CN113704875A - 一种随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于起落架强度设计领域，特别涉及一种随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法。包括：步骤一、根据起飞、着陆重量以及一致过载谱构建起落架的载荷谱的第一平衡方程；步骤二、对所述载荷谱的第一平衡方程进行分块处理，得到各个子谱的第二平衡方程；步骤三、获取子谱基准损伤，并根据所述子谱基准损伤计算各个子谱损伤；步骤四、根据各个子谱损伤计算所述载荷谱下的起落架总损伤。本申请可快速的评估起飞、着陆重量变化对起落架寿命的影响，在某型飞机改型设计中，根据起飞、着陆重量的变化，可快速完成了前、主起落架寿命评估工作，显著缩短设计周期。

Description

一种随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法

技术领域

本申请属于起落架强度设计领域，特别涉及一种随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法。

背景技术

在某型号飞机改型设计过程中，飞机构型状态增多至几十种，且各构型的起飞、着陆重量也存在较大差异，给改型设计中起落架结构寿命评估工作带来一定困难。由于该型飞机改型前已经进行过起落架载荷谱实测和寿命评估工作，因此希望在此基础之上结合起飞、着陆重量的变化进行寿命评估。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，包括：

步骤一、根据起飞、着陆重量以及一致过载谱构建起落架的载荷谱的第一平衡方程；

步骤二、对所述载荷谱的第一平衡方程进行分块处理，得到各个子谱的第二平衡方程；

步骤三、获取子谱基准损伤，并根据所述子谱基准损伤计算各个子谱损伤；

步骤四、根据各个子谱损伤计算所述载荷谱下的起落架总损伤。

在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，所述根据起飞、着陆重量以及一致过载谱构建起落架的载荷谱的第一平衡方程包括：

获取起飞、着陆重量以及一致过载谱；

将载荷谱按照时间序列进行表示：

{P}＝[P_t.1…P_t.n]

构建起落架的载荷谱的第一平衡方程：

其中，第一平衡方程的左侧为按照时间序列表示的载荷谱，右侧为过载序列与重量矩阵的乘积。

在本申请的至少一个实施例中，步骤二中，所述对所述载荷谱的第一平衡方程进行分块处理，得到各个子谱的第二平衡方程包括：

将所述重量矩阵进行分块处理，得到所述重量矩阵的分块矩阵：

式中，

且，

其中，num为分块数量；

将所述过载序列进行分块处理，得到所述过载序列的分块序列，且所述分块序列的维度与所述分块矩阵的维度互相对应：

可得：

得到各个子谱的第二平衡方程：

其中，第二平衡方程的左侧为子谱，右侧为对应的过载序列的分块序列与重量矩阵的分块矩阵的乘积。

在本申请的至少一个实施例中，步骤三中，所述获取子谱基准损伤，并根据所述子谱基准损伤计算各个子谱损伤包括：

对于任一载荷谱{P_j}，当其重量取值为

对应的子谱基准损伤为ξ^基 _j；

根据所述子谱基准损伤计算各个子谱损伤：

其中，ξ_j为各个子谱损伤，m为起落架结构危险部位对应的m数。

在本申请的至少一个实施例中，步骤四中，所述根据各个子谱损伤计算所述载荷谱下的起落架总损伤包括：

其中，ξ_Σ为该载荷谱下的起落架总损伤。

在本申请的至少一个实施例中，还包括步骤五、获取基准起飞、着陆重量，根据步骤一至步骤三的方式得到基准载荷谱的各个子谱损伤，根据基准载荷谱的各个子谱损伤计算任意载荷谱下的起落架总损伤，包括：

获取基准起飞、着陆重量矩阵：

根据步骤一至步骤三的方式得到基准载荷谱的各个子谱损伤：

其中，ξ⁰ _j为基准载荷谱下的各个子谱损伤；

获取随机起飞、着陆重量，计算任意载荷谱下的起落架总损伤：

其中，ξ^任 _Σ为任意载荷谱下的起落架总损伤。

在本申请的至少一个实施例中，还包括步骤六、计算基准载荷谱下的起落架的寿命，包括：

计算基准载荷谱下的起落架总损伤：

其中，ξ⁰ _Σ为基准载荷谱下的起落架总损伤；

基准载荷谱下的起落架的寿命为：

其中，N⁰为基准载荷谱下的起落架的寿命，起落架的寿命用起落次数表示。

在本申请的至少一个实施例中，还包括步骤七、计算任意载荷谱下的起落架的寿命，包括：

任意载荷谱下的起落架的寿命为：

其中，N^任为任意载荷谱下的起落架的寿命，起落架的寿命用起落次数表示。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，可快速的评估起飞、着陆重量变化对起落架寿命的影响，在某型飞机改型设计中，根据起飞、着陆重量的变化，可快速完成了前、主起落架寿命评估工作，显著缩短设计周期。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法流程图；

图2是本申请另一个实施方式的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法流程图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。

