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。     

军用飞机主最低设备清单确定方法

主最低设备是保证军用飞机安全放行的重要依据,直接关系到飞机交付用户后的安全性和经济性.在借鉴国内外民机主最低设备确定方法的基础上,充分考虑军用飞机的使用特点和工程经验,形成了适用于军用飞机的主最低设备确定原则、流程与方法,并进行了工程应用.     

商用涡扇发动机推力控制故障处置功能解析

针对运输类飞机对动力装置必须确认任何单一失效或故障及可能的失效组合都不会危及飞机安全飞行的适航要求,经工程研究和飞机运营经验证明,原有的通过安全性分析以及申请豁免来表明设计符合性的验证方法存在不足,为了保障飞机飞行的安全性,可增加推力控制故障处置（TCMA）系统。以B787飞机配装的GEnx发动机TCMA系统为研究对象,采用系统工程的方法研究和分析了该系统的安全性需求来源、符合性验证方法及其演进、TCM事件危害、TCMA系统架构和系统功能,其中包括事件侦测、处置逻辑、激活功能监控与内部自检BIT等功能。分析结果表明：TCMA系统是1个集成的智能控制系统,在TCM事件发生后无需飞机机组人员干预,能够自动处置并保障飞机的飞行安全。     

涡扇发动机低压轴断裂故障在线检测方法

针对低压轴断裂易引起涡轮飞转的问题,需在运营环境中进行涡扇发动机低压轴断裂的机载在线检测。采用机载测量的高压物理转速和低压物理转速等参数,建立了基于物理转速变化率和转差关系的低压轴断裂故障在线检测方法。通过发动机工况仿真识别了能够准确区分正常加减速过程、喘振过程和断轴过程的物理参数,设置了检测判定逻辑和判定阈值。结果表明：在断轴后的0.1 s内,低压转速变化率出现瞬间最小值;在0.2 s内,高压转速变化率变为正值。该方法检测响应时间为0～0.5 s,可以实时检测出低压轴断裂故障,有利于控制系统及时采取停车等处理措施以防止核心机被损坏,不会由于发动机正常停车、加减速、喘振和高压轴断裂而导致虚警,检测可靠性高,具有较高的工程实用性。     

滚动轴承故障特征提取的VMD包络切片谱分析方法

为了准确提取滚动轴承故障非平稳信号中的故障特征,提出基于变分模态分解（VMD）和包络切片谱的轴承故障特征提取方法。该方法使用VMD将轴承故障信号分解成1组模态分量,并进行Hilbert变换求取各模态分量的包络信号,进而求取包络信号的切片谱（VMD包络切片谱）来提取轴承故障特征。为了进行对比,同时对各模态分量进行幅值谱分析,得到其VMD幅值谱。分别采用VMD包络切片谱和VMD幅值谱对正常轴承振动信号、内圈故障信号、外圈故障信号、滚动体故障信号进行分析。结果表明：在VMD幅值谱中无轴承故障特征频率,在VMD包络切片谱中分别存在内圈、外圈和滚动体的故障特征频率fi、fo、fb及相关的倍频和调制频率成分,从而验证了VMD包络切片谱进行轴承故障特征提取的有效性与优越性。     

涡扇发动机柔性转子涡轮结构改进与动力特性研究

以涡扇发动机模拟低压转子为研究对象,探究了模拟低压转子在动力特性试验过程中出现的非整数倍频振动超限的原因,提出了涡轮结构改进措施。对比分析了结构改进前后模拟低压转子的前三阶临界转速及其裕度。完成了全转速范围内的动力特性试验,验证了改进措施的有效性,排除了振动故障。研究表明,涡轮结构改进措施有效,临界转速计算误差小于4%,与试验结果具有较好的一致性。研究结果为真实低压转子动力学设计和结构设计提供了参考。     

执行器故障下无人机-无人车异构编队控制

针对存在执行器故障的无人机-无人车异构系统,研究了编队跟踪容错控制问题。首先,异构系统采用有向图的拓扑结构,且并非所有无人机/车都能接收到参考信号,故在充分考虑无人机/车运动学模型存在较大差异的前提下,设计了一种针对两类系统都通用的分布式信号估计器来获取参考信号的信息。然后,基于参考信号估计值,利用鲁棒自适应控制理论,提出了形式统一的分布式容错控制协议。该协议无需获取精准故障信息,就能有效地补偿故障对异构系统性能的影响,确保异构系统在故障情况下仍能按照预先设定的编队构型跟踪上外界参考信号。最后,通过仿真试验验证了所提算法的有效性。     

北斗卫星空间信号故障与监测性能指标定义

卫星导航系统指标分配与论证是指导和约束各大系统方案设计及工程实现的重要依据.完好性和连续性是系统服务性能的关键指标,能否满足用户需求主要取决于其中的空间信号故障和监测性能指标.以用户完好性和连续性要求为设计依据,定义了空间信号故障次数、平均故障率、故障漏检率、虚警率等系统指标与完好性、连续性等风险概率之间的转换关系.针对北斗系统及星座构成特点,按照国际民航组织规定的用户完好性和连续性风险概率需求,分析了不同空间信号故障条件对系统完好性监测性能的指标要求.研究结果可为北斗全球系统可靠性指标论证和设计提供依据和参考.      

故障样本量确定与分配一体化设计方案

针对当前测试性验证领域未能考虑故障样本量确定和样本分配2个环节的相互联系,以及现有样本分配方案对影响因子的选择没有统一的框架,导致确定的故障样本量和样本分配不合理的问题,提出了一种故障样本量确定与分配一体化设计方案。首先,以层次Bayes网络模型为框架,融合各节点测试性指标先验信息得到顶层测试性指标的融合分布,并建立故障样本量确定流程;其次,引入结构重要度作为样本分配影响因子,同时结合故障模式影响及危害性分析（FMECA）信息确定节点和故障模式的样本分配影响因子,提出基于节点和故障模式的二次分配框架实施样本分配;最后,通过实际案例进行对比分析。结果表明:相比其他样本分配方案,所提方案能充分考虑系统结构及其先验信息,进而实现了故障样本量确定和分配一体化方案的设计,保证了所确定的故障样本量和分配的合理性,具备更好的工程适用性。      

基于静电互相关灵敏度加权的气路碎片监测

由于静电传感器阵列（ESA）安装位置及电极数目受到工作环境限制,导致航空发动机故障预测与健康管理（PHM）系统的线性独立测量信息数较少。针对此问题,提出了一种基于静电互相关（CC）灵敏度加权的气路碎片监测方法,在同一电极数目的条件下利用互相关聚焦原理有效增加了能够表征不同敏感区域的测量信息。在此基础上设计了8电极ESA,建立了不同电极对的互相关灵敏度分布,并以获取的16个相关速度值对其进行加权计算,计算结果反映了带电碎片的速度和位置信息。带式静电实验装置和颗粒落体实验装置的实验结果验证了所提方法的有效性,对单颗粒与多颗粒的监测结果和实际分布的平均相关系数分别达到了0.668与0.652,提高了PHM系统的监测信息量和稳定性。