基于响应面的系统性能可靠性优化设计方法

提出了建立基于Logistic变换的性能可靠度与关键设计参数(DDP)之间函数关系的响应面方法以及性能可靠性优化设计模型。通过试验设计、一体化仿真、Logistic变换、多项式拟合、方差分析和模型检验等步骤,来构建系统性能可靠性响应面模型。并以性能可靠度为目标,性能设计参数可行域为约束进行设计优化。针对舵机案例,以性能模型和干扰模型为基础,通过仿真及回归分析,建立了性能可靠度与关键设计参数（Ce,Kp,J）的响应面模型。建立了舵机性能可靠性设计优化模型,对关键设计参数进行了优化。     

无人机用小型航空发动机可靠性指标评定

为了评价小型航空发动机在研制过程中的可靠性水平,基于其结构和使用特点,建立了可靠性参数体系和指标评定方法;选择平均故障间隔时间（MTBF）、起动可靠度（RSS）、平均致命故障间隔时间（MTBCF）作为发动机的可靠性参数,采用Bayes数据融合方法建立MTBF评定模型、采用故障树分析方法建立RSS评定模型、采用关键件的寿命分布建立MTBCF评定模型;与传统取平均值计算方法相比较,提出的方法将发动机的故障数据分类统计、分层次评估,能够全面反映出系统的可靠性状态,并有利于发现系统中存在的薄弱环节,通过应用实例说明了该方法的有效性．     

易产生MSD结构的耐久性/损伤容限综合分析方法

为了同时满足飞机结构寿命和安全性的要求,提出一种耐久性/损伤容限综合分析方法,用以同时对多部位损伤（MSD）结构进行耐久性和损伤容限分析。耐久性分析时采用概率断裂力学方法结合串联可靠性模型,给出给定可靠度要求下的经济维修寿命估计;损伤容限分析中通过抽样模拟结果拟合参数得到剩余寿命的概率分布函数,进而通过寿命干涉模型得到不同裂纹扩展寿命下的结构可靠度。结合工程实例并与现有方法进行对比分析,结果表明：该方法是合理的、有效的;实现了寿命分析和可靠度分析的有机结合,可用于对飞机MSD结构的综合设计和分析。     

面向航电系统容错特征的任务可靠性建模方法研究

基于AADL语言和GSPN模型面向DIMA系统开展任务可靠性建模研究,考虑系统的容错特征及其模式转移逻辑,建立AADL系统建模语言与GSPN模型的转化规则,进行系统可靠性定量分析,并以典型航电产品为例进行了方法应用和仿真。本文提出的方法和规则可实施性强,为存在重构或备份等容错技术的航电产品进行多模式转移 的系统任务可靠性建模提供参考。     

Weibull分布参数估计值对细节疲劳额定强度的影响

将新材料、新工艺应用于民机结构设计时,细节疲劳额定强度（DFR）法仍是重要的评估方法。根据新型铝合金疲劳试验数据,全面分析了Weibull分布形状参数对DFR计算参数的影响;分析标准S-N曲线斜度参数对DFR的影响时,应考虑可靠性寿命的变化,采用低可靠度寿命计算曲线斜度参数可降低Weibull分布形状参数的影响;比较了采用不同分布参数估计值与传统上采用波音公司给定值进行DFR计算的差异。结果表明,对于通过符合性检验的试验数据,使用不同Weibull分布的参数估计值计算得到的DFR都大于按传统方法（用波音公司给定值）的计算结果,其中,三参数Weibull分布计算的DFR最大,至少增加10%以上。     

DIMA架构下飞机全电刹车系统故障传播行为分析与评估

在DIMA平台开放性体系架构的背景下,飞机航电与机电等系统功能逐渐渗透融合,面向DIMA架构的全电刹车系统是未来飞机刹车系统的主流设计趋势,但目前尚未形成针对DIMA架构下全电刹车系统的故障传播行为分析与评估方法。针对上述问题,首先结合DIMA架构特征和全电刹车相关标准,分析面向DIMA架构下的全电刹车系统分层架构,在此基础上构建全电刹车系统任务-功能-资源层次模型。其次,考虑到DIMA平台资源共享的特点,结合系统层次模型开展系统耦合关联分析,引入Floyd算法计算间接耦合矩阵以及路由矩阵,通过构造失效严重程度矩阵量化系统关联耦合度,建立系统故障传播结构模型,综合考虑故障路径传播概率和系统边缘介数,构建DIMA架构下全电刹车系统故障传播强度模型,以识别系统故障传播关键路径,完成故障传播行为分析与评估。最后通过实例分析,以验证所提方法的正确性与合理性。     

