CN106529094A - 一种基于典型飞行动作的飞机严重载荷谱编制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机疲劳学领域，特别涉及一种基于典型飞行动作的飞机严重载荷谱编制方法。严重载荷谱编制方法包括：按照预定条件确定包含典型飞行动作的飞机使用任务剖面；通过数值仿真分析，将所述典型飞行动作表述为预定飞行参数的时间函数；对经过所述数值仿真分析后的典型飞行动作数据进行当量损伤计算；对经过经过当量损伤计算的所述典型飞行动作的当量损伤分布规律进行分析；根据所述典型飞行动作的当量损伤分布规律编制严重载荷谱。本发明的基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，将严重谱的概念应用于代表起落法，能够显著提高载荷谱的可靠度，并且，还能缩短设计分析和试验验证的周期，节约研制经费。

Description

一种基于典型飞行动作的飞机严重载荷谱编制方法

技术领域

本发明涉及飞机疲劳学领域，特别涉及一种基于典型飞行动作的飞机严重载荷谱编制方法。

背景技术

从上世纪九十年代，西方国家为缩短试验研制周期，保证多数飞机满足设计使用寿命要求，致力于严重载荷谱的研究。我国也于2008年在新版的国军标GJB67.6A中明确提出了编制耐久性设计严重谱的要求，使机队90％的飞机预期满足设计使用寿命。

目前，在进行高机动飞机载荷谱编制过程中，多采用代表起落法或基于典型飞行动作的代表起落法。这种方法从编谱的开始就用到寿命的概念，通过计算找出符合数理统计概念的中值寿命起落，不仅克服了平均谱不能考虑载荷顺序和载荷作用位置对结构寿命的影响的缺点，还提高了定寿的可靠性。但是，上述方法得到的载荷谱的可靠度任然不够高。

发明内容

本发明的目的在原有基于典型飞行动作代表起落法基础上，提出了一种基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法。

本发明的技术方案是：

一种基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，包括如下步骤：

步骤一、按照预定条件确定包含典型飞行动作的飞机使用任务剖面；

步骤二、通过数值仿真分析，将所述典型飞行动作表述为预定飞行参数的时间函数；

步骤三、对经过所述数值仿真分析后的典型飞行动作数据进行当量损伤计算；

步骤四、对经过经过当量损伤计算的所述典型飞行动作的当量损伤分布规律进行分析；

步骤五、根据所述典型飞行动作的当量损伤分布规律编制严重载荷谱。

可选的，所述预定飞行参数选自高度、速度、M数、过载、攻角以及侧滑角中的一种。

可选的，所述预定飞行参数为过载。

可选的，在所述步骤三中，是根据如下公式(1)对经过所述数值仿真分析后的典型飞行动作数据进行当量损伤计算：

其中，为根据实测数据计算得到的当量法向过载；m为材料S-N曲线的指数；N_i为各级当量法向过载的频次。

可选的，在所述步骤四中，是利用如下公示(2)、(3)统计分析所述典型飞行动作当量损伤的分布规律：

其中，u_i为第i组数据的标准正态偏量；x_i为第i组数据的组限；为所有数据的子样平均值；S为所有数据的子样标准差；m为数据共分成m组；v_i为第i组数据的实测频数；E_i为第i组数据的理论频数；

在所述步骤四中还包括：

将χ²与进行对比，其中，α为预定的显著度；当χ²小于时，数据符合预定的分布规律；否则，不符合预定的分布规律；

其中，所述预定的分布规律为对数正态分布规律。

可选的，在所述步骤五中，包括：

根据如下公式(4)，确定满足90％机群使用要求的典型飞行动作的当量损伤值；

lgξ_p＝μ+u_pσ (4)；

其中，μ为母体对数平均值；u_p为与可靠度p相对应的标准正态偏量；σ为标准差；ξ_p为与可靠度p相对应的当量损伤值；可靠度p＝90％。

可选的，在所述步骤一中，所述预定规则包括：

同一任务剖面各飞行科目所执行任务的性质和内容基本相近；

同一任务剖面各飞行科目的飞行高度、速度、过载变化范围及次序基本相近；

同一任务剖面各飞行科目一次飞行的时间基本相近。

发明效果：

本发明的基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，将严重谱的概念应用于代表起落法，能够显著提高载荷谱的可靠度，使得所编制的载荷谱能够更大范围的代表部队服役飞机的真实使用情况，并且，还能缩短设计分析和试验验证的周期，节约研制经费。

附图说明

图1是本发明基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法一优选实施例中典型飞行动作45°～60°俯冲过载随时间变化曲线图；

图2是本发明基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法一优选实施例中典型飞行动作损伤对数值分布情况示意图；

图3是本发明基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法一优选实施例中严重谱典型任务过载-时间历程曲线。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1至图3对本发明基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法做进一步详细说明。

