(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112699478 A(43)申请公布日 2021.04.23
(21)申请号 202011610448.7(22)申请日 2020.12.29
(71)申请人 中国航空工业集团公司西安飞机设
计研究所
地址 7100 陕西省西安市阎良区人民东
路1号(72)发明人 雷晓欣 纪露明 朱亮 张彦军
闵强 (74)专利代理机构 中国航空专利中心 11008
代理人 秦媛媛(51)Int.Cl.
G06F 30/15(2020.01)G06F 30/28(2020.01)G06F 119/14(2020.01)
权利要求书3页 说明书5页 附图1页
CN 112699478 A(54)发明名称
一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法(57)摘要
本发明提供一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，根据飞机类型、机翼结构参数及机翼气动参数，计算飞机编谱的阵风过载和机动过载，按照飞机的典型任务剖面，确定各任务段的载荷谱类型，所述载荷谱类型包括随机谱、当量谱、定态载荷，各任务段包含：起飞滑行、襟翼收起、爬升、巡航、下降、襟翼打开、着陆撞击、着陆滑行，根据典型任务剖面参数、阵风过载、机动过载编制三级阵风/机动随机谱，根据飞机类型对应的着陆撞击/地面滑行累积曲线，编制着陆撞击/地面滑行当量谱，根据三级阵风/机动随机谱形成3×3谱飞行矩阵，从而根据3×3谱飞行矩阵、着陆撞击/地面滑行当量谱、定态载荷构成机翼试验载荷谱。
CN 112699478 A
权 利 要 求 书
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1.一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，其特征在于，所述方法包括：S1，根据飞机类别、总体结构参数及机翼气动参数，计算飞机编谱的阵风过载和机动过载；
S2，按照飞机的典型任务剖面，确定各任务段的载荷谱类型，所述载荷谱类型包括随机谱、当量谱、定态载荷，各任务段包含：起飞滑行、襟翼收起、爬升、巡航、下降、襟翼打开、着陆撞击、着陆滑行；
S3，根据典型任务剖面参数、阵风过载、机动过载编制三级阵风/机动随机谱；S4，根据飞机类别对应的着陆撞击/地面滑行累积曲线，编制着陆撞击/地面滑行当量谱；
S5，根据三级阵风/机动随机谱形成3×3谱飞行矩阵，从而根据3×3谱飞行矩阵、着陆撞击/地面滑行当量谱、定态载荷构成机翼试验载荷谱。
2.根据权利要求1所述的一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，其特征在于，飞机总体结构参数，包括飞机结构设计巡航速度VC，飞机翼载W/S
机翼气动参数包括机翼升力线斜率m。
3.根据权利要求1所述的一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，其特征在于，S1中，所述阵风过载：
式中AnLLF为阵风过载增量；U是当量阵风速度；
突风和缓系数
4.根据权利要求1所述的一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，其特征在于，所述机动过载：
n′n′z×G＝max(n′z1×G1，zi×Gi)其中，n′z1是通用类飞机的第一种飞机类别对应的机动过载；G1是通用类飞机的第一种飞机类别对应的最大起飞重量；n′zi通用类飞机的第i种飞机类别对应的机动过载；Gi是通用类飞机的第i种飞机类别对应的最大起飞重量；通用类飞机类别包括正常类飞机、实用类飞机、特级类飞机、和通勤类飞机等4种。5.根据权利要求1所述的一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，其特征在于，S2中，确定各任务段的载荷谱类型，具体为：
爬升、巡航和下降任务段采用3×3谱；起飞/着陆滑行和着陆撞击任务段采用当量谱；
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权 利 要 求 书
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襟翼收起/放下任务段采用定态载荷，各任务段1g飞行状态采用定态载荷。
6.如权利要求1所述的一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，其特征在于，S3，具体为：
(S31)获取典型任务剖面的任务段参数，根据任务段参数形成每小时/每飞行次数阵风/机动累积曲线，并进行数据拟合，得到曲线方程An/Anllf＝a·logN+b，其中An为过载增量，Anllf为过载增量，N为累积发生次数，a、b为拟合参数；
(S32)对阵风/机动累积曲线，按照过载增量差/过载增量＝ΔAn/Anllf＝0.05进行离散，得到阵风/机动曲线离散载荷级；
