航空机电系统技术发展综述

文中总结了国际航空机电系统技术研究现状,以美国为代表的国际先进飞机研发体系,将机电系统技术提升至与飞机平台技术并重的地位,将综合推进、能源与热管理技术列为核心技术领域,持续开展了MEA、INVENT、INPPAT、AVEM、NGT-PAC等一系列面向机电领域的重大技术专项和演示验证计划;梳理了系统架构综合化、能源利用多电化、能量管理高效化的机电系统技术发展趋势;展开了机电系统技术研发思考,提出了强化机电系统技术发展规律和需求认识、升级机电系统技术基础研究,和仿真验证能力是引领机电系统技术发展的2个关键方向。     

机电系统顶层架构设计方法

结合我国机电系统发展现状,分析波音和罗尔斯·罗伊斯公司为能量优化飞机设计提出的"架构遴选策略",剖析该方法从机电系统顶层设计阶段开始,不断缩小系统/子系统架构选择范围的整个设计过程,最终得到可供选择的机电系统架构设计方案。"架构遴选策略"为我国机电系统顶层架构设计提供可以借鉴的方法,能够满足能量优化要求下的全新机电系统正向设计需求,可以促进机电系统在能量、控制、功能和物理等方面的综合设计,实现机电系统整体性能最优。     

飞机空调系统热利用的分析及其仿真研究

研究给出了一种应用于飞机空调系统热利用计算的新方法,区别于传统热力学第一定律的能量分析方法,以热力学第二定律为基础,运用分析法对飞机空调系统进行热计算。以某型民航飞机为例,建立其空调系统模型,并按照设定的飞行任务的飞行参数实时模拟飞机空调系统热利用情况。在上述基础上,由系统最小减原理,仿真计算空调系统冲压空气进气调节板的开度变化,达到优化飞机空调系统热利用的目的。本研究表明,最小分析法对飞机复杂空调控制系统的热力学综合设计具有重要指导意义;将仿真技术应用于民航机热利用系统设计中,对系统的优化计算具有一定参考价值。     

太阳能飞机循环飞行的高度剖面能量策略

为满足设定的太阳能飞机多日连续飞行条件，依据飞行过程中当前时刻的飞行高度、光伏输出功率、动力电池组余量等系统状态参数，研究如何分配动力电池组充放电和电推进系统输入等功率。所用策略立足于实时功率平衡，充分利用正午前后的光伏峰值功率用于飞机爬升及充电，在午后下滑过程中利用全部光伏输出，以最大化利用光伏资源；在光伏有效输出不足时则以一定的维持功率下滑，使能量的综合损失最小。方法能够提高以预定夜间飞行高度连续多日续航的成功率，提升飞行高度、纬度、季节范围或搭载能力，或者拓展这几种飞行条件的组合域，优化太阳能飞机的适用性。     

太阳能飞机能量平衡建模

能量平衡是太阳能飞机设计工作的核心和难点。基于太阳能飞机能量原理,结合太阳辐射模型和太阳能飞机典型飞行剖面开展太阳能飞机能量平衡建模研究。根据太阳能飞机起飞-爬升-巡航阶段和持续跨昼夜飞行阶段的飞行剖面和能量需求,分别建立了各阶段的能量平衡模型,给出了各时段的能量特性计算方法并对傍晚下滑阶段的多种飞行情况进行了分类讨论。最后以某太阳能飞机为例对本文所建立的起飞-爬升-巡航能量平衡模型和持续跨昼夜飞行能量平衡模型进行了验证。     

一种电动飞机电推进系统的能效优化方法

电动飞机依靠电推进系统为飞机提供所需的动力,而电动飞机蓄电池的能量密度制约了飞机续航能力的提升。在蓄电池能量密度受限的条件下,进行电推进系统能效优化,提高电推进系统效率,降低电推进系统损耗,对增加飞机的续航时间具有重要意义。以某双座可调定桨距螺旋桨电动飞机电推进系统为例,依据飞机的飞行任务剖面搭建了飞机电推进系统在起飞及巡航阶段的系统损耗模型,以可调定桨距螺旋桨桨矩角为优化变量,以飞机完成一次飞行任务剖面能耗最小为目标,提出一种适于可调定桨距螺旋桨电动飞机电推进系统的能效优化方法。为了验证该方法的有效性,搭建样机测试平台,进行了样机试验,试验结果表明：该能效优化方法能够有效提高飞机电推进系统效率,使飞机完成一次飞行任务剖面的系统能耗降低了8%以上。     

基于模型的飞机机电综合管理系统设计应用研究

针对飞机机电综合管理系统功能高度集成、系统架构和接口设计复杂等特点,基于Harmony MBSE设计方法,开展了基于模型的机电综合管理系统设计应用研究。采用系统建模软件Rhapsody构建了某型飞机机电综合管理系统需求模型、功能分析模型和架构设计模型,实现了系统需求确定、功能分解、架构设计等关键技术过程,并通过状态机模型对系统设计的正确性进行了验证。应用结果证明,该方法可以有效支持机电综合管理系统的研制,为复杂系统的设计提供了一种有效的实施途径。     

