基于动态故障树分析的民用飞机辅助动力装置系统安全性评估

在民用航空工业领域,传统的故障树分析方法广泛运用于系统安全性评估。然而,包含系统/子系统运行的时序阐述以及备份、冗余表达在内的动态特性不能通过传统故障树呈现。另一方面,民用飞机辅助动力装置(APU)经常作为一个冗余系统运作,因而其行为可以通过运用动态故障树进行适当的描述。所以APU的这种特性激发了动态故障树分析在APU系统安全性评估上应用的关注。首先介绍了两种动态门(优先与门和冷备件门),其定量计算通过施用马尔可夫模型来呈现;然后分别通过传统故障树以及动态故障树分析了APU系统安全性评估的两个典型案例;最后进行了两种故障树分析(FTA)的比较,其结果显示出通过合理的应用,动态故障树(DFTA)方法达到了对于真实情况来说相当高的精度,并且对指数分布函数施用二阶近似后,其运算成本也是可以接受的。     

故障树分析在某APU进气门故障诊断中的应用

首先介绍了故障树分析方法的概念和原理,然后以某辅助动力装置（APU）进气门组件为例．在对系统故障现象进行分析判断的基础上,按照任务和功能关系,建立包含各功能单元的故障树模型。随后求得系统的最小割集,并计算出底事件的重要度,并以此为依据,从大到小排序,确定故障诊断的最优程序。实验结果表明,所用方法具有较强的故障诊断能力,能进行准确的故障定位,并能给出相应的故障处理措施,为该辅助动力装置故障诊断的发展提供了较为实用的参考价值。     

基于故障树的军机复杂系统任务可靠性建模预计方法研究

为了提高军机复杂系统任务可靠性预计的准确性,弥补传统可靠性预计方法的不足,提出建立以任务失败为顶事件,以单元的输入端口功能失效状态和单元自身的失效状态为底事件的故障树方法,通过Saftylab、Rellab等评估软件在此基础上实现自动化的故障树生成并计算系统任务可靠性指标。     

橡胶隔振器黏弹性5参数分数导数并联动力学模型

以辅助动力装置(APU)橡胶隔振器为研究对象,建立了橡胶隔振器非线性分数导数动力学模型.提出了橡胶隔振器5参数分数导数频率相关性和振幅相关性并联模型.该模型能够使用较少的参数描述APU橡胶隔振器在宽广频率范围内的黏弹性特性.还分析研究了各参数对APU橡胶隔振器储存模量和损失模量的影响,利用数值求解的方法给出定量结果.研究结果表明并联模型能更好地描述APU橡胶隔振器宽广频率范围内的动态特性.为橡胶隔振器设计应用提供了理论基础.      

应用于APU电起动的分段式控制策略

民用飞机辅助动力装置（APU）是保证飞机安全和舒适性的重要系统。大电流长时放电对蓄电池的使用寿命有不利影响．同时起动时间过长对APU也有不利影响。在使用蓄电池作为起动APU的功率来源时,为了减小对蓄电池和APU的损害,需要使用较小的蓄电池输出电流在较短的时间内将APU起动。采用功率-电流分段式控制的起动方式可以在较短的时间内,以对蓄电池和APU损伤最小的方式实现APU的起动。对延长蓄电池和APU使用寿命具有重要意义。     

基于故障树的APU无引气分析及维修建议

根据某航空公司的历史数据,APU无引气是APU故障的常见形式。本文基于故障树分析方法对APU无引气事件进行安全性分析。以APU无引气为顶事件构建故障树,计算出顶事件发生概率,结合故障树的最小割集和概率重要度,确定导致顶事件发生的主要原因,并提出相应改进措施。     

某型飞机氧气系统动态故障树分析

分析某型飞机氧气系统工作原理,根据其工作特点和过程建立系统失效动态故障树(DFT),使用马尔可夫链转移公式对故障树进行定量计算,求出顶事件发生概率和底事件概率重要度,找出氧气系统薄弱环节,为机务维护工作提供帮助,也可指导工厂对氧气系统进行升级改造。     

