航空发动机多电分布式控制系统故障诊断与容错关键技术综述

针对未来航空发动机需求,结合多电分布式控制特点和优势,基于先进算法,开展了多电分布式控制系统故障诊断与容错关键技术研究。首先从航空发动机分布式控制系统、多电发动机、故障诊断与容错控制方法和硬件在环仿真平台搭建4个方面对国内外航空发动机多电分布式控制系统故障诊断与容错技术进行梳理,总结了多电分布式控制系统故障诊断与容错的关键问题;之后提出了多电分布式控制系统的故障诊断与容错架构设计、基于模型的故障诊断与容错方法、双主动冗余电机控制系统故障诊断与容错方案、基于深度学习的电力作动器故障诊断与容错方案和硬件在环仿真平台搭建的关键技术;最后对航空发动机多电分布式控制系统故障诊断与容错未来的发展趋势进行展望。     

基于涡扇发动机的多电技术研究初步设想

介绍了涡扇多电发动机研究的特征和关键技术,在分析了国内外多电技术研究的基础上,提出了涡扇多电发动机总体方案初步设想和分布式控制系统关键技术研究、验证的发展思路。     

磁悬浮多电发动机的研究

多电发动机是一个新概念的航空动力装置,是现代科技与航空动力科技相结合的方向。本文通过无人机用磁悬浮多电发动机的设计、转子模拟试验研究、辅助轴承试验研究等有关多电发动机部分关键技术的研究和发动机台架试车情况的描述,介绍了磁悬浮多电发动机试验研究概况。     

小型涡扇发动机分布式控制系统总线触发机制研究

为分析比较2种总线触发机制(时间触发和事件触发)对航空发动机实时控制的影响,以某小型涡扇发动机为对象,采用智能节点型分布式结构,构建了其分布式控制系统数字仿真平台;利用True Time/Matlab工具箱展开网络实时仿真研究,系统各节点通过CAN总线进行数据通信。以此仿真平台为基础,对2种触发机制下发动机的转速响应以及对应的时延统计结果表明:在事件触发机制下发动机转速超调量比时间触发机制下的大2.32%;在不同网络负载下,在事件触发机制下的时延大小和尖峰数均大于在时间触发机制下的。最终认为时间触发机制更适合于航空发动机分布式控制系统。     

航空发动机分布式控制系统综述

分布式控制是航空发动机控制发展的重要方向之一。分析了分布式控制在航空发动机控制中的应用 ,对航空发动机分布式控制系统的结构、总线技术及智能装置等关键问题做了系统阐述。     

欧美积极开展多电发动机研究

多电航空发动机在20世纪90年代就已经被美英等国确定为21世纪的航空发动机。近20年来,美国和欧盟国家通过专项和综合性研究计划,对其进行了大量的探索和研究,开发和验证了主动磁力轴承、一体化起动机／发电机．分布式控制系统、电力作动装置等技术和部件。     

多电航空发动机研究现况及关键技术

多电发动机作为多电飞机的核心部件,受到欧美国家的高度重视。介绍了国内外多电发动机的总体研究现状和发展趋势,重点分析了整体式起动／发电机、磁浮轴承、电动燃油泵和电动作动器等多电发动机核心部件的技术特点和性能优势,同时对内置式整体起动／发电机技术、高温主动磁浮轴承技术和分布式控制技术等多电发动机的关键支撑技术进行了讨论。多电发动机结构紧凑、重量轻等优势必将使其得到应用及发展。     

发动机状态监视与故障诊断地面软件系统的总体方案研究

根据航空发动机EMS系统的一般设计要求,参考国外现役发动机EMS系统的设计经验和未来的发展趋势,提出了一种EMS地面软件系统的总体方案构思,明确了该系统设计的指导思想、功能和组成,并着重论述了各主要功能模块的设计方案。     

多电飞机先进技术

阐述了多电飞机的特征，对多电飞机先进技术进行了研究，探讨了基于多电飞机的机载电源系统、无刷整体起动／发电机、容错供电技术、分布式配电技术、多电发动机、电刹车技术等。     

