[发明专利]一种飞机结构服役使用寿命延寿方法

摘要

本发明提出了一种延长飞机结构当量服役使用寿命的方法-当量延寿法，当量延寿法分为三部分：新机结构耐久性安全寿命的确定；初步放宽飞机结构当量服役使用寿命使用限制；再次放宽飞机结构当量服役使用寿命使用限制。其中，再次放宽飞机结构当量服役使用寿命使用限制可通过四种方案实现，最终择优选择飞机结构当量服役使用寿命。本发明解决了确定飞机结构当量服役使用寿命时不能将飞机服役信息纳入的问题。根据全机/部件疲劳/耐久性试验与飞机服役信息进行融合分析，可以达到延长飞机结构服役使用寿命的目的。

主权项

一种飞机结构服役使用寿命延寿方法‑当量延寿法，具体步骤如下：步骤1：新机结构耐久性安全寿命‑当量服役使用寿命确定步骤(1)：新机全机/部件疲劳/耐久性试验分析在初始基准载荷/环境谱下进行新机全机/部件疲劳/耐久性试验，得到试验疲劳中值寿命[N₅₀]；步骤(2)：计算疲劳分散系数不同分布下的疲劳分散系数呈现下列形式：(a)对数正态分布：其中：L_f为疲劳分散系数；σ为对数寿命标准差；u_p为标准正态分布累计函数值，由选用的可靠度确定；u_γ为标准正态分布累计函数值，由选用的置信水平确定；n为样本容量；(b)双参数威布尔分布：其中：L_f为疲劳分散系数；m为曲线形状参数；S_C为置信系数；R为可靠度；步骤(3)：确定耐久性安全寿命，即基准使用寿命或当量服役使用寿命呈对数正态分布时的当量服役使用寿命：$N_P=\frac{\left[N_{50}\right]}{L_f}=\frac{\left[N_{50}\right]}{{10}^{(\frac{u_{\mathrm{\γ}}}{\sqrt{n}}-u_p)\mathrm{\σ}}}$呈双参数威布尔分布时的当量服役使用寿命：$N_P=\frac{\left[N_{50}\right]}{L_f}=\frac{\left[N_{50}\right]}{S_c\·{\left(\frac{-\ln R}{\ln 2}\right)}^{-\frac{1}{m}}}$步骤2：初步放宽飞机结构当量服役使用寿命的使用限制步骤(1)：服役飞机当量飞行小时数根据等损伤原理将服役飞机实际飞行小时数当量折算到全机疲劳/耐久性试验载荷/环境条件下的当量飞行小时数；步骤(2)：试验数据与机队飞机服役使用数据融合根据随机右截尾情形下的极大似然估计，对失效数据与无失效数据进行融合分析处理，确定参数μ和σ的极大似然估计，确定参数m和η的极大似然估计；步骤(3)：计算疲劳中值寿命[N₅₀]服从对数正态分布的疲劳中值寿命为：$\left[N_{50}\right]={10}^{\widehat{\mathrm{\μ}}}$服从双参数威布尔分布的疲劳中值寿命为：$\left[N_{50}\right]=\frac{\widehat{\mathrm{\η}}}{{\left(\ln \frac{1}{0.5}\right)}^{-\frac{1}{m}}}=\frac{\widehat{\mathrm{\η}}}{{\left(\ln 2\right)}^{-\frac{1}{m}}}$步骤(4)：计算疲劳分散系数服从对数正态分布的疲劳分散系数为：$L_f={10}^{(\frac{u_{\mathrm{\γ}}}{\sqrt{n}}-u_p)\mathrm{\σ}}$其中：L_f为疲劳分散系数；σ为对数寿命标准差；u_p为标准正态分布累计函数值，由选用的可靠度确定；u_γ为标准正态分布累计函数值，由选用的置信水平确定；n为样本容量；服从双参数威布尔分布的疲劳分散系数为：$L_f=S_c\·{\left(\frac{-\ln R}{\ln 