冲压空气涡轮气动性能快速算法研究

正冲压空气涡轮(RAT)系统是飞机的应急动力系统,在飞机失去主动力和辅助动力的紧急情况下,RAT利用飞机滑行速度,将气流的冲压能转变为机械能,驱动液压泵/电机向飞机提供应急能源。图1给出了RAT在民航飞机中的实际应用。涡轮叶片是冲压空气涡轮提取气流能量的核心部件,其气动性能直接决定了系统的能量提取能力,因此涡轮叶片的设计和计算是RAT系统设计中的核心技术之一。     

民用飞机RAT发电机自然结冰环境飞行试验研究

为了检验某型飞机RAT发电机在自然结冰环境下能否正常释放和供电,对该RAT发电机自然结冰试飞进行研究。首先,阐述RAT发电机进行自然结冰试飞的原因、目的以及民用航空标准对自然结冰环境的要求;其次,介绍RAT发电机自然结冰的试飞方法;最后,对试飞结果进行分析。结果表明:RAT发电机自然结冰环境条件满足适航规章要求,能够在可预期的自然结冰环境下实现手动释放功能且供电功能正常。     

一种获取飞机RAT带载能力的试飞方法

飞机RAT的实际带载能力不仅取决于飞机空度,而且受到飞行姿态的制约,很难用理论公式准确推算。提出了一种飞行试验方法,分析特定的试飞测试数据,可获得飞机RAT的实际带载能力。试验包括RAT平飞带载和RAT侧滑带载两部分试飞。通过RAT平飞带载试验,得到不同重量下的RAT空速与飞机空速的关系曲线;通过RAT侧滑带载试验,可得到不同侧滑角飞行下RAT空速与飞机空速的关系曲线。结合试验结果,可以确定飞机在任意重量和飞行姿态下的RAT空速,进而获知RAT实际带载能力。     

飞机冲压空气涡轮系统的动态特性分析

冲压空气涡轮是飞机能源失效时使用的关键应急系统。首先依据冲击空气涡轮（RAT）工作原理确定其物理架构；然后对涡轮部件、能源转换装置、展开装置和展开随动机构等4个主要部件进行力学分析，建立各部件的力学方程组。依据该力学方程组，建立涉及力学、液压、刚体动力学的多学科冲压空气涡轮系统模型。使用该模型仿真了某真实系统在不同工况和设计参数下的动态特性，研究了关键设计参数对系统性能的影响，为冲压空气涡轮系统正向设计提供依据。最终，某型冲压空气涡轮系统风洞试验数据验证了所提系统模型的准确性。     

基于双模型滤波算法的环控系统换热器故障诊断

 在建立飞机环控系统数学模型的基础上,提出采用双模型滤波方法进行参数估计、状态预测和故障诊断,提高飞机环控系统故障诊断的快速性和准确性。如果采用最小二乘算法,参数估计是静态的,故障诊断延迟一般较大;采用单模型扩展Kalman滤波算法,虽然能够实现动态估计,但不能同时兼顾稳态过程和过渡过程（突发故障）的参数估计,导致误差较大。为了解决上述难题,针对飞机环控系统换热器故障诊断,提出两模型滤波算法。该算法由两个滤波器组成,分别用于跟踪系统的稳态和过渡过程。由于采用了两滤波器模型分别匹配不同的系统特征,能够改善飞机环控系统不同状态下的参数估计和状态预测性能,从而提高系统故障诊断的精度和速度。仿真结果证实了该算法的有效性。     

轮胎爆破下飞机液压能源系统安全性分析方法

为了评估飞机在发生轮胎爆破时对液压系统的影响,提出一种分析轮胎爆破下飞机液压系统安全性的方法。轮胎爆破会损坏液压管路,直接影响到液压能源系统及下游设备的正常工作,对飞机的飞行安全造成重大影响。分析方法基于轮胎爆破模型假设,首先分析轮胎爆破冲击波对液压系统的影响,随后综合考虑碎片的影响,对起落架舱进行轮胎爆破影响范围的空间扫略分析,得到轮胎爆破对液压能源系统的安全性影响。本安全性分析方法也可作为其他系统专业轮胎爆破安全性分析以及整机级安全性分析的输入。     

基于两层POD和BPNN的翼型反设计方法

翼型优化过程需要大量的 CFD 分析,计算量大、耗时长。本文发展基于本征正交分解（POD）和反向传播神经网络（BPNN）的翼型反设计方法,该方法的优化过程如下：首先,通过 Hicks-Henne 参数化,在设计空间中构造翼型外形的样本库,并利用 Xfoil/Fluent 对样本翼型的流场进行求解;然后,对翼面压力系数和几何外形分别建立 POD 模型,即两层 POD 模型,并得到对应的基模态系数;最后,使用 BPNN 建立从压力系数的基模态系数到几何外形的基模态系数的映射,实现在给定压力系数下对几何外形的快速预测。通过算例分析,结果表明：在亚/跨声速状态,基于 200 个样本训练所得的两层 POD+BPNN 模型可以实现对具有目标压力系数分布的翼型的预测,其精度满足翼型反设计要求。     

