法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2017-02-22
授权
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2014-10-08
实质审查的生效 IPC(主分类):G06F19/00 申请日:20140606
实质审查的生效
2014-09-03
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种老龄飞机疲劳延寿试验周期的确定方法,属于飞 行器试验研究技术领域。
背景技术
目前,飞机的疲劳(耐久性)安全寿命一般以飞行小时数表示, 通常依据全机疲劳(耐久性)试验飞行小时数除以疲劳分散系数得到。 当服役飞机的飞行小时数达到初始安全寿命时,为了进一步挖掘老龄 飞机的寿命潜力,通常需要对老龄飞机进行全机疲劳(耐久性)试验, 进一步延长老龄飞机的服役使用寿命。
现有的老龄飞机疲劳(耐久性)试验通常采用的方法是:从飞行 小时数已达到初始安全寿命的服役机群飞机中随机抽取一架经过耐 久性修理的老龄飞机进行全机疲劳(耐久性)试验。一般情况下,并 不是将该架老龄飞机在试验载荷谱下进行试验至破坏,而是根据老龄 飞机的疲劳(耐久性)安全寿命延寿目标来确定老龄飞机疲劳(耐久 性)延寿试验周期。老龄飞机的疲劳(耐久性)安全寿命延寿目标通 常根据目前飞机的结构状态和后续飞行的任务给定的。为了保证老龄 飞机后续服役的安全性,利用老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命的疲 劳分散系数与疲劳(耐久性)安全寿命延寿目标的乘积来确定老龄飞 机的疲劳(耐久性)延寿试验周期。
老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命的疲劳分散系数是在新机全机 疲劳(耐久性)试验载荷谱下所确定,而服役飞机在服役过程中由于 飞行科目等使用条件的变化,其实际使用载荷谱与新机全机疲劳(耐 久性)试验载荷谱会有所不同,有些甚至差别很大。当服役飞机实际 飞行小时数达到初始安全寿命时,将服役飞机实际飞行小时数根据等 损伤原则折算到新机全机疲劳(耐久性)试验载荷谱下的飞行小时数, 认为是当量飞行小时数。这时服役飞机的当量飞行小时数一般不等于 初始安全寿命,需根据服役飞机的当量飞行小时数确定老龄飞机剩余 疲劳(耐久性)寿命的疲劳分散系数,从而计算在当前延寿试验载荷 谱下老龄飞机的疲劳(耐久性)延寿试验周期。
由此可见,现有的老龄飞机疲劳(耐久性)延寿试验技术存在如 下缺点:老龄飞机疲劳(耐久性)延寿目标已经给定,但是老龄飞机 不同服役状态下剩余疲劳(耐久性)寿命的剩余疲劳分散系数只能依 靠经验来取值,并没有理论依据。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种在不影响飞 行安全的情况下充分挖掘老龄飞机的服役寿命潜力的老龄飞机疲劳 延寿试验周期的确定方法。
为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:
一种老龄飞机疲劳延寿试验周期的确定方法,其特征在于,包括 以下步骤:
(一)、选取延寿试验机的疲劳试验载荷谱:
(1)、服役飞机开始是在新机全机疲劳试验载荷谱下服役,后续 使用载荷谱不变或变轻,选取新机全机疲劳试验载荷谱或相当的载荷 谱作为延寿试验机全机疲劳试验载荷谱;
(2)、服役飞机开始是在新机全机疲劳试验载荷谱下服役,后续 使用载荷谱加重,选取后续飞行的平均载荷谱作为延寿试验机全机疲 劳试验载荷谱;
(二)、确定总当量飞行小时数:
