民机典型机身框段垂直入水冲击特性研究

为了研究民机典型机身框段垂直入水冲击特性,采用入水冲击试验系统开展不同高度下的圆柱体入水冲击试验,研究其入水冲击响应;基于LS-DYNA任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法建立流体域均匀网格及局部加密网格模型,通过对比圆柱体入水冲击试验结果验证网格收敛性及流体域模型;基于验证的流体域模型及机身框段模型,研究机身框段在6.02 m/s速度下的入水冲击特性,并分析与刚性地面冲击特性的差异性以及不同入水冲击速度下的机身框段冲击响应特性。结果表明:ALE方法在结构入水冲击方面具有较高的模拟精度,且采用局部加密网格时可以极大减少流体域模型网格数量和入水冲击计算时间。机身框段入水冲击时的失效模式与刚性地面冲击时的失效模式较为一致,但机身框段结构整体变形程度减小,客舱地板横梁变形程度增大;机身框仍是吸能最多的部件,但水也吸收了大量的冲击能量,使得地板导轨处的加速度始终小于刚性地面冲击时的加速度;随着机身框段入水冲击速度的增大,机身框发生弯折和上翘的程度加剧。

基于视觉Transformer飞行员姿态估计

人体姿态估计是行为感知领域中的一个重要环节,也是民用飞机驾驶舱智能交互方式的一项关键技术。为建立民用飞机驾驶舱复杂光照环境与飞行员姿态估计模型性能的可解释联系,提出基于视觉Transformer飞行员姿态(ViTPPose)估计模型,该模型在卷积神经网络(CNN)主干网络末端使用包含多层编码层的双支路Transformer模块,编码层联合Transformer和空洞卷积,在增大感受野的同时捕捉后期高阶特征的全局相关性。基于飞行机组标准操作程序,建立飞行模拟场景下的飞行员操纵行为关键点检测数据集,ViTPPose估计模型在此数据集上完成飞行员坐姿估计,并通过与基准模型对比,验证了其有效性。在驾驶舱复杂光照的背景下,构建坐姿估计热图,分析ViTPPose估计模型对光照强度的偏好,测试其在不同光照等级下的性能,揭示其对不同光照强度的依赖关系。

融入思政元素的飞机工程课程群混合式教学实践

在立德树人背景下,开展课程思政教学是必然趋势。针对专业课程价值塑造弱化的问题,飞机性能工程课程群根据国产民机和签派员岗位能力,依托超星在线教学平台,明确育人目标,将“课程思政”融入线上线下混合式教学,实现思政教学与“双线教学”双向贯通,课程群组成了课堂学习共同体,形成协同效应,打造有温度、有深度的立体课堂,丰富学生的学习方式,建立家国情怀和情感认同,达到“知识——技能——价值”一体化育人目标。

基于多应力加速退化的机载电子部件可靠性试验方法

可靠性试验是获取基础安全性数据的重要来源之一。考虑机载设备的实际工作环境,多种应力共同作用导致产品失效且存在复杂的相互作用,本文提出一种基于多应力广义耦合加速退化的可靠性试验方法,可以直接获取用于适航符合性验证的基础安全性数据。首先,建立考虑多应力广义耦合的非线性Wiener加速退化模型,结合相关性分析确定应力耦合形式;其次,提出基于多应力加速退化模型的最大似然估计与参数优化方法,解决多参数估计难题;最后,以某机载LED芯片为对象开展三应力加速退化试验,实现寿命评估。结果表明,相比于传统多应力加速模型,本文所提方法更贴近实际工况,误差控制在1%以内,寿命评估精度较高,可以有效解决基础数据缺失和不准确的现实适航问题。

基于LSTM-AE的民机空调热交换器性能异常检测方法

空调热交换器性能异常检测技术是快速判断民机空调系统运行状态并合理安排维修任务的关键,传统的异常检测方法难以有效处理高维时序数据,无法实现系统早期故障预警。为此,本文提出了一种基于长短期记忆网络(LSTM,long-short term memory)与自编码器(AE,autoencoder)模型的无监督异常检测方法,用以识别民机空调系统异常运行状态。首先,基于民机空调系统原始传感器参数构建表征空调热交换器性能的特征监测参数;其次,构建LSTM-AE模型进行数据特征重构并计算重构误差;最后,使用孤立森林(iForest, isolation forest)进行无监督异常监测。将本文构建的无监督异常检测方法与传统方法对比,并建立模型评估指标,验证结果表明,所构建的模型方法可以对民机空调热交换器性能异常状态进行有效检测。

