CN106777730B - 一种可靠性综合应力条件的制定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空领域，提出一种可靠性综合应力条件的制定方法，包括：步骤1：确定军用飞机任务剖面的相关参数；步骤2：确定可靠性综合应力条件的持续时间；步骤3：确定可靠性综合应力条件中的温度应力条件；步骤4：确定可靠性综合应力条件中的振动应力条件；步骤5：确定可靠性综合应力条件中的电应力条件；步骤6：确定可靠性综合应力条件中的湿度应力条件；步骤7：确定可靠性试验所需的可靠性综合应力条件。

Description

一种可靠性综合应力条件的制定方法
技术领域
本发明属于航空领域，给出了一种飞机可靠性综合应力条件的确定方法。
背景技术
可靠性试验工作是飞机研制中的一项重要工作项目，在进行试验时，需要使用到模拟军机真实使用环境的可靠性综合应力条件，该应力条件由温度应力、振动应力、电应力和湿度应力等四种应力条件组成，模拟了飞机在冷天和热天典型的外场使用环境，可靠性综合应力条件的准确与否，直接影响试验结果的准确性和可信性。
GJB899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》给出了飞机可靠性综合应力条件的确定方法，但其仅给出了确定的原则，对于具体应力数据的计算方法，应力时序的排列方式，应力的持续时间和数据修正等操作性不强，不便于与工程人员理解和使用，而且相应的章节存在文字描述错误或公式错误，这就更加容易误导工程人员。通过本项目的研究，在不改变GJB 899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》的理论基础上，对可靠性试验综合应力条件的确定流程、应力计算方法、数据加权方法、应力时序和应力组合原则等内容进行了研究，给出了一种更加容易理解、使用和计算，也更符合工程使用的可靠性综合应力条件的确定方法。
发明内容
本发明的目的：提出一种可靠性综合应力条件的制定方法。
本发明的技术方案：
一种可靠性综合应力条件的制定方法，包括：
步骤1：确定军用飞机任务剖面的相关参数；
确定飞机全寿命期内所要执行的任务剖面的相关参数，包括：频数比、任务剖面总时间、任务剖面各阶段的持续时间、高度、飞行马赫数和速压。
步骤2：确定可靠性综合应力条件的持续时间；
所述可靠性综合应力条件包含两个阶段，一个阶段是从冷天环境开始并持续到热天环境，计算方法为：任务剖面总时间乘以频数比求和，对和取整加1；
另一个阶段是从热天环境开始直至返回冷天环境，计算方法为：任务剖面总时间乘以频数比求和，对和取整加1；
计算公式为：
Figure BDA0001192127940000021
t持续时间＝[t加权时间]+1
式中：ti：第i个任务剖面的剖面持续时间；αi：第i个任务剖面的频数比；t持续时间：冷天或热天阶段可靠性综合环境应力的持续时间；
所述可靠性综合应力条件的持续时间为两个阶段时间和；
一个完整的可靠性综合应力条件包含两个任务阶段，一个任务阶段是从冷天环境开始并持续到热天环境；另一个任务阶段是从热天环境开始直至返回冷天环境。这两个任务阶段的中的地面持续时间为1h，这1h的前30min模拟地面不工作时间，后30min模拟地面工作时间。这两个阶段的空中时间则需要利用飞机在全寿命期内所要执行的所有任务剖面的剖面时间及其任务频数比加权计算得出，由于加权计算结果一般非整数，需要对计算结果进行圆整处理，以便于可靠性试验的实施和控制试验时间，圆整结果加上地面持续时间的1小时，再乘以2即可得出可靠性综合应力条件的持续时间。
步骤3：确定可靠性综合应力条件中的温度应力条件；
根据任务剖面各阶段的持续时间、高度、飞行马赫数，计算出每个任务剖面对应的温度剖面数据，温度计算公式：
插值计算方法：高度H0，马赫数M0，设备冷却方式，安装舱段气密方式，查表二维插值计算，已知飞行的高度为H0,高度位于H[i]和H[i+1]之间,马赫数为M0,位于M[j]和M[j+1]之间,当高度为H[i],马赫数为M[j]、M[j+1]时,对应的温度为T[i,j]、T[i,j+1],当高度为H[i+1],马赫数为M[j]、M[j+1]时,对应的温度为T[i+1,j]、T[i+1,j+1],则其温度为Tx的计算公式如下
Figure BDA0001192127940000022
Figure BDA0001192127940000023
Figure BDA0001192127940000024
式中：t1、t2：中间插值点；
T：温度(℃)，查GJB 899A-2009中附表B.3.5-7至附表B.3.5-11的数据；
M：马赫数；
H：高度(m)；
Tx：高度H0，马赫数M0下计算的温度数据；
利用温度剖面数据和其对应任务剖面的频数比，加权计算出冷天阶段和热天阶段的最高温度、最低温度、加权温度及最高温度、最低温度、加权温度的持续时间，温变率及温变时间，计算公式为：
Figure BDA0001192127940000031
TMAX:冷天阶段/热天的最高温度；
Ti：用于计算TMAX的Ti，Ti的确定方法为最高的温度值及其-5摄氏度范围内的其它温度；