假设服役飞机在新机全机疲劳试验载荷谱下的飞行小时数为N1, 在后续飞行载荷谱下服役飞行小时数为N2,在相同的飞行小时数下 后续飞行载荷谱的损伤度为新机全机疲劳试验载荷谱损伤度的l倍, 则服役飞机在新机全机疲劳试验载荷谱下的总当量飞行小时数N为:
N=N1+l·N2;
(三)、确定老龄飞机剩余疲劳寿命疲劳分散系数:
(1)、根据原机群飞机疲劳寿命母体的分布函数随机产生a组服 从对数正态分布/双参数威布尔分布的随机数组,每组随机数组的样 本容量为b,其中,a≥50、b≥50;
(2)、每组随机数组中的各随机数均减去总当量飞行小时数N, 得到a组服从新的对数正态分布/双参数威布尔分布的新随机数组, 每组新随机数组的样本容量为b;
(3)、根据a组新随机数组计算拟合每组新随机数组的对数标准 差/曲线形状参数,得到a个新的对数标准差/曲线形状参数值,并对 a个新的对数标准差/曲线形状参数值求平均值;
(4)计算可靠度P与置信水平γ下的疲劳分散系数Lf:
①、对数正态分布:
式中,σ为老龄飞机剩余疲劳寿命的对数寿命标准差,
up为由可靠度P所确定的标准正态分布累计函数值,
uγ为由置信水平γ所确定的标准正态分布累计函数值,
n为样本容量;
②、双参数威布尔分布:
式中,Sc为置信系数,
m为曲线形状参数,
R为可靠度;
(四)、确定老龄飞机疲劳延寿试验周期:
假设在当前飞行使用平均载荷谱下老龄飞机的疲劳安全寿命延 寿目标为Ng,则当前飞行使用平均载荷谱下的疲劳延寿试验周期NY为:
NY=Lf·Ng。
前述的老龄飞机疲劳延寿试验周期的确定方法,其特征在于,在 选取延寿试验机的疲劳试验载荷谱的过程中,在服役飞机开始是在 新机全机疲劳试验载荷谱下服役、后续使用载荷谱加重的情况下, 选取损伤度为后续飞行的平均载荷谱损伤度m'倍的载荷谱作为延寿 试验机全机疲劳试验载荷谱。
前述的老龄飞机疲劳延寿试验周期的确定方法,其特征在于,老 龄飞机疲劳延寿试验周期NY为:
本发明的有益之处在于:可以根据老龄飞机不同的飞行状态确定 剩余疲劳(耐久性)寿命的疲劳分散系数,从而依据延寿目标计算老 龄飞机全机疲劳(耐久性)的试验周期;在服役飞机开始是在新机全 机疲劳试验载荷谱下服役、后续使用载荷谱加重的情况下,选取损伤 度为后续飞行的平均载荷谱损伤度m'倍的载荷谱作为延寿试验机全 机疲劳试验载荷谱,可以缩短延寿试验机全机疲劳(耐久性)的试验 周期。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
服役飞机在服役过程中,由于飞行科目等使用条件的变化,其实 际使用载荷谱与新机全机疲劳(耐久性)试验载荷谱会有所不同,有 些甚至差别很大。所以,需要对延寿试验机疲劳(耐久性)试验载荷 谱进行选取,通常可分为三种情况:
1、服役飞机开始是在新机全机疲劳试验载荷谱(或相当的载荷谱) 下服役,后续使用载荷谱不变,即服役飞机从始至终都在新机全机疲 劳(耐久性)试验载荷谱(或相当的载荷谱)下服役,这时选取新机 全机疲劳试验载荷谱(或相当的载荷谱)作为延寿试验机全机疲劳试 验载荷谱;
2、服役飞机开始是在新机全机疲劳试验载荷谱(或相当的载荷谱) 下服役,后续使用载荷谱变轻,偏保守地按第1种情况处理,即这时 选取新机全机疲劳试验载荷谱(或相当的载荷谱)作为延寿试验机全 机疲劳试验载荷谱;
3、服役飞机开始是在新机全机疲劳试验载荷谱(或相当的载荷谱) 下服役,服役一段时间N1后,由于飞行任务的加重,使得服役飞机的 使用强度加大,即后续使用载荷谱加重,服役飞机是在后续飞行载荷 谱下服役,后续飞行载荷谱的损伤度是新机全机疲劳(耐久性)试验 载荷谱损伤度的l倍,这时为了更真实地对服役飞机进行验证,选取 后续飞行的平均载荷谱作为延寿试验机全机疲劳(耐久性)试验载荷 谱。
