一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法

摘要

本发明公开了一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，包括步骤：一、外场低温环境的特殊温度筛选；二、外场低温环境中飞机关键运动机构的性能定量分析；三、低温试验条件初步剪裁；四、绘制飞机关键运动机构的性能变化量在外场低温环境试验温度下的曲线；五、实验室内低温环境中飞机关键运动机构的性能定量测量；六、绘制飞机关键运动机构的性能变化量在实验室内低温环境试验温度下的曲线；七、相对应的第一曲线和第二曲线的拟合；八、R方检验拟合优度。本发明将低温试验对飞机整机作用机理融入到剪裁过程，并深入考虑外场自然环境与内场实验室的等效性分析与环境试验验证，实现了剪裁方式和思路有效拓展，真实合理。

权利要求

1.一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、外场低温环境的特殊温度筛选，过程如下：步骤101、根据公式 ，确定外场低温环境的初级特殊温度 ，其中，i为天数编号且i=1，2，...，365或366，j为小时数编号且j=1，2，...，24，代表一年中第i天内第j小时的温度，当i=1时， 为前一年中最后一天内第j小时的温度， 为前一年中倒数第二天内第j小时的温度，△T为温差阈值；

步骤102、滤除初级特殊温度 中出现几率低于10%的初级特殊温度 ，剩余的初级特殊温度 为外场低温环境的特殊温度 ；

步骤二、外场低温环境中飞机关键运动机构的性能定量分析：按照时间顺序输入外场环境参数，利用仿真软件对飞机整机进行低温试验，得到低温条件下的飞机关键运动机构的热变形云图，获取飞机关键运动机构的性能变化量；

所述外场环境参数包括外场低温环境的特殊温度 以及对应时间点的环境压力、湿度、风速、风向和辐照度；

所述飞机关键运动机构包括起落架、舱门、襟翼、缝翼、机体结构、机身蒙皮、燃油系统、液压系统、发动机短舱和空调系统；

所述飞机关键运动机构的性能变化量包括起落架的变形量和收放时间变化量、舱门的变形量和手柄开启力变形量、襟翼的收放时间变形量、缝翼的收放时间变形量、机体结构的变形量、机身蒙皮的变形量、燃油系统的油温压变化量和油泄漏量变形量、液压系统的油温压变化量、发动机短舱的锁关闭力变形量和空调系统的调温时间变化量；

步骤三、低温试验条件初步剪裁：在仿真软件中，根据飞机关键运动机构的性能变化量初步剪裁外场低温环境的特殊温度 ；

起落架的变形量和收放时间变化量、舱门的变形量和手柄开启力变形量、襟翼的收放时间变形量、缝翼的收放时间变形量、机体结构的变形量、机身蒙皮的变形量、燃油系统的油温压变化量和油泄漏量变形量、液压系统的油温压变化量、发动机短舱的锁关闭力变形量和空调系统的调温时间变化量各自具有各自的变化量阈值，当在外场低温环境的特殊温度 中各个变化量均未超过各自变化量阈值时，剪裁剔除该外场低温环境的特殊温度；当在外场低温环境的特殊温度 中任一变化量超过其变化量阈值时，保留该外场低温环境的特殊温度 ，保留的外场低温环境的特殊温度 为外场低温环境的试验温度 ；

步骤四、绘制飞机关键运动机构的性能变化量在外场低温环境试验温度下的曲线：绘制包括飞机关键运动机构的性能变化量中每个变化量在外场低温环境试验温度下的第一曲线体系；

步骤五、实验室内低温环境中飞机关键运动机构的性能定量测量：在实际实验过程中，调节实验室温度依次达到外场低温环境的试验温度 ，测量飞机关键运动机构的性能变化量；

步骤六、绘制飞机关键运动机构的性能变化量在实验室内低温环境试验温度下的曲线：绘制包括飞机关键运动机构的性能变化量中每个变化量在实验室内低温环境试验温度下的第二曲线体系；

