基于过载超越数外推的实测严重飞行谱编制方法

本发明涉及飞行谱编制，更具体的说是涉及一种基于过载超越数外推的实测严重飞行谱编制方法。

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。

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-时间历程也具有明显的差异，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、目前的严重谱编制方法未考虑飞行载荷分散性及飞行载荷特点，不仅试验耗费时间长，且无法更准确地感应机群的载荷历程。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于过载超越数外推的实测严重飞行谱编制方法，同时考虑飞行过程中的突风和机动载荷分散性以及载荷特点，可有效较少疲劳试验时间，并能更好地反应机群的载荷历程。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、基于过载超越数外推的实测严重飞行谱编制方法，包括：

4、s1、确定飞机任务剖面，并确定每个任务剖面的任务段构成、顺序、比例及参数；

5、s2、分离实测过载时间历程数据中的突风过载和机动过载，并进行峰谷值采集；

6、s3、对s2处理后的过载时间历程数据进行拟合，得到每个任务段的实测突风过载累积超越数曲线族和机动过载累积超越数曲线族，对实测突风过载累积超越数曲线族和机动过载累积超越数曲线族进行分级离散，得到各任务段的分布参数；

7、s4、采用蒙托卡罗方法模拟预期的突风过载超越数曲线族和机动过载超越数曲线族，基于预期的突风过载超越数曲线族和机动过载超越数曲线族模拟机群预期的损伤分布，基于严重谱安全寿命定义和蒙特卡罗方法计算严重谱对应的损伤覆盖率，计算损伤覆盖率对应的严重损伤指标，并根据严重损伤指标反演得到指定过载下超越数覆盖率pt；

8、s5、根据每个任务段的分布参数，计算每个任务段的各级过载下覆盖率为pt的超越数；取各级过载下覆盖率为pt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族和机动过载累积超越数曲线；

9、s6、根据严重突风过载累积超越数曲线族和机动过载累积超越数曲线编制飞行过载谱。

10、优选的，s1中，任务段参数包括：任务段高度、飞行速度、飞机重量、飞行高度和飞行时间；任务段的划分判据为：

11、a)任务段5开始点按襟翼偏角变为35°为判据；

12、b)任务段5结束点按襟翼偏角变为0°为判据；

13、c)任务段2结束点按高度曲线转平的转折点为判据；

14、d)任务段3结束点按高度曲线下降的转折点为判据；

15、e)任务段4结束点按襟翼偏角变为35°为判据；

16、f)任务段5结束点按襟翼偏角变为0°为判据。

17、优选的，s2包括：

18、s21、按照下式对实测过载时间历程数据进行标准化处理；

19、△ny0＝△nyi*gi/g0

20、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；

21、s22、按照预设分离条件对标准化处理后的实测过载时间历程数据中的机动过载和突风过载进行分离；

22、s23、分别对分离后的实测机动过载时间历程数据和突风过载时间历程数据进行峰值和谷值检测，滤掉峰值和谷值之间的数据，保留峰值点和谷值点。

23、优选的，s3包括：

24、s31、对突风过载时间历程数据的峰值和谷值进行计数：将各任务段0g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，只记录其中的最大峰值或最大谷值，否则，记录两个峰值或谷值；

25、s32、采用雨流计数法对保留峰值点和谷值点的机动过载时间历程数据进行峰值和谷值计数；

26、s33、将突风过载时间历程数据中的峰值计数和谷值计数的平均值，作为突风过载下的正向过载累积超越数；将机动过载时间历程数据中的峰值计数和谷值计数分别作为机动过载下的正向过载累积超越数和负向过载累积超越数；

27、s34、按照下式对突风过载和机动过载下的过载累积超越数进行标准化处理；

28、

29、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；nyi为标准时间的第i级载荷的累积超越数；

30、s35、对每个任务段过载累积超越数数据对(δny,ny)i进行拟合，得到每个任务段的过载累积超越数曲线；拟合方程为：

31、δny＝a*lgny+b

32、其中，a、b为拟合方程系数；

33、s36、将过载累积超越数曲线离散化，计算得到超越数δni＝ni-ni-1，获得不同飞行过载对应的超越数数据对(δny，δn)i(i＝1，…，n)；

34、s37、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；

35、s38、根据似然函数求解目标分布参数μ和σ，求解方程为：

36、

37、

38、其中，n为不同过载级数量，μ为对数平均值；σ为对数标准差。

39、优选的，s32包括：

40、s321、选取由最大峰、谷值处起止的典型段，按载荷谱顺序输入各峰、谷值，直至数据完毕；

41、s322、读入下一峰、谷值，若数据完毕，则停止读入；

42、s323、若峰、谷值的数据点数量少于3，则返回s322；若数据点数量大于等于3，则由最后读入的3个峰、谷值，计算变程x和y；三个数据点中，第一点与第二点之差的绝对值为y；第二点与第三点之差的绝对值为x；

43、s324、比较x和y的大小，若x<y，则返回s322，若x≥y，则执行s325；

44、s325、将变程y记作一个循环，删除与y相应的峰、谷值，返回s322。

45、优选的，s4包括：

46、s41、采用蒙特卡罗方法模拟预期的突风过载超越数曲线族和机动过载超越数曲线族，并进行离散化，得到各级过载下的突风/机动过载对时间序列(ny,max，ny,min)i；

