光传飞行控制系统余度技术研究

在简要介绍光传飞行控制系统及其余度技术的基础上，针对光传飞控系统的特点，从余度系统的结构，余度系统的可靠性，余度数目及余度系统的监控技术等方面提出了光传飞控系统的余度设计原则，并给出了光传飞控系统余度技术的软硬件总体结构。初步研究表明，光传飞行控制系统具有普通电传飞控系统无可比拟的优点，本文所提出的技术方案是进一步研究光传飞行控制系统余度技术的基础。     

同步/异步飞控计算机机制研究

飞行控制系统是影响飞机飞行安全的关键系统,为了满足安全可靠性指标要求,一般采用多余度设计。保证多余度系统协调工作是余度系统需要重点关注的问题。当前有2种余度计算机机制,即同步计算机机制和异步计算机机制。文中分析了同步计算机机制和异步计算机机制下的基本架构、工作原理和故障监控等策略,对比了2种机制的优点和缺点,为飞控系统设计提供借鉴。     

非相似余度飞控计算机

从容错的角度介绍了Boeing777和A320的数字飞行控制计算机系统。Boeing777和A320的飞控计算机都采用了非相似的余度技术,能容忍软件和硬件的共态故障,但在每个计算机的功能分配和整个飞控计算机系统的余度结构编排等方面体现了各自的特点。用广义随机Petri网描述了Boeing777余度结构和容错动态过程,并进行了系统的可靠性计算和容错度分析。针对中国"大型飞机"容错飞控系统的设计作了分析和建议。     

直升机飞控系统的计算机冗余设计

本文以某直升机飞控系统为对象，以飞控计算机为中心，围绕系统的余度配置、容错设计原则、中断处理算法、重构、故障检测和灾难性故障的钝化处理等方面的内容，展开讨论。双余度直升机数字飞行控制系统的安会可靠度，是通过硬件和软件实现的容错技术而获得，它根据系统实际需求。采用硬件和软件相似余度设计，最大限度利用飞控计算机自监控和双余度信号比较监控能力；最终使系统达到无故障工作／故障安全。     

余度飞控计算机可靠性分析及其改进

综述了飞控计算机的工作任务、余度结构以及可靠性，结合新一代飞控计算机对高可靠性、实时性的要求，及目前飞控计算机余度构型进行了比较和可靠性分析，并提出了改进的三余度比较监控结构。     

大型客机电传飞控系统余度配置研究

大型客机电传飞控系统采用余度配置是提高飞机安全性与任务可靠性的重要方法之一。大型客机通过余度配置降低系统部件发生故障后对飞行性能和整个系统飞机安全性的影响,从而提高了飞控系统的安全可靠性。本文通过对波音和空客飞机电传飞控系统余度配置等主要设计环节的对比分析,阐述了大型客机电传飞控系统在余度设计与配置方面的关键技术点和方法,为大型客机电传飞控系统的余度设计提供技术支持。     

多源冗余容错导航计算系统的设计与实现

常规无人机在余度配置传感器的信号处理、余度管理、故障检测与隔离等环节占用飞控计算机过多运算资源,增加了飞控计算机的整体负荷,致使全系统可靠性降低;与此同时,传统的传感器余度配置方案和导航计算机余度设计在工程中存在方案不完备和实时性较差等局限性。鉴于此,提出一种多源冗余容错导航计算系统的解决方案,给出系统的软硬件设计方法,并基于非相似余度技术设计多源冗余传感器硬件和软件滤波算法,采用双CPU+FPGA的架构设计多源冗余容错导航计算机硬件平台以及模块化软件架构,实现了系统的软硬件的开发。经过实际测试和试验,验证了系统具有通信速率快、可靠性高和稳定性好等特点,满足了高可靠性飞控系统对新型组合惯导的需求。     

飞机滚转运动的控制余度与重构效能

论证了独立操纵的左右平尾使飞机滚动运动具有较大的控制余度,它增加了飞机正常飞行时的滚转力矩,在飞行中副翼出故障时可进行补偿重构,从而提高了滚动通道的余度等级和飞行的安全性,为减少滚转通道的余度配置提供了依据,通过针对操纵面失效和卡死两类故障的重构设计和仿真也证实了上述结论,同时,初步比较说明了自修复飞控系统在上述故障下的任务可靠性和基本可靠性均高于传统控制系统。     

先进民机飞控系统安全性设计考虑

飞行控制系统作为民机机载设备中的飞行关键和安全关键系统,其安全性设计对民机运营安全至关重要。基于适航安全性要求,梳理了民用飞机机载系统安全性的定性及定量需求,分析了民用飞机飞控系统适用的安全性设计依据和标准;对先进民机飞控系统安全性设计技术进行了研究,从飞行控制系统架构、控制律、复杂电子硬件、作动器和高安全等级软件设计5个方面提出了安全性设计技术的考虑。     

“长空”超低空无人驾驶飞机的飞行控制系统

 本文介绍“长空”超低空无人驾驶飞机的飞行控制系统。这是我国首次将单片计算机应用到无人机的飞控系统。文中对方案选择,控制规律以及为满足超低空飞行高度精度的要求所采取的技术措施作了详细的阐述,通过试飞,鉴定、供靶,说明这一套数模混合式飞控系统的设计是完全成功的。     

民机电传飞控系统安全性设计与验证

目前CCAR25部的规章要求主要针对传统机械操纵飞机,随着电传飞控系统(Fly by Wire,以下简称FBW)在现代民机上的广泛应用,在控制指令的数字信号完整性、AC 25.1309等效安全等方面产生了一些新的适航要求,以达到传统设计相同的或等效的安全水平。介绍了民机电传飞控系统安全性评估过程,然后针对电传飞控系统安全性设计特点,总结了适用的适航要求和符合性验证方法。     

Space systems general-purpose processor

The requirements for this processor were established using the experience of the hardware and software designers in the APL Space Department. The use of commercial hardware and software products, combined with an error- and fault-tolerant architecture, resulted in a low-cost design without adversely affecting overall reliability. The processor's architecture and mechanical design, and hardware and software test and validation methods are described.     

