[发明专利]一种吸气式高超声速无人机动态可靠性分析方法

说明书

本发明公开了一种吸气式高超声速无人机动态可靠性分析方法，包括如下步骤：建立无人机纵向弹性模型，建立考虑弹性因素的无人机整体的受力模型，采用区间数表示无人机材料的不确定信息，建立含区间参数的时变的结构极限状态方程，构造概率‑区间混合的高超声速无人机结构动态可靠性模型，分析无人机整体的可靠度随时间变化的关系，针对不同飞行状态，对高超声速无人机整体进行可靠性分析，寻找影响累积失效概率增加的关键变量。本发明弥补了以往只针对机翼进行可靠性分析，未考虑整个飞行器可靠性的缺陷；使最终的分析结果更为准确，为后续可靠性控制器的设计以及高超声速无人机可靠性分析提供了更有效的参考。

技术领域

本发明属于高超声速无人机的技术领域，具体的为：一种吸气式高超声速无人机动态可靠性分析方法。

背景技术

高超声速无人机有极高的应用价值，是各国技术发展的重点。无人机在高超声速飞行时，复杂的气动特性以及机身的应力导致其累积失效概率的增加，以致其可靠度降低，危害飞行安全。因此，若没有对无人机失效概率进行及时、准确地分析，且没有采取合适的措施减缓失效概率的演化，则可能会出现无人机的结构失效，甚至坠毁。因此，开展高超声速无人机可靠性的研究，对保证飞行安全具有重要的意义。

结构可靠性分析是航天工程领域的热点和难点，结构可靠性是评价航天器结构安全性和飞行安全的重要指标。近年来，关于可靠性分析和控制方面的研究越来越多，在可靠性建模方面，主要分为静态可靠性和动态可靠性建模两方面。静态可靠性中，刘楼采用应力-强度干涉模型，对在阵风作用下飞机机翼可靠度进行了理论计算。考虑时变不确定性的动态可靠性研究相对较少，理论发展还不够完善。当机械结构的动态响应(位移、速度、加速度和力等)超过定义的阈值时，它意味着结构发生失效损伤，这通常被称为首次跨越率问题，由Roberts J首次提出；Wang等人结合主动振动控制理论与区间分析，提出一种非概率时变可靠性分析方法。在可靠性控制方面，Hh A和Ih A等人全面综述了基于模型的故障检测和容错控制方案，以提高风力发电机组的可靠性。N.Rodnishchev和Ye.Somov等人研究了卫星在轨道间飞行过程中的被动容错控制问题，提出了一种具有随机断层流的航天器可靠控制算法。Do D M和Gao W研究了随机过程激发下不确定但有界的参数结构的非确定性动态分析和可靠性评估。

可见，针对可靠性的研究成果显著，为后续的研究提供了非常重要的依据。然而，针对高超声速无人机可靠性分析和控制方面的研究成果几乎没有；而且在进行飞行器可靠性分析时他们均以飞行器机翼或者其某一部件作为研究对象。为了更准确地分析高超声速无人机整体的失效概率，考虑整个机身的可靠性，对评估无人机累积失效概率以及研究无人机结构可靠性具有重要的意义。

综上所述，为了减缓高超声速无人机整体的可靠性下降的趋势，寻求有效的结构可靠性建模，进行可靠性分析方法的研究是十分必要的。

发明内容

因此，为了解决上述存在的问题，本文以一种吸气式高超声速无人机整体作为研究对象，分别建立各个表面的受力模型和可靠性动力学模型，其中，采用区间数表示无人机在等效为悬臂梁后的材料的不确定信息，建立概率-区间混合的无人机结构动态可靠性模型；同时，将动态可靠性模型和无人机飞行动态结合，分别分析了无人机迎角、飞行速度、高度、舵偏角对其失效概率演化的影响，找出了影响高超声速无人机累积失效概率的关键变量；最后，仿真结果表明，迎角对无人机的累积失效概率影响最大，所建立的无人机受力模型能够准确的反馈其受力信息，所建立的动态可靠性模型也能够实时估计无人机整体的可靠度，为工程实践中的无人机可靠性特性分析以及后续的可靠性研究提供了重要的参考。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种吸气式高超声速无人机动态可靠性分析方法，包括以下步骤：

步骤1)建立高超声速无人机的纵向弹性模型；

步骤2)建立考虑弹性因素的高超声速无人机的表面受力模型；