下面以选取延寿试验机疲劳(耐久性)试验载荷谱的第3种情况 为例,对本发明的方法做详细的说明。
实施例1
1、选取延寿试验机的疲劳试验载荷谱
服役飞机开始是在新机全机疲劳试验载荷谱下服役,后续使用载 荷谱加重,选取后续飞行的平均载荷谱作为延寿试验机全机疲劳试验 载荷谱。
2、确定总当量飞行小时数
假设服役飞机在新机全机疲劳(耐久性)试验载荷谱下的飞行小 时数为N1,在后续飞行载荷谱下服役飞行小时数为N2,在相同的飞 行小时数下后续飞行载荷谱的损伤度为新机全机疲劳(耐久性)试验 载荷谱损伤度的l倍,则服役飞机在新机全机疲劳(耐久性)试验载 荷谱下的总当量飞行小时数N为:
N=N1+l·N2。
3、确定老龄飞机剩余疲劳寿命疲劳分散系数
根据大数定理,当子样容量大于一定的数时,就可以用样本估计 值来表示母体参数,实际经验一般认为子样容量≥50的子样是大子 样。
(1)根据原机群飞机疲劳寿命母体的分布函数(可以由原新机定 寿试验结论得到)随机产生a组服从对数正态分布/双参数威布尔分 布的随机数组,即获得a个样本,代表有a组机群飞机疲劳(耐久性) 寿命试验数据,每组随机数组的样本容量为b,代表每组有b架飞机 的疲劳(耐久性)寿命试验数据,其中,a≥50、b≥50。
(2)、每组随机数组中的各随机数均减去总当量飞行小时数N, 得到a组新随机数组,即获得a组新样本,代表a组老龄飞机剩余疲劳 (耐久性)寿命样本,其服从新的对数正态分布/双参数威布尔分布, 每组新随机数组的样本容量为b,代表每组有b架老龄飞机的剩余疲 劳(耐久性)寿命数据。
(3)、根据步骤(2)中的a组新随机数组计算拟合每组新随机数 组的对数标准差/曲线形状参数,得到a个新的对数标准差/曲线形状 参数值,并对a个新的对数标准差/曲线形状参数值求平均值,即可 得到新的对数正态分布/双参数威布尔分布函数的对数标准差/曲线 形状参数,其代表老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命分布函数的参数 值(对数标准差/曲线形状参数)。
(4)根据延寿试验数据样本容量及上述所得的老龄飞机剩余疲劳 (耐久性)寿命分布函数的对数标准差/曲线形状参数,可计算可靠 度P与置信水平γ下的疲劳分散系数Lf:
①、对数正态分布:
式中,σ为老龄飞机剩余疲劳寿命的对数寿命标准差,
up为由可靠度P所确定的标准正态分布累计函数值,
uγ为由置信水平γ所确定的标准正态分布累计函数值,
n为样本容量;
②、双参数威布尔分布:
式中,Sc为置信系数,
m为曲线形状参数,
R为可靠度;
当m已知时,Sc可通过下式得到:
当置信水平为95%时,Sc可近似表达为:
4、确定老龄飞机疲劳延寿试验周期
假设在当前飞行使用平均载荷谱下老龄飞机的疲劳安全寿命延 寿目标为Ng,则当前飞行使用平均载荷谱下的疲劳试验周期NY为:
NY=Lf·Ng。
该公式的推导过程具体如下:
根据等损伤原则,将延寿目标Ng折算到新机全机疲劳(耐久性) 试验载荷谱下的老龄飞机疲劳(耐久性)安全寿命延寿目标Nj:
Nj=Ng·l
根据步骤3可以确定老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命的疲劳分 散系数Lf,从偏安全的角度分析,则老龄飞机剩余疲劳寿命的疲劳 中值寿命为:
[N50]=Lf·Nj
(1)、对于对数正态分布而言,当样本容量为1时,即选取一 架飞机进行全机疲劳(耐久性)试验时,老龄飞机剩余疲劳(耐久性) 寿命的疲劳中值寿命[N50]就是延寿试验机在原新机全机疲劳(耐久 性)载荷谱下的试验周期NS。根据等损伤原则,将延寿试验机在原 新机全机疲劳(耐久性)载荷谱下的试验周期NS折算到当前飞行使 用平均载荷谱下的疲劳(耐久性)试验周期NY:
