航空发动机飞行任务剖面统计规律研究

采用某型教练机发动机的实测飞行数据,以飞行剖面转速循环中的主循环为当量疲劳损伤特征,进行了飞行任务剖面统计规律的研究,重点研究不同飞行员操作所造成的损伤差异。研究表明:由于飞行员驾驶水平的不同,相同飞行任务对发动机造成的低循环疲劳损伤呈正态分布,但不同飞行任务正态分布的统计参数是不同的,这种差异不会因为飞行员操作水平不同而显著改变。      

基于飞行参数的双发飞机发动机疲劳损伤差异分析

为给飞机发动机单机寿命监控提供依据,对两个用户的同型飞机发动机进行疲劳寿命分析。应用雨流计数法统计分析两个用户飞行参数,获得发动机使用载荷谱。应用线性累积损伤理论计算出关键件的疲劳损伤,将其与标准循环疲劳损伤比较,得到发动机飞行换算率。将同侧发动机的飞行换算率、同一飞机左右发的飞行换算率以及两个用户之间的发动机飞行换算率进行比较。计算表明:同一用户同侧发动机飞行换算率之间和两个用户之间的飞行换算率差异较大,同一飞机左右发飞行换算率之间存在一定差异,部分飞机左右发相差较大;两个用户总体的发动机飞行换算率和各个用户内部的发动机飞行换算率均服从对数正态分布;发动机在实际使用中的高低压转子飞行换算率均服从对数正态分布。     

航空发动机疲劳损伤当量累积法

以发动机每次工作中转速变化造成的最大疲劳损伤为当量损伤特征值 ,从飞行参数数据中提取发动机转速变换循环进行当量损伤转换、合并 ,提出了疲劳损伤当量累积法 ,并对某型发动机的飞行实测数据进行了初步验证分析     

发动机机动飞行类综合载荷谱研究

按照疲劳、蠕变以及热冲击损伤等效的原则 ,保证实测飞行载荷谱和综合载荷谱主要循环数、各功率状态持续时间以及主要功率状态的变化顺序相同 ,推导了某发动机机动飞行类综合载荷谱 ,为编制该发动机的加速任务试车谱提供了依据。首先根据空测结果对机动飞行任务剖面进行分类和飞行任务段的识别 ,然后统计发动机功率或转速的雨流计数循环以及各载荷状态持续的时间 ,并分析次循环对发动机造成的损伤情况 ,以决定取舍。将各机动飞行任务的同类任务段和同类载荷循环乘以任务混频后进行加权平均即得到机动飞行类综合载荷谱。最后根据发动机的高度—速度特性计算出发动机的工作参数谱     

多无人机飞行控制系统设计与轨迹规划

为解决无人机单机任务的不足,提出了一种多参数分段式无人机轨迹规划方法,并基于此完成了四种编队队形的设计,设计并实现了多无人机编队飞行控制系统。通过开展编队飞行试验验证发现,轨迹跟踪偏差小于0. 16m,多自由度飞行速度平均误差0. 0093m/s,多无人机间距远大于无人机轴间距的2倍,验证了编队飞行控制系统的有效性。     

某型发动机150 h持久试车涡轮部件寿命消耗研究

基于某型航空发动机的技术特征,应用有限元素法分析了该型发动机涡轮部件的模拟稳态温度场和应力场,确定了叶片和轮盘的寿命分析考核点。利用采集到的473组飞行任务参数记录和150h持久试车数据,基于EGD-3疲劳分析理论和Miner线性累积损伤理论计算了叶片和轮盘各考核点的低循环疲劳损伤。采用插值法和拉森-米勒公式,分别计算了叶片和轮盘的持久损伤,并利用时间-循环分数相加法进行了疲劳/持久损伤分析,得到了叶片和轮盘各考核点的总损伤。按照等效损伤原则,完成了该型发动机150h持久试车寿命消耗向外场飞行使用寿命消耗的等当量换算。     

多轴随机载荷下的疲劳寿命估算方法

提出了一种多轴随机载荷下的疲劳寿命预测方法.通过雨流计数法对各平面上的剪应变进行循环计数,以统计出的剪应变循环作为多轴疲劳损伤的主要控制参数,将各剪应变循环历程内对应的最大正应力和正应变变程作为多轴疲劳损伤的第二控制参数.根据多轴疲劳寿命模型计算出各平面上的损伤,以最大损伤平面作为多轴随机疲劳的临界平面,通过该临界平面上的损伤计算出多轴随机载荷下的疲劳寿命.采用SNCM630钢,304不锈钢和S45C钢3种金属材料的多轴随机疲劳试验数据对提出的寿命预测方法进行评估和验证.结果表明:疲劳寿命预测结果大都分布在试验结果的2倍分散带之内.     

