转子非包容失效安全性的计算机辅助分析方法

 转子非包容失效是威胁飞机飞行安全的典型特殊风险之一,为了分析其对飞机安全性的影响,开发了转子非包容失效安全性分析系统(URFSAS)。将飞机功能危险分析(FHA)中的灾难性功能危险与故障树分析(FTA)中的底事件及飞机数字样机中的设备模型形成映射关系,建立了需求信息关系模型。在CATIA环境下基于Monte Carlo法以随机飞散角和平动角对转子碎片及其扫掠路径作空间几何变换,基于区域划分和层次包围盒法检测失效的飞机设备,通过故障树最小割集与仿真结果数据的对比分析,实现了对转子非包容失效所触发最小割集的识别和安全性的定量分析。最后,以某型飞机的应用实例分析,表明了该系统的有效性和实用性。     

运载火箭伺服机构单点失效分析技术及其应用

针对航天复杂产品单点失效模式辨识和控制不充分的问题,介绍了一种运载火箭伺服机构单点失效分析方法。该方法将伺服机构按功能划分为能源、控制和负载力传递回路,每个回路再划分4个子回路,即基本功能子回路、机械连接子回路、电气连接子回路和密封子回路;再根据每个子回路的可靠性框图,判别单点失效环节。研究表明,此方法具备故障树(FTA)的自顶向下的分析路径和故障模式影响分析(FMEA)中的可靠性框图的判别逻辑,且重点考虑了传统分析中易忽视的连接附件,适用于复杂机电产品的单点失效分析。此方法已经在执行我国载人交会对接任务中得到应用,对于工程人员和年轻员工的培训也有借鉴价值和指导作用。     

航空发动机结构系统的可靠性模型

为使航空发动机可靠性模型误差更小,对航空发动机传统可靠性模型进行误差分析,指出可靠性指标扩张的原因,建立了考虑航空发动机结构系统及其失效力学特征的基于结构系统失效模式的航空发动机可靠性模型,并给出了各层的可靠度计算方法.所建立的基于失效模式的航空发动机结构系统可靠性模型考虑了失效模式的相对独立性、时效性和失效率的时变性,可以避免重要失效模式的遗漏、可靠性指标的过度扩张等问题,具有较强的工程适用价值.      

功能危险分析在大型复杂系统中的应用

1 引言 飞机可靠性、维修性及安全性的目标和工作计划,要求在方案论证阶段和设计阶段对飞机进行全面的安全性分析.常用的安全性分析技术有功能危险分析(FHA)、故障模式及影响分析(FMEA)、故障树分析(FTA)和区域安全性分析(ZSA)等.     

基于FMEA的飞机燃油箱防火安全性分析

自1959年起已发生了17起飞机燃油箱点燃事故,统计表明飞机燃油箱点燃事故是对飞机运行安全性影响最大的灾难性事件之一,始终受到航空安全领域高度关注.针对此类风险,FAA通过不断修正规章来满足飞机运行安全,但往往咨询通告形式的修订缺少系统化的分析.依据事故调查,主要影响燃油箱防火安全的原因有:电火花和电弧、电器加热效应、摩擦火花、平面热辐射.对飞机燃油箱防火安全功能设备进行风险量化,首先使用FMEA对各功能元件进行风险分析,找到与“风险状态”相关的失效模式;其次运用三元素法“风险状态”评估标准量化故障模式的风险优先数;最后根据元件的失效模式采用树图分析方法对影响燃油箱内、外点火源的功能元件进行管理.本文还对复合材料燃油箱的特殊失效模式进行初步分析,为飞机燃油箱防火安全的系统化分析提供方法.     