(2)、对于双参数威布尔分布而言,当样本容量为1时,即选 取一架飞机进行全机疲劳(耐久性)试验时,特征寿命参数的估计值 为:
这时,特征寿命参数的估计值可以认为就是延寿试验机在原 新机全机疲劳(耐久性)载荷谱下的试验周期NS。根据等损伤原则, 将延寿试验机在原新机全机疲劳(耐久性)载荷谱下的试验周期NS折 算到当前飞行使用平均载荷谱下的疲劳(耐久性)试验周期NY:
故当前飞行使用平均载荷谱下老龄飞机的疲劳安全寿命延寿目 标为Ng时,当前飞行使用平均载荷谱下的疲劳试验周期NY为:
NY=Lf·Ng。
对于选取延寿试验机疲劳(耐久性)试验载荷谱的第3种情况(即 服役飞机开始是在新机全机疲劳试验载荷谱下服役、后续使用载荷 谱加重的情况),令l=1,即可得到选取延寿试验机疲劳(耐久性) 试验载荷谱的第1种情况和第2种情况(即服役飞机开始是在新机全 机疲劳试验载荷谱下服役、后续使用载荷谱不变或变轻的情况)下老 龄飞机的疲劳延寿试验周期,故在此不再赘述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合 具体数据对本发明进行进一步详细说明。
此处仅以飞机疲劳(耐久性)寿命服从对数正态分布为例分析说 明,飞机疲劳(耐久性)寿命服从双参数威布尔分布的情形与此类似, 不再赘述。
假设机群飞机疲劳(耐久性)寿命服从对数正态分布,寿命母体 的对数标准差为0.1021,对数数学期望为4.1761,对应15000飞行 小时。假设服役飞机在新机全机疲劳(耐久性)试验载荷谱下服役时 间N1为1000飞行小时,在后续飞行的载荷谱下服役时间N2为2500 飞行小时,后续飞行的载荷谱的损伤度为新机全机疲劳(耐久性)试 验载荷谱损伤度的1.6倍。老龄飞机全机疲劳(耐久性)试验载荷谱 为服役飞机后续飞行使用的平均载荷谱,即当前飞行使用平均载荷 谱,老龄飞机在当前飞行使用平均载荷谱下的延寿目标为500飞行小 时。试确定机群飞机在已完成实际3500飞行小时后,再延寿500飞 行小时安全寿命的疲劳(耐久性)延寿试验周期(选一架到寿飞机经 耐久性修理后作为延寿试验机)。
步骤(1):选取延寿试验机疲劳(耐久性)试验载荷谱
根据延寿试验机疲劳(耐久性)试验载荷谱选取的第3种情况, 选取服役飞机当前飞行使用平均载荷谱作为延寿试验机全机疲劳(耐 久性)试验载荷谱。
步骤(2):确定总当量飞行小时数N
服役飞机在新机全机疲劳(耐久性)试验载荷谱下的总当量飞行 小时数N为:
N=N1+l·N2=5000(h)
步骤(3):确定老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命疲劳分散系数
以4.1761为对数数学期望,以0.1021为对数标准差,随机产生 50组服从对数正态分布的随机数,每组随机数的样本容量为50。50 组随机数则代表有50组机群飞机的疲劳(耐久性)寿命,而每组随 机数中的50个随机数代表每组有50架飞机的疲劳(耐久性)寿命。 对每组随机数同时减去服役飞机在新机全机疲劳(耐久性)试验载荷 谱下的总当量飞行小时数5000飞行小时,代表老龄飞机剩余疲劳(耐 久性)寿命,并计算每组老龄飞机机群剩余疲劳(耐久性)寿命的对 数标准差,得到50个对数标准差,然后取平均值就可得到老龄飞机 机群剩余疲劳(耐久性)寿命的对数标准差为0.1556。
当样本容量为1时,即选取一架到寿飞机作为延寿试验机,老龄 飞机剩余疲劳(耐久性)寿命的对数标准差σ为0.1556时,在可靠 度P为99.9%和置信水平γ为90%下老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命 分的疲劳分散系数为:
为了保守起见,建议将老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命的疲劳 分散系数值向上取整,取为5.0。
步骤(4):确定老龄飞机疲劳(耐久性)延寿试验周期NY
老龄飞机在当前飞行使用平均载荷谱下的疲劳(耐久性)安全寿 命延寿目标Ng为500飞行小时,根据等损伤原则将延寿目标500飞 行小时折算到新机全机疲劳(耐久性)试验载荷谱下的老龄飞机疲劳 (耐久性)安全寿命延寿目标Nj:
Nj=Ng·l=800(h)
根据步骤(3)可以确定老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命的疲 劳分散系数Lf为5.0,则老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命的疲劳中 值寿命为:
[N50]=Lf·Nj=4000(h)
对于对数正态分布而言,当样本容量为1时,即选取一架飞机进 行全机疲劳(耐久性)试验时,老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命的 疲劳中值寿命[N50]就是延寿试验机在原新机全机疲劳(耐久性)载荷 谱下的试验周期NS。
根据等损伤原则将延寿试验机在原新机全机疲劳(耐久性)载荷 谱下的试验周期NS折算到当前飞行使用平均载荷谱下的疲劳(耐久 性)试验周期NY:
老龄飞机在当前飞行使用平均载荷谱下的疲劳(耐久性)延寿试 验周期为2500试验飞行小时。
实施例2
在服役飞机开始是在新机全机疲劳试验载荷谱下服役、后续使用 载荷谱加重的情况下,在选取延寿试验机的疲劳试验载荷谱的过程 中,通常选取后续飞行的平均载荷谱作为延寿试验机全机疲劳试验载 荷谱,即实施例1的情况。
为了缩短延寿试验机全机疲劳(耐久性)的试验周期,作为一种 优选的方案,选取损伤度为后续飞行的平均载荷谱损伤度m'倍的载荷 谱作为延寿试验机全机疲劳试验载荷谱。
那么,本发明的老龄飞机疲劳延寿试验周期的确定方法,其实现 步骤如下:
1、选取延寿试验机的疲劳试验载荷谱
服役飞机开始是在新机全机疲劳试验载荷谱下服役,后续使用载 荷谱加重,选取损伤度为后续飞行的平均载荷谱损伤度m'倍的载荷谱 作为延寿试验机全机疲劳试验载荷谱。
2、确定总当量飞行小时数
假设服役飞机在新机全机疲劳(耐久性)试验载荷谱下的飞行小 时数为N1,在后续飞行载荷谱下服役飞行小时数为N2,在相同的飞 行小时数下后续飞行载荷谱的损伤度为新机全机疲劳(耐久性)试验 载荷谱损伤度的l倍,则服役飞机在新机全机疲劳(耐久性)试验载 荷谱下的总当量飞行小时数N为:
N=N1+l·N2。
3、确定老龄飞机剩余疲劳寿命疲劳分散系数
根据大数定理,当子样容量大于一定的数时,就可以用样本估计 值来表示母体参数,实际经验一般认为子样容量≥50的子样是大子 样。
(1)根据原机群飞机疲劳寿命母体的分布函数(可以由原新机定 寿试验结论得到)随机产生a组服从对数正态分布/双参数威布尔分 布的随机数组,即获得a个样本,代表有a组机群飞机疲劳(耐久性) 寿命试验数据,每组随机数组的样本容量为b,代表每组有b架飞机 的疲劳(耐久性)寿命试验数据,其中,a≥50、b≥50。
(2)、每组随机数组中的各随机数均减去总当量飞行小时数N, 得到a组新随机数组,即获得a组新样本,代表a组老龄飞机剩余疲劳 (耐久性)寿命样本,其服从新的对数正态分布/双参数威布尔分布, 每组新随机数组的样本容量为b,代表每组有b架老龄飞机的剩余疲 劳(耐久性)寿命数据。