高度修正实现刚度等效的梁结构有限元建模方法

民用飞机中对于梁结构的有限元建模,一般采用刚度等效方法将梁建成杆单元与剪切板单元的组合形式,这种有限元简化方法仅能保证截面刚度与真实截面刚度近似等效,但有限元中的截面面积与实际面积却相差较大,致使有限元分析的结果不能准确反映结构严重部位的应力情况。针对传统刚度等效有限元建模方法的不足,提出一种采用高度修正的刚度等效有限元建模方法;将该方法的计算结果与传统建模方法的计算结果、理论计算结果、试验测量结果进行对比。结果表明:本文提出的高度修正的有限元建模方法比传统杆板系建模方法更准确,与试验结果更接近;将该方法用于民用飞机结构有限元建模,能够对真实结构进行更准确地模拟,分析结果也更精确。

冻雨天气对民机飞行的影响及运行控制研究:以贵阳龙洞堡机场为例

冻雨是影响民航在冬季安全运行的常见恶劣天气之一,在飞机表面形成的积冰等污染物会导致飞机机翼临界角减小,引起民机飞行的不安全事件。贵州省是我国低温雨雪凝冻灾害天气影响最严重的地区,为提高冻雨天气下民机飞行的安全性,选取贵阳龙洞堡机场为样本,梳理冻雨在民航运输中的危害性,再结合机场区域的地形特征,以贵阳2019年1月18日一次冻雨气象来研究冻雨产生的机制,研究发现贵阳地域纬度较低但海拔高度偏高的独特地形,加之区域内存在较强的逆温层,形成的上暖下冷温度场结构是造成冻雨的必备条件。最后从强化冻雨天气下的预报预警工作、落实冻雨天气下的机组操作规则、严格执行冻雨天气下的管制规定和制定冻雨天气下的工作预案等四个方面提出运行控制建议。

民用航空器维修跟随机器人控制算法研究

民用航空器维修跟随机器人控制算法基于ROS(Robot Operating System)系统开发,利用PDOA(Phase-Difference-of-Arrival)技术和差速四轮车底盘联合控制机器人,使机器人可以辅助航空器维修人员进行轮档、工具、设备、航材等物品的搬运,减轻人员负担,减少人为差错,提高工作效率,降低运营成本。采用该系统控制的机器人在安全性、可靠性、机动性等方面具有显著的优势,旨在提高民用航空器维修的效率,保障航空器持续适航安全。

民用飞机预测维修技术研究进展

民机维修理论伴随航空科技进步在不断往前发展,从定时翻修到以可靠性为中心的计划维修,以及先进的视情与预测维修理念。现代民机测试性的发展,特别是系统/结构健康监测技术的发展和成熟,丰富了现有的持续适航概念和方法体系,在确保飞机满足持续适航要求的前提下,飞机由经验化的基于时间的计划维修向更加高效的基于系统/结构实际健康状态的维修转变。本文总结了民用飞机预测维修技术的最新研究进展情况,从以传统计划维修模式为基础引出预测维修模式,包括结构/系统预测维修任务分析方法、预测维修方案优化、预测维修关键技术以及在民机领域的应用情况。

基于SSA-LSTM的高高原民航飞机空调系统故障预测

在民航高高原航线的复杂气候环境下,机载设备整体性能要求更高。在低温、低压、强紫外线等条件下,飞机关键部件会加速老化。国内航空公司通常采用事后维修的方式对飞机进行维护,针对传统事后维修方法响应时间长、成本高以及存在潜在的安全风险,难以人为精准把控维修周期和维修深度的问题,提出一种大数据驱动的飞机空调系统故障预测方法。引入融合麻雀算法的长短期记忆网络(Sparrow Search Algorithm-Long Short-Term Memory,SSA-LSTM),利用无线快速访问记录器(Wireless Quick Access Recorder,WQAR)收集的数据,与其余两种预测方法进行对比研究,结果表明SSA-LSTM具有明显优势。通过预测和早期潜在故障识别,为航空公司从事后维修向预防性维修的转变提供了支持。

民用飞机维修中的科学问题

本文凝练并给出了民用飞机维修的价值追求,包括飞机设计与制造的安全性、机载系统的能观性与能控性、维修经济性以及维修流程的可操作性与可推广性。梳理并总结了现行维修体系的实现路径,包括初始适航、维修技术体系、维修成本控制以及维修技术和管理的普适性。对比分析了预防性维修和预测性维修的主要特征,指明未来的民用飞机维修将以预测性维修模式为核心特征。详细讨论了民用飞机维修面临的6个方面的需求和对策以及对科学问题的思考。

