Load distribution strategy for multi-lift system with helicopters based on power consumption and robust adaptive game control

It is of great significance to reasonably distribute the slung load to each helicopter while considering difference in power consumption, relative position and interaction comprehensively. Therefore, the load distribution strategy based on power consumption and robust adaptive game control is proposed in this paper. The study is on a “2-lead” multi-lift system of four tandem helicopters carrying a load cooperatively. First, based on the hierarchical control, the load distribution problem is divided into two parts: the calculation of expected cable force and the calculation of the anti-disturbance cable force. Then, aimed at minimizing the maximum equivalent power of helicopter, an optimization problem is set up to calculate the expected cable force. Specially, the agent power model is trained by BP neural network, the safe distance constraint between helicopters is set to 2.5 rotor diameters to reduce aerodynamic interference, and the helicopters with different performance can be considered by introducing the equivalent power factor into the objective function. Next, considering the difference and interaction between helicopters, the robust adaptive differential game control is proposed to calculate the anti-disturbance cable force. Particularly, to solve the coupled Hamiltonian equations, an adaptive solving method for value function is proposed, and its stability is proved in the sense of Lyapunov. The simulation results indicate that the proposed load distribution method based on power consumption is applicable to the entire flight trajectory even there are differences between helicopters. The game control can consider interaction between helicopters, can deal with different objective functions, and has strong robustness and small steady-state error. Based on the entire strategy, the cable force can be reasonably allocated so as to resist disturbance and improve the flight performance of the whole system.     

基于车载平台的飞行管理系统DR/GPS 导航试验验证

飞行管理系统是民用飞机的关键航空电子系统。飞行管理系统制造商有责任对飞行管理系统开展大 量的试验以验证飞行管理系统功能和性能的符合性。考虑数字验证的局限性和飞行试验验证的巨大代价,本文 利用车载平台开展飞行管理系统综合导航功能的验证,试验结果表明设计的飞行管理系统DR/GPS 导航方法能 够满足95% 的飞行时间水平方向达到0.1 海里的导航精度要求,为实际的飞行测试提供了试验数据参考。     

多故障转子-滚动轴承系统的动力学特性

为深入研究多故障转子-滚动轴承系统的机理,充分考虑了旋转部件的扭矩、剪切力、转动惯量及陀螺力矩等效应,采用Timoshenko梁单元和转盘单元建立了转子的有限元模型,集成了滚动轴承动力学模型,及不平衡、不对中、碰摩、裂纹及松动等故障模型,得到了多故障转子-滚动轴承系统的动力学方程。采用变步长龙格库塔法,获得了转子-滚动轴承系统的位移响应,研究了系统位移响应随转速变化的分岔图、庞加莱截面,以及故障特征处的时域波形图、轴心轨迹图、相平面图和频谱图,探究了多故障转子-滚动轴承系统的故障特征及其动力学特性和规律。仿真分析结果表明：多故障转子-滚动轴承系统在运行过程中存在周期运动,拟周期运动和复杂的类混沌运动等丰富的非线性行为,且在各非线性行为转速区间内,会呈现不平衡、不对中、碰摩、裂纹和松动等单一故障或耦合故障的特征和现象。     

航空发动机低压转子系统的“可容模态”设计及实验验证

建立了带弹性支承和阻尼器的航空发动机低压柔性转子动力学模型,进行了模态计算以及临界转速处的响应计算。在考虑临界转速约束与“临界跟随”现象约束的条件下,综合模态不平衡影响因子、弹支应变能占比以及套齿连接结构稳定性构造了可容度评价函数,建立了低压转子系统的“可容模态”优化设计方法。设计并搭建了低压转子实验系统,从模态测试实验、阻尼器减振实验以及长时间“共振”实验,验证了设计方法的可靠性。研究结果为计算的临界转速与实际测量的临界转速最大误差为3.86%,阻尼器在1阶与2阶临界转速处的减振比最大可达45.6%,实验转子系统在1阶与2阶临界转速处各完成了长达412.5 s和429.8 s的“共振”实验,共振过程中转子系统各通道振动单峰值稳定在100μm以内,且无次谐波产生。表明了所建立的航空发动机低压转子系统“可容模态”优化设计方法是可行的。     