(3)、根据步骤(2)中的a组新随机数组计算拟合每组新随机数 组的对数标准差/曲线形状参数,得到a个新的对数标准差/曲线形状 参数值,并对a个新的对数标准差/曲线形状参数值求平均值,即可 得到新的对数正态分布/双参数威布尔分布函数的对数标准差/曲线 形状参数,其代表老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命分布函数的参数 值(对数标准差/曲线形状参数)。
(4)根据延寿试验数据样本容量及上述所得的老龄飞机剩余疲劳 (耐久性)寿命分布函数的对数标准差/曲线形状参数,可计算可靠 度P与置信水平γ下的疲劳分散系数Lf:
①、对数正态分布:
式中,σ为老龄飞机剩余疲劳寿命的对数寿命标准差,
up为由可靠度P所确定的标准正态分布累计函数值,
uγ为由置信水平γ所确定的标准正态分布累计函数值,
n为样本容量;
②、双参数威布尔分布:
式中,Sc为置信系数,
m为曲线形状参数,
R为可靠度;
当m已知时,Sc可通过下式得到:
当置信水平为95%时,Sc可近似表达为:
4、确定老龄飞机疲劳延寿试验周期
假设在当前飞行使用平均载荷谱下老龄飞机的疲劳安全寿命延 寿目标为Ng,则当前飞行使用平均载荷谱下的疲劳试验周期NY为:
该公式的推导过程具体如下:
根据等损伤原则,将延寿目标Ng折算到新机全机疲劳(耐久性) 试验载荷谱下的老龄飞机疲劳(耐久性)安全寿命延寿目标Nj:
Nj=Ng·l
根据步骤3可以确定老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命的疲劳分 散系数Lf,从偏安全的角度分析,则老龄飞机剩余疲劳寿命的疲劳 中值寿命为:
[N50]=Lf·Nj
(1)、对于对数正态分布而言,当样本容量为1时,即选取一 架飞机进行全机疲劳(耐久性)试验时,老龄飞机剩余疲劳(耐久性) 寿命的疲劳中值寿命[N50]就是延寿试验机在原新机全机疲劳(耐久 性)载荷谱下的试验周期NS。
根据等损伤原则,将延寿试验机在原新机全机疲劳(耐久性)载 荷谱下的试验周期NS折算到当前飞行使用平均载荷谱下的疲劳(耐 久性)试验周期NY:
如果选取损伤度为后续飞行的平均载荷谱损伤度m'倍的载荷谱 作为延寿试验机全机疲劳试验载荷谱,则老龄飞机疲劳(耐久性)延 寿试验周期是在的基础上再缩短m'倍,则NY为:
(2)、对于双参数威布尔分布而言,当样本容量为1时,即选 取一架飞机进行全机疲劳(耐久性)试验时,特征寿命参数的估计值 为:
这时,特征寿命参数的估计值可以认为就是延寿试验机在原 新机全机疲劳(耐久性)载荷谱下的试验周期NS。
根据等损伤原则,将延寿试验机在原新机全机疲劳(耐久性)载 荷谱下的试验周期NS折算到当前飞行使用平均载荷谱下的疲劳(耐 久性)试验周期NY:
如果选取损伤度为后续飞行的平均载荷谱损伤度m'倍的载荷谱 作为延寿试验机全机疲劳试验载荷谱,则老龄飞机疲劳(耐久性)延 寿试验周期是在的基础上再缩短m'倍,则NY为:
由此可见,本发明的老龄飞机疲劳延寿试验周期的确定方法进一 步完善了现有老龄飞机疲劳(耐久性)延寿试验技术中不能确定不同 状态下老龄飞机剩余疲劳(耐久性)寿命疲劳分散系数的不足,为延 长老龄飞机疲劳(耐久性)服役寿命提供了强大的、可靠的技术支撑。
需要说明的是,上述实施例不以任何形式限制本发明,凡采用等 同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范 围内。
机译: 红外相机在疲劳试验轮胎过程中的非破坏性确定方法
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机译: 高周期疲劳试验机的非对称柱组件