航空发动机健康等级综合评价方法

研究意义在于将发动机的健康状态量化,进一步提高发动机健康状态评估的可操作性.决定发动机健康状态等级的因素众多,如故障发生的概率、故障的程度以及故障可能造成的损失风险等,且这些因素的影响作用均具有随机性和模糊性.将模糊综合评价方法应用于发动机健康状态等级的评估,将健康状态划分为5个等级,得到每个健康状态等级的隶属度函数,最后基于最大隶属度原则和最大危险性原则确定发动机的健康状态等级.通过对两组发动机故障模拟实验器振动数据的等级评价结果对比,验证了提出方法的有效性和合理性.      

基于模式识别的航空发动机燃油控制系统传感器故障诊断

航空发动机燃油控制系统执行机构故障有可能导致参数测量传感器出现较大偏差,而采用传统的传感器故障诊断方法易误诊为传感器故障。为此,引入修正因子作为传感器故障模式样本,通过聚类分析获得样本的特征向量;按照卡洛南—路伊变换(K—L变换)原理,对传感测量信息进行变换,构成了新的正交变换矩阵,减弱了各特征向量的相关性,突出了差异性,加强了对故障传感器和发动机燃油控制系统执行机构故障的特征识别能力;利用多组学习训练样本,设计了发动机不同参数测量传感器故障模式的判别函数。经仿真试验验证,该方法可以有效识别、诊断传感器故障。     

半物理试验起动阶段低温燃油流量计量技术路径探究

针对装备数控系统的2个型号发动机分别在台架试验和飞行试验中发生的低温起动失败故障,从数控系统半物理试验燃油流量计量宽范围、快响应、高精度的测量要求入手,分析了试验的测量环境与涡轮流量计检定条件要求的环境存在的较大差异,在低温条件下燃油黏度提高,造成了流量系数减小,试验室测量流量示值小于实际流量,低温燃油流量测量准确度存在不可接受的偏差;阐述了发动机低温起动失败故障时供油不足,不能通过当前的流量测量方法进行确认和故障定位,提出了解决高响应低温小流量测量技术问题的研究路径及关键技术的方案和思路,主要方案和思路有：质量流量计串联标定法、常温涡轮流量计串联标定法、体积管串联标定法。     

民用飞机典型部件的可靠性分析

运用FMECA方法 (故障模式影响及危害性分析)分析部件可靠性时,由于引发故障的因素会彼此影响,且专家评判带有较强主观性等问题,很难综合各种复杂因素得到定量结果。针对该问题,文中首先对飞行操纵系统典型部件——方向舵配平作动器进行硬件FMECA,基于分析结果且运用模糊FMECA方法,通过咨询专家得到单因素评价集、采用层次分析法得到权重集等步骤,最终求解得到危害度,减小了分析过程中的主观影响,使评判结果定量化。实例表明,得到的各故障模式危害度大小排序与实际吻合。由此可见,该方法在改进可靠性方面可以提供参考。     

基于RCM 和模糊综合评判的航空发动机附件维修决策分析

针对RCM理论在定量决策中的不足引入模糊综合评判方法,分析影响航空发动机附件功能的因素,采用层次分析法确定了各因素的权重,再通过专家调查表确定了各因素隶属度,进行了定量计算,确定了航空发动机附件的维修方式。根据使用中对安全性、任务性、经济性的不同要求,建立了基于可靠性的维修间隔期模型。通过收集燃油增压泵的外场故障数据并进行分布拟合,得到故障数据服从2参数威布尔分布;最后应用维修间隔期数学模型进行计算,确定其定时维修间隔期为2000 h。     

基于模糊故障树和因子化分析的重复使用火箭发动机失效模式

为确定发动机薄弱环节,指导重复使用火箭发动机可靠性设计,以航天飞机主发动机为研究对象,通过模糊故障树分析法和因子化分析法对发动机主要组件的关键失效模式进行研究.结果表明:模糊故障树分析法给出关键重要度最高的底事件为由剥落、凹坑、磨损和腐蚀致高压氧化剂涡轮泵的轴承失效;因子化分析法通过考虑风险、时间和概率3种因素综合评估出发动机系统中的综合因子最高的失效模式为涡轮叶片失效.      

基于风险优先数的航空发动机可靠性设计方法

为了解决故障模式和影响分析难以融入航空发动机设计中的难题,提高可靠性水平,在型号研制工作中摸索出利用故障模式和影响分析中风险优先数的概念开展零部件某故障模式设计改进。运用风险优先数（RPN）的概念对设计故障模式和影响分析中严酷度和故障模式发生概率划分了1～10级评分原则,增加了故障被检测难度,且结合航空发动机特点,对故障被检测难度也划分了1～10级评分原则,得出了故障模式的风险优先数,确定了故障模式的优化排序,提出了确定风险改进项的方法。以某发动机的密封装置为例,利用严酷度、故障模式发生概率和故障被检测难度等级评分原则,得出了密封装置各故障模式风险优先数,确定了2项风险改进项。结果表明：利用严酷度、故障模式发生概率和故障被检测难度划分的1～10级评分原则进行风险优先数计算,可得出风险改进项,为提高发动机的可靠性水平提供了方向。     