航空涡轮发动机主轴使用寿命实验研究

本文论述了航空涡轮发动机主轴损伤换算比的确定方法。根据线性累积疲劳损伤理论和S-N曲线,采用不同寿命主轴的剩余寿命对比试验,可获得飞行换算率A_p。预定安全标准循环寿命除以A_p,就可以获得发动机主轴的使用寿命(小时)。本文进一步介绍了在机动飞行和螺旋载荷掺合作用下目标寿命的确定方法。     

发动机航线类综合载荷谱研究

在空测和外场使用统计的基础上,根据综合任务谱和实际的飞行任务谱对发动机造成的疲劳和蠕变以及热冲击损伤一致的原则,在推导过程中保证两种谱的载荷循环数相同、各功率状态持续的时间相同以及主要的功率状态的变化顺序相同,将某发动机５种航线类飞行任务和地面功能检查试车任务进行综合,得到航线类综合任务谱。然后根据发动机的高度－速度特性和飞行高度与速度计算出该发动机的航线类转速谱。综合任务谱和相应的转速谱的获得为     

发动机飞行载荷可靠性分析

本文在大量飞行试验实际测量数据和相当数量外场使用数据上,进行较为全面统计分析,运用可靠性理论分析美军用标准发动机通用规范 ( MIL- E- 50 0 7D)和发动机结构完整性大纲( MIL - STD- 1783)有关设计任务论述,对用 2倍设计任务进行发动机低循环疲劳寿命计算和试验要求,作了理论性探讨,并为某发动机飞行试验实测数据的统计分析所证实。      

腐蚀条件下LD2航空铝合金裂纹扩展规律研究

 腐蚀损伤会加速飞机结构的疲劳裂纹扩展,缩短飞机疲劳寿命。以LD2航空铝合金材料为研究对象,通过在实验室内模拟飞机服役环境进行加速腐蚀试验,得到不同腐蚀时间下的试验件,并在MTS-810疲劳机上对不同腐蚀时间下的试验件进行疲劳试验,得到不同腐蚀年限下的疲劳断口形貌。通过断口判读分析,得到不同腐蚀年限下的裂纹扩展数据(a,N)。从不同腐蚀时间下的裂纹扩展数据研究分析,得到裂纹长度与循环次数符合指数函数的形式,即裂纹扩展速率与裂纹长度成正比,其斜率依赖于腐蚀损伤与疲劳载荷两个因素,而且在同一应力水平下,其斜率与腐蚀时间呈线性关系,并且其截距与应力水平也呈线性关系。     

舵面破损对飞机轴间运动耦合飞行品质的影响

为研究舵面破损对电传控制飞机轴间运动耦合飞行品质的影响,选取了能够反映飞机多轴运动耦合特性的飞行品质评定任务,建立了舵面破损飞机的飞行动力学模型,选取了适用于表征飞机轴间运动耦合程度的特征参数,形成了基于任务的角速率指令式电传控制飞机轴间运动耦合飞行品质的评定方法。采用该方法对具有不同舵面破损程度的算例飞机开展了飞行品质评估试验,得到了能够量化舵面破损对角速率指令式电传控制飞机飞行品质影响的特征参数取值规律。研究结果对于舵面破损情形下飞机飞行安全与作战效能评估等均有一定的理论参考价值。     

飞机减摆器断轴失效分析及改进设计研究

飞机减摆器是防止前轮摆振和传力的关键构件,减摆器轴断裂失效将严重危及飞行安全,使用中曾多次发生断裂.本文应用飞机疲劳断裂理论对该构件进行了疲劳强度计算和断裂原因分析,其结论与该构件的实际断口分析是相符的,属于疲劳断裂,并在此基础上提出预防断轴的措施和在减摆活塞上加装双向安全活门的改进研究建议.     