(S33)对阵风/机动曲线离散载荷级按最小化保留3级，最高级为高载限，最低级为低载限，中间级中离散每次发生数小于10‑3次的载荷级等损伤折算到最高级，其余中间级等损伤
‑1
从而形成三级阵风/机动随机谱。折算到每次飞行发生次数为10次的载荷级，
7.如权利要求1所述的一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，其特征在于，S4，具体为：
(S41)按照飞机类型，选取适用的着陆撞击/地面滑行累积曲线，对曲线数据分段线性拟合，得到着陆撞击拟合曲线VV＝ailgN+bi，其中VV为下沉速度，N为累积发生频次；地面滑行拟合曲线An/Anllf＝ai·logN+bi，An为过载增量，Anllf为过载增量，N为累积发生次数，a、b为拟合参数；
(S42)对着陆撞击累积曲线进行当量计算，得到着陆撞击当量谱：
当量循环数式中：当量下沉速度
VV为下沉速度；N为累积发生次数；a、b为拟合参数S‑N曲线斜率1/lg S＝m
(S43)对地面滑行累积曲线进行当量计算，得到地面滑行当量谱：
其中，Δgeq为地面滑行当量谱中的当量过载增量；Neq′为地面滑行当量谱中的当量循环数；S‑N曲线斜率1/lgS＝m；
8.如权利要求1所述的一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，其特征在于，S5，具体为：
(S51)按照飞机设计寿命的十分之一确定机翼试验载荷谱的谱块起落数，根据三级阵风/机动随机谱，将谱块起落数，分为三类飞行：A类飞机为最粗暴的飞行类型，其发生起落数占谱块总起落数的5％，B类飞机为较粗暴的飞行类型，其发生起落数占谱块总起落数的
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权 利 要 求 书
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30％，C类飞机为最平稳的飞行类型，其发生起落数占谱块总起落数的75％；这三类飞行对应着三种不同级别的阵风/机动载荷谱，A类飞行包括三级阵风/机动谱中的所有载荷，B类飞机包括除最高级载荷以外的另外两级载荷，C类飞机仅包括最小的阵风/机动载荷，形成3×3的载荷矩阵；
(S52)将阵风/机动谱，着陆撞击/地面滑行谱，其他任务段定态载荷，按照典型任务剖面中任务段发生的先后顺序，形成A、B、C完整飞行起落载荷谱；
(S53)，对谱块内的起落发生次数进行随机，形成最终的机翼试验载荷谱。
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说 明 书
一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法
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技术领域
[0001]本发明属于飞机的疲劳试验技术领域，涉及一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法。
背景技术
[0002]为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法。
[0003]机翼结构是飞机的主要结构，飞机的空中载荷主要由机翼结构承担，一旦出现结
机翼及其连接必须进行疲劳评定，通常采构问题，会导致灾难性后果，因此CCAR23‑R3要求，
用的方法均为试验验证。
[0004]而通用类飞机机翼载荷谱在适航相关文件仅给出分析谱的编制方法，结果不能直接应用于试验，而现阶段民用飞机常用的5×5载荷谱编制方法对通用类飞机来说也很复杂，需要在试验中耗费很大的人力、物力和时间成本。发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，适用于通用类飞机机翼试验的载荷谱，解决结构考核真实性和试验成本周期的问题。[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。[0007]一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，所述方法包括：[0008]S1，根据飞机类别、总体结构参数及机翼气动参数，计算飞机编谱的阵风过载和机动过载；[0009]S2，按照飞机的典型任务剖面，确定各任务段的载荷谱类型，所述载荷谱类型包括随机谱、当量谱、定态载荷，各任务段包含：起飞滑行、襟翼收起、爬升、巡航、下降、襟翼打开、着陆撞击、着陆滑行；[0010]S3，根据典型任务剖面参数、阵风过载、机动过载编制三级阵风/机动随机谱；
[0011]S4，根据飞机类别对应的着陆撞击/地面滑行累积曲线，编制着陆撞击/地面滑行当量谱；[0012]S5，根据三级阵风/机动随机谱形成3×3谱飞行矩阵，从而根据3×3谱飞行矩阵、着陆撞击/地面滑行当量谱、定态载荷构成机翼试验载荷谱。[0013]本发明技术方案的特点和进一步的改进为：[0014](1)飞机总体结构参数，包括飞机结构设计巡航速度VC，飞机翼载W/S[0015]机翼气动参数包括机翼升力线斜率m。[0016](2)S1中，所述阵风过载：
