ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA >
Digital-twin’s modelling and dynamic adjustment mechanism of rudder-loop-system under fault conditions
Received date: 2024-09-27
Revised date: 2024-10-21
Accepted date: 2024-12-05
Online published: 2024-12-10
Supported by
National Key Research and Development Program of China(2023YFB3307100)
To address the challenges of limited and incomplete measurable data in fault detection， diagnosis， and prediction of the rudder-loop-system in long-endurance reusable aircraft， this study introduces a digital twin-based approach for health management of the system. First， a digital twin framework for the aircraft’s rudder-loop-system is proposed， incorporating high-fidelity modelling and simulation of mechanical， electrical， control， and dynamic flight load subsystems using AMESim and FLUENT. The integrated model realizes the coupling of three-phase electro-mechanical control with real-time flight dynamic loading. Subsequently， to ensure consistency between the digital twin and the physical system under various operational conditions including normal， rudder surface degradation， and loosening faults， a virtual-physical consistency perception method and a dynamic adjustment mechanism are developed. This enables the digital twin to continuously track physical system changes and maintain synchronization through online fault perception and dynamic updating. Finally， experimental results demonstrate that under both normal and faulty conditions， the digital and physical systems exhibit consistent trends and amplitudes in multiple time-domain indicators of rudder current and deflection angle. Moreover， the expanded data dimensions provided by the digital twin enhance the comprehensiveness of data available for health management. This research highlights the potential of digital twin applications in improving the reliability and maintainability of electric rudders in advanced flight systems.
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