[发明专利]一种无人机阵风载荷谱快速编制方法

说明书

本发明属于航空器结构疲劳寿命设计领域，涉及一种无人机阵风载荷谱快速编谱方法；选取无人机的一组“基准状态参数”，采用连续紊流分析仅计算一次阵风响应“基准特征频率”，对于任意任务段的飞行状态，直接采用多元线性回归法获取该任务段的阵风响应特征频率。最后根据一个寿命周期各类任务段时间，计算各级阵风速度的超越数，进而完成阵风载荷谱的快速编制。本发明仅需构建一次关键状态参数比值与阵风响应特征频率比值的多元回归方程，可实现设计载荷谱、实测载荷谱和单机载荷谱的快速编制，从而缩短编谱周期；该方法体系简洁高效，且具有良好的工程适用性，可推广至各类航空飞行器。

技术领域

本发明属于航空器结构疲劳寿命设计领域，涉及一种无人机阵风载荷谱快速编谱方法。

背景技术

大气紊流所致的阵风载荷对于无人机机体结构的疲劳寿命有较大影响，尤其对于以巡航为主的无人机，阵风载荷是引起飞机结构疲劳损伤/破坏不容忽视的疲劳载荷源。

采用连续紊流分析编制无人机阵风载荷谱是目前国内外普遍认可的方法，用功率谱密度函数及均方根阵风速度分布来表征连续紊流的随机过程，并与飞机结构的动态响应特性相结合，用随机过程理论的方法确定由大气紊流产生的飞机载荷。

根据GJB67.2A－2008《军用飞机结构强度规范飞行载荷》，各级阵风速度的超越数计算公式为：

其中，N(U)表示阵风速度U在单位时间(1s)内的超越数；N₀表示阵风响应特征频率(响应量每秒以正斜率穿越零值的平均次数)，b₁和b₂分别表示晴空紊流和风暴紊流的均方根阵风速度分布的均值；P₁和P₂分别表示晴空紊流和风暴紊流的时间比例。大气紊流环境参数P₁、P₂、b₁、b₂仅是高度的函数，与飞机无关，具体参数取值详见GJB67.2A－2008。

对于某阵风速度U，只要高度H一定，其超越数N(U)仅取决于阵风响应特征频率N₀，因此，编制阵风载荷谱的关键在于获取特征频率。各级阵风速度下的载荷响应需通过结构动态分析来获取。

飞机在不同任务剖面不同任务段的飞行状态是不同的，阵风动态响应特性亦不相同。传统编谱方法是所有任务段均采用连续紊流分析计算阵风载荷的大小和发生频次，过程较为繁琐，将会花费大量的人力和物力。

发明内容

本发明的目的：

建立一种无人机阵风载荷谱的快速编制方法，以缩短设计载荷谱编制周期，从而在结构设计初期引入疲劳寿命优化设计，提高飞机结构的可靠性、安全性、经济性。

本发明的技术方案：

一种无人机阵风载荷谱快速编制方法，包括以下步骤：

第一步：选取一组飞机状态参数，采用连续紊流分析计算该状态下的飞机阵风响应特征频率(N₀)，将这些参数和频率作为“基准状态参数”和“基准特征频率”。

第二步：选取多组飞机状态参数，分别采用连续紊流分析计算对应的飞机阵风响应特征频率，以4个关键参数(M_a，1/μ_g，1/c，1/A_R)与基准状态参数的比值作为自变量，以特征频率与基准特征频率的比值作为因变量，构建“关键参数比值”与“特征频率比值”的多元线性回归方程，形式如下：

其中，M_a表示马赫数；c表示机翼平均气动弦长；A_R表示机翼平均展弦比；μ_g表示飞机质量参数；k₀～k₄表示线性回归系数。