航空发动机飞行载荷实时雨流计数模型及程序设计

一、前　　言　　航空发动机飞行载荷循环计数是数据处理的基本技术。目前 ,循环计数法很多 ,但对于构件的低周疲劳载荷循环计数 ,国内、外几乎全都使用雨流计数法 [1 ] 。这是因为雨流法的循环计数是根据构件材料的应力—应变特性进行的 ,所得到的载荷循环与材料的应力—应变迟滞回线相一致 ,而且国外一些试验结果表明 :使用雨流计数结果编制的载荷谱所做出的疲劳试验寿命与随机载荷历程做出的疲劳寿命比较接近[2 ] 。近年来 ,国内雨流计数技术与工程应用发展很快 ,其中实时雨流计数模型是雨流计数法的最新发展。这种实时雨流计数模型具有…     

基于疲劳-蠕变载荷等效转换的涡轮盘载荷谱编制及寿命预测

针对雨流计数法在峰谷值提取时进行等值压缩,忽略保载时间的问题进行了改进,提出了一种基于损伤曲线的疲劳-蠕变载荷等效转换方法。利用非线性疲劳损伤累积函数和损伤等效原则,建立了不同应力水平、不同保载时间下疲劳-蠕变载荷与疲劳载荷之间的等效换算模型。利用涡轮盘材料试验数据,计算了不同循环加载条件下的等效换算比,得到了其随保载时间的变化规律。利用改进的雨流计数法,编制了航空发动机高压涡轮盘载荷谱,并将其与寿命-时间分数预测法相结合,得到了涡轮盘剩余寿命。结果表明,改进的雨流计数法综合考虑了疲劳-蠕变耦合损伤对涡轮盘寿命造成的影响,相比于传统雨流计数法,寿命预测误差降低了15.02%,验证了该方法的有效性。     

基于频率雨流计数法的发动机振动疲劳载荷谱编制

传统雨流计数法适用于常规疲劳载荷计算,不能保留振动疲劳的频率信息,但是频率对于振动疲劳十分重要,因此在传统雨流计数法的基础上提出一种频率雨流计数法。以某型号发动机试车振动加速信号为例,采用振动疲劳载荷谱的编制方法,编制振动信号功率谱、载荷 - 频次载荷谱、振动疲劳载荷谱,对频率雨流计数法进行验证。结果表明:采用本文方法编制的载荷谱能够反映发动机实际工作载荷,满足实验室疲劳试验载荷谱要求。     

基于雨流计数法的随机声疲劳寿命估算方法研究

针对飞机结构中的声疲劳破坏问题,以雨流计数法的基本原理和计数规则为基础,研究了雨流计数法在Mallab语言中的具体实现方法并得到载荷谱,结合材料性能S-N曲线在Miner线性累积损伤理论准则下估算结构疲劳寿命.并以某航空薄壁柱壳结构为例进行疲劳寿命估算,取得了良好的效果,从而为结构的声疲劳寿命估算提供了一种可行的方法.     

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.     

关于航空发动机结构声疲劳寿命估算方法的探讨

噪声载荷是一种高频、宽带随机载荷,在低循环疲劳寿命预测中被广泛采用的时域计数法很难直接利用。根据现有的累积疲劳损伤理论,噪声载荷下结构疲劳寿命分析的关键在于如何在频域中获得雨流循环的概率密度函数。本文对从疲劳应力功率谱密度出发获得寿命估算所需要的应力峰值或应力雨流循环幅值的概率密度函数的方法进行了分析与比较,并对发动机结构声疲劳分析中值得深入研究及发展的方法给出了建议。      

基于雨流计数法和功率谱密度法的随机声疲劳应用研究

针对燃烧室火焰筒结构中的声疲劳问题,研究了2种用于随机声载荷下结构疲劳寿命预估的有效方法。雨流计数法实时计数模型计数简单,直接对载荷时间历程进行计数,克服了以往计数模型的局限性;基于iMner线性理论,提出了基于功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法,并建立了疲劳寿命预估模型。对某型航空发动机燃烧室火焰筒结构进行了疲劳寿命估算,结果表明2种方法对航空薄壁结构随机疲劳寿命分析具有实用性。     

航空发动机载荷谱计算方法研究

关于雨流计数法判别准则,不同文献给出的表达式并不统一,对不同的表达式进行了分析,建立了与应力应变迟滞循环理论相符的“三线法”雨流计数判别式。结合航空发动机飞行数据特点,利用3σ准则剔除伪数据,利用特定程序剔除“连续等值中间点”,获取了正确的峰谷序列。由于雨流计数中“二次调整”载荷次序时机的不同,存在两种载荷谱计算方法,并利用实例和试飞数据进行了对比分析,得出了两种计算方法都能够获得正确的载荷谱结果。最后通过计算分析获得了多个飞参发参载荷谱小循环剔除阀值,避免了统一固定阀值对有用循环数据的盲目剔除。计算方法和结论为后续载荷谱统计奠定了重要基础,也为其他结构载荷谱计算提供了参考。     

航空发动机载荷谱雨流计数法的改进算法

针对航空发动机寿命监控,为弥补四峰-谷值雨流计数法的不足,提出了等效载荷循环雨流计数法。该算法按时间顺序再现了载荷发生的全部过程,计算精度高,抗随机噪声干扰能力强,使得对载荷谱的分析更加准确。     