2}\right)}^{-\frac{1}{m}}$其中：L_f为疲劳分散系数；m为曲线形状参数；S_C为置信系数；R为可靠度；步骤(5)：确定更新后的当量服役使用寿命服从对数正态分布的更新后当量服役使用寿命为：$N_P=\frac{\left[N_{50}\right]}{L_f}=\frac{{10}^{\widehat{\mathrm{\μ}}}}{{10}^{(\frac{u_{\mathrm{\γ}}}{\sqrt{n}}-u_p)\mathrm{\σ}}}$服从双参数威布尔分布的更新后当量服役使用寿命为：$N_P=\frac{\left[N_{50}\right]}{L_f}=\frac{\frac{\widehat{\mathrm{\η}}}{{\left(\ln \frac{1}{0.5}\right)}^{-\frac{1}{m}}}}{S_c\·{\left(\frac{-\ln R}{\ln 2}\right)}^{-\frac{1}{m}}}=\frac{\widehat{\mathrm{\η}}}{S_c\·{\left(\ln \frac{1}{R}\right)}^{-\frac{1}{m}}}$步骤3：再次放宽飞机结构当量服役使用寿命使用限制第一种方案：该方案需要服役飞机的数据，所以在服役飞机服役使用数据完整，且没有非正常失效的飞机结构的情况下采用步骤(1)：计算服役飞机当量飞行小时数如本领域技术人员所知，根据等损伤原理将服役飞机实际飞行小时数当量折算到全机疲劳/耐久性试验载荷/环境条件下的当量飞行小时数；步骤(2)：数据整理当服役飞机当量飞行小时数达到初步放宽使用限制所确定的当量服役使用寿命时，从服役飞机中随机抽取1架或多架飞机在原试验载荷/环境或当量为原试验载荷/环境下进行全机/部件疲劳/耐久性试验，疲劳试验飞机所经历的试验飞行小时数即试验时间折算的飞行小时数，与其已完成的当量飞行小时数的和作为失效数据；步骤(3)：数据融合新机全机/部件疲劳/耐久性试验结果作为另一个失效数据，当机队飞机没有正常的飞机结构出现时，将初步放宽使用限制所确定的当量服役使用寿命作为无失效数据；失效数据与无失效数据组成了一组随机右截尾数据；融合方法与步骤2中步骤(2)相同；步骤(4)：计算疲劳中值寿命[N₅₀]同步骤2中步骤(3)；步骤(5)：计算疲劳分散系数同步骤2中步骤(4)；步骤(6)：确定再次更新的当量服役使用寿命同步骤2中步骤(5)；第二种方案：在服役飞机服役使用数据不完整的情况下采用步骤(1)：确定疲劳中值寿命随机抽取1架或多架飞机的疲劳试验飞机所经历的试验飞行小时数与当量飞行小时数的和作为失效数据N₁，新机全机/部件疲劳/耐久性试验结果作为另一个失效数据N₂，由此计算疲劳中值寿命[N₅₀]；$\left[N_{50}\right]={10}^{\frac{\lg N_1+\lg N_2}{2}}$步骤(2)：计算疲劳分散系数同步骤1中步骤(2)；步骤(3)：确定再次更新的当量服役使用寿命同步骤1中步骤(3)；第三种方案：该方案既适用于飞机结构疲劳关键件，也适用于受环境影响的飞机结构关键件，当考虑日历时间对结构材料疲劳性能的衰退作用时适宜采用该方案步骤(1)：确定疲劳中值寿命随机抽取1架或多架飞机进行全机/部件疲劳/耐久性试验，得到剩余寿命值N₃，计算疲劳中值寿命[N₅₀]；[N₅₀]＝N₃步骤(2)：计算疲劳分散系数同步骤1中步骤(2)；步骤(3)：确定再次更新的当量服役使用寿命同步骤1中步骤(3)；第四种方案：该方案理论上只是针对飞机结构疲劳关键件，同时忽略日历时间对结构材料疲劳性能的衰退作用步骤(1)：确定疲劳中值寿命将新机全机/部件疲劳/耐久性试验结果减去初步放宽使用限制所确定的当量服役使用寿命，作为一个失效数据N₄；随机抽取1架或多架飞机进行全机/部件疲劳/耐久性试验，试验结果为剩余寿命值，也可作为失效数据N₅；根据失效数据计算疲劳中值寿命[N₅₀]；$\left[N_{50}\right]={10}^{\frac{\lg N_4+\lg N_5}{2}}$步骤(2)：计算疲劳分散系数同步骤1中步骤(2)；步骤(3)：确定当量服役使用寿命同步骤1中步骤(3)。