本發(fā)明屬于疲勞壽命試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定方法。

背景技術(shù)：

通用飛機(jī)是全部飛機(jī)類型中，數(shù)量最多、型號最多的機(jī)種，包括小型飛機(jī)、大型渦輪和螺旋槳飛機(jī)等。根據(jù)民航適航規(guī)章CCAR23部第571條及572條要求，通用類飛機(jī)應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度檢查或破損安全強(qiáng)度檢查。

適航咨詢通報AC23-13A中給出了疲勞強(qiáng)度檢查的基本方法及載荷譜(含陣風(fēng)、機(jī)動、滑行及著陸四個任務(wù)段)，并提出應(yīng)考慮地空地?fù)p傷的影響。地空地?fù)p傷是指在一次飛行中發(fā)生一次的載荷循環(huán)所造成的損傷，以機(jī)翼根部為例，地空地?fù)p傷通常占總損傷的60％-90％，因此，在對結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度檢查中必須確定地空地?fù)p傷。

現(xiàn)有的適航條款及咨詢通報未就如何從陣風(fēng)、機(jī)動、滑行及著陸四個任務(wù)段載荷譜的超越數(shù)累積頻次中如何確定地空地?fù)p傷給出明確說明。在實(shí)際的疲勞分析例中，沒有一種行之有效的方法用于準(zhǔn)確地確定地空地?fù)p傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明給出了一種準(zhǔn)確有效地計算通用類飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定方法。

本發(fā)明飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定方法主要包括以下步驟：

S1、分別將陣風(fēng)載荷譜曲線、機(jī)動載荷譜曲線、滑行載荷譜曲線以及起降載荷譜曲線離散出多個數(shù)據(jù)點(diǎn)，所述任一數(shù)據(jù)點(diǎn)包含過載增量與累積頻次兩個參數(shù)；

S2、根據(jù)過載增量與最小應(yīng)力之間的關(guān)系以及過載增量與最大應(yīng)力之間的關(guān)系確定出累積頻次與最小應(yīng)力之間的關(guān)系以及累積頻次與最大應(yīng)力之間的關(guān)系；

S3、擬合累積頻次與最小應(yīng)力之間的指數(shù)方程：

$y_{\min }=e^{a_i+b_{i}x+c_i{x}^2}$

其中，當(dāng)x為最小應(yīng)力時，y_min為最小應(yīng)力對應(yīng)的累積頻次，a_i、b_i、c_i為y_min指數(shù)方程中的系數(shù)，i取1～4之間的整數(shù)，分別用于表示陣風(fēng)、機(jī)動、滑行以及起降四個y_min指數(shù)方程；同時，

擬合累積頻次與最大應(yīng)力之間的指數(shù)方程：

$y_{\max }=e^{a_j+b_{j}x+c_j{x}^2}$

其中，當(dāng)x為最大應(yīng)力時，y_max為最大應(yīng)力對應(yīng)的累積頻次，a_j、b_j、c_j為y_max指數(shù)方程中的系數(shù)，j取1～4之間的整數(shù)，分別用于表示陣風(fēng)、機(jī)動、滑行以及起降四個y_max指數(shù)方程；

S4、確定一次地空地飛行的累積頻次，所述一次地空地飛行的累積頻次為：當(dāng)y＝1時的x取值，所述y與x的表達(dá)式為

$y=\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{e}^{a_i+b_{i}x+c_i{x}^2}$

從而能夠求得地空地最小應(yīng)力，或者

$y=\underset{j=1}{\overset{4}{\Σ}}{e}^{a_j+b_{j}x+c_j{x}^2}$

從而能夠求得地空地最大應(yīng)力；

S5、根據(jù)所述地空地最小應(yīng)力及所述地空地最大應(yīng)力確定地空地?fù)p傷。

優(yōu)選的是，所述步驟S1中，任一載荷譜曲線離散出的數(shù)據(jù)點(diǎn)個數(shù)不少于5個。

上述方案中優(yōu)選的是，所述步驟S2中，在陣風(fēng)或機(jī)動狀態(tài)下，所述過載增量與應(yīng)力之間的關(guān)系為：最小應(yīng)力＝機(jī)動平均應(yīng)力*(1-過載增量)；最大應(yīng)力＝機(jī)動平均應(yīng)力*(1+過載增量)。