所述第二曲线体系中第二曲线的数量与所述第一曲线体系中第一曲线的数量相等且一一对应；

步骤七、相对应的第一曲线和第二曲线的拟合：将相对应的第二曲线的变形量拟合至与第一曲线的变形量相等，获取相对应的第二曲线的温度与第一曲线的温度的函数式，即，其中， 为第二曲线的温度拟合值，k为曲线的缩放倍率， 为曲线变换的平移量， 为对应的第一曲线的温度；

步骤八、R方检验拟合优度：选择 检验评价拟合是否满足拟合误差，当 检验评价拟合满足拟合误差阈值时，第二曲线体系中各个第二曲线的温度拟合值构成实验室内低温环境的试验温度 ；当 检验评价拟合不满足拟合误差阈值时，调整步骤七中曲线的缩放倍率和曲线变换的平移量，直至 检验评价拟合满足拟合误差阈值。

2.按照权利要求1所述的一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，其特征在于：所述温差阈值△T为5℃～10℃。

3.按照权利要求1所述的一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，其特征在于：所述仿真软件为CATIA仿真软件。

4.按照权利要求1所述的一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，其特征在于：所述拟合误差阈值不大于0.01。

说明书

一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法

技术领域

[0001] 本发明属于飞机整机低温试验条件剪裁技术领域，具体涉及一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法。

背景技术

[0002] 现有的飞机气候试验是在气候实验舱内模拟环境条件下，例如高温、低温、淋雨、降雾、降雪、冻雨、积冰和太阳辐照等典型气候环境，按照规定的条件和试验顺序，让测试飞
机经受各种气候环境应力的作用，从而对其环境适应性进行考核。气候试验一般以一架全
状态飞机为试验对象，将飞机通过刹车、轮档或系留装置固定在实验室地面相应位置，通常
需要飞机起动辅助动力装置，如APU或发动机，以进行工作性能检测。气候试验中的低温环
境是指从20℃至‑50℃以下的气候环境，GJB 6117－2007《装备环境工程术语》对实验室环
境试验剪裁的定义是：“对装备寿命期各阶段实验室环境试验工作及内容等进行剪裁，是环
境工程剪裁的组成部分”。现有的气候环境试验主要包括明确产品特性、气候环境剖面和设
计试验。剪裁得到环境试验项目、试验的条件及参数量值、试验程序、试验顺序和失效准则。
这是一种对普通产品环境试验设计的通用方法，不适用于全状态飞机，飞机整机在温度70
℃左右的跨度范围内，低温试验的成本高，有效性差，需要对温度范围进行裁剪，现有针对
实验室内飞机整机低温试验剪裁技术的研究极少进行。因此，现如今缺少一种实验室内用
于飞机整机低温试验条件剪裁方法，既具有极端低温环境应力对飞机复杂系统环境响应仿
真分析，也有针对内场实验室与外场自然环境的等效性分析与试验验证，使得实验室内飞
机低温试验更加合理真实。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，将低温试验对飞机整机作用机理融入到剪裁过程，并深
入考虑外场自然环境与内场实验室的等效性分析与环境试验验证，实现了剪裁方式和思路
有效拓展，使得飞机整机实验室气候环境试验更真实合理，该气候环境试验剪裁方法理论
性强、可操作性和通用性好，便于推广使用。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

[0005] 步骤一、外场低温环境的特殊温度筛选，过程如下：

[0006] 步骤101、根据公式 ，确定外场低温环境的初级特殊温度 ，其中，i为天数编号且i=1，2，...，365或366，j为小时数编号且j=1，
2，...，24， 代表一年中第i天内第j小时的温度，当i=1时， 为前一年中最后一天内第
j小时的温度， 为前一年中倒数第二天内第j小时的温度，△T为温差阈值；

[0007] 步骤102、滤除初级特殊温度 中出现几率低于10%的初级特殊温度 ，剩余的初级特殊温度 为外场低温环境的特殊温度 ；

[0008] 步骤二、外场低温环境中飞机关键运动机构的性能定量分析：按照时间顺序输入外场环境参数，利用仿真软件对飞机整机进行低温试验，得到低温条件下的飞机关键运动
机构的热变形云图，获取飞机关键运动机构的性能变化量；