并联混合动力齿轮传动涡扇发动机建模与性能分析

为对比探究未来大推力航空混合动力系统与传统航空发动机的优劣,本文依托某概念型齿轮传动涡扇(Geared turbofan,GTF)发动机,设计了一个并联航空油-电混合动力系统(hybrid GTF,hGTF),在Matlab /Simulink数字仿真软件中建立相匹配的电动力模型以及氮氧化物NOx排放和噪声预测等性能参数计算模型,并在稳态和飞行任务剖面下初步分析了电动力系统的引入对原基线GTF发动机的性能改变状况。稳态仿真结果表明,大推力等级的并联油-电混合动力系统中,至少需要兆瓦级的电动力系统进行匹配;当电动力系统处于电动模式时,可能会带来低压压气机喘振的隐患;当电动力系统处于再生模式时,电能源相当于经过了电能到机械能再到电能的二次效率损失,不建议采用。飞行任务剖面动态仿真结果表明,相比于传统GTF发动机,hGTF推进系统的燃油消耗率最高下降15%,总燃油消耗节省8.3%, NOx总排放量减少18.8%,各部件起飞噪声总声压级减少1.5~3.3dB。分析结果表明采用并联混合动力系统具有显著提升省油、减排效果的能力,同时也具有一定的降噪潜力。     

基于控制分配的恒压腔压力精准控制

针对采用双阀调节的恒压腔系统压力在空气流量大范围变化时的精确控制问题,提出了一种基于控制分配的恒压腔压力精准控制方法。首先,建立了虚拟放气流量的双阀控制分配算法,包括：建立满足虚拟放气流量要求且调节阀能耗最小的优化问题;通过线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality, LMI)求解该优化问题得到双阀实际流通面积值;考虑调节阀动态并计算调节阀控制信号指令值。其次,建立以虚拟放气流量为恒压腔控制输入的闭环负反馈回路,基于此,设计满足伺服性能和抗干扰性能要求的PI控制器,引入上述双阀控制分配算法,进而构建完整的基于控制分配的恒压腔压力控制系统。仿真结果表明,采用该方法的控制系统性能明显优于传统单阀PI控制系统性能,恒压腔压力动态相对误差小于0.07%;干扰流量最大变化率为77kg/s2时,压力最大偏差低于500Pa;此外,调节阀动态时间常数和流量系数的拉偏仿真结果进一步验证了该控制器的鲁棒性。     

一种便携式机载数据采集设备遥测检测仪设计与实现

飞机外场试验和飞行训练的需求使得采集系统成为飞机的重要设备。为检测外场环境下某型飞机上 的采集系统的工作状态,本文以便携式计算机为硬件基础,以Qt 为软件平台,针对某型采集系统设计了地面 遥测检测专用设备,实现了多类数据的实时解析。检测结果表明,该设备具有数据处理能力强、安全可靠性好、 易维护等优点,能够为某型飞机上的某型采集系统检测提供工程保障。     

可制造性设计在系统工程过程中的应用研究

本文针对复杂产品协同设计、开发与验证过程中的可制造性共性问题,以航空电子系统为典型的复 杂系统对象,探讨了可制造性的概念内涵、工作边界、组织架构和开展时机,着重从系统设计和开发策划、系 统需求捕获与定义、系统架构定义、系统详细设计与实现和系统验证子过程的角度,详细阐释了可制造性设计 融入系统工程过程的实施思路,并结合具体的应用实例,对可制造性设计对产品高质量交付的正向影响进行了 阐释,为可制造性工作在系统开发与设计中的落地推广指明了方向、奠定了基础。     

航天器推进系统故障诊断专家系统的研制开发

论述了设计航天器推进系统故障监测与诊断专家系统的重要性和必要性。并结合具体工程背景所研制开发的诊断系统, 研究了其主要的设计思想、特点、功能以及软件需求分析,实现软／硬件环境     

固体火箭发动机专用ICT机械扫描系统

以成熟的组合精密镗床为本体, 研制了固体发动机专用ＩＣＴ机械扫描系统。采用４５０ ｋＶ Ｘ射线源, 设计了准直器系统、探测器系统、机械扫描系统（传动控制系统、夹具及同步台）, 实测证明扫描系统符合精度要求