上述方案中優(yōu)選的是，當(dāng)分機(jī)平飛1g時，所述機(jī)動平均應(yīng)力為37.9MPa。

上述方案中優(yōu)選的是，所述步驟S2中，在滑行狀態(tài)下，所述過載增量與應(yīng)力之間的關(guān)系為：最小應(yīng)力＝滑行平均應(yīng)力-35.5*過載增量；最大應(yīng)力＝滑行平均應(yīng)力+35.5*過載增量。

上述方案中優(yōu)選的是，所述滑行平均應(yīng)力為5.86MPa。

上述方案中優(yōu)選的是，所述步驟S2中，在起降狀態(tài)下，所述過載增量與應(yīng)力之間的關(guān)系為：當(dāng)飛機(jī)下沉或上升速度不小于1英尺/s時，最小應(yīng)力＝著陸循環(huán)平均應(yīng)力-8.27*(1+下沉或上升速度)，最大應(yīng)力＝著陸循環(huán)平均應(yīng)力+8.27*(1+下沉或上升速度)，否則，最小應(yīng)力＝著陸循環(huán)平均應(yīng)力-16.5MPa，最大應(yīng)力＝著陸循環(huán)平均應(yīng)力+16.5MPa。

上述方案中優(yōu)選的是，所述著陸循環(huán)平均應(yīng)力為19.0MPa。

本發(fā)明所提出的通用類飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定方法，理論依據(jù)清楚，步驟簡便，便于計算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)自動化計算?？捎糜谘杆贉?zhǔn)確地確定飛機(jī)各關(guān)鍵部位的地空地循環(huán)損傷。

本發(fā)明所提出的通用類飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定方法，是在滿足適航認(rèn)證要求的前提下得到的，可廣泛應(yīng)用于各種通用類飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定方法的一優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。

圖2為本發(fā)明圖1所示實(shí)施例的陣風(fēng)載荷譜離散數(shù)據(jù)點(diǎn)最小應(yīng)力、最大應(yīng)力與累積頻次關(guān)系示意圖。

圖3為本發(fā)明圖1所示實(shí)施例的滑行載荷譜離散數(shù)據(jù)點(diǎn)最小應(yīng)力、最大應(yīng)力與累積頻次關(guān)系示意圖。

圖4為陣風(fēng)、機(jī)動、滑行、著陸各載荷譜以每小時各級最小應(yīng)力、最大應(yīng)力所對應(yīng)的累積頻次的擬合為指數(shù)方程的各個系數(shù)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)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(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

如圖1所示，本發(fā)明飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定方法主要包括以下步驟：

S1、分別將陣風(fēng)載荷譜曲線、機(jī)動載荷譜曲線、滑行載荷譜曲線以及起降載荷譜曲線離散出多個數(shù)據(jù)點(diǎn)，所述任一數(shù)據(jù)點(diǎn)包含過載增量與累積頻次兩個參數(shù)；

S2、根據(jù)過載增量與最小應(yīng)力之間的關(guān)系以及過載增量與最大應(yīng)力之間的關(guān)系確定出累積頻次與最小應(yīng)力之間的關(guān)系以及累積頻次與最大應(yīng)力之間的關(guān)系；

S3、擬合累積頻次與最小應(yīng)力之間的指數(shù)方程：

$y_{\min }=e^{a_i+b_{i}x+c_i{x}^2}$

其中，當(dāng)x為最小應(yīng)力時，y_min為最小應(yīng)力對應(yīng)的累積頻次，a_i、b_i、c_i為y_min指數(shù)方程中的系數(shù)，i取1～4之間的整數(shù)，分別用于表示陣風(fēng)、機(jī)動、滑行以及起降四個y_min指數(shù)方程；同時，