47、s42、根据突风/机动过载对时间序列(ny,max，ny,min)i计算过载总损伤deq；

48、s43、假定过载总损伤deq服从双参数威布尔分布，拟合各级过载总损伤deqi和对应的经验频率值fi，计算得到双参数威布尔分布参数α和β；

49、s44、根据平均谱下机群安全寿命和严重谱下机群安全寿命计算严重谱下对应的损伤覆盖率pl；具体为：

50、s441：采用蒙特卡罗模拟的方法得到严重损伤对应的可靠度。选择材料为铝合金，奥丁变换中的损伤系数取4，结构分散性即指定载荷谱下结构寿命服从对数正态分布，标准差σs取0.14，得到铝合金材料的p-s-n曲线，载荷谱的损伤分布服从双参数威布尔分布。采用蒙特卡罗模拟的方法，将p-s-n曲线和载荷谱损伤作为输入，得到疲劳寿命的样本集，从中选择经验频率函数等于不可靠度的寿命作为安全寿命np，该安全寿命应等于严重谱下的平均寿命除以对应该可靠度要求的结构分散系数，如下式所示：

51、

52、采用该式反演出满足该可靠度要求的严重谱下严重损伤的严重程度pl；

53、s45：根据双参数威布尔分布参数α和β计算损伤覆盖率pl对应的严重损伤指标deqpl；严重损伤指标deqpl的计算公式为：

54、deqpl＝exp((ln(-ln(1-pl))+αlnβ)/α)

55、其中，严重损伤指标deqpl为使机群中占比为pl的飞机达到预期使用寿命需求的deq；

56、s46：根据严重损伤指标deqpl反演对应的超越数覆盖率pt。

57、优选的，s41包括：

58、s411、随机抽取服从标准正态分布的随机数μp～n(0,1)，计算第i级过载δnyi对应的超越数δni：

59、

60、s412、对δni累积计数，得到累积超越数采用s35中的拟合方程对数据对(δny,n)i拟合，得到单次起落的δny累积超越数曲线；

61、s413、对该剖面下所有任务段重复s411-s412，得到该次抽样代表的单机预期突风过载超越数曲线和机动过载超越数曲线；

62、s414、将得到的突风过载超越数曲线族和机动过载超越数曲线族离散化，得到各级突风过载对应的超越数数据对(δny*,δn)ij和各级机动过载对应的超越数数据对(+δny*,δn)ij、(-δny*,δn)ij，其中，i为离散的各级过载，j为各任务段；

63、s415、分别将突风过载和机动过载的各任务段的指定的δny的超越数进行求和，得到突风过载和其对应的总的超越数数据对以及机动过载和其对应的总的超越数数据对和

64、s416、对突风过载和机动过载，分别将各级正过载和各级负过载按绝对值的大小进行排序，并进行匹配，分别得到突风/机动过载对时间序列。

65、s417、重复执行上述步骤，得到该任务剖面下突风和机动过载对时间序列族；

66、s418、若飞机存在不同的任务剖面，则要重复上述操作，得到所有任务剖面下突风和机动过载对时间序列族。

67、优选的，s42包括：

68、s421、将突风/机动过载对时间序列(ny,max，ny,min)i当量为脉动循环并计算单次循环当量损伤，并按miner线性累积损伤理论进行线性累加，得到突风过载谱损伤和机动过载谱损伤；计算公式为：

69、

70、其中，δneq为当量载荷循环幅值；δn为载荷循环幅值，为载荷循环峰值ny,max减去载荷循环谷值ny,min后除以2；m为损伤指数；deq为单次循环当量损伤，d为载荷谱损伤；

71、s422、将突风过载谱损伤和机动过载谱损伤进行求和，得到过载总损伤deq。

72、优选的，s5包括：

73、s51、计算每一任务段的各级过载下覆盖率为pt的超越数，计算公式为：

74、

75、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，μpt为表示超越数覆盖率pt对应的分位数；

76、s52、确定各级过载的数据对(δny，δnpl)i，进行拟合，得到对应各个任务段严重突风过载累积超越数曲线和严重机动过载累积超越数曲线，其中，严重机动过载累积超越数曲线包括：严重机动正过载累积超越数曲线和严重机动负过载累积超越数曲线；

77、s53、对各个任务段严重突风过载累积超越数曲线和严重机动过载累积超越数曲线进行高载截取和低载截除。

78、优选的，s6包括：

79、s61、确定各任务剖面下的各任务段的正向过载和负向过载的载荷级数和对应的循环次数，且每个任务段下的正向过载和负向过载的循环次数相同；

80、s62、以具有最高过载的飞行/任务段4段飞行谱为基准，假设每次飞行/任务段4段中最高过载为正态对数极值分布，确定各类飞行出现的次数；

81、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过载及其相应循环次数联系起来，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严重过载谱，得到各个任务段下各种飞行类型的任务段谱；

82、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；

83、s65、将每次完整飞行下的全部任务剖面谱进行排序，得到最终的飞行过载谱。

84、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超越数外推的实测严重飞行谱编制方法，在对飞机飞行过载实测严重谱编制过程中，同时考虑了飞行载荷中的突风过载和机动过载的分散性和过载特点，通过合理安排阵风和机动两种载荷在飞行谱中的位置能够更好的反映机群的载荷历程；同时，通过严重损伤反推严重谱下指定过载下累积超越数的覆盖率，最终编制的严重飞行过载谱可以减少疲劳试验的时间，在定寿时使用的分散系数只需考虑结构的分散系数。