CN117725857A

CN117725857A - 一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法

Info

Publication number: CN117725857A
Application number: CN202311817980.XA
Authority: CN
Inventors: 贺小帆; 卫昆钰; 李博文; 李晨迪
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2023-12-27
Filing date: 2023-12-27
Publication date: 2024-03-19

Abstract

本发明公开了一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，包括：步骤1：确定飞机任务剖面；步骤2：采集过载超越数曲线并进行预处理；步骤3：对预处理后的过载超越数曲线进行峰谷值采集和计数，获得过载累积超越数曲线；步骤4：根据过载累积超越数曲线和5×5谱编制原则，构建了一套5×5谱迭代编制方法，编制了任务剖面的各任务段的5×5谱；步骤5：根据各任务段的5×5谱编制任务段谱；步骤6：根据任务段谱和飞机任务剖面编制任务剖面谱；步骤7：编制飞‑续‑飞谱。本发明方法既能较好的满足5×5谱编制原则，减少5×5谱编制迭代时间，又能反映载荷的损伤特点和等效性，兼顾方便快捷特性。

Description

一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法

技术领域

本发明涉及飞行谱编制技术领域，更具体的说是涉及一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法。

背景技术

目前，载荷谱是指飞机在飞行和地面任务段中机体经受的载荷时间历程编制的谱，通过专门的测试改装和飞行试验实测编制飞机的实测飞行载荷谱，用于确定和验证飞机的设计使用寿命，是飞机结构疲劳定延寿的前提。

不同的设计准则需要编制不同类型的载荷谱。飞机结构设计经历了静强度设计、安全寿命设计、损伤容限设计和耐久性设计这样几个发展阶段。静强度设计不需编制载荷谱，早期的安全寿命设计(20世纪60年代以前)编制程序块载荷谱基本上可满足设计要求。到了70年代以后，安全寿命设计及耐久性设计往往是和损伤容限设计一起考虑的，这时，就需要编飞-续-飞载荷谱来进行试验和分析。

关于具体的飞-续-飞谱编谱方法，目前较为公认的民机编谱技术为以过载超越数曲线为基础的TWIST谱编制方法，TWIST编谱方法全称TransportWIng STandard，是上个世纪六十年代末至七十年代初期，荷兰、德国的航空科技工作者为解决运输机机翼疲劳试验谱的标准化问题首先提出了简称为“TWIST”的编谱方法，并在空客以及波音的一些飞机型号的全尺寸疲劳试验中成功应用。TWIST谱总体需要满足两个原则：

(1)极值对数正态分布原则

(2)各种飞行类型载荷相似性原则

而后，波音公司提出了基于任务段的5×5谱，具体依照原则与TWSIT谱一致，而后波音的民机型号的编谱工作均采用了该种方法。

目前，5×5谱/TWIST谱的拟合和迭代方法过于繁琐，以潘庆荣的方法为例，需要进行试凑法确定初值，并确定根方差σ和平均值a的取值范围，并再次进行试凑，确定各飞行类型的出现次数，以满足极值对数正态分布原则，整个过程较为繁琐，需要进行大量迭代。

因此，如何降低载荷谱编制复杂度是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，在原有编制5×5谱方法的基础上，引入了载荷当量损伤原则，提出了一种基于过载超越数曲线的，较为方便快速，迭代过程较少的5×5谱编制方法，它既能较好的满足5×5谱编制原则，减少5×5谱编制迭代时间，又能反映载荷的损伤特点和等效性，兼顾方便快捷特性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，包括以下步骤：

步骤1：根据待测飞机的使用要求生成飞机任务剖面，确定构成飞机任务剖面的任务段的顺序、时间比例、参数，以及一个块谱下飞机任务剖面的总数和比例；

步骤2：采集待测飞机的实测载荷数据生成过载超越数曲线，并进行预处理，预处理包括突风载荷和机动载荷分离、滤波；

步骤3：对预处理后的过载超越数曲线进行峰谷值采集和计数，获得过载累积超越数曲线，并计算每个任务段的过载累积超越数曲线的载荷水平比，并根据载荷水平比进行曲线分段；

步骤4：计算每个任务段的每段过载累积超越数曲线的各级当量载荷，并进行拟合获得相关系数，如果相关系数小于设定系数阈值，则返回步骤3调整载荷水平比，否则获得各级当量载荷构成飞机任务剖面的各任务段的5×5谱；

步骤5：根据各任务段的5×5谱编制任务段谱；

步骤6：根据任务段谱和飞机任务剖面编制任务剖面谱；

步骤7：对任务剖面谱进行排序编制飞-续-飞谱，飞-续-飞谱为5×5谱。

优选的，步骤1中确定任务剖面包括根据飞机使用要求确定任务剖面的构成和比例，确定每个任务剖面的任务段构成、顺序、比例和参数，以及确定一个块谱下任务剖面的总数和比例；任务剖面的参数包括任务段、任务段的高度、速度、重量、飞行距离、飞行时间等。

