一種基于典型飛行動作的飛機嚴重載荷譜編制方法與流程
本發明涉及飛機疲勞學領域，特別涉及一種基于典型飛行動作的飛機嚴重載荷譜編制方法。
背景技術：
從上世紀九十年代，西方國家為縮短試驗研制周期，保證多數飛機滿足設計使用壽命要求，致力于嚴重載荷譜的研究。我國也于2008年在新版的國軍標GJB67.6A中明確提出了編制耐久性設計嚴重譜的要求，使機隊90％的飛機預期滿足設計使用壽命。
目前，在進行高機動飛機載荷譜編制過程中，多采用代表起落法或基于典型飛行動作的代表起落法。這種方法從編譜的開始就用到壽命的概念，通過計算找出符合數理統計概念的中值壽命起落，不僅克服了平均譜不能考慮載荷順序和載荷作用位置對結構壽命的影響的缺點，還提高了定壽的可靠性。但是，上述方法得到的載荷譜的可靠度任然不夠高。
技術實現要素：
本發明的目的在原有基于典型飛行動作代表起落法基礎上，提出了一種基于典型飛行動作的嚴重載荷譜編制方法。
本發明的技術方案是：
一種基于典型飛行動作的嚴重載荷譜編制方法，包括如下步驟：
步驟一、按照預定條件確定包含典型飛行動作的飛機使用任務剖面；
步驟二、通過數值仿真分析，將所述典型飛行動作表述為預定飛行參數的時間函數；
步驟三、對經過所述數值仿真分析后的典型飛行動作數據進行當量損傷計算；
步驟四、對經過經過當量損傷計算的所述典型飛行動作的當量損傷分布規律進行分析；
步驟五、根據所述典型飛行動作的當量損傷分布規律編制嚴重載荷譜。
可選的，所述預定飛行參數選自高度、速度、M數、過載、攻角以及側滑角中的一種。
可選的，所述預定飛行參數為過載。
可選的，在所述步驟三中，是根據如下公式(1)對經過所述數值仿真分析后的典型飛行動作數據進行當量損傷計算：
其中，為根據實測數據計算得到的當量法向過載；m為材料S-N曲線的指數；Ni為各級當量法向過載的頻次。
可選的，在所述步驟四中，是利用如下公示(2)、(3)統計分析所述典型飛行動作當量損傷的分布規律：
其中，ui為第i組數據的標準正態偏量；xi為第i組數據的組限；為所有數據的子樣平均值；S為所有數據的子樣標準差；m為數據共分成m組；vi為第i組數據的實測頻數；Ei為第i組數據的理論頻數；
在所述步驟四中還包括：
將χ2與進行對比，其中，α為預定的顯著度；當χ2小于時，數據符合預定的分布規律；否則，不符合預定的分布規律；
其中，所述預定的分布規律為對數正態分布規律。
可選的，在所述步驟五中，包括：
根據如下公式(4)，確定滿足90％機群使用要求的典型飛行動作的當量損傷值；
lgξp＝μ+upσ (4)；
其中，μ為母體對數平均值；up為與可靠度p相對應的標準正態偏量；σ為標準差；ξp為與可靠度p相對應的當量損傷值；可靠度p＝90％。
可選的，在所述步驟一中，所述預定規則包括：
同一任務剖面各飛行科目所執行任務的性質和內容基本相近；
同一任務剖面各飛行科目的飛行高度、速度、過載變化范圍及次序基本相近；
同一任務剖面各飛行科目一次飛行的時間基本相近。
發明效果：
本發明的基于典型飛行動作的嚴重載荷譜編制方法，將嚴重譜的概念應用于代表起落法，能夠顯著提高載荷譜的可靠度，使得所編制的載荷譜能夠更大范圍的代表部隊服役飛機的真實使用情況，并且，還能縮短設計分析和試驗驗證的周期，節約研制經費。
附圖說明
圖1是本發明基于典型飛行動作的嚴重載荷譜編制方法一優選實施例中典型飛行動作45°～60°俯沖過載隨時間變化曲線圖；
圖2是本發明基于典型飛行動作的嚴重載荷譜編制方法一優選實施例中典型飛行動作損傷對數值分布情況示意圖；
