系统电磁兼容技术综述与展望

系统电磁兼容问题已成为飞行器等大型复杂系统全寿命周期中必须面对的客观问题。如果解决不当,不仅带来大量研制经费的浪费,同时还将导致系统从根本上丧失使用能力。系统电磁兼容问题不同于设备分系统电磁兼容问题,无论是在分析方法、设计方法、试验方法方面,均为系统工程问题。重点围绕航空飞行器研制中的电磁兼容问题,介绍一种全新的系统电磁兼容设计方法:飞机整机电磁兼容精确化协同优化设计方法。该方法有效实现了从飞机总体角度进行全机电磁兼容性设计和从飞机顶层高度提出全机电磁兼容量化指标要求。该技术不但可以实现全机电磁兼容问题在过程中得到管理和控制,并且实现了飞机全机电磁兼容设计的一次性成功,从电磁兼容角度保证了飞机的安全性。     

电子战特种飞机的天线隔离度测试

为解决电子战特种飞机电磁兼容设计和验收试验中天线隔离度测试的规范问题,在分析机载收发设备间能量传输关系的基础上,提出两种天线隔离度测试方法、数据处理方法、测试频率确定方法、测试场地处理方法、误差分析方法等.多个型号工程的应用证明,这些方法逐步规范了电子战特种飞机的天线隔离度测试过程,具有很强的工程实用价值.     

基于模糊评价与GIOWA算子的技术风险评估方法

将不确定多属性决策方法应用到风险评估当中,给出了一种定性与定量相结合的飞行器型号研制项目技术风险评估方法.采用基于广义导出的有序加权平均(GIOWA,Generally Induced Ordered Weighted Averaging)算子的模糊综合评价系统去处理风险评估中的专家语言信息,通过对风险概率与后果的分别量化并结合风险矩阵确定单个技术风险事件等级,从而进一步获得整个项目的风险状况.结合一个航空研制项目分系统的风险评估实例,阐述了方法的详细实施步骤与实用性,为型号研制过程中技术风险评估工作的开展提供了一种方法.      

飞机机电综合管理框架下燃油系统建模与仿真

机电综合管理框架下,设计了基于Simulink的某型飞机燃油系统仿真平台,阐述了平台各系统的工作原理和实现方式,实现了飞机燃油系统的压力加油、发动机供油、交叉供油等功能,利用热时间常数计算法对飞机不同飞行阶段的燃油温度进行了模拟,采用建模方法对燃油泵的电气故障特性进行了分析.仿真结果表明:该燃油系统仿真平台有效地实现了实际燃油系统的所有功能特性,为飞机燃油系统机电综合管理的实施和优化提供了有利支撑,同时为飞机燃油系统的故障诊断与容错设计提供了仿真实验平台.     

基于保障系统三维模型的飞机RMS仿真分析方法

利用仿真方法研究军用飞机可靠性维修性保障性(RMS,Reliability,Maintainability and Supportability)设计指标确定问题.介绍了保障系统三维模型的内涵,结合三维模型原理和模块化设计原则建立了飞机RMS仿真分析框架,对框架内各模块功能及内涵给予了介绍.给出了仿真分析总体流程,以及对仿真数据进行后处理获得评价参数的计算方法.运用蒙特卡罗仿真方法对军用飞机的RMS设计指标进行实例分析,获得了满足保障效能要求的RMS设计指标方案集,对研制阶段装备设计指标论证有重要的参考价值.     

某型飞机水上迫降数值化模型

近海/跨海使用的飞机必须考核水上迫降性能,而目前飞机抗坠毁标准、设计方法和分析方法通常只考虑硬着陆情况,很少考虑水面迫降情况,这是由于水上迫降涉及多场耦合,问题十分复杂.为了简化问题,采用了解耦的方法,将仿真与试验相结合,利用MSC.PATRAN/DYTRAN软件平台,建立全机有限元模型,包括全尺寸机身、机翼和尾翼结构,并导入具体参数,对13种工况条件进行了动力学数值仿真计算.预测了飞机撞击水面过程中结构的瞬态应力分布,对飞机机身下部蒙皮进行了强度分析,表明飞机在着水过程中蒙皮不会发生损坏.      

