多电飞机非相似混合作动器综合性能分析与研究

介绍了两种作动器的组成和工作原理,在此基础上对其进行仿真分析,重点研究了混合非相似余度作动系统在不同工作模式下的动态性能。由于采用非相似余度配置,混合余度作动系统存在力纷争的问题,就此提出了均值均衡技术,并在AMESim/Simulink平台进行仿真,收到较好效果。     

某型机伺服作动器BIT测试方法及影响分析

介绍了伺服作动系统的工作原理、组成及BIT测试方法,分析了影响伺服作动系统BIT故障的原因,并对伺服作动器建立故障树,着重分析影响伺服作动器故障的因素并进行仿真,提出了伺服作动系统BIT设计优化建议。     

一体化电动静液作动器(EHA)的设计与仿真分析

一体化电动静液作动系统兼备传统液压作动系统和直接驱动的机电作动系统的优点,也就是同时具备高转距和大功率密度,并且易于模块化。本文阐述了一种一体化电动静液作动器(EHA)的总体结构和工作原理,对电机、泵和液压缸的选用以及系统设计提出了明确的要求,并对其各个模块进行了建模和仿真分析。结果表明,EHA的性能能够满足现代飞机对作动系统的要求,在未来功率电传(PBW)的飞控系统中具有很好的应用前景。     

宽体客机飞控电作动系统设计

为研究飞控电作动(EPA)系统技术,分析目前服役的国外多电客机空客A380、A350XWB飞控电作动系统、波音Boeing 787飞控电作动系统能源配置、作动器配置及技术特点,提出了国外多电客机飞控电作动系统发展趋势。结合中国电作动研制技术情况,提出中国宽体客机飞控电作动系统2H/2E能源配置方案及电作动系统配置方案,对电作动系统安全性、作动系统电功率、质量进行分析,为中国宽体客机飞控电作动系统研制提供有益参考。     

飞机机电作动系统故障模式分析与故障诊断方法

飞机机电作动系统是多电飞机的典型系统,为达到飞机的高可靠性要求,需要对机电作动器的故障模式进行分析。本文对基于无刷直流电动机的机电作动系统的故障模式进行了分析,在此基础上,提出了采用直流母线电流进行在线故障诊断,并分析了故障预测方法。     

反推力装置液压作动系统AMESim建模与仿真

根据飞机反推力装置液压作动系统的结构特点及工作原理，建立了其蜗轮蜗杆部件、丝杠螺母部件和作动筒的数学模型及系统的AMESim模型。针对某型反推作动系统进行了仿真，分析了其位移、同步性、受力变化规律；通过设置批参数运行的方式，初步分析了丝杠导程角、蜗轮蜗杆减速比和供油压力不足对作动系统性能的影响。仿真结果表明:所建模型能模拟作动系统的伸出和收回时的工作状态，为反推作动系统设计参数选择、受力分析和故障诊断提供了平台。      

跨声速风洞试验模型主动减振结构优化设计

针对跨声速风洞试验模型支撑结构,采用压电作动器嵌入支杆,形成一体化主动减振系统来抑制模型在风洞试验过程中的振动。分析了模型支撑结构在风洞试验过程中的振动特性和主动减振系统的控制原理,建立了压电作动器/风洞模型支撑结构相互耦合的动力学模型。在此基础上,采用模态可控性理论及模态价值理论,给出了主动减振结构控制能力的定量描述方法,构建了能够表征系统各受控模态可控性的优化设计目标函数。最后,针对一个简化的风洞试验模型主动减振结构,建立了动力学解析模型,给出了优化设计问题的数学表达和约束指标,并采用遗传算法进行了优化设计研究。结果表明,采用本文给出的方法对主动减振结构进行优化设计,可以在满足约束指标要求前提下,显著提高压电作动器对系统各受控模态的可控性,进而提高系统的减振控制效果。     

某型飞机副翼作动系统静刚度与自然频率设计研究

民用FBW系统飞机提高舵面抗振性的主要措施有:操纵舵面质量平衡法;利用作动器阻抗,包括提高作动系统静刚度和自然频率,改善作动系统阻尼特性;气动平衡法;主动颤振抑制(闭环控制).民机作动系统设计中一般从以上4个方向同时着手,提高作动系统抗振性.从提高作动系统静刚度和自然频率着手,研究了某型飞机法兰式安装下等效刚度计算方法,得出了副翼作动系统自然频率范围.计算结果表明,主机所与供应商共同确定的静态刚度参数满足作动系统颤振抑制的最小自然频率要求,供应商可采用这些参数进入作动器静态刚度详细设计阶段.     

