基于改进灰狼优化算法的涡扇发动机性能/喷流噪声综合优化控制研究

为保证整个飞行过程中满足噪声适航标准和飞行器的安全性,需要按照最严苛的噪声要求进行发动机设计,并留有很大的安全裕度,因而导致发动机的性能潜力未能得到发挥。本文对传统灰狼算法进行了改进,提出自适应概率变异策略,在优化过程中调整狩猎模式,提升了算法的全局搜索能力;基于该算法开展涡扇发动机性能/喷流噪声综合寻优控制研究,根据不同飞行需求对航空发动机性能进行优化,获得最佳控制量,在满足安全性和噪声指标的同时,提高发动机的性能。仿真结果表明,改进后的算法具有更好的全局寻优性能,最大推力模式下可提升推力13.45%,最小油耗模式可降低油耗3.19%,最低涡轮前温度模式可降低涡轮前温度2.07%。     

无刷直流起动/发电系统的起动控制

介绍了用于某型飞机的无刷直流机载起动/发电系统。该系统的起动/发电机采用电励磁双凸极电机,文中通过改进电机结构降低了起动时的转矩脉动,在理论分析的基础上提出了基于转速变化的阶段性角度控制:低速采用标准位置查询起动,中高速采用随转速变化自动改变提前角的角度控制方式,使起动机工作在最佳状态。最后,完成了18 kW无刷起动/发电系统的样机制作及航空发动机的冷开车试验。试验表明:该系统的起动控制策略正确有效,起动转矩平滑,所需电源容量小,效率高,具有良好的起动性能。     

发动机引流对飞机气动力的影响试验研究

飞机气动力特性是飞机特性的基本表征。发动机的引流对气动力的影响直接关系到气动力建模的准确性、飞行品质和飞行安全。将真实涡喷发动机安装在某缩比验证飞机内,较逼真地研究了发动机推力大小、空气流动速度大小和方向等对气动力的影响。结果表明,发动机引流对验证机气动力的影响主要体现在轴向力、法向力和俯仰力矩上,发动机推力越大,引流效果越明显,且在超过失速迎角后的某迎角处法向力和俯仰力矩的增量达到最大值;而在不同侧滑角、一定风速范围内以及舵面偏转等情况下,发动机引流引起的气动力增量主要表现在失速迎角附近。因此在进行大迎角机动研究时,必须考虑发动机引流对气动力的影响。     

用推力矢量控制技术改进超声速飞行器空气动力特性

为了提高某超声速飞机的空气动力学效率和机动性能,本文采用低阶的三维板块法和DATCOM半经验公式,在亚声速和超声速条件下,对不同马赫数和迎角情况计算了基本气动外形的飞机空气动力学特性、表面压力分布以及最大升力。此外还开发了一套软件以实现由引进的先进气动操纵面（如鸭翼等）控制的二维推力矢量技术。试验结果表明：气动操纵面结合推力矢量技术能够产生足够的低头力矩,且有能力满足高度机动飞行时的稳定性要求。此外,不论是亚声速还是超声速飞行,气动操纵面均可以提高气动效率5％-6％。     

多发涡扇飞机拍频噪声抑制原理及应用

多发涡扇民用飞机在巡航飞行阶段,客舱区域容易受到拍频噪声的影响。为研究抑制拍频噪声的飞机设计方法,采用管道声学理论对大涵道比涡扇发动机进行拍频噪声建模,明确了拍频噪声主要来源于风扇叶片通过频率的单音及其谐波。应用声波线性叠加原理,分别分析了双发、四发飞机拍频噪声产生的机理,得出抑制拍频噪声的方法是使所有发动机的物理转速一致。在研究四发飞机拍频噪声抑制过程中,推导了频率相近幅值不同单音声波干涉的计算公式,为三发等其他多发飞机的拍频噪声抑制设计提供了参考。为了促进该项技术的工程应用,研究了波音787飞机通过推力管理功能实现拍频噪声抑制的方法,设计了拍频噪声抑制控制律,并对拍频噪声调频的上限和下限进行分析,给出了相应的建议值。飞机系统在向发动机电子控制器(Engine electronic controller,EEC)提供N1转速同步修正量时,应选择发动机控制所用的目标转速进行比较,EEC则以叠加N1转速同步修正量的目标转速进行发动机控制。     

世界军用航空动力技术的现状与展望

本文重点介绍了第3代与第4代军用航空动力的发展状况，装备推重比为10的军用航空发动机的第4代战斗机预计于2005年前后陆续投入现役，2010年后成为我国周边国家和地区的主战机种。概括了2l世纪航空动力新技术的发展方向。     

