南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 1 第第2章 疲劳载荷谱的处理章 疲劳载荷谱的处理 2.1 2.1 飞机疲劳载荷谱的组成飞机疲劳载荷谱的组成飞机疲劳载荷谱的组成飞机疲劳载荷谱的组成 2.22.2 飞机疲劳载荷谱的编制思路飞机疲劳载荷谱的编制思路飞机疲劳载荷谱的编制思路飞机疲劳载荷谱的编制思路 2.32.3飞机疲劳载荷谱的种类飞机疲劳载荷谱的种类飞机疲劳载荷谱的种类飞机疲劳载荷谱的种类 参考书目参考书目 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 2第2章 疲劳载荷谱 2.1 疲劳载荷谱的组成疲劳载荷谱的组成 飞机受到的疲劳载荷主要由下面五个部分组成：飞机受到的疲劳载荷主要由下面五个部分组成： ?突风载荷突风载荷 ?机动载荷机动载荷 ?着陆撞击载荷着陆撞击载荷 ?地面滑行载荷地面滑行载荷 ?地地空空地循环地循环 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 3第2章 疲劳载荷谱 2.1.1 突风载荷突风载荷 突风突风(Gust)载荷或阵风载 荷是民用飞机疲劳损伤的主要 来源，但对军用飞机造成的疲 劳损伤不大。 突风是由大气紊流造成的， 目前已对大气紊流的分布作了 统计，用垂直折算突风速度 载荷或阵风载 荷是民用飞机疲劳损伤的主要 来源，但对军用飞机造成的疲 劳损伤不大。 突风是由大气紊流造成的， 目前已对大气紊流的分布作了 统计，用垂直折算突风速度Ude 描述。描述。 ? 离散突风模型离散突风模型 ? 连续突风模型连续突风模型 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 4第2章 疲劳载荷谱 2.1.1 突风载荷突风载荷 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 5第2章 疲劳载荷谱 2.1.1离散突风载荷离散突风载荷 离散突风模型认为突风是一次一次独立地来到的。离散突风模型认为突风是一次一次独立地来到的。 1 过载的产生过载的产生 平飞： 突风： 平飞： 突风： GSCVY y = 2 2 1 y y VUSC SCVY VU 2 1 2 2 1 = = G VUSC nn y yy 2 1 1 += +=合成：合成： 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 6第2章 疲劳载荷谱 2.1.1离散突风载荷离散突风载荷 2 突风缓和因子突风缓和因子 假定突风形状为：假定突风形状为： = c sU U 25 2 cos1 2 de x yxyyx y V tU tSCVVtSCV t V M )( )( 2 1 )( 2 1 d d 2 =+ 飞机在突风作用下动态平衡方程飞机在突风作用下动态平衡方程3,5： 解此平衡方程得到突风缓和系数 ： 解此平衡方程得到突风缓和系数Kg： 为飞机质量比 y g g g g SCc W U U U K 2 3 . 5 88. 0 = + = 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 7第2章 疲劳载荷谱 2.1.1离散突风载荷离散突风载荷 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 8第2章 疲劳载荷谱 2.1.1 连续突风载荷连续突风载荷 连续突风模型基于功率谱密度技术，考虑所有波长的 突风对飞机的影响。 连续突风模型基于功率谱密度技术，考虑所有波长的 突风对飞机的影响。 + = 2 de 2 1 de 1de 5.3 exp15 2.2 exp20)( K U p K U pUN 1大气紊流环境表达式大气紊流环境表达式 N(Ude)超越超越Ude的平均次数的平均次数/单位长度单位长度 p1，p2出现非暴风紊流和暴风紊流的比例出现非暴风紊流和暴风紊流的比例 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 9第2章 疲劳载荷谱 + = 2 2 1 1 exp15exp)0()( bA n p bA n pNnN nn n 相应的超越频率 2飞机结构的响应飞机结构的响应 飞机对大气紊流的响应飞机对大气紊流的响应 突风谱突风谱 任务剖面任务剖面 紊流均方根值 的 概 率 分 布 紊流均方根值 的 概 率 分 布 2.1.1 连续突风载荷连续突风载荷 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 10第2章 疲劳载荷谱 2.1.2 机动载荷机动载荷 机动过载是歼击机类战斗机的主要疲劳载荷，是由飞 行统计给出的。 机动过载是歼击机类战斗机的主要疲劳载荷，是由飞 行统计给出的。MIL-A-008866B给出的统计数据：给出的统计数据： 44000 4000 350 8 1 10000 350 7 1 0.5 0 -1.0 -2.0 -2.5 300000 150000 50000 13000 2500 900 180 60 15 70000 25000 7500 2000 250 15 1 175000 100000 40000 10000 1500 200 15 1 15000 2200 500 1 20000 5500 500 1 10000 2500 400 1 5000 90 1 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 空空特种武器空地巡逻下降巡航爬升空空特种武器空地巡逻下降巡航爬升ny 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 11第2章 疲劳载荷谱 2.1.2 机动载荷机动载荷 运输机的机动过载：运输机的机动过载： 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 12第2章 疲劳载荷谱 2.1.2 机动载荷机动载荷 运输机的机动过载：运输机的机动过载： 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 13第2章 疲劳载荷谱 2.1.3 着陆撞击载荷着陆撞击载荷 着陆撞击疲劳载荷取 决于飞机的下沉速度 着陆撞击疲劳载荷取 决于飞机的下沉速度Vy和 飞机与起落架的弹性特性。 