ti：Ti的持续时间；
TMAX的持续时间为ti之和；
Figure BDA0001192127940000032
TMIN:冷天阶段/热天的最低温度；
Tj：用于计算TMIN的Tj，Tj的确定方法为最小的温度值及其+5摄氏度范围内的其它温度；
tj：Tj的持续时间；
TMIN的持续时间为tj之和；
Figure BDA0001192127940000033
TINT:冷天阶段/热天的加权温度；
Tk：用于计算TINT的Tk，Tk的确定方法为除去Ti和Tj后的温度数据；
tk：Tk的持续时间；
TINT的持续时间为tk之和；
温变率分别取温度剖面数据表中相应温变阶段中温变率绝对值的最大者，正负号与温变趋势一致，然后用确定的该温变率除以相应的温变阶段的温度变化幅度作为温变时间；
取最高温度、最低温度、加权温度的持续时间和温变时间之和，与步骤2确定出的圆整结果的2倍进行比较，若比较结果不一致，则需对冷天阶段和热天阶段最高温度、最低温度、加权温度的持续时间进行等比放大或缩小，使之一致，并保证这3个温度的持续时间均不小于20min；按照上述的所有数据，画出可靠性综合应力条件中温度应力的时序图；
步骤4：确定可靠性综合应力条件中的振动应力条件；
根据任务剖面各阶段的持续时间、高度、飞行马赫数和速压，计算出每个任务剖面的振动剖面数据，计算公式为：
W0＝K×q2/22.925
式中：W0：功率谱密度，即振动剖面数据，(m/s2)2/Hz；
q：动压，Pa，当动压值时q>5.7*104Pa，取动压q＝5.7*104Pa；
K：位置系数，查GJB 899A-2009中附表B.3.5-6A中查处；
对每个任务剖面计算出来的振动应力数据进行简化，简化出起飞振动量值WOTOi、最大振动量值WOMAXi、最小振动量值WOMIN、连续振动量值WOC和加权振动量值WOINTi；具体为：
WOTOi：第i个任务剖面的起飞振动量值，查GJB 899A-2009中的表B.3.5-6B确定，WOTOi的持续时间为第i个任务剖面中飞机的起飞阶段的持续时间；
WOMAXi：第i个任务剖面中振动量值计算结果的最大值，WOMAXi的持续时间为出现此量值的任务阶段的持续时间；
WOMINi：第i个任务剖面中振动量值计算结果中仅比0.1(m/s2)2/Hz大的W0值，WOMINi的持续时间为出现此量值的任务阶段的持续时间；
WOCi：连续振动量值，规定为0.1(m/s2)2/Hz，WOCi的持续时间为第i个任务剖面中所有小于0.1(m/s2)2/Hz的W0值所对应的任务阶段的持续时间之和；
WOINTi：加权振动量值,
Figure BDA0001192127940000051
W0j：除去WOMAXi、WOMAXi、WOCi量值后剩余的振动量值；tj：W0j的持续时间，WOINTi的持续时间为tj之和；
利用振动剖面数据的简化结果和持续时间，加权计算出冷天阶段和热天阶段的起飞振动应力WOTO、最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN、加权振动应力WOINT和连续振动应力WOC及起飞振动应力WOTO、最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN、加权振动应力WOINT和连续振动应力WOC的加权持续时间，具体为：
加权持续时间＝持续时间*频数比
WOTO：简化后的起飞振动量值，WOTO的持续时间是所有任务剖面中的起飞振动应力的加权持续时间之和；
WOMAX：简化后的振动量值中的最大值，WOMAX的持续时间是确定任务剖面中最大振动应力的加权持续时间之和；
WOMIN：WOMINi的最小量值，WOMIN的持续时间是确定任务剖面中最小振动应力的加权持续时间之和；
WOC：规定为0.1(m/s2)2/Hz，WOC的持续时间为任务剖面中所有0.1(m/s2)2/Hz的加权持续时间之和；
WOINT，除去用于确定起飞振动应力WOTO、最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN和连续振动应力WOC后剩余的振动应力的加权平均值，计算方法同WOINTi，其加权持续时间为参与WOINT计算的振动应力的加权持续时间之和。
使用时间调节因子对最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN、加权振动应力WOINT和连续振动应力WOC的持续时间进行调整，使所获得的振动应力条件的持续时间与其他3类应力条件的持续时间相同，计算公式为：
Figure BDA0001192127940000052
振动应力条件的持续时间＝加权持续时间*时间调节因子
依据所述调整完的数据，画出可靠性综合应力条件中振动应力的时序图；
步骤5：确定可靠性综合应力条件中的电应力条件；
在进行飞机机载设备的可靠性试验时，机载设备工作状态的输入电应力循环变化，即第一试验循环的输入电压为上限电压；第二试验循环的输入电压为标称电压；第三试验循环的输入电压为下限电压，三个试验循环中输入电压变化构成一个完整的电应力循环，整个试验期间，重复这一电应力循环；
步骤6：确定可靠性综合应力条件中的湿度应力条件；
