A critique of reliability prediction techniques for avionics applications

Avionics (aeronautics and aerospace) industries must rely on components and systems of demonstrated high reliability. For this, handbook-based methods have been traditionally used to design for reliability, develop test plans, and define maintenance requirements and sustainment logistics. However, these methods have been criticized as flawed and leading to inaccurate and misleading results. In its recent report on enhancing defense system reliability, the U.S. National Academy of Sciences has recently discredited these methods, judging the Military Handbook (MIL-HDBK-217) and its progeny as invalid and inaccurate. This paper discusses the issues that arise with the use of handbook-based methods in commercial and military avionics applications. Alternative approaches to reliability design (and its demonstration) are also discussed, including similarity analysis, testing, physics-of-failure, and data analytics for prognostics and systems health management.     

小涵道比涡扇发动机机载气路故障诊断研究综述:边界条件与研究难点

机载气路故障诊断模块是航空发动机健康管理系统的重要组成部分,是推动视情维护发展的关键环节,对于降低发动机维护成本、提高战时出勤率意义重大.为此,聚焦小涵道比涡扇发动机机载气路故障诊断研究,梳理了基于模型的气路故障诊断方法和数据驱动的气路故障诊断方法的发展历程和国内外研究现状,并从机载化的角度阐述了算法的应用和改进思路;罗列了机载气路故障诊断方法的应用需求、问题边界和技术指标,简要提出了研究过程中容易陷入的误区;结合小涵道比涡扇发动机的特点,从数据仿真、运行工况、测量不确定性、故障特征淹没、虚警处置和实时性等角度,归纳总结了气路故障诊断方法在机载化过程中的六大研究难点,并结合现有文献分析了与各研究难点相对应的18种解决思路.对全文进行总结并从算法可解释性、指标快速验证、容错及带故障限时诊断等方面给出了建议与展望.     

基于有向图的蜂群无人机故障影响

基于蜂群无人机控制模型,针对虚假数据注入的故障情形,为了分析该故障情形下,蜂群无人机中故障的的影响及传播关系,采用故障传播有向图及一致性理论,开展蜂群无人机故障影响机理研究.首先,通过Dijkstra算法计算故障源到各无人机的最短路径,建立故障传播有向图;然后预测各无人机受故障影响的程度,结合蜂群无人机系统,计算一致性...     

基于有向图模型的民机航空电子系统故障诊断

结合民机航电系统外场可更换单元或模块（LRU/LRM）的故障模式及影响分析（FMEA）、故障树分析和实时性要求,设计了基于时间故障传播图（TFPG）的系统故障诊断元模型和领域模型,研究了基于逻辑和时间一致性检验的故障诊断算法,使用后向推理和可信度度量列出候选故障集。以飞行管理系统为例,构造了其功能失效的TFPG 模型,并通过仿真验证了基于TFPG 的诊断在滤除级联效应和关联驾驶舱效应中的有效性。     

面向民用飞机排故的增强型符号有向图

针对民用飞机故障的动态特性及维修体制,在符号有向图（SDG）模型中引入动态元素,并融合系统结构模型,提出一种结构和参数能随工况变化而调整的增强型有向图（ESDG）模型。进而提出基于故障依赖矩阵的相容根树搜索算法与分层诊断策略,能解决实际排故中常常因部分状态未测量而造成诊断信息缺失的问题。该方法能满足分级维修中不同诊断精度的要求。多个工况的综合诊断进一步提高了推理分辨率。最后以某民机发动机引气系统为实例说明了该方法的有效性。     

旋翼系统典型故障的诊断与预测方法

在分析直升机旋翼系统典型故障的基础上,提出了旋翼系统典型故障的诊断与预测方法,包括:桨叶疲劳寿命预测方法,桨毂疲劳寿命预测方法,拉杆疲劳寿命预测方法,自动倾斜器轴承故障诊断方法等。同时,介绍了基于飞行状态识别,基于虚拟传感器,基于载荷实测的疲劳寿命预测方法和自动倾斜器轴承故障诊断方法的关键技术,说明了旋翼系统典型故障的可测试性以及实现旋翼系统基于状态维修(CBM)的可行性。     

