一种飞机实测严重突风谱编制方法

本发明涉及飞机实测载荷检测，特别涉及一种飞机实测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、即使是按照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。当前关于平均谱的概念、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亟待解决。

3、关于具体的编谱方法，目前国外没有公开相关研究资料，国内对于飞机严重突风谱编制方法主要有：

4、(1)文献“基于飞行科目统计分析的严重谱编制方法”提出了基于损伤分布选择严重代表起落的严重谱编制方法。

5、(2)文献“基于载荷损伤分散的严重谱选取方法初探”提出了在指定的机群寿命可靠度要求下，载荷谱严重程度pl与载荷损伤和结构分散性有关。针对目前的飞机载荷损伤分布参数，载荷谱严重程度pl略高于90％。

6、因此，在现有严重谱技术的基础上，如何提供一种在保证安全性和经济性的情况下，充分考虑突风分散性的飞机实测严重突风谱编制方法，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提出了一种至少解决上述部分技术问题的飞机实测严重突风谱编制方法，该方法编制的飞机严重谱可以有效减少疲劳试验的时间，且定寿时使用的分散系数只需考虑结构的分散系数。

2、本发明实施例提供一种飞机实测严重突风谱编制方法，包括如下步骤：

3、s1、根据待测飞机的使用要求，生成任务剖面；明确构成所述任务剖面的任务段的顺序、时间比例及参数；

4、s2、采集所述待测飞机的实测载荷数据，对所述实测载荷数据进行预处理；

5、s3、根据预处理后的所述实测载荷数据，生成基于所述任务段的实测突风过载累积超越数曲线族；

6、s4、计算每个所述任务段对应的实测突风过载累积超越数曲线与坐标轴之间的面积，将满足预设条件的实测突风过载累积超越数曲线作为严重突风过载累积超越数曲线；所述满足预设条件的实测突风过载累积超越数曲线为所述面积中耐久性严重谱达到预设百分比对应的实测突风过载累积超越数曲线；

