运输类飞机阵风载荷与机动载荷识别算法.pdf

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1、第47卷第2期2015年4月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics＆AstronauticsV01．47No．2Apr．2015运输类飞机阵风载荷与机动载荷识别算法闫楚良杜晓坤李五一刘力宏(北京飞机强度研究所，北京，100083)摘要：针对运输类飞机的飞行特点，基于姿态角争相关重心过载参数变化，提出了运输类飞机的阵风与执动裁荷识别算法。利用Matlab进行算法鳊程，通过实测栽荷数据实例，验证了该算法的有效性，为新机结构可靠性设计和全尺寸疲劳试验

2、提供了参考数据。关键词：运输类飞机；阵风栽荷；机动载荷；识别；疲劳可靠性中图分类号：V215．5；THll4文献标志码：A文章编号：1005—2615(2015)02—0308—06DistinctionAlgorithmBetweenGustLoadandManeuverLoadofTransportAircraftYanChuliang，DuXiaokun，LiWuyi，LiuLihong(BeijingAircraftStrengthInstitute，Beijing，100083，China)A

3、bstract：Accordingtotheflightcharacteristicsofthetransportaircraft，analgorithmfordistinctionbe—tweengustloadandmaneuverloadisproposedbasedonthechangesofattitudeangleandloadfactor．TheresultsofrunningthealgorithminMatlabshowtheeffectivenessofthealgorithm，wh

4、ichprovidesareferencebasisfortransportaircraftreliabilitydesignandfullscalefatiguetest．Keywords：transportaircraft；gustload；maneuverload；distinction；fatiguereliability飞机飞行时所承受的载荷一般分为两类：机动载荷和阵风载荷。机动载荷是驾驶人员操作引起的载荷，它与飞行科目、飞行机动性能、飞机使用情况、飞行训练大纲以及驾驶人员的经验有很大关系[1

5、]。阵风载荷是飞机在不平稳大气中飞行，由扰动气流而引起的载荷，这种载荷环境与飞机本身无关。对强击型、歼击型和教练类飞机而言，由于此类飞机在飞行中机动动作多，动作量大，动作频繁，动作幅度变化大且变化剧烈，因此机动载荷是造成其疲劳损伤的主要原因，相对而言对阵风载荷不够敏感。而运输类飞机在飞行过程中主要承受着地一空一地载荷，因此，对阵风载荷造成的疲劳损伤极为敏感[2．6

6、。对运输类飞机而言，机动载荷谱和阵风载荷谱是飞机结构寿命可靠性设计的重要科学依据。而在飞机实际飞行过程中，阵风载荷和机动载荷往往是叠合在一起

7、的，不容易进行区分识别。赖特空气开发部提出“两秒准则”，即认为持续时间大于两秒的过载是由操纵系统引起的，持续时间小于两秒的过载是由阵风产生的；美国联邦航空管理局和NASA提出了用倾斜角区分阵风载荷与机动载荷的方法；荷兰国家航空航天实验室提出用倾斜角以及俯仰角区分阵风载荷和机动载荷，但是并没有给出具体的方法[7_8]。本文提出了一种阵风与机动时段识别方法，在阵风与机动时段内对机动载荷与阵风载荷分别进行雨流法统计计数[。]，并通过Matlab进行算法编程，利用某型飞机的实测载荷数据进行算法的优化和检验，验证

8、了该算法的实用性，对飞机结构可靠性设计和全尺寸疲劳试验的阵风载荷谱与机动载荷谱基金项目：国家自然科学基金(50135010)资助项目。收稿日期：2014—11-24；修订日期：2014—12—29通信作者：闫楚良，研究员，博士生导师，E-mail：yancl@sina．COl。第2期曰楚良，等：运输类飞机阵风载荷与机动载荷识别算法309的确定具有参考意义[1¨¨。1阵风载荷与机动载荷识别算法1．1阵风载荷与机动载荷识别准则飞机的任何动作可以分为3个基本动作：滚转、偏转和俯仰。因此可通过滚转角、偏航角和俯

9、仰角3个姿态角来判断是否有机动动作产生。而3个基本动作依次由飞行员通过操纵副翼、方向舵和升降舵3个主操纵面来产生。故此，机动载荷变化一般比较缓慢，并会持续一段时间。相反，阵风载荷变化较为剧烈，时间相对短促[1}14]。根据阵风载荷与机动载荷变化特点，在实测数据处理时，阵风载荷与机动载荷判断条件为：(1)以3个姿态角为主要判断依据，对于飞机不同飞行载荷参数，阵风与机动载荷识别时所采用的姿态角不同。如偏航角的变化主要引起飞机水平方向载荷变化，飞