航空发动机数控系统适航安全性研究

航空发动机数字控制系统的广泛应用已是必然趋势,而目前国内尚无相应的适航管理程序。依照与发动机数控系统适航相关的CCAR33．28条点,根据航空发动机数控系统的结构功能以及设计流程,并结合安全性、可靠性参数分配方法,给出了一种符合适航安全性要求的系统层级划分以及分配方法,为航空发动机数控系统的安全性提高以及适航取证提供了一种可行的途径。     

1 种航空发动机增广模型的建立方法

精确完整的发动机线性模型对于现代航空发动机控制系统的设计与故障诊断至关重要。提出了1种用差分进化算法提取包含发动机主要特征量及其执行机构状态变量的增广发动机状态变量模型的方法,其状态变量包括发动机转速、执行机构位移、速度、控制压力等特征,并包含了执行机构的输入饱和限制,与实际系统相一致。仿真结果表明:利用该方法建立的增广发动机状态变量模型与非线性模型动态响应过程吻合良好且稳定终值一致,可用于具有工程应用价值的控制器设计及包含执行机构的发动机故障诊断。     

航空发动机数控系统执行机构回路故障诊断和容错控制方法

提出了航空发动机数控系统执行机构控制回路基于数学模型的故障诊断方法,以及针对执行机构位置传感器故障的控制算法容错控制方法。工程应用结果表明能显著提高故障诊断准确性和快速性,有效地实现容错控制,且实施方便、实时性好,对提高航空发动机数控系统工作可靠性具有重要作用。      

某微型涡喷发动机数控系统研制

介绍了某微型发动机数控系统的研制技术，以及在供油装置设计中所体现的微发数控系统的特点。对该数控系统的总体设计、供油装置设计、控制器设计技术进行了分析，并给出了该系统与发动机的匹配试验结果。该研究结果对设计数控系统具有较好的借鉴和参考作用。     

液体火箭发动机试验起动过程故障检测算法研究

分析了液体火箭发动机试验起动过程故障检测的特殊性，提出了一种具有工程应用价值的故障检测算法。经过试验数据检验，证明这种算法简单、安全、有效，工程可应用性强。     

航空发动机数控系统液压机械装置仿真研究

以某型航空发动机数控系统液压机械装置的设计为例,分别采用了经典的仿真算法和专业仿真分析软件AMESi m对液压机械装置各部件进行了建模和仿真计算,并对2种算法所得结果进行比较,表明AMESi m仿真软件在液压机械装置仿真计算方面具有巨大优势。     

液体火箭发动机启动过程实时在线故障检测算法

利用神经网络技术实现了液体火箭发动机启动过程的非线性辩识；提出并实现了一种基于辩识误差检验的故障检测策略。经大量实际发动机热试车数据验证表明，所提出的检测算法十分有效。由于算法所利用的监测参数均系实际发动机地面试车中所测量的参数，且检测算法在线工作时计算量十分小，因而所提出并实现的检测算法可以直接应用于工程实际。     

基于改进L-SHADE算法的航空发动机性能退化评估

针对航空发动机健康因子求解寻优精度差的问题，提出了一种基于改进L-SHADE算法的航空发动机性能退化评估方法。首先，采用多工作点分析方法拓展发动机健康因子估计的适应度函数，解决气路测量传感器数量不足的问题；其次，通过引入非线性种群缩减策略解决种群快速缩减的问题，同时通过改进的优化加权变异策略，改变不同迭代阶段贪婪算子的权值，增加算法的全局搜索和局部开发能力；最后，在30个经典基准函数上验证了改进算法的收敛精度和鲁棒性。对航空发动机性能退化评估的计算结果表明，改进L-SHADE算法增强了算法迭代前期的种群多样性和算法后期的开发能力，计算精度较标准L-SHADE算法平均提高了65.5%，能够满足工程精度要求，具有较强的工程适应性，能够应用于实际飞参数据，从而为发动机健康管理和性能监测提供理论依据。     

基于模型参数辨识的某型燃油数控系统综合检验方法

燃油数控系统作为航空发动机FADEC(全权限数字电子控制)系统的核心之一,其工作性能变化直接影响发动机的工作特性.本文针对燃油数控系统修理检验中通常只检查固定流量点流量而忽略燃油数控系统整体性能偏移和动态性能变化的问题,提出一种基于模型参数辨识的某型燃油数控系统综合检验方法.该方法通过模型参数辨识,可获得燃油数控系统的...     

弹用涡喷发动机数控实时仿真系统设计及试验

以弹用小型涡喷发动机为研究对象，在充分考虑了发动机数字控制系统设计过程中的实时仿真、数控台架试车、数控系统成型装备飞机与导弹等实际情况的基础上，采用PC／104为数控系统控制器，以计算机模型替代真实发动机，设计了发动机数控含实物实时仿真系统。具体介绍了系统硬件设计；自适应预测控制器设计及其试验研究等。仿真结果表明：系统能实时地反映在控制系统作用下发动机的运行情况，为发动机全权限数字电子控制（FADEC）系统研究提供了良好的试验手段。     