FMS巡航阶段的垂直轨迹预测算法及应用

飞机的飞行过程涉及多个垂直飞行阶段,巡航阶段占了绝大部分的飞行时间、飞行距离及燃油消耗,研究飞行管理系统（FMS）巡航阶段的垂直轨迹预测算法,对于提升飞行的经济性、舒适性、安全性是非常重要和必要的。为了满足不同类型飞机之间巡航阶段垂直轨迹预测算法的通用性,提高垂直轨迹预测的精确度和可信度,提出一种适用于巡航阶段的垂直轨迹预测算法。首先,通过计算巡航阶段的速度剖面,构建预测过程中更加符合实际的大气模型;然后基于第一性原理（第一法则）的飞机模型计算所需的巡航燃油流量数据,通过设计的巡航阶段垂直轨迹预测算法逻辑,给出巡航阶段预测的垂直轨迹;最后通过地面仿真试验和空中试飞验证算法的有效性与准确性。结果表明：本文提出的基于第一性原理飞机模型的FMS 巡航阶段垂直轨迹预测算法能够预测飞机的巡航轨迹,且预测精度误差低于1%。     

涡轮冲压组合发动机燃油系统温升仿真研究

为了实现涡轮冲压组合发动机(简称组合发动机)燃油系统温升仿真计算,基于Flowmaster软件平台首次建立了组合发动机燃油系统温升仿真计算模型,为提高精度,根据试验数据自定义了航空煤油随温度压力变化的物性模块代替软件内置物性模块,基于此进行仿真计算得到不同工作模态下燃油系统温升情况。计算结果表明:涡轮模态工况下自定义物性模块计算得到的主要节点温升与软件内置物性模块相比总体偏低,且压力变化越大计算结果偏差越大;模态转换期间各子燃油系统流量迅速变化对燃油温度影响十分显著;冲压模态工况下燃油流量为2.68倍主燃烧室燃油流量时,可承受的最大发动机热负荷为400kW,最大飞行马赫数为5。实现了对发动机燃烧室入口燃油温度的预测和评估。     

基于POD方法的跨声速轴流压气机转子叶顶间隙流场分析

以跨声速轴流压气机转子NASA Rotor 36为对象,研究了叶顶间隙流场的非定常流动特性。在数值模拟结果的基础上,采用本征正交分解(POD)方法获取POD模态和时间系数分布规律,进一步分析了近失速工况下叶顶间隙流场的流动特性。结果表明:在近失速工况下,叶顶间隙流场的主导频率为叶顶泄漏涡频率,约为0.6倍转子通过频率;能量较高的POD模态决定了叶顶泄漏涡的波动频率和幅值,低能量的高阶涡则影响流场的细微结构;同时发现,前5阶POD模态就可以很好地重构流场,这为低阶模型的应用提供了一定的理论指导。      

起落架舱对运输类飞机机身阻力特性的影响研究

通过对后体上翘的运输类飞机机身（机身＋起落架舱）的CFD数值模拟,研究了起落架舱对机身最小阻力攻角的影响。结果表明：对于后体上翘较大的运输类飞机,相对于净机身,加上起落架舱后,机身阻力增加,但最小阻力攻角明显减小。     

飞机性能参数预测的不确定性处理

 利用飞机的性能参数对飞机进行故障预报和状态监控是非常重要的。飞机的性能参数不仅具有非线性而且往往包含噪声,使得故障预测结果具有不确定性。针对这些问题,研究了利用非线性支持向量机处理飞机性能参数的预测问题,通过增加线性约束的方式解决了噪声带来的不确定性问题。此种方法不仅提高了预测的精度,而且模型可以利用适用于处理大规模二次规划的序列最小最优化算法进行求解,使得其可以解决大数据量的预测问题。利用仿真数据以及实际飞机性能参数对该方法进行了实验分析,实验结果表明此方法在精度上较不考虑噪声影响的模型有所提高,对于进一步提高飞机故障预测的精度,从而提高飞机的安全性具有重要意义。     

递阶偏最小二乘回归在飞机研制费用预测中的应用

分析了飞机研制费用样本数据少、费用驱动因子众多的特点,考虑到递阶偏最小二乘回归(Hi-PLS)方法在变量规模巨大情形下进行回归建模的优势,应用递阶偏最小二乘回归方法对飞机研制费用进行预测。以战斗机机体研制费用预测为例进行研究,首先对战斗机机体研制费用驱动因子进行分组,然后应用递阶偏最小二乘回归方法对分组后的费用驱动因子进行回归建立机体研制费用预测模型。实例表明,在飞机研制费用预测方面,采用递阶偏最小二乘回归方法预测更能体现研制费用与飞机性能参数之间的关系。     