优选的，任务段的划分原则如下：

爬升起始点按襟翼偏角变为0°为判据；

爬升结束点(平飞起始点)按高度曲线转平的转折点为判据；

平飞结束点按高度曲线下降的转折点为判据；

下滑结束点按襟翼偏角变为35°为判据。

优选的，实测载荷数据包括突风载荷和机动载荷，生成过载超越数曲线，预处理包括突风载荷和机动载荷分离以及标准时间累积处理，步骤2中预处理获得各级载荷的标准时间的任务段过载累积超越数据，以及机动载荷数据和突风载荷数据，过程包括：

步骤21：将过载超越数曲线中各级载荷的标准时间累积超越数构成标准时间的任务段过载累积超越数据；

步骤22：对实测载荷数据包括的机动载荷数据和突风载荷数据进行分离的分离条件为：

过载变化缓慢且持续时间超过2s为机动载荷数据，否则为突风载荷数据；

带有舵面偏角绝对值等于或大于4°的过载为机动过载，否则为机动过载。

优选的，对飞机任务剖面的每个任务段预处理后的过载超越数据曲线进行峰谷值采集和计数，获得每个任务段的过载累积超越数曲线，并根据载荷水平比进行曲线分段的具体过程为：

步骤31：对每个任务段分离后的突风载荷数据和机动载荷数据进行峰谷值采集，获取该任务段对应的突风过载峰谷值数据和机动过载峰谷值数据；

步骤32：对分离后的突风过载峰谷值数据和机动过载峰谷值数据均采用限制跨均峰计数法进行时间历程计数，获得峰值和谷值；时间历程计数的要求为：

对于正过载，各任务段0g载荷状态为基准，当两个峰之间的谷值或两个谷之间的峰值不超过该任务段基准线的上偏差，记录其中最大峰值；

对于负过载，各任务段0g载荷状态为基准，当两个峰之间的谷值或两个谷之间的峰值不超过该任务段基准线的下偏差，记录其中最大谷值；

上偏差和下偏差为最大峰值的20％；

步骤33：选择若干级载荷，针对突风载荷数据和机动载荷数据，分别根据峰值对应的正向飞行过载累积超越数N(+Δn_y)和谷值对应的负向飞行过载累积超越数N(-Δn_y)，计算峰谷值过载对应累积超越数的平均数作为过载Δn_y的累积超越数N(Δn_y)，表示为：

获得过载累积超越数数据对(Δn_y，N(Δn_y))_i，i表示第i级过载；

步骤34：对指定载荷的累积超越数进行标准化处理，即将实测的任务段过载累积超越数数据转换为标准时间的累积超越数数据，获得标准时间的第i级载荷的标准累积超越数N_i，表示为：

其中，t_M为实测载荷数据对应的飞行时间；t_S为任务段标准时间；N(Δn_yi)为实测时间得到的第i级载荷的累积超越数；对所有载荷的累积超越数执行步骤34，得到第i级载荷的每个任务段的所有起落的第i级载荷的标准过载累积超越数数据对(Δn_y,N)_i；

步骤35：对第i级载荷的每个任务段的所有起落的标准过载累积超越数数据对(Δn_y,N)_i进行累加并进行平均，获得单个起落下该任务段的过载累积超越数N_t，表示为：

其中，N_i,j表示第j个起落下该任务段第i级载荷的任务段的标准累积超越数；N_ti表示第i级载荷的单个起落下该任务段的平均过载累积超越数；j表示起落序号；m表示实测的总起落数；

步骤36：根据上式的单个起落下该任务段的过载累积超越数得到第i级载荷的单个起落下的起落过载累积超越数数据对(Δn_y,N_t)_i，对第i级载荷的单个起落下的起落过载累积超越数(Δn_y,N_t)_i进行拟合，获得每个任务段的过载累积超越数曲线，表达式为：

Δn_y＝a*lgN_t+b

a和b均表示线性拟合的参数；

步骤37：将每个任务段的过载累积超越数曲线离散为4段，并根据低载截除值和高载截取值采用横坐标对进行表示，分别表示为(LB₅,LB₄)、(LB₄,LB₃)、(LB₃,LB₂)和(LB₂,LB₁)，LB₅为低载截除值，LB₁为高载截取值，LB₂、LB₃、LB₄分别为低载截除值和高载截取值之间的设定值；