某型涡扇发动机分布式容错控制系统设计与试验验证

为了提高某型涡扇发动机控制系统的安全性和可靠性,提出1种分布式架构下的容错控制方案。基于模块级硬件冗余的思想,设计了包含7个智能节点的基于TTP/C(时间触发协议)总线的发动机分布式容错控制系统,可以实现核心控制节点的硬件备份。基于控制律重构的方法,采用模型参考变结构控制算法设计了容错控制器,可以根据系统故障情况将控制结构切换至无故障的控制回路中。搭建了涡扇发动机分布式容错控制系统硬件在环仿真试验环境,开展了容错控制系统的试验验证。结果表明:在核心控制节点故障时,容错控制系统可以在120 ms内快速启用热备份节点代替故障节点;在非核心控制节点故障时,容错控制系统可以在100 ms内完成控制回路的切换,并保证发动机各状态量不产生明显波动。     

基于Simplorer／MATLAB的多电飞机环控系统研究

介绍了多电飞机环控系统的功能和原理,研究了高速电机驱动的空气循环制冷技术,并设计出由高速电机驱动的闭环式空气循环系统。以B787为例建模,选择永磁同步电机驱动压气机,采用电压空间矢量PWM方式控制电机系统。利用Simplorer、Maxwell与MATLAB软件对闭环系统进行建模仿真,验证了模型具有良好的稳态和动态性能,以及高速电机用于循环制冷的合理性。     

未来的航空涡扇发动机技术

总结了多电发动机、智能发动机、双外涵变循环发动机、复合材料发动机、外骨架发动机、绿色发动机等未来涡扇发动机的研究进展、关键技术和发展趋势。     

基于VxWorks的多电飞机电气控制系统的软件研究

分析和研究了多电飞机电气系统及嵌入式实时操作系统VxWorks的特性,设计了基于Vx-Works和RS485串行总线技术的地面模拟样机;对系统的软件实现及VxWorks下串行通信等一些关键性的技术进行了论述;针对VxWorks中的图形开发包WindML和Zinc存在显示界面不友好、开发周期长的缺陷,采用LabWindows／CVI开发了上位机的监控系统,整个系统运行稳定、可靠,满足多电飞机电气控制系统地面模拟的需要。     

涡扇发动机自适应加减速控制研究

针对涡扇发动机加减速过程特性参数变化大的不确定系统,提出一种带执行机构的涡扇发动机自适应加减速伺服控制设计方法。采用变阻尼修正的自适应控制规律,抑制了自适应加减速过程中的参数漂移。在自适应加减速控制算法中,设计目标是使被控对象的输出能够伺服跟踪任意加减速指令信号,这一指令与涡扇发动机加减速过程中对带有条件限制的指令要求一致,为使控制系统具有加减速伺服跟踪和对外界扰动信号抑制的能力,在控制回路中内嵌积分环节,实现闭环加速伺服跟踪鲁棒性能,结果表明:自适应控制适用于涡扇发动机过渡态控制。在仿真时,在系统中加入白噪声干扰的情况下,自适应参数被限制在±0.003的范围内,没有出现参数漂移现象;在快速加减速过程中,加减速燃油流量未出现大幅超调和下垂,加减速时间不超过4 s。     

涡扇发动机液压机械主控制系统建模与仿真分析

为了优化现役某系列飞机发动机液压机械主控制系统亟需优化的状况,本文利用AMESim和Simulink建立了该型发动机主控制系统的完整仿真模型。仿真结果表明,该主控制系统模型特性与该型发动机主控制系统特性吻合,且可以完成其核心功能的全状态、全过程仿真;利用该模型可以降低实际试车的成本和风险,同时对产品调试、改进改型有指导意义。     

基于多电飞机的先进供电技术研究

阐述了多电飞机的特征,对多电飞机供电系统先进技术进行了研究,探讨了基于多电飞机的电气系统结构、电源系统、配电系统、负载自动管理技术等。     

某型涡扇发动机喷口控制系统数控改造方案设计

某型涡扇发动机采用的机械液压控制系统的喷口控制系统质量大、结构复杂、控制性能有限,在加力时产生一系列故障问题。在对原机械液压式喷口控制系统进行分析的基础上,提出对应的数控改造方案,建立仿真模型,并对此喷口数字电子控制系统进行仿真测试。结果表明:数控系统在发动机加力比变动的情况下,可以实现对喷口面积的有效控制,比原机械液压系统具有更好的控制品质,且对于不同的飞行条件也具有一定的适应性。