基于蒙特卡罗仿真的FADEC系统多故障TLD分析方法

航空发动机电子控制系统的时间限制派遣(TLD)分析是飞机系统安全性分析的重要内容,是商用飞机及航空发动机型号合格审定的一项必要工作,传统方法无法解决多故障情形下的TLD问题。对多故障TLD方法进行了研究,提出了多故障派遣时的派遣间隔决策方法与维修策略决策原则,基于蒙特卡罗仿真提出了多故障TLD分析方法,结合具体案例验证了方法的有效性,并针对典型全权限数字式电子控制系统(FADEC)进行了多故障TLD分析。结论表明,与单状态马尔可夫模型方法相比,本文方法具有较高的精度,误差在0.25%左右,同时能够避免马尔可夫过程繁琐的建模工作,并且具备工程实用性。     

发动机控制系统时间限制派遣分析的若干可靠性理论问题

面向民用飞机与商用航空发动机的型号合格审定,需研究发动机控制系统时间限制派遣(TLD)分析的可靠性理论问题。基于TLD分析的开环与闭环马尔可夫模型,利用连续时间马尔可夫过程理论推导了发动机控制系统平均完整性水平的定义,该定义应当准确表述为不考虑维修时间的推力控制丧失(LOTC)频率;分别构建了单故障与多故障TLD分析的马尔可夫模型,分析了单故障与多故障TLD模型的特点。结果表明:与单故障模型相比,多故障TLD模型具有瞬时LOTC率是时间的函数、存在非派遣(ND)状态以及多故障状态有多种维修策略等特点;针对周期检查维修方式,利用条件寿命分布推导了检测间隔期发现故障条件下的平均故障前时间,进而求得平均故障暴露时间的计算公式。最后,结合某型实际FADEC系统给出了本文所提出理论的应用实例。     

FADEC系统TLD的维修策略

简要介绍了全权限数字电子控制(FADEC)系统限时放行(TLD)概念,分析了FAR 25部中与TLD相关的适航条款,研究了FADEC系统TLD的维修策略,重点分析了TLD维修策略中基于MEL的维修与基于PIR的维修之间的差异.     

时间限制性派遣中短时派遣时长的优化方法研究

航空发动机全权限电子控制系统(FADEC)的时间限制性派遣(TLD)分析是飞机系统安全性分析的重要内容之一。针对目前TLD分析中都假定短时故障派遣时长(ST)为固定值(125h或250h)的问题,开展了短时派遣时长的优化方法研究。采用故障树和马尔科夫方法,以推力控制丧失率(R)要求为约束,分析和建立了ST和长时故障派遣时长(LT)的函数关系;在此基础上,构建了以短(长)时故障派遣时长为变量,系统平均维修时长和带故障运行时长期望值为目标的多目标优化模型,使TLD分析中故障派遣时长的选取更灵活、更合理。通过实例表明:与ST取固定值250h相比,优化后ST取25h时,带故障运行时长期望增大4.2%,系统平均维修时长增大8.6%,验证了方法的有效性。     

基于运行成本优化的FADEC系统TLD分析

为了降低飞机限时派遣（TLD）的运行成本，提出了全权限数字式电子控制（FADEC）系统TLD分析的运行成本优化方 法。构建了TLD分析的典型马尔可夫模型，推导了该模型各状态稳态频度公式，从而建立了系统单位时间运行成本与派遣时间间 隔的函数关系，并以此作为运行成本优化的目标函数；推导了发动机控制系统平均安全性水平表达式，建立了平均安全性水平对 派遣时间间隔的约束。针对FADEC系统建立了3种不同的形式的系统单位时间运行成本函数模型，并提出了相应的派遣间隔决 策建议。结果表明：应用基于成本优化的FADEC系统TLD分析方法进行带故障派遣决策，能够在满足安全性要求的情况下，降低 飞机运行成本。     

检测滤波器在FADEC系统传感器FDI中的应用研究

研究将检测滤波器应用于全权限航空发动机控制系统(FADEC)的传感器故障检测和隔离(FDI).完整设计了针对于某型FADEC系统传感器的检测滤波器系统, 然后利用非线性发动机模型进行了仿真。数字仿真结果表明, 检测滤波器是十分有效的。      

发动机FADEC中微处理系统故障检测

本文提出了一种用于航空发动机全权限数字电子控制 (FADEC)中微处理系统的加电自检 (POST)方法。研究了 Hamming编码对航空发动机 FADEC中信息的故障检测和校正方法, 对微处理系统中的 RAM存储器故障检测以及 Hamming编码的故障检测和纠错能力分别进行了模拟实验。      

发动机控制系统限时派遣运行的成本优化方法

限时派遣TLD可以提高飞机的签派可靠度,降低由于航班延误或取消导致的运行损失。面向TLD分析建立了典型发动机控制系统马尔可夫模型,利用连续时间马尔可夫链CTMC推导了状态稳态频率公式,构建了系统单位时间运行成本模型。以平均完整性要求及签派可靠度要求为约束条件,以带故障派遣时间为决策变量,以系统单位时间运行成本以及签派可靠度为优化目标,分别构建了TLD分析的单目标和多目标优化模型。结合简化的发动机控制系统和实际全权限数字式发动机电子控制FADEC系统给出了工程应用实例,验证了模型的有效性。实例表明本文方法能够保证飞机在满足安全性要求和签派可靠度要求的条件下降低运行成本。     

基于气动热力模型的FADEC系统FHA方法

从适航规章对全权限数字发动机控制(full authority digital engine control,简称FADEC)系统的安全要求出发,结合功能危险分析(functional hazard assessment,简称FHA)的一般原则和FADEC系统的特点,得到了FADEC系统FHA的分析要素.根据分析要素中的工具与数据需求,将航空发动机气动热力模型用于可调放气活门(variable bleed valve,简称VBV)控制功能失效危险分析,结果表明:①该模型能够辅助确定FADEC系统功能失效的发动机影响;②FADEC系统功能危险的模型分析方法通过定量分析确定发动机影响的危险等级,为FHA提供直观的参考依据,可作为对专家经验的补充.      

