CN111177852B - 一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机飞行控制系统试验技术领域，提出一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，包括：步骤1、提取多个飞行架次飞行数据作为载荷谱设计样本；步骤2、按照飞机相关装置状态，将飞机飞行过程分为5个阶段；将每一架次飞行数据分为这5个阶段数据；步骤3、将角速率响应的频率分为若干个档，将角速率响应的幅值分为若干个档；步骤4、统计每一架次5个飞行阶段中，各个幅值下各频率运动次数；步骤5、针对所有飞行数据样本，统计出5个飞行阶段下各个幅值下各频率运动次数进行取平均，每个飞行阶段下即可得出一组各个幅值下各频率运动次数；步骤6、将步骤5统计出的每个飞行阶段下各个幅值下各频率运动次数进行随机分布，即可形成载荷谱。

Description

一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法
技术领域
本发明属于飞机飞行控制系统试验技术领域，涉及一种飞机陀螺仪载荷谱设计的新方法。
背景技术
陀螺仪作为测量飞机运动的重要设备，为飞行控制提供必要的控制信号。若陀螺仪在飞机飞行中发生故障，则会极大的影响飞机安全性。因此，在陀螺仪研制过程中，需要进行耐久试验，从而对产品的可靠性进行验证。
耐久试验时，需要设计合理的载荷谱信号，驱动转台运动，模拟陀螺仪的工作情况。载荷谱应尽可能的准确表征飞机飞行过程中角速率的运动情况。载荷谱设计的越合理准确，耐久试验结果就越可信。载荷谱的不准确最终会导致产品“过设计”或“欠设计”，前者会造成研制成本及周期的增长，后者会导致飞机飞行过程中易出现故障，影响飞机安全。
目前国内飞机设计过程中，陀螺仪耐久试验的载荷谱多为简化的标准正弦或方波信号，载荷谱的幅值、频率及运动次数均不能准确反映飞机飞行过程中陀螺仪的工作情况，造成耐久试验结果可信度低，若以此试验结果作为评判产品可靠性的依据，会极大影响产品的研制进度。
发明内容
发明目的：在飞机陀螺仪耐久试验传统方法的基础上，提出一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，提高耐久试验的可信度。
技术方案：
一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，包括：
步骤1、提取多个飞行架次飞行数据作为载荷谱设计样本；
步骤2、按照飞机相关装置状态，将飞机飞行过程分为5个阶段：起飞前滑跑、起飞、巡航、着陆、着陆后滑跑；将每一架次飞行数据分为这5个阶段数据；
步骤3、陀螺仪测量的是飞机角速率，将角速率响应的频率分为若干个档，将角速率响应的幅值分为若干个档；
步骤4、统计每一架次5个飞行阶段中，各个幅值下各频率运动次数；
步骤5、针对所有飞行数据样本，统计出5个飞行阶段下各个幅值下各频率运动次数进行取平均，每个飞行阶段下即可得出一组各个幅值下各频率运动次数；
步骤6、将步骤5统计出的每个飞行阶段下各个幅值下各频率运动次数进行随机分布，即可形成载荷谱。
步骤2起飞前滑跑判断条件：轮载承载且襟缝翼为起飞构型。
步骤2起飞判断条件：轮载不承载且襟缝翼为起飞构型。
步骤2巡航判断条件：襟缝翼为巡航构型。
步骤2着陆判断条件：轮载不承载且襟缝翼为着陆构型。
步骤2着陆后滑跑判断条件：轮载承载且襟缝翼为着陆构型。
步骤1多个飞行架次为50架次。
步骤2飞机相关装置状态包括：轮载和襟缝翼状态。
步骤3角速率响应的频率分为若干个档包括：0.1Hz档、0.2Hz档、0.3Hz档。
步骤3角速率响应的幅值分为若干个档包括：5％满量程、10％满量程、25％满量程。
有益效果：
本发明可保留传统陀螺仪耐久试验环境，使用该方法设计出的载荷谱替换传统标准正弦或方波激励信号，保证耐久试验的合理性及结果的正确性。
该方法基于对飞行数据统计，获取角速率数据特性，以此得到的载荷谱能够真实反映飞行过程中陀螺仪的工作过程，极大提升耐久试验激励信号的合理性与真实性，从而保证耐久试验结果准确反映产品的可靠性，确保产品设计的合理性。而且，该方法的应用不需要对耐久试验环境任何结构部分进行改造，可直接在激励计算机中增加该方法设计的载荷谱，节约改造成本、缩短研发周期。
附图说明
图1为本发明实施例波谷—波峰示意图。
图2为本发明实施例角速率载荷谱示例示意图。
具体实施方式
步骤1、提取多个飞行架次(约50架次)飞行数据作为载荷谱设计样本；
步骤2、按照飞机相关装置(轮载和襟缝翼)状态，将飞机飞行过程分为5个阶段：起飞前滑跑、起飞、巡航、着陆、着陆后滑跑。将每一架次飞行数据分为这5个阶段数据；
步骤3、陀螺仪测量的是飞机角速率，将角速率响应的频率分为若干个档(如0.1Hz、0.2Hz、0.3Hz等等)，将角速率响应的幅值分为若干个档(如5％满量程、10％满量程、25％满量程等等)；
步骤4、统计每一架次5个飞行阶段中，各个幅值下各频率运动次数；
步骤5、针对所有飞行数据样本，统计出5个飞行阶段下各个幅值下各频率运动次数进行取平均，每个飞行阶段下即可得出一组各个幅值下各频率运动次数；
步骤6、将步骤5统计出的每个飞行阶段下各个幅值下各频率运动次数进行随机分布，即可形成载荷谱。
下面结合附图和实施方式对一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法做具体说明。
步骤(1)：协调飞机使用方，获取50架次飞行数据，飞行数据中应包含轮载状态、襟缝翼位置、俯仰角速率、滚转角速率、偏航角速率及飞行时间；
步骤(2)：将飞机飞行过程分为5个阶段：起飞前滑跑(判断条件：轮载承载且襟缝翼为起飞构型)、起飞(判断条件：轮载不承载且襟缝翼为起飞构型)、巡航(判断条件：襟缝翼为巡航构型)、着陆(判断条件：轮载不承载且襟缝翼为着陆构型)、着陆后滑跑(判断条件：轮载承载且襟缝翼为着陆构型)。按照5个阶段的判断条件，将每一架次飞行数据划分为5段数据；
步骤(3)：根据飞机响应特性确定频率划分，以大型飞机为例，将1Hz频率分为10个频率档，步长为0.1Hz；按照满幅值的百分比形式划分为6个幅值档(如5％满量程、10％满量程、25％满量程、50％满量程、75％满量程、100％满量)；
步骤(4)：针对步骤2形成的数据(起飞前滑跑、起飞、巡航、着陆、着陆后滑跑各50段飞行数据)。按照数据曲线的波谷—波峰(如图1)，筛选出数据曲线一个飞机运动周期中的最大值最小值，剔除局部最大值和局部最小值。波峰值是一个运动周期内的运动幅值，两个波谷之间的时间差，作为运动频率。按照步骤(3)，统计每段数据中划分的各个幅值档下各频率运动次数；
步骤(5)：根据步骤(4)统计出的每个架次各飞行阶段下各个幅值档下各频率运动次数，对50个架次同幅值、同频率的运动频次取平均，不同幅值以及不同频次进行随机分布，然后利用三角谐波进行数字模拟复现，即可形成载荷谱(示例如图2)。

