[發明專利]一種適用于低成本的無人機機體結構定壽方法

有效

• 申請號: 201310123730.6
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN104101548B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 蘆利斌;金國棟;朱曉菲;譚力寧;葉慶;沈濤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第二炮兵工程大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種適用于低成本的無人機機體結構定壽方法，其特征在于：首先分析無人機的維修保障的統計數據，確定無人機機體結構的關鍵部件；然后通過飛行模擬和飛行監測數據確定關鍵部位的基準載荷譜，并通過少量的疲勞試驗確定關鍵部件的累計疲勞損傷；最后根據模擬和監測的任務剖面載荷譜，確定部件各任務剖面單位航程損傷系數，得到各關鍵部件能承受的飛行次數和航程，選取最小值作為無人機機體結構的疲勞壽命，具體方法步驟如下：?

步驟1：任務剖面的簡化：設定無人機在飛行過程中平穩飛行，不做橫向和縱向疊加運動，從起飛到降落，可以分為加速爬升、平飛巡航、平飛加速、平飛減速和減速下降5個階段，每個階段受到的損傷可認為是均勻的；?

步驟2：監測關鍵部件載荷求取累積損傷；?

步驟3：量化單位航程損傷系數；?

步驟4：無人機機體疲勞壽命評估?。

2.根據權利要求1所述的一種適用于低成本的無人機機體結構定壽方法，其特征在于：步驟2中所述的“監測關鍵部件載荷求取累積損傷”的具體步驟如下；?

步驟2.1：根據已知壽命部件應力譜S_p及對應破壞循環數N_p，求出與應力譜S_i相對應破壞循環數N_i；?

S^mN＝C???(1)?

式中，m和C是兩個常數，與材料性質、試樣形式和加載方式等有關，由試驗確定；?

對于任意一個常值應力譜S_p以及所對應的破壞循環數N_p，應力S_i以及所對應的循環破壞數N_i應滿足：?

則兩式相除即可得到：?

那么?

步驟2.2：由監控系統記錄數據，分析出該關鍵部件應力S_i對應的實測循環數n_i；?

步驟2.3：計算每個飛行段該部件在應力S_i對應的實測循環數n_i下累計疲勞損傷D_i，?

無人機整個任務飛行分成若干飛行段，根據線型累積損傷理論中的Miner理論可得，各個飛行段某關鍵部件的累加損傷為：?

將式(4)代入式(5)可得：?

。

3.根據權利要求1所述的一種適用于低成本的無人機機體結構定壽方法，其特征在于：步驟3中所述的“量化單位航程損傷系數”的具體步驟為：?

步驟3.1：設無人機執行一次任務航程為L，各個飛行段航程為L_i有：?

步驟3.2：各個飛行段累加損傷為D_i，則部件在各個階段單位航程損傷系數為k_i為：?

。

4.根據權利要求1所述的一種適用于低成本的無人機機體結構定壽方法，其特征在于：步驟4中所述的“無人機機體疲勞壽命評估”的具體步驟為：?

步驟4.1：獲取的多組數據中壞數據剔除通過對改組數據求方差，偏離方差較大的數據予以剔除，然后對剩余數據求均值即可獲得較為準確的單位航程損傷系數，獲取r組數據，對k_i取均值得均值單位航程損傷系數

通過飛行記錄儀記錄各飛行段累計航程數為(L_n)_i，則目前飛機的累計損傷D_n為：?

最大累計損傷D_max可根據試驗和經驗確定，大致為0.75～0.8，考慮到軍用產品，值取0.8。則該關鍵部件是否安全，可通過下面關系式判定：如果D_n＜D_max，累積損傷在允許范圍內，認為無人機處于安全狀態；如果D_n≥D_max，累積損傷超出允許范圍，認為無人機處于危險狀態，應對無人機進行損傷檢測，視損傷情況進行處理；?

步驟4.2：考慮環境因子的關鍵部件疲勞損傷計算?

考慮到各次飛行時環境譜差異，引入環境因子系數h，具體到每次飛行段用h_ij表示：?

環境譜中重點考慮風力對無人機疲勞壽命的影響，h_ij可以根據風力、風向變化劃分一定的等級并適當取值，如可以劃分11個等級，基準值為1，環境因子取值范圍分迎風為1～1.25之間，順風為0.75～1之間；?

步驟4.3：整機疲勞壽命計算?

設定一次典型飛行任務航程為1，不考慮環境因子，一次飛行某關鍵部件的累計損傷D_l為：?

那能夠飛行次數T和總航程為L_總：?

為保證無人機安全，無人機應按總的飛行次數和總航程最小的關鍵部件來計算，則：?

T_min＝min(T⁽¹⁾，T⁽²⁾，…，T⁽ⁿ⁾)???(15)?

L_min＝min(L_總⁽¹⁾，L_總⁽²⁾，…，L_總⁽ⁿ⁾)???(16)?。