大部件对接装配容差分析

根据现代飞机大部件对接容差分配技术特点和发展需求,阐述了国内外先进的容差分析原理和方法,重点分析了大部件对接的技术要求、影响飞机制造的准确度因素等,以供其他设计参考使用。     

航天电磁继电器可靠性容差分析技术的研究

航天电磁继电器是在航天电子系统中完成信号传递、执行控制、系统配电等功能的主要电子元器件之一，其可靠性直接影响整个航天电子系统的可靠性。航天继电器可靠性设计技术是其产品可靠性工程的关键技术。本文分析了当前各领域可靠性研究现状及航天电磁继电器产品的可靠性现状与问题，提出并建立了基于正交试验表的电磁吸力可靠性容差分析数学模型、基于概率统计方法的机械反力可靠性容差分析数学模型及基于“应力-强度干涉法”的吸反力配合特性可靠性容差分析数学模型。以某型号航天电磁继电器为例，进行了可靠性容差分析与研究，给出了对航天电磁继电器可靠性设计具有指导作用的重要结论。     

容差方案设计在直升机活动罩阶差计算上的应用

针对直升机活动罩阶差问题,建立了活动罩累积误差和阶差的计算方法,结合活动罩和缘条零件制造和装配过程工艺分析的基础上,计算出了活动罩和缘条的累积误差和阶差,并进行数据分析,分析表明活动罩的外形误差是引起活动罩阶差的主要因数。应用实例的结果表明,该研究方法可推广到整流罩其他类似部件的计算分析,指导容差分配,提高整流罩装配质量。     

基于蒙特卡洛-自适应差分进化算法的飞机容差分配多目标优化方法

针对飞机复杂组件装配过程中，由于装配偏差的非线性叠加导致通用容差分配模型优化方法存在精度误差和效率低下的问题，提出一种容差分配模型多目标优化方法。首先，分别面向制造成本、装配性能、质量损失构建基于替代工艺的容差分配模型，并采用最优化理论建立多目标优化模型。然后，提出基于蒙特卡洛-自适应差分进化算法的多目标优化策略，其中基于装配偏差传递的图树模型提取偏差的非线性关系模型，结合提取的非线性关系模型采用蒙特卡洛方法对初始样本进行前处理，以提高初始种群的多样性；自适应差分进化算法中的突变阶段采用Lévy flight概率分布进行改进提高全局搜索效率和鲁棒性。通过飞机登机门组件验证容差分配方法，结果表明所提方法能够更加精确、高效的优化容差分配。相比于初始容差分配，优化容差分配结果使得制造成本降低了21.78%,质量损失降低了11.12%,装配性能提高了12.28%。     

螺旋锥齿轮安装误差敏感性与容差性研究

研究含刀倾法和变性法加工的螺旋锥齿轮齿面通用模型建立方法, 提出安装误差敏感性和容差性概念, 建立安装误差敏感性和容差性分析模型, 以包含安装误差的齿面接触分析方法为工具, 根据实际的齿轮副参数, 获得安装误差对接触质量的影响规律和保证接触质量的误差极限值.分析与实例计算表明:安装误差敏感性和容差性模型建立了安装误差与螺旋锥齿轮齿轮接触质量和安装工艺参数之间的联系, 为提高螺旋锥齿轮齿轮制造质量和制定科学的安装工艺参数提供了理论指导.      

基于Taguchi方法的转子系统动力学容差设计

提出了基于Taguchi方法的转子系统动力学容差设计理论.从结构的动力响应要求出发,以Taguchi方法为基础,对结构的制造及装配容差进行动力学容差设计,减小结构在制造过程的设计参数不确定和安装工艺不确定影响下其动力响应的波动.该设计过程为:①通过正交试验及方差分析完成参数设计,初步确定符合要求的参数设计值组合;②确定容差设计的初始设计值及初始设计范围,确定目标函数,形成多目标优化问题;③利用遗传算法对多目标优化问题进行解算,得到容差设计结果.对某型双转子航空发动机具有初始不平衡量轮盘的安装工艺进行了容差设计.设计表明:具有初始不平衡量的轮盘在装配时通过控制不平衡量的幅值及相位角差的搭配可有效降低支承振动响应,设计后支承最大振动响应合格率由17.7%提高至97%,验证了该设计理论的可行性.     

