高超声速飞机机载作动系统发展分析

吸气式高超声速飞机面临严酷的高动压、大热流飞行环境,要求机载系统既要兼具高功率、高效能与高耐热能力,又要满足严苛的体积、重量(质量)与能量约束,给飞控作动系统设计带来了极大的技术挑战。本文通过对高超声速飞机任务和平台动力特点的分析,系统地论述了其飞控作动系统面临的挑战,包括能源、结构和热管理等问题。基于已有高速飞机的公开资料,对作动技术发展现状进行了梳理,结合热管理与机载能源的发展趋势,展望了高超声速飞机作动系统的重点发展方向,并给出了具有可行性的发展路线。

基于多种未建模动态估计与补偿的电液舵机自适应容错控制

针对多种未建模动态影响下的电液舵机内泄漏故障容错控制问题,提出一种基于未建模动态估计与补偿的自适应容错控制方法。将舵机模型划分为2个子系统,分别设计扩展状态观测器估计匹配及非匹配未建模动态。结合未建模动态估计结果,基于反步法设计自适应容错控制器。利用基于内泄漏故障参数自适应更新的控制器重配置调节故障影响,采用前馈补偿方式抑制未建模动态影响。对所提方法进行严重内泄漏条件下的半物理仿真试验,结果表明:当作动筒最大内泄漏流量达到10.53 L/min,即约占伺服阀最大负载流量的56.77%时,伺服阀开口接近最大,所提方法仍可实现高精度的位置跟踪控制,故障暂态及故障后稳态的最大位置跟踪误差均可控制在给定的±1.5%以内。

燃油箱警告灯异常燃亮故障树分析

燃油箱“FUEL.Q”警告灯频繁异常燃亮严重影响飞行安全。针对某型直升机左组燃油箱警告灯异常燃亮故障,结合实际工作经验,提出了基于故障树的故障诊断方法,建立了燃油箱警告灯异常燃亮故障树模型。为高效、准确地定位故障点,结合燃油系统原理,总结出警告灯异常燃亮故障排除方法,最大限度地减少了测量、试验次数,节省了时间、人力等,为后续处理类似问题积累了经验,也为机务人员排除燃油系统类问题提供了参考和借鉴。

飞机全电刹车系统设计与分析

飞机全电刹车与传统液压刹车的主要不同在于机电作动机构代替了原来的液压活塞机构,且具有带刹车力矩反馈的特点。论文分析了全电刹车系统机电作动器的结构和工作原理,建立系统整体数学模型;对机轮速度和刹车力矩两个反馈信号,分别采用PBM(压力偏调)和PID控制,仿真结果基本符合要求,体现了全电刹车系统的优越性。

民用液压舵机动刚度研究浅析

液压伺服舵机广泛应用于民机电传飞行控制系统,舵机的众多特性引起了设计者的重视。动刚度作为液压舵机的一项重要性能指标,对飞机飞行安全有重大意义,其设计必须满足飞机操纵面颤振抑制要求。介绍了液压舵机动刚度的定义、动刚度特性研究的重要性、操纵面防颤振抑制设计原则以及舵机防颤振抑制设计方法。建立了液压舵机系统数学模型,提出了舵机动刚度特性的分析和测试验证方法。随着电液伺服技术和民用舵机设计的发展,舵机动刚度特性的研究将引起更多工程设计人员的重视。

功率电传机载作动系统方案分析

综述了目前正在验证中的各种功率电传机载作动系统的发展状况，并详尽描述其工作原理，在分析其各自的优缺点之后，针对当今技术发展现状以及新型作战飞机对作动系统的要求，提出了两种新型的功率电传作动系统———电机泵复合控制功率电传作动系统和电机泵阀复合控制功率电传作动系统，初步实验分析证明了该两种方案作为向全电作动系统的过渡是可行的，将对未来机载作动系统的研制具有实际指导意义．