基于贝叶斯网络和共因失效的飞机电源系统可靠性分析

飞机电源系统中的冗余设计提升了飞机系统的可靠性，但同时也增加了共因失效发生的概率。为了准确分析飞机电源系统的可靠性，首先，采取α因子模型对共因失效部件的失效率进行分解计算，并利用贝叶斯网络（BN）建立考虑共因失效的飞机电源系统可靠性模型。然后，对比分析考虑与不考虑冗余部件之间的共因失效因素时飞机电源系统及其子系统的可靠性。结果表明，考虑冗余部件之间的共因失效因素时，得到的飞机电源系统及其子系统可靠度相对于不考虑冗余部件之间的共因失效因素时较低，更加吻合实际情况。     

无人机用燃料电池阴极供气系统建模与控制

燃料电池因其高效、无污染、噪声小等特点,被认为是未来最具有潜力的无人机（UAV）用动力源,燃料电池阴极供气系统的控制技术是决定燃料电池系统性能和可靠性的关键。针对无人机用质子交换膜燃料电池（PEMFC）阴极供气系统,首先,考虑外界温度、压力、空气密度以及雷诺数等随高度变化的参数,建立了跨高度离心空压机模型并分析了其在不同高度下的工作特性,基于无刷直流电机反电势特征构建了高速空压机驱动电机模型。其次,通过计算燃料电池阴极氧气和氮气的动态分压获取了PEMFC电堆输出电压。设计了基于分数阶PI^λD^μ的过氧比和阴极气压控制方法,驱动电机采用有限集模型预测控制（MPC）实现快速的转矩响应,仿真结果表明设计的控制器可在无人机跨高度运行条件下实现过氧比的快速调节,同时维持阴极气压稳定,满足燃料电池阴极供气需求。     

基于在线加载分区机制的重构方案的设计与实现

随着综合模块化航空电子系统（IMA）结构技术的发展,对航电系统的安全性和可靠性的要求也进一步提高。本文提出的IMA重构方案基于VxWorks653系统中的在线加载分区(Online-Loaded)机制,可以做到对应用程序的动态加载,使得IMA系统在发生故障时能按预设的配置进行功能迁移,从而实现IMA系统的重构。在该重构方案的基础上还同时设计了分步加载技术。测试验证表明,分步加载技术明显减少了重构的耗时,提高了重构的效率。     

矢量喷管机构强度可靠性分析

本文将矢量喷管构件的强度考虑为随机变量,将构件的应力考虑为随机过程,建立了构件结构功能函数的随机过程模型.通过结构功能函数的极小值变换,把功能函数的动态可靠性模型转化为功能函数极小值分布的静态可靠性模型.根据构件应力过程的特点,把构件应力的随机过程简化为Gumber-平稳二项随机过程,并给出了当构件强度分布为正态分布,但分布参数未知时,构件可靠度的最小方差无偏估计值.     

DIMA系统软件集成技术研究

本文针对分布式综合模块化系统中核心计算平台模块设计通用化、安装可替换以及功能可重构等要 求,研究系统软件集成技术和方法,提出了DIMA 系统中通用处理模块可互换性及功能可重构的解决方案,解 决了系统中通用处理模块资源有效利用和管理简易化的问题。     

Hybrid partition- and network-level scheduling design for distributed integrated modular avionics systems

Distributed Integrated Modular Avionics (DIMA) develops from Integrated Modular Avionics (IMA) and realizes distributed integration of multiple sub-function areas. Time-triggered network provides effective support for time synchronization and information coordination in DIMA systems. However, inconsistency between processing resources and communication network destroys the time determinism benefiting from partitions and time-triggered mechanism. To ensure such time determinism and achieve guaranteed real-time performance, system design should collectively provide a global communication scheme for messages in network domain and a corresponding execution scheme for partitions in processing domain. This paper firstly establishes a general DIMA model which coordinates partitioned processing and time-triggered communication, and then proposes a hybrid scheduling algorithm using Mixed Integer Programming to produce feasible system schemes. Furthermore, incrementally integrating new functions causes upgrades or reconfigurations of DIMA systems and will generate integration cost. To control such cost, this paper further develops an optimization algorithm based on Maximum Satisfiability Problem and guarantees that the scheduling design for upgraded DIMA systems inherit their original schemes as much as possible. Finally, two typical cases, including a simple fully connected DIMA system case and an industrial DIMA system case, are constructed to illustrate our DIMA model and validate the effectiveness of our hybrid scheduling algorithms.     