步骤38：计算每段离散曲线的载荷水平比R_i，表达式为：

R_i＝(LB_i-LB_i+1)/(LB₁-LB₅)

i＝1,2,3,4；

步骤39采用m段直线代替每段离散曲线，第i段离散曲线的线性方程表示为：

Δn_y＝a_ilgN_t+b_i

其中，a_i、b_i均为第i段载荷谱曲线的常数；Δn_yd为当量载荷；N_eq为当量载荷循环次数；S为材料S-N曲线斜度参数；先根据线性方程进行拟合每段离散曲线得到每段的a_i，b_i，然后计算公式表示的A_i，再将A_i代入到N_eq计算公式中；

步骤310：分别获得突风载荷数据和机动载荷数据的4段离散曲线对应的4级当量载荷Δn_ydi(i＝2、3、4、5)和对应当量载荷循环次数N_eqi(i＝2、3、4、5)；最高一级的载荷LB₅(Δn_yd1)作为高载构成五级载荷，其对应当量载荷循环次数1作为对应出现次数。高载指高载截取的高载，也就是5×5谱中最高一级的载荷。

优选的，步骤4中分别编制突风载荷数据和机动载荷数据的各任务段的5×5谱的具体过程为：

步骤41：确定各飞行类型出现次数y_i；

步骤42：确定初始各级当量载荷及初始各级当量载荷循环次数；

设置一个初始的载荷水平比，确定四个离散曲线的起始点；

取初始各级载荷Δn_ydoi为各离散曲线区间的平均值，计算初始各级当量载荷循环次数N_eqoi；

步骤43：确定各飞行类型下各级载荷出现次数；

根据初始各级当量载荷和初始各级当量载荷循环次数，依照各飞行类型载荷相似性原则，确定各飞行类型下各级载荷出现次数B_ij，和对应的各级增量过载累积循环次数N_eqci；

保证各级增量过载累积循环次数N_eqci与初始当量载荷循环次数N_eqoi相等；

步骤44：通过各飞行类型出现次数y_i的累加得到各飞行类型的累积飞行次数BE_i，

步骤45：基于累积飞行次数BE_i，采用几何平均的方法求得超越数次数LDE_i；

LDE_i＝(BE_i*BE_i-1)^0.5；

步骤46：将超越数次数除以块谱对应的总起落数N_c，得到各级载荷对应的超越概率P_i

P_i＝LDE₁/N_c；

步骤47：计算各级当量载荷Δn_ydi的超越概率P_i及对应的标准正态分布分位点u_p,i，得到数据对(lgΔn_ydi,u_p,i)(i＝2、3、4、5)；数据对(lgΔn_ydi,u_p,i)进行下式的拟合获得相关系数r；

lgΔn_ydi＝μ+u_p,iσ

μ表示均值，σ表示标准差；

步骤48：判断相关系数是否大于设定系数阈值，如果大于设定系数阈值，则输出各任务段的5×5谱，否则返回步骤36；通过调整载荷水平比R_i，令相关系数大于0.99，则5×5谱满足极值对数正态分布原则，得到最终的Δn_ydi。

优选的，步骤5的具体过程为：

步骤51：根据各任务段的5×5谱，将各级载荷及其相应频数联系起来，随机交替选取峰值、谷值进行随机成对编排，编制所有任务段下各种飞行类型的载荷对序列f_i,j,k，获得第j种任务剖面的第k种飞行类型的的任务段谱F_j,k；

步骤52：根据任务段谱，按照任务剖面下任务段i的顺序i＝1,2,3……p进行排序，得到一个完整飞行下的任务剖面谱f_1,j,k,f_2,j,k,f_3,j,k,f_4,j,k……f_p,j,k；

步骤53：通过排序获得所有种类的任务剖面谱，并用向量形式表示为：

B＝[F_1,1…F_1,K F_2,1…F_2,K F_3,1…F_3,K……F_L,1…F_L,K]，L表示任务剖面下任务段的数量，K表示任务剖面的数量。

优选的，步骤6的具体过程为：

步骤61：从所有种类的任务剖面谱中根据飞行类型进行归类；

步骤62：按块谱下各飞行类型的出现次数进行飞-续-飞谱的随机排列，组成飞-续-飞谱。

优选的，任务剖面谱由若干任务段谱组成；任务剖面谱按比例随机排序编制以块谱为周期的飞-续-飞谱。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，在原有编制5×5谱方法的基础上，引入了载荷当量损伤原则，提供了一种基于过载超越数曲线的较为方便快速，迭代过程较少的5×5谱编制方法，它既能较好的满足5×5谱编制原则，又能反映载荷的损伤特点和等效性，又能兼顾好方便快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法流程示意图；