高空试车台供气压缩机组动态仿真建模方法研究

针对国内高空试车台研究中缺少对供气压缩机组动态仿真研究方法的现状，提出了一种适用于该热力系统的动态仿真建模方法。基于守恒方程，获得了压缩机、管网、换热器、调节阀的动态仿真计算模型；将Greitzer压缩机模型应用到复杂热力系统的动态建模中；在容腔模型的基础上增加流动损失计算模块，提出了“容腔-损失”管网模型。在Matlab/Simulink平台上搭建了某试车台供气压缩机组动态仿真模型。将仿真结果与实验结果对比，验证压缩机、管网等部件动态仿真模型的可靠性。其中，压力、温度的仿真结果的平均误差均小于1%；与传统的容腔模型相比，“容腔-损失”管网模型误差明显减小。证明了该建模方法的精确度与可靠性。     

基于多源异构信息的航空发动机转子参数校准与可靠性分析

复杂系统可靠性分析结果的准确性与输入参数精度密切相关。针对包含多源不确定信息的可靠性分析问题，提出了基于贝叶斯最大熵的随机模型修正与参数校准方法。该方法将类型统计信息（例如矩信息、可靠度）转换为约束条件，进而利用不确定性优化求解传统参数估计问题。考虑混合不确定性，引入Wasserstein距离构建似然函数，并利用近似算法提高计算效率。该方法通过增加“熵项”的方式拓展了经典贝叶斯推理的适用范围，可处理多源异构数据与混合不确定性问题。针对多部件航空发动机转子系统，建立了基于survival signature的多态系统可靠性模型，并应用上述方法开展可靠性分析，结果显示本方法较传统方法具有更高精度与更强的稳健性。     

二元共载系统退化相关的两阶段退化模型及可靠性分析

针对复杂机载系统中二元共载组件退化受退化进程相互作用与负载分担影响的问题,提出了一种考虑退化速率相互作用的两阶段退化模型。首先,研究基于退化速率相互作用的双组件退化依赖性表征方法,建立不考虑负载分担影响的双组件退化相关性模型。其次,考虑负载分担对退化速率的影响,以某一组件失效为变点,将系统退化进程分为2个阶段,构建考虑负载分担影响的双组件退化相关性模型。模型的参数采用极大似然估计法进行估计,并构建系统的可靠性模型与剩余寿命模型。最后,以一航空部件为例进行二元退化相关的共载系统可靠性计算,所提方法为复杂系统二元共载组件退化失效的可靠性分析问题提供支持。     

多变量控制系统硬件冗余配置的定量分析

针对多变量控制系统的硬件冗余配置问题提出了一种定量分析方法,可以使设计者清楚地了解到系统中哪些部件的故障将造成系统失稳,哪些部件可以通过设计阶段仔细地选择控制器参数使之故障发生时系统仍具有一定的性能,从而为系统的冗余配置设计提供了客观的依据。文中以一个大型挠性空间站系统为例说明了所提方法的应用。     

基于气路参数融合的涡扇发动机性能退化预测

针对单参数驱动的涡扇发动机性能退化预测精度不高的问题,提出了一种基于气路参数融合的涡扇发动机性能退化预测的方法。通过监测发动机性能退化过程中多源参数,采用专家经验和核主成分分析相结合的方法,进行发动机性能参数的选择和融合,从而构建健康参数。基于非线性Wiener过程构建涡扇发动机退化模型,采用极大似然方法求得发动机退化模型的离线参数估计值;由于不同发动机性能退化的差异性,基于贝叶斯更新理念对随机参数进行实时更新,可以实现对单台发动机的性能退化实时预测。通过实例验证,采用此方法在预测末端方均根误差为0.028 3,整体预测精度提升了54.5%,可以辅助指导维修决策。      

飞机结构耐久性/损伤容限综合分析模型

以现有的耐久性分析模型和损伤容限分析模型为基础,综合研究裂纹萌生和扩展的全过程,建立了飞机结构耐久性/损伤容限综合分析模型,并且通过一个具体的算例证明了模型的可行性。该模型兼顾了结构的寿命、安全以及检修一体化的要求,可用于对飞机结构进行综合设计与分析。     

飞控系统最坏情况分析方法研究

提出了飞控系统在其主要影响因素(自然风、推力偏心、控制参数偏差、结构误差等)的作用下进行最坏情况分析的方法。给出了飞控系统最坏情况法整体分析流程,建立了自然风、发动机推力偏心、控制参数偏差和几类主要结构误差的扰动模型。提出了利用直接代入法和正交试验相结合的方法辅助最坏情况进行分析,并给出了详细算法流程。最后以某飞控系统为案例验证了该方法的正确性和可行性。     

