航天器的故障建模与应用

针对航天器工程中的典型故障进行分析与建模.首先给出几种典型故障作用模式的具体数学形式,然后分别采用状态描述矩阵对执行机构和传感器故障进行刻画,其不同的取值对应上述不同的故障模式.另外,使用有界范数和凸面体两种形式对系统故障数学建模.通过对航天器工程中的部件故障建模可为故障诊断和容错设计提供必要的数学描述.最后通过实例简...     

载人航天器应急飞行方案库构建方法

载人航天器在轨飞行过程中出现故障、不能按照正常飞行方案继续飞行时,需要快速决策采用预先设计的应急飞行方案,以确保航天员的安全,并尽可能完成既定飞行任务。文章提出了一种基于应急飞行模式识别矩阵的应急飞行方案库构建方法,即以系统级故障模式为线索,建立应急飞行模式识别矩阵,从静态和动态两个维度覆盖载人航天器全部系统功能和整个飞行阶段,对识别出的应急飞行模式设计相应的应急飞行方案,形成应急飞行方案库。该方法成功应用于天舟一号货运飞船应急飞行方案设计,其研究思路和成果也可推广应用于其他航天器的应急飞行方案设计。     

国外火星探测典型失败案例分析与应对策略研究

目前已经开展的国外火星探测任务大部分失败案例均集中在火星捕获、进入下降与着陆(EDL)两个关键环节。文章首先针对上述两个阶段介绍了火星探测任务典型失败案例的故障现象,并对其中的故障原因进行了分类,归纳为特殊环境适应性不足、关键系统安全性故障、动力学与轨道控制问题,然后针对性地分析并提出了特殊环境应对设计、关键系统安全性设计、轨道动力学分析与变轨策略等应对策略。可为后续火星探测任务提供参考。     

基于SVM方法的APU故障预测方法

针对辅助动力装置(Auxiliary power unit,APU)故障预测时,仅基于快速存取记录器(Quick access recorder,QAR)数据存在实时性欠缺或精度不足的问题,提出了基于实时报文数据的APU故障预测方法。首先,对报文所采集的数据进行预处理,将每次航班的报文数据规整为一条数据集;其次,从参数阈值、维修记录及APU序列号变化情况等角度对数据集进行标注工作;随后,针对特征选择算法具有较差解释性的缺点,提出通过相关性分析选取能够表征APU运行性能的参数;最后,建立基于支持向量机(Support vector machine,SVM)的多参数故障预测模型并优化。经验证,该模型提高了预测正确率,为APU视情维修策略的制定提供参考。     

一种基于二次分配的测试性指标分配方法

针对现有主流测试性分配方法均为一次性分配,缺乏必要的反馈和修正,一旦有单元分配指标过高无法实现,会导致系统指标也无法实现的问题,提出了一种基于二次分配的测试性指标分配方法。利用基于反正切函数的改进故障率分配法实施初次分配,由单元开展测试性初步设计和预计,基于单元测试性指标预计结果判断是否需要实施再次分配,如需要再次分配,则基于单元相对难度系数的修正函数,对指标偏高/偏低的单元实施再次分配,得到最终分配结果。通过仿真算例和实例验证了二次分配方法的有效性和先进性。     

基于ATSUKF算法的卫星姿控系统故障估计

针对卫星姿态控制过程中可能发生的执行机构或敏感器故障,提出了一种基于无损卡尔曼滤波（UKF）及偏差分离原理的自适应二阶无损卡尔曼滤波（ATSUKF）算法。首先,提出TSUKF算法,通过UKF处理姿态机动时的非线性并通过偏差分离原理将非线性系统的状态及故障分别估计,避免非线性模型的线性化过程同时降低了计算过程中的矩阵维度。然后,在TSUKF算法的基础上提出了ATSUKF算法,通过滑动窗口内的残差计算自适应矩阵,使滤波器在统计特性不准确的情况下仍然具有较快的收敛速度,特别适用于卫星快速机动过程中的姿态与故障估计。数值仿真结果表明,ATSUKF算法相较于TSUKF算法能有效降低统计特性不准对系统造成的不利影响,实现卫星姿态、执行机构/敏感器故障的快速估计。     

