基于历史数据和实测数据融合的严重突风谱编制方法

本发明涉及突风谱编制，更具体的说是涉及基于历史数据和实测数据融合的严重突风谱编制方法。

背景技术：

1、飞行载荷谱是指飞机在飞行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。突风载荷在飞行载荷中损伤占比较高，编制飞机实测突风谱对于军/民机的延寿具有重要意义。航空业积累了大量的测量数据，形成了基于突风速度超越数曲线的突风谱编制方法，包括欧洲的‘twist’法和波音的‘5×5’谱法。然而，这些方法一般只用于编制突风的平均强度谱，无法反映突风的分散程度。

2、即使是按相同的使用要求使用的飞机，机群内不同飞机的载荷-时间历程具有明显的差异，对应着载荷谱的分散性，而耐久性分析和试验必须在确定(唯一)的载荷谱下进行。从而如何选取和编制合理的载荷谱成为了结构耐久性分析和评定的关键，为此提出了“严重谱”，严重谱有着能够暴露飞机本身的失效特征和减少试验时间的优点，因此严重谱在当今实测谱的编制中的应用也越来越多。

3、对于实测严重谱编制过程，还存在着突风次数少，实测数据几乎不包含突风的情况。因此，有必要提出一种在实测突风数据较少的情况下，充分考虑实测突风和过往突风载荷分散性的飞机严重突风实测谱编制方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于历史数据和实测数据融合的严重突风谱编制方法，该方法编制的严重谱可以减少疲劳试验的时间，并且定寿时使用的分散系数只需考虑结构的分散系数。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、基于历史数据和实测数据融合的严重突风谱编制方法，包括：

4、s1：确定飞机任务剖面，并确定任务剖面的任务段构成、顺序、比例及参数；

5、s2：获取实测载荷数据，对实测载荷数据进行标准化处理，并将其分离出实测突风过载数据；

6、s3：基于实测突风过载数据获得基于任务段的实测突风过载累积超越数曲线；

7、s4：获取历史突风速度累积超越数曲线，并转化为对应该型飞机的历史突风过载累积超越数曲线，将实测突风过载累积超越数曲线和历史突风过载累积超越数曲线合并为突风过载累积超越数曲线族；

8、s5：对突风过载累积超越数曲线族进行分级离散，得到每个任务段各级载荷下预设覆盖率的超越数；取各级载荷下预设覆盖率的超越数进行拟合，得到各任务段下的严重突风过载累积超越数曲线；

9、s6：基于各任务段下的严重突风过载累积超越数曲线计算当量载荷，编制严重突风谱。

10、优选的，si中，任务段参数包括任务段高度、飞行速度、飞行距离、飞行时间和飞机的重量；任务段的划分判据为：

11、a)爬升开始点按襟翼偏角变为0°为判据；

12、b)爬升结束点按高度曲线转平的转折点为判据；

13、c)平飞结束点按高度曲线下降的转折点为判据；

14、d)下滑结束点按襟翼偏角变为35°为判据。

15、优选的，s2包括：

16、s21：获取实测载荷数据，并按照下式对实测载荷数据进行标准化处理：

17、△ny0＝△nyi*gi/g0

18、其中，△ny0为按标准任务段规定修正后的过载值；△nyi为实测过载值，gi为飞机真实质量，g0为当前任务剖面、当前任务段下的标准飞机质量；

19、s22：按照预设分离条件对标准化处理后的实测载荷数据中的机动过载和突风过载进行分离；所述预设分离条件为：

20、a)过载变化小于预设值且持续时间超过2s的情况为机动过载，否则为突风过载；b)带有舵面偏角绝对值等于或大于4°的过载为突风过载，否则为机动过载；c)对于爬升和下滑任务段，所有载荷均为突风过载；

21、s23：对分离后的实测突风过载数据进行峰值和谷值进行检测，滤掉峰值和谷值之间的数据，保留峰值点和谷值点。

22、优选的，s3包括：

23、s31：对实测突风过载数据的峰值和谷值进行计数：将各任务段1g过载状态作为基准，当两个峰值之间的谷值或两个谷值之间的峰值不超过该任务段基准的上偏差或下偏差时，记录其中的最大峰值或最大谷值；