[0009] 所述外场环境参数包括外场低温环境的特殊温度 以及对应时间点的环境压力、湿度、风速、风向和辐照度；

[0010] 所述飞机关键运动机构包括起落架、舱门、襟翼、缝翼、机体结构、机身蒙皮、燃油系统、液压系统、发动机短舱和空调系统；

[0011] 所述飞机关键运动机构的性能变化量包括起落架的变形量和收放时间变化量、舱门的变形量和手柄开启力变形量、襟翼的收放时间变形量、缝翼的收放时间变形量、机体结
构的变形量、机身蒙皮的变形量、燃油系统的油温压变化量和油泄漏量变形量、液压系统的
油温压变化量、发动机短舱的锁关闭力变形量和空调系统的调温时间变化量；

[0012] 步骤三、低温试验条件初步剪裁：在仿真软件中，根据飞机关键运动机构的性能变化量初步剪裁外场低温环境的特殊温度 ；

[0013] 起落架的变形量和收放时间变化量、舱门的变形量和手柄开启力变形量、襟翼的收放时间变形量、缝翼的收放时间变形量、机体结构的变形量、机身蒙皮的变形量、燃油系
统的油温压变化量和油泄漏量变形量、液压系统的油温压变化量、发动机短舱的锁关闭力
变形量和空调系统的调温时间变化量各自具有各自的变化量阈值，当在外场低温环境的特
殊温度 中各个变化量均未超过各自变化量阈值时，剪裁剔除该外场低温环境的特殊温
度 ；当在外场低温环境的特殊温度 中任一变化量超过其变化量阈值时，保留该外场
低温环境的特殊温度 ，保留的外场低温环境的特殊温度 为外场低温环境的试验温度
；

[0014] 步骤四、绘制飞机关键运动机构的性能变化量在外场低温环境试验温度下的曲线：绘制包括飞机关键运动机构的性能变化量中每个变化量在外场低温环境试验温度下的
第一曲线体系；

[0015] 步骤五、实验室内低温环境中飞机关键运动机构的性能定量测量：在实际实验过程中，调节实验室温度依次达到外场低温环境的试验温度 ，测量飞机关键运动机构的性
能变化量；

[0016] 步骤六、绘制飞机关键运动机构的性能变化量在实验室内低温环境试验温度下的曲线：绘制包括飞机关键运动机构的性能变化量中每个变化量在实验室内低温环境试验温
度下的第二曲线体系；

[0017] 所述第二曲线体系中第二曲线的数量与所述第一曲线体系中第一曲线的数量相等且一一对应；

[0018] 步骤七、相对应的第一曲线和第二曲线的拟合：将相对应的第二曲线的变形量拟合至与第一曲线的变形量相等，获取相对应的第二曲线的温度与第一曲线的温度的函数
式，即 ，其中， 为第二曲线的温度拟合值，k为曲线的缩放倍率， 为曲线变
换的平移量， 为对应的第一曲线的温度；

[0019] 步骤八、R方检验拟合优度：选择 检验评价拟合是否满足拟合误差，当 检验评价拟合满足拟合误差阈值时，第二曲线体系中各个第二曲线的温度拟合值构成实验室内低
温环境的试验温度 ；当 检验评价拟合不满足拟合误差阈值时，调整步骤七中曲线的缩
放倍率和曲线变换的平移量，直至 检验评价拟合满足拟合误差阈值。

[0020] 上述的一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，其特征在于：所述温差阈值△T为5℃～10℃。

[0021] 上述的一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，其特征在于：所述仿真软件为CATIA仿真软件。

[0022] 上述的一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，其特征在于：所述拟合误差阈值不大于0.01。