图2附图为本发明提供的实施例中峰谷值检测示意图；

图3附图为本发明提供的实施例中限制跨均峰值计数示意图；

图4附图为本发明提供的实施例中过载超越数曲线离散示意图；

图5附图为本发明提供的实施例中剖面1爬升任务段过载累积超越数曲线示意图；

图6附图为本发明提供的实施例中5×5谱中的极值载荷分布示意图；

图7附图为本发明提供的实施例中剖面1下A飞行类型的爬升任务段的随机谱示意图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明实施例公开了一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，包括以下步骤:

S1:确定任务剖面；按飞机的使用要求，给出任务剖面的构成和比例；对每个任务剖面，明确构成任务剖面的任务段构成、顺序、比例和参数；确定一个块谱下任务剖面的总数和比例；对于实测谱编制，飞机典型任务剖面应为飞机在实际使用中执行任务的种类和比例精简和归类得到；对于设计谱编制，飞机典型任务剖面应为飞机设计和预期使用情况而确定；

确定飞机的任务剖面、任务剖面比例及任务剖面构成，给出任务剖面参数，如任务段、任务段的高度、速度、重量、飞行距离、飞行时间等。并对实测数据任务段进行划分，划分原则如下：

a)爬升起始点按襟翼偏角变为0°为判据；

b)爬升结束点(平飞起始点)按高度曲线转平的转折点为判据；

c)平飞结束点按高度曲线下降的转折点为判据；

d)下滑结束点按襟翼偏角变为35°为判据；

任务段的过载谱按“5×5”谱进行编制，即：首先把过载谱离散成五级谱，然后将离散谱编制成轻重程度不同的5类典型飞行类型的载荷谱；其中爬升和下滑任务段的所有载荷统一处理为突风载荷；

S2：获得过载累积超越数曲线；

过载超越数曲线可以从过往NACA收集的阵风速度累积超越数曲线或者以往类似飞机飞参记录仪记录的过载超越数曲线进行参考，也可以根据该型飞机实测过载时间序列进行统计处理而得到，具体应包括以下步骤：

S21：机动与突风过载的分离；

飞行任务段的实测载荷数据包含了机动和突风载荷，需要将机动和突风载荷进行分离，空中机动和突风载荷谱的判读按如下三个条件综合考虑确定：

a)过载变化缓慢且持续时间超过2s以上者为机动，否则为阵风；

b)带有舵面偏角绝对值等于或大于4°的过载为机动过载，否则为机动过载；

以下以编制突风过载谱为例进行说明，编制机动过载谱方法与突风过载谱编制方法一致；

S22：峰谷值采集；

所谓峰谷值检测就是在计数处理过程中，将所有峰值和谷值检测出来，滤掉峰值和谷值之间的数据，同时保留对应采样点序号；如图2所示，保留Δn_z1、Δn_z3、Δn_z5、Δn_z6、Δn_z7、Δn_z8、Δn_z10峰谷点，去掉Δn_z2、Δn_z4、Δn_z9采样点；

如果满足

则取峰值(或谷值)一次；

S23：过载时间历程计数；

对峰谷值采集后的突风过载时间历程使用限制跨均峰计数法进行计数，具体的处理要求如下：各任务段“0g”载荷状态为基准，当两个峰之间的谷值(或两个谷之间的峰值)不超过该任务段“0g”基准线的上偏差(负过载时为下偏差)，只记录其中最大峰值(负过载时为谷值)，上下偏差为最大峰值的20％，该偏差即为限制条件，限制跨均峰值计数如图3所示；

S24：各级载荷累积超越数获得；

上述限制跨均峰计数法得到的峰值大于0，谷值小于0；选定若干级载荷，分别对正峰值和负谷值记正向飞行过载(突风过载和机动过载)累积超越数和负向飞行过载累积超越数，分别记为N(+Δn_y)和N(-Δn_y)；

工程上采用几何平均来求得一个对称的突风过载对应累积超越数的平均数，这样就得到了+Δn_y的累积超越数曲线族，如下式所示：

构建过载累积超越数数据对(Δn_y，N(Δn_y))_i，i表示第i级过载；对于地面着陆撞击过载，对正向过载累积超越数和负向过载累积超越数分别进行处理；

S25：过载数据n_y的标准化处理；

由于载荷谱实测是任务段飞行时间与任务剖面中任务段标准时间存在差别，需要将实测的任务段过载累积超越数数据转换为标准时间的累积超越数数据；设实测数据对应的飞行时间为t_M，任务段标准时间为t_S，实测时间得到的第i级载荷的累积超越数N(Δn_yi)，则标准时间的第i级载荷的累积超越数应该为：

对各级载荷的累积超越数均按上述公式进行替换，即可得到标准时间的任务段过载累积超越数数据；

S26：过载累积超越数曲线的拟合；

对每个任务段的所有起落的过载累积超越数数据对(Δn_y,N)_i(序号i过载级数序号)进行累加并进行平均，得到单个起落下该任务段的过载累积超越数数据对(Δn_y,N_t)_i(序号j表示起落序号)，其中