伺服作动系统的余度控制

为了提高伺服作动系统的可靠性，设计了一种三余度的电液伺服作动系统，将伺服阀的力矩马达、喷嘴挡板阀、系统的反馈元件等做成一式三份．并对该结构伺服作动系统进行了深入的理论分析，建立了三余度伺服控制系统的数学模型，分析了余度控制对伺服作动系统动态品质的影响，以及系统出现故障后余度伺服作动系统的动态品质．分析结果表明：伺服作动系统采用余度控制后，系统的动态品质基本不变．但系统在伺服阀线圈一路断开的情况下，余度伺服作动系统仍能正常工作．结果表明：伺服作动系统采用余度技术后，系统性能基本不变，而大大提高了伺服作动系统的可靠性。

电液复合系统中的相乘非线性控制

针对机载电液复合控制非线性被控系统,建立了系统的相乘非线性数学模型,提出了基于反馈线性化的在线滚动优化控制方法.系统的相对阶小于系统的阶数,因此通过反馈线性化将非线性被控系统化为一线性子系统和非线性部分,在保持非线性部分零动态渐近稳定的基础上,引入在线滚动优化提高系统的动态响应,而且未建模动态具有很强的鲁棒性,目标优化函数取控制量的偏差和跟踪误差的偏差的二次型,并且通过状态反馈保持整个系统的稳定性.系统仿真研究表明该控制方法使得系统对不确定因素和外来干扰具有很强的鲁棒性,系统具有更好的动态性能.

具有相乘非线性的马达速度鲁棒控制

变转速变排量联合控制是一种新型的容积控制,具有效率高和相对快的响应,但由于具有相乘的本质非线性,给控制带来一定的难度.针对变频调速变排量联合控制的泵控马达速度试验系统,建立了系统的数学模型,对存在的本质非线性问题,提出采用精确反馈线性化方法进行线性化处理,并设计了基于积分滑模面的马达速度滑模变结构控制器.由于系统参数多,各个参数是变化的且不易确定,造成常规的滑模变结构控制输出抖振现象严重,为降低输出抖振现象,提出采用自适应模糊滑模控制器进行改进,并对稳定性进行证明.最后对该控制方法的抗干扰性和正弦信号跟踪性进行了仿真试验,仿真结果验证了所设计的控制方法正确性.

机载作动系统的控制信号光传方案

综述了目前国内外机载作动系统控制信号光传的研究现状 ,详尽分析了光传飞行操纵FBL(Fly By Light)系统的特点与未来飞机对飞行操纵系统的要求 ,指出了FBL技术发展的必然性 .针对当今我国技术发展现状及对FBL技术的研究水平 ,在权衡模拟式光传和数字式光传的优缺点之后 ,提出了一种准数字光传操纵系统方案 .初步实验证明 ,该方案可以满足飞行操纵系统的要求 。

双余度电静液作动器力均衡控制

随着多电飞机技术的发展,电静液作动器(EHA)被更多地用于机载作动系统。双余度电静液作动器(DREHA)更易于实现余度控制,推进EHA在飞机上的应用。本文给出了一种新型DREHA的结构组成,并对其工作原理和固有的力纷争现象进行了分析。理想情况下,通过流量补偿进行修正,力纷争会消失。由于实际系统的参数不可能与仿真模型完全一致,通过人为引入两通道参数误差,复现实际的力纷争。针对上述力纷争现象,基于两通道左右腔压差提出了差值力补偿力均衡控制策略和交叉耦合力均衡控制策略,以减小力纷争。MATLAB和AMESim联合仿真结果表明,本文所设计的力均衡控制器能大大减小力纷争峰值,同时提高系统的响应速度。

参数模糊自整定PID在飞机全电刹车中的应用

提出了一种参数模糊自整定PID的控制策略在飞机全电刹车系统中的应用。滑移率的偏差和偏差变化率作为控制器的输入,PID控制器3个参数的自整定值作为控制器的输出,实现了PID参数的在线自整定。分析了参数模糊自整定PID的原理。飞机全电刹车系统的仿真曲线表明:以滑移率为控制对象,参数模糊自整定PID控制与常规PID相比,控制系统的响应速度快、超调量减小、过渡过程时间大大缩短、振荡次数少,具有较强的鲁棒性和稳定性。