航空发动机非包容转子失效危险识别

为分析多重非包容转子碎片对飞机造成的危害,提出一种基于飞机整机功能危险分析(FHA)结果、应用故障树分析(FTA)的非包容转子碎片失效危险识别方法。该方法能够识别多个系统同时失效导致的组合危险,进而为非包容转子失效飞机设计改进提供更详实、可信的依据。最后通过实例分析表明了方法的有效性。     

级联影响分析方法在EE舱通风冷却失效影响定级中的应用

民用飞机电子设备舱(EE舱)通风冷却功能是保证舱内各系统的电子设备安全、正常工作的基础功能。随着民用飞机航电系统集成化程度的不断提高，越来越多系统的电子设备放置在EE舱内，通风冷却功能也越来越重要。若通风冷却功能失效，如何确定电子设备舱内设备工作情况、如何确定失效设备对飞机的影响、如何确定该失效模式的影响等级，这些问题急需解决。通过制定确定失效场景、判断直接影响、分析间接影响和分析全机综合影响的原则，研究基于级联影响分析技术的EE舱通风冷却功能失效影响定级问题。通过分析EE舱通风冷却系统架构和功能，确定通风冷却功能失效机理，定义通风冷却失效场景。通过级联影响分析技术，分析通风冷却失效对全机系统和整机的影响，适用于通风冷却失效全机综合安全性评估，为通风冷却功能失效影响定级提供技术支撑。     

基于原理的飞机机载系统故障诊断技术研究

以飞机系统设计原理为出发点,依据某支线飞机机载系统功能组成,分析各组成部件的失效模式和部件间失效影响模式,并进一步得到可能的故障征兆或故障现象;结合飞机维修类手册和历史维护案例数据,建立了有助于飞机排故支持及维修任务决策的辅助诊断系统。     

基于STPA的飞机交流系统供电转换安全性分析方法研究

飞机交流发电系统是整机的主要电力来源,应对其进行完善的安全性分析。传统安全性分析方法如故障树分析等,对系统组件间非线性交互引起的安全问题关注较少,当研制型号支持数据不足时,存在分析遗漏风险。根据典型交流发电系统供电转换过程基本特点,基于STPA 方法构建安全控制结构图,识别不安全控制行为（UCA）,引入相似系统的失效模式及影响分析（FMEA）结果,分析UCA 致因因素和致因场景,使用时间自动机理论的形式化工具进行系统建模与验证;通过专家评判及事故对比来验证该方法的正确性。结果表明：在传统分析方法的基础上引入STPA 方法,能够有效识别出不安全控制行为和事故发生的原因,该方法可以作为传统方法的有效补充。     

综合火/飞/推控制系统复杂任务的STAMP建模和STPA分析

随着系统复杂性的日益增高,人为操作失误引起的系统任务失败呈增加的态势,传统的FTA、FMEA等基于线性事件链模型的分析方法已不能满足分析人为操作不当导致的系统危险,采用基于系统理论的过程分析方法,对作战飞机综合火/飞/推控制(IFFPC)系统中人为操作不当引起的潜在危险进行安全性分析.首先建立作战飞机IFFPC系统的STAMP模型,进而生成作战飞机IFFPC系统的STPA分析模型,最后根据提出的五类引起任务失败的原因因素,详细地进行作战飞机IFFPC系统不安全控制作用(UCA)的因素识别.结果表明:所采用的基于系统理论过程的分析方法弥补了传统安全性分析方法存在的缺陷,有效地解决了传统的FTA、FMEA等安全性分析方法不能很好地解决人为危险因素的问题,为含有人工控制器的复杂系统的安全性分析提供了一种新的思路.     

基于飞机油箱模型形状特征油量测量切片步长选择方法研究

 在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法。此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征。实验结果表明：该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度。     

二维翼段颤振的μ控制

 采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振鲁棒抑制。针对作者设计的二维翼段颤振主动抑制系统，通过理论与实验相结合的方法，建立了考虑沉浮方向阻尼和作动器模型参数不确定性的控制系统模型，设计了μ控制器，并对控制器做了降阶处理。数值仿真和风洞试验表明，μ控制器可有效地抑制颤振的发生，将颤振临界速度提高23.4%。相对于H_∞控制器，μ控制器的控制效果和鲁棒性更好。     

Abnormal Shape Mould Winding

为解决网格化芯模的缠绕问题,本文提出了复合材料面片缠绕机理;接着详细分析了面片缠绕过程中的芯模凹曲面上纤维滑线和架空现象,应用微分几何曲面理论和空间几何理论,提出判据及其解决方案;最后,针对飞机发动机进气道的缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的可行性。     