基于故障树的蒙特卡罗仿真在可靠性评估中的应用

在某型飞机发动机可靠性评估过程中,通过对各子系统的可靠性分析,构建了系统的故障树模型,提出了基于蒙特卡罗算法的仿真运算。以发动机空中停车为例,通过故障树分析,建立了空中停车的失效模型,应用蒙特卡罗法对失效模型进行了仿真评估。结果表明,基于故障树分析的蒙特卡罗仿真方法,在可靠性评估中计算快捷,可以精确和客观地描述设备的重要度级别,为系统可靠性设计提供有力的支持。     

补燃循环发动机强迫起动过程

以补燃循环液氧煤油发动机系统为研究对象,对其强迫起动特性进行了研究.建立了描述补燃循环发动机瞬变过程的数学模型,提出了求解推进剂供应管路瞬变流控制方程的Chebyshev伪谱方法.采用新的面向对象仿真语言Modelica,建立了可扩展的发动机仿真模型库,在MWorks平台上,利用模型库搭建了补燃循环液氧煤油发动机仿真模型.对发动机强迫起动过程进行了仿真计算,计算结果与试车数据基本相符,其中稳态相对误差小于4%,动态相对误差小于10%,初步验证了模型的正确性.进一步分析了火药起动器工作时间、阀门打开时序等因素对发动机起动过程的影响.结果表明,为保证该发动机可靠起动,发生器点火应在氧化剂头腔充填完成后,火药起动器工作时间应持续到发生器点火.      

辅助动力装置建模及数值仿真

为辅助APU(auxiliary power unit)的研发,以目前广泛应用的带负载压气机结构APU为研究对象,进行建模分析与研究.首先介绍了APU结构特点与调节规律,然后分析了负载压气机对APU共同工作的影响,最后采用部件法建立了该类型APU数学模型并设计仿真软件.以某型APU为对象,数值仿真与实际试车数据比较,结果表明所采用的建模方法是正确的,计算误差小于5%,所建立的模型能够满足工程需求.      

辅助动力装置系统空中起动设计和验证

辅助动力装置(Auxiliary Power Unit,简称APU)系统空中起动设计和验证共涉及APU 本体研制、APU 系统进排气冲压恢复计算分析、APU 系统进排气和APU 本体性能匹配计算分析、APU 系统进气风门设计、进气风门气动载荷计算分析、进气风门作动机构设计、进气风门控制逻辑设计、本体起动控制逻辑设计、冲压恢复测量试飞、适航验证试验试飞等内容,这对飞机主制造商的系统集成能力和适航验证能力提出了很高要求。APU 系统空中起动设计直接影响系统起动性能和起动包线,对某型飞机的辅助动力装置系统空中起动设计和验证进行了介绍,在型号研制经验的基础上,对APU 系统空中起动设计和验证流程和方法进行总结,对后续型号研制具有较强的指导性。     

航电系统安全性分析工具设计与研究

随着航电系统综合化程度的不断提高,传统的安全性分析方法过于依赖工程经验,难以保证失效模式的完备性。同时在系统迭代设计的过程中,由于系统的复杂性,会导致安全性分析工作量过大,增加了时间及经济成本。针对上述问题,设计了一种自动化安全性分析工具,基于Sys ML描述语言建立安全性数据模型,采用路径追溯的方法完成故障树自动建模,并对生成的故障树进行共模分析和区域安全性分析。以某系统为例的实验结果表明,该工具能够实现故障树自动建模与分析,提高了安全性分析的效率和完备性。     

基于PEM的辅助动力装置系统辨识与仿真

辅助动力装置（APU）是一个复杂的非线性系统,为了研究APU的工作特性,必须对其进行数学建模。本文依据某型APU地面试车数据,采用基于预测误差法（PEM）的输出误差模型进行系统辨识,建立了APU某一稳态点的＂小偏差＂数学模型,以满足后续控制规律的设计和研究。MATLAB仿真结果表明,此方法对APU模型辨识可行。验模表明,所建模型精度很高,且能实时准确反映APU性能,因而可在该状态下基于此模型进行控制器设计。     

