直升机旋翼健康监测系统地面试验台方案设计与开发

研究了直升机旋翼健康监测系统地面试验台的硬件方案设计和旋翼健康监测软件的开发,阐述了旋翼数据采集系统、机体数据采集系统和上位计算机3个子系统的组成方案。由于采用了数字传感器、远程多路复合器和无线集流环采集旋翼状态数据,解决了原采集系统中存在的集流环磨损问题和传感器数量问题。提出了一种基于短时模型残差的故障检测方法和基于混合模型的故障诊断方案。地面旋翼实验台的实现对于旋翼故障的研究和各种诊断方法的评估有重要的现实意义。

空间二维运动机构的热真空准加速寿命试验设计

针对国内外运动机构准加速寿命试验设计主要集中在部件上,不能反映整机在轨性能的问题,本文对空间二维运动机构的构型和润滑方式进行了分析,确定了空间二维运动机构热真空准加速寿命试验设计中的5大要素和各要素的设计方法,为了考核整机运动性能设计了试验测试内容和测试的方法,并确定了终止试验的失效判据。设计了某空间二维运动机构的热真空准加速寿命试验。通过试验,获得了一系列反映运动机构整机性能指标的试验测试数据,可以根据这些试验数据评估空间二维运动机构的在轨寿命,并且试验结果得到了在轨应用,这说明本文方法有效可行。

有效性验证试验的试验应力设计

为了验证某飞行器控制系统完成任务的有效性,在地面进行了可靠性验证试验,试验应力的制定是获取有效评估数据的关键。本文探讨了某飞行器控制系统有效性验证试验用试验应力条件的设计途径,分析各任务剖面的环境应力,并结合产品对环境条件的敏感程度和现有设备的能力,设计了有效性验证试验的环境应力条件,评估结果证明试验应力设计合理。

气体冲击试验系统计算研究

提出了一种气体冲击试验方案,用来模拟燃气发生器产生的压力载荷环境,使用集总参数对初容室内压力曲线进行编程计算,验证了方案的可行性并确定了相关的参数。在分析各参数影响的基础上对建成的试验系统进行了5次调试,经过调试,初容室内压力曲线与目标曲线基本一致,表明气体冲击试验方案能够很好地模拟燃气发生器产生的压力环境。

快速响应热流/温度传感器设计与特性分析

针对高超声速飞行器长时间地面试验中同时测量壁面温度和热流的要求,设计了一种快速响应的新型热阻式热流传感器,在不同金属层界面上形成热电偶接点,通过测量交界面温度响应,获得传感器表面热流和温度。建立了传感器有限元数值模型,通过传感器内部传热计算,分析了其响应特性。数值计算结果表明:短时间响应后,传感器的内部温度响应和分布满足理论假定;在数据处理时考虑温差项和储能项,可同时得到传感器表面热流和温度,比稳态处理方法更真实地反映壁面温度对热流的影响。

多自由度伺服机构负载模拟系统建模与实验研究

针对运载火箭推力矢量伺服控制系统的负载模拟问题,分析了负载的多自由度特性,提出一种负载模拟系统结构并建立了数学模型。仿真结果表明,模拟系统中负载位置输出的动态特性与实际伺服机构负载的动态特性具有一致性。通过原理性实验,在负载的扫频实验中成功体现了负载的多自由度特性。仿真和实验结果证明了此种负载模拟原理的可行性。该负载模拟实验台可以为研制大型运载火箭推力矢量系统的伺服机构提供设计参考依据。

基于矢量匹配的扰动力矩消除方法

随着电机制造和驱动技术的不断发展,在航空航天器舵机地面测试中电机正在逐渐替代液压装置,并成为中小功率负载模拟器的首选驱动部件。由于电动、液压系统数学模型间存在相似性,将液压系统阀控缸模型特征方程的分解方法引申到电机加载系统模型的分解中,得到了电动负载模拟器结构参数与位置扰动力矩频域特性的对应关系,这个方法可称为电-液等效法。针对电动负载模拟试验中常用的扫频试验,提出了基于幅相辨识和遗传算法的矢量匹配法以消除扰动力矩。通过AMESim仿真和电动负载模拟试验台上的验证表明,矢量匹配法可将加载力矩控制误差的标准差控制在该电动负载模拟器额定加载范围(±15 N·m)的1%以内。该方法较之其他方法具有适应能力强、简单灵活等优点,可大大提高负载模拟器在正弦位置扰动下的加载精度。

