法寻找极限学习机的最优隐层神经元数目的方法。训练与测试表明,推力估计测试相对误差最大值为3.06‰,优于传统的RBF(7.25‰)与BP(14.84‰)神经网络方法,能够满足直接推力控制与机载在线实时状态评估的需求,且可将方法扩展到其他不可测参数的估计。     

基于QPSO-ELM的某型涡轴发动机起动过程模型辨识

针对解析法建立某型涡轴发动机起动过程模型困难的问题,提出一种基于量子粒子群优化-极限学习机（QPSO-ELM）的某型涡轴发动机起动过程模型数据驱动辨识方法。首先构建基于状态空间法描述的某型涡轴发动机起动过程分段模型,然后结合发动机起动试验数据,采用QPSO-ELM算法对该起动模型进行辨识,试验结果表明：燃气发生器转子转速、发动机输出轴转速和燃气涡轮后温度的辨识结果都良好地逼近了实测数据,最大相对误差的均值分别为1.358%、1.628%和2.195%,满足实际应用的精度需求,并且QPSO-ELM的辨识精度优于极限学习机（ELM）、支持向量机（SVM）和反向传播（BP）神经网络。     

航空涡扇发动机吞水性能变化

为了解某涡扇发动机吞水后性能变化,基于常规地面试车台,设计并开展某涡扇发动机吞水后性能变化试验。进行了发动机在慢车状态、节流状态、中间状态和最大状态时,吞水量为进口空气质量流量的2%、3.5%和5%的试验。试验结果表明:慢车状态,风扇内、外涵出口温度的降低程度不随吞水量的变化而变化,吞水后发动机推力最多降低约20%;最大状态,风扇内涵出口温度降低的程度随着吞水量的增加而增加,吞水后由于低压转速提高,发动机推力最多升高约15%。吞水过程中没有造成失速、喘振以及发动机主燃烧室熄火。吞水后发动机性能无恶化。      

发动机状态监控和故障诊断系统的研究

本文介绍了由北京飞机维修工程公司、北京航空航天大学、中国民航学院和东方航空公司4个单位研制的 EMD(发动机状态监控和故障诊断)系统。该系统自1990年和1991年先后在国际航空公司、东方航空公司的 JT9D 和CF6等40台发动机上运行,获得了很好的结果。     

基于专家系统的机场停机位自动分配系统研究

民航机场停机位分配是民航机场运营组织的关键环节.根据专家系统的基本原理,设计出了基于规则的机场停机位自动分配系统,并对该系统的知识库和推理机的工作机理进行了较深入探讨,以期为民航机场停机位分配提供先进的技术手段.     

现代喷气战斗机的发动机安装设计

发动机安装设计是飞机设计的一项重要工作,战斗机的发动机安装设计工作尤为重要且任务复杂.本文在收集整理大量文献资料的基础上,概述现代战斗机发动机的安装设汁,重点剖析了国外八个型号战斗机的发动机安装设计实例,比较各型战机的发动机安装设计异同,包括安装形式设计和安装节等结构部件的细节设计等.通过实例剖析和异同比较,有助于深入理解发动机安装设计的特点和规律,发展我国有自身特色的发动机安装设计解决方案.     

民用航空发动机性能故障诊断途径

发动机性能状态监控是保证飞行安全的重要手段.航空专用数据链通信系统(ACARS)和快速数据存取记录器(QAR)已经越来越普遍地被各航空公司所采用.介绍了多个综合利用ACARS、QAR译码巡航报告等信息对V2500发动机进行性能故障诊断的案例,对如何利用多种手段和EHM软件对V2500发动机进行故障诊断作了总结.     

基于时序分析的液体火箭发动机实时故障监测算法

建立ＡＲ模型对液体火箭发动机状态测量参数构成时间序列进行分析，并构造相应的信息距离差别函数进行状态监测。对某次试车的测量参数进行状态监测仿真表明，利用时序分析算法能够在满足实时条件下早期检测出发动机的故障。在算法中，使用了Ｋｏｌｌｂａｃｋ－Ｌｅｉｂｌｅｒ信息距离函数作为判别函数，使得整个计算简单而可靠。     

基于K-L信息测度的液体火箭发动机的泄漏故障检测

液体火箭发动机的泄漏是常见和极其危险的故障。研究快速有效的泄漏故障检测方法,是一个很重要迫切的课题。本文针对已有发动机的状态监测参数,建立ＡＲ模型进行时间序列分析,利用Ｋ－ Ｌ信息测度作为判别函数来检测发动机的泄漏故障。仿真结果表明,这种泄漏故障检测的方法是切实可行的。     

Low-NOx Combustor Development pursued within the scope of the Engine 3E German national research program in a cooperative effort among engine Manufacturer MTU,University of Karlsruhe and DLR German Aerospace Research Center

MTU Aero Engines, the University of Karlsruhe and the DLR Aerospace Research Centre co-operated within the scope of the German national aeronautical research program Engine 3E. The program was focused on improving high-bypass turbofan engines. As a part of this program, a low-emission single-annular combustor was developed. The NOx emissions of this combustor are significantly reduced by using the rich-lean combustion concept.The basic idea of this concept is to avoid stoichiometric combustion conditions by splitting the combustion domain into a fuel-rich zone (low-oxygen zone) and a fuel-lean (low temperature zone). The NOx reduction capability of a combustor of this type scales with the homogeneity of the mixture in the rich zone and the time interval needed for the transition from the rich to the lean zone.Based on the insights gained from this cooperative research, an annular combustor was developed and tested at pressures up to 20 bar and inlet temperatures up to 800 K. The tested annular combustor was found to have NOx emissions of about 40% of the ICAO 96 standard. The carbon monoxide and unburned hydrocarbon emissions of the combustor are of about the same levels as present state of the art combustors.     

航天飞机主发动机健康监控技术

美国航天飞机主发动机(SSME)的健康监控系统具有目前液体火箭发动机健康监控技术的先进水平.近年来围绕SSME的健康监控问题开展了大量、广泛的研究工作,这些研究标志着液体推进技术的一个新的发展方向.本文综合评述了在这一新的研究领域里所取得的最新进展.     

基于小波包分析与多核学习的滚动轴承故障诊断

为了更准确地诊断滚动轴承故障,提出了一种基于小波包分析与多核学习的滚动轴承故障诊断方法.该方法首先对振动信号进行3层小波包分解,将振动信号分解为不同频带的信号,提取各频带的相对能量特征,构建特征向量;然后采用多核学习算法从训练样本集中学习核函数与分类器;最后使用训练出的分类器识别滚动轴承故障类型.为了验证方法的有效性,进行了滚动轴承故障诊断实验,实验结果表明该方法的故障诊断准确率达到98.25%,与传统的基于小波包与支持向量机的滚动轴承故障诊断方法相比,其故障诊断准确率更高,同时由于避免了核函数的选择问题,该方法更便于实际应用.