航空高度FPGA单粒子翻转飞行实验及失效分析

随着微电子工艺的发展,小尺寸、高密度及低电压的器件越来越多地应用于航空电子设备。许多科研人员发现高层大气及外太空的带电粒子带来的粒子辐射会对航空电子器件产生严重的影响。基于民用航空局方的要求,鉴于机载设备对单粒子翻转效应的隐患以及航空机载设备国产化的迫切需求,开展FPGA器件用于机载电子设备可能遭遇的单粒子翻转效应的风险问题研究。分析了主流FPGA在航空飞行高度的飞行实验数据,进一步论证其是否满足民用航空的需求。大量数据的分析结果证明,以当下主流FPGA芯片的工艺尺寸、工作电压的条件,单粒子翻转效应是一个不容忽视的问题。即便是航空飞行高度甚至是地面高度,FPGA芯片因单粒子翻转导致失效也是无法满足民用航空设备的安全性要求。

民用飞机适航安全性数据追溯性分析与建模

民用飞机适航安全性数据间的追溯性是审定过程中判定系统安全性工作完整性和准确性的重要方法,但随着民用机载产品安全关键特性及机载设备的综合化程度不断提高,相关数据间追溯关系的复杂性也大大增加,给适航安全性审定工作带来较大挑战。为建立安全性数据及其关联性的评价标准及验证方法,从安全性需求确认及验证、分析方法,以及相关运行维护分析等方面总结审定要素和评审要求,提出了一种整合设计数据、安全性数据与运行维护数据的安全性数据追溯模型。通过该模型在型号工作中的具体应用及情况分析,表明其可为我国民机型号安全性评估及审定工作提供理论支撑。

航空辐射环境SRAM存储芯片单粒子翻转实验综述

随着集成电子器件的快速发展,应用在航空电子系统中的SRAM型存储器件集成度也越来越高,尺寸越来越小,其发生单粒子翻转效应的可能性也越来越高,对航空飞行的可靠性和安全性带来严重的隐患。针对国外已有的SRAM型存储芯片的地面辐射实验、航空飞行实验结果进行归纳总结,分析SRAM存储芯片受单粒子翻转效应的影响以及失效特点。

航空发动机燃烧室壁面“热斑”对热障涂层失效的影响

航空发动机燃烧室壁面热障涂层的脱落直接影响着相关部件使用寿命,其重要原因是“热斑”环境下涂层的局部烧结使得涂层内具有更复杂的应力状态,从而产生新的失效模式。采用ANSYS稳态流场与ABAQUS瞬态耦合对瓦片涂层系统进行分析,并借助断裂力学与实验方法对涂层的开裂规律进行表征,结果表明涂层具有升温350℃的“热斑”表面温度场与139 MPa的内部集中剪应力,并受此影响在“热斑”边缘区域优先发生以I型载荷为主导的面内复合型开裂失效。

航空发动机风车不平衡适航符合性验证

CCAR 25部《运输类飞机适航标准》对航空发动机的持续转动提出明确要求,即航空发动机的持续转动不会危及飞行安全。参考美国联邦航空局(FAA)第25-141号修正案,详细分析了FAR 25.362条款对发动机失效载荷的要求及其适用的符合性验证方法。通过对服役数据进行统计学分析研究了风车不平衡符合性验证条件。结果表明,不平衡量等于1.0与1 h备降时间组合、不平衡量等于1.0与最大不超过3 h备降时间组合可以满足安全性的要求,在此基础上从载荷、强度、耐久性、系统完整性以及人为因素5个方面开展符合性验证。采用完整的飞机模型和发动机模型进行符合性验证是可以接受的。机体结构模型要通过地面振动试验进行校验,发动机模型要通过风扇叶片脱落试验进行校验。

中国国际航空股份有限公司融资结构研究

对中国国际航空股份有限公司(以下简称"国航")融资结构进行研究,旨在改善国航融资结构,降低企业财务风险。以优序融资理论为依据运用比较分析法,对国航融资结构进行了纵向和横向比较。通过比较发现,国航融资结构中存在内源融资比例低、偏向股票融资、债券融资比例低、飞机租赁融资未充分利用等问题,并进一步分析了问题背后的原因。针对这些问题,从企业和政府两个角度对优化国航融资结构提出了建议,包括提高企业盈利能力、完善股权结构、发展资本市场、加强政府监管、减少政府干预、完善政策支持等。融资结构对企业价值具有重大影响,对国航融资结构进行研究,希望能对国航融资结构的完善提供借鉴。

航空铆钉动态加载失效实验

为研究航空铆钉连接元件在动态加载下的失效模式,依托高速液压伺服材料试验机,通过特殊设计的实验夹具,进行了6类航空铆钉在不同加载速度和不同加载模式下的动态失效实验,获得了铆钉元件在纯拉伸加载、纯剪切加载、30°拉-剪耦合加载和60°拉-剪耦合加载状态下的失效实验数据。实验结果表明,铆钉元件的失效模式和失效载荷与加载速度、载荷的作用形式密切相关,并基于实验结果拟合得到铆钉元件的失效本构参数,获得了可表征铆钉在一般情形下失效的本构方程。