非爆破柔性气缸弹射器研究

研究一种基于压缩气体静音发射的柔性气缸弹射器,实现了在约束且不爆破的情况下对弹射物变距离做功。通过弹射理论分析、仿真计算和实验验证相结合的方法,对柔性气缸弹射器动力学特性进行研究。结果表明:柔性气缸折叠压缩、充气展开弹射能实现对弹射物的发射,弹射过程无爆破现象;弹射器弹射能力受到柔性气缸初始长度、柔性气缸与弹射物的接触面积、柔性气缸压力等因素的影响。在对不同初始长度柔性气缸的弹射能力的研究中发现:柔性气缸初始长度越长、折叠量越大,柔性气缸展开弹射的作用距离就越大,弹射能力也就越强;通过4个1 000 mm×2 000 mm规格的柔性气缸组在2 MPa压力作用下弹射质量60 t弹射物可产生4.6 MJ能量,可实现对大质量物体的弹射。该研究成果对实现高压气体可控能量释放与大质量弹射技术研究具有参考意义。

标定飞机舵面角位移的双圆靶单目视觉方法

提出了一种基于计算机单目视觉的飞机副翼、襟翼、方向舵和升降舵等转动系统中的角位移传感器的标定方法。用一台位置固定的数码相机对平行于飞机方向舵转轴并固定在该舵面上的一个双圆靶拍照。经数字图像处理确定4个特征像点的像面坐标,根据透视投影原理推导出求靶面法线的方向余弦的解析表达式,无需在现场实时标定相机参数即可解算出靶面法线的相对方向。方向舵转动时,其角位移可用该靶面的角位移来表达。仿真结果表明该方案正确可靠,可用于航天器上实现实时自主测量交会对接时的相对位姿参数。

多自由度伺服机构负载模拟系统动态特性研究

针对运载火箭推力矢量伺服控制系统的多自由度特性问题,提出一种新的负载模拟结构并建立了数学模型。通过仿真分析了主要机械设计参数对系统动态特性的影响。建立原理性实验系统,通过扫频实验验证了伺服机构的多自由度特性。仿真和实验证明了此种负载模拟原理的可行性,从而为优化推力矢量伺服机构的设计参数以及研制大型运载火箭伺服系统的负载模拟系统提供设计依据。

频域主分量模态分析法及在颤振试飞中的应用

为提高对颤振边界预测至关重要的模态阻尼的识别精度,基于频域多参考点法,采用主分量分析、奇异值分解和最小二乘技术,考虑频率响应函数负共轭部分和带外模态的影响,提出频域主分量分析模态参数识别方法,具有处理速度快、所需用户交互少的特点。通过飞机模型仿真算例验证在模态高度耦合情况下该方法的有效性,并在实际飞行颤振试验中进行应用。

基于信息散度的补充样本加权融合评估

小子样试验评估时,为避免大量先验信息湮没实际飞行试验的信息,融合先验补充样本时通常会根据工程经验对补充样本量作一定限制,对补充样本量的选取并没有量化的理论准则。分析了先验分布与实际试验样本服从分布的差异,通过分布差异进行信息散度计算,用信息散度确定先验样本权重。提出了考虑先验信息可信度的加权方法,以进行Bayes估计。最后提供了正态逆Gama分布参数的加权Bayes估计方法。理论分析和仿真说明,本文的加权方法是合理的。

滚转机构在0.6 m跨超声速风洞中的应用研究

为了实现0.6 m跨超声速风洞试验过程中模型可连续变滚转角,提升0.6 m量级风洞的试验效率和试验范围,研制了一种滚转机构。介绍了该滚转机构、中空内置力矩电机以及控制系统软硬件的设计,对涉及到的关键技术问题进行了分析和总结,给出了结论并进行了风洞试验验证。试验结果表明:分别采用滚转机构与常规测力中部支架作为模型的支撑机构时,试验数据重复性好;滚转机构控制精度高(滚转角≤±3');载荷、工程性、可靠性均满足风洞试验要求。

连续式跨声速风洞动力系统运行安全研究

为提高连续式跨声速风洞动力系统的运行安全性,结合0.6 m×0.6 m连续式跨声速风洞的建设、调试和运行实践,分析风洞闭口回流布局对气流温升和管网阻力的影响,研究轴流压缩机在风洞应用中的轴系、运行工况和马赫数控制的安全特性,对关键性能进行了测试研究。研究结果表明:换热器性能满足压缩机运行和风洞总温需求;得到了压缩机轴系运行参数报警阈值和防喘振曲线设置的依据,测试出了扭转振动临界转速。压缩机防喘振曲线统一采用100 k Pa总压下的流量和压力比,风洞马赫数可采用压缩机转速和中心体位置闭环组合控制。