纵向短周期飞行品质评估时域分析方法

基于飞机在纵向短周期飞行模态下,其阻尼比、自然频率等固有属性不随输入参数大小而改变的特性,提出了一种时间响应参数识别方法。从小扰动方程出发,给出飞机纵向短周期模态下参数随时间变化方程,运用遗传算法和最小二乘法直接对飞机参数时间响应进行拟配,简化了时域等效方法。通过与等效拟配结果对比,验证了结果的可靠性。该方法可忽略飞行员操纵中较小的静误差,有一定的工程应用价值。     

面向出舱活动的典型功能操作肌肉激活预测

面向出舱活动中航天员肌肉状态和体力负荷的风险评估,为了实现航天员肌肉激活的预测,开展了着常服和舱外服两种工况下不同操作位置的推、拉、提、压共8组典型功能操作实验,测试航天员最大施力能力的同时采集了肱二头肌长头、肱三头肌外侧头和三角肌前束的肌电信号。提出基于人-舱外服耦合运动生物力学模型预测着舱外服人体的肌肉激活,并预测了两种工况下8组典型功能操作的肌肉激活。通过预测结果和积分肌电值的相关性分析,验证了模型预测的有效性,为研究人-舱外服真实交互方式提供了新的方法学思路,对肌肉激活的预测为出舱活动任务规划提供了生理学依据。     

基于径轴向Tchebichef矩函数三维曲面非对称结构的模型修正

采用积分的思想,将曲面机匣看作由若干圆柱机匣积累而成,将曲面机匣振型数据插值到一个圈数×点数×层数的三维像素空间内,能够实现径轴向Tchebichef矩(RAT矩)对曲面机匣模态振型的识别。利用RAT矩函数从曲面结构模态振型数据提取矩特征值,实现对振型数据的压缩,基于矩特征值的相关性分析能够很好地描述重模态现象,弥补了传统模态置信准则(MAC)值对于重模态描述的缺陷。进而将矩特征值代替振型数据,作为目标函数,应用于模型修正。矩特征值的数据量远小于振型数据,能够提高计算效率、避免修正结果不收敛。考虑到工程部件大多非完全轴对称,以一个带有非对称凸台的航空发动机机匣为例,基于RAT矩进行模态计算、相关分析和模型修正,发现同时利用频率与RAT矩进行模型修正,相关性有明显的提升,例如第9阶模态的相关性由35.35%提升到67.21%。各阶模态对的频差也都明显降低,最大频差由14.56%降至9.09%。证明了RAT矩函数能够应用在三维曲面非对称机匣的模型确认中。     

基于本征正交分解和代理模型的高超声速气动热模型降阶研究

气动热弹性分析是高超声速飞行器设计的关键技术之一。高超声速飞行器气动热的准确快速预测是气动热弹性分析的重要前提。针对当前气动加热工程计算、数值计算和实验研究均不能很好满足设计要求的问题,采用本征正交分解(POD)与代理模型(Surrogate)技术结合的模型降阶(POD-Surrogate)方法,建立了一种快速高效的高超声速气动热降阶模型框架。针对典型高超声速三维翼面气动热预测研究结果表明:当保留的POD基模态个数大于20时,PODKriging方法和POD-RBF(Radial Basis Function)方法的降阶模型得到的翼面温度分布与计算流体力学(CFD)计算温度L∞平均误差分别达到6%和14%,相对均方根误差(NRMSE)平均误差分别达到4%和12%,继续增加POD的基模态并不能提高降阶模型的预测精度;针对高超声速机翼气动热计算,POD-Kriging方法比POD-RBF方法具有更高的精度;针对典型的高超声速三维翼面气动热预测表明:基于POD-Surrogate方法的气动热降阶模型具有较高的精度和效率。     

飞机横航向模态模型的选择

评价有人驾驶飞机的操纵品质,要求将高阶飞机系统用一个动态特性等效的低阶系统来代替。由于飞机横航向等效系统比较复杂,如何选择恰当的模型进行辨识是一个很重要的问题。依照军用规范,通过对飞机横航向运动等效系统模型的建立,分析了在××飞机铁鸟台架试验过程中,在信号激励下飞机横航向运动的几种模态的运动情况,并依此模型进行辨识,得到飞机横航向模态的品质参数,取得很好的计算结果。     

波音737飞机电源系统的初步分析

本文在指出波音737飞机电源系统的基本形式、供电系统的组成及其相互关系的基础上,着重分析在飞行中,飞机电源系统的正常供电、非正常供电和应急供电。     

数字化试飞平台下基于PSO的某型初级教练机飞行品质参数辨识试飞工程方法研究

飞机飞行品质系统辨识是根据飞机系统的输入和输出响应时间历程求取该系统的数学模型及模型中的各参数的过程.本文给出一种在飞行试验中辨识飞机飞行品质短周期模态特性参数辨识试飞工程方法,首先应用连续域等效低阶系统传递函数来描述飞行品质模态特性系统,然后采用基于粒子群算法(Particle Swarm Optimization,...