其中，N_i,j表示第j个起落下该任务段第i级过载的任务段的累积超越数；N_ti表示第i级过载的单个起落下该任务段的平均过载超越数；j表示起落序号；m表示实测的总起落数；

对数据对(Δn_y,N_t)_i进行拟合，拟合方程为：

Δn_y＝a*lgN_t+b

a和b均表示线性拟合的参数；得到每个任务段的过载累积超越数曲线，包括阵风过载累积超越数曲线和机动过载(正/负)累积超越数曲线；

S3：5×5谱编制；

基于任务段的5×5谱如表1所示，5×5谱的纵坐标为5种飞行类型，横坐标为5级载荷，每种飞行类型下包含的各级载荷的次数为B_ij，各种飞行类型的出现次数为y_i；具体编制过程如下：

表1 5×5谱

S31：高载截取和低载截除；

对S2确定的任务段累积超越数曲线进行高载截取和低载截除；

(1)高载截取

以1000次飞行该任务段出现1次的高载为截取值；

(2)低载截除

谱中通常含有大量小幅载荷循环，需要将这些小幅载荷删除或等损伤折算为某一级载荷；通常根据前述分析确定关键部位的疲劳极限，截除到70％～80％疲劳极限对应的过载值；

S32：当量载荷方法；

基于任务段过载累积超越数曲线，进行载荷谱当量计算；

当量载荷的计算：将该过载累积超越数曲线离散为4段，这四段直线用横坐标对进行表示，分别为(LB₅,LB₄)，(LB₄,LB₃)，(LB₃,LB₂)，(LB₂,LB₁)，如图4所示；

其中LB₅为低载截除值，LB₁为高载截除值，定义载荷水平比R_i(i＝1,2,3,4)。

R_i＝(LB_i-LB_i+1)/(LB₁-LB₅)

假设需进行当量计算的某离散段，采用m段直线代替该离散段的曲线，其当量载荷为Δn_yd，当量载荷循环次数为N_eq，第i段的线性方程为：

Δn_y＝a_ilgN_t+b_i

式中，a_i、b_i为第i段载荷谱曲线的常数；

当量载荷循环次数

式中：

S为材料S-N曲线斜度参数，铝合金S＝2.0；

4段离散曲线共获得4级当量载荷Δn_ydi(i＝2、3、4、5)和对应的循环次数N_eqi(i＝2、3、4、5)，高载LB₅(Δn_yd1)和对应循环次数1一起构成了五级载荷和对应出现次数；

S33：5×5谱的编制；

5×5谱的编制包括以下迭代过程：

S331：各飞行类型次数确定；应首先确定该任务剖面下的各个飞行类型的出现次数y_i，同一个任务剖面下不同任务段的5×5谱的飞行类型次数应该保持一致，对于5×5谱可以参考现有技术中5000次飞行为周期的各飞行类型次数的设置，如下表所示

表2各飞行类型次数确定

飞行类型	次数
		A	1
B	13
		C	215
D	1067
		E	3704

S332：初始各级载荷及循环次数确定；应首先设置一个初始的载荷水平比，确定四个离散段的起始点，对于阵风载荷的载荷水平比，可参考下表；

表3初始载荷水平比参考值

载荷水平比R_i	阵风谱	机动谱
			R₁	0.425	0.35
R₂	0.3	0.3
			R₃	0.15	0.2
R₄	0.125	0.15

并取初始各级载荷Δn_ydoi为区间的平均值。根据载荷值Δn_ydi和超越概率P_i计算公式确定初始当量载荷循环次数N_eqoi；根据载荷水平比确定4个区间，每个区间有最大值和最小值，他们的平均值为初始各级载荷，则四个区间对应4个初始载荷；

S333：确定B_ij；应根据当量载荷和当量载荷循环次数，依照各飞行类型载荷相似性原则，即各飞行类型下五级载荷的出现次数拟合的过载累积超越数曲线应保持形状相似，确定各飞行类型下各级载荷出现次数(B_ij)，和对应的各级增量过载累积循环次数N_eqci，同时应注意，在该轮迭代中，原则上保证各级增量过载累积循环次数N_eqci与初始当量载荷循环次数N_eqoi相等，但可以允许出现个位数的差异；