APS3200型APU点火失效的分析与研究

点火失效是APS3200型APU起动过程中的典型故障之一,本文根据APU点火系统和燃油系统的工作原理,结合APU试车数据给出了系统的排故思路,根据具体的故障现象以及各种故障诱因的可能性制作了点火失效的排故决策图,并对每一种诱因给出了理论分析和解决方法,同时对APU起动点火过程中可能出现的两种"假故障"进行了分析和说明,该研究可提高APS3200型APU点火失效故障的排故效率。     

基于松弛约束Hammerstein非线性模型的增程式APU预测控制

针对增程式辅助动力单元（APU）工作点切换过程的转速控制,提出了一种基于Hammerstein非线性模型的预测控制策略。通过稀疏最小二乘支持向量机-自适应混沌粒子群优化（SLSSVM-ACPSO）算法辨识激励响应数据建立了发动机Hammerstein非线性模型,在模型预测控制求解最优控制序列时,采用松弛因子松弛约束边界,并设计了有效集（ASM）-ACPSO组合算法求解,在控制过程中应用了变预测时域策略。建立系统仿真模型,仿真结果显示:在热机点切换至低负荷点及低负荷点切换至中负荷点的过程中稳定时间分别为2.57 s和2.77 s,转速最大超调率分别为2%和1.6%,均优于两种对比策略;在中负荷点向高负荷点切换过程中,转速超调率较大,但控制过程转矩变化更平缓。仿真结果表明模型预测控制策略控制APU系统转速响应快、转速超调率小,发动机转矩超调量小,具有良好的动态控制效果。      

客机APU舱温度场的数值计算

为研究大型客机APU舱传热过程和进行结构热分析,采用数值方法计算了APU舱温度场。采用商业CFD软件Fluent,选用Realizable k-ε湍流模型和S2S热辐射模型建立了APU舱内流动和传热数值计算模型,得到了流场、温度场和热流信息。APU舱中主要传热过程是辐射传热;APU防火罩和排气管隔热罩起到了热辐射遮热罩的作用;防火罩内的APU冷却空气对于降低防火罩温度有重要作用;排气管内的引射冷却空气有效降低了壁面温度。     

利用ANSYS进行转子临界转速计算

利用ANSYS 12.0软件建立转子-支承系统的一维模型和三维模型,计算了两种模型的临界转速和振型。并把两种模型的计算结果与用传递矩阵法求得的计算结果进行了对比。通过对比发现一维模型求解法与三维模型求解法的最大相对误差为5%,另外一维模型求解法对计算机的配置要求低,计算耗时短。     

飞机辅助动力装置引气特性计算方法

作为飞机环控系统与主发动机起动的气源,以目前广泛应用的带负载压气机结构APU(Auxiliary Power Unit)为研究对象,进行引气特性计算模型与计算方法研究.首先介绍了APU结构与引气工作特点,然后分析了建模时喘振控制阀SCV (Surge Control Valve)控制方法与APU共同工作机理,最后采用部件法建立了该类型APU引气计算数学模型.以某型APU为对象进行数值仿真并与实际试车数据比较,计算误差小于3％,表明所采用的建模方法是正确的,所建立的模型能够满足工程需求.     

大型民用飞机辅助动力装置性能仿真

分析典型辅助动力装置(APU)系统的结构和气动热力学过程,采用面向对象的数值仿真方法,利用C++程序建立了APU各部件类;针对某150座级民用飞机选用的APU型号,将部件类组成具体的APU整机数学模型.依照此型APU的运行工况,完成了气动热力计算和非设计点性能计算,得到其设计点性能参数及用于飞机环境控制和主发起动模式下的工作包线及高度-速度特性、温度特性、负载特性.      

FL—7风洞计算机综合测控系统的可靠度仿真计算

依据Ｍｏｎｔｅｃａｒｌｏ法，对系统基本部件统计抽样，按故障树模型，确定系统平均失效时间，计算系统可靠度各项指标，进行可靠性设计，以２８００多条气动实验曲线测定表明，在控制精度，燃料消耗，系统可靠度等方面均达到国内高速风洞的先进水平。