轮地力学模型参数灵敏度分析与主参数估计

在星球探测过程中,星球车需要估计地面力学参数以及时调整控制策略,快速适应地形变化。针对形式复杂,参数耦合的轮地相互作用模型,采用Sobol灵敏度分析方法,分别对模型中的地面承压特性参数和剪切特性参数的灵敏度进行定量分析,筛选出沉陷指数与内摩擦角作为模型的主导参数,用于反映地面承压特性和剪切特性的变化。基于轮地相互作用力学平衡方程,通过简化应力分布公式,进一步推导出主导参数的解析表达式。通过以典型值固定非主导参数,利用系统状态参数和滤波处理完成地面力学特性主导参数的估计。结果表明,所提出的地面力学主导参数解析式及相应的估计方法能够快速反映地形的变化,沉陷指数估计的平均相对误差为2.8%,内摩擦角估计的平均相对误差小于3%。估计结果可准确预测车轮牵引力,为实现实时控制提供必要信息。     

直升机火控系统精度敏感性分析的BNSobol法

针对现有研究大都只分析了单误差源对直升机火控系统精度影响的现状,提出进行直升机火控系统精度的敏感性分析。根据传统敏感性分析法在数据量不充分或无法提供精确模型时存在的局限性,对基于贝叶斯网络和Sobol指数相结合的敏感性分析新方法（BNSobol法）进行了研究,并与传统Sobol法对比分析。结果表明BNSobol法在满足精度要求的同时还减小了对数据量的需求,它的分析不依赖于模型且可以确定出满足约束条件的具体误差源取值区间。该方法可为直升机火控系统设计研究时如何分配各模块误差大小从而提高总体效能提供参考和理论支持。     

基于混合区域极点配置的航空发动机全包线鲁棒变参数控制器设计

针对航空发动机全包线多变量鲁棒变增益控制器设计问题,提出了一种基于混合区域极点配置的鲁棒变参数控制方法。利用Jacobian方法建立多调度参数下的发动机仿射线性变参数(Linear parameter varying,LPV)模型,用于描述发动机全包线内的非线性动态特性;针对上述LPV模型,采用仿射参数依赖Lyapunov函数设计具有H∞鲁棒性能的状态反馈控制器,给出了控制系统全局稳定性的证明;并利用混合区域极点配置方法,将闭环系统极点配置到左半平面指定位置,以保证控制系统的动态特性及稳定裕度;进而引入凸多胞技术,将参数依赖线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)方程转化为有限维LMI进行控制器求解,并得到了全局解。针对涡扇发动机的仿真结果表明:存在复杂量测噪声干扰条件下,鲁棒变参数控制器可以实现发动机全包线内控制指令的精确跟踪,系统阶跃响应的调节时间不超过1.5s,系统无超调,对控制期望的稳态跟踪误差在0.02%以内,符合发动机控制系统技术要求。     

基于负载惯量匹配的双电机同步控制方法

在交流伺服系统运动控制领域,针对双电机同步精确控制时由于两轴负载惯量相差较大、额定运行速度快、到位精度要求高等控制难点,提出了简单且有效的同步控制方法,并在试验中进行了验证。该方法包括对同步控制方式的设计和误差补偿算法2个部分。首先,设计使用基于虚拟主轴的主从控制方式,可实现惯量匹配的同步指令输出；在此基础上,从负载特性入手,提出了基于加权耦合的误差补偿方法,能实现快速稳定的同步误差补偿。仿真与试验结果表明,该方法能够满足伺服运动系统的定位精度和同步控制精度要求,同时在一定程度上提升了系统的平稳性和补偿响应速度,工程实现效果较好。     

无余量装配技术在复合材料机身结构部段上的应用

提出了在复合材料飞机部段装配过程中采用无余量装配的方法。在产品设计和制造过程中采用数字量传递的方式可减少误差积累,提高协调精度。关键零部件的装配、工装制造等采用激光跟踪仪等数字化测量设备可以确保精确性,并能在装配工艺设计阶段就考虑零部件间的协调安装精度及公差分配要求。通过分析复合材料部段装配特点,并以复合材料机身典型结构为例进行应用研究,阐述了在三维数字化装配过程中具有协调关系的关键零部件无余量装配的工艺流程、方法,从而可实现零部件一次装夹、加工及无反复装配,使装配质量具有良好的稳定性。