S334：确定各级飞行类型的极值载荷对应的超越概率P_i；

首先通过各飞行类型的飞行次数y_i的累加得到各飞行类型的累积飞行次数BE_i，

基于累积飞行次数BE_i，采用几何平均的方法求得超越数次数LDE_i；

LDE_i＝(BE_i*BE_i-1)^0.5

将超越次数除以块谱对应的总起落数N_c，即得到各级载荷对应的超越概率P_i

P_i＝LDE₁/N_c

各级极值载荷以及对应的超越概率如下表所示；

表4各级极值载荷与对应的超越数概率示意表

飞行类型	极值载荷	飞行次数	累积飞行次数	超越次数	超越概率
						A	Δn_yd1	y₁	BE₁	LDE₁	P₁
B	Δn_yd2	y₂	BE₂	LDE₂	P₂
						C	Δn_yd3	y₃	BE₃	LDE₃	P₃
D	Δn_yd4	y₄	BE₄	LDE₄	P₄
						E	Δn_yd5	y₅	BE₅	LDE₅	P₅

进而获得各级过载Δn_ydi的超越概率P_i及对应的标准正态分布分位点u_p,i，得到数据对(lgΔn_ydi,u_p,i)(i＝2、3、4、5)；

S335：确定Δn_ydi(i＝2、3、4、5)；

由超越概率P_i表达式和S333中的N_eqci反推各级过载Δn_ydi，结合S334中各级过载的超越概率对应的分位点u_p,i，得到数据对(lgΔn_ydi,u_p,i)，拟合下式，获得相关系数r，反复修改应力水平比R_i(i＝2,3,4,5)，直到相关系数大于0.99，即认为5×5谱满足极值对数正态分布原则，即得到最终的Δn_ydi；

lgΔn_ydi＝μ+μ_p,iσ，μ表示均值，σ表示标准差；

S336：对所有任务段执行上述步骤，编制所有任务段的5×5谱；

S34：载荷谱的随机编制；

S341：编制任务段谱；

根据S33中编制的5×5谱中的数据，将各级载荷及其相应频数联系起来，随机交替选取峰、谷值(即：峰、谷值分别随机)进行随机成对编排，按照这种方法，编制所有任务段下各种飞行类型的谱(载荷对序列)；

S342：编制任务剖面谱；

记第j种剖面的第k种飞行类型的的载荷谱为F_j,k，F_j,k可以表示为载荷对序列f_i,j,k，按该剖面下的任务段顺序i(i＝1,2,3……m)进行排序，即f_1,j,k,f_2,j,k,f_3,j,k,f_4,j,k……f_m,j,k，这样就得到了一次完整飞行下的任务剖面谱。按上述方法编制所有任务剖面下各种飞行类型的任务剖面谱；将所有种类的任务剖面谱用向量形式表示为：

B＝[F_1,1…F_1,K F_2,1…F_2,K F_3,1…F_3,K……F_L,1…F_L,K]

假如剖面1下共有五个任务段，每种任务段五种飞行类型，则对于中空剖面共需要编制5种任务剖面谱，分别代表5种飞行类型，记为A1,B1,C1,D1,E1，编制A1谱时，将各个任务段下飞行类型为A类的谱排列起来，即f_1,j,k,f_2,j,k,f_3,j,k，即可得到A1谱，对于其他种类的任务剖面谱同理；

S343：编制飞-续-飞谱；

按块谱下各飞行类型的出现次数进行飞-续-飞谱的随机排列，组成飞-续-飞谱。

在一个具体实施例中，具体过程如下：

S1：任务剖面；

取某型飞机典型任务剖面为剖面1，编制以1000次起落为单位的突风谱，即块谱的单位为1000次起落；

表5剖面1各任务段

任务段	标准质量(kg)
		爬升	22500
空中飞行	20000
		下滑	14500

S2：载荷谱实测数据；

共实测了某飞机50次起落的实测飞参数据，提供的飞参数据包括时间、飞行高度、重心处y向过载、左/右发剩余油量、襟翼偏角、升降舵偏角；

S3：确定过载累积超越数曲线；

过载超越数曲线可以从过往NACA收集的阵风速度累积超越数曲线或者以往类似飞机飞参记录仪记录的过载超越数曲线进行参考，也可以根据该型飞机实测过载时间序列进行统计处理而得到；

确定所有任务剖面的过载累积超越数曲线，剖面1爬升任务的突风过载累积超越数曲线如图5所示；

S4：对过载累积超越数曲线进行高载截取和低载截除；

(1)高载截取

爬升任务段的高载截取值见下表6；

表6爬升任务段的高载截取值

任务段	高载截取值/g
		剖面1爬升	0.8439

(2)低载截除

爬升任务段的低载删除值见下表7；

表7爬升任务段的低载删除值

任务段	低载删除值/g
		剖面1爬升	0.15

S5：载荷谱编制；

S51：5×5谱编制；

迭代编制5×5谱，编制剖面1下各任务段的5×5谱，下面以剖面1爬升任务段进行举例说明；

首先确定了阵风谱的飞行类型次数，飞行谱的飞行类型次数见表8，表8典型飞行剖面的飞行类型次数(1000次飞行)

