● 摘要
我国大型民机研制的项目论证已经开始进行，大型民机作为国家中长期科技规划重大专项之一也即将启动。我国大型民机必将采用电传操纵系统。为了保证电传操纵系统的故障率低于 /飞行小时，必须使用非相似余度技术。采用非相似的软硬件结构，能够降低或消除同态故障对电传操纵系统可靠性的影响。国外研制的一些民用飞机的电传操纵系统已经采用了非相似余度技术，并已成功的用于A320，A330/340，B777等。我国在大型民机的研制方面一直相对落后，本论文对我国自主研制的大型民机的余度飞控系统进行基础技术研究，并取得了如下成果：从飞控计算机系统的结构、工作方式以及非相似余度技术的设计策略和应用等方面详细的分析和比较了B777和A320这两种典型电传系统的非相似余度方案。对我国“大型民机”电传系统的发展趋势进行展望，为研制具有自主知识产权的非相似余度电传系统方案提供了指导性意见。对余度飞控计算机系统可靠性预估方法进行了研究，并对B777和A320的余度飞控计算机系统进行了建模和可靠性分析。使用双模型混合Petri网建立了故障诊断的模型，消除了瞬态故障对分析系统可靠性的影响，并把双模型混合Petri网模型简化为GSPN模型。利用GSPN建立了B777和A320余度飞控计算机系统的模型，利用GSPN与马尔可夫链同构的性质，建立了一种适用于非相似余度系统可靠性计算的通用方法，计算了B777和A320余度飞控计算机系统的可靠性，分析了软件相关故障分别对B777和A320余度飞控计算机系统可靠性的影响，并对Petri网分析法和马尔可夫分析法进行了比较。设计了一套适合我国民机电传系统的余度飞控计算机新方案。提出了我国民机余度飞控计算机的两个设计准则：满足系统的可靠性指标和满足FO/FO/FS（或FO/FO/FO）容错等级。然后根据这两个基本准则，给出了我国民机余度飞控计算机设计的7个建议，从而确定了我国民机余度飞控系统的余度数和余度结构：我国民机的余度飞行控制系统可采用非相似四余度，每个余度通道由两个支路构成比较监控结构，每个支路运行两套软件，保证软硬件系统的可靠性均衡。还确定了我国民机余度飞控系统的工作方式、余度管理策略。最后，分析了新方案的可靠性，并与B777和A320的余度飞控计算机进行了比较。通过比较，可以证明该方案能够满足民机的可靠性要求，而且结构简单合理，节约硬件资源，完全可以应用到我国民机的电传系统中。对面向设计的飞控系统虚拟设计及信息化环境进行研究。提出了虚拟设计及信息化环境的三层结构。第一层运行管理层，是以SmarTeam为核心的管理系统；第二层虚拟技术层，提供余度飞控计算机虚拟原型的生成；第三层仿真支持层，支持整个飞控系统在虚拟原型机层次上，以及与部分物理样机混合连接的层次上的系统综合、台架试验和飞行试验比对。分析了实现三层次结构的虚拟设计环境所需要的关键技术，建立了具有面向主要结构参数、性能参数、价格参数的虚拟余度飞控计算机系统开发环境。