下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，包括以下步骤：

S100、根据起飞、着陆重量以及一致过载谱构建起落架的载荷谱的第一平衡方程；

S200、对载荷谱的第一平衡方程进行分块处理，得到各个子谱的第二平衡方程；

S300、获取子谱基准损伤，并根据子谱基准损伤计算各个子谱损伤；

S400、根据各个子谱损伤计算载荷谱下的起落架总损伤。

本申请的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，还包括：

S500、获取基准起飞、着陆重量，根据S100至S300的方式得到基准载荷谱的各个子谱损伤，根据基准载荷谱的各个子谱损伤计算任意载荷谱下的起落架总损伤；

S600、计算基准载荷谱下的起落架的寿命；以及

S700、计算任意载荷谱下的起落架的寿命。

具体的，本申请的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，首先引入一致过载谱假设，即认为在起飞、着陆过程中，起落架的过载谱是不变的，每个子谱对应的特征向量是不变的，损伤特征值仅与对应的重量参数相关。不同起飞、着陆重量条件下，可依据起飞、着陆重量和一致过载谱构建起落架的载荷谱。

S100中，根据起飞、着陆重量以及一致过载谱构建起落架的载荷谱的第一平衡方程包括：

获取起飞、着陆重量以及一致过载谱；

将载荷谱按照时间序列进行表示：

{P}＝[P_t.1…P_t.n]

构建起落架的载荷谱的第一平衡方程：

其中，第一平衡方程的左侧为按照时间序列表示的载荷谱，右侧为过载序列与重量矩阵的乘积。

由于已假定[n_t.1…n_t.n]是不变的，因此载荷谱的严重程度仅与重量矩阵有关。

本申请的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，根据重量值将重量矩阵以及过载序列处理为分块矩阵的形式，其目的是对重量进行分类，将值相同的放在一起，分块数量记为num。

S200中，对载荷谱的第一平衡方程进行分块处理，得到各个子谱的第二平衡方程包括：

将重量矩阵进行分块处理，得到重量矩阵的分块矩阵：

式中，

且，

其中，num为分块数量；

将过载序列进行分块处理，得到过载序列的分块序列，且分块序列的维度与分块矩阵的维度互相对应：

可得：

得到各个子谱的第二平衡方程：

其中，第二平衡方程的左侧为子谱，右侧为对应的过载序列的分块序列与重量矩阵的分块矩阵的乘积。

本申请的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，在得到各个子谱后，根据子谱基准损伤计算各个子谱损伤，在实际应用中，子谱基准损伤通过相应的程序计算得到；再经过一轮计算后，相对于子谱基准损伤，各个子谱所对应的损伤不必通过程序再次计算，其仅重量发生了变化，可通过公式直接给出，从而实现快算评估。

S300中，获取子谱基准损伤，并根据子谱基准损伤计算各个子谱损伤包括：

对于任一载荷谱{P_j}，当其重量取值为

对应的子谱基准损伤为ξ^基 _j；

根据子谱基准损伤计算各个子谱损伤：

其中，ξ_j为各个子谱损伤，m为起落架结构危险部位对应的m数。S400中，根据各个子谱损伤计算载荷谱下的起落架总损伤包括：

其中，ξ_Σ为该载荷谱下的起落架总损伤。

进一步，本申请的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，还可以根据S100至S300的方式首先获取基准载荷谱的各个子谱损伤，在随机起飞着陆重量条件下，已知重量指标、m数和每个“特征谱块”的损伤，可计算任意载荷谱下起落架总损伤。

S500、获取基准起飞、着陆重量，根据S100至S300的方式得到基准载荷谱的各个子谱损伤，根据基准载荷谱的各个子谱损伤计算任意载荷谱下的起落架总损伤，包括：

获取基准起飞、着陆重量矩阵：

根据S100至S300的方式得到基准载荷谱的各个子谱损伤：

其中，ξ⁰ _j为基准载荷谱下的各个子谱损伤；

获取随机起飞、着陆重量，计算任意载荷谱下的起落架总损伤：

其中，ξ^任 _Σ为任意载荷谱下的起落架总损伤。

本申请的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，在得到各种载荷下的起落架总损伤后，还可以根据起落架总损伤计算出起落架的寿命。

具体的，S600、计算基准载荷谱下的起落架的寿命，包括：

计算基准载荷谱下的起落架总损伤：

其中，ξ⁰ _Σ为基准载荷谱下的起落架总损伤；

基准载荷谱下的起落架的寿命为：

其中，N⁰为基准载荷谱下的起落架的寿命，起落架的寿命用起落次数表示。

S700、计算任意载荷谱下的起落架的寿命，包括：

任意载荷谱下的起落架的寿命为：

其中，N^任为任意载荷谱下的起落架的寿命，起落架的寿命用起落次数表示。

本申请的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，通过起落架总损伤的倒数计算出一次起落的起落架的寿命，通过计算多次起落的起落架总损伤的倒数即可得到多次起落的起落架的寿命。