基于速度观测的双余度电液舵机系统容错同步控制

考虑飞机电液舵机活塞杆运动速度不易测量的情况,提出一种基于速度观测的容错同步控制策略,解决了双余度电液舵机系统(DREHAS)内泄漏共模故障(IL-CMF)下的位置跟踪控制问题。首先,通过引入2组参考轨迹并对模型进行线性变换,实现舵面位置跟踪与两舵机力输出同步控制解耦;其次,在扩展状态观测器(ESO)中加入故障参数自适应项,设计一种自适应扩展状态观测器(AESO)估计两通道舵机活塞杆速度和扰动,从而克服了故障条件下利用原系统模型设计ESO带来的估计结果不准确问题;最后,基于AESO的估计结果及故障参数在线更新结果,利用反步法设计了一种非线性容错同步控制器。Lyapunov稳定性分析结果表明,该控制方法可确保IL-CMF故障及时变干扰条件下,闭环系统所有信号有界,系统输出满足规定的性能要求。IL-CMF故障及常值干扰条件下,系统跟踪误差渐进收敛于零。仿真实验进一步验证了所提方法的有效性。

自动驾驶与安全飞行

航空器驾驶舱自动化在提高驾驶舱效率、降低运行费用、改善飞行安全方面作出了贡献。然而，自８０年代以来，民航安全的改善收效甚微，本文从安全的角度对自动化与飞行安全的关系进行了分析和讨论；在分析了已经发生的与自动化相关的事故的基础上，对传统驾驶与自动化驾驶的区别，对与自动化相关的事故的特点进行了讨论；最后对自动化设计、人机界面以及飞行员培训等方面提出了建议。

民机液压系统振动技术研究

针对飞机液压系统振动失效问题,通过分析失效机理,建立了一套能够有效避免液压系统发生共振失效的民机液压系统设计方法。在Hyper Works系列软件中建立有限元模型,并进行模态分析,最后在飞机上进行试验测量。结果表明,采用该方法设计的液压管路系统,其前三阶模态能够有效避开激励源频率,振动量值和管路微应变都在合理范围内。所采用的研究方法能够为民机液压系统安装布置提供重要的理论依据。

飞机液压系统能源转换装置故障分析

针对飞机液压系统能源转换装置(PTU)失效问题,通过故障数据分析及理论分析,确认了失效的直接原因和根本原因。直接原因是PTU发生超速,根本原因是起落架收起过程中流量需求较大,导致PTU泵出口压力无法维持在13.7 MPa以上。据此提出了解决方案,并使用AMESim软件进行建模仿真,最后进行试验验证。结果表明,在起落架系统上游增加优先阀,能够有效避免PTU过速损坏,验证了理论分析和仿真分析结果。所采用的研究方法能够为飞机液压系统设计及布局提供重要的理论依据。

基于融合诊断的某型飞机故障诊断应用研究

以某新型军用飞机的电传操纵系统为研究对象,分析了案例推理和故障树诊断的方法。在此基础上,提出了将两种方法进行融合的思想,开发了通用化的故障诊断软件,大大提高了故障诊断效率,对第三代飞机的故障诊断提供了一种有效的途径。

飞机电传操纵系统多余度电液舵机运动同步性的测试与调整

电液舵机的余度设计是为保证飞机电传操纵系统可靠性而采取的重要措施 ,而各子通道舵机运动的同步性是保证电传系统正常工作的前提。本文首先分析了某型飞机的多余度电液舵机的组成和工作原理 ,研究了多余度舵机运动同步性的测试方法 ,给出了运动同步性的自动测试原理图及其相应的算法 ,最后介绍了运动同步性的调整方法。

模糊PID在飞机全电刹车系统中的应用

文章介绍了飞机全电刹车系统的电作动机构,分析了刹车过程中的滑移率控制原理,针对滑移率变化的非线性提出了模糊PID控制方案。在滑移率偏差较大时,使用模糊控制提高系统的响应速度,在小偏差下切换入PI控制消除静差和极限环。使用模糊PID控制器,对某型飞机刹车过程的仿真表明,系统取得了很好的刹车性能。

采用增压补油器改进某型飞机应急供压系统

某型飞机曾发生数起因液压导管破裂而导致飞机平尾、副翼失去操纵 ,造成严重的飞行事故或事故征兆。文章对事故发生的原因进行了分析 ,提出了相应的改进方案 ,进行了改进系统的地面装机模拟试验 。