基于效能的先进战斗机航电系统动态重构方法

为满足未来先进战斗机全战斗过程的对敌压制能力需求，分析了作战任务与航电系统支持能力间的关系，建立了"作战任务-航电能力-资源需求"间的关系矩阵和航电系统效能模型；以最大化全飞行阶段航电功能整体效能和飞行安全为目标设计了针对不同作战场景的航电系统动态重构策略及重构流程；通过数值分析，对比了动态重构航电系统与静态配置航电系统在不同作战区边界的效能，表明动态重构特性能有效提高战斗机各阶段的作战效能，提高有限资源条件下的阶段优势。     

时变磨损间隙对机构可靠性的动态影响

为克服磨损速率恒定和磨损影响因素随机性假设带来的不足,并准确预测机构磨损可靠性的动态变化过程,利用等效弹簧阻尼接触碰撞力模型和磨损过程离散化方法,建立了关节间隙的时变磨损方程;引入PHI2方法、定义上穿率,将时变磨损方程转变成时变可靠性方程,从而提出了含时变间隙多体系统动力学和PHI2方法相结合的磨损可靠性分析方法。以某星载天线双轴定位机构为例,研究了产品可靠性及参数概率灵敏度的动态变化规律,分析了磨损各参数对产品可靠性的影响。结果表明,在稳定磨损阶段结束以前,接触碰撞力是主导因素,其对可靠性的敏感度是其他因素的10倍以上,此后,间隙将超过接触碰撞力,成为新的主导因素;且间隙存在临界情况,在此之前,间隙的适当增大有利于产品可靠性的提高。相比于现有研究强调磨损随机性、忽略磨损过程的非线性变化和间隙时变对可靠性的影响,所提方法能准确预示磨损及可靠性的动态变化过程。     

多余度飞控计算机系统分级组合可靠性建模方法

系统可靠性是决定飞机飞控计算机系统(FCCS)体系结构选型的重要依据,可靠性建模技术(SRMT)是定量评价系统可靠性的关键。目前有可靠性框图(RBD)、故障树分析(FTA)、Markov随机过程和Petri网等多种系统可靠性建模方法,由于求解的途径不同,各种方法都具有优缺点。文章综合静态和动态系统可靠性建模方法特点,提出一种分类划分和分级组合的系统可靠性建模(HCRM)方法,并用该方法对Boe-ing777飞机非相似余度FCCS进行了可靠性建模。与传统方法比较,该方法将基于状态的可靠性建模方法和非状态可靠性建模方法进行组合,并基于系统静态和动态特性分级建模和求解,在一定程度上化解了复杂系统可靠性建模的复杂度和求解难度,使系统可靠性模型更加精细和符合实际系统。     

计算机辅助可靠性设计分析系统研究

介绍了以可靠性设计分析工作流程为主线,以可靠性数据库为核心,全面支持可靠性要求制定 (定性和定量要求 )、可靠性设计分析和可靠性设计分析咨询等工作,及与传统专业软件综合应用的计算机辅助可靠性设计分析软件系统。详细论述了该系统的功能和软件结构;软件支持的可靠性设计分析功能流程;与EDA、热分析等传统专业软件综合应用进行可靠性预计、FMEA等关键技术,及软件的特点。     

Failure treatment strategy and fault-tolerant path planning of a space manipulator with free-swinging joint failure

Aiming at a space manipulator with free-swinging joint failure, a failure treatment strategy and fault-tolerant path planning method is proposed in this paper. This method can realize failure treatment of a space manipulator with free-swinging joint failure through determination of the optimal locked joint angle and dynamics model reconfiguration. Fault-tolerant path planning is realized by the establishment of the degraded workspace with integrated kinematics performance (DWWIKP) and an improved A-Star (A1) algorithm. This paper has the following contributions. The determination of the optimal locked joint angle can ensure that the manipulator is able to continue follow-up tasks while maximizing the workspace of the manipulator after locking the fault joint. Underactuated control of a high degree-of-freedom (DOF) manipulator can be effectively solved through dynamics model reconfiguration. The analysis process of the dynamics coupling relationship can be applied to cases where the active joint and the passive joint are parallel or perpendicular to each other. The establishment of the DWWIKP can demonstrate the kinematics performance of the manipulator in both joint space and operation space comprehensively. The improved A1 algorithm based on the integrated kinematics performance index (IKPI) can search a fault-tolerant task trajectory that satisfies the requirements of reachability and the overall kinematics performance simultaneously. The method proposed in this paper is verified by a 7-DOF manipulator, and it is available to any DOF manipulator with free-swinging joint failure.