基于增量考核的飞机延寿方法与应用

为深度挖掘老龄飞机的寿命潜力,提出并应用了基于增量考核的飞机延寿方法。以寿命增量考核为主线,围绕定基点、再更新、获增量展开。通过将体现飞机使用严重程度的当量飞行小时作为延寿基点,科学处理了老龄飞机已消耗寿命。开展4种不同状态到寿飞机的深度拆毁与损伤评估,全面掌握机体疲劳关键薄弱部位,确立机体结构修理基点。建立以疲劳薄弱部位耐久性修理为核心、关键部位新型增材修复、隐蔽区域高精度损伤检测为支撑的规范性飞机延寿大修技术体系。以较小的重量代价,大幅改善了机体结构原有疲劳品质,实现对累积损伤"清零"与结构状态"统一",消除所有影响飞行安全的隐患与故障,实现了对机体结构的"再更新"。进而通过全尺寸疲劳试验系统验证更新飞机的寿命增量,形成了完整的飞机结构修理与延寿相结合的技术体系。     

不同损伤尺寸铝合金结构疲劳寿命分散性研究

飞机损伤结构疲劳寿命分散系数是分析损伤结构疲劳寿命分散程度的重要参数。针对飞机常用铝合金材料，开展预置损伤试验件疲劳测试。采用相关系数比较法，判断损伤结构剩余疲劳寿命分布类型；通过断口观察和数据统计处理，分析损伤与疲劳寿命关系及含损伤结构剩余疲劳寿命分散性规律。结果表明：含损伤结构剩余疲劳寿命更加符合威布尔分布；含预置损伤结构较未预置损伤结构疲劳寿命下降明显，随预置损伤尺寸增加，结构剩余疲劳寿命逐步降低，剩余疲劳寿命分散性增大，不同初始损伤结构疲劳寿命分散性差异较大。本文研究为建立飞机不同损伤尺寸铝合金结构疲劳寿命分散系数模型提供参考依据。     

Individual aircraft life monitoring: An engineering approach for fatigue damage evaluation

Individual aircraft life monitoring is required to ensure safety and economy of aircraft structure, and fatigue damage evaluation based on collected operational data of aircraft is an integral part of it. To improve the accuracy and facilitate the application, this paper proposes an engineering approach to evaluate fatigue damage and predict fatigue life for critical structures in fatigue monitoring. In this approach, traditional nominal stress method is applied to back calculate the S-N curve parameters of the realistic structure details based on full-scale fatigue test data. Then the S-N curve and Miner’s rule are adopted in damage estimation and fatigue life analysis for critical locations under individual load spectra. The relationship between relative small crack length and fatigue life can also be predicted with this approach. Specimens of 7B04-T74 aluminum alloy and TA15M titanium alloy are fatigue tested under two types of load spectra, and there is a good agreement between the experimental results and analysis results. Furthermore, the issue concerning scatter factor in individual aircraft damage estimation is also discussed.     

腐蚀/疲劳交替作用下飞机金属材料疲劳寿命计算方法

 使用环境下飞机金属结构剩余寿命评定是确定飞机结构疲劳寿命与日历寿命关系的关键。为此,本文模拟飞机结构经历的"地面腐蚀+空中疲劳"过程,提出了腐蚀/疲劳交替作用下飞机金属材料的疲劳寿命计算方法。首先,通过分析2A12-T4铝合金试样预腐蚀/疲劳试验结果,发现其在模拟腐蚀/疲劳交替作用时计算得到的疲劳寿命偏于保守。随后,根据2A12-T4铝合金试样真实的交替试验结果,采用回归算法,建立了基于均匀分布耦合损伤形式的腐蚀/疲劳交替寿命计算模型;并分别采用BP、Elman神经网络对上述模型的计算结果进行验证。结果表明,本文提出的均匀分布耦合损伤模型计算结果与真实试验结果吻合较好;通过进一步的计算与试验对比发现,该模型也可以用于加载循环与腐蚀周期组合发生变化时的疲劳寿命预测,具有较好的适用性。     

舵面特性对飞翼构型作战飞机短周期品质的影响

 飞翼构型作战飞机采用无尾翼身融合布局,由于取消了平尾,使其稳定性及阻尼特性下降,需要操纵面具有良好的舵面特性才能保证其获得满意的飞行品质。采用3种不同的短周期飞行品质评定方法,评定小展弦比飞翼构型飞机在不同舵面特性组合情况下的飞行品质,并总结了舵面特性与短周期飞行品质等级间的关系,给出了依据操纵导数和舵面偏转速率大小所划分的品质优劣边界。结果表明,舵面特性变差将导致飞翼构型飞机的短周期飞行品质恶化。研究方法及结果可用于指导此类新布局飞机的初步设计和飞行品质的评定。     

机体结构AE信号的统计分析研究

对机体结构声发射数据的表征参数进行分析,建立了数据处理的统计模型,并运用该模型分析了某型飞机全机疲劳试验和某现役飞机随机机载声发射监测数据,提出了结构损伤判据,可供实际应用。