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带数字电子备份的发动机控制系统设计与验证

航空动力学报 2024年第8期39卷 404-414页

作者：李琛文彬鹤左伟高敏明韩崇鹏中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航发控制系统研究所江苏无锡214063

在常规双余度数字电子控制系统基础上,提出了一种带数字电子备份的发动机控制系统方案。在主控系统失效时,数字电子备份系统可接替主控系统实现发动机各项功能的控制,提升了系统的任务可靠性;将备份系统内置于液压机械组件内部,提升系... 详细信息

在常规双余度数字电子控制系统基础上,提出了一种带数字电子备份的发动机控制系统方案。在主控系统失效时,数字电子备份系统可接替主控系统实现发动机各项功能的控制,提升了系统的任务可靠性;将备份系统内置于液压机械组件内部,提升系统的抗电子干扰和耐电磁能力。半物理和整机验证结果表明:主、备系统之间以及系统与发动机之间工作匹配良好;主备切换功能正常,切换过程参数平稳过渡,巡航状态下切换,推力扰动小于1.5%;备份系统各项控制功能正常,主控参数压比控制精度小于0.1、摆动量小于0.1,导叶控制精度小于0.15°、摆动量小于0.2°,加、减速过程燃油和导叶跟随良好,稳态、过渡态性能均满足发动机使用要求;散热设计满足器件的使用要求。

关键词：数字电子备份控制系统设计多余度半物理试验整机试验

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航空发动机控制系统及关键技术现状与展望

南京航空航天大学学报 2024年第4期56卷 577-596页

作者：高亚辉倪烨斌姜成平王欢卢俊杰中国航发控制系统研究所无锡214000

航空发动机控制系统是航空发动机的安全关键系统,对发动机在飞行全包线范围内安全可靠产生推力或功率至关重要。本文阐述了航空发动机控制系统的演进历程,对架构设计、控制律设计、故障诊断与状态监视设计三大系统级关键核心技术以及仿... 详细信息

航空发动机控制系统是航空发动机的安全关键系统,对发动机在飞行全包线范围内安全可靠产生推力或功率至关重要。本文阐述了航空发动机控制系统的演进历程,对架构设计、控制律设计、故障诊断与状态监视设计三大系统级关键核心技术以及仿真使能技术的发展情况进行总结分析,并对工程可应用性进行探讨,最后对未来的发展方向和重点研究内容进行展望,为新一代航空发动机控制系统设计提供一定参考。

关键词：航空发动机控制系统架构设计控制律故障诊断状态监视仿真

可变流通面积喷嘴在发动机数控系统半物理模拟试验中的应用

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航空发动机 2024年

作者：邢耀东朱桢叶薛成城杨帆中国航发控制系统研究所中国航发控制系统研究所

为了提升航空发动机数控系统半物理模拟试验的置信度，在试验过程中开展了燃烧室反压模拟研究。基于发动机的燃烧室喷嘴流量、压差特性，提出了一种基于可变流通面积喷嘴的试验方案。喷嘴采用机械活门式结构，通过型孔设计，保证流过喷... 详细信息

为了提升航空发动机数控系统半物理模拟试验的置信度，在试验过程中开展了燃烧室反压模拟研究。基于发动机的燃烧室喷嘴流量、压差特性，提出了一种基于可变流通面积喷嘴的试验方案。喷嘴采用机械活门式结构，通过型孔设计，保证流过喷嘴的压差、流量满足试验要求。设计、加工了2支可变面积喷嘴，在半物理模拟试验台进行了验证。通过和发动机试车数据比较，结果表明：数控系统在进行半物理模拟试验时，主要工作压力数据与发动机试车时的基本一致，证明该方法是一种工程实用的燃烧室反压模拟方法。与传统的反压模拟方案相比，可变当量喷嘴结构简单，不需要复杂的燃烧室反压调节、控制系统。该方法适用于不同型号发动机控制系统半物理模拟试验。

关键词：可变流通面积喷嘴半物理模拟试验数控系统反压模拟航空发动机

航空发动机控制系统执行机构参数在线估计方法

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航空动力学报 2024年第8期39卷 393-403页

作者：季春生王元卢俊杰西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国航发控制系统研究所江苏无锡214063

