基于健康监测的飞机结构寿命预测技术

飞机结构健康监测技术在飞机的结构设计、飞行及维护过程中发挥着重要作用,该技术可用于结构健康状况预判、辅助维修与维护决策。本文首先介绍了当前结构健康监测的概念及其适用范围,讨论了结构健康监测相关规范要求,以F-35和A400M为例分析了国外飞机结构健康监测技术的典型工程案例,并给出了典型飞机单机跟踪和寿命控制、某老龄飞机载荷谱实测及寿命预测,总结了基于裂纹的监测方法研究及限制其应用的主要因素。在此基础上,提出了飞机结构健康监测系统设计的主要思路,给出了寿命预计的基本流程,阐述了其中控制点选择、飞行参数筛选、载荷/应变方程构建、损伤计算及寿命评估、结果输出及方程验证等主要环节。最后,对航空领域未来开展结构健康监测智能化研究进行了展望。

一种计及飞行科目的飞机结构当量损伤评估算法

飞机使用寿命消耗通常采用机群寿命监控方法,但飞机结构实际使用寿命受实际飞行情况影响,不同飞行科目疲劳载荷谱的明显差异性导致疲劳损伤有所不同。为此,提出了一种计及飞行科目的飞机结构当量损伤评估算法,建立了考虑飞行科目的结构当量损伤计算模型。以某机队为例,对其一年内不同飞行科目的结构当量损伤进行实例研究,发现该型飞机不同飞行科目的当量损伤差异明显,相对于低过载飞行科目,高过载飞行科目对滤波阈值敏感度更低;基于该型飞机的不同飞行科目特征,分析选取合适的滤波阈值和采样率,在保证损伤计算误差小于1%的情况下,可有效缩减数据计算量50%以上。

Reliability Analysis of Aircraft Condition Monitoring Network Using an Enhanced BDD Algorithm

The aircraft condition monitoring network is responsible for collecting the status of each component in aircraft. The reliability of this network has a significant effect on safety of the aircraft. The aircraft condition monitoring network works in a real-time manner that all the data should be transmitted within the deadline to ensure that the control center makes proper decision in time. Only the connectedness between the source node and destination cannot guarantee the data to be transmitted in time. In this paper, we take the time deadline into account and build the task-based reliability model. The binary decision diagram （BDD）, which has the merit of efficiency in computing and storage space, is introduced when calculating the reliability of the network and addressing the essential variable. A case is analyzed using the algorithm proposed in this paper. The experimental results show that our method is efficient and proper for the reliability analysis of the real-time network.

双发飞机发动机疲劳损伤差异分析

以某型飞机发动机实测飞参为依据,选取该机的典型飞行任务剖面,通过飞参数据的预处理、雨流计数法、线性累积损伤理论将提取的有效载荷折合到标准循环,并进一步将该典型任务剖面划分为4个典型区段进行疲劳损伤分析。统计表明,该型飞机配装发动机个体的疲劳损伤均服从威布尔分布,但单机损伤差异较大。在典型飞行任务段中,不同架次的同侧发动机在起飞段、巡航段相差3-4倍,降落段甚至相差超过10倍,而同架飞机上左右发动机的疲劳损伤差距相对较小。统计结果表明,发动机疲劳损伤的分布服从威布尔分布,通过开展单机寿命监控,可以更合理地安排飞行训练,延长发动机的使用寿命。

飞机结构单机疲劳寿命监控技术研究综述

现代飞机的高性能导致飞机制造成本日益昂贵,同时对于飞机寿命监控的精确性要求也越来越高,因此飞机结构单机疲劳寿命监控成为世界各国的研究重点.回顾了飞机结构单机疲劳寿命监控技术发展历程、国内外研究现状、相关技术要点,对基于结构健康监测的飞机结构单机疲劳寿命监控技术及其关键问题进行了详细的阐述.同时为适应新时代智能化、自动化的单机寿命监控技术的发展,提出了单机疲劳寿命监控技术未来的发展趋势及面临的挑战.