民用飞机驾驶舱保护适航技术研究

驾驶舱保护对保障民用航空运输安全具有重要意义。首先,基于适航条款修订背景研究了驾驶舱抵御入侵、抵御穿透和烟雾保护的相关适航要求及建议的符合性验证方法;其次,分析了驾驶舱保护适航技术在舱门设计、监视系统及烟雾保护方面的发展及应用;最后,提出了民用飞机型号适航取证中在舱门设计、监视系统及烟雾保护方面需要关注的问题,可为民用飞机设计及合格审定提供支持。

航空发动机热障涂层存在的问题及其发展方向

热障涂层主要作用在发动机的热端部件,可以减少油耗,提高效率,延长热端部件使用寿命。热障涂层技术的高速发展使得航空发动机的性能得到了极大的提高,但是它在使用过程中存在着失效问题。主要对陶瓷面层存在的高温烧结、热生长氧化物生长应力、高温热腐蚀和界面应力失配四种问题进行了论述,并针对具体问题提出了解决方案。同时,对新型的低热导率热障涂层和应用在CMC基体上的热障涂层的研发情况进行了综述和展望。

民航客机7075-T6铝合金壁板的腐蚀特征与机制

为了研究民航客机结构的腐蚀机理,详细表征服役客机7075-T6铝合金壁板的腐蚀形貌、裂纹特征和腐蚀产物,并对其腐蚀机制进行探讨。利用扫描电子显微镜及附带能谱仪对壁板的完整涂层和已腐蚀(未剥落)涂层表面进行微观形貌和能谱分析。利用光学显微镜对壁板横截面金相样品进行详细观察,运用X射线物相衍射分析表面腐蚀残留物的物相。试验结果表明,客机7075铝合金壁板铆钉孔附近区域的表面涂层容易出现鼓泡、开裂等现象,并发生层状的剥落腐蚀,表面腐蚀形貌以微裂纹和龟裂为主,腐蚀产物以氢氧化物为主。铆钉孔附近区域表面下方可诱发大量不连续的阶梯状平行的沿晶应力腐蚀裂纹,裂纹引起的膨胀是表面涂层脱落的关键因素。此外,腐蚀介质中的Cl–、SO42–等有害离子对铝合金壁板的腐蚀具有明显的促进作用。

爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应数值分析方法

为得到适用于爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应的数值分析方法,采用LS-DYNA显式动力学分析软件对爆炸冲击载荷下的铝合金平板进行数值仿真计算.主要研究了不同的任意Lagrange-Euler(拉格朗日-欧拉)网格(ALE)输运步算法、流固耦合方式、流固耦合点数量、网格尺寸、有限元单元类型对计算结果的影响.通过计算结果与实验结果的分析对比,表明采用van Leer+HIS输运步算法、罚函数耦合方式、在流体网格与结构网格之间采用3个耦合点、结构网格尺寸与空气域网格尺寸比例设为2∶1、结构单元采用163号壳单元时可以较为准确地计算航空铝合金平板在爆炸冲击载荷下的动态响应,并且能提高计算效率,节约计算时间.

综合模块化航空电子系统可靠性评估方法研究

综合模块化航空电子(IMA)系统采用资源共享的系统架构,在提供更加复杂强大的航电功能的同时也带来了更复杂的故障增殖模式,针对此问题提出了基于AADL和GSPN的可靠性评估方法。首先采用AADL语言对系统的架构及故障信息进行描述,建立其AADL可靠性模型,为了进一步分析其故障动态行为,研究了AADL可靠性模型向GSPN模型转化规则,通过对GSPN模型的分析来评估IMA系统可靠性。最后以IMA系统显示功能为例进行了可靠性评估,验证了该方法的有效性,并且通过实验对比的方式给出了显示功能架构的选择建议。

流固耦合作用下航空发动机燃烧室热疲劳研究

针对某航空发动机在服役过程中出现的燃烧室基体开裂现象,研究了航空发动机的燃烧室热疲劳。通过三坐标扫描逆向建模获得了航空发动机的燃烧室三维模型,选取满足周期性对称条件的1/10扇形段燃烧室作为计算域,考虑流体域与固体域之间的相互作用,建立了某航空发动机燃烧室湍流燃烧流固耦合模型,对典型工况下燃烧室内流场进行了模拟,获得了燃烧室基体及热障涂层的温度分布,并对热障涂层外表面温度场与实际服役燃烧室热障涂层宏观样貌进行对比,验证了流固耦合计算的准确性;对燃烧室基体进行了非线性静力学分析,获得了燃烧室基体的应变分布,应变最大位置与燃烧室基体实际开裂位置对应;通过Manson-Coffin公式及线性累积损伤理论,计算得到了在典型工作循环下危险点的寿命。结果表明,随着发动机负荷的上升,燃烧室基体温度逐渐升高,在冷热气流的冲击下,掺混孔下游区域温度分布不均匀,使得该区域塑性应变较大从而导致掺混孔区域的低周疲劳破坏,危险点的最低寿命典型起落循环数为7 126。

