A Bayesian approach for integrating multilevel priors and data for aerospace system reliability assessment

This paper investigates Bayesian methods for aerospace system reliability analysis using various sources of test data and expert knowledge at both subsystem and system levels. Four scenarios based on available information for the priors and test data of a system and/or subsystems are studied using specific Bayesian inference techniques. This paper proposes the Bayesian melding method for integrating subsystem-level priors with system-level priors for both system- and subsystem-level reliability analysis. System and subsystem reliability outcomes are compared under different scenarios. Computational challenges for posterior inferences using the sophisticated Bayesian melding method are addressed using Markov Chain Monte Carlo (MCMC) and adaptive Sampling Importance Re-sampling (SIR) methods. A case study with simulation results illustrates the applications of the proposed methods and provides insights for aerospace system reliability analysis using available multilevel information.     

基于树形马氏链模型的可靠性分析方法

复杂系统的极限状态函数非线性程度较高，在进行可靠性分析时，易导致失效概率的计算误差大、效率低，针对上述问题，提出了树形马氏链（TMC）算法和基于该算法的可靠性分析方法。树形马氏链是对原始马尔可夫链的改进，其状态转移过程更加灵活，具备局部多链并行和自适应探索失效域边界的特性。树形马氏链通过多候选状态点扩大对失效域信息的收集，生成能充分反映失效分布特征的样本，对该样本进行自适应核密度估计得到近似最优的重要抽样分布密度函数，从而提高计算结果的准确度。文末的数值算例和工程算例验证了算法性能，计算结果表明算法对设计点、抽样起点的位置不敏感，处理强非线性及复杂串联系统问题时，能在少样本量下得到相对高准确度的计算结果，且在样本量改变时，计算结果相对稳定可靠；工程算例给出了所提方法在实际问题下的效率，体现了所提方法的工程应用价值。     

三维工艺与MES在航天发动机数字化制造中的应用研究

为了提高航天发动机数字化研制能力,对航天发动机数字化制造的理论进行了研究,包括数字化制造的环节、各环节所使用的数字化工具以及这些工具间的相互关系。重点研究并阐述了三维工艺与MES(Manufacturing Executive System,制造执行系统)在数字化制造中的应用。     

非稳定动态过程非定常气动力建模

现有的大迎角非定常气动力建模方法，通常是以一个或多个频率的稳定振动试验数据来预测稳定滞环。然而，飞机快速机动如过失速机动的过程，不可能是持续的稳定振动，而是一个非稳定的动态过程。因此，这个过程中的气动力不会达到稳定滞环，而是始终处于进入滞环的初始非稳定过程中。基于振动理论分析得出，非定常气动力的动态响应过程存在非稳定和稳定两个阶段，传统建模方法着眼于稳定阶段，而飞机的真实机动过程在非稳定阶段。设计了一种适于非线性系统辨识的激励输入，并以最小二乘支持向量机（LS-SVM）方法为例，实现了在大迎角区幅值和频率范围内任意运动的非定常气动力建模。模型训练完成后，用来预测某机翼在不同基准状态下大迎角范围内做俯仰运动时的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数。结果表明，不仅稳定滞环实现了准确预测，进入滞环的初始非稳定过程也得到了准确预测；此外，基准状态对气动力在初始非稳定过程中的特性存在明显影响。进一步的验证还表明，基于稳定滞环数据只能预测到稳定滞环，无法预测进入滞环的非稳定过程。     

航电系统设备管理和控制技术研究

随着电子技术和计算机技术的不断发展，大容量固态电子存储器在航空机载设备和地面设备的数据交换中充当了主要的载体，由此给病毒传播和数据泄密提供了物理途径。还详细阐述了利用设备管理和控制技术防止病毒传播和数据泄密的软件实现方法。     

大型客机信息化研制支撑体系架构研究

大型客机的研制具有复杂程度高、技术难度大、协作范围广等特点，随着研制要求的不断提高与研制范围的不断扩大，传统研制模式已经发生重大转变，需要将信息化技术融入大型客机研制过程，以提高大型客机的研制质量和效率。本文提出了大型客机信息化研制支撑体系的基本概念以及总体架构，包括业务应用平台、数据管理平台、基础技术平台，并通过产品生命周期、管理业务流程、产业价值链3个方面的应用管理，可实现对大型客机研制过程的有效支撑。经过实际型号工程研制的验证，该体系能够支撑大型客机研制的全过程，大幅度地提高研制质量、缩短研制周期、降低研制成本。     

脉冲式燃烧风洞起动特性数值研究

利用计算流体力学软件Fluent,采用隐式双时间步方法模拟非定常过程,控制方程的离散采用二阶迎风格式,湍流模型选择剪切应力输运(SST)k-ω模型,并求解组分扩散方程,对脉冲式燃烧风洞的起动过程进行了数值模拟,分析了喷管起动时流场结构的变化情况和自由射流区超声速流场的建立过程.计算结果为改进风洞起动特性提供了一定的参考依据.      

基于EMD及PNN的航天器振动环境分析

针对航天器非平稳随机振动信号模态频率密集的特点,提出了基于经验模式分解EMD (Empirical Mode Decomposition)的多分量过程神经网络PNN(Process Neural Network)自回归模型.通过EMD对原始时间序列进行分解, 使之成为一组不同尺度的局部正交本征模函数IMF(Intrinsic Mode Functions),利用PNN对每个IMF分别进行时变参数分析并以此确定其时变自功率谱密度,对所有分量的时变自功率谱密度通过叠加进行重构, 以此得到原始信号的时变自功率谱密度.仿真结果和实例分析表明:和传统的时频分析法相比,该方法直接使用信号数据,避免了相关估计计算,减小了计算工作量;无交叉干扰项,提高了信号的时频分布特性,具有较高的时频分辨率;对各工况下航天器的振动信号能有效的进行分析,具有较强的信号特征提取能力.      

基于主基底分析的变量筛选

利用Gram-Schmidt变换,提出一种主基底分析方法.解释并证明了Gram-Schmidt变换所删除的信息量.给出"主基底"的定义及构造方法,并提出"净信息含量比"的概念,用以测度所选基底包含的信息.该方法能在原始数据信息损失尽可能小的前提下,排除所有的冗余变量以及变量集合中的重叠信息,得到一个正交的主基底,从而更有效地对大规模变量集合中的信息进行筛选.多角度的理论分析指出,主基底在尽可能多地携带原始变量信息的同时,还可保证样本点间的相似性改变最小.实际案例分析说明了该方法的合理性和有效性.      

基于Wiener过程的载人飞船热控泵寿命预测

载人飞船热控制循环泵(以下简称热控泵)属于高可靠性航天产品,在试验和使用中出现的寿命失效数据极少,采用传统的基于大样本寿命数据的可靠性分析方法难以满足工程要求。首先根据热控泵的试验数据和退化失效机理,确定关键性能参数为扬程和功率,采用带有正向漂移的Wiener过程拟合这两项性能的退化数据,建立性能退化轨道模型,并用随机加权方法解决模型参数估计时的小子样问题;根据退化失效的定义确定热控泵的寿命分布模型,与传统寿命分布模型不同的是,分布模型中的参数具有明确的物理含义;最后根据试验数据对热控泵的寿命进行预测,验证方法的有效性。