面向机载软件的预期功能安全分析验证过程及方法研究

预期功能安全(Safety of the Intended Functionality,SOTIF)关注系统与外界环境、交联设备、任务场景和操作人员交互时,由自身功能设计不足而导致的安全隐患,非常适用于具有复杂功能逻辑的系统和软件研制过程。但目前尚未见到SOTIF在机载软件安全性分析验证工作中的研究与应用,导致机载软件安全性分析验证过程难以适用于复杂失效的分析识别。因此借鉴SOTIF在汽车领域的成功应用经验,开展面向机载软件的SOTIF分析验证过程与方法研究。首先,参考ISO 21448标准,提出机载软件SOTIF分析验证框架。然后,借助功能危险分析、故障树模型、场景驱动等理论,针对过程中涉及的SO-TIF分析验证技术进行研究,识别机载系统危险,分析软件异常控制行为及其原因,构建SOTIF测试场景与测试用例,形成基于SOTIF的机载软件安全性分析验证完整闭环。最后,通过SOTIF技术在机轮转弯控制软件的典型工程应用,验证了该研究成果的有效性和可行性,形成了面向机载软件的SOTIF分析验证过程与能力,可支撑研制人员充分识别机载软件运行过程中软硬耦合冲突、人机交互异常、场景切换异常等复杂失效模式,确保机载软件满足高安全、高可靠研制要求。

固体火箭发动机虚拟试验技术研究综述

试验测试是评估武器装备性能的重要技术,为解决传统试验方式存在的资源成本高、试验性能难以预示等问题,将虚拟试验技术与固体火箭发动机试验测试领域结合,以缩短发动机试验周期、降低测试费用、提高产品质量。基于固体火箭发动机主要试验测试方法的研究现状,重点介绍了固体火箭发动机虚拟试验的总体架构,阐述了虚拟试验中需要构建的模型和结果的校核验证,进一步展望了科研人员未来可挖掘的潜在研究方向。

科技动态

推进国防科技管理创新变革,深化军事战略竞争2021年,随着人工智能、量子等前沿科技快速发展与应用,世界国防科技创新进入活跃发展时期。世界主要国家推出多项国防科技管理创新举措,增设创新管理机构,频繁开展样机研发、兵棋推演、成果转化应用等活动,加强国防科技创新政策制度、基础条件与人才队伍建设,不断增强国防科技创新能力,提升本国战略竞争力。

无线电罗盘自动测试系统

为满足X系列无线电罗盘接收机电气修理与自动测试需要,针对目前有关无线电罗盘研究现状,基于多代理与分层控制技术,设计一种无线电罗盘自动测试系统,并且搭建"工控机+各种程控部件+天线模拟仪+接收机"测试系统硬件平台,开发基于VC++6.0的系统测试软件,并针对X型接收机,对系统性能进行测试验证,测试结果表明其有效性。所设计的测试系统能够真实模拟接收机工作环境与工作原理,对于其他系列罗盘接收机测试系统的设计与开发具有重要的借鉴意义与参考价值。

基于TDLAS技术的机载水汽密度测量仪

近年来,可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术发展迅速,在气体浓度检测领域被广泛应用。水汽密度的测量在高空气象业务中占有重要地位,但我国目前的高空气象业务基本依靠探空气球的数据开展,用这种方式测量水汽密度具有数据量少、数据不够新、成本高的缺点。在TDLAS技术的基础上,结合机载环境情况,实现了在机载环境下实时、准确、快速地测量水汽密度,为飞机在飞行过程中提供了实时的气象参考;为气象预报提供了更加丰富的气象数据;也为特定区域进行机载气象探测提供了参考。

基于可调谐激光器的光纤法珀振动传感器解调技术

针对非本征型光纤法珀干涉仪动态解调,研究了一种基于可调谐激光器的双波长正交相位解调方案。可调谐激光器具有波长切换速度快、调谐范围广的特点,克服了传统双波长正交相位解调中光功率不平衡和直流分量难以计算的问题。利用可调谐激光器宽范围的线性扫描(1530-1560 nm)得到EFPI传感器的干涉谱,通过干涉谱计算出EFPI传感器的初始腔长122.581μm和直流分量3.4 V,同时确定两正交波长,然后利用反正切原理对EFPI传感器的腔长进行解调。搭建双波长正交相位解调系统,在2.25 kHz的频率以及不同的加速度下,对EFPI振动传感器进行解调。结果表明,该系统可实现不同腔长变化量的解调。

基于多线程的动力驱动装置实时测控系统

在襟缝翼动力驱动装置工作性能的测试中,测控系统需同步完成负载模拟、通信控制、电源监测、实验曲线绘制、实验数据存储等多项功能。针对测控系统的多任务、高实时性、大数据量等要求,基于LabWindows/CVI环境,通过使用多线程技术,将任务分配到不同线程中完成。在主线程中运行用户界面,响应用户操作;在异步定时器中执行模拟负载给定、通信控制和实验曲线绘制任务;在线程池中执行电源监测任务。经实验验证,应用多线程技术能够确保测控系统实时显示实验状态、与被测设备之间可靠通信、稳定提供负载、有效控制实验过程,满足了系统的设计要求。