民用飞机应急场景分析与建模方法

按照基于场景的民用飞机系统工程正向研制过程,为确保在飞机研制早期需求捕获与功能分析的完整性,针对应急场景开展识别、分析与建模方法研究。分析在飞机研制早期考虑应急场景的必要性,给出应急场景的定义和范围;针对民用飞机不同运行阶段,开展基于外部风险事件的应急场景识别,给出不同阶段的外部风险事件,并按照外部风险事件在不同阶段的演化结果给出相应的应急场景清单;研究形成一种基于DoDAF的应急场景建模方法,选取典型应急场景,形成应急场景建模的典型案例。通过对民用飞机应急场景分析与建模方法研究,形成可参考的外部风险清单和应急场景清单,同时形成面向应急场景的建模技术途径,为面向安全保证、基于应急场景的需求捕获与初步机组应急操作程序定义奠定基础。

民用飞机远距离通信天线设计

随着通信技术的不断发展,民用飞机的通信手段也日益更新。目前民用飞机的通信方式主要包括三种,分别为高频(high frequency)通信系统、甚高频(very high frequency)通信系统和卫星通信(satellite communication)系统。天线是通信系统设备的最后一级,其结构与性能的好坏将影响整个无线电系统的通信质量。简要介绍了高频和卫星通信天线的基本辐射原理以及工程实例。高频通信天线采用回线天线的形式,卫星通信天线采用2×6的相控阵天线形式,相控阵天线单元采用缝隙耦合馈电的微带贴片天线形式,最后对通信天线的发展进行了展望。

民机航电系统虚拟化计算平台功能安全评估研究

围绕虚拟化后影响机载计算平台安全的时空隔离性、故障隔离性、可调度性等主要问题,开展虚拟化环境下机载计算平台的安全等级评定研究,考虑虚拟化后航电系统的特点,提出了一种基于层次分析法(AHP)和灰度关联分析法(GARD)的安全性计算方法。建立了机载虚拟化计算平台安全评估判断树,利用AHP方法计算了各安全能力的权重,给出了系统整体安全性得分,并在此基础上,结合GRAP方法,参照航空电子系统安全性评估,计算得出了测试系统与DAL安全等级要求适配度最高的安全等级。

面向声爆/气动力的飞行器布局设计知识挖掘

声爆抑制是发展新一代超声速民机必须突破的关键技术。飞行器总体布局参数对其声爆特性有重要影响。数据挖掘(DM)可以从大量的数据中通过算法搜索隐藏的信息,是飞行器设计知识提取的有力工具。选取后掠角、展弦比、梢根比、上反角、机身长细比5个总体布局参数作为设计变量,目标函数定义为远场感知噪声级,同时计算升、阻力系数作为气动力衡量指标。基于总变差分析(ANOVA)、决策树算法、自组织映射(SOM)网络组成的数据挖掘体系提取低声爆设计知识库。获得所选设计变量与声爆/气动力的相关度,并实现对设计变量的分层与降维。后掠角有最高设计优先级,长细比、上反角重要程度次之,展弦比与梢根比为低敏感变量。对于算例中的飞行器,在合理区间内选择较大的后掠角、上反角能够使声爆最小化的同时,设计适于超声速巡航的小展弦比布局。

内爆载荷下民机用定向泄爆容器结构的动态响应

为保证民机航空安全、满足民机抗爆结构设计要求,研究不同当量TNT内爆冲击下民机用定向泄爆容器结构的动态响应。设计用于民机上爆炸物危险排除的定向泄爆容器,通过爆炸试验验证泄爆容器的可靠性,确定泄爆容器的爆炸物临界包容当量为42 g。进一步对该泄爆容器在不同当量内爆载荷下的动态响应进行数值仿真,分析塞块的运动过程以及内爆载荷对泄爆容器的作用机理。研究结果表明:剪切销在爆炸冲击波作用下剪切断裂,剪断过程中塞块发生振动,剪切销剪断后塞块持续加速,容器内最终产生约7.5 MPa的准静态压力,塞块冲破机身壁板后匀速飞出,容器泄压并自泄爆口向内形成约0.38~0.85 MPa的压强梯度;TNT当量对塞块飞行速度的影响明显,塞块飞行速度随当量的增加而提高,且提高率不断减小。所得研究结果可为民机防爆容器的设计以及应用提供支撑。