和 飞机与起落架的弹性特性。 MIL-A-8866统计地飞机下 沉速度为 统计地飞机下 沉速度为(表）： 着陆下沉速度还与飞 机类型有关。 表）： 着陆下沉速度还与飞 机类型有关。 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 14第2章 疲劳载荷谱 2.1.3 着陆撞击载荷着陆撞击载荷 下沉速度出现的频率下沉速度出现的频率(/1000次次) 180 290 260 155 78 26 8 1.5 1.0 1.0 0.5 130 190 220 190 125 70 37 17 8 2.6 1.4 0.9 0.6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 所有其它类型飞机所有其它类型飞机教练机教练机下沉速度下沉速度(ft/s) 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 15第2章 疲劳载荷谱 2.1.3 着陆撞击载荷着陆撞击载荷 按起落架参数，组合下沉速度，求出无量纲的接地速度按起落架参数，组合下沉速度，求出无量纲的接地速度 aW gA VU y 1 2 0 = W1一个减震支柱上部质量一个减震支柱上部质量(kg) a轮胎的力轮胎的力挠度曲线线性化后的斜率挠度曲线线性化后的斜率(kg/m) cos)(2 2 nd 3 h AC A A = Ah减震器活塞液压面积减震器活塞液压面积 液体质量密度液体质量密度 Cd油孔泄放系数油孔泄放系数 An油孔净面积油孔净面积 减震支柱轴线与垂线的夹角减震支柱轴线与垂线的夹角 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 16第2章 疲劳载荷谱 2.1.3 着陆撞击载荷着陆撞击载荷 按无量纲接地速度 查出最大加速度 按无量纲接地速度 查出最大加速度 Ag aU g 1 = 0 U 1 U 实测：实测：实测：实测： 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 17第2章 疲劳载荷谱 2.1.4 地面滑行载荷地面滑行载荷 地面滑行载荷的大小取决于跑道的平整度和起落架的 缓冲性能。 地面滑行载荷的大小取决于跑道的平整度和起落架的 缓冲性能。 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 18第2章 疲劳载荷谱 2.1.4 地面滑行载荷地面滑行载荷 一般通过实地测量获得地面滑行载荷，在没有实测数 据时，可采用标准给出的数据，如 一般通过实地测量获得地面滑行载荷，在没有实测数 据时，可采用标准给出的数据，如:美国军用规范美国军用规范 MIL-A- 8866 494,000 194,000 29,000 2,000 94 4 0.155 0.005 10.0 1 0.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 累积出现次数累积出现次数重心处过载重心处过载 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 19第2章 疲劳载荷谱 2.1.5 地地空空地地 地地空空地循环载荷是指一次飞行的空中最大载荷和 地面最小载荷所组成的大循环。 对于气密座舱来说也存在增压 地循环载荷是指一次飞行的空中最大载荷和 地面最小载荷所组成的大循环。 对于气密座舱来说也存在增压卸压的大循环。卸压的大循环。 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 20第2章 疲劳载荷谱 2.2 疲劳载荷谱的编制思路疲劳载荷谱的编制思路 1. 只考虑只考虑y方向方向2. 分地面和飞行分地面和飞行 3. 由统计得出各类飞机的疲劳载荷谱（应力的大小， 次数多少，随机抽样） 由统计得出各类飞机的疲劳载荷谱（应力的大小， 次数多少，随机抽样） 飞机疲劳载荷谱编制的基本依据是飞机的飞机疲劳载荷谱编制的基本依据是飞机的任务剖面任务剖面 南京航空航天大学 南京航空航天大学南京航空航天大学 姚卫星姚卫星姚卫星 王英玉王英玉王英玉 21第2章 疲劳载荷谱 任务剖面任务剖面 定义：定义：任务剖面是一些任务段或事件的顺序表，这些任务 段或事件组成一个完整的任务。 任务剖面是一些任务段或事件的顺序表，这些任务 段或事件组成一个完整的任务。 任务剖面可以用任务剖面可以用图形图形或或表格表格表示，通常包含下列变量：表示，通常包含下列变量： 必须包含：必须包含： A. 任务类型任务类型 B. 任务使用率任务使用率 C. 外形布局外形布局 D. 空速空速 E. 高度高度 F. 总重总重 G. 时间时间 H. 着陆次数着陆次数(含复飞触地含复飞触地) 可能包含：可能包含： I. 外挂物投放外挂物投放 J. 其它明显的重量变化其它明显的重量变化 K. 任务半径任务半径 L.