航空电源系统FMEA自动化技术研究

以飞机电源系统为例提出了一种在系统设计阶段，利用系统动态性能仿真模型自动进行定量故障模式影响分析的方法。该方法将系统中各个元器件可能的故障模式计入系统的动态模型中，并进行系统仿真，再将系统故障状态下的仿真结果与其正常状态下的仿真结果进行比较，以量化判定每种故障影响的严重程度，从而实现故障模式影响分析的自动化。     

欧洲大型通信卫星平台--"阿尔法舱"进入研制阶段

欧洲和法国的卫星型号研制一般都分为A、B、C、D和E共5个阶段。A阶段为可行性分析或初步研究,要完成系统概念评审或可行性关键评审;B阶段为确定系统方案,要确定整个系统方案、总体技术指标及各分系统技术指标,完成初步设计评审;C阶段为设计、模装和试验,完成关键设计评审;D阶段为制造、总装,完成正样星鉴定评审、飞行性能评审等;E阶段为轨道运行阶段,卫星发射入轨,通过轨道验收后,交付给用户。A／B阶段又称为方案论证阶段或定义阶段;C／D阶段又称为主要研制阶段。     

民机横航向静稳定性适航符合性数学仿真评估

针对适航标准对民机横航向静稳定性的要求,提出了一种基于人机闭环数学仿真计算的适航符合性评估方法。根据适航条款的要求提出了量化评估指标,建立了飞机系统模型和驾驶员操纵模型,以实现定常直线侧滑飞行等的特定飞行任务的人机闭环数学仿真,并依据数学仿真结果和评估指标对飞机的横航向静稳定性做出评估。运用此方法完成了某型民机设计方案的适航符合性评估,并较准确地确定了飞机横航向2个静稳定导数的合理取值范围。该方法可应用于民机的概念方案设计,计算结果可为飞行试验提供理论参考。     

飞机机电综合管理框架下的液压系统仿真平台

在机电综合管理框架下,设计了飞机液压系统仿真平台,介绍了仿真平台的设计思想和总体架构,阐述了仿真平台各系统的工作原理和实现方式,分析了根据流量压力模拟液压负载用户外特性的思想,采用平均油温计算法对飞机在不同飞行阶段油液温度进行了模拟.给出了飞机液压综合管理仿真系统的设计方案以及仿真测试结果.仿真结果表明:在液压系统仿真平台上,能够有效地实现实际液压系统的所有功能特性,为飞机机电综合管理的最终实现提供有利支撑.     

基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法

基于模型的系统工程（MBSE）理论越来越广泛地应用于民用飞机设计与功能需求分析领域。研究起始于基于用户需求的自顶向下的民机系统产品顶层用例,辨识相关关键子用例,进一步基于对象用例展开“需求—功能分析”,构建黑盒活动图、顺序图表达实现相关飞机级需求的黑盒功能流,从而明确系统接口和辨识子系统,构建经验证可靠的可进行逻辑仿真的黑盒状态机。在黑盒功能架构的基础上驱动基于人机交互系统模型仿真的民机功能架构“正向设计”过程,对黑盒进行解白,基于建模分析和数值仿真结果,构建实现相关飞机级需求的系统功能白盒架构的“正向设计”。为充分演示上述方法,选择了对民用飞机产品安全性具有关键影响的最后进近着陆场景用例作为案例模型。研究表明,基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法充分保证了需求分析和功能架构设计的紧密结合,正向构建了以满足民机产品需求为导向的结构化系统设计方法。      

基于逆动力学和在线参数辨识的飞机姿态控制

传统的综合飞行/火力控制系统的设计使用了PID(Proportion-Integral-Differential)结构的飞行/火力耦合器,具有鲁棒性差、设计工作量大等缺点.提出了一种基于逆动力学和在线参数辨识的方法,用于直接设计综合控制系统中的姿态控制器.其中,对飞机的转动动力学方程,推导得到了其逆特性的解析形式;使用在线参数辨识方法,对飞机的气动特性进行估计并用于舵面分配.以六自由度非线性飞机模型为对象进行了仿真,结果表明所设计的姿态控制系统具有快速性好、通道间解耦效果明显、对气动模型误差的鲁棒性强等优点.本方法也可推广用于其他的飞行器姿态控制系统设计.     