高超声速飞机热管理系统控制模型构建与仿真

以高超声速飞机为研究对象,提出了一种基于单相流体回路的热管理系统(TMS)模型,通过热控制策略与热沉调度模型实现热沉制冷能力最大化目标,解决新型高速飞机日益彰显的冷源不足问题。热控制策略利用系统辨识与热载荷预测算法,提出基于能量平衡与温度反馈配合的热控制模型,解决热惯性带来的控制延迟问题。基于热沉冷却能力评估与热载荷匹配提出热沉调度模型,旨在合理利用各种冷源,解决飞行后期冷源不足的问题。研究通过MATLAB/Simulink仿真验证模型及算法,结果表明:所设计的TMS能够满足高超声速飞机长时间飞行需求;考虑能量平衡的控制模型在超调量及衰减比方面均优于温度反馈控制模型;基于热沉调度策略能够降低冷源消耗速率,更充分地利用各种机载热沉。      

高超声速动力能热管理技术综述

高超声速飞行器因良好的高速突防和快速打击能力成为重要的装备发展方向,但高超声速飞行工况的特殊性使其动力 系统对热管理和能源供给提出了严苛的需求。通过分析文献对高超声速动力的热防护、燃油热管理和进气预冷等技术进行了详 细评述。热管理对高超声速动力装置的功能和性能实现具有重要影响,但其目前在该领域研究技术的成熟度较低,飞发一体化是 解决问题的重要技术途径之一。通过文献综述对能源供给的生成及利用等技术与传统飞行器进行了对比,概述了现有高超声速 动力主要的能源供给方式的关键技术为燃油裂解气涡轮等,在此基础上总结了能热（能源与热）管理的未来发展趋势为热电转换 等,为高超声速动力能量综合能热管理技术的发展提供借鉴。     

临近空间太阳能飞机能量最优飞行航迹规划方法展望

临近空间太阳能飞机是低速临近空间飞行器中一种极具发展潜力的技术途径，有望成为一个理想的区域通信、中继和运输平台。实现N×24小时能源闭环的超长航时飞行，是发展临近空间太阳能飞机的核心问题，也是形成“区域保持+时间持久”特色能力的关键。能量最优航迹规划方法是解决临近空间太阳能飞机跨昼夜能量闭环难题的有效技术方向。当前临近空间太阳能飞机能量最优航迹规划方法可分为2类：不考虑风场变化的能量最优航迹规划方法和不考虑大范围高度变化的能量最优航迹规划方法。分别对这2类问题的研究成果进行了分析与讨论，考虑不同处理框架给实际工程应用带来的困难与挑战，认为未来应统一考虑太阳辐射、空间高度和风场变化，并融合重力势能与梯度风场对太阳能飞机临近空间持久驻留能量变化的影响，开展基于强化学习框架的太阳能飞机能量最优“通用”飞行航迹规划方法研究。为此，有必要开展临近空间风场环境表征与重构、临近空间梯度风场对太阳能飞机滑翔轨迹能量影响分析、最优飞行航迹示教轨迹生成与分类、基于示教轨迹的太阳能飞机强化学习框架构建等关键技术研究。可为设计太阳能飞机能量最优航迹规划方法提供参考，为规划太阳能飞机研究技术路线提供支撑。     

基于可用能的多电飞机能量利用率分析方法

为了分析复杂多电飞机系统的能量使用情况,将模块化系统建模与可用能分析方法相结合构造出一种能量利用率分析方法。利用该方法将多电飞机系统分成动力、电力、液压、机体、防冰除冰、环境控制和座舱等子系统,在完整巡航任务剖面内计算各子系统可用能的分配和使用情况,分析相同飞行状态下不同子系统以及相同子系统在不同飞行状态下的能量利用率。所采用的燃料可用能计算公式不仅考虑了化学能还考虑了燃烧状态的影响。结果显示,多电飞机中可用能损失主要发生在发动机中,液压作动系统紧随其次;防冰除冰单元在飞机盘旋阶段的可用能效率较低,在起飞着陆阶段效率较高。     

机载电子电气系统雷电间接效应防护与验证

越来越多的机载电子电气系统替代传统机电系统执行飞机关键/重要系统功能,而这类机载电子电气系统雷电间接效应防护技术水平直接关系到飞行安全与完成预期任务.囚此,飞机系统雷电间接效应防护能力是基于飞机系统防护和机载电子电气系统雷电间接效应防护水平.     

综合化飞行器管理计算机技术研究

目前国外新一代飞机的设计中,为进一步提高飞机的性能,同时降低系统费用,采用飞行器管理系统综合管理包括飞行控制、发动机控制、机电公共设备管理等飞机平台的功能.飞行器管理系统核心是飞行器管理计算机,细粒度可配置飞行器管理计算机不同于以往基于通道容错的计算机系统,它是基于模块级容错的计算机系统,细粒度可配置飞行器管理计算机设计利用综合化技术,通过采用通用的、标准的模块,提高系统的可靠性和可用性.它既要具有飞行控制系统的多余度安全,同时又需要满足发动机控制、机电管理等不同系统、不同余度配置的安全要求.另一方面飞行器管理计算机从系统结构、容错技术等方面要适应不断变化的微电子技术和计算机技术的发展,保持飞机平台具有相对的稳定性,更要具有灵活的系统配置能力.主要介绍了细粒度可配置飞行器管理计算机体系结构、软件要求、容错结构的实现.     

