Remaining useful life prediction for engineering systems under dynamic operational conditions: A semi-Markov decision process-based approach

For critical engineering systems such as aircraft and aerospace vehicles, accurate Remaining Useful Life(RUL) prediction not only means cost saving, but more importantly, is of great significance in ensuring system reliability and preventing disaster. RUL is affected not only by a system's intrinsic deterioration, but also by the operational conditions under which the system is operating. This paper proposes an RUL prediction approach to estimate the mean RUL of a continuously degrading system under dynamic operational conditions and subjected to condition monitoring at short equi-distant intervals. The dynamic nature of the operational conditions is described by a discrete-time Markov chain, and their influences on the degradation signal are quantified by degradation rates and signal jumps in the degradation model. The uniqueness of our proposed approach is formulating the RUL prediction problem in a semi-Markov decision process framework, by which the system mean RUL can be obtained through the solution to a limited number of equations. To extend the use of our proposed approach in real applications, different failure standards according to different operational conditions are also considered. The application and effectiveness of this approach are illustrated by a turbofan engine dataset and a comparison with existing results for the same dataset.     

民用飞机外翼与中央翼下壁板对接形式

飞机外翼与中央翼的对接结构承担着传递外翼载荷到中机身和中央翼的重任。本文首先梳理了先进民用客机的下壁板对接形式,然后给出了不同下壁板对接结构的设计要点,最后分析了典型机型下壁板对接结构的传力特性,指出下壁板结构的材料类型会影响对接结构的设计。     

横向喷流干扰/控制研究进展

横向喷流与飞行器的推进、机动、分离、防热和隐身等问题密切相关.笔者简要分析了横向喷流干扰流动的特点和研究重点,对国内外研究现状和进展进行了综述,分析了目前仍面临的主要技术困难和制约研究成果工程化的主要因素,并提出了发展和完善相关试验技术的建议.     

一种与样本信息合理匹配的可靠性模型

针对随机变量具有一定的积累而又不足以确定概率分布的情况,提出了一 种新的基于分段均匀描述的可靠性模型。该模型在积累数据构成的各个子区间上,采用区间 不确定性情况下的非概率模型求得相应的非概率可靠性指标,并依据每个子区间内均匀分布 假设下非概率可靠性指标与概率可靠度的关系,求得每个子区间内无频率信息情况下基于均 匀分布描述变量不确定性时的概率可靠度。由于每个子区间在所积累的数据中出现的可能性 相等,因此可将每个子区间内的概率可靠度进行平均来得到结构的可靠度。与非概率可靠性 模型只利用了积累数据的最大值和最小值情况相比,此方法可以充分利用积累数据中包含 的不确定性信息,避免了非概率模型描述时过于保守的结果。与概率模型相比,本文方法利 用积累数据自然形成的子区间上的均匀分布描述,避免了关于分布的强假设以及分布参数估 计在小样本情况下的较大误差。算例表明,所提模型是一种介于概率与非概率可靠性模型之 间的合理方法,它可以与样本信息较好地匹配,从而合理地度量结构的安全程度。
     

基于任务规划的有限推力燃料最优交会

给出了空间交会冲量机动任务规划及基于该任务规划的有限推力燃料最优交会算法。首先,以双冲量空间交会作为问题的初步模型,采用Battin-Vaughan算法对追踪器初始位置和飞行时间的组合进行遍历计算,通过分析特征速度等值线图,进行空间交会的任务规划,为有限推力燃料最优交会提供重要的初值条件。基于任务规划分析,建立了有限推力燃料最优交会的最优控制模型,根据庞特里亚金极值原理将最优控制问题转化为两点边值问题,采用共轭梯度算法进行数值求解。在变轨时间固定、连续变推力的情况下,以总冲最小、满足终端位置和速度约束为指标,对推力大小和方向进行优化。通过数值仿真,得到了一些重要的结论,为工程应用提供了一定参考价值。     

锯齿形硅基微通道内流动与换热特性实验

采用微机电系统(MEMS)工艺在硅片上制作锯齿形微通道,并对其内部流动和换热特性进行了实验研究,同时与相同高宽比和当量直径的平直微通道进行了对比,讨论了锯齿形硅微通道强化换热的机理.研究表明:锯齿形微通道内流动摩擦常数fRe和换热努塞尔数Nu较平直微通道均有明显提高,且提高幅度随雷诺数Re增加而增加;相同泵功条件下锯齿形微通道换热热阻显著下降.      

亚轨道飞行器返回侧向制导规划方法

侧向制导方法是亚轨道飞行器返回制导方法中重要的一方面。由于亚轨道飞行器返回飞行过程短,因此采用侧向走廊的方法进行倾斜角的反向控制,末端制导精度差。为此,利用归一化能态方程的积分端点固定、积分过程快的特点,提出了一种快速收敛的迭代倾斜角反向时机规划方法。算例结果表明,采用该方法可以实现反向点的在线规划,从而有效提高了侧向制导精度。     

非定常低雷诺数流数值模拟方法研究

低雷诺数翼型流动的一个重要特征是分离泡的产生,并且分离泡通常是非定常的。基于有限体积法,N-S方程和S-A模型的控制方程非耦合求解,时间均采用牛顿型LU-SGS方法推进,无粘项和粘性项用中心差分方法离散计算,在计算非定常流场时,采用伪时间子迭代方法,湍流模型计算时采用在固定点转捩,研究了二维翼型低雷诺数流粘性流动的数值模拟方法,并利用所开发的非定常可压缩粘性流计算方法,数值模拟了在低雷诺数下两种翼型的非定常流动。计算结果表明：气动力系数及分离泡呈规则的周期性变化,证明方法是成功的、可行的。