面向航空环境的多时钟单粒子翻转故障注入方法

随着新型电子器件越来越多地被机载航电设备所采用,单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)故障已经成为影响航空飞行安全的重大隐患。首先,针对由于单粒子翻转故障的随机性,该文对不同时刻发生的单粒子翻转故障引入了多时钟控制,构建了SEU故障注入测试系统。然后模拟真实情况下单粒子效应引发的多时间点故障,研究了单粒子效应对基于FPGA构成的时序电路的影响,并在线统计了被测模块的失效数据和失效率。实验结果表明,对于基于FPGA构建容错电路,采用多时钟沿三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)加固技术可比传统TMR技术提高约1.86倍的抗SEU性能;该多时钟SEU故障注入测试系统可以快速、准确、低成本地实现单粒子翻转故障测试,从而验证了SEU加固技术的有效性。

基于灰色理论的航空发动机可靠性指标评估方法

以层次分析理论为基础,采用二次分布和灰色理论综合评估方法,建立了航空发动机可靠性指标评估模型。将发动机可靠性指标分为总体级、危害度级、故障模式三个层次,故障模式级的数据融合采用二次分布和加权平均的方法,危害度级的数据融合采用层次分析-灰色理论综合评估方法,将航空发动机可靠性指标分散描述成属于不同灰类的向量,将评估灰类向量进行单值化处理得到发动机总体可靠性指标,实现了发动机可靠性指标从故障模式级到危害度级再到总体指标的逐步融合。对某型涡扇发动机应用表明,基于层次分析-灰色理论的评估模型应用范围广泛,对数据的分布类型不予限制,评估结构清晰,分层次反映了发动机的可靠性状态。

综合模块化航电系统可重用软件组件的适航审定要求分析

综合模块化航电系统通过在通用硬件资源平台加载不同的软件以实现不同的航电功能,对软件构件的重构提出了更高要求,已有的适航审定技术已无法对可重用软件组件的安全性做出评判。分析了可重用软件组件适航的审定要求,给出了在实际审定中的审定要素和评审要求。本文研究可为我国解决可重用软件组件的适航审定问题提供理论支撑。

航空发动机叶片TC4钛合金振动疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测

目的研究TC4钛合金的振动疲劳特性及寿命预测。方法通过共振疲劳试验,分析裂纹尖端应力强度因子的变化规律,计算不同应力水平下疲劳裂纹扩展的速率,建立剩余寿命预测计算模型。结果裂纹尖端的应力强度因子是表征裂纹扩展速率快慢的有效参数,与裂纹长度及应力场的大小相关。在裂纹扩展初期应力为274 MPa的条件下,裂纹扩展速率的试验值与计算值吻合较好。通过寿命预测模型计算可知,当初始裂纹为0.5 mm,最终裂纹长度达到5 mm时,在应力为274、366、422 MPa的条件下,振动循环周期分别为36 577、19 090、13 865。结论在应力比为?1的振动条件下,裂纹扩展速率随应力水平的增大而加快,同时初始裂纹长度越长,应力相同时,裂纹扩展速率提高。通过寿命预测模型,可计算出结构件的使用寿命。

综合模块化航电系统适航审定要求分析

综合模块化航电系统(IMA)的深度耦合、资源共享、强健分区等特性给传统的针对联合式航电系统的审定方法带来了挑战。分析了适用于IMA系统审定的文件体系,给出了IMA系统符合性验证过程的典型活动,最后总结了针对IMA系统各审定阶段的审定要素和评审要求。本研究可为我国解决IMA系统的审定问题提供理论基础。

综合模块化航电系统驻留功能适航审定要求分析

综合模块化航电系统以功能分区的形式在资源共享平台上综合了多种航电功能,系统功能与硬件平台不再具有唯一对应性,给适航审定技术带来了困难。首先分析了综合模块化航电系统的特点和民机产品的适航方式,然后依据局方的相关技术标准文件,给出了综合模块化航电系统驻留功能的适航需求分析,最后总结了审定要素和评审要求分析。相关研究成果有助于解决功能-硬件分离的航电产品的取证问题,是对现有综合模块化航电系统审定体系的有效补充。

基于AHP-BP神经网络的航空材料供应商选择

根据适航规章要求,提出了航空材料供应商选择的特色指标,构建了航空材料供应商选择的AHP-BP神经网络模型,通过AHP确定各指标权重,再结合BP神经网络,从训练数据中提取隐含的知识和规律,能够方便地用于新供应商的选择。该模型求解算法为动量梯度下降反向传播算法,具有良好的可扩展性,从而增加了评价的动态性。算例验证结果表明,将AHP-BP神经网络模型用于航空材料供应商选择具有较强的实用性。