积冰对飞机飞行性能的影响

针对飞机飞行过程中出现的积冰所带来的不利影响,提出一种求解积冰条件下飞行性能的思路.基于二维有限基本解法对翼型前缘的积冰形状进行预测;在计算飞行性能时,利用数值模拟的方法求解RNG(Renormalization Group) k-ε湍流模型下的雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程,对飞机全机流场进行解算,从而得出积冰状态下飞机的升力、阻力特性.最终结果表明:积冰严重影响着飞机的飞行性能,这与由相关实验得出的结论一致.该方法可应用于工程领域,对积冰条件下飞机的飞行性能进行快捷、有效地求解,为研究飞机防冰技术、提高飞行性能提供参考.      

基于DM-DSC的舰载机着舰自动复飞控制算法

针对理想复飞轨迹已知条件下的舰载机自动复飞控制问题,提出一种基于偏差模型的动态面控制（DM-DSC）算法。基于Radau伪谱法给出了舰载机着舰的最优复飞轨迹;根据得到的最优复飞轨迹及其所对应的控制方案,分别给出了速度子系统和高度子系统的偏差控制模型和反演（Backstepping）控制器,并通过引入动态面结构来获得虚拟控制量的微分信号,避免了Backstepping控制律求解过程中的“微分膨胀”问题;考虑到气动参数的不确定性及舰尾流场的干扰,采用线性扩张状态观测器（LESO）对控制模型中的干扰项进行估计和补偿,并设计抗饱和辅助系统来抑制控制饱和的不利影响;最后,基于Lyapunov方法证明闭环系统信号的有界性。仿真结果表明：所提算法具有良好的控制性能。     

蒙皮柔性夹持数控切边的工艺设计方法

针对可重构柔性工装配合五轴铣床实现蒙皮数控切边这一新技术,进行了工艺设计方法研究.首先介绍了数控可重构柔性工装的定位原理、结构原理以及基准传递协调原理.针对新技术应用中合理布局、精确定位和稳定夹持等3个问题,进行了工艺分析研究.突破了曲面零件装夹姿态定位算法、支撑立柱升程计算、自动化布局设计和装夹过程仿真等关键技术,开发了面向新装备新技术的工艺设计仿真系统.应用任意拉格朗日-欧拉法实现了蒙皮切边过程的有限元仿真,给出了仿真实例.选择某型号飞机镜面蒙皮零件,应用所提出的工艺设计方法进行了工艺试验,对试验结果进行了误差分析,结果表明加工精度满足制造要求.     

利于减少配平损失的太阳能飞机构型设计

针对具有静稳定性的太阳能飞机一般采用尾翼配平造成气动配平损失的问题,提出了一种“T”构型太阳能飞机。概述该太阳能飞机的总体构型,分析该构型飞机巡航状态下降低重心的自配平原理,建立能量平衡和质量分析模型,给出适合于该构型太阳能飞机的概念设计方法,并优化构型设计参数。结果表明,“T”构型太阳能飞机不仅具有静稳定性,还降低了配平损失。在巡航状态下,“T”构型太阳能飞机单位面积平飞需用功率比常规构型太阳能飞机减少了6.2%,具有明显的应用效果。      

民机起飞爬升梯度适航符合性数学仿真评估

民机起飞过程中沿起飞航迹各点的爬升梯度反映了飞机超越地面障碍达到安全飞行高度的能力。针对适航条款对于起飞程序和爬升性能的要求,提出了一种基于人机闭环数学仿真计算的单发停车起飞爬升梯度适航符合性评估方法。建立了飞机本体动力学模型、起落架运动模型和驾驶员操纵模型,提出了适航符合性评估指标,并设计了飞机单发停车起飞的仿真任务和驾驶员操纵程序。通过闭环数字飞行仿真完成了不同验证状态点的爬升梯度评估。该方法可应用于民机的概念方案设计,计算结果可为飞机起飞重量的确定与单发失效爬升性能的试飞验证等提供理论参考。