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说 明 书
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[0017]
[0018][0019]
式中AnLLF为阵风过载增量；U是当量阵风速度；
[0020]
(3)所述机动过载：
[0022]n×G＝max(n′×G，zz11nzi×Gi)[0023]其中，n′z1是通用类飞机的第一种飞机类别对应的机动过载；[0024]G是通用类飞机的第一种飞机类别对应的最大起飞重量；1
[0025]n′通用类飞机的第i种飞机类别对应的机动过载；zi
[0026]G是通用类飞机的第i种飞机类别对应的最大起飞重量；i
[0027]通用类飞机类别包括正常类飞机、实用类飞机、特级类飞机、和通勤类飞机等4种。[0028](4)S2中，确定各任务段的载荷谱类型，具体为：[0029]爬升、巡航和下降任务段采用3×3谱；起飞/着陆滑行和着陆撞击任务段采用当量谱；襟翼收起/放下任务段采用定态载荷，各任务段1g飞行状态采用定态载荷。[0030](5)S3，具体为：[0031](S31)获取典型任务剖面的任务段参数，根据任务段参数形成每小时/每飞行次数阵风/机动累积曲线，并进行数据拟合，得到曲线方程An/Anllf＝a·logN+b，其中An为过载增量，Anllf为过载增量，N为累积发生次数，a、b为拟合参数；[0032](S32)对阵风/机动累积曲线，按照过载增量差/过载增量＝ΔAn/Anllf＝0.05进行离散，得到阵风/机动曲线离散载荷级；[0033]最高级为高载限，最低级为(S33)对阵风/机动曲线离散载荷级按最小化保留3级，低载限，中间级中离散每次发生数小于10‑3次的载荷级等损伤折算到最高级，其余中间级等损伤折算到每次飞行发生次数为10‑1次的载荷级，从而形成三级阵风/机动随机谱。[0034](6)S4，具体为：[0035](S41)按照飞机类型，选取适用的着陆撞击/地面滑行累积曲线，对曲线数据分段线性拟合，得到着陆撞击拟合曲线VV＝ailgN+bi，其中VV为下沉速度，N为累积发生频次；地面滑行拟合曲线An/Anllf＝ai·logN+bi，An为过载增量，Anllf为过载增量，N为累积发生次数，a、b为拟合参数；[0036](S42)对着陆撞击累积曲线进行当量计算，得到着陆撞击当量谱：
[0037]
[0021]
当量循环数
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CN 112699478 A[0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044][0045]
说 明 书
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式中：当量下沉速度
VV为下沉速度；N为累积发生次数；a、b为拟合参数S‑N曲线斜率1/lg S＝m
(S43)对地面滑行累积曲线进行当量计算，得到地面滑行当量谱：
其中，Δgeq为地面滑行当量谱中的当量过载增量；
[0047]N′eq为地面滑行当量谱中的当量循环数；[0048]S‑N曲线斜率1/lgS＝m；[0049](7)S5，具体为：[0050](S51)按照飞机设计寿命的十分之一确定机翼试验载荷谱的谱块起落数，根据三级阵风/机动随机谱，将谱块起落数，分为三类飞行：A类飞机为最粗暴的飞行类型，其发生起落数占谱块总起落数的5％，B类飞机为较粗暴的飞行类型，其发生起落数占谱块总起落数的30％，C类飞机为最平稳的飞行类型，其发生起落数占谱块总起落数的75％；这三类飞行对应着三种不同级别的阵风/机动载荷谱，A类飞行包括三级阵风/机动谱中的所有载荷，B类飞机包括除最高级载荷以外的另外两级载荷，C类飞机仅包括最小的阵风/机动载荷，形成3×3的载荷矩阵；[0051](S52)将阵风/机动谱，着陆撞击/地面滑行谱，其他任务段定态载荷，按照典型任务剖面中任务段发生的先后顺序，形成A、B、C完整飞行起落载荷谱；[0052]对谱块内的起落发生次数进行随机，形成最终的机翼试验载荷谱。(S53)，
[0053]本发明提供一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，根据飞机类型、机翼结构参数及机翼气动参数，计算飞机编谱的阵风过载和机动过载，按照飞机的典型任务剖面，确定各任务段的载荷谱类型，所述载荷谱类型包括随机谱、当量谱、定态载荷，各任务段包含：起飞滑行、襟翼收起、爬升、巡航、下降、襟翼打开、着陆撞击、着陆滑行，根据典型任务剖面参数、阵风过载、机动过载编制三级阵风/机动随机谱，根据飞机类型对应的着陆撞击/地面滑行累积曲线，编制着陆撞击/地面滑行当量谱，根据三级阵风/机动随机谱形成3×3谱飞行矩阵，从而根据3×3谱飞行矩阵、着陆撞击/地面滑行当量谱、定态载荷构成机翼试验载荷谱。
附图说明
[0054]图1是机翼结构着陆撞击累积曲线拟合示意图。
具体实施方式
[0055]本发明方法已应用到某型飞机全尺寸机翼及其连接疲劳试验载荷谱编制工作，一