仅在热天地面不工作和工作阶段期间控制湿度应力，从地面不工作阶段开始即保持露点温度31℃或31℃以上，直到热天地面工作阶段结束；其它阶段不注入湿气，湿度不加控制；
步骤7：确定可靠性试验所需的可靠性综合应力条件；
根据试验设备在飞机上的安装位置，选择其安装舱段的温度应力条件，振动应力条件，再加上湿度应力条件和电应力条件，组合出相应可靠性试验所需的可靠性综合应力条件。
本发明的优点：
本专利依据是GJB 899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》，以该标准给出的喷气式飞机可靠性试验综合应力条件确定方法和原则为理论指导，对应力条件的确定流程、应力计算方法、数据加权方法、应力排列时序和应力组合原则等内容进行了创新性的研究。
本项目给出的喷气式飞机可靠性试验综合应力条件确定方法思路清晰，计算精度满足工程使用需求，可在短时间内完成可靠性试验所需综合应力条件的确定工作，支撑型号的可靠性试验工作。
附图说明：
图1是飞机任务剖面示意图。
图2是温度应力示意图。
图3是振动应力示意图。
图4a是机身随机振动频谱图。
图4b是翼梢和垂直安定面随机振动频谱图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
一种可靠性综合应力条件的制定方法，包括：
步骤1：确定军用飞机任务剖面的相关参数；
确定飞机全寿命期内所要执行的任务剖面的相关参数，包括：频数比、任务剖面总时间、任务剖面各阶段的持续时间、高度、飞行马赫数和速压。
步骤2：确定可靠性综合应力条件的持续时间；
所述可靠性综合应力条件包含两个阶段，一个阶段是从冷天环境开始并持续到热天环境，计算方法为：任务剖面总时间乘以频数比求和，对和取整加1；
另一个阶段是从热天环境开始直至返回冷天环境，计算方法为：任务剖面总时间乘以频数比求和，对和取整加1；
计算公式为：
Figure BDA0001192127940000071
t持续时间＝[t加权时间]+1
式中：ti：第i个任务剖面的剖面持续时间；αi：第i个任务剖面的频数比；t持续时间：冷天或热天阶段可靠性综合环境应力的持续时间；
所述可靠性综合应力条件的持续时间为两个阶段时间和；
一个完整的可靠性综合应力条件包含两个任务阶段，一个任务阶段是从冷天环境开始并持续到热天环境；另一个任务阶段是从热天环境开始直至返回冷天环境。这两个任务阶段的中的地面持续时间为1h，这1h的前30min模拟地面不工作时间，后30min模拟地面工作时间。这两个阶段的空中时间则需要利用飞机在全寿命期内所要执行的所有任务剖面的剖面时间及其任务频数比加权计算得出，由于加权计算结果一般非整数，需要对计算结果进行圆整处理，以便于可靠性试验的实施和控制试验时间，圆整结果加上地面持续时间的1小时，再乘以2即可得出可靠性综合应力条件的持续时间。
步骤3：确定可靠性综合应力条件中的温度应力条件；
根据任务剖面各阶段的持续时间、高度、飞行马赫数，计算出每个任务剖面对应的温度剖面数据，温度计算公式：
插值计算方法：高度H0，马赫数M0，设备冷却方式，安装舱段气密方式，查表二维插值计算，已知飞行的高度为H0,高度位于H[i]和H[i+1]之间,马赫数为M0,位于M[j]和M[j+1]之间,当高度为H[i],马赫数为M[j]、M[j+1]时,对应的温度为T[i,j]、T[i,j+1],当高度为H[i+1],马赫数为M[j]、M[j+1]时,对应的温度为T[i+1,j]、T[i+1,j+1],则其温度为Tx的计算公式如下
Figure BDA0001192127940000081
Figure BDA0001192127940000082
Figure BDA0001192127940000083
式中：t1、t2：中间插值点；
T：温度(℃)，查GJB 899A-2009中附表B.3.5-7至附表B.3.5-11的数据；
M：马赫数；
H：高度(m)；
Tx：高度H0，马赫数M0下计算的温度数据；
利用温度剖面数据和其对应任务剖面的频数比，加权计算出冷天阶段和热天阶段的最高温度、最低温度、加权温度及最高温度、最低温度、加权温度的持续时间，温变率及温变时间，计算公式为：
Figure BDA0001192127940000084
TMAX:冷天阶段/热天的最高温度；
Ti：用于计算TMAX的Ti，Ti的确定方法为最高的温度值及其-5摄氏度范围内的其它温度；
ti：Ti的持续时间；
TMAX的持续时间为ti之和；
Figure BDA0001192127940000091
TMIN:冷天阶段/热天的最低温度；
Tj：用于计算TMIN的Tj，Tj的确定方法为最小的温度值及其+5摄氏度范围内的其它温度；
tj：Tj的持续时间；
TMIN的持续时间为tj之和；
Figure BDA0001192127940000092
TINT:冷天阶段/热天的加权温度；
Tk：用于计算TINT的Tk，Tk的确定方法为除去Ti和Tj后的温度数据；
tk：Tk的持续时间；
TINT的持续时间为tk之和；
温变率分别取温度剖面数据表中相应温变阶段中温变率绝对值的最大者，正负号与温变趋势一致，然后用确定的该温变率除以相应的温变阶段的温度变化幅度作为温变时间；