基于云边协同的新一代机载预测及健康管理架构设计

为适应未来战争节奏快、战场环境复杂以及下一代制空作战装备远航久航等新特点,提出了下一代制空作战装备机载故障预测与健康管理(PHM)的新需求,即关键故障精准预测、安全状态全面感知、辅助任务决策快速生成。而目前传统机载PHM由于规划功能有限、数据传输能力和计算资源不足等问题无法满足新需求。云边协同是一种可以支撑开放式统一系统架构的典型方法,符合下一代制空作战装备机载架构的发展趋势,并且可以有效减少机载健康数据传输并可合理地动态分配计算资源。在传统机载PHM架构的基础上,提出了基于云边协同的新一代机载PHM功能架构及物理架构,并阐述关键功能运行逻辑,为新一代机载PHM架构设计提供了一个可参考的技术思路。

喷水对风扇压气机性能的影响

针对雨滴吸入对航空发动机风扇特性的影响问题,对某四级风扇模型,采用数值仿真的方法进行风扇特性变化的分析,在平均流管的基础之上,分析来流为空气、不同含水量、水滴直径以及空气相对湿度等条件对风扇压比和效率的影响。仿真分析发现,当来流含2%600μm的水滴时,风扇压比降低约6.1%,效率下降约10.7%。仿真结果表明当压气机入口来流含水时,风扇的压比和效率均明显降低,随着含水量的增加,风扇压比和效率减小,空气相对湿度的变化对风扇特性影响并不显著。本研究可为发动机吸雨条件下风扇的特性分析提供支撑。

低液位非满管流量校准及其测量影响因素分析

管道粗糙度和流体黏度对流量测量有一定影响,为校准流量并分析其影响因素,运用FLUENT仿真软件对管道粗糙度、流体黏度进行模拟。建立粗糙度-平均流速、黏度-平均流速模型,搭建实验平台,验证模型建立的准确性,即外置U形连通管结合高精度激光测距仪精确测量管道内流体液位高度,管道上方通气管结合流速仪精确测量管道内流体平均流速,通过体积流量计算公式得到流量值。实验结果表明,在液位低于0.1D时,流量测量误差小于0.85%;通过粗糙度-平均流速、黏度-平均流速模型得到的平均流速值进行流量计算,计算结果误差小于3.03%。实验验证了该方法的可行性和模型的可靠性,为低液位非满管流量测量领域的技术创新提供了依据和实验基础。

含裂纹转轴系统的动态特性与实验研究

裂纹是转轴系统常见的一种故障形式,裂纹的呼吸效应会改变转轴的动态特性。为研究该呼吸效应的影响,提出一种含裂纹模块和无裂纹模块的组合建模方法,通过设置不同模块之间的接触属性实现裂纹缺陷的预置,分析了不同转速和不同裂纹深度条件下裂纹呼吸效应对转轴系统动态特性的影响;并采用可对转轴水平和竖直两个方向振动信息进行高效同步测量的新型单目视觉位感条纹振动测量方法开展了含裂纹转轴系统的动态特性实验研究。仿真与实验结果相吻合,结果表明:裂纹缺陷会导致转轴振动中出现倍频成分,当转速接近1/2临界转速时,2倍频信号非常明显,且其幅值大于转频幅值,同时随着裂纹深度由1 mm加深至5 mm,转轴的振动幅值增大了5倍,2倍频成分更显著。

基于贝叶斯网络的变压器健康状况分析

针对当前变压器数量庞大、状态量数据众多,无法准确掌握变压器运行状态等管理现状,设计开发了一种基于贝叶斯网络的群组变压器健康状况分析系统。该系统基于虚拟机技术,整合所有可获取数据信息,按照影响的部件或运行模式建立贝叶斯条件概率拓扑网络,通过信息分类开展故障影响因素诊断分析,结合不同状态信息的权重因子,得到变压器评估单元故障风险的分值,合成设备故障风险概率分值。并引入变压器重要度变量绘制群组变压器运行状态风险等级图,根据变压器落入的颜色区域实现群组设备的分级管理。系统在变压器故障风险准确预警和诊断效率方面都有显著优势,可帮助电力企业建立明晰、高效的群组变压器检修计划,提高设备利用率,实现设备效益最大化的管理目标。

《测控技术》杂志征稿函

《测控技术》于1982年创刊,月刊,国内外公开发行,是由中国航空工业集团有限公司主管,北京长城航空测控技术研究所主办的学术期刊。《测控技术》为中国科技核心期刊,被中国核心期刊(遴选)数据库、中国学术期刊综合评价数据库、中国期刊全文数据库、中文科技期刊数据库、中国学术期刊(光盘版)全文收录期刊、中国科技期刊文摘数据库英文版入库期刊、日本科学技术振兴机构数据库(JST)等收录。