机载机电系统可靠性的计算机辅助分析方法

 为了提高机载机电系统的可靠性，机载机电系统常采用余度系统，以达到故障容错，进而实现整个飞机系统的高可靠性和安全性。开发适应于余度间耦合、动态性能降级的ReliaApp可靠性分析评价软件平台，通过有效综合故障模式影响（FMEA）、故障树分析（FTA）和Markov状态转移链法，实现不同容错设计方案的选择、机电系统的可靠性定量评价并给出系统的薄弱环节，为系统的余度配置和改进设计提供软件设计与评估平台，以确保飞机系统的高可靠性和安全性。实例应用表明该软件平台是飞机机载机电系统可靠性设计与评价有效的计算机辅助工具。     

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%。     

Design by extrapolation: an evaluation of fault tolerant avionics

Over the past 30 years, safety-critical avionics systems such as Fly-By-Wire (FBW) flight controls, full-authority digital engine controls, and other systems have been introduced on many commercial and military airplanes and spacecraft. Early FBW systems, such as on the F-16 and Airbus A320, were considered revolutionary and introduced with extreme caution. These early systems and their successors all make use of redundant and fault-tolerant avionics to provide the required dependability and safety, but have used significantly different architectures. This paper examines the different levels of criticality and fault tolerance required by different types of avionics systems, establishes architectural categories of fault-tolerant architectures, and identifies the discriminating features of the varied approaches. Examples of discriminators include the level of redundancy, methods of engaging backup systems, protection from software errors, and the use of dissimilar hardware and software. The strengths and weaknesses of the approaches will be identified. The paper concludes with some speculation on trends for future systems based on this evaluation of previous systems     

Design of Embryo-electronic Systems Capable of Self-diagnosing and Self-healing and Configuration Control

As aerospace vehicles travel in a hellish environment, the reliability of the measuring and controlling systems has played a critical role in the credibility of a whole airborne system. Embryo-electronic system is a bionic hardware capable of self-diag- nosing and self-healing. This article presents a new approach to design embryo-electronic systems and introduces their bionic principles, system structures and fault-tolerant mechanism. As the current methods cannot meet the requirements for large-scale embryo-electronic systems, this article advances a new shift-register-based configuration memory of embryonic system to solve the problem by using the inter-cell communication to reduce the gene storage capacity of a single cell. The article designs an overall structure of the shift-register-based configuration memories of the embryonic system and connects them into a chain structure. The article also designs an inner circuit of the cell, the control of shift-register-based configuration memory and the way of runtime dynamic configuration. The simulation of field programmable gate array (FPGA) evidences the realizability of the proposed design. Compared to the SRAM-based one, this memory can save 90% of the area when constructing embryonic systems larger than 128 × 128 under the same condition.     

翼身融合布局民机高低速协调设计

翼身融合（BWB）布局作为一种创新的布局形式，成为未来民用飞机发展的热点。与传统布局相比，BWB布局具有综合优势，是以安全性、经济性、舒适性和环保性为发展目标的下一代大型民用飞机的理想布局。针对BWB布局低速飞行性能不易满足"绿色航空"发展目标的技术现状，分析当前BWB布局高低速综合设计中出现的问题和面临的挑战，提出了改善低速性能的应对策略。通过总体参数对高低速性能的影响规律研究，分析了影响高低速协调设计的各种因素，指出翼载是影响高低速协调设计的核心参数。基于项目组长期研究工作，提出了综合考虑高低速性能的BWB布局设计要求，建立了高速向低速适当妥协，综合平衡高低速矛盾的设计思想，给出了由三点技术措施构成的高低速协调设计原则。根据本文提出的高低速协调设计思想和设计原则，采用多学科综合优化和气动综合设计方法，进行了概念方案的高低速协调设计，获得了高低速协调、综合性能优异的概念设计方案。CFD分析和风洞试验验证结果表明，协调设计后的概念方案，在保持优异巡航性能的同时，显著提高了低速性能，降低了对增升能力的需求，减小了高升力状态力矩平衡措施的设计压力，达到了保证巡航效率和提升低速性能的协调设计目标。本文提出的高低速协调设计思想和设计原则为提升BWB布局低速性能提供了新的思路和方法，可应用于翼身融合类民机布局研究，并可为其他用途翼身融合类飞机设计提供参考。     

民用飞机吊挂应急断离设计研究

应急断离设计是民用飞机吊挂设计的关键技术之一,从收集到的相关机型应急着陆事故论述吊挂应急断离设计的结构设计要求,分析波音公司和麦道公司的典型机型吊挂设计方案,提出了我国大型民用飞机吊挂应急断离设计方案的建议。