电磁探测卫星星上自主规划模型及优化算法

电磁探测卫星自治(AEDS)是一类对地观测卫星,其搜集的信息对工业、科研和军事等领域有着重要的意义。针对电磁探测卫星有效载荷特点,建立了基于动态拓扑结构无环路有向图的星上自主规划数学模型,提出了基于标记更新最短路径搜索的星上自主规划精确算法,对其完备性和时间复杂度进行了分析。并对精确算法时间复杂度较高的缺点,将近似支配概念引入到模型中,提出了标记更新最短路径搜索近似算法,分析了算法的近似程度和时间复杂度。最后,根据模拟的数据进行实验及分析,表明该方法能有效解决电磁探测卫星自主任务规划问题。     

PHM技术在液压伺服系统中的应用

为了提高液压伺服系统的可靠性和可用性,将故障预测与健康管理（PHM）技术应用到该系统中,并对其核心技术进行研究。重点研究在液压伺服系统的性能发生退化时对该系统进行的故障检测、健康评估及预测。对液压伺服系统PHM技术研究可为系统故障检测、退化评估和寿命预测的工程实践提供有力的理论支撑,并且PHM技术研究是故障诊断技术新的发展方向。最终,实验结果证明了该PHM技术在液压伺服系统故障诊断上的有效性和适用性。     

基于样本分位数的机载燃油泵故障状态特征提取及实验研究

机载燃油泵的健康状态关系着飞行任务的完成和飞行安全,对机载燃油泵的故障状态特征提取及诊断成为亟需解决的问题。通过对机载燃油实验系统的振动与压力信号进行综合分析,提出了一种基于样本分位数的故障状态特征提取方法。首先,根据样本分位数的渐近分布定理,讨论了样本分位数的统计特性,分析了故障状态与样本分位数的对应关系,从理论上保证了该方法的可行性,在实测数据统计分析的基础上,讨论了样本容量对样本分位数稳定性的影响;其次,根据样本分位数渐近分布定理计算各故障状态的置信区间,并与Bootstrap方法得到的置信区间进行对比,结果显示,依据样本分位数渐近分布定理得到的置信区间真实可靠,为在线故障诊断提供了依据;然后,以各故障状态下提取的样本分位数为特征向量构建贝叶斯判别函数,进行故障诊断;最后依据故障诊断的正确率对传感器进行优化,结果表明,同时安装振动传感器与压力传感器可以提高故障诊断的正确率,并且只安装1个压力传感器与1个特定方向的振动传感器即可对机载燃油泵的故障状态进行完全识别。为快速准确的在线判断机载燃油泵的状态提供了理论支撑,并且可以降低工程应用中机载燃油泵监测系统的体积、功耗及复杂性。     

可靠性系统工程的理论与技术框架

简要回顾了可靠性系统工程的形成过程,以产品故障为核心,阐述了可靠性系统工程的概念与定义,把认识产品故障发生规律和故障表现规律作为可靠性系统工程基础理论,把故障预防技术、故障控制技术和故障修复技术作为可靠性系统工程的基础技术,把基础技术的集成作为可靠性系统工程的应用技术,从而初步建立了可靠性系统工程的理论与技术框架,细化了可靠性系统工程的学科内涵。可靠性系统工程作为初现的新学科,虽然尚未达到严格定义与清晰表达的完善状态,但是我们完全有信心期待其作为一种新的方法论,帮助工程设计人员更好地完成工程系统的设计。     

故障预测与健康管理(PHM)技术的现状与发展

 结合故障预测与健康管理(PHM)的技术发展过程,阐述了PHM的应用价值。论述了PHM技术系统级应用问题,提出了故障诊断与预测的人-机-环完整性认知模型,并依此对蓬勃发展的故障诊断与故障预测技术进行了分类与综合分析,给出了PHM技术的发展图像。针对故障诊断与预测的不确定性特征,对故障诊断与预测技术的性能要求、定量评价与验证方法进行了分析。最后,以PHM技术的工程应用为线索,提出了PHM技术发展中的几个问题。     

