一种考虑突风分散性的飞机突风实测严重谱编制方法

本发明涉及飞机寿命预测，更具体的说是涉及一种考虑突风分散性的飞机突风实测严重谱编制方法。

背景技术：

1、目前，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、关于平均谱的概念、编制方法和平均谱下的寿命分析方法相对已经比较成熟，但是关于严重谱的研究尚有若干关键技术尚待解决。

4、因此，如何提供一种考虑突风分散性的飞机突风实测严重谱编制方法，能够在保证安全性和经济性的情况下，充分考虑突风分散性是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种考虑突风分散性的飞机突风实测严重谱编制方法，能够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、一种考虑突风分散性的飞机突风实测严重谱编制方法，包括以下步骤：

4、获取机群实测载荷数据并筛选出过载数据，得到各个任务段过载累积超越数曲线族；

5、将所述超越数曲线族离散化，并计算各级载荷下超越数的分布函数及分布参数；

6、对于每个任务段的各级载荷，建立超越数概率分布模型，根据所述分布函数和所述分布参数，计算覆盖率为90％的超越数，得到每个任务段的过载累积超越数数据对；

7、对每个任务段的所述过载累积超越数数据进行拟合计算得到各任务段的严重突风过载累积超越数曲线；

8、根据所述严重突风过载累积超越数曲线编制严重突风过载谱。

9、进一步的，获取实测载荷数据，并计算过载累积超越数，得到各个任务段过载累积超越数曲线族，步骤包括：

10、确认飞机任务剖面；其中，所述任务剖面包括多个任务段；

11、获取所述飞机任务剖面下的实测载荷数据，并对所述实测载荷数据进行预处理，得到过载数据；

12、根据所述过载数据计算各任务段的过载累积超越数曲线族。

13、进一步的，所述预处理步骤包括：

14、所述实测载荷数据包括飞机重心的y向过载；其中，y向即垂向。

15、将所述飞机重心的y向过载，用其对应的载荷真实质量gi与飞行剖面图该任务段标准飞机质量g0之比进行修正：

16、△ny0＝△nyi*gi/g0

17、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；

18、过滤掉所述实测过载值的机动载荷，得到突风载荷过载数据。

19、进一步的，过滤掉所述实测过载值的机动载荷，得到突风载荷过载数据，采用的判读条件包括：

20、过载变化缓慢且载荷循环持续时间超过2s以上者为机动载荷过载，否则为突风载荷过载；

21、带有舵面偏角绝对值等于或大于4°的过载为机动载荷过载，否则为突风载荷过载；

22、对于爬升和下滑任务段，由于机动动作较少，所以载荷均近似认为是突风载荷，不再进行突风和机动过载的分离。

23、进一步的，获取实测载荷数据并筛选出过载数据，得到各个任务段过载累积超越数曲线族，步骤包括：

24、从所述过载数据中提取峰谷值，

25、以0.05g作为载荷级差，设置载荷基准，采用限制跨均峰值计数法对所述峰谷值进行筛选计数，得到各级载荷累积超越数；其中，所述累积超越数包括正向突风过载累积超越数和负向突风过载累积超越数；

26、计算所述正向突风过载累积超越数和负向突风过载累积超越数的几何平均：

27、

28、，得到各任务段的过载累积超越数曲线族。

29、进一步的，将所述超越数曲线族离散化，并计算各级载荷下超越数的分布函数及分布参数，步骤包括：

30、将所述过载数据计算各任务段的过载累积超越数曲线族中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：

31、

32、其中，实测数据对应的飞行时间为tm，任务段标准时间为ts

33、对每个任务段的所述标准时间的累积超越数数据进行拟合，计算得到每个任务段的过载累积超越数曲线；

34、将所述每个任务段的过载累积超越数曲线离散化，获得不同突风过载对应的超越数数据对；

35、假定指定突风过载对应的超越数服从对数正态分布；

36、采用最大似然函数估计方法估计分布参数。

37、进一步的，对每个任务段的所述标准时间的累积超越数数据进行拟合，拟合方程为：

38、δny＝a*lgn+b

39、其中，a、b是拟合参数，δny是增量过载，n是累积超越数。

40、进一步的，采用最大似然函数估计方法估计分布参数，似然函数为：

41、

42、其中，xi＝lgδni；根据似然函数分别对μ和σ求导为零来求解目标参数(μ,σ)：

43、

44、

45、进一步的，计算90％分位的超越数，并以此拟合严重突风过载累积超越数曲线，每个任务段的各级载荷覆盖率为90％的超越数为：

46、

47、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。

48、各级累积超越数为：

49、

50、得到每个任务段的过载累积超越数数据对(δny，δn90)i。

51、进一步的，对每个任务段的所述过载累积超越数数据进行拟合计算之前，还包括对每个任务段的所述过载累积超越数数据对进行高载截取和低载截除；

52、所述高载截取为：根据高载频率设置高载截取值，如以1000次飞行该任务段出现1次的高载为截取值；

53、所述低载截除为：根据幅值大小设置低载截除值，如将低载截除值设为0.05，则将这些低于0.05g的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。其中，疲劳极限指的是经过无穷多次应力循环而不发生破坏时的最大应力值。

54、进一步的，根据所述严重突风过载累积超越数曲线编制严重突风过载谱，步骤包括：

55、基于任务剖面确定载荷级数；

56、基于所述任务段严重突风过载累积超越数曲线，计算每级载荷的载荷参数，所述载荷参数包括当量载荷和当量载荷循环次数；

57、编制5×5谱：按每次飞行下滑任务段中最高载荷为正态对数极值分布的假设，确定各类飞行出现的次数；以各种飞行类型的突风谱形状相似的假设，确认各类飞行的各荷载级突风增量过载谱；

58、根据所述5×5谱依次编制任务段谱和任务剖面谱；

59、根据所述任务剖面谱编制最终飞-续-飞最终载荷谱。

60、进一步的，根据所述5×5谱依次编制任务段谱和任务剖面谱，步骤包括：

61、编制任务段谱：根据所述5×5谱中的数据，将第j种剖面第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、谷值进行随机成对编排，形成任务段特定飞行类型的载荷谱，把该任务段表示为载荷对序列的形式，并编制所有任务段下各种飞行类型的谱；

62、fi,j,k＝(δnydn,-δnydm)h

63、其中，δnydn为该任务段的第n级载荷，代表峰值载荷；-δnydm为该任务段的第m载荷，代表谷值载荷；

64、编制任务剖面谱：将每个任务剖面的各个任务段谱进行排列，并对所有任务剖面进行编制，得到任务剖面谱。

65、编制飞-续-飞最终载荷谱：根据所述任务剖面谱和预设的任务剖面飞行类型向量构建任务剖面谱序列；先将所述任务剖面序列的全部任务剖面按顺序以自然数序列编号，再将该编号分别与随机整数数列“xis”对应起来，按xis的数值大小进行排序，得到最终的飞-续-飞载荷谱。

66、本发明的有益效果：

67、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考虑突风分散性的飞机突风实测严重谱编制方法，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。其中，严重谱比平均谱要更严重，在疲劳载荷的幅值上要比平均谱更大，所以能减少疲劳试验的时间，因为严重谱已经包含了载荷的分散性，所以只需考虑结构的分散性。