鲤鱼皮拉伸强度的测量原理与方法

鲤鱼皮是常见的贵重皮革制品原料,其拉伸强度等物理机械性能是衡量材料的重要指标,对鲤鱼皮的力学性能测试具有重要意义。为此采用一套卧式拉力试验机和数据图像相结合的方法对不同部位的鲤鱼皮进行拉伸实验,利用数字图像相关方法对测试过程同步处理,为拉伸实验进行辅助矫正,并对其误差源进行分析,结果显示该实验方案可实现对鲤鱼皮等柔性材料的力学性能测试,且精度可靠。实测结果表明:鲤鱼皮在头部、腹部和尾部各部位的拉伸强度不同,这与它们运动时所承担的功能有关。

机器人触觉传感器发展概述

触觉是机器人感知外部环境的重要信息来源。近10年来,随着触觉感知技术和交互技术的广泛应用,机器人触觉传感技术得到了机器人研发人员的高度关注。首先简要回顾了近50年来机器人触觉传感器技术研究的发展情况,特别是我国在机器人触觉传感器技术领域的研究历程;然后,对现有机器人触觉传感技术进行了分类总结;接着,对当前触觉传感技术研发的前沿即电子触觉皮肤的研究做了分析和阐述,指出了机器人触觉传感技术研发亟待解决的关键问题,并对未来的发展趋势提出了一些见解。

基于轨迹段核密度的旅游车辆轨迹聚类算法

为了更好地研究旅游车辆的运营行为,需要通过分析车辆轨迹规律发现车辆运动的典型轨迹,轨迹聚类是其中重要的环节。对于使用传统的密度聚类方法处理大规模旅游车辆轨迹数据存在准确度差和效率低的问题,提出了一种基于轨迹段和核密度的轨迹聚类方法。采用核距离作为轨迹段相似度度量,利用类似DBSCAN算法对轨迹段进行聚类,得出旅游车辆运动典型轨迹。以北京市旅游车辆为例,采用基于轨迹段和核密度的算法对车辆轨迹进行聚类,能从一定程度上提高聚类的效果和准确率,为进一步研究旅游车辆的运营行为打下基础。

航空装备智能保障思考

随着科学技术的发展及在军事领域的应用,使作战概念、战争模式以及保障模式发生了很大的改变。当前,人工智能技术相关学科发展、理论建模、机器学习等整体推进,已深刻影响了新装备的研制,也使智能装备需要智能保障的问题提到眼前。在传统装备保障概念的基础上,回顾了20世纪末21世纪初武器装备升级换代所带来的军事变革,分析了人工智能对装备保障的影响,结合人工智能技术所能支持的航空装备保障范畴,提出航空装备智能保障体系构建的考虑,以期为人工智能与测试保障的相关性研究提供帮助。

基于模糊PID算法的隧道照明控制系统的设计

针对隧道照明的耗电量大,且隧道内实时亮度达不到行车安全亮度的问题,设计了一种基于模糊PID算法的隧道照明控制系统。该控制系统以“车进灯亮,车走灯灭”为隧道照明的控制策略,使用亮度探头实时采集隧道内外亮度数据,依据《公路隧道照明设计细则》计算出安全行车的需求亮度,最后使用模糊PID控制隧道照明调光。仿真结果表明,相较于传统PID控制器,模糊PID控制器具有调整迅速、超调量小、稳态时间短、受光衰现象的影响小等优点,且具有良好的鲁棒性和稳定性,更适用于隧道照明控制。

基于SMT方法的测试性验证试验方案设计

针对现有导弹测试性验证试验方案确定的故障样本量较大以及序贯类试验方案最大样本量上界无法确定的问题,提出一种基于序贯网图检验(SMT)方法的测试性验证试验方案。通过对序贯概率比检验(SPRT)的检验问题进行拆分,在确定检验点数目的基础上,提出一种检验点取值与最大样本量的优化求解方法。同时考虑最大样本量较大的情形,基于承制方风险和使用方风险设计了SMT方法的截尾策略。通过案例验证与经典验证方法以及SPRT方法进行对比分析。结果表明,该方法能控制验证试验的样本量且所确定的平均样本量也优于其他方法,导弹装备的测试性验证试验的实施具备实际指导意义。

蚁群算法在油库发油PID控制中的应用

针对目前油库定量发油过程具有非线性、滞后性等特点,常规PID控制难以达到预期的控制精度,提出一种蚁群算法优化PID参数的控制方案。在PID发油控制系统的基础上引入蚁群算法,通过蚁群迭代寻优的方式优化PID控制参数,从而实现油库发油的稳定性。在控制系统中,采用S7-1200 PLC为控制器,通过SCL语言实现算法,PID参数基于蚁群算法动态优化。实验表明,所提出的方法较PID参数Z-N整定法更具实用性和有效性,超调量减少58%,能够使发油控制更加稳定。