考虑驾驶员反应特性的倾转旋翼机单发失效轨迹优化

为了能在倾转旋翼机单发失效轨迹优化的研究中考虑到驾驶员的反应特性,建立相应的增广飞行动力学模型并进行计算分析。首先,以倾转旋翼机基本纵向刚体飞行动力学模型为基础,建立旋翼拉力系数、旋翼后倒角与操纵杆量之间的关系,并引入延迟环节、惯性环节和操纵速率限制来模拟驾驶员的反应特性,形成适用于倾转旋翼机单发失效轨迹数值优化研究的增广飞行动力学模型。然后,采用直接转换法将轨迹优化对应的最优控制问题转化为非线性规划问题进行求解。最后,以XV-15倾转旋翼机为样机,计算短距起飞单发失效后的最优着陆过程,并与相关文献结果进行对比。对比结果表明:考虑驾驶员的反应特性后,优化得到的状态量、需用功率、拉力系数和旋翼后倒角变化更加柔和,着陆时间和距离有所延长,操纵杆量变化更加合理。除此之外,随着驾驶员感知延迟时间增加,最优着陆过程所需时间会增加,且着陆时触地速度也会增大,但操纵量变化趋势基本一致。考虑驾驶员反应特性的倾转旋翼机单发失效轨迹优化可以为驾驶员实施安全着陆提供更加有用的依据。     

航空发动机主轴承使用状态寿命预测模型(英文)

航空发动机主轴承寿命的实际可靠预测对于发动机的安全运行至关重要。使用状态寿命(即状态良好、初始损伤、故障发展和即将失效4个寿命阶段)描述航空发动机主轴承的使用寿命,并提出了一种基于支持向量机和模糊逻辑推理的主轴承状态寿命分析模型。首先,讨论了理论计算模型,采用轴承疲劳累积损伤模型,利用修正的Lundberg-Palmgren模型,结合飞参记录数据计算主轴承装机以来的累积寿命消耗,确定状态寿命的理论值。然后,详细阐述了状态寿命评估模型,该方法通过选取轴承振动的时域、频域统计量作为特征矢量,利用支持向量机作为辨识算法进行滚动轴承状态寿命的智能评估。最后,基于模糊逻辑推理融合主轴承状态寿命的理论计算模型和状态寿命评估模型得到主轴承状态寿命模型。采用滚动轴承的全寿命试验验证模型的有效性和可行性。     

Boosting稀疏最小二乘支持向量回归机及其在推力估计中的应用

为实现航空发动机的直接推力控制代替传统的基于传感器的液压机械式控制,本文使用boosting技术提升最小二乘支持向量回归机的性能设计了推力估计器。在使用boosting的过程中,有两点与传统方法不同：（1）为了在建立稀疏最小二乘支持向量回归机的时候使数值计算更稳定,使用无放回抽取;（2）为了实现最小二乘支持向量回归机的稀疏性和降低计算的复杂度,用训练数据集的一个子集来建立最小二乘支持向量回归机,不再使用全部训练数据。仿真实验表明,基于boosting稀疏最小二乘支持向量回归机的推力估计器能够满足直接推力控制的需要,即估计推力相对误差不大于5‰。     

基于相关性分析和神经网络的直接推力控制

传统的发动机控制是将一些可测量参数作为被控制量,如转速和压比,因为可由它们推算出推力。但由于推算的过程不准确,为保证发动机安全运行,在发动机的设计过程中常常保留了较大的裕度。而直接推力控制可以降低这些裕度,充分发挥发动机的性能。针对在飞行中推力无法直接测量的情况,本文使用了相关性分析和神经网络技术设计了非线性推力估计器,使用若干测量参数作为输入,实时计算出发动机的推力值。并针对发动机使用的实际情况,使设计出的估计器不但可以估计额定发动机的推力,而且可以估计非额定发动机的推力。在仿真结果中,估计出的推力跟踪上了正常和非额定发动机的推力。     

亚声飞行Ma数变化对脉冲爆震发动机性能影响

采用经验数据和数值计算相结合的方法研究亚声飞行Ma数变化对带气动阀的脉冲爆震发动机(Pulsedetonation engine,简称PDE)的性能影响。分别计算了飞行Ma数在0.52,0.71,0.82和0.93时对PDE工作频率、推力和油耗的影响。计算表明当飞行Ma数从0.82增加到0.93时,频率上升11.1%,推力上升25.0%,油耗下降6.2%;而Ma数从0.82减小到0.52时,频率下降31.0%,推力下降43.6%,油耗增加14.8%。因此飞行Ma数变化对预估飞行器在亚声阶段的加速性能有较大的参考价值。     

Aircraft Engine Gas Path Fault Diagnosis Based on Hybrid PSO-TWSVM

Twin support vector machine(TWSVM)is a new development of support vector machine(SVM)algorithm.It has the smaller computation scale and the stronger ability to cope with unbalanced problems.In this paper,TWSVM is introduced into aircraft engine gas path fault diagnosis.The generalization capacity of Gauss kernel function usually used in TWSVM is relatively weak.So a mixed kernel function is used to improve performance to ensure that the TWSVM algorithm can better balance a strong generalization ability and a good learning ability.Experimental results prove that the cross validation training accuracy of TWSVM using the mixed kernel function averagely increases 2%.Grid search is usually applied in parameter optimization of TWSVM,but it heavily depends on experience.Therefore,the hybrid particle swarm algorithm is introduced.It can intelligently and rapidly find the global optimum.Experiments prove that its training accuracy is better than that of the classical particle swarm algorithm by 5%.     