取最高温度、最低温度、加权温度的持续时间和温变时间之和，与步骤2确定出的圆整结果的2倍进行比较，若比较结果不一致，则需对冷天阶段和热天阶段最高温度、最低温度、加权温度的持续时间进行等比放大或缩小，使之一致，并保证这3个温度的持续时间均不小于20min；按照上述的所有数据，画出可靠性综合应力条件中温度应力的时序图；
步骤4：确定可靠性综合应力条件中的振动应力条件；
根据任务剖面各阶段的持续时间、高度、飞行马赫数和速压，计算出每个任务剖面的振动剖面数据，计算公式为：
W0＝K×q2/22.925
式中：W0：功率谱密度，即振动剖面数据，(m/s2)2/Hz；
q：动压，Pa，当动压值时q>5.7*104Pa，取动压q＝5.7*104Pa；
K：位置系数，查GJB 899A-2009中附表B.3.5-6A中查处；
对每个任务剖面计算出来的振动应力数据进行简化，简化出起飞振动量值WOTOi、最大振动量值WOMAXi、最小振动量值WOMIN、连续振动量值WOC和加权振动量值WOINTi；具体为：
WOTOi：第i个任务剖面的起飞振动量值，查GJB 899A-2009中的表B.3.5-6B确定，WOTOi的持续时间为第i个任务剖面中飞机的起飞阶段的持续时间；
WOMAXi：第i个任务剖面中振动量值计算结果的最大值，WOMAXi的持续时间为出现此量值的任务阶段的持续时间；
WOMINi：第i个任务剖面中振动量值计算结果中仅比0.1(m/s2)2/Hz大的W0值，WOMINi的持续时间为出现此量值的任务阶段的持续时间；
WOCi：连续振动量值，规定为0.1(m/s2)2/Hz，WOCi的持续时间为第i个任务剖面中所有小于0.1(m/s2)2/Hz的W0值所对应的任务阶段的持续时间之和；
WOINTi：加权振动量值,
Figure BDA0001192127940000101
W0j：除去WOMAXi、WOMAXi、WOCi量值后剩余的振动量值；tj：W0j的持续时间，WOINTi的持续时间为tj之和；
利用振动剖面数据的简化结果和持续时间，加权计算出冷天阶段和热天阶段的起飞振动应力WOTO、最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN、加权振动应力WOINT和连续振动应力WOC及起飞振动应力WOTO、最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN、加权振动应力WOINT和连续振动应力WOC的加权持续时间，具体为：
加权持续时间＝持续时间*频数比
WOTO：简化后的起飞振动量值，WOTO的持续时间是所有任务剖面中的起飞振动应力的加权持续时间之和；
WOMAX：简化后的振动量值中的最大值，WOMAX的持续时间是确定任务剖面中最大振动应力的加权持续时间之和；
WOMIN：WOMINi的最小量值，WOMIN的持续时间是确定任务剖面中最小振动应力的加权持续时间之和；
WOC：规定为0.1(m/s2)2/Hz，WOC的持续时间为任务剖面中所有0.1(m/s2)2/Hz的加权持续时间之和；
WOINT，除去用于确定起飞振动应力WOTO、最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN和连续振动应力WOC后剩余的振动应力的加权平均值，计算方法同WOINTi，其加权持续时间为参与WOINT计算的振动应力的加权持续时间之和。
使用时间调节因子对最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN、加权振动应力WOINT和连续振动应力WOC的持续时间进行调整，使所获得的振动应力条件的持续时间与其他3类应力条件的持续时间相同，计算公式为：
Figure BDA0001192127940000111
振动应力条件的持续时间＝加权持续时间*时间调节因子
依据所述调整完的数据，画出可靠性综合应力条件中振动应力的时序图；
步骤5：确定可靠性综合应力条件中的电应力条件；
在进行飞机机载设备的可靠性试验时，机载设备工作状态的输入电应力循环变化，即第一试验循环的输入电压为上限电压；第二试验循环的输入电压为标称电压；第三试验循环的输入电压为下限电压，三个试验循环中输入电压变化构成一个完整的电应力循环，整个试验期间，重复这一电应力循环；
步骤6：确定可靠性综合应力条件中的湿度应力条件；
仅在热天地面不工作和工作阶段期间控制湿度应力，从地面不工作阶段开始即保持露点温度31℃或31℃以上，直到热天地面工作阶段结束；其它阶段不注入湿气，湿度不加控制；
步骤7：确定可靠性试验所需的可靠性综合应力条件；
根据试验设备在飞机上的安装位置，选择其安装舱段的温度应力条件，振动应力条件，再加上湿度应力条件和电应力条件，组合出相应可靠性试验所需的可靠性综合应力条件。
实施例
5.1确定军用飞机任务剖面的相关参数
图1给出了某型军典型任务剖面中的一项任务的任务剖面图，该任务剖面的频数比为50％，该任务剖面各阶段的飞行参数见表1。
表1某型飞机任务剖面飞行参数表
Figure BDA0001192127940000121