圖3是本發明基于典型飛行動作的嚴重載荷譜編制方法一優選實施例中嚴重譜典型任務過載-時間歷程曲線。
具體實施方式
為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護范圍的限制。
下面結合附圖1至圖3對本發明基于典型飛行動作的嚴重載荷譜編制方法做進一步詳細說明。
一種基于典型飛行動作的嚴重載荷譜編制方法，包括如下步驟：
步驟一，包含典型飛行動作的飛機使用任務剖面的確定
根據飛行訓練大綱中飛行訓練科目的典型飛行動作，確定飛機的使用任務剖面。使用任務剖面按如下原則確定：
同一任務剖面各飛行科目所執行任務的性質和內容基本相近；
同一任務剖面各飛行科目的飛行高度、速度、過載變化范圍及次序基本相近；
同一任務剖面各飛行科目一次飛行的時間基本相近。
表1包含典型飛行動作的飛機使用任務剖面
步驟二，典型飛行動作的數學描述(參數化)：
通過數值仿真分析，將飛行訓練大綱中所規定的各典型飛行動作表述為預定飛行參數的時間函數。其中，預定飛行參數可以為高度、速度、M數、過載、攻角、側滑角等。
附圖1給出了45°～60°俯沖這一典型動作的過載隨時間變化的曲線。
步驟三，典型飛行動作當量損傷計算：
對參數化處理后的各典型飛行動作數據進行濾波、雨流計數，并按公式(1)進行當量損傷計算：
式中：為根據實測數據計算得到的當量法向過載；m為材料S-N曲線的指數，一般取4～6；Ni為各級當量法向過載的頻次。
步驟四，典型飛行動作當量損傷分布規律統計分析：
利用“χ2檢驗法”統計分析典型動作當量損傷的分布規律，“χ2檢驗法”的公式為：
其中，ui為第i組數據的標準正態偏量；xi為第i組數據的組限；為所有數據的子樣平均值；S為所有數據的子樣標準差；m為數據共分成m組；vi為第i組數據的實測頻數；Ei為第i組數據的理論頻數。
對于某一指定的顯著度α(一般指定α＝10％)，如果(3)式的計算值小于則認為數據符合某種預定的分布規律，否則不符合。
本專利利用上述方法通過對58個典型動作進行梳理統計分析，證明典型動作的當量損傷值呈現對數正態分布規律(即上述預定的分布規律)。
第五，編制飛-續-飛嚴重載荷譜：
需要說明的是，此步驟具體載荷譜編制方法是采用已知的載荷譜編制方法；具體地，可以根據如下公式(4)確定滿足90％機群使用要求的典型動作的當量損傷值：
lgξp＝μ+upσ (4)
其中，μ為母體對數平均值；up為與可靠度p相對應的標準正態偏量；σ為標準差；ξp為與可靠度p相對應的當量損傷值；可靠度p＝90％(即嚴重譜p＝90％)。
在參數化的典型動作中選取與上述計算結果接近的數值，并按飛行動作實施先后順序形成典型任務過載-時間歷程曲線，見附圖3。
將最終確定的各典型任務按飛機使用任務剖面中的飛行次數以隨機順序排列起來，形成飛-續-飛載荷譜，見表2(表中的數字1～14與表1中的任務1～任務14相對應)。
表2載荷譜施加順序
本發明的基于典型飛行動作的嚴重載荷譜編制方法，采用該編譜方法，可顯著提高載荷譜的可靠度，使得所編制的載荷譜能夠更大范圍的代表部隊服役飛機的真實使用情況；并且，由于采用嚴重譜進行壽命分析和試驗驗證，可適當降低分散系數，因此，采用該方法編制嚴重譜，可縮短設計分析和試驗驗證的周期，節約研制經費，據初步估算，可節約試驗經費25％左右。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
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