Harmony SE在民用飞机设计中的应用

随着民用飞机技术精细化和产品复杂性的提高,民用飞机设计已从传统的基于文档的系统工程转变为基于模型的系统工程,系统表达也从以文档为中心转变为以模型为中心。为进一步提高民用飞机设计中系统建模的模型质量与正确性,进而缩短设计的开发周期与成本,探究以模型驱动及验证为主导的系统工程方法在民用飞机设计领域的适用性,建立民用飞机设计的系统工程框架,用以支持民用飞机的可靠设计与高效交付。以Harmony SE建模方法为切入点,介绍其工作流程和建模思想;分析民用飞机在系统工程实践中出现的突出问题,说明Harmony SE方法在民用飞机系统工程领域的适用性,建立民用飞机设计的系统工程实践体系;以油箱增压组件为研究对象,应用实践体系开展组件级系统工程实践。结果表明,文中所提出的民用飞机设计系统工程体系和方法能够正确合理地分配设计需求并建立完整的系统模型,有助于提升现阶段民用飞机设计的效率与准确性。

民用飞机客舱空气质量状况调查

目的对国内民用飞机客舱空气质量进行调查评估。方法基于便利抽样监测不同机型飞机的客舱温度、相对湿度、风速、气压、照度、噪声、一氧化碳、二氧化碳、空气细菌总数及真菌总数参数,对载客巡航过程中检测到的各项参数在不同机型及不同点位的分布情况、参数间的相关性进行统计学分析。结果所调查56架飞机客舱平均温度、平均相对湿度、平均气压、风速中位数、平均噪声值、照度中位数、平均一氧化碳浓度、平均二氧化碳浓度、空气细菌总数中位数和空气真菌总数中位数分别为23.7℃、34.5%、84.9 kPa、0.07 m/s、72.1 dB(A)、141 lx、0.124 mg/m^(3)、0.11%、2个/皿和1个/皿;中型飞机客舱风速高于大型飞机(Z=-2.28,P<0.05),其他参数在不同机型间差异无统计学意义(P>0.05);中舱二氧化碳浓度低于前舱和后舱,但中舱噪声、风速均高于前舱和后舱,以上差异均具有统计学意义(P<0.05),其他参数均无差异(P>0.05);湿度与细菌总数、真菌总数均无显著相关关系(P>0.05),风速与二氧化碳浓度存在显著负相关关系(P<0.05),与湿度无显著相关关系(P>0.05)。结论抽样调查结果显示,我国飞机客舱空气质量水平较好,大多数参数可满足标准限值要求,但仍存在湿度偏低、噪声较高的情况,虽然这些情况通常不会影响飞行安全,但会在一定程度上降低旅客和机组人员的舒适度。另外,某些参数在不同点位及机型具有差异。适当增大风速可有效降低二氧化碳浓度。目前,民用飞机客舱空气质量作为航空环境卫生重要内容,其监测没有统一的行业标准和规范,本研究可以为民用飞机客舱空气质量标准及监测方法的制定提供参考和数据支持。

基于CNN-GRU-Attention的民机重着陆预测模型

重着陆事件是民用飞机着陆阶段最容易出现的事故之一,对其进行预测对于提升飞行安全具有重大意义。因此提出了一种基于卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)和门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)并融合了注意力机制的重着陆预测模型,以飞机实际运行过程中采集的快速存取记录器(Quick Access Recorder,QAR)数据作为数据集。对QAR数据进行预处理并通过轮载信号确定数据集区间;通过Spearman相关系数对与飞机着陆相关的参数进行相关性分析,从中提取了24个特征参数作为预测模型输入,以重着陆判定指标垂直加速度作为输出,建立基于CNN-GRU-Attention的重着陆预测模型。实验结果表明,所提模型与其他预测模型相比具有更好的预测效果。

基于全机精细模型的非钉孔疲劳强度分析方法

针对传统基于自然网格模型的内力解疲劳强度分析方法在民用飞机非钉孔结构分析时存在的问题,采用更能反映结构细节特征的全机精细有限元模型,在传统疲劳强度分析方法基础上建立基于全机非钉孔结构的疲劳强度分析方法体系。首先依据全机精细模型的特点制定多级筛选计算流程;其次根据结构几何特征,合理保留易导致局部应力集中的单元作为疲劳源,通过引入飞续飞载荷谱最大单个循环损伤比、多轴应力等效、全向损伤评估等计算方法剔除大量低载单元;最后通过飞续飞疲劳载荷谱及人工甄别得到具有疲劳风险的单元,并以图形化方式对疲劳风险点的位置进行展示。整个体系有效平衡了计算精度和效率之间的矛盾,显示出良好的工程应用价值。