[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

技術領域

本發明屬于飛行器結構疲勞強度及其疲勞壽命的分析技術領域，特別涉及一種適用于經濟性、實踐性較強的無人機壽命評估方法。

背景技術

隨著信息技術不斷發展，無人機成為信息化和智能化領域一個重要節點，在軍民兩個領域都有著及其重要的應用。各種信息化設備組成的中、大型無人機系統，功能不斷擴展，機載設備越來越先進，復雜，也越來越昂貴。相比較目前有近百家在研制生產無人機的單位，國內對無人機結構壽命評估技術研究機構可謂“鳳毛麟角”。相對于有人飛機嚴格定壽機制，無人機壽命確定基本采用經驗值，沒有嚴格的壽命評估準則和方法。隨著供大于求的出現，用戶必然把壽命長、可靠性高作為衡量無人機性能最為重要的指標，因此迫切需要開展無人機機體結構的定壽研究工作，以提高無人機裝備的安全性、經濟性和使用效率。

無人機的機身結構設計大量使用先進復合材料，如玻璃纖維復合材料、蜂窩夾層復合材料等，影響無人機機體結構壽命的主要因素是過載造成的復合材料疲勞損傷。復合材料的結構疲勞壽命分析主要有兩種方法，分別為微觀機理模型和宏觀唯象模型。目前能夠指導實踐的主要是宏觀唯象模型。代表的分析方法有：S-N曲線方法、剩余強度分析方法、剩余剛度分析方法、疲勞模量分析方法、耗散能分析方法等。但上述方法共同的特點是：模型中重要參量確定需要有大量的實驗數據予以支持，存在著研究成本高，不利于工程推廣等問題。

發明內容

針對上述現有無人機機體結構定壽方法中存在的問題，本發明提供一種研究成本低且利于工程推廣的預測無人機結構疲勞壽命的方法。該方法基于累計損傷理論，通過確定損傷系數來確定無人機機體結構壽命。

現將本發明構思及技術解決方案敘述如下：

本發明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：從無人機自身安全性要求較低、無人員傷亡的特點出發，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，依據損傷累積原理，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

本發明方法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：

SpmNp=CSimNi=C---(2)]]>

則兩式相除即可得到：