在本申请的一个实施例中，某型号飞机基准载荷谱分为两部分，起飞部分和着陆部分。基准起飞重量为

对应的损伤为ξ⁰ _to，取值为1/4000；基准着陆重量为

对应的损伤为ξ⁰ _ld，取值为1/4000，考虑增重5％后的损伤变化。

则基准载荷谱下的起落架总损伤为：

对应的起落数为损伤的倒数，为2000起落。

增重后的起落架总损伤为：

简化为：

起落数变化：

结论：增重后一个起落相当于1.28个基准起落。

同时，增重后，寿命降低到原指标的78％。

本申请的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，引入特征谱块和线性组合的概念，将一个起落划分为若单个特征谱块，每个段都是相互独立的，且载荷的大小仅与一个重量指标相关。每段对应一个特征向量和特征值，其中用特征值对应该段的损伤，特征向量用来表示过载谱的形状。通过线性组合的方法就可以计算不同载荷谱作用下结构的寿命。

本申请的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，可快速的评估起飞、着陆重量变化对起落架寿命的影响，据此实现寿命评估和检查分析，完成飞机保障工作，显著缩短设计周期。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，其特征在于，包括：

步骤一、根据起飞、着陆重量以及一致过载谱构建起落架的载荷谱的第一平衡方程；

步骤二、对所述载荷谱的第一平衡方程进行分块处理，得到各个子谱的第二平衡方程；

步骤三、获取子谱基准损伤，并根据所述子谱基准损伤计算各个子谱损伤；

步骤四、根据各个子谱损伤计算所述载荷谱下的起落架总损伤。

2.根据权利要求1所述的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，其特征在于，步骤一中，所述根据起飞、着陆重量以及一致过载谱构建起落架的载荷谱的第一平衡方程包括：

获取起飞、着陆重量以及一致过载谱；

将载荷谱按照时间序列进行表示：

{P}＝[P_t.1…P_t.n]

构建起落架的载荷谱的第一平衡方程：

其中，第一平衡方程的左侧为按照时间序列表示的载荷谱，右侧为过载序列与重量矩阵的乘积。

3.根据权利要求2所述的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，其特征在于，步骤二中，所述对所述载荷谱的第一平衡方程进行分块处理，得到各个子谱的第二平衡方程包括：

将所述重量矩阵进行分块处理，得到所述重量矩阵的分块矩阵：

式中，

且，

其中，num为分块数量；

将所述过载序列进行分块处理，得到所述过载序列的分块序列，且所述分块序列的维度与所述分块矩阵的维度互相对应：

可得：

得到各个子谱的第二平衡方程：

其中，第二平衡方程的左侧为子谱，右侧为对应的过载序列的分块序列与重量矩阵的分块矩阵的乘积。

4.根据权利要求3所述的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，其特征在于，步骤三中，所述获取子谱基准损伤，并根据所述子谱基准损伤计算各个子谱损伤包括：

对于任一载荷谱{P_j}，当其重量取值为

对应的子谱基准损伤为ξ^基 _j；

根据所述子谱基准损伤计算各个子谱损伤：

其中，ξ_j为各个子谱损伤，m为起落架结构危险部位对应的m数。

5.根据权利要求4所述的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，其特征在于，步骤四中，所述根据各个子谱损伤计算所述载荷谱下的起落架总损伤包括：

其中，ξ_Σ为该载荷谱下的起落架总损伤。

6.根据权利要求5所述的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，其特征在于，还包括步骤五、获取基准起飞、着陆重量，根据步骤一至步骤三的方式得到基准载荷谱的各个子谱损伤，根据基准载荷谱的各个子谱损伤计算任意载荷谱下的起落架总损伤，包括：

获取基准起飞、着陆重量矩阵：

根据步骤一至步骤三的方式得到基准载荷谱的各个子谱损伤：

其中，ξ⁰ _j为基准载荷谱下的各个子谱损伤；

获取随机起飞、着陆重量，计算任意载荷谱下的起落架总损伤：

其中，ξ^任 _Σ为任意载荷谱下的起落架总损伤。

7.根据权利要求6所述的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，其特征在于，还包括步骤六、计算基准载荷谱下的起落架的寿命，包括：

计算基准载荷谱下的起落架总损伤：

其中，ξ⁰ _Σ为基准载荷谱下的起落架总损伤；

基准载荷谱下的起落架的寿命为：

其中，N⁰为基准载荷谱下的起落架的寿命，起落架的寿命用起落次数表示。

8.根据权利要求7所述的随机起飞着陆重量情况下的起落架损伤评估方法，其特征在于，还包括步骤七、计算任意载荷谱下的起落架的寿命，包括：

任意载荷谱下的起落架的寿命为：

其中，N^任为任意载荷谱下的起落架的寿命，起落架的寿命用起落次数表示。

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