小型螺旋桨飞机动力装置特性试验研究

小型螺旋桨飞机的动力装置一般由活塞式发动机和螺旋桨两个主要部分组成。本文用实验验证和理论计算的方法,研究了活塞式发动机和螺旋桨性能传统的估算方法所得到的数据与实测结果之间的偏差,并进一步研究了发动机和螺旋桨性能参数的不同匹配对整个飞机动力装置特性的影响。研究结果表明,传统的估算方法对于装小型活塞式发动机的螺旋桨飞机也是适用的。用传统的估算方法所得到的各种性能数据与实验测试数据比较,相对误差的最大值均低于１０％,这对工程应用来说,是可以接受的。文中还用试验数据和试飞实例说明了对动力装置匹配参数加以优化的重要性。     

一种在线神经网络在补偿飞机模型不确定性误差中的应用

讨论了一种基于神经网络动态逆的直接自适应控制方法，并应用于超机动飞机的飞行控制中。基本控制律采用非线性动态逆方法进行设计，对由于模型不准确导致的逆误差采用单隐层神经网络进行在线补偿。仿真结果表明，神经网络通过补偿由于模型不准确引起的逆误差，弥补了非线性动态逆要求精确数学模型的缺点，提高了整个控制系统的鲁棒性，而且可以大大简化动态逆控制律的设计。     

应用扩展连续算法研究推力矢量飞机动力学特性

应用扩展的分支和连续算法对推力矢量控制飞机的飞行运动力学特性进行了研究。与标准的分支和连续算法不同，扩展后的分支和连续算法可用于计算飞机特定配平状态的连续曲线，所以不仅能获得飞行性能指标，同时可确定飞机的稳定性。本中扩展分支和连续算法被用于检验推力矢量控制律的有效性，确定了飞行包线边界，分析了配平飞行的稳定性的操纵性以及预测飞行偏离。结果表明，扩展连续方法可获得大量的飞行动力学信息，在推力矢量控制飞机的初步设计中具有广泛的应用前景。     

舰载机自动着舰引导与控制综述

引导与控制是舰载机自动着舰的关键技术,为此本文对该技术进行综述。给出了舰载机进场航线和几种着舰工作模式,概述了基于跟踪雷达的着舰引导系统和基于卫星的着舰引导系统的工作原理及关键技术,着重分析了自动着舰的几种控制技术,包括控制律设计技术、直接力控制技术、推力矢量控制技术、甲板运动预估与补偿技术、舰尾气流抑制技术、动力补偿技术以及着舰安全控制技术。最后,从多系统集成着舰控制技术、多体制融合着舰引导技术两方面对自动着舰引导与控制技术进行了展望。     

某型通航飞机发动机燃油系统测试软件的设计与实现

通航飞机发动机燃油系统测试台智能化程度普遍较低,测试效率和测试精度低下,严重危及飞行安全。针对某型通航飞机发动机燃油系统测试台设计缺陷和现有不足,采用计算机辅助测试技术和信息管理系统,在原理分析和系统重建的基础上利用特定的编程语言和数据库构建了一套专门的测试软件和管理系统,有效地提高了燃油系统部件的测试效率和测试精度。     

扁平融合式飞机整体式进/排气试验的推/阻校准方法

在研究嵌入式动力装置的进/排气效应对扁平融合式飞机气动特性的影响时，发展了一种整体式进/排气模拟试验方法及推/阻校准方法。采用与飞机模型融为一体的内置式引射器同时模拟飞机的进气效应和排气效应，模型气动载荷与引射器工作时的作用力由天平同时测量获得；把模型推进系统部分分离出来，在TPS校准箱中进行推/阻校准，建立模型气动载荷与推/阻力之间的剥离方法，获得真实的进/排气效应影响试验数据。用典型的背负式进气道扁平融合式飞机模型进行了推/阻校准试验和进/排气影响风洞验证试验，验证了该方法的可行性。     

适用于全包线的航空发动机BP网络模型的动态辨识

为克服传统的发动机动态模糊辨识中存在的辨识精度低，辨识模型应用范围窄等不足，把对非线性系统具有高度逼近能力的神经网络应用于航空发动机动态特性的辨识，从而为发动机动态辨识开辟更为广阔的道路，采用均方差归一法的处理方法和BP算法的改进算法－输出端动量BP地，以某型发动机在飞行包线内某一飞行条件下的数据作为学习样本，辨识了发同的神经网络模型，在全包线范围内对该模型进行检验，结果表明，所得的发动机动态模型在全包线内都有很高的逼近精度，而且对噪声有很强的抑制能力。     

基于小波神经网络的混沌时间序列预测及应用

根据相空间重构理论,探讨了一种基于小波神经网络(WNN)的混沌时间序列预测方法。根据G-P算法和Takens理论,计算出混沌时间序列相空间重构所需的最小嵌入维数,以此作为网络的输入节点数。通过时频分析,使得隐节点数的选取也有了可靠的理论依据。最后对Lorenz仿真信号和滚动轴承信号进行仿真和预测,验证了方法的有效性。结果表明,对于混沌时间序列的预测,WNN网络比BP网络表现出更理想的预测效果,为非线性动态系统的预测提供了一种有效的途径。