Claims (10)

1.一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，包括：
步骤1、提取多个飞行架次飞行数据作为载荷谱设计样本；
步骤2、按照飞机相关装置状态，将飞机飞行过程分为5个阶段：起飞前滑跑、起飞、巡航、着陆、着陆后滑跑；将每一架次飞行数据分为这5个阶段数据；
步骤3、陀螺仪测量的是飞机角速率，将角速率响应的频率分为若干个档，将角速率响应的幅值分为若干个档；
步骤4、统计每一架次5个飞行阶段中，各个幅值下各频率运动次数；
步骤5、针对所有飞行数据样本，统计出5个飞行阶段下各个幅值下各频率运动次数进行取平均，每个飞行阶段下即可得出一组各个幅值下各频率运动次数；
步骤6、将步骤5统计出的每个飞行阶段下各个幅值下各频率运动次数进行随机分布，即可形成载荷谱。
2.如权利要求1所述的一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，步骤2起飞前滑跑判断条件：轮载承载且襟缝翼为起飞构型。
3.如权利要求1所述的一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，步骤2起飞判断条件：轮载不承载且襟缝翼为起飞构型。
4.如权利要求1所述的一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，步骤2巡航判断条件：襟缝翼为巡航构型。
5.如权利要求1所述的一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，步骤2着陆判断条件：轮载不承载且襟缝翼为着陆构型。
6.如权利要求1所述的一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，步骤2着陆后滑跑判断条件：轮载承载且襟缝翼为着陆构型。
7.如权利要求1所述的一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，步骤1多个飞行架次为50架次。
8.如权利要求1所述的一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，步骤2飞机相关装置状态包括：轮载和襟缝翼状态。
9.如权利要求1所述的一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，步骤3角速率响应的频率分为若干个档包括：0.1Hz档、0.2Hz档、0.3Hz档。
10.如权利要求1所述的一种飞机陀螺仪载荷谱设计方法，其特征在于，步骤3角速率响应的幅值分为若干个档包括：5％满量程、10％满量程、25％满量程。
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