终端区交通流量管理咨询系统

一、前言随着民航事业的发展，近几年全国飞行量增长率将在比15％以上，预计首都地区的飞行量也将以每年12％－15％的速度递增，但是我国航班还远未达到社会需求，修建机场、开辟航线和增加航班的要求仍然比较强烈。随着飞行量的迅速增加，空中交通管制能力和飞行量之间不相适应的矛盾日益突出。因此如何加强空中交通流量管理，优化飞机的运行环境，保证飞行的安全、流畅、有序和减少飞行延误，已成为当今空中交通管制部门所面临的迫切任务。空中交通流量管理（ATFM）是指科学地安排空中交通管制系统中总的交通量与容量相适应。管理的对象…     

大跨时空任务背景下的太阳能无人机任务规划技术研究进展

通过任务规划技术合理的优化太阳能无人机的飞行轨迹和动力学参数,能够有效提高太阳能无人机的能量利用率,使其胜任许多大范围跨时间跨空间飞行任务。从能量建模、续航评估和能量管理策略3个方面对大跨时空任务背景下太阳能无人机任务规划技术的研究进展进行了综述。在能量建模方面,介绍了当前主流的太阳辐射模型和能量生产基本框架;在续航评估方面,分析了目前的指标设计和应用方法;在能量管理策略方面,从能量综合应用、风力滑翔机制、轨迹优化方法和面向特定任务的应用4个角度,梳理了当前的研究现状。最后,对该领域未来可能的研究方向进行了展望。     

一种生成飞行管理优化航迹的方法

本文针对飞行管理中的航迹生成问题进行了分析研究.飞行管理系统是以综合节油性和时间性的直接工作成本为其性能指标的.根据这一指标,本文探讨了用能量近似法生成优化航迹,对波音-767飞机的实际航线飞行进行了对比计算,并与波音公司制定的使用手册提供的飞行结果作了比较,证实了该方法的可行性。     

基于能量管理的横向机动弹道优化设计

为实现小射程能量的有效利用,增强导弹的突防能力和禁飞区规避能力,提出了一种基于能量管理的横向机动弹道设计与优化方法.该方法通过初始离面角使弹道一级偏离传统射面,后面级再修正射面以命中目标.在建立能量管理方程、初始离面角及横向转弯角的解析计算模型的基础上,迭代解析计算机动角的初值;采用遗传算法对机动角及弹道程序进行优化,得到了最优解.仿真结果表明,该方法在满足导弹能量管理的条件下实现了导弹的横向机动,可有效提高弹道导弹的突防能力,优化算法简单可行,收敛效果好.     

高超声速飞机机载作动系统发展分析

吸气式高超声速飞机面临严酷的高动压、大热流飞行环境，要求机载系统既要兼具高功率、高效能与高耐热能力，又要满足严苛的体积、重量（质量）与能量约束，给飞控作动系统设计带来了极大的技术挑战。本文通过对高超声速飞机任务和平台动力特点的分析，系统地论述了其飞控作动系统面临的挑战，包括能源、结构和热管理等问题。基于已有高速飞机的公开资料，对作动技术发展现状进行了梳理，结合热管理与机载能源的发展趋势，展望了高超声速飞机作动系统的重点发展方向，并给出了具有可行性的发展路线。     

低能量状态对飞行安全的危害及改出方法

对民机在进近着陆阶段可能诱发飞行事故的低能量状态和驾驶员的改出操纵方法进行了研究。根据近年的民机事故分析报告,结合运输类飞机适航标准CCAR-25-R4、飞行试验指南AC25-7C、军用规范及相关行业标准,较系统地提出了涉及着陆拉平、侧风着陆和可控撞地的低能量状态的定量判定准则。以某型支线客机为例,采用数字仿真计算的方法,分别研究了在进近着陆过程中低动能和低势能状态可能导致的飞行安全问题及其特点。针对低动能改出提出了增加速度并抑制爬升的方法,针对低势能改出提出了增大俯仰姿态并保持速度的方法,最后通过仿真计算验证了两种改出方法的有效性。研究结果可为低能量告警系统的设计和驾驶员的改出操纵培训等提供理论参考。     

高性能飞机的战术飞行管理系统

本文着重介绍战术飞行管理系统的概念、要求和展望。战术飞行管理系统是最近才提出的区域导航、能量管理、突防、地形跟踪/回避、提高机动武器效能的综合系统概念。把提高武器效能自动地与飞行控制系统交联的飞行管理技术已发展成综合飞行/武器控制,而导航系统、飞行控制系统及推力控制系统的交联则涉及综合飞行轨迹控制,现代突防概念要研究地形跟踪/回避。战术飞行管理系统是在这些技术基础上发展一个统一任务使命系统,以明显提高作战效能和生存性.