擬合累積頻次與最大應(yīng)力之間的指數(shù)方程：

$y_{\max }=e^{a_j+b_{j}x+c_j{x}^2}$

其中，當(dāng)x為最大應(yīng)力時，y_max為最大應(yīng)力對應(yīng)的累積頻次，a_j、b_j、c_j為y_max指數(shù)方程中的系數(shù)，j取1～4之間的整數(shù)，分別用于表示陣風(fēng)、機(jī)動、滑行以及起降四個y_max指數(shù)方程；

S4、確定一次地空地飛行的累積頻次，所述一次地空地飛行的累積頻次為：當(dāng)y＝1時的x取值，所述y與x的表達(dá)式為

$y=\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{e}^{a_i+b_{i}x+c_i{x}^2}$

從而能夠求得地空地最小應(yīng)力，或者

$y=\underset{j=1}{\overset{4}{\Σ}}{e}^{a_j+b_{j}x+c_j{x}^2}$

從而能夠求得地空地最大應(yīng)力；

S5、根據(jù)所述地空地最小應(yīng)力及所述地空地最大應(yīng)力確定地空地?fù)p傷。

本實(shí)施例步驟S1中，例如將適航咨詢通報AC23-13A中附錄一給出的陣風(fēng)、機(jī)動、滑行、起降的載荷譜曲線分別離散出若干個點(diǎn)，以陣風(fēng)為例，從附圖中沿橫坐標(biāo)間隔相同的距離取出10個值，并將相應(yīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成每小時各級過載增量所對應(yīng)的累積頻次，圖2中前兩列給出了對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

需要說明的是，為保證后續(xù)步驟曲線擬合的準(zhǔn)確性，任一載荷譜曲線離散出的數(shù)據(jù)點(diǎn)個數(shù)應(yīng)當(dāng)不少于5個。本實(shí)施例除滑行載荷譜中離散出5個點(diǎn)以外，其余三個曲線均離散出10個數(shù)據(jù)點(diǎn)。

本實(shí)施例中，步驟S2用于根據(jù)過載增量與應(yīng)力之間的關(guān)系確定出累積頻次與應(yīng)力之間的關(guān)系，過載增量與應(yīng)力之間的關(guān)系為最小應(yīng)力＝平均應(yīng)力-應(yīng)力幅值；最大應(yīng)力＝平均應(yīng)力+應(yīng)力幅值，其主要根據(jù)通用類飛機(jī)的所述四個載荷譜曲線及飛機(jī)任一結(jié)構(gòu)的有限元應(yīng)力分析結(jié)果來確定。下面就四個狀態(tài)分別進(jìn)行說明。

所述步驟S2中，在陣風(fēng)或機(jī)動狀態(tài)下，所述過載增量與應(yīng)力之間的關(guān)系為：最小應(yīng)力＝機(jī)動平均應(yīng)力*(1-過載增量)；最大應(yīng)力＝機(jī)動平均應(yīng)力*(1+過載增量)。

根據(jù)某通用、單發(fā)、非增壓艙飛機(jī)的起落架部位的應(yīng)力分析結(jié)果：飛機(jī)平飛1g時，對應(yīng)的平均飛行應(yīng)力為37.9MPa，陣風(fēng)和機(jī)動的應(yīng)力幅值均為1g×Δg；Δg即為過載增量。計算得到的最小應(yīng)力及最大應(yīng)力見附圖2中后兩列所示?？梢岳斫獾氖?，飛機(jī)在Y軸方向的過載，等于飛機(jī)升力(Y)與飛機(jī)重力(G)之間的比值，即ny＝Y(jié)/G，常稱平飛時，ny＝1，為平飛1g。

在滑行狀態(tài)下，所述過載增量與應(yīng)力之間的關(guān)系為：最小應(yīng)力＝滑行平均應(yīng)力-35.5*過載增量；最大應(yīng)力＝滑行平均應(yīng)力+35.5*過載增量。其中35.5*過載增量即為應(yīng)力幅值。

上述滑行平均應(yīng)力為5.86MPa?；袪顟B(tài)離散的5個數(shù)據(jù)點(diǎn)及對應(yīng)的最小應(yīng)力及最大應(yīng)力如圖3所示。