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[0046]
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说 明 书
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种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，已知飞机类型、目标寿命、典型任务剖面、机翼结构参数、机翼气动参数和机翼疲劳载荷，包含以下内容：[0056]1)根据飞机类型、结构及气动参数，计算获取飞机编谱可用的阵风过载，机动过载；
[0057]
[0058]
式中U是当量阵风速度，30ft/s；
[0059]
VC是飞机结构设计巡航速度；
[0061]W/S是飞机翼载；
[0062]m是机翼升力线斜率；[0063]n′对应飞机正z＝max(n′z1×G1,n′z2×G2)/G＝max(4.0×1200,4.4×900)＝4.0，常使用，重量1200kg
[00]2)按照典型任务剖面，分析确定各任务段的载荷谱类型，包括随机谱、当量谱、定态载荷；
[0065]谱中，爬升、巡航和下降任务段采用3×3谱；起飞/着陆滑行和着陆撞击任务段采用当量谱；襟翼收起/放下、起落架收起/放下和各任务段1g采用定态载荷。[0066]3)编制阵风/机动试验谱；[0067](a)按照典型剖面任务段参数，形成每小时/每飞行次数阵风/机动累积曲线，并进行数据拟合，得到曲线方程An/Anllf＝a·logN+b，其中An/Anllf为过载增量系数，N为累积次数，a、b为拟合参数。[0068]由于爬升、下降任务段时间很短，且通用阵风累积超越曲线不区别飞行高度，因此，上述任务段均归并到巡航任务段；按三个任务段的总时间/距离，将没海里累积频数，发展为XX飞机每小时/每次飞机累积频数，并进行曲线拟合得到曲线方程An/Anllf＝‑0.12·
见图1。logN+0.4，
[0069](b)对阵风/机动累积曲线进行高载截取，截取限为每倍寿命累积出现10次；对阵风/机动发生曲线进行低载截除，截除限为每次起落出现10次。[0070](c)对阵风/机动累积曲线，按照ΔAn/Anllf＝0.05进行离散。[0071]按照ΔAn/Anllf＝0.05，对阵风累积曲线进行离散，共分为12个载荷级。[0072](d)对阵风/机动曲线离散载荷级进行简化，按最小化保留3级，最高级为高载限，最低级为低载限，中间级中离散每次发生数小于10‑3次的载荷级等损伤折算到最高级，其余中间级等损伤折算到每次飞行发生次数为10‑2次的载荷级.
[0060]
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说 明 书
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按照上述原则形成的3及阵风谱，第一级阵风过载增量0.7，每次飞行发生频次
1.00E+01；第二级阵风过载增量1.4，每次飞行发生频次1.20E‑02；；第三极阵风过载增量1.9，每次飞行发生频次5.03E‑03。
[0074]4)编制着陆撞击/地面滑行试验谱；[0075](a)按照飞机类型，选取适用的着陆撞击/地面滑行累积曲线，对曲线数据分段线性拟合，着陆撞击拟合曲线VV＝ailgN+bi，其中VV为下沉速度，N为发生频次；地面滑行拟合曲线An/Anllf＝ai·logN+bi，An/Anllf为过载增量系数，N为累积次数，a、b为拟合参数。[0076](b)按照曲线型载荷谱，对着陆撞击累积曲线进行当量计算
[0077]
[0078][0079]
(c)对地面滑行累积曲线进行当量计算，‑1/lgS＝‑3.2274
5)分析形成3×3谱飞行矩阵，构成飞行起落谱。[0080](a)对3级阵风/机动谱进行分析，形成包括A、B、C共3类飞行，每类飞行包括3种载荷级的3×3谱飞行矩阵。[0081](b)按照载荷谱类型，将阵风/机动谱，着陆撞击/地面滑行谱，其他任务段定态载荷，编制形成A,B,C完整飞行起落载荷谱。[0082](c)按照十分之一寿命期确定载荷谱块，进行谱块内起落随机，形成最终的机翼试验载荷谱块。
[0083]本发明提供一种通用飞机机翼试验载荷谱编制方法，根据飞机类型、机翼结构参数及机翼气动参数，计算飞机编谱的阵风过载和机动过载，按照飞机的典型任务剖面，确定各任务段的载荷谱类型，所述载荷谱类型包括随机谱、当量谱、定态载荷，各任务段包含：起飞滑行、襟翼收起、爬升、巡航、下降、襟翼打开、着陆撞击、着陆滑行，根据典型任务剖面参数、阵风过载、机动过载编制三级阵风/机动随机谱，根据飞机类型对应的着陆撞击/地面滑行累积曲线，编制着陆撞击/地面滑行当量谱，根据三级阵风/机动随机谱形成3×3谱飞行矩阵，从而根据3×3谱飞行矩阵、着陆撞击/地面滑行当量谱、定态载荷构成机翼试验载荷谱。
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说 明 书 附 图
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