基于HIL的车用电机控制器故障保护策略测试

随着新能源汽车电控系统的发展以及复杂度和集成度的提高,整车故障保护策略已成为软件开发的重要组成部分之一,但测试难度较大且风险较高,尤其针对电机控制系统,传统的台架和实车测试往往不能满足需求。通过对电机控制系统故障保护策略及硬件在环(HIL)测试方案的介绍,并结合dSPACE仿真系统,针对车用电机控制单元搭建了信号级HIL仿真测试平台。借助上位机实时模拟电机不同故障工况,并进行试验和测试结果的分析,验证了电机控制器故障保护策略的正确性,同时体现出HIL测试方法的优越性。     

航空发动机高速锥齿轮瞬态动力学分析与试验研究

针对航空发动机中央传动锥齿轮由行波共振引起的掉块故障,采用瞬态接触动力学分析方法与试验验证相结合的手段,对行波共振发生时从动锥齿轮的共振特性和应力分布开展研究。基于声测法开展了航空发动机中央传动锥齿轮行波共振试验,研究中央传动锥齿轮行波共振特性,获取了从动锥齿轮行波共振动频、危险转速以及破坏断裂特征。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:试验中出现三节径共振皆是前行波共振,四节径共振是后行波共振;三节径共振危险转速范围为74.2%～76.2%,四节径共振危险转速范围为102.8%～104.2%。数值仿真与试验测试中结构静频值具有一致性,三节径误差小于2%,四节径误差小于5%,验证了仿真计算模型的准确性。仿真计算四节径行波共振时从动锥齿轮齿根处和辐板应力集中,应力分布形式与齿轮故障复现试验断裂形式基本一致,辐板正面应力值大小与试验结果基本吻合,误差在0.5%～9.5%,满足工程级应力预测要求,验证了瞬态接触动力学分析方法对齿轮行波共振应力预测的有效性。试验表明该齿轮结构是否存在初始缺陷是发生齿轮断裂故障的重要因素之一。     

冗余惯组故障检测与隔离的广义似然比解耦矩阵构造新方法

冗余惯组可提高运载火箭制导系统的可靠性,惯性器件发生故障会污染导航信息,需要进行在线故障检测和隔离。面对安装矩阵一定的成套冗余捷联惯组,使用Potter算法构造解耦矩阵的广义似然比故障检测方法,无法检测并隔离特定轴故障,提出选择正交投影矩阵的极大无关组来构造解耦矩阵,采用全数字仿真对改进方法进行验证。结果表明,新方法克服了成套惯组同轴共基座安装时某个轴向无法故障检测的问题,且故障检测性能没有降低。该方法为运载火箭制导系统在线故障检测技术提供了一种新思路。     

一种基于螺旋桨部件特性的螺旋桨建模方法

通过缩比法,利用螺旋桨通用部件特性获得期望研究的螺旋桨部件特性,提出了飞行速度不为零条件下的螺旋桨数学模型建模算法,同时,借鉴缩比后螺旋桨部件特性、螺旋桨定桨叶角工作性能曲线以及螺旋桨空气动力学原理,分析了静拉力状态下的螺旋桨功率系数、拉力系数、桨叶角、螺旋桨静态推力进距比阈值以及螺旋桨几何设计参数的相互作用关系,提出了静拉力状态下的螺旋桨数学模型建模算法。所述算法与Gas Turbine Simulation Program (GSP)软件仿真数据进行了数字仿真对比验证。结果表明:所提出的螺旋桨建模算法具有有效性,在前进状态下,螺旋桨拉力相对误差最大不超过6.6059×10-6,需求功率相对误差最大不超过5.5098×10-6,效率相对误差最大不超过6.6955×10-6。