基于诊断矩阵的旋翼状态监测方法

提出了一种基于诊断矩阵的故障检测和隔离方法,开发了旋翼健康监测软件的系统框架。通过故障模型和旋翼系统定量模型的仿真,建立了旋翼的诊断矩阵,利用诊断矩阵中征兆与故障间的依赖关系,提出了一种利用虚拟征兆传感器识别系统冲突集的方法,研究了通过布尔方程求解系统诊断集的算法。该方法具有多故障实时诊断能力,适用于复杂系统的综合健康监测。

精度射击目标尺寸分析

研究了在没有诸元误差及存在诸元误差两种情况下靶区圆目标和矩形目标的大小问题。从CEP的定义出发,讨论了不同密集度下圆目标半径的大小,运用对矩形目标的首发命中概率计算公式,分析了不同诸元误差和密集度下矩形目标的尺寸。得出的结论为:对圆目标,当不考虑诸元误差时圆目标的半径可取为0.50%X,当考虑诸元误差时圆目标半径可取为1.5%X;对于矩形目标,当不考虑诸元误差时,矩形区域的正面可取5mil,纵深1%X,当考虑诸元误差时,矩形目标尺寸的正面可设置为10 mil,纵深2%X。研究结果为精度射击试验与考核的目标设置提供了理论依据。

基于激光测距的飞机着陆滑行灯靶板自动化校准系统

飞机着陆滑行灯的传统灯光校靶方法存在测量误差大、操作效率低、可靠性差的缺陷。针对此问题,本文基于激光准直和激光测距原理,研究并提出了一套飞机着陆滑行灯自动化校靶系统,该系统利用激光仪模拟滑行灯指示进行光路准直调整,通过激光测距实现滑行灯空间位置的调整,并采用电子靶板实现自动化调整,进而实现着陆滑行灯的自动化校准。开展实际实验验证该系统的准确性与可靠性,结果表明,相较传统方法,使用该系统进行校准时准确度及操作效率均明显提升,且不易受环境风速等因素的影响,可有效满足飞机着陆灯具校准需求,具有重要技术应用价值。

用三个点位置及速度计算SINS姿态

为利用外测数据计算捷联惯性导航系统(SINS)姿态参数,建立了利用飞行器上3个点的体坐标系位置参数和参考系外测位置、速度参数求解SINS姿态参数的2种方法。首先把点坐标参数转化基线;然后给出外测求解欧拉角定义,最后给出2种方法计算SINS欧拉角及其变化率、体坐标系相对参考系的角速率、坐标转换矩阵及其导数形式和陀螺仪测量的角速率。利用飞行数据建立仿真数据,验证了2种方法一致性并给出了算法逼近精度。仿真发现,方法一中滚动通道的计算逼近精度较差。误差传递公式和蒙特卡洛的仿真结果显示:姿态参数的标准差与基线比例系数间存在线性关系;当基线夹角为90°时,各个姿态参数的直线斜率和直线拟合残差标准差接近;基线夹角越接近90°,姿态标准差斜率越小。

基于远程动态重构的通用靶场测控系统设计

为方便设备的远程升级维护,提高测试效率,提出一种基于远程动态重构的通用靶场测控系统设计方案;通过PXI总线将试验所需的各模块集成于前端测控组合,由后端主控计算机完成对前端设备的综合调度,由数据处理计算机完成遥测数据的实时处理;利用可编程片上系统实现测控组合中部分模块的远程动态重构功能,使同一设备适应不同RS422通讯协议,适应调频、扩频等不同的测控体制;测试结果证明,有线PCM传输速率达10Mbps,扩频体制下遥控码速率达1~10Kbps,PCM-FM遥测体制下遥测数据率达5Mbps,模块重构时间小于20s;该方案有效节约资源,具有广阔的应用前景。

一种利用弹着点确定临近目标轨迹误差的方法

在飞行器对地面目标攻击试验中,确定临近目标轨迹的误差对末制导评估非常重要。建立了利用弹着点确定目标轨迹误差的工程实现方法。在靶体表面一定距离处设置靶墙,靶墙上设置标识点,测量标识点大地坐标;设计了标识点检测、像素位置和标签的计算方法;利用中靶前后标识点像素位置差修正弹着点像素坐标误差;利用标识点的大地坐标计算弹着点的大地坐标;设计了虚拟靶面的建立方法,计算轨迹穿过虚拟靶面的位置相对弹着点的偏差距离和方位作为临近目标轨迹的误差。算例显示,以弹着点判读、标识点修正和速度矢量为误差源,采用蒙特卡洛方法估计临近目标轨迹偏差的计算精度为,距离标准差0.063m,方向标准差0.602°。