5.2确定可靠性综合应力条件的持续时间
温度应力、振动应力、电应力和湿度应力组成了军用飞机的可靠性综合应力条件，每个应力的持续时间与可靠性综合应力条件的持续时间一致。应力条件包含两项任务，一项任务是从冷天环境开始并持续到热天环境，另一项是从热天环境开始并返回冷天环境。根据GJB 899A-2009的要求，这两项任务的地面持续时间是1h，这两项任务的空中时间则需要利用飞机在全寿命期内所要执行的所有任务剖面的剖面时间及其任务频数比加权计算得出，具体的计算公式见公式(1),由于加权计算结果一般非整数，需要对计算结果进行圆整处理，圆整的结果要便于可靠性试验的实施和控制试验时间，任务剖面时间的加权圆整结果加上地面时间1小时，然后再乘以2即可得出可靠性综合应力条件的持续时间。
Figure BDA0001192127940000122
式中：Ti：第i个任务剖面的剖面持续时间；
αi：第i个任务剖面的频数比；
n：任务剖面数。
5.3温度应力条件的确定方法
5.3.1确定原则
可靠性综合应力条件中温度应力的确定原则如下：
a)温度应力的每项任务中，温度最多取3个量值，分别是最高温度、最低温度和加权温度，这三个温度在温度应力中的时序见图2；
b)温度应力的每项任务中，最高温度、最低温度和加权温度的持续时间不小于20min，当这三个温度中的某一个或两个温度的持续时间计算结果小于20min时，利用持续时间最长的那个温度的持续时间将其补足20min，并保持总时间不变；
温度应力中的温度变化率的绝对值应不小于5℃/min，当理论计算结果的绝对值小于5℃/min，取5℃/min作为温变率，正负与温度变化的趋势一致。
5.3.2具体的确定方法
5.3.2.1温度剖面数据的计算方法
首先需要确定出每个任务剖面对应的温度剖面数据并填入表2，由于飞机在巡航、平飞等阶段的高度和马赫数不变，此状态下各舱段的环境温度为定值，其量值的确定方法为二维线性插值法。
若仅已知任务剖面中各阶段的高度、马赫数、持续时间以及各舱段的冷却方式等条件，可以查GJB 899A-2009中附表B.3.5-7至附表B.3.5-11的数据，利用二维线性插值法，具体的计算公式见公式(2)，插值计算出巡航、平飞等阶段的恒定温度数据，填入表2。
Figure BDA0001192127940000131
Figure BDA0001192127940000132
Figure BDA0001192127940000133
式中：t：中间插值点；
T：温度(℃)；
M：马赫数；
H：高度(m)。
飞机在爬升、下降等阶段的高度和马赫数处于变化状态，此状态下各舱段的环境温度为变量，对应到表2中即为冷天温变率或热天温变率，其量值的确定方法为该阶段末始舱温值之差除以该阶段的持续时间。
算例：以某型飞机的某非气密舱段为例，利用上述方法确定出表1的任务剖面对应的温度剖面数据。该舱段内的机载设备贮存温度范围均为:-55℃～+70℃，因此温度剖面中冷天地面不工作/工作温度均为-55℃，持续时间均为30min，冷天空中任务阶段的稳态温度值查GJB 899A-2009中表B.3.5-10“冲压空气冷却机舱内设备冷天环境温度”的数据二维线性插值计算得出；热天地面不工作/工作温度均为+70℃，持续时间亦均为30min，热天各任务阶段的稳态温度值查GJB899A-2009中表B.3.5-9“冲压空气冷却机舱内设备热天环境温度”的数据二维线性插值计算得出，具体的计算结果见表2。
表2温度剖面数据表
Figure BDA0001192127940000141
确定完所有任务剖面对应的温度剖面数据后，汇总温度剖面中巡航、平飞等阶段的恒温阶段的温度数据，填入表3。
算例：表3给出了某型飞机某非气密舱6个温度剖面恒温阶段的温度数据。
表3温度剖面恒温阶段数据表
Figure BDA0001192127940000151
5.3.2.2温度应力数据确定
依据表3的温度剖面数据，可以确定出温度应力中冷天阶段和热天阶段的最高温度、最低温度、加权温度、温变率、温变时间和持续时间等数据，这些数据具体的确定方法如下：
a)最高温度及其持续时间
找出表3中冷天温度/热天温度的最大值，若这个最大值-5℃范围内还有其它温度时，则用这些温度的加权平均值作为最高温度，反之则用这个最大值作为最高温度，其持续时间为表3中用于确定最高温度的温度持续时间之和。
b)最低温度及其持续时间
找出表3中冷天温度/热天温度的最小值，若这个最小值+5℃范围内还有其它温度时，则用这些温度的加权平均值作为最低温度，反之则用这个最小值作为最低温度，其持续时间为表3中用于确定最低温度的温度持续时间之和。
c)加权温度及其持续时间
当确定出最高温度和最低温度后，将表3中剩余温度值的加权平均值作为加权温度，其持续时间为表3中用于确定加权温度的温度持续时间之和。
d)温变率及其温变时间
由图2可知，一般需要确定出8个温度率，这8个温度率分别取温度剖面数据表中相应温变阶段中温变率绝对值的最大者，正负号与图2的温变趋势一致，然后用确定的该温变率除以相应的温变阶段的温度变化幅度作为温变时间。
按照上述方法，表4给出了相应的温度应力数据确定结果。
表4温度应力数据表
Figure BDA0001192127940000161