薄壁结构高温随机振动疲劳分析方法有效性验证

为了研究航空薄壁结构高温随机振动疲劳破坏机理,得到可靠的疲劳寿命分析方法,针对根部固支的GH188薄壁结构进行了数值仿真。重点研究了不同温度和不同振动量级组合下,薄壁结构危险点位置轴向动应力响应规律。采用改进的雨流计数法绘制出雨流循环矩阵和雨流损伤矩阵,结合疲劳累积损伤理论估算薄壁结构的疲劳寿命。通过高温随机振动疲劳试验对上述仿真结果进行验证。结果表明:数值仿真对结构破坏位置判断准确,不同温度和随机振动载荷作用下响应的计算值与试验值获得很好的一致性,响应峰值频率误差在1%~3%,结构疲劳寿命与试验结果处于同一量级,证明了高温随机振动疲劳分析方法的有效性和精度以及仿真结果的可靠性。     

基于飞行数据的航空发动机寿命监视系统设计

对飞行数据中反映发动机寿命损耗的参数进行处理,即野点剔除、峰谷点检测、无效幅值去除,在此基础上,应用一种新的实时雨流计数方法形成可用于寿命计算的标准循环,对发动机寿命影响较大的主要循环进行寿命消耗统计,应用线性累积损伤原理得到每次飞行后的使用寿命消耗百分数。设计了基于飞行数据的某型发动机寿命监视系统,并且建立寿命消耗数据库,为使用和维修该型发动机提供了重要的参考依据。     

逐次累积裂纹扩展计算的循环计数方法

给出一种疲劳损伤的累积方法,用于随机谱载下的裂纹扩展模型计算,该方法既能充分计及疲劳裂纹尖端材料的累积损伤作用,又提供了在裂纹扩展模型计算中实时考虑加载序列影响的可能性。本方法可应用于各类疲劳寿命及裂纹增长分析预测模型的计算,克服了以往方法中不能维持原有峰谷序列的缺陷,使模型计算过程更趋合理和符合实际的损伤机制,从而便于各种模型的发展、改进和评价。     

空测随机载荷的块模拟技术

为了提高航空叶片疲劳寿命预测的精度,本文探讨了随机载荷的块模拟技术;推导出了块谱划分的等效损伤数学模型;组建APPLEⅡ接口系统,用6502大汇编语言程序解决了振动谱的高频振动和综合场数据的快速处理,利用数学模型编程得到了适用于程控疲劳试验所需的块谱。     

飞机载荷谱编制的新方法研究

通过对国内外飞机平均载荷谱编制方法的研究,首先指出现有编谱方法存在的问题,最后给出一种以代表每种实测科目的中值寿命（或损伤）的起落进行编谱的新方法。按这种新方法编谱,可以保持实际飞行科目各动作间的真实先后顺序和各动作的真实载荷状态（载荷大小和作用位置,下同）,可以真实地反映出载荷作用顺序和真实载荷状态对寿命的影响,因此可以提高定寿的可靠性。本方法还可以大大简化编谱中的计数和计算,从而可以减少编谱的工作量,提高工作效率。     

关于雨流计数法的讨论及修正

在疲劳载荷的统计处理中,雨流计数法一直被认为是比较合理的循环计数方法,在国内外得到了广泛应用。本文结合对应力-应变响应的研究指出了它的不足,提出了修正雨流计数法。此外,对于现有的两种利用有效系数模拟应力-应变响应的方法也进行了讨论,并提出了修正有效系数法。     

现代遥测技术在直八飞行载荷实测中的应用

旋转动部件的飞行载荷实测一直是直升机研究所关注和难以解决的问题,而又是直升机寿命可靠性及疲劳载荷谱编制的重要依据。本文主要叙述研制的YC-24遥测系统原理和特点,以及在直8型机尾桨系统飞行载荷实测应用,为直升机旋转动部件的载荷测试提供了新的成功经验。     

基于DSM的发电侧与销售侧峰谷分时电价联动方案

峰谷分时电价是现阶段一种有效的需求侧管理(DSM)手段,有利于“削峰填谷”,提高电力系统的负荷率和运行的稳定性。考虑到现阶段暂时还不能实行竞价上网以及普遍存在发电侧与销售侧间利益分配不平衡的情况,为同时鼓励发电侧和销售侧执行峰谷分时电价,提出了发电侧与销售侧电价联动的设想,并进行了分析。首先探讨销售侧峰谷分时电价的测算方法,在此基础上研究和提出了一套发电侧峰谷电价与销售侧峰谷电价联动的方案,包括参加调峰的发电机组范围的确定,发电侧实行峰谷分时电价的确定以及发电机组间峰谷电量的分配。     

航空发动机飞行载荷谱的预测

提出了基于飞机的设计飞行任务剖面、飞行力学及发动机原理的发动机飞行载荷的预测方法,即首先将飞机的设计飞行任务剖面通过飞行力学的基本原理转化为发动机的推力（或油门）剖面,然后通过发动机性能计算获得发动机的其它工作状态参数,从而获得发动机的飞行载荷谱。