军用航空发动机PHM发展策略及关键技术

提出了军用航空发动机预测与健康管理(prognostics and health management,简称PHM)系统的发展策略和关键技术.首先回顾了国外航空发动机PHM技术的发展历史,简要分析了各个阶段具有代表性的技术特点;其次,详细论述了航空发动机PHM技术发展应当妥善处理的关系和重要问题,主要包括PHM技术发展与空军军事需求、PHM技术发展与技术成熟度体系、立足三代机平台发展PHM技术、在发动机全寿命管理体系引入PHM系统、建议的航空发动机PHM功能和结构等;接着,结合国内技术发展水平,给出了应当重点优先发展关键技术的建议;最后,简要总结了制约国内PHM技术发展的因素,展望了瞄准的技术发展目标.      

民用飞机部附件健康管理方法研究

民用飞机部附件的健康程度直接影响民用飞机的安全性,研究的目的是基于当前飞机维护现状．提出一种民用飞机部附件健康管理方法。在详细阐述了民用飞机健康管理内容的基础上．确定了基于维修现状的健康管理技术,指出了民用飞机部附件健康管理的关键技术,希望为我国自行研发民用客机提供技术支持。     

基于ESN的航空发动机状态组合预测方法

基于回声状态网络(ESN)预测模型,结合小波分析和主元分析,提出一种组合预测方法.首先对含噪非线性时间序列进行小波降噪,并重构时间序列产生训练样本,再将训练样本通过主元分析进行降维处理,降维后的时间序列数据则输入ESN模型进行预测分析.对控制飞机动力输出的动压参数非线性时间序列数据进行了仿真对比实验,结果表明:组合预测方法的5步和单步预测速度累计提高了66.97%,预测的平均平方误差、标准均方根误差和归一化绝对误差也均有较大提高.该方法与传统基于ESN的预测模型相比,能有效地提高预测的效率和精度,是一种有效的非线性时间序列预测方法.      

涡轴发动机动力涡轮转子平衡状态 影响因素试验研究

以完成高速动平衡试验并满足平衡判据要求的某涡轴发动机动力涡轮转子为研究对象,对影响转子平衡状态的2个因素(传动轴和输出轴之间的花键配合、支承输出轴组件和动力涡轮转子的2个支座之间的不对中)开展了系统的试验研究。研究结果表明:改变花键的配合状态或2个支座之间的不对中程度,由4个位移传感器实测的动力涡轮转子在临界转速和额定工作转速下的转子挠度经高速动平衡后均发生了明显变化,说明这2个因素对转子的平衡状态均有较大影响。     

基于损伤标尺的电子设备预测维修决策优化

基于故障预测信息进行维修决策是预测性维修等新型维修模式的主要特征之一,可以有效提高装备使用可用度、降低寿命周期费用。面向单部件电子系统,针对故障预测中的损伤标尺方法,在完美换件维修的假设下,以单位时间成本、平均使用可用度与平均效费比为指标,提出了一种预测维修决策优化模型。对于与外场可更换单元(LRU)寿命独立的损伤标尺,选择预测距离与Weibull分布的形状参数为决策变量,对于与LRU寿命相关的损伤标尺,选择累积损伤因子与随机标准差为决策变量,应用Monte Carlo方法仿真研究了各个决策变量对维修效能指标的影响。结果表明:应用与LRU寿命独立损伤标尺的预测维修策略的效果优于事后维修策略,但劣于年龄换件策略,揭示了该方法的本质特性;应用与LRU寿命相关损伤标尺的预测维修策略的效果在一定条件下优于年龄换件策略。最后分析了维修决策的优选方法。     

基于神经网络的INS/SAR组合导航航迹状态估计算法研究

实现对已选航迹上的状态估计对于航迹规划有重要的指导意义,在干扰大的外界环境中,常规的卡尔曼滤波方法对组合导航航迹状态估计的精度已经不能满足要求,为此本文提出了采用BP神经网络用于组合导航的航迹状态估计。重点描述了BP网络用于航迹状态估计的设计方法,对训练样本的获得以及网络结构的选择给予了详细的介绍。最后结合INS/SAR组合导航的特点,分别采用常规卡尔曼滤波和BP神经网络进行航迹状态估计,仿真结果表明了该方法的有效性和实用性。     