5.3.2.3温度应力数据修正
当确定出温度应力数据后，计算温变时间和持续时间这两列时间的总和，并与2倍的加权任务剖面时间圆整结果进行比较，若比较结果不一致，则需对温度应力中冷天阶段和热天阶段最高温度、最低温度、加权温度的持续时间进行等比放大或缩小，使之一致，并保证这3个温度的持续时间均不小于20min。
举例：经计算，表4中温变时间和持续时间之和不等于6h，需要调整，表5给出了调整后的温度持续时间。
表5温度应力修正数据表
Figure BDA0001192127940000171
5.4振动应力确定方法
5.4.1确定原则
可靠性综合应力条件中振动应力的确定原则如下：
a)振动应力的每项任务中，振动最多取5个量值，分别是起飞振动、最大振动、加权振动、最小振动和连续振动；
b)一般情况下，振动应力和温度应力的时序对应关系见图3，其中地面不工作/工作阶段不施加振动，地面工作结束的时间与起飞振动的起始时间一致，最大振动应力的起始时间与最高温度的起始时间一致，最大振动前衔接的是加权振动，最大振动后衔接的是最小振动，这四个振动之间的空缺部分用连续振动填充，以保证振动的连续性。
5.4.2确定方法
5.4.2.1振动剖面数据确定
在GJB899A-2009中，有关喷气式飞机振动量值确定方法，除了查阅该标准中相关附录里的表格的方法外，还可以使用公式(4)计算全机各舱段的振动量值：
W0＝K*q2/22.925
式中：W0：功率谱密度，(m/s2)2/Hz；
q：动压，当动压值时q>5.7*104Pa，取动压q＝5.7*104Pa；
K：位置系数，见下表6。
表6振动位置系数
Figure BDA0001192127940000181
根据GJB 899-2009的要求，军用飞机在起飞阶段各舱段的振动量值W0的量值见下表7。
表7飞机起飞阶段各舱段的段W0量值
Figure BDA0001192127940000182
Figure BDA0001192127940000191
算例：以某型飞机的某非气密舱段为例，根据上述计算方法确定出表1的任务剖面对应的振动剖面数据，具体的计算结果见表8。
表8振动剖面数据表
Figure BDA0001192127940000192
Figure BDA0001192127940000201
当确定出每个任务剖面对应的振动剖面后，要对根据每个任务剖面计算出来的振动应力数据进行简化，其简化的基本原则为：对于任务剖面对应的振动剖面中的两个任务阶段(冷天阶段和热天阶段)中的每个阶段，不管根据任务剖面确定的振动量值W0有多少个，在振动剖面中，最多只能出现起飞振动量值、最大振动量值、最小振动量值、加权振动量值和连续振动量值等5个振动量值，并且这5个振动量值W0的简化原则如下：
a)起飞振动量值WOTO：查表7确定,其持续时间与起飞时间一致；
b)最大振动量值WOMAX：此振动应力量值通常在飞机低空高速飞行时出现，其持续时间即该任务阶段的持续时间；
c)最小振动量值WOMIN：此振动应力量值通常在飞机巡航阶段出现，是删去了低于0.1(m/s2)2/Hz的W0后剩下的最小量值，其持续时间即为出现此量值的任务阶段的持续时间；
d)加权振动量值WOINT：这个量值是除去起飞振动量值、最大振动量值、最小振动量值和低于0.1(m/s2)2/Hz的振动量值后，所有剩下的振动量值的加权平均值，其计算方法是将每个W0值乘以其相应的持续时间并相加求和，用其和除以各持续时间之和得到加权振动量值，该加权平均量值的持续时间为各用于加权的持续时间之和；
e)连续振动量值WOC：规定为0.1(m/s2)2/Hz，采用这个量值是为了保持振动的连续性，所有计算的振动量值W0不大于0.1(m/s2)2/Hz时均采用连续振动量值，其持续时间为不大于0.1(m/s2)2/Hz的W0值所对应的持续时间。
按照上述原则，对每个任务剖面对应的振动剖面数据进行简化，简化结果填入表9。
举例：表9给出了某型飞机某非气密舱6个振动剖面中5个振动量值的数据。
表9振动剖面振动量值简化结果表
Figure BDA0001192127940000211
Figure BDA0001192127940000221
5.4.2.2振动应力数据确定
在各区振动应力综合环境剖面中，振动应力最多包含起飞振动应力WOTO、最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN、加权振动应力WOINT和连续振动应力WOC等5个振动应力，各个振动应力的持续时间按照如下原则确定：
a)起飞振动应力WOTO，其持续时间为表9各任务剖面中起飞振动应力的加权持续时间之和；
b)连续振动应力WOC，其持续时间为表9各任务剖面中连续振动应力的加权持续时间之和；
c)最大振动应力WOMAX，其持续时间为表9各任务剖面中最大振动应力的加权持续时间之和；
d)最小振动应力WOMIN，其持续时间为表9各任务剖面中最小振动应力的加权持续时间之和；
e)加权振动应力WOINT，其应力量值为表9中除了起飞振动应力、连续振动应力、最大振动应力和最小振动应力等4个振动应力以外其他所有振动应力的加权平均值，其持续时间为参与加权的所有振动应力的加权持续时间之和。
