Reconfigurable fault-tolerant control for supersonic missiles with actuator failures under actuation redundancy

Aircraft undergoing actuator failures into under-actuation have been seldom studied in literature. Aiming at addressing actuator failures of Total Loss of Effectiveness (TLOE) as well as Partial Loss of Effectiveness (PLOE) resulting in different system actuations, reconfigurable Fault-Tolerant Control (FTC) is proposed for supersonic wingless missiles under actuation redundancy. The under-actuated system of TLOE failure patterns is solved by transformation to cascade systems through a ‘shape variable’. Meanwhile, actuator TLOE faults of different unknown failure patterns from proper actuation to under-actuation are accommodated by a reconfigurable adaptive law on a multiple-model basis. The backstepping technique with the Extended State Observer (ESO) method adopted as a basic strategy is applied to an established symmetric coupled missile system with actuator PLOE faults, modeling errors, and external disturbances. Additionally, the nonlinear saturation characteristics of actuators are settled by an auxiliary system with the Nussbaum function technique. The stability of the control system is analyzed and proven through Lyapunov theory. Numerical simulations are implemented in the presences of aerodynamic uncertainties, gust disturbance, and actuator failures. Results demonstrate the effectiveness of the proposed method with satisfactory tracking performance and actuator fault tolerance capacity.     

A new modeling scheme for powered parafoil unmanned aerial vehicle platforms: Theory and experiments

A novel framework is established for accurate modeling of Powered Parafoil Unmanned Aerial Vehicle (PPUAV). The model is developed in the following three steps: obtaining a linear dynamic model, simplifying the model structure, and estimating the model mismatch due to model variance and external disturbance factors. First, a six degree-of-freedom linear model, or the structured model, is obtained through dynamic establishment and linearization. Second, the data correlation analysis is adopted to determine the criterion for proper model complexity and to simplify the structured model. Next, an active model is established, combining the simplified model with the model mismatch estimator. An adapted Kalman filter is utilized for the real-time estimation of states and model mismatch. We finally derive a linear system model while taking into account of model variance and external disturbance. Actual flight tests verify the effectiveness of our active model in different flight scenarios.     

基于产品结构的飞机客户化管理研究

航空公司因市场定位、品牌建设、拟飞航线和所选设备不同,导致客户对不同架次或批次商用飞机的 客户化需求存在较大差异,因此灵活高效的客户化管理是实现客户飞机有效构型配置的第一个关键步骤,也是 飞机采购合同签署的基础。提出一种基于产品结构的需求管理方案,构建三层数据管理结构和各种表单对客 户需求进行全流程管控,对某型号飞机信息系统开发的案例进行分析。该管理方案能够支撑不同航空公司客 户化构型的定义,保证客户需求传递的便捷性和实现的准确性,符合产品全寿命周期管理的发展需求。     

面向飞机装配精准定位的状态感知技术

状态感知、实时分析、自主决策、精准执行是航空智能制造的特征。总结影响飞机部件装配单元定位精度的多种因素,并结合感知技术发展,深入分析部件装配单元的可感知因素及其获取方式,确定了部件装配单元可感知的关键要素:装配现场温度、定位器所受载荷、定位器位移、产品位姿。结合飞机机翼装配单元,设计感知信息获取方式。通过模糊优选方法,构建传感器型号优选模型,完成部件装配单元传感器选型。通过传感器测量偏差平均化的方法,构建多种类、多数量的传感器布局模型,确定部件装配单元传感器的数目与位置,完成了传感器布局设计。基于多传感器信息融合方法,设计多传感器信息融合模型,对感知的多源异构信息进行融合处理,并通过构建状态感知模型,实现对部件装配单元定位状态的直观表达。     

基于MBD的飞机装配工装协同变更方法

装配工装在飞机产品生产过程中处于飞机设计的下游,受到飞机装配件设计及其装配工艺的影响以及飞机生产准备周期限制,时间紧迫,任务繁重。传统的飞机装配工装以文本、二维图形式表达为主,信息是静态的,缺乏唯一的数据源易导致飞机-装配工装协同变更管理效率低、准确性差,针对以上问题提出一种飞机-装配工装协同变更方法:利用基于模型的定义(Model based definition,MBD),建立了飞机和装配工装MBD模型关系架构,并结合相关的变更传播计算方法实现了飞机设计结构变更对装配工装变更影响的主动、自动化预测和分析。通过一套飞机壁板开口加强框的装配工装变更设计实例验证了该方法的可行性。     

高效相变蓄热装置结构设计及试验研究

文章针对某飞行器舱内大功率设备控温需求,提出了相变蓄热技术解决方案,建立了平板式肋片强化相变蓄热装置物理模型,根据大功率伺服舵机控制器热耗及工作模式等参数条件,采用十八烷为相变吸热材料,设计了一台高效平板式肋片相变蓄热装置,并通过地面试验研究,验证了该装置的控温性能、稳定性及等温性。试验结果表明:所设计的肋片式高效相变蓄热装置,在120 W热源功率下,可以将设备温度控制在50℃以下超过3000 s;榫槽形式的封装结构具有良好的密封性能,相变蓄热装置在多次相变循环后无泄漏;在3000 s测试时间内相变装置内部最大温差为3℃,具有很好的等温性。     

基于EKF的主动雷达寻的制导状态估计与最优控制研究

针对主动雷达寻的制导问题,进行了非线性系统状态估计和最优制导律的研究,并进行了目标机动情况下的仿真验证。利用主动雷达给出的带有噪声的观测信息,设计了寻的制导系统扩展卡尔曼滤波器,估计弹目相对运动状态信息。基于最优控制理论,按照需用过载和脱靶量最小设计了线性二次型最优制导律。仿真结果表明,所设计的主动雷达寻的制导系统滤波器和最优制导律能有效对付机动目标,满足飞行器控制要求。     

先进的热防护方法及在飞行器的应用前景初探

随着航天技术的发展,飞行器的热环境面临着新的变化,对热防护提出了挑战。对各类主动热防护方式的原理、研究进展和应用现状进行了归纳总结。结合飞行器未来发展,提出了适应于未来应用的基于相变工质的对流冷却、自适应膜相变冷却和发汗冷却的系统性主动热防护方式。并以此为基础,提出了结合被动、半被动和主动热防护的飞行器全时域综合热管理思路。     

民航订座系统PNR容量扩容

对民航订座系统中的旅客记录编号容量扩容、PNR位数升级等进行了研究;提出了PNR位数升级“5／6位并存”的平缓过渡方案。提出了两个“控制开关”的设计方案,即为降低程序上线与投产风险所设计的系统切换开关;为应对其他外航系统不能及时兼容系统升级而设计的外航交互开关。方案已运用于中国民航订座系统的改造,不仅实现了PNR容量扩容,同时保障了系统运行稳定,并最大程度降低了对周边系统的影响。     

某大结构变化空间飞行器转动惯量在轨估计

针对某空间飞行器在轨运行时转动惯量变化大的特点,对其转动惯量的在轨估计方法进行了研究。基于姿态动力学模型建立状态方程,用陀螺测得的角速度、推力标称值和推力作用点的位置信息构造量测,用最小二乘法估计转动惯量。仿真结果证明了算法的有效性,误差小于5%。估计算法计算简单,估计时间和所用燃料消耗少,工程上易于实现。