飞机单机监控和在线寿命管理方法

提出一种飞机单机监控和在线寿命管理方法,建立其可靠寿命消耗百分比(可靠损伤)和剩余可靠寿命百分比的置信限计算公式。单机监控方法可以根据单架飞机完成的不同任务,对应的不同载荷,计算其可靠寿命消耗百分比单侧置信上限,实现高置信度、高可靠度的单机寿命监控。在线寿命管理方法则可以通过该飞机剩余可靠寿命百分比单侧置信下限和各次任务需消耗的可靠寿命百分比单侧置信上限,科学合理安排其后续任务以及维修和报废。同时,还建立了一种不完全数据可靠性评估方法,从而能够利用飞机外场服役寿命数据,对飞机进行高精度低成本(不用补充试验)延寿。本文方法可推广用于其他机电产品单机监控和在线寿命管理。

一种起落架载荷谱相似性判别方法

起落架结构的寿命监控对保障其安全性与经济性具有重要作用,但由于地面谱复杂的高低载荷非线性交互作用,难以准确计算单机谱的损伤。以当量损伤计算方法为基础,通过对寿命监控中的单机谱进行初步筛选,判别单机谱与基准谱的相似程度,进而分析损伤计算方法的适用性。提出了一种基于时间序列分析中的动态时间弯曲方法的起落架载荷谱相似性判别方法,进行了基准谱与4个单机谱下的疲劳实验,通过分析损伤计算误差与起落架载荷谱相似距离的关系,验证所提载荷谱相似性判别方法的合理性。

飞机单机寿命监控技术评述

单机寿命监控对挖掘每一架飞机的寿命潜力,保证飞机结构的使用安全,延长飞机服役期限具有重要的意义。飞机单机寿命监控从技术方式上分为四种:定期检查和维修,飞参数据监控,危险部位应变监控与飞参数据监控相结合,以智能材料为基础和结构的监控。首先回顾了飞机寿命监控的时间发展历程,并对每个阶段监控方式的优缺点进行了比较,表明随着硬件技术的进步监控方式在不断的进步,精度也越来越高;然后总结了在单机寿命监控发展过程中使用的四种监控技术方式及其优缺点,通过对几种技术方式的分析,认为依赖于智能材料的飞机健康监测系统的监控将是未来单机寿命监控的发展方向。

基于虚拟标定试验的翼身交点载荷方程研究

本文重点研究了基于虚拟标定试验的翼身交点载荷方程及应用情况。通过建立虚拟标定试验样机,布置虚拟应变电桥,进行虚拟标定试验,得到翼身交点虚拟标定载荷方程。利用某型飞机地面简易标定试验结果,对虚拟标定载荷方程进行修正,获得该型飞机单机翼身交点载荷方程,并利用地面试验数据进行校验。由此方法获得的单机翼身交点载荷方程可用于单机载荷历程监控,并为结构故障预测与健康管理(SPHM)寿命预测提供满足精度要求的载荷输入条件。

先进战斗机寿命设计与延寿技术发展综述

轻质长寿命一直是飞机结构强度设计所追求的目标,也是一代又一代结构强度工作者所面临的永恒主题。随着国内外航空工业的发展、疲劳设计理论以及现役飞机延寿工程的开展,飞机寿命设计与延寿技术取得了快速发展。本文从20世纪60年代飞机设计中引入疲劳设计开始,以疲劳设计准则的发展为主线,对分散系数的确定、载荷谱编制技术、飞机寿命设计与延寿技术、日历寿命评定、单机寿命监控等技术的形成与发展进行综合论述。有成功的经验,也有失败的教训,从实践中发展出疲劳设计的理论体系、分析方法与规范标准,带来了飞机设计寿命指标的不断提升,保障服役飞机的飞行使用安全。提出耐久性/损伤容限设计思想是目前及未来飞机长寿命设计及延寿的主要设计思想,全尺寸耐久性/损伤容限试验是飞机定寿、延寿最主要的技术途径,结构细节设计、耐久性预防性修理以及单机寿命监控也是确保长寿命设计指标实现和现役飞机延寿成功不可或缺的技术手段。

中国飞机结构寿命可靠性评定技术的发展与展望

首先,在中国40余年的飞机结构定寿与延寿研究成果的基础上,结合中国国情、试验条件和科技发展水平,探讨了机群个体寿命可靠性评定体系与单机寿命监控技术。该技术包括建立新机结构寿命可靠性验证体系,发展大子样载荷谱实测技术、大子样全尺寸飞机疲劳试验技术、试验装置模块化与智能化、以及中子光视觉监控技术等。然后,对中国飞机大数据智能监控平台建设进行了展望。该平台将中国飞机寿命可靠性评定技术提升至机群个体寿命可靠性评定与实时监控的国际先进水平,在保障飞行安全的同时,成倍延长机群使用寿命,改变中国与美国目前相对飞机数量少和寿命短的格局。