一种涡轴发动机系统应急状态快速响应控制方法

针对直升机应急状态下特殊快速响应需求,基于涡轮放气原理,提出了一种新的应急状态快速响应控制方法.在应急状态下,除了燃油控制外,同时将涡轮放气量作为发动机控制变量,采用多变量鲁棒方法设计了应急状态直升机/涡轴发动机三变量快速响应控制器,该综合控制方法不仅实现了直升机垂飞通道的控制,而且在保持输出功率通道稳定,即自由涡轮转速恒定的前提下,借助于涡轮放气实现了燃气涡轮转速的闭环控制,有效实现了发动机功率快速跟随能力.最后,以直升机UH-60/涡轴发动机T700综合模型为对象,仿真验证了在直升机应急状态急升-急降过程中,直升机垂飞速度、发动机自由涡轮转速以及燃气涡轮转速跟踪指令的情况,结果表明:相比传统的PID(proportional integration differential)控制,基于快速响应控制方法建立的闭环系统响应迅速,动静态品质良好,能够达到直升机应急状态的特殊设计要求.      

基于ESO的可重复使用飞行器积分滑模控制器设计

考虑参数不确定和外界干扰对姿态控制的影响,开展基于扩张状态观测器(ESO,extended states observer)的可重复使用飞行器姿态控制研究.首先,对飞行器运动模型进行描述,在合理假设条件下,得到面向控制器设计的纵向和横侧向姿态模型;其次,分别针对纵向和横侧向姿态模型设计积分滑模控制器(ISMC,integral sliding mode control);然后,引入ESO对耦合作用、参数不确定及外界干扰进行估计,并在控制器中进行补偿;最后,六自由度仿真结果表明,本研究给出的控制策略能够实现对给定制导指令的稳定跟踪,确保安全再入飞行.     

A lunar L2-Farside exploration and science mission concept with the Orion Multi-Purpose Crew Vehicle and a teleoperated lander/rover

A novel concept is presented in this paper for a human mission to the lunar L2 (Lagrange) point that would be a proving ground for future exploration missions to deep space while also overseeing scientifically important investigations. In an L2 halo orbit above the lunar farside, the astronauts aboard the Orion Crew Vehicle would travel 15% farther from Earth than did the Apollo astronauts and spend almost three times longer in deep space. Such a mission would serve as a first step beyond low Earth orbit and prove out operational spaceflight capabilities such as life support, communication, high speed re-entry, and radiation protection prior to more difficult human exploration missions. On this proposed mission, the crew would teleoperate landers/rovers on the unexplored lunar farside, which would obtain samples from the geologically interesting farside and deploy a low radio frequency telescope. Sampling the South Pole-Aitken basin, one of the oldest impact basins in the solar system, is a key science objective of the 2011 Planetary Science Decadal Survey. Observations at low radio frequencies to track the effects of the Universe’s first stars/galaxies on the intergalactic medium are a priority of the 2010 Astronomy and Astrophysics Decadal Survey. Such telerobotic oversight would also demonstrate capability for human and robotic cooperation on future, more complex deep space missions such as exploring Mars.     

基于ASUKF的火星探测器脉冲星自主导航方法

脉冲星导航可靠、稳定、精度高, 是实现火星探测器自主导航的有效手段之一.针对脉冲星导航中脉冲到达时间的微小误差会引起巨大的位置估计误差这一问题,提出了一种基于扩维Unsented卡尔曼滤波(ASUKF,Augmented State Unscented Kalman Filter)的火星探测器脉冲星自主导航方法,建立了以位置、速度和脉冲到达时间的常值测量误差作为状态量的导航系统数学模型,可在对探测器位置、速度进行估计的同时有效估计并修正脉冲到达时间的常值测量误差,并降低随机测量误差的影响.仿真结果表明该方法的导航定位精度可达350m以内,可以满足火星探测自主导航的需要.