基于多源诊断信息融合的发动机气路分析

针对气路可测信息的有限性及不确定性易导致航空发动机气路分析结果准确度和精度不高的问题,提出了一种基于贝叶斯网络的多源诊断信息融合机制,以提高气路部件故障诊断的准确度和精确度.介绍了基于贝叶斯网络的气路分析方法,在此基础上提出了改进的用于多源诊断信息融合的气路分析贝叶斯网络,即以常规的气路可测参数为主,而其他诊断信息则借助故障模式先验概率表引进贝叶斯网络,实现多源信息的融合.仿真实验表明:通过融合多源信息能够准确地诊断出传统的气路分析难以识别的故障,同时降低了健康参数估计值的方差,提高了诊断结果的精确度;在观测噪声放大一倍、健康参数变化量小于1%的情况下,通过融合多源信息仍能准确的估计出健康参数变化量,且标准差均于0.1%.      

民用飞机系统的故障预测与健康管理系统设计

简要阐述了故障预测与健康管理（PHM）的内涵以及主要功能．提出了关于民用飞机系统的PHM系统的主要功能模块．包括数据分析、故障诊断、健康评估、寿命预测和维修决策等,以此设计了系统结构模块,并对其进行了详细介绍,最后提出了飞机系统PHM系统的设计与实现时的核心技术以及注意事项。     

基于FMECA的测试性验证分析

随着装备元件的集成度越来越高,对装备测试性的要求越来越高。良好的测试性设计可以有效地提高产品维修性,降低全寿命周期费用。在对通用处理单元进行故障模式、影响和致命度分析(FMECA)的基础上,建立了产品的测试性模型,进行了测试性验证试验,并对验证结果进行分析。     

基于高斯权值-混合建议分布粒子滤波的疲劳裂纹扩展预测

飞行器结构的疲劳裂纹扩展预测对保障结构安全、实现视情维护具有重要意义。结合粒子滤波算法和结构健康监测方法进行在线的疲劳裂纹扩展预测是近年来刚刚开始研究的新方法,该方法通过状态空间模型表征疲劳裂纹扩展过程中的不确定性,同时通过贝叶斯方法将结构健康监测所获取的结构实际裂纹观测值用于修正裂纹扩展模型的预测误差,实现更准确的疲劳裂纹扩展在线预测。由于该方法的研究刚刚开展,已有研究中粒子滤波算法的重要性密度函数往往简单选取为先验转移概率密度,存在严重的粒子退化问题。另一方面出于简单考虑,仅采用表征裂纹稳定扩展区的Paris模型。针对上述问题,本文提出一种基于高斯权值-混合建议分布粒子滤波的疲劳裂纹在线预测方法,基于表征裂纹全扩展区域的NASGRO裂纹扩展模型建立疲劳裂纹扩展状态方程,以主动Lamb波监测方法实现结构裂纹的在线监测,借助在线结构健康监测的优势,在粒子滤波时选取重要性密度函数为观测概率密度和先验转移概率密度的混合分布,同时基于先验估计获取高斯权值进行权值更新。本文进一步进行了仿真研究,结果表明所提出的方法优化了疲劳裂纹扩展预测的准确性。     

振动试验和颤振分析的一体化——颤振实时分析系统

 <正> “颤振实时分析系统”是航空航天工业部振动环境课题组于1985年～1988年期间组织研制的一项课题,它是参考80年代美国波音公司的振动和颤振分析方法,吸收国内最新研究成果而发展的一套计算机辅助工程软件。     

嵌入式大气数据传感系统研究进展

大气数据的精确测量对飞行器的导航与控制至关重要。相较于传统的探针式大气数据测量系统,嵌入式大气数据传感系统更适用于隐身性能要求、大迎角飞行要求的飞行器或高超声速飞行器。回顾了嵌入式大气数据传感系统的发展历程,介绍了该系统完整的组成部分及其工作原理,并指出该系统在应用时的四项关键技术(测压孔布局、气动模型及求解算法、校正算法、故障检测及管理技术),结合国外多种飞行器上该系统不同的应用方案,分别对比分析四项关键技术不同应用方式的优缺点;指出了该系统的四项关键技术均会影响系统精度及可靠性,实际应用中需综合考虑选择其应用方式;最后展望了该系统在未来航空航天领域的应用。