针对航空发动机控制系统因为执行机构性能退化而导致发动机控制品质降低或者严重时威胁发动机运行安全的状况,开展执行机构状态参数在线估计方法研究。在航空发动机实际执行机构控制回路实测信号较少的情况下,提出一种组合参数在线估计... 详细信息

针对航空发动机控制系统因为执行机构性能退化而导致发动机控制品质降低或者严重时威胁发动机运行安全的状况,开展执行机构状态参数在线估计方法研究。在航空发动机实际执行机构控制回路实测信号较少的情况下,提出一种组合参数在线估计方法,通过作动模式识别分类,基于无迹卡尔曼滤波以稳态模式输出估计电液伺服阀平衡电流,基于拟牛顿算法(BFGS)以动态模式输出估计执行机构增益和作动延迟时间,实现模型参数的在线更新,建立实时自适应执行机构模型。以某涡扇发动机导叶作动控制回路为对象进行仿真,结果表明:在只有作动位置单一参数可测的条件下,在不同作动状态下对执行机构控制回路的平衡电流估计误差优于±0.2 mA,执行机构增益估计误差优于±4%,作动延迟周期估计误差不超过1个控制周期,能够实时跟踪并较为准确地估计执行机构的工作状态,为航空发动机执行机构控制回路设计与故障诊断提供技术支撑。

关键词：航空发动机控制系统执行机构自适应模型参数估计模式识别分类状态跟踪

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光纤传输在航空发动机控制系统中的应用

航空发动机 2024年

作者：李琛郑志洪文彬鹤高凯中国航发控制系统研究所中国航发沈阳发动机研究所

为了提高发动机控制系统的耐电磁辐射能力,减轻系统传输电缆的质量,以全权限数字电子控制系统为基础,提出了一种基于光纤的系统重构和传输方案,开展光纤数据传输技术研究。通过设计整套光纤链路的方案,实现了光纤组件的硬件加工,并在主... 详细信息

为了提高发动机控制系统的耐电磁辐射能力,减轻系统传输电缆的质量,以全权限数字电子控制系统为基础,提出了一种基于光纤的系统重构和传输方案,开展光纤数据传输技术研究。通过设计整套光纤链路的方案,实现了光纤组件的硬件加工,并在主、备系统间建立光纤传输路径,对设计的光纤传输链路开展了半物理和整机试验验证。结果表明:光纤传输技术可用于航空发动机控制系统信号传输,设计的光纤传输链路可耐受发动机的恶劣机械环境,并能稳定可靠地传输数据;当主系统部分功能失效时,通过光纤传输可获取备份系统信号,实现主控系统的故障重构,提高了系统的可靠性。通过项目研究,为未来新一代分布式控制系统的研制积累了技术经验。

关键词：光纤传输航空发动机控制系统电磁防护整机试验分布式控制

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基于时间序列异常检测的航空发动机故障诊断

航空工程进展 2024年

作者：王茵茹中国航发控制系统研究所

航空发动机的故障诊断存在数据偏斜问题，即故障样本数量远少于正常样本数量，且故障样本无法反映整个运行工况，导致常规的分类模型泛化能力较差。针对上述问题，提出一种基于改进的深度支持向量数据描述的时间序列异常检测模型。使用... 详细信息

航空发动机的故障诊断存在数据偏斜问题，即故障样本数量远少于正常样本数量，且故障样本无法反映整个运行工况，导致常规的分类模型泛化能力较差。针对上述问题，提出一种基于改进的深度支持向量数据描述的时间序列异常检测模型。使用长短期记忆递归神经网络（LSTM）映射样本的输入和输出，与实际采集输出构成时序异常向量，再通过融入变分自编码器（VAE）的深度支持向量数据描述（DeepSVDD）实现航空发动机时序数据的异常检测；在某型航空发动机地面试车台进行实验验证，与孤立森林（IF）、TranAD (Transformer-based Anomaly Detection Model)及GANomaly等对比方法进行对比。结果表明：采用本文所提模型计算得到特征曲线下面积（AUC）值达到0.987 8，具有最好的异常检测性能，能够有效地应用于航空发动机的各项异常检测及故障诊断任务中。