序号	典型飞行剖面	A	B	C	D	E
							1	剖面1	1	16	74	288	622

初始载荷水平比参考表3进行设置，如下表9所示；

表9初始载荷水平比

载荷水平比R_i	阵风谱
		R₁	0.335
R₂	0.24
		R₃	0.25
R₄	0.175

得到的初始各级当量过载Δn_ydoi和对应的初始当量载荷循环次数N_eqoi如下10所示；

表10初始当量载荷和初始当量载荷循环次数

初始当量载荷Δn_ydoi	初始当量载荷循环次数N_eqoi
		0.8439	1
0.7276	18
		0.5288	139
0.3582	1178
		0.2107	5229

根据初始当量载荷循环次数确定B_ij，如下表11所示；

表11各飞行类型下各级载荷出现次数B_ij

各级飞行类型对应的超越次数和超越概率P_i如下表12所示；

表12各级飞行类型对应的超越次数和超越概率

飞行类型	飞行次数	累积飞行次数	超越次数	超越概率
					A	1	1	0.12	0.00012
B	16	17	8.14	0.00814
					C	74	91	35.51	0.03551
D	288	379	233.21	0.23321
					E	622	1001	615.94	0.61594

最终确定的各级载荷水平比如下表13所示；

表13最终确定的各级载荷水平比

载荷水平比R_i
		R₁	0.205
R₂	0.28
		R₃	0.24
R₄	0.275

最终确定的各级当量载荷如下表14所示；

表14最终确定的各级当量载荷

各级当量载荷Δn_ydi
		Δn_yd1	0.8439
Δn_yd2	0.5498
		Δn_yd3	0.4790
Δn_yd4	0.3282
		Δn_yd5	0.2434

采用lgΔn_ydi计算公式拟合数据对(lgΔn_ydi,u_p,i)，相关系数为0.9984，得到的拟合曲线如图6所示；

最终确定的剖面1下的爬升任务段的突风过载5×5谱见表15；

表15剖面1下爬升任务段突风5×5谱

S52：载荷谱的随机编制；

根据S51的方法，编制疲劳载荷谱(载荷时间序列)，其中剖面1A飞行类型的爬升任务段的随机谱如图7所示。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤2：采集待测飞机的实测载荷数据生成过载超越数曲线，并进行预处理；

步骤5：根据各任务段的5×5谱编制任务段谱，根据任务段谱和飞机任务剖面编制任务剖面谱；

步骤6：对任务剖面谱进行排序编制飞-续-飞谱。

2.根据权利要求1所述的一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，其特征在于，实测载荷数据包括突风载荷和机动载荷，生成过载超越数曲线，预处理包括突风载荷和机动载荷分离以及标准时间累积处理，通过预处理获得各级载荷的标准时间的任务段过载累积超越数据，以及机动载荷数据和突风载荷数据，过程包括：

步骤21：将过载超越数曲线中各级载荷的累积超越数转换为任务段标准时间的任务段过载累积超越数据；

步骤22：对机动载荷数据和突风载荷数据进行分离的分离条件为：

过载变化速度小于设定阈值且持续时间超过2s为机动载荷数据，否则为突风载荷数据；

带有舵面偏角绝对值等于或大于4°的过载为机动载荷数据，否则为突风载荷数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，其特征在于，对飞机任务剖面的每个任务段预处理后的过载超越数曲线进行峰谷值采集和计数，获得每个任务段的过载累积超越数曲线，并根据载荷水平比进行曲线分段的具体过程为：

步骤32：对分离后的两种过载峰谷值数据分别采用限制跨均峰计数法进行时间历程计数，获得峰值和谷值；

步骤33：选择若干级载荷，针对突风载荷数据和机动载荷数据，分别根据峰值对应的正向飞行过载累积超越数N(+Δn_y)和谷值对应的负向飞行过载累积超越数N(-Δn_y)，计算峰谷值过载对应累积超越数的平均数作为过载Δn_y的累积超越数N(Δn_y)，N(Δn_y)表示为：

获得过载累积超越数数据对(Δn_y，N(Δn_y))_i，i表示第i级载荷；

步骤34：对指定载荷的累积超越数进行标准化处理，获得标准时间的第i级载荷的标准累积超越数N_i，表示为：

其中，t_M为实测载荷数据对应的飞行时间；t_S为任务段标准时间；N(Δn_yi）为实测时间得到的第i级载荷的累积超越数；对所有载荷的累积超越数执行步骤34，得到每个任务段的所有起落的第i级载荷的标准过载累积超越数数据对(Δn_y,N)_i；