SPWM 控制算法的Matlab 仿真和失真度分析

针对航空发动机数字电子控制器的实时性和高性能要求,需保证数控系统中的传感器激励信号的高精度和低失真度,使传感器提供更准确地反馈信号以参与航空发动机数控系统的控制。基于数字电子控制器的硬件实现,分析和总结了在航空发动机数控系统中常见的传感器激励信号的发生方法,计算出了几种方法中对应的开启和关闭时间,并指出了各种方法的优缺点。最后提出了1种在硬件实现前的准确、可行的针对SPWM激励波形的仿真方法。详细描述了利用SPWM技术发生正弦信号的基本原理和几种常用方法中正弦信号的实际输出值对于理想输出值的逼近方法,并着重阐述了利用Matlab数学工具仿真生成SPWM信号及计算其失真度的方法,最后得出各种方法的实际输出效果。     

航空发动机压气机导流叶片调节器切换特性

为了提高飞行可靠性,航空发动机导流叶片调节器采用数字电子控制为主控方式,并辅以液压机械备份控制器。为此对数字电子控制器的切换特性进行了研究。对所设计的导叶调节器切换过程进行动静态仿真,结果表明:数字电子控制器出现故障后,采用切断电子控制通道的处置方式可以满足系统对切换过程平稳和安全的要求,且系统切换至液压机械备份控制器后,各项技术指标可以满足航空发动机对该导流叶片调节器的要求。     

某型发动机数控系统的相似参数自适应控制

针对航空发动机在全飞行包线非线性和时变的特点,提出了参数自适应PID控制器设计方法,研究了用最小二乘法和相似参数法两种参数估计器进行在线参数辨识和参数整定的问题。通过与发动机线性模型和部件级非线性模型的仿真,对两种控制算法进行了比较,确定了相似参数法自适应PID控制器具有稳定性好,计算简单,适用于全包线等优点。将相似参数法自适应PID控制器用于某型航空发动机全权限数控系统,通过试车和试飞,验证了该方法的优点。      

涡轴发动机简化实时模型研究

涡轴发动机数控系统传感器故障诊断需机载的发动机数学模型,由于缺乏部件特性数据,根据某型发动机地面试车稳态数据和动态数据,建立涡轴发动机慢车以上状态简化数学模型。该模型具有较好的实时性,稳态模型采用插值算法,动态模型针对不同参数分别采用动态系数法和转子动力学方法。数值仿真结果表明：该简化模型具有较高的动态和稳态精度,可以满足传感器故障诊断的需求。     

伺服回路故障检测方法研究

航空发动机伺服回路复杂,其工作可靠性和故障容错性对于发动机安全至关重要,因此研究伺服回路的故障检测技术十分必要.提出1种基于模型监控的快速伺服回路故障检测方法,根据伺服回路物理机构从电气到机械进行故障的逐级检测,通过比较器的设计实现回路故障的快速判断.与试验结果对比表明:该方法能够准确检测系统故障,并且缩短了系统判故时间,简化了伺服机构建模和软件代码实现.为数控系统快速检测故障提供了高效的技术手段,具有一定的通用性.     

根轨迹法在燃油控制回路PI控制器参数设计中的应用

为进一步提高航空发动机燃油控制回路的控制性能,使其达到数控系统性能指标要求,针对发动机的特性,从其控制系统的实际运用角度出发,开发出适用于其燃油控制回路PI控制器的根轨迹参数设计方法.该方法采用根轨迹图并结合控制性能指标要求确定了闭环主导极点的期望区域,在根轨迹图上放置极点和零点,移动闭环主导极点到期望区域内以确定满足性能指标要求的PI控制器参数.通过仿真试验发现,采用根轨迹法所设计的燃油控制回路PI控制器参数不仅能达到数控系统性能指标要求,所设计PI控制器的控制品质还明显优于零极点对消法.     

面向航空发动机研制的数字孪生定义研究

数字孪生是21世纪诞生的一种技术体系和工作模式,目前已经在学术界、工业界和官方研究机构得到广泛研究和实践应用。为了在航空发动机研制中准确运用数字孪生,就必须明确其定义及内涵。在前期通过文献统计分析得到数字孪生定义模型的基础上,对不同研究视角下的典型定义进行分析、归纳,明确数字孪生的核心要素,以及不同要素的相互关系、在数字孪生中的作用。以此得到面向复杂装备研制的数字孪生定义,并结合航空发动机研制的特定实践,将之具象化为航空发动机研制的数字孪生定义。结果表明：面向航空发动机研制的数字孪生定义核心要素是发动机实体、孪生模型、数据和交互,数字孪生以航空发动机实体为实现载体,以孪生模型为实现功能的核心,以数据和交互作为媒介和推动手段,最终达到提高航空发动机质量、保障航空发动机运行的目的。     

航空发动机分布式控制系统结构分析

对近年来航空发动机分布式控制系统的研究作了简要分析。重点分析了航空发动机分布式控制系统的结构、功能和优点;比较了几种分布式数据总线和电源总线的优缺点,并指出了适用于航空发动机分布式控制系统的数据总线和电源总线选择;分析了发动机运行环境对开发分布式控制系统的影响,并提出了可能的解决方案;指出了开展航空发动机分布式控制系统研究的重要性和未来的发展方向。      

四输入模糊推理自校正控制在发动机控制中的应用

四输入模糊推理算法是同时利用两个输入模糊变量的误差和误差变化率进行模糊推理;在四输入模糊推理算法中引入自校正技术,形成了基于四输入模糊推理的双变量自校正模糊控制算法;仿真研究了该控制算法和控制器的特性,结果表明用该控制方法设计的航空发动机模糊控制系统获得了满意的控制性能。