关键词：异常检测故障诊断支持向量数据描述时间序列航空发动机

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智能动力平台多型复杂气象模拟仿真测试框架

小型内燃机与车辆技术 2024年第2期53卷 82-87页

作者：王茵茹中国航发控制系统研究所江苏无锡214000

针对智能动力平台在恶劣复杂气象条件下的仿真测试评价问题,提出了一种基于知识图谱的典型气象-交通要素数字化表征方法,并设计了智能动力平台多型复杂气象模拟仿真框架。首先分析了智能动力平台测试评价的现状和挑战,介绍了现有的智能... 详细信息

针对智能动力平台在恶劣复杂气象条件下的仿真测试评价问题,提出了一种基于知识图谱的典型气象-交通要素数字化表征方法,并设计了智能动力平台多型复杂气象模拟仿真框架。首先分析了智能动力平台测试评价的现状和挑战,介绍了现有的智能控制仿真平台及其局限性。然后利用知识图谱结构化和语义化的特性,系统地划分和描述了复杂气象条件和交通场景,为仿真测试提供了数据支撑。最后采用“同图式”的方式,有效地融合和呈现了不同气象条件和交通场景,为智能动力平台在各种复杂情况下的性能评估提供了支撑平台。

关键词：智能控制测试框架复杂气象仿真数据仿真

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一种可自恢复的燃调数字控制器设计及实现

测控技术 2024年第5期43卷 102-108页

作者：刘强强顾乃宁严大亮安星李沛浩中国航发控制系统研究所江苏无锡214063

为满足发动机控制系统中燃油调节器的高可靠性和安全性要求,配套的燃调数字控制器除具备常规的燃调闭环控制能力外,更需具备自恢复能力。详细介绍了控制器的每个余度中各个组成部分的功能,同时阐述了控制器自恢复功能对燃油调节器可靠... 详细信息

为满足发动机控制系统中燃油调节器的高可靠性和安全性要求,配套的燃调数字控制器除具备常规的燃调闭环控制能力外,更需具备自恢复能力。详细介绍了控制器的每个余度中各个组成部分的功能,同时阐述了控制器自恢复功能对燃油调节器可靠运行的重要性。设计了一种以数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)为核心,结合数字电源监控、外部看门狗和主控切换逻辑等硬件电路的自恢复双余度燃调控制器。与传统的双余度燃调控制器相比,所设计的控制器具有结构简单、成本较低、自恢复等优点。控制器样机测试结果表明了设计方案具有可行性和可靠性,具有良好的工程应用前景。

关键词：燃油调节器双余度控制器自恢复可靠性

螺栓连接金属膜盘联轴器的模态分析与试验研究

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机电工程 2024年

作者：杨凌宇赵斌雒萌萌吕延军中国航发控制系统研究所西安理工大学机械与精密仪器工程学院

在带关节轴承金属膜盘联轴器的运行过程中，为了减少联轴器膜盘的偏振问题，对挠性膜盘联轴器的振动特性进行了研究。首先，为了提高有限元模态分析的精度，根据有限元分析在处理接触问题时的特点，建立了金属膜盘联轴器螺栓连接结构的... 详细信息

在带关节轴承金属膜盘联轴器的运行过程中，为了减少联轴器膜盘的偏振问题，对挠性膜盘联轴器的振动特性进行了研究。首先，为了提高有限元模态分析的精度，根据有限元分析在处理接触问题时的特点，建立了金属膜盘联轴器螺栓连接结构的等效接触有限元模型；其次，利用有限元方法研究了带关节轴承和不带关节轴承金属膜盘联轴器的振动特性，分析了关节轴承对金属膜盘联轴器径向和轴向刚度的影响规律；最后，采用LMS振动测试系统，搭建了金属膜盘联轴器振动测试实验台，分析了带关节轴承和不带关节轴承金属膜盘联轴器在自由状态和两端固支条件下的振动特性，并将测试结果与有限元结果进行了对比。研究结果表明：等效接触区域法能在一定精度范围内反映试验条件下金属膜盘联轴器的接触特性，准确计算出该结构的各阶模态参数和振型，且误差保持在5%以内；关节轴承安装在膜盘位置处，可以增大联轴器轴向刚度，起到保护膜盘的作用，同时对联轴器径向刚度的影响也不大。该研究结果可为带关节轴承金属膜盘联轴器的结构设计和优化提供理论基础。

关键词：带关节轴承金属膜盘联轴器等效接触区域法联轴器膜盘偏振固有频率模态试验振动特性接触特性振动测试系统