步骤35：对第i级载荷每个任务段的所有起落的标准过载累积超越数数据对(Δn_y,N)_i进行累加并进行平均，获得单个起落下该任务段的过载累积超越数N_t，表示为：

其中，N_i,j表示第j个起落下该任务段第i级载荷的任务段的标准累积超越数；N_ti表示第i级载荷的单个起落下该任务段的过载累积超越数；j表示起落序号；m表示实测的总起落数；

步骤36：根据单个起落下该任务段的过载累积超越数得到第i级载荷的单个起落下的起落过载累积超越数数据对(Δn_y,N_t)_i，对第i级载荷的单个起落下的起落过载累积超越数数据对(Δn_y,N_t)_i进行拟合，获得每个任务段的过载累积超越数曲线，表达式为：

Δn_y＝a*lgN_t+b

a和b均表示线性拟合的参数；

步骤37：将每个任务段的过载累积超越数曲线离散为4段，并根据低载截除值和高载截取值采用横坐标区间进行表示，分别表示为(LB₅,LB₄)、(LB₄,LB₃)、(LB₃,LB₂)和(LB₂,LB₁)，LB₅为低载截除值，LB₁为高载截取值，LB₂、LB₃、LB₄分别为低载截除值和高载截取值的中间值；

步骤38：计算每段离散曲线的载荷水平比R_i，表达式为：

R_i＝(LB_i-LB_i+1)/(LB₁-LB₅)

i＝1,2,3,4；

步骤39：采用m段直线代替每段离散曲线，第i段离散曲线的线性方程表示为：

Δn_y＝a_ilgN_t+b_i

其中，a_i、b_i均为第i段离散曲线的常数；Δn_yd为当量载荷，为各段离散曲线的横坐标区间的平均值；N_eq为当量载荷循环次数；S为材料S-N曲线斜度参数；

步骤310：分别获得突风载荷数据和机动载荷数据的4段离散曲线对应的4级当量载荷Δn_ydi(i＝2、3、4、5)和对应当量载荷循环次数N_eqi(i＝2、3、4、5)；最高一级的载荷LB₅(Δn_yd1)作为高载构成五级载荷，其对应当量载荷循环次数作为对应出现次数。

4.根据权利要求3所述的一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，其特征在于，步骤4中分别编制突风载荷数据和机动载荷数据的各任务段的5×5谱的具体过程为：

步骤41：确定各飞行类型出现次数y_i；

设置一个初始的载荷水平比，确定四个离散曲线的起始点；

取初始各级当量载荷Δn_ydoi为各离散曲线区间的平均值，根据初始各级当量载荷计算初始各级当量载荷循环次数N_eqoi；

步骤43：确定各飞行类型下各级载荷出现次数；

步骤44：通过各飞行类型出现次数y_i的累加得到各飞行类型的累积飞行次数BE_i，表示为：

步骤45：基于累积飞行次数BE_i，采用几何平均的方法求得超越数次数LDE_i，表示为：

LDE_i＝(BE_i*BE_i-1)^0.5；

步骤46：将超越数次数除以块谱对应的总起落数N_c，得到各级载荷对应的超越概率P_i，表达式为：

P_i＝LDE₁/N_c；

步骤47：计算各级当量载荷Δn_ydi的超越概率P_i及对应的标准正态分布分位点u_p,i，得到数据对(lgΔn_ydi,u_p,i)(i＝2、3、4、5)；数据对(lgΔn_ydi,u_p,i)进行拟合获得相关系数r，lgΔn_ydi＝μ+u_p,iσ，μ表示均值，σ表示标准差；

步骤48：判断相关系数是否大于设定系数阈值，如果大于设定系数阈值，则输出各任务段的5×5谱，否则返回步骤38。

5.根据权利要求1所述的一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，其特征在于，步骤5的具体过程为：

步骤52：根据任务段谱，按照任务剖面下任务段的顺序进行排序，得到一个完整飞行下的任务剖面谱f_1,j,k,f_2,j,k,f_3,j,k,f_4,j,k……f_p,j,k；

B＝[F_1,1 … F_1,K F_2,1 … F_2,K F_3,1 … F_3,K …… F_L,1… F_L,K]，L表示任务剖面下任务段的数量，K表示任务剖面的数量。

6.根据权利要求1所述的一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，其特征在于，步骤6的具体过程为：

7.根据权利要求1所述的一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，其特征在于，任务段的划分原则如下：

爬升起始点按襟翼偏角变为0°为判据；

爬升结束点按高度曲线转平的转折点为判据；

平飞结束点按高度曲线下降的转折点为判据；

下滑结束点按襟翼偏角变为35°为判据。

8.根据权利要求3所述的一种基于过载累积超越数曲线的5×5谱迭代编制方法，其特征在于，时间历程计数的要求为：

上偏差和下偏差为最大峰值的20％。