7、s5、根据所述严重突风过载累积超越数曲线，完成所述待测飞机的严重突风实测谱编制。

8、进一步地，所述步骤s2中，对所述实测载荷数据进行预处理，包括：

9、将所述实测载荷数据减去第一预设数值得到过载数据，对所述过载数据进行标准化处理；

10、将所述实测载荷数据中的突风载荷和机动载荷进行分离；

11、获取所述实测载荷数据中的峰值和谷值，滤掉所述峰值和谷值之间的实测载荷数据，保留对应的采样点序号。

12、进一步地，根据如下公式对所述过载数据进行标准化处理：

13、△ny0＝△nyi*gi/g0

14、上式中，△ny0为标准化处理后的过载数据；△nyi为实测过载数据；gi为载荷真实质量数据；g0为标准飞机质量数据。

15、进一步地，通过如下方式将所述实测载荷数据中的突风载荷和机动载荷进行分离：

16、将所述实测载荷数据中过载变化缓慢且持续时间超过预设阈值的过载作为机动载荷，否则作为突风载荷；

17、将所述实测载荷数据中带有舵面偏角且所述舵面偏角的绝对值等于或大于第二预设数值的过载作为机动载荷，否则作为突风载荷；

18、将所述实测载荷数据中处于爬升和下滑任务段的过载均作为突风载荷。

19、进一步地，所述步骤s3，包括：

20、将所述每个任务段的预设载荷状态作为基准，划分基准线；

21、当预处理后的所述实测载荷数据中的峰值和谷值均不超过所述基准线的偏差时，记录预处理后的所述实测载荷数据中的最大峰值和最小谷值；所述偏差包括：上偏差和下偏差；

22、根据所述最大峰值和最小谷值，记录过载累积超越数；所述过载累积超越数包括：正向突风过载累积超越数和负向突风过载累积超越数；

23、通过几何平均求得所述过载累积超越数的平均数；

24、对每个所述任务段的过载累积超越数进行拟合，计算得到每个所述任务段的实测突风过载累积超越数曲线，生成实测突风过载累积超越数曲线族。

25、进一步地，所述步骤s3中，记录过载累积超越数之后，通过几何平均求得所述过载累积超越数的平均数之前，还包括：

26、将所述过载累积超越数转化为标准时间的累积超越数。

27、进一步地，所述步骤s4，包括：

28、纵坐标表示累积超越数，纵坐标轴采用对数坐标轴，起始坐标修改为10-7，横坐标表示过载，横坐标轴采用线性坐标轴，起始坐标修改为0；计算过载-累积超越数曲线与坐标轴之间的面积s；

29、采用随机变量模型，假定s服从正态分布；

30、对于各实测起落下某一任务段的s，采用最大似然估计方法估计分布参数；似然函数如下式所示：

31、

32、为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)；

33、

34、

35、(6)-(8)式中，xi＝s；s为面积；i为样本数据对的序号；n为总样本数；μ为期望；σ为标准差；σ0为样本标准差；μ0为均值。

36、进一步地，所述步骤s5，包括：

37、根据所述任务剖面确定载荷级数；

38、根据所述严重突风过载累积超越数曲线，计算载荷谱当量；

39、确定所述任务段的飞行类型；根据所述载荷谱当量和所述任务段的飞行类型，编制任务段谱；

40、根据所述任务段谱，编制任务剖面谱；

41、将所述任务剖面谱按照顺序根据自然数序列进行编号，将所述编号按照预设随机整数数列的数值大小进行排序，生成所述待测飞机的严重突风实测谱。

42、进一步地，根据所述严重突风过载累积超越数曲线，计算载荷谱当量，包括：

43、获取所述严重突风过载累积超越数曲线中进行载荷谱当量计算的离散段；

44、采用直线代替所述离散段的曲线，划分载荷谱曲线，计算载荷谱当量：

45、

46、其中，δg＝ailgn+bi

47、上式中，i表示第i段载荷谱曲线；m表示载荷谱曲线的总数；δg表示所有载荷谱曲线的线性方程；δgi表示第i段载荷谱曲线的线性方程；δgi+1表示第i+1段载荷谱曲线的线性方程；ai和bi均为第i段载荷谱曲线的预设常数；s为材料s-n曲线斜度参数；n为当量次数；n为累积超越数。

48、进一步地，根据所述载荷谱当量和所述任务段的飞行类型，编制任务段谱，包括：

49、根据所述载荷谱当量、所述任务段的飞行类型单次起落下各级载荷及所述各级载荷的频数，随机交替选取峰值和谷值；

50、将选取的峰值和谷值进行随机成对编排，形成所述任务段的特定飞行类型的载荷谱；

51、将所述载荷谱表示为载荷对序列的形式，生成任务段谱。

52、进一步地，根据所述任务段谱，编制任务剖面谱，包括：

53、将所述任务段谱的载荷对序列按照所述任务段顺序进行排序，生成任务剖面谱。

54、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

55、本发明实施例提供的一种飞机实测严重突风谱编制方法，包括：根据待测飞机的使用要求，生成任务剖面；明确构成任务剖面的任务段的顺序、时间比例及参数；采集待测飞机的实测载荷数据，对实测载荷数据进行预处理；根据预处理后的实测载荷数据，生成基于任务段的实测突风过载累积超越数曲线族；计算每个任务段对应的实测突风过载累积超越数曲线与坐标轴之间的面积，将满足预设条件的实测突风过载累积超越数曲线作为严重突风过载累积超越数曲线；根据严重突风过载累积超越数曲线，完成待测飞机的严重突风实测谱编制。通过该方法编制的飞机严重谱可以充分考虑突风分散性，并且可以有效减少疲劳试验的时间，且定寿时使用的分散系数只需考虑结构的分散系数。

56、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

57、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。