大型空间可展开天线结构的主动振动控制

利用内置压电元件的主动构件作为作动器,对大型空间可展开天线结构进行了振动主动控制的研究。分析了含压电单元的空间天线结构的振动主动控制的原理和方法,采用独立模态控制法对可展开天线结构实施主动控制。并且基于作动器的模态影响矩阵对作动器进行了优化布置,使其效能达到最大。最后采用LQR方法对结构进行控制,应用Matlab软件对该压电结构进行仿真实验控制。仿真的结果表明,通过振动主动控制明显增加了可展开天线结构的结构阻尼,取得了十分有效的振动抑制效果。     

用于离心式作动器的变滑模面滑模控制

作动器系统是组成直升机结构响应主动控制（ACSR）系统的重要子系统之一，为解决离心式作动器同时实现输出力幅值、相位和频率跟踪以及输出力跟踪误差问题，提出了一种基于滑模变结构控制的变滑模面控制（VSMSMC）方法。首先，根据离心式作动器原理建立了偏心块的输出力方程以及包含参数变化、外部扰动及线性摩擦等不确定因素的永磁同步电机（PMSM）动态方程；然后，通过对离心式作动器输出力控制原理进行分析，结合滑模控制理论的特点，将离心式作动器偏心块相位控制期望信号引入滑模控制的滑模面方程，设计了基于PMSM电流环的变滑模面滑模控制律，并利用李雅普诺夫函数证明了所设计的滑模控制律的可达性和稳定性。最后，在MATLAB/Simulink环境下将所设计控制律应用于离心式作动器输出力控制进行了仿真实验，与现有方法相比，所设计控制律能够较好地同时跟踪期望谐波力的幅值、相位和频率，提高了离心式作动器跟踪精度和离心作动器启动时的输出力跟踪响应速度并具有较好的抗干扰能力。     

双极性等离子体激励器圆柱绕流控制实验研究

在低速风洞中利用多级双极性等离子体激励器控制圆柱绕流的流动分离。实验风速U∞=10m/s,基于圆柱直径的雷诺数Re=2.8×10^4,在实验中将两组三级双极性等离子体激励器布置在圆柱模型肩部,利用粒子图像测速技术测量圆柱的尾流场。实验结果表明,采用定常和非定常激励均能抑制圆柱尾迹区,等离子体激励强度是影响激励器对圆柱绕流控制能力的重要因素;非定常脉冲激励耗电少,对流动控制能力强,效率明显高于定常激励,脉冲激励频率影响等离子体激励器对流动的控制能力。在实验风速为10m/s时,脉冲激励频率与圆柱涡脱落频率一致,流动控制效果较好。     

等离子体气动激励体积力的实验研究

等离子体流动控制作为一种新概念主动流动控制技术,其物理作用依据之一是“动力效应”。体积力作为表征“动力效应”的重要参数,对研究等离子体流动控制的原理具有重要意义。介绍了实验原理及系统的基本组成,对等离子体气动激励体积力进行了实验测量。结果表明：体积力的大小在mN量级;固定激励频率,激励电压增大时,体积力增大,且线性关系非常明显;固定激励电压,体积力受激励频率的影响不大。     

一种用于主动流动控制的气泡型微致动器

 面向先进主动流动控制，在国内率先研发了一种基于微机电系统(MEMS)的气泡型微致动器阵列技术。分析了气泡型微致动器用于主动流动控制的原理，阐述了致动器结构及其加工工艺。通过对气泡样件的压力载荷 变形行为的测试，表明其具有较好的线性和较大承载能力。结合不同翼型的风洞试验表明，微致动器作动可以影响翼型表面的压强分布，从而可用于增升等控制目的。     

Concepts for position and load control for hybrid actuation in primary flight controls

Moving towards the More Electric Aircraft, a hybrid actuator configuration, in which an electromechanical actuator (EMA) and an electrohydraulic servoactuator (EHSA) operate on the same control surface, provides an opportunity to introduce electromechanical actuators into primary flight controls. Besides the operation in active/passive or active/active mode, an “active/no-load” mode is promising. In this mode the EMA is controlled such that it actively follows the movement of the control surface without carrying external air loads, thereby reducing power dissipation compared to active/active mode and failure transients compared to active/passive mode. However, force fighting will occur if both actuators are actively controlled. In this paper, control concepts for a hybrid configuration, extending the original actuator control loops, are presented, enabling active/active as well as active/no-load operation. Nonlinear as well as linear models for an EMA, an EHSA, and a control surface structure are derived from technical data for an airworthy EHSA and combined to a model of the hybrid configuration. These models are used for matching of actuator dynamics and simulation of the developed control laws. For active/active mode, maximum force fighting between the actuators is reduced from about 500% to 7% of the stall load. For active/no-load mode, a force control loop is added to the EMA control, causing the EMA to follow movements of the control surface such that the external loads on the EMA are zero in steady-state. Force fighting is reduced to 30% of the stall load.     