基于H∞性能指标的质量矩拦截弹鲁棒控制

 以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，利用微分几何的反馈线性化理论，得到一个解耦线性系统，考虑到拦截弹的鲁棒性要求和3个滑块的协调控制问题，提出采用双回路的设计方法，内回路采用线性二次调节器（LQR），外回路采用考虑混合灵敏度问题的H_∞控制设计。仿真结果证明了该方法动态性能满足设计要求，同时对系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。     

航天器返回地球的气动特性综述

航天器返回地球的飞行过程中,气动特性是实现将宇宙飞行速度减到落地前速度、保证再入飞行得到有效控制以及再入防热安全可靠的关键因素。针对简单旋成体气动外形、半弹道式再入控制、烧蚀防热类返回航天器,综述了返回地球过程中变化的空气流域特性、航天器周围的气体绕流环境、空气与航天器作用产生的动力学与热效应等。系统地给出了该类航天器的再入气动特性参数与飞行性能的共性规律,包括:气动阻力与再入减速、气动升力与再入轨迹控制、配平攻角与飞行稳定性、气动加热与防热,以及再入过程中不同气动特性航天器、气象条件变化等对再入飞行性能的影响规律。为航天器开展返回飞行过程的跨流域气动性能工程研制提供设计参考。     

基于马赫数分布可控曲面外/内锥形基准流场的前体/进气道一体化设计

提出了一种高超声速飞行器乘波前体的外锥形基准流场设计方法,在锥面马赫数分布规律给定的条件下,通过有旋特征线法实现反设计,提高了基准流场设计的灵活性。该基准流场通过锥形"下凹"弯曲激波和波后等熵压缩波系压缩气流,可以在较短的长度内完成高效压缩。基于反正切马赫数分布外锥形基准流场设计的乘波前体具有较高的容积率,乘波特性良好且出口均匀,设计点时有黏升阻比为1.89。另外,基于该乘波前体和马赫数分布可控的内收缩进气道给出了一种双乘波的前体与进气道一体化设计方案,实现了内外流分别独立乘波,充分发挥了乘波前体和内收缩进气道的各自优势。     

Potentials of manufacture and repair of nickel base turbine components used in aero engines and power plants by laser metal deposition and laser drilling

IntroductionExpensive turbine parts like HPT(HighPressure Turine)blades or vanes are replaced bynew parts in case of damage.For example theburn through of the inner side of a blade or vane(Figure 1)is a frequently appearing damage,which cannot be repaired…     

Enhancing the efectiveness of film cooling

Advanced gas turbine stages are designed to operate at increasingly higher inlet temperatures to increase thermal efficiency and specific power output.To maintain durability and reasonable life,film cooling is needed in addition to internal cooling,especially for the first stage.Film cooling lowers material temperature by forced convection inside film-cooling holes and by forming a layer of coolant about component surfaces to insulate them from the hot gases.Unfortunately,each cooling jet forms a pair of counter-rotating vortices that entrains hot gas and causes the film-cooling jet to lift off from the surface that it is intended to protect.This paper gives an overview of efforts to enhance the effectiveness of film-cooling.This paper also describes two new design concepts.One design concept seeks to minimize the entrainment of hot gases underneath of film-cooling jets by using flow-aligned blockers.The other design concept shifts the interaction between the approaching hot gas and the cooling jet to occur further above the surface by using an upstream ramp.For both design concepts,computational fluid dynamics results are presented to examine their usefulness in enhancing film-cooling effectiveness.      

Guide for Authors

<正>About Journal Chinese Journal of Aeronautics(CJA)is a comprehensive academic journal dealing with the fields of aeronautics and astronautics.It reports researches concerning the two fields in China and abroad to promote the academic exchange.Founded in 1988 and sponsored by the Chinese Society of Aeronautics and Astronautics and Beihang University,CJA publishes papers bimonthly,with issues released in February,April,June,August,October and December.     

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