故障物理分析与机械可靠性(一)--机械产品劣化原因及能力降低与故障发生过程

机械产品可靠性具有与电子产品许多不同的特点。如：涉及面广,可靠性问题复杂;影响因素复杂,故障模式多;故障数据分散;故障大多服从威布尔分布而不是指数分布等。而更使人们关注的是,机械产品的可靠性分析和设计至今尚无完整的方法。前苏联工业部门十分重视机械产品的可靠性问题,长期的努力使他们在这一技术领域形成了自己的研究特色并确立了优势地位。本文作者通过跟踪、分析前苏联有关可靠性标准、专著等文献后认为,从故障机理与故障物理分析入手,是他们解决机械产品可靠性问题关键方法所在。为此,本刊将分期连载５篇系列文章,介绍前苏联可靠性专家从故障预测到实现可靠性目标的基本思路和技术途径。在总题名为“故障物理分析与机械可靠性”这一总标题下,拟发表的这５篇文章是：１．机械产品劣化原因及能力降低与故障发生过程;２．故障物理分析基本内容;３．参数及损伤变化与极限状态的数学描述;４．可靠性指标名称与指标产生过程;５．机械可靠性设计与试验。     

基于TMS320LF2407A的便携式陀螺电源的设计

设计了一种基于TMS320LF2407A的高性能陀螺逆变电源系统,采用SPWM技术获得了恒压恒频的三相正弦交流电输出,具有集成度高、低功耗的特点,利用DSP对电源输出的各种信号进行监测,提高了系统的可靠性;采用陷波滤波和低通滤波相结合的滤波电路,有效减少了电源输出的开关谐波分量。结果表明,电源各项指标均满足陀螺仪的要求。     

用于卫星导航多星故障识别的新方法

 通过分析广义似然比方法,指出该方法不能用于多星故障识别。为能够快速识别多颗故障卫星,提高卫星导航定位系统的可靠性,提出了一种可以用于多颗故障卫星识别的接收机自主完整性监测（RAIM）的新方法——假设验证法。该方法对所有可能的故障卫星组合进行假设验证,对每种假设的故障卫星组合计算出卫星伪距偏差,然后利用此偏差构造一个新的奇偶残差矢量,最后利用特定的故障识别准则进行判断。以识别2颗故障卫星和识别3颗故障卫星为例进行了计算机仿真,结果显示：假设验证法故障正确识别率高于85%,高于现有的可用于多星故障识别的最优奇偶矢量法,可以有效提高卫星导航系统的可靠性。同时,与最优奇偶矢量法相比,假设验证法不需要求取矩阵广义特征向量,计算量将减少90%以上。     

基于扩展的FMC实物试验用于飞行仿真和飞行试验

利用CITATION-Ⅱ飞机和先进的FMS完成了FMS合格审定试飞方法的飞行验证。结合半实物仿真试验研究了FMS导航／制导的符合性条款;提供了相应的FMS飞行环境模型、FMS制导数学仿真模型和软件;提供可用于民用飞机合格审定试飞的FMS试飞方案;通过FMS性能管理与垂直制导仿真试验研究,表明飞行管理计算机系统（FMCS）所计算出的性能数据都是针对三个飞行阶段,即爬升、巡航和下降。目的是在飞行计划所施加的限制条件内使垂直飞行剖面最佳化。基于FMS半实物仿真试验系统能够准确地复现和实施制导和导航计算,保证了FMS仿真试验的可靠性和置信度。     

掠过水面的“黑雨燕”：美国加快高超声速飞行器的研制计划

今年1月美国的“HyFly”高超声速巡航导弹在冲刺马赫数6的飞行试验中因发动机故障而坠落于海中,但是美国国防部预研局（DARPA）和美国空军并没有减缓高超声速飞行器研制的步伐,并宣布将一直秘密进行的“猎鹰”高超声速飞机验证机计划提升为“黑雨燕”高超声速验证机计划,目标之一就是要研制一种飞行马赫数6以上的SR-71“黑鸟”间谍飞机的后继机SR-72。     

Cf／SiC复合材料TixOy—TiCx—Ti5Si3／微晶玻璃抗氧化涂层

提出一种用于碳纤维增强碳化硅复合材料(Cf/SiC)的成本低、工艺简单的复合抗氧化涂层:采用熔盐渗金属法在Cf/SiC表面制备钛金属化层,在其上通过涂覆烧结法获得MgO-Al2O3-SiO2(MAS)微晶玻璃层。通过立体显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等测试手段对复合涂层的形貌、成分和相组成进行分析,采用静态氧化法测试其在1000℃的抗氧化能力。结果表明,复合涂层结构相对致密,主要成分为:TixOy-TiCx-Ti5Si3/微晶玻璃;涂层具有过渡、封孔、阻碳、自愈合、阻氧、抗挥发的功能;带有复合涂层的Cf/SiC在1000℃保温12h,热冲击12次后,涂层保持致密无裂纹,单位面积失重为0.0039g/cm2,强度保留率为99.3%,有效提高Cf/SiC的抗氧化能力。     

基于多模型的飞控系统自适应重构技术研究

针对飞控系统执行器故障引起参数大范围跳变的问题,提出了一种基于多模型的自适应重构控制方法。建立了执行器故障参数模型,根据故障的特征模型设计一系列并行的辨识模型,采用固定模型与自适应模型相结合的方式,依据转换标准选择与当前飞机状态最匹配的辨识模型所对应的控制器。通过对某型飞机侧向控制系统进行仿真,表明在执行器严重受损的情况下,飞机仍能保持良好的性能。     

基于专家系统的导弹发射车液压系统故障诊断

 液压系统为导弹发射车提供动力源,该系统运行的可靠性在不同程度上影响着导弹发射车的工作性能。针对导弹发射车液压系统故障知识的特点,提出了将领域专家经验分解成故障现象、故障原因和故障规则的知识表达方式,设计了由故障现象、故障原因分别构成故障规则前件和后件的知识获取方法,实现了故障知识的有效管理和维护。针对故障诊断流程图的结构特点,提出了故障诊断二叉树的概念,给出了将诊断流程图转化成故障诊断二叉树的方法,并在此基础上设计了基于故障诊断二叉树的故障推理机和基于二叉树前序遍历的故障解释机制。实践表明该专家系统的设计方法及原理具有一定实用性和通用性,对同类系统的设计具有很好的借鉴作用。     

增强型基于状态维修(CBM+)在美军陆航的实施与发展

长期以来对设备系统的维修,人们普遍采用修复性维修和预防性维修.修复性维修是待设备工作到故障后才进行修理,会造成非计划维修,还有可能出现严重的故障后果;对设备进行定期的预防性维修虽然有许多优点,但也存在一些明显的不足,例如,维修间隔期过长则难以达到预防性维修的目的,维修间隔期过短则可能产生过度维修,不仅浪费经费,而且还会因为维修过于频繁造成人为差错的增加.     

基于仿真系统的航天器故障监视软件设计

围绕在航天飞行控制中心（AFCC）建立基于仿真系统的、与任务实战同步的航天器故障监视软件这一主题,简介系统环境,论述仿真系统航天器同步故障监视软件的软件需求,分析和设计软件体系结构,并给出部分实现的示例。