飞行器智能结构系统研究进展与关键问题

 飞行器智能结构是由传感器、驱动器、控制元件和基体结构组成的集成系统,它具有承载、检测、判断与动作等功能,可显著提升飞行器的性能。根据国内外飞行器智能结构系统研究的最新进展,论述了飞行器结构动力响应主动控制、智能机翼、旋翼以及飞行载荷谱监测与结构损伤诊断等的基本原理与技术问题;指出了飞行器智能结构系统研究在埋入式功能元件、复杂非线性多场耦合系统的动力学建模与控制以及智能结构系统中的损伤和失效问题等方面所面临的关键技术问题和挑战。     

Research on a six-phase permanent magnet synchronous motor system at dual-redundant and fault tolerant modes in aviation application

With the development of more/all electrical aircraft technology,an electro-mechanical actuator (EMA) is more and more used in an aircraft actuation system.The motor system,as the crucial part of an EMA,usually adopts the redundancy technology or fault tolerance technology to improve the reliability.To compare the performances of these two motor systems,a 10-pole/ 12-slot six-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM) is designed with the concentrated single-layer winding,which is able to operate at dual-redundant and fault tolerant modes.Furthermore,the position servo performances of the six-phase PMSM at dual-redundant and fault tolerant modes are analyzed,including the normal and fault conditions.In addition,a variable structure proportional-integral-derivative (PID) control strategy is proposed to solve the performance degradation problem caused by phase current saturation.Simulation and experimental results show that the fault tolerant PMSM has a better position servo performance than the dual-redundant PMSM,and the variable structure PID control strategy is able to improve the performance due to phase current saturation.     

低速翼型分离流动的等离子体主动控制研究

为了研究等离子体激励器的放电形式及其诱导气流的规律,以及翼型迎角、自由来流速度分别对翼型流动分离抑制效果的影响。在低速、低雷诺数条件下利用介质阻挡放电等离子体激励器对NACA0015翼型进行了主动流动控制研究。结果表明：介质阻挡放电的形式为丝状放电;等离子体激励器诱导气流的方向由裸露电极指向覆盖电极,由电极的布置方式决定,与接线方式无关;当来流速度为25m／s,雷诺数为2．03×10^5时,等离子体气动激励可以有效地抑制翼型吸力面的流动分离,翼型最大升力系数增大约为9．7％,翼型l临界失速迎角由17．5°增大到20．5°;翼型失速延迟的真正原因并非单纯的气流加速;等离子体激励器的作用效果随着来流速度的提高而减弱,研究非定常激励或等离子体激励器与流场之间的耦合效应,也许更加具有潜力。     

基于新型丝状电极等离子体激励器的前体涡控制

本文首次将新型丝状暴露电极DBD等离子激励器应用于大迎角下细长体非对称涡控制。丝状暴露电极的材料的选择对DBD推力以及推力效率至关重要,通过地面精细推力测量对丝状暴露电极等离子体激励器进行了优化,结果表明,本文研究材料中采用钨丝作为暴露电极,其推力效率最优;且随着电极直径从d=0.3 mm减小到d=0.08 mm,DBD推力效率显著提升。基于优化后的DBD激励器,将其应用于前体非对称涡控制:未施加等离子体控制时,压力测量以及PIV结果均表明细长体背风区流场为明显的非对称涡结构;在等离子体激励下,该非对称涡结构可变为对称甚至反向非对称,且非稳态激励控制能力明显优于稳态激励。研究发现,大迎角下细长体非对称涡控制与背风区原始涡系结构有关,其中包含对称涡系和非对称涡系。本文研究为大迎角下细长体非对称涡控制提供了一种新思路,同时也为丝状暴露电极DBD等离子体激励器的应用提供参考。     

马蹄形等离子体激励器强化气膜冷却效率机理

为揭示马蹄形等离子体激励器产生的等离子体气动激励提高气膜冷却效率的机理,选取常规圆形气膜孔冷却结构进行了数值模拟比较.结果表明:马蹄形等离子体激励器产生的等离子体气动激励效果可以使射流具有展向扩张能力,肾形涡对的大小及强度得到显著改变,同时受等离子体气动激励产生的下拉诱导和水平加速效果影响,射流贴壁性及覆盖区域大大提高,冷却效率得到强化;相对于圆形气膜孔冷却效果,马蹄形介质阻挡放电气膜冷却结构在吹风比为0.5,1.0和1.5时,冷却效率值相差最大处分别提高了165%,148%和500%.