航空发动机高空模拟试验燃油流量原位校准系统设计与检验

为满足现代航空发动机高空模拟试验燃油流量高精度、快速度的测量要求,针对涡轮流量计不能长期保持校准曲线的缺陷,提出了原位校准技术。重点介绍了原位校准系统的技术要求、主要功能、工作原理、校准装置、工作模式,以及不确定度评估,并进行了对比检验试验。研究结果表明:该系统主要技术指标满足发动机试验需要,测量不确定度满足要求,主要设备具有高的工作可靠性、可控性和稳定性,可实现原位校准和冗余测量功能。     

基于灰色理论的航空发动机可靠性指标评估方法

以层次分析理论为基础,采用二次分布和灰色理论综合评估方法,建立了航空发动机可靠性指标评估模型。将发动机可靠性指标分为总体级、危害度级、故障模式三个层次,故障模式级的数据融合采用二次分布和加权平均的方法,危害度级的数据融合采用层次分析-灰色理论综合评估方法,将航空发动机可靠性指标分散描述成属于不同灰类的向量,将评估灰类向量进行单值化处理得到发动机总体可靠性指标,实现了发动机可靠性指标从故障模式级到危害度级再到总体指标的逐步融合。对某型涡扇发动机应用表明,基于层次分析-灰色理论的评估模型应用范围广泛,对数据的分布类型不予限制,评估结构清晰,分层次反映了发动机的可靠性状态。     

基于T-S模糊KPCA模型的分布式控制系统传感器故障诊断

为减小航空发动机多工况的工作特性和分布式控制系统非线性网络环境对故障诊断系统的影响,针对航空发动机分布式控制系统,提出一种基于T-S模糊KPCA模型的传感器故障诊断方法。首先采用C均值模糊聚类法,以油门杆角度为样本标签,对样本空间进行模糊分类,再通过模糊相似矩阵剔除各样本子空间的野值点;其次建立标称工况的KPCA模型,并利用训练样本对非标称工况的隶属度函数进行辨识,得到全工况T-S模糊KPCA模型;最后利用统计量T 2和SPE对传感器故障进行检测,并采用数据重构方法对故障传感器进行隔离定位。仿真结果表明该方法对发动机的任意稳定工况具有自适应能力,能够在非线性网络环境下对正常样本和故障样本保持较低的虚警率和漏报率。当多个传感器同时发生故障时,能够准确找到故障源,实现对故障传感器的隔离。     

基于模糊积分的航空发动机MTBF动态评估方法

针对传统评估方法无法解决航空发动机可靠性评估的滞后问题,采用模糊积分方法建立航空发动机动态可靠性评估模型.引入故障强度因子,建立降半正态型分布的故障强度因子函数表示故障纠正过程.通过故障强度因子得到模糊密度,采用Choquet模糊积分方法融合发动机各阶段可靠性指标,解决了航空发动机可靠性指标的动态评估问题.对在研的某小型涡扇发动机进行了应用研究,结果表明采用Choquet模糊积分数据融合方法进行动态评估能考虑到不同阶段故障数据的重要性,对发动机当前的可靠性水平能给予更加科学的评价.      

基于模糊事故树分析法的飞行碰撞风险研究

自由飞行是解决航路拥挤问题的一种有效方式,在自由飞行环境下对飞行碰撞风险问题进行研究显得尤为重要。首先根据模糊事故树分析法和各因素对飞行碰撞风险的影响分析建立了自由飞行环境下的飞行碰撞事故树;其次通过计算最小径集、最小割集和结构重要度来分析基本事件对引起飞行碰撞发生的影响程度;最后利用三角模糊函数模糊化处理基本事件估计概率,计算得到的评估结果表明,方法能很好地对自由飞行环境下的碰撞风险可能性分布进行分析,验证了方法的可行性。     

适用无人机的小型燃料电池控制方法

燃料电池动力系统作为一种长航时电动无人机的动力方案,其燃料电池的控制技术是决定动力系统可靠性和高效性的关键技术。针对用于无人机的小型空冷型开放阴极的质子交换膜燃料电池,考虑面向工程应用的燃料电池整体控制过程,兼顾电堆温度控制和水管理,提出了一种前馈型模糊PID的电堆温度控制方法,同时设计了一种基于安时积分门限法的膜水含量调节策略,以实现对整个燃料电池系统的高效控制。通过搭建燃料电池温度控制与水管理试验平台,对所提出的控制技术进行了试验验证,并与现有温控和水管理方法进行了对比分析。试验结果表明：所提前馈型模糊PID方法在较长时间的燃料电池启动过程中能够较快地达到目标温度,相比于PID方法减少了7%的调节时间,与传统模糊PID方法相当;燃料电池电流持续减小时,所提前馈型模糊PID方法对超调量的抑制效果具有明显优势,其超调量仅为PID方法的34%,为传统模糊PID方法的43%;所提安时积分门限排水控制方法既能防止水淹故障,又可提高燃料经济性,在所给工况中相比现有方法节约了15%的氢气。     