一种基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，包括如下步骤：

步骤一，包含典型飞行动作的飞机使用任务剖面的确定

根据飞行训练大纲中飞行训练科目的典型飞行动作，确定飞机的使用任务剖面。使用任务剖面按如下原则确定：

同一任务剖面各飞行科目所执行任务的性质和内容基本相近；

同一任务剖面各飞行科目的飞行高度、速度、过载变化范围及次序基本相近；

同一任务剖面各飞行科目一次飞行的时间基本相近。

表1包含典型飞行动作的飞机使用任务剖面

步骤二，典型飞行动作的数学描述(参数化)：

通过数值仿真分析，将飞行训练大纲中所规定的各典型飞行动作表述为预定飞行参数的时间函数。其中，预定飞行参数可以为高度、速度、M数、过载、攻角、侧滑角等。

附图1给出了45°～60°俯冲这一典型动作的过载随时间变化的曲线。

步骤三，典型飞行动作当量损伤计算：

对参数化处理后的各典型飞行动作数据进行滤波、雨流计数，并按公式(1)进行当量损伤计算：

式中：为根据实测数据计算得到的当量法向过载；m为材料S-N曲线的指数，一般取4～6；N_i为各级当量法向过载的频次。

步骤四，典型飞行动作当量损伤分布规律统计分析：

利用“χ²检验法”统计分析典型动作当量损伤的分布规律，“χ²检验法”的公式为：

其中，u_i为第i组数据的标准正态偏量；x_i为第i组数据的组限；为所有数据的子样平均值；S为所有数据的子样标准差；m为数据共分成m组；v_i为第i组数据的实测频数；E_i为第i组数据的理论频数。

对于某一指定的显著度α(一般指定α＝10％)，如果(3)式的计算值小于则认为数据符合某种预定的分布规律，否则不符合。

本专利利用上述方法通过对58个典型动作进行梳理统计分析，证明典型动作的当量损伤值呈现对数正态分布规律(即上述预定的分布规律)。

第五，编制飞-续-飞严重载荷谱：

需要说明的是，此步骤具体载荷谱编制方法是采用已知的载荷谱编制方法；具体地，可以根据如下公式(4)确定满足90％机群使用要求的典型动作的当量损伤值：

lgξ_p＝μ+u_pσ (4)

其中，μ为母体对数平均值；u_p为与可靠度p相对应的标准正态偏量；σ为标准差；ξ_p为与可靠度p相对应的当量损伤值；可靠度p＝90％(即严重谱p＝90％)。

在参数化的典型动作中选取与上述计算结果接近的数值，并按飞行动作实施先后顺序形成典型任务过载-时间历程曲线，见附图3。

将最终确定的各典型任务按飞机使用任务剖面中的飞行次数以随机顺序排列起来，形成飞-续-飞载荷谱，见表2(表中的数字1～14与表1中的任务1～任务14相对应)。

表2载荷谱施加顺序

本发明的基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，采用该编谱方法，可显著提高载荷谱的可靠度，使得所编制的载荷谱能够更大范围的代表部队服役飞机的真实使用情况；并且，由于采用严重谱进行寿命分析和试验验证，可适当降低分散系数，因此，采用该方法编制严重谱，可缩短设计分析和试验验证的周期，节约研制经费，据初步估算，可节约试验经费25％左右。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、按照预定条件确定包含典型飞行动作的飞机使用任务剖面；

步骤二、通过数值仿真分析，将所述典型飞行动作表述为预定飞行参数的时间函数；

步骤三、对经过所述数值仿真分析后的典型飞行动作数据进行当量损伤计算；

步骤四、对经过经过当量损伤计算的所述典型飞行动作的当量损伤分布规律进行分析；

步骤五、根据所述典型飞行动作的当量损伤分布规律编制严重载荷谱。

2.根据权利要求1所述的基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，其特征在于，所述预定飞行参数选自高度、速度、M数、过载、攻角以及侧滑角中的一种。

3.根据权利要求2所述的基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，其特征在于，所述预定飞行参数为过载。

4.根据权利要求3所述的基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，其特征在于，在所述步骤三中，是根据如下公式(1)对经过所述数值仿真分析后的典型飞行动作数据进行当量损伤计算：

$\mathrm{\ξ}=\mathrm{\Σ}{\left(n_{yi}^{dl}\right)}^m{N}_i---\left(1\right);$

其中，为根据实测数据计算得到的当量法向过载；m为材料S-N曲线的指数；N_i为各级当量法向过载的频次。

5.根据权利要求4所述的基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，其特征在于，在所述步骤四中，是利用如下公示(2)、(3)统计分析所述典型飞行动作当量损伤的分布规律：

$u_i=(x_i-\stackrel{\‾}{x})/S---\left(2\right);$

${\mathrm{\χ}}^2=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\frac{{(v_i-E_i)}^2}{E_i}---\left(3\right);$

其中，u_i为第i组数据的标准正态偏量；x_i为第i组数据的组限；为所有数据的子样平均值；S为所有数据的子样标准差；m为数据共分成m组；v_i为第i组数据的实测频数；E_i为第i组数据的理论频数；

在所述步骤四中还包括：

将χ²与进行对比，其中，α为预定的显著度；当χ²小于时，数据符合预定的分布规律；否则，不符合预定的分布规律；

其中，所述预定的分布规律为对数正态分布规律。

6.根据权利要求5所述的基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，其特征在于，在所述步骤五中，包括：

根据如下公式(4)，确定满足90％机群使用要求的典型飞行动作的当量损伤值：

lgξ_p＝μ+u_pσ (4)；

其中，μ为母体对数平均值；u_p为与可靠度p相对应的标准正态偏量；σ为标准差；ξ_p为与可靠度p相对应的当量损伤值；可靠度p＝90％。

7.根据权利要求1所述的基于典型飞行动作的严重载荷谱编制方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述预定规则包括：

同一任务剖面各飞行科目所执行任务的性质和内容基本相近；

同一任务剖面各飞行科目的飞行高度、速度、过载变化范围及次序基本相近；

同一任务剖面各飞行科目一次飞行的时间基本相近。