24、s32：将最大峰值和最大谷值对应的实测突风过载数据分别作为正向突风过载累积超越数和负向突风过载累积超越数，并对正向突风过载累积超越数和负向突风过载累积超越数取平均，得到基于任务段的突风过载累积超越数数据；

25、s33：对突风过载累积超越数数据进行标准化处理：

26、

27、其中，tm为实测飞行时间；ts为当前任务段的标准时间；nib为实测飞行时间得到的第i级载荷的累积超越数；ni为标准时间的第i级载荷的突风过载累积超越数数据；

28、s34：将标准化后的每个任务段突风过载累积超越数数据对(δny,ny)i进行拟合，得到基于任务段的实测突风过载累积超越数曲线，拟合方程为：

29、δny＝a*lgny+b

30、其中，a、b为拟合方程系数，ny为突风过载累积超越数。

31、优选的，s4具体包括：

32、s41：获取历史突风速度累积超越数曲线，并通过载荷响应算法计算对应的历史突风过载累积超越数曲线:

33、

34、式中：δn为突风载荷系数增量；r为机翼与机身的垂直突风响应参数；ude为折算当量突风速度；ρ0为海平面空气密度；cnα为升力线斜率；ve为当量空速；g/s为翼载；kw为离散突风减缓因子；μg为飞机质量参数；g为重力加速度；c为机翼平均几何弦长；ρh为所在高度空气密度；

35、s42：将对应任务段下的历史突风过载累积超越数曲线和实测突风过载累积超越数曲线按一定权重进行组合得到突风过载累积超越数曲线族。

36、优选的，s5包括：

37、s51：将突风过载累积超越数曲线族进行离散化，，离散为(δny，n)i(i＝1，…，n)数据对，获得不同突风过载对应的超越数δni＝ni-ni-1，获得不同突风过载对应的超越数数据对(δny，δn)i(i＝1，…，n)；

38、s52：采用随机变量模型，假定指定过载δny对应的超越数δn服从对数正态分布，根据似然函数求解目标分布参数μ和σ，求解方程为：

39、

40、

41、s53：根据目标分布参数对每一任务段的各级载荷，计算每个任务段各级载荷下预设覆盖率的超越数：

42、

43、其中，μi、σi分别为第i级过载ny,i对应的超越数的对数中值和标准差；δn90,i为预设覆盖率为90％的超越数；μ90为标准正态分布的覆盖率为90％的分位数；

44、s54：对每个任务段各级载荷下预设覆盖率的超越数进行拟合，各任务段下的严重突风过载累积超越数曲线；

45、s55：对各任务段下的严重突风过载累积超越数曲线进行高载截取和低载截除。

46、优选的，s6包括：

47、s61：基于各任务段下的严重突风过载累积超越数曲线计算当量载荷；

48、s62：以具有最高载荷的飞行/下滑段飞行谱为基准，假设每次飞行/下滑段中最高载荷为正态对数极值分布，确定各类飞行出现的次数；

49、s63、将第j种任务剖面的第i个任务段的第k种飞行类型单次起落下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，形成对应任务段特定飞行类型的载荷谱，得到各个任务段下各种飞行类型的任务段谱；

50、s64、按每个任务剖面下的任务段顺序，对该任务剖面下的任务段谱进行排序，得到一次完整飞行下的任务剖面谱；

51、s65、将每次完整飞行下的全部任务剖面谱进行排序，得到最终的严重突风谱。

52、优选的，当量载荷具体计算过程为：

53、假设需进行当量载荷计算的离散段，其当量载荷为δnyd，当量载荷循环次数为neq，采用m段直线代替该离散段的曲线，第i段的线性方程为：

54、ag＝ailgn+bi

55、式中，ai、bi为第i段载荷谱曲线的常数；

56、则当量载荷为：

57、

58、式中：

59、

60、s为材料s-n曲线斜度参数，n为当量载荷的循环次数、δgi,δgi+1是指第i段曲线的最小δg和最大δg；

61、当量载荷循环次数：

62、

63、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历史数据和实测数据融合的严重突风谱编制方法，在实测突风数据较少的情况下，充分考虑实测突风特点和过往突风数据分散性，通过将实测突风过载累积超越数曲线和历史突风过载累积超越数曲线合并为突风过载累积超越数曲线族，得到各任务段下的严重突风过载累积超越数曲线，可以减少疲劳试验的时间，并且定寿时使用的分散系数只需考虑结构的分散系数。