基于领域专家知识的发动机模糊可靠性分配方法

提出了一种基于多领域专家知识的发动机模糊可靠性分配方法,以降低决策者主观偏好以及分配过程中模糊和不确定因素对分配结果的影响.基于对影响发动机可靠性因素的分析,建立了发动机模糊可靠性分配的数学模型,并以三角模糊数代替常规层次分析法中的标度,提出了一种模糊评判矩阵方法来确定影响可靠性因素的权重.在可靠性分配过程中,充分考虑多领域专家的意见和产品开发过程的风险性.以应用实例对提出方法的有效可行性进行了验证.      

基于模糊FMECA的管制内话系统风险分析

管制内话系统,作为民航区域管制的主要设备,对管制工作的正常进行起着至关重要的作用,但随着系统的广泛使用,故障的发生也在不断增加.采用故障模式、影响与危害性分析(Failure Modes Effect and Criticality Analysis,FMECA)和模糊综合评价法相结合的方法对管制内话系统进行了风险分析,弥补了传统的FMECA定量分析环节薄弱的缺陷,使分析结果更加准确可信.根据最后计算得出的风险值可以确定系统中影响安全的薄弱环节,为系统的运行和维护提供参考依据.     

高空台圆转矩形空气流量管的气动设计

根据某型二元冲压发动机高空台连管试验要求,设计了一种圆转矩形空气流量管,并运用数值方法优化了流量管设计型面,确定了流量管流量测量位置,保证了圆转矩形流量管的流场品质和流量管流量测量的准确性。整个设计过程都是在CAD商用软件中进行并与数值仿真技术和数控加工技术相结合,实现了此类流量管的参数化设计,其设计方法具有通用性。     

弱旋流喷嘴的污染排放和燃烧稳定性分析

基于弱旋流喷嘴(LSI)的弱旋流燃烧技术具有极低的NOx污染排放能力.分析了弱旋流燃烧的稳定燃烧和降低污染排放的原理,发现其特殊的流动形式及其与湍流火焰传播的匹配是决定其燃烧稳定性和污染排放的主要因素.而弱旋流喷嘴的旋流叶片角度、直径比和流量比等关键参数会影响LSI的下游流动特征,进而影响其燃烧性能.燃料对LSI燃烧稳定性和污染排放的影响主要是通过火焰传播速度和绝热火焰温度发挥作用.为了将液体燃料应用于LSI,目前主要采用了预混预蒸发的方式,试验结果表明:其NOx排放可比采用常规强旋流喷嘴的燃烧室降低10%~60%,但存在自燃和回火的风险.而LSI喷雾燃烧的方式,则需要针对弱旋流液雾燃烧开展更深入的基础研究.只有解决了液体燃料的LSI应用问题,才能发展出不同于传统强旋流燃烧的新一代航空发动机超低排放燃烧室.      

旋流燃烧室对固体燃料冲压发动机药柱表面传热以及燃速的影响

为研究旋流燃烧室对固体燃料冲压发动机(SFRJ)药柱表面传热以及燃速的影响,以高密度聚乙烯(HDPE)为燃料,对旋流和无旋工况下的固体燃料冲压发动机进行了连管实验研究,并且编制了二维轴对称湍流燃烧仿真程序,采用流固耦合传热的方法以及非定常时间推进方式,对实验工况进行了数值模拟。结果表明:①药柱表面热流密度对燃速有显著影响,在回流区与附着点处,药柱表面的对流换热能力要明显优于再发展区;②在旋流工况下,在离心力与切向速度的作用下,使热解产物在药柱表面附近区域停留时间更长,有助于热解产物的充分反应,并且明显增强药柱表面对流换热能力,与无旋工况相比,提高幅度可达100%,并且在旋流工况下发动机可更快建立自持燃烧;③通过实验研究发现,旋流的引入提高发动机的燃速有积极作用,增幅可达26%,但会导致固体燃料冲压发动机补燃室压强出现周期性振荡。      

导弹导引头性能的模糊综合评判研究

利用导引头系统指标的相对性、模糊性,运用模糊数学方法提出了多级模糊综合评判法;并对关键技术——隶属函数、算子和权重的确定进行了研究。实验计算表明:采用模糊综合评判法可以解决导引头性能的评估问题。     

基于模糊免疫PID控制的力矩电机PWM调速系统

针对某型单轴速率转台使用的直流力矩电机,设计了专门的PWM驱动电路。采用模糊免疫PID控制代替传统PID控制的方法,调节PWM波的占空比,实现对力矩电机伺服系统的控制。仿真结果表明,采用模糊PID控制能够比传统PID控制能更加有效地提高系统的响应速度,具有良好的抗干扰能力,提高了系统运行的稳定性和鲁棒性。