所述步驟S2中，在起降狀態(tài)下，所述過載增量與應(yīng)力之間的關(guān)系為：當(dāng)飛機(jī)下沉或上升速度不小于1英尺/s時，最小應(yīng)力＝著陸循環(huán)平均應(yīng)力-8.27*(1+下沉或上升速度)，最大應(yīng)力＝著陸循環(huán)平均應(yīng)力+8.27*(1+下沉或上升速度)，否則，最小應(yīng)力＝著陸循環(huán)平均應(yīng)力-16.5MPa，最大應(yīng)力＝著陸循環(huán)平均應(yīng)力+16.5MPa。下沉速度單位為英尺/s。

上述著陸循環(huán)平均應(yīng)力為19.0MPa。

以最小應(yīng)力為x坐標(biāo)，以累積頻次為y坐標(biāo)，分別擬合陣風(fēng)、機(jī)動、滑行及著陸的每小時各級最小應(yīng)力和累積頻次的指數(shù)方程：

$y_{\min }=e^{a_i+b_{i}x+c_i{x}^2}$

其中，當(dāng)x為最小應(yīng)力時，y_min為最小應(yīng)力對應(yīng)的累積頻次，a_i、b_i、c_i為y_min指數(shù)方程中的系數(shù)，i取1～4之間的整數(shù)，分別用于表示陣風(fēng)、機(jī)動、滑行以及起降四個y_min指數(shù)方程；同時，以最大應(yīng)力為x坐標(biāo)，以累積頻次為y坐標(biāo)，分別擬合陣風(fēng)、機(jī)動、滑行及著陸的每小時各級最大應(yīng)力和累積頻次的指數(shù)關(guān)系：

$y_{\max }=e^{a_j+b_{j}x+c_j{x}^2}$

其中，當(dāng)x為最大應(yīng)力時，y_max為最大應(yīng)力對應(yīng)的累積頻次，a_j、b_j、c_j為y_max指數(shù)方程中的系數(shù)，j取1～4之間的整數(shù)，分別用于表示陣風(fēng)、機(jī)動、滑行以及起降四個y_max指數(shù)方程。

圖4給出了經(jīng)過擬合后，得到的陣風(fēng)、機(jī)動、滑行、著陸各載荷譜以每小時各級最小應(yīng)力、最大應(yīng)力所對應(yīng)的累積頻次的擬合為指數(shù)方程的各個系數(shù)。從而得到四個y_min指數(shù)方程與四個y_max指數(shù)方程。

最后，確定一次地空地飛行的累積頻次，根據(jù)地空地應(yīng)力損傷的定義(每次飛行發(fā)生一次的應(yīng)力循環(huán)所造成的損傷)，即y＝1，所以所述一次地空地飛行的累積頻次為：當(dāng)y＝1時的x取值，所述y與x的表達(dá)式為

$y=\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{e}^{a_i+b_{i}x+c_i{x}^2}$

從而能夠求得地空地最小應(yīng)力，或者

$y=\underset{j=1}{\overset{4}{\Σ}}{e}^{a_j+b_{j}x+c_j{x}^2}$

從而能夠求得地空地最大應(yīng)力。

本實(shí)施例中，利用Matlab軟件分別反求得地空地最小應(yīng)力為-9.1MPa，地空地最大應(yīng)力為71.5MPa。

在確定地空地最小應(yīng)力和最大應(yīng)力之后，即可按照適航咨詢通報AC23-13A的附錄2中的材料S-N曲線確定地空地?fù)p傷為2.0533×10^-6/小時。

本發(fā)明所提出的通用類飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定方法，理論依據(jù)清楚，步驟簡便，便于計算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)自動化計算?？捎糜谘杆贉?zhǔn)確地確定飛機(jī)各關(guān)鍵部位的地空地循環(huán)損傷。

本發(fā)明所提出的通用類飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定方法，是在滿足適航認(rèn)證要求的前提下得到的，可廣泛應(yīng)用于各種通用類飛機(jī)地空地?fù)p傷的確定。

最后需要指出的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。