按照上述原则，按照表10的格式对表9的数据进行汇总，得到适用于振动综合环境剖面的振动应力。
表10综合环境剖面振动应力汇总表
Figure BDA0001192127940000231
5.4.2.3振动应力数据修正
为了使振动应力条件的持续时间与温度应力条件、湿度应力条件和电应力条件等3个应力条件的持续时间统一，在获得了适用于表10的综合环境剖面振动应力汇总表，需要对其中有些振动应力的持续时间进行调整，即使用时间调节因子对各区振动应力综合环境剖面中的最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN、加权振动应力WOINT和连续振动应力WOC等4个振动应力的持续时间进行调整，以保证所获得的振动应力条件的持续时间与其他3类应力条件的持续时间统一协调，适用于振动应力条件的时间调节因子按照如下公式(5)进行计算：
Figure BDA0001192127940000232
表11振动应力持续时间修正结果表
Figure BDA0001192127940000233
当确定出振动应力后，还应给出相应的频谱图以便试验时方便施加振动条件，详见图4a、图4b。
5.5湿度应力确定方法
在进行军机机载设备的可靠性试验时，仅在每一个试验循环中的热天地面不工作和工作阶段期间注入湿气。从地面不工作阶段开始即保持露点温度31℃或31℃以上，直到热天地面工作阶段结束。其它阶段不注入湿气，湿度不加控制，试验箱内空气不应烘干。
5.6电应力条件确定方法
在进行军机机载设备的可靠性试验时，机载设备工作状态的电应力循环变化，第一试验循环的输入电压为标称电压的上限值；第二试验循环的输入电压为标称电压；第三试验循环的输入电压为标称电压的下限值。三个试验循环中输入电压变化构成一个完整的电应力循环。整个试验期间，重复这一电应力循环。
5.7确定可靠性试验所用的综合应力条件的方法
在进行可靠性试验时,根据试验设备在飞机上的安装位置，选择其安装舱段的温度应力条件，振动应力条件，再考虑湿度应力条件和电应力条件，将其中的应力时序图进行组合，即可以作为机载设备可靠性试验的试验条件。

Claims (1)

1.一种可靠性综合应力条件的制定方法，其特征在于，包括：
步骤1：确定军用飞机任务剖面的相关参数；
确定飞机全寿命期内所要执行的任务剖面的相关参数，包括：频数比、任务剖面总时间、任务剖面各阶段的持续时间、高度、飞行马赫数和速压；
步骤2：确定可靠性综合应力条件的持续时间；
所述可靠性综合应力条件包含两个阶段，一个阶段是从冷天环境开始并持续到热天环境，计算方法为：任务剖面总时间乘以频数比求和，对和取整加1；
另一个阶段是从热天环境开始直至返回冷天环境，计算方法为：任务剖面总时间乘以频数比求和，对和取整加1；
计算公式为：
Figure FDA0002410537160000011
t持续时间＝[t加权时间]+1
式中：ti：第i个任务剖面的剖面持续时间；αi：第i个任务剖面的频数比；t持续时间：冷天或热天阶段可靠性综合环境应力的持续时间；
Figure FDA0002410537160000015
为圆整结果；
所述可靠性综合应力条件的持续时间为两个阶段时间和；
步骤3：确定可靠性综合应力条件中的温度应力条件；
根据任务剖面各阶段的持续时间、高度、飞行马赫数，计算出每个任务剖面对应的温度剖面数据，温度计算公式：
插值计算方法：高度H0，马赫数M0，设备冷却方式，安装舱段气密方式，查表二维插值计算，已知飞行的高度为H0,高度位于H[i]和H[i+1]之间,马赫数为M0,位于M[j]和M[j+1]之间,当高度为H[i],马赫数为M[j]、M[j+1]时,对应的温度为T[i,j]、T[i,j+1],当高度为H[i+1],马赫数为M[j]、M[j+1]时,对应的温度为T[i+1,j]、T[i+1,j+1],则其温度为Tx的计算公式如下
Figure FDA0002410537160000012
Figure FDA0002410537160000013
Figure FDA0002410537160000014
式中：t1、t2：中间插值点；
T：温度(℃)，查GJB 899A-2009中附表B.3.5-7至附表B.3.5-11的数据；
M：马赫数；
H：高度(m)；
Tx：高度H0，马赫数M0下计算的温度数据；
利用温度剖面数据和其对应任务剖面的频数比，加权计算出冷天阶段和热天阶段的最高温度、最低温度、加权温度及最高温度、最低温度、加权温度的持续时间，温变率及温变时间，计算公式为：
Figure FDA0002410537160000021
TMAX:冷天阶段/热天的最高温度；
Ti：用于计算TMAX的Ti，Ti的确定方法为最高的温度值及其-5摄氏度范围内的其它温度；
ti：Ti的持续时间；
TMAX的持续时间为ti之和；
Figure FDA0002410537160000022
TMIN:冷天阶段/热天的最低温度；
Tj：用于计算TMIN的Tj，Tj的确定方法为最小的温度值及其+5摄氏度范围内的其它温度；
tj：Tj的持续时间；
TMIN的持续时间为tj之和；
Figure FDA0002410537160000023