航空发动机数控系统多故障识别

提出了一种基于模糊逻辑的航空发动机数控系统多故障的识别方法.首先采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型描述一种涡喷发动机数控系统的非线性模型,然后应用全解耦奇偶方程进行多故障的检测和隔离,并结合卡尔曼滤波器识别出传感器和执行器故障参数.仿真结果表明,针对传感器和执行器同时发生故障的情况,此方法能有效检测故障,并能准确识别出故障参数.      

面向FADEC系统BIT验证的综合故障注入器研究

为了评价航空发动机数字电子控制器机内自测试检测能力,提出了一种面向全权限数字电子控制(FADEC)系统机内自测试(BIT)验证的综合故障注入器的设计思想。综合故障注入器采用ARM处理器作为核心控制器;基于数模混合电路,分别通过后驱动技术和电压求和技术实现对数字电路节点和模拟电路节点的故障注入;针对各种传感器和执行机构的电气特征,设计了具有良好逼真度的接口模拟电路,从而与电子控制器(EEC)构成FADEC系统运行环境。通过对具有BIT功能的电子控制器原理样机的故障注入实验,证明该综合故障注入器作为航空发动机FADEC系统BIT设计和应用研究的工具是非常有效的。      

基于功能危险分析的涡扇发动机数字控制系统危险识别方法研究

将功能危险分析(FHA)方法应用到涡扇发动机全权限数字电子控制(FADEC)系统危险分析,对准确识别系统危险和提高多重失效分析效率的重点问题展开研究.针对由于结构复杂和功能层级较多导致的FADEC失效状态和影响的分析难度问题,提出了FHA功能定义及失效分析层级解决方案;针对多重失效状态数量的组合爆炸问题,提出组合劣化分...     

SCADE 在航空发动机FADEC 软件开发中的应用

为了探索SCADE开发环境在基于模型设计（MBD）的软件开发中的优势,理解其建模和自动代码生成机制,研究其在基于模型的测试和覆盖率分析中的实现方法,基于某型航空发动机FADEC系统的健康管理软件开发,应用了SCADE开发环境的建模、仿真、测试及覆盖率分析、代码生成与集成的全流程的MBD开发方法,并进行了完整的系统测试,测试用例全部通过。系统测试的结果验证了基于SCADE开发环境进行FADEC软件开发的正确性和可靠性,为SCADE开发环境在航空发动机FADEC软件开发中的应用提供了技术指导和工程借鉴。     

一种适用于FADEC系统的宽输入范围AC/DC变换器

针对航空发动机全权限数字电子控制(FADEC)系统专用发电机的输出特性,提出一种电流回馈型恒流变频AC/DC(交流/直流)变换技术,以适应专用发电机的宽输出范围,满足FADEC系统的供电需求.给出了该技术的控制策略、拓扑结构、工作原理、过压故障检测及保护设计方法.试验结果表明:该变换器工作稳定,在-55~125℃全温范围内,满足国家军用标准飞机供电特性(GJB181A)对电源的相关规定.研究成果已成功应用于某型航空发动机数字控制系统中,并通过了台架试车和飞行平台试验.      

开放式FADEC系统的数据总线研究

研究了容错数据总线这个从集中式向开放式架构过渡的关键技术.在深入研究确定性、一致性、开放性、拓扑结构、调度策略、容错机制和传输带宽等开放式FADEC(全权限数字电子控制)数据总线关键特征的基础上,分析了总线数据传输的时间不确定性问题.从性能、可靠性和可用性的角度深入研究了TTP/C(time-triggered protocol/automotive class C),ARINC659,TTCAN(time-triggered controller area network)和FlexRay这4种时间触发架构数据总线的关键特征.研究结果表明:TTP/C总线是开放式FADEC的最佳选择,最后提出了一种基于TTP/C总线的航空发动机模块化DEEC(digital electronic engine controller)硬件架构.      

基于Simscape模型的航空发动机系统安全性分析方法

针对航空发动机系统安全性分析中的耦合情况,研究基于Simscape模型的航空发动机耦合故障建模和安全性分析问题。在基于模型的安全性分析(MBSA)故障拓展一般特点的基础上,分析了Simscape环境下进行故障外部拓展和建模语言内部故障拓展两种方式,以建立耦合故障模型。以全权限数字式发动机控制(FADEC)主燃油控制子系统为研究示例,进行独立和耦合故障形式化系统安全性分析。结果表明:航空发动机系统安全分析Simscape模型基于系统设计环境,可直接成为系统设计和安全性分析共同的工具,便于保证设计和安全性分析的一致性;该模型拓展方法和建模语言,从故障数学原理出发,对实际系统不同物理域的组件独立和耦合故障特性具有灵活和定量描述能力;由此拓展的故障模型下的安全性分析具有形式化、直观性和客观性的优势。