基于部件建模与故障仿真的飞机空调系统辅助排故与排故模拟训练研究

摘要

在现代飞机的各系统中,空调系统对在高空中保证机组和旅客人员生命安全、飞机结构及设备安全起到至关重要的作用,一旦发生故障,后果非常严重,因此飞机空调系统的维修保障工作得到了高度的重视。飞机空调系统的故障具有多发性、重复性以及复杂性等特点,飞机空调系统的故障诊断与高效排故一直是民航维修领域的难题,对维修人员的经验和熟练程度提出了很高的要求。这样的情况下,亟需开发出一套能够实现“凝聚以往排故经验,模拟空中故障现象,参与现场排故指导,进行排故技能训练”四大目标的系统。
　　 本文就是针对上述需求,致力于开展飞机空调系统计算机建模与故障仿真的理论与实验研究,并在此基础上结合计算机仿真技术和人工智能技术,研究开发飞机空调系统的排故模拟系统,以实现空调系统部件、子系统乃至整个系统的性能分析、故障重现以及排故模拟训练。经过近一年时间的努力,研究取得了以下的成果:(1)从现代民航飞机空调系统的基本原理及常见故障分析出发,搜集大量机组报告和航线排故的数据,深入探讨了空调系统的故障特点；(2)通过机理建模方法,对飞机空调系统的子系统和基本组件进行了工作机理建模,并在此基础上建立了空调系统部件级模型:(3)通过辨识建模方法,提出了飞机空调系统的案例故障树模型,根据空调系统实际航线排故过程中的案例和数据对飞机空调系统的故障规律和排故机理进行建模；(4)结合所建立的部件级模型和系统排故模型,开发了“飞机空调系统辅助排故与排故模拟系统”软件原型。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.1.1 飞机空调系统排故以及面临的问题

1.1.2 课题背景与来源

1.2 现代民用飞机空调系统概述

1.2.1 飞机气密座舱的环境参数

1.2.2 飞机空调系统的基本原理

1.3 空调系统的主要排故方法与内容

1.3.1 航线维护中的故障处理

1.3.2 定检中的故障处理

1.3.3 特殊的故障处理

1.4 相关研究与发展现状

1.4.1 飞机空调系统建模与仿真研究现状

1.4.2 飞机系统辅助排故技术研究现状

1.4.3 飞机系统排故训练技术发展现状

1.5 本文研究的主要思路和内容

第二章 飞机空调系统部件级性能建模

2.1 基本方法和思路

2.1.1 系统建模仿真技术方法概述

2.1.1 数学模型与建模的一般过程

2.1.3 本研究中对空调系统建模的基本思路

2.2 飞机空调系统及其子系统、部件的组成原理

2.2.1 气源系统

2.2.2 温度控制系统

2.2.3 空气分配系统

2.2.4 压力控制系统

2.3 空调系统部件级性能建模

2.3.1 引气系统建模

2.3.2 热交换器性能建模

2.3.3 涡轮冷却器的建模

2.3.4 压气机性能建模

2.3.5 控制部件模型

2.3.6 管道数学模型

2.3.7 阀门数学模型

2.3.8 其他部件数学模型

2.4 空调系统部件级模型的MATLAB仿真验证

2.4.1 仿真模型的建立

2.4.2 系统模型静态特性仿真与结果分析

2.4.2 系统模型动态特性仿真与结果分析

第三章 空调系统排故案例故障树模型

3.1 空调系统故障的分类和表现形式

3.1.1 空调系统故障的类型

3.1.2 空调系统的故障特点

3.2 案例故障树概念的提出

3.2.1 已有的航空维修CBT系统发展现状与不足分析

3.2.2 案例故障树的概念与提出

3.3 案例故障树基本模型

3.3.1 模型概述

3.3.2 映射规则

3.3.3 案例故障树的扩充与优化机制

3.4 空调系统案例故障树的建立

3.4.1 案例的存储与案例库的构建

3.4.2 案例故障树的计算机存储与实现

第四章 飞机空调系统辅助排故与排故模拟训练系统开发

4.1 系统概述

4.1.1 C-S结构的网络化协同系统

4.1.2 系统软件设计的基本模块划分

4.2 飞机空调系统排故的计算机虚拟驾驶舱环境开发

4.2.1 计算机实时仿真飞机虚拟驾驶舱

4.2.2 虚拟指针式仪表的计算机图形建模

4.2.3 触摸屏上虚拟开关、旋钮与按钮的建模

4.3 辅助排故模块开发

4.3.1 辅助排故模块结构原理

4.3.2 基于模糊统计推理的辅助排故指导

4.4 排故模拟训练模块开发

4.4.1 排故模拟的基本需求与原理

4.4.2 空调系统操作响应模型知识描述

第五章 总结与展望

5.1 本文研究总结

5.1.1 本文研究的主要成果

5.1.2 主要结论

5.2 对后续研究的建议与展望

5.2.1 本文研究的不足之处分析

5.2.2 后续研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文