TINT:冷天阶段/热天的加权温度；
Tk：用于计算TINT的Tk，Tk的确定方法为除去Ti和Tj后的温度数据；
tk：Tk的持续时间；
TINT的持续时间为tk之和；
温变率分别取温度剖面数据表中相应温变阶段中温变率绝对值的最大者，正负号与温变趋势一致，然后用确定的该温变率除以相应的温变阶段的温度变化幅度作为温变时间；
取最高温度、最低温度、加权温度的持续时间和温变时间之和，与步骤2确定出的圆整结果的2倍进行比较，若比较结果不一致，则需对冷天阶段和热天阶段最高温度、最低温度、加权温度的持续时间进行等比放大或缩小，使之一致，并保证这3个温度的持续时间均不小于20min；按照上述的所有数据，画出可靠性综合应力条件中温度应力的时序图；
步骤4：确定可靠性综合应力条件中的振动应力条件；
根据任务剖面各阶段的持续时间、高度、飞行马赫数和速压，计算出每个任务剖面的振动剖面数据，计算公式为：
W0＝K×q2/22.925
式中：W0：功率谱密度，即振动剖面数据，(m/s2)2/Hz；
q：动压，Pa，当动压值q≥5.7*104Pa时，取动压q＝5.7*104Pa；
K：位置系数，查GJB 899A-2009中附表B.3.5-6A中查出；
对每个任务剖面计算出来的振动应力数据进行简化，简化出起飞振动量值WOTOi、最大振动量值WOMAXi、最小振动量值WOMIN、连续振动量值WOC和加权振动量值WOINTi；具体为：
WOTOi：第i个任务剖面的起飞振动量值，查GJB 899A-2009中的表B.3.5-6B确定，WOTOi的持续时间为第i个任务剖面中飞机的起飞阶段的持续时间；
WOMAXi：第i个任务剖面中振动量值计算结果的最大值，WOMAXi的持续时间为出现此量值的任务阶段的持续时间；
WOMINi：第i个任务剖面中振动量值计算结果中仅比0.1(m/s2)2/Hz大的W0值，WOMINi的持续时间为出现此量值的任务阶段的持续时间；
WOCi：连续振动量值，规定为0.1(m/s2)2/Hz，WOCi的持续时间为第i个任务剖面中所有小于0.1(m/s2)2/Hz的W0值所对应的任务阶段的持续时间之和；
WOINTi：加权振动量值,
Figure FDA0002410537160000031
W0j：除去WOMAXi、WOMAXi、WOCi量值后剩余的振动量值；tj：W0j的持续时间，WOINTi的持续时间为tj之和；
利用振动剖面数据的简化结果和持续时间，加权计算出冷天阶段和热天阶段的起飞振动应力WOTO、最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN、加权振动应力WOINT和连续振动应力WOC，具体为：
加权持续时间＝持续时间*频数比
WOTO：简化后的起飞振动量值，WOTO的持续时间是所有任务剖面中的起飞振动应力的加权持续时间之和；
WOMAX：简化后的振动量值中的最大值，WOMAX的持续时间是确定任务剖面中最大振动应力的加权持续时间之和；
WOMIN：WOMINi的最小量值，WOMIN的持续时间是确定任务剖面中最小振动应力的加权持续时间之和；
WOC：规定为0.1(m/s2)2/Hz，WOC的持续时间为任务剖面中所有0.1(m/s2)2/Hz的加权持续时间之和；
WOINT，除去用于确定起飞振动应力WOTO、最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN和连续振动应力WOC后剩余的振动应力的加权平均值，计算方法同WOINTi，其加权持续时间为参与WOINT计算的振动应力的加权持续时间之和；
使用时间调节因子对最大振动应力WOMAX、最小振动应力WOMIN、加权振动应力WOINT和连续振动应力WOC的持续时间进行调整，使所获得的振动应力条件的持续时间与其他3类应力条件的持续时间相同，计算公式为：
Figure FDA0002410537160000041
振动应力条件的持续时间＝加权持续时间*时间调节因子，t12×f1为WOMAX加权持续时间，t13×f1为WOMIN加权持续时间，t14×f1为WOINT加权持续时间，t15×f1为WOC加权持续时间；
依据所述调整完的数据，画出可靠性综合应力条件中振动应力的时序图；
步骤5：确定可靠性综合应力条件中的电应力条件；
在进行飞机机载设备的可靠性试验时，机载设备工作状态的输入电应力循环变化，即第一试验循环的输入电压为上限电压；第二试验循环的输入电压为标称电压；第三试验循环的输入电压为下限电压，三个试验循环中输入电压变化构成一个完整的电应力循环，整个试验期间，重复这一电应力循环；
步骤6：确定可靠性综合应力条件中的湿度应力条件；
仅在热天地面不工作和工作阶段期间控制湿度应力，从地面不工作阶段开始即保持露点温度31℃或31℃以上，直到热天地面工作阶段结束；其它阶段不注入湿气，湿度不加控制；
步骤7：确定可靠性试验所需的可靠性综合应力条件；
根据试验设备在飞机上的安装位置，选择其安装舱段的温度应力条件，振动应力条件，再加上湿度应力条件和电应力条件，组合出相应可靠性试验所需的可靠性综合应力条件。
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