[0023] 本发明的有益效果是，将低温试验对飞机整机作用机理融入到剪裁过程，并深入考虑外场自然环境与内场实验室的等效性分析与环境试验验证，实现了剪裁方式和思路有
效拓展，使得飞机整机实验室气候环境试验更真实合理，该气候环境试验剪裁方法理论性
强、可操作性和通用性好，便于推广使用。

[0024] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0025] 图1为本发明的方法流程框图。

具体实施方式

[0026] 如图1所示，本发明的一种实验室内飞机整机低温试验条件剪裁方法，包括以下步骤：

[0027] 步骤一、外场低温环境的特殊温度筛选，过程如下：

[0028] 步骤101、根据公式 ，确定外场低温环境的初级特殊温度 ，其中，i为天数编号且i=1，2，...，365或366，j为小时数编号且j=1，
2，...，24， 代表一年中第i天内第j小时的温度，当i=1时， 为前一年中最后一天内第
j小时的温度， 为前一年中倒数第二天内第j小时的温度，△T为温差阈值；

[0029] 步骤102、滤除初级特殊温度 中出现几率低于10%的初级特殊温度 ，剩余的初级特殊温度 为外场低温环境的特殊温度 ；

[0030] 步骤二、外场低温环境中飞机关键运动机构的性能定量分析：按照时间顺序输入外场环境参数，利用仿真软件对飞机整机进行低温试验，得到低温条件下的飞机关键运动
机构的热变形云图，获取飞机关键运动机构的性能变化量；

[0031] 所述外场环境参数包括外场低温环境的特殊温度 以及对应时间点的环境压力、湿度、风速、风向和辐照度；

[0032] 所述飞机关键运动机构包括起落架、舱门、襟翼、缝翼、机体结构、机身蒙皮、燃油系统、液压系统、发动机短舱和空调系统；

[0033] 所述飞机关键运动机构的性能变化量包括起落架的变形量和收放时间变化量、舱门的变形量和手柄开启力变形量、襟翼的收放时间变形量、缝翼的收放时间变形量、机体结
构的变形量、机身蒙皮的变形量、燃油系统的油温压变化量和油泄漏量变形量、液压系统的
油温压变化量、发动机短舱的锁关闭力变形量和空调系统的调温时间变化量；

[0034] 步骤三、低温试验条件初步剪裁：在仿真软件中，根据飞机关键运动机构的性能变化量初步剪裁外场低温环境的特殊温度 ；

[0035] 起落架的变形量和收放时间变化量、舱门的变形量和手柄开启力变形量、襟翼的收放时间变形量、缝翼的收放时间变形量、机体结构的变形量、机身蒙皮的变形量、燃油系
统的油温压变化量和油泄漏量变形量、液压系统的油温压变化量、发动机短舱的锁关闭力
变形量和空调系统的调温时间变化量各自具有各自的变化量阈值，当在外场低温环境的特
殊温度 中各个变化量均未超过各自变化量阈值时，剪裁剔除该外场低温环境的特殊温
度 ；当在外场低温环境的特殊温度 中任一变化量超过其变化量阈值时，保留该外场
低温环境的特殊温度 ，保留的外场低温环境的特殊温度 为外场低温环境的试验温度
；

[0036] 步骤四、绘制飞机关键运动机构的性能变化量在外场低温环境试验温度下的曲线：绘制包括飞机关键运动机构的性能变化量中每个变化量在外场低温环境试验温度下的
第一曲线体系；

[0037] 步骤五、实验室内低温环境中飞机关键运动机构的性能定量测量：在实际实验过程中，调节实验室温度依次达到外场低温环境的试验温度 ，测量飞机关键运动机构的性
能变化量；

[0038] 步骤六、绘制飞机关键运动机构的性能变化量在实验室内低温环境试验温度下的曲线：绘制包括飞机关键运动机构的性能变化量中每个变化量在实验室内低温环境试验温
度下的第二曲线体系；

[0039] 所述第二曲线体系中第二曲线的数量与所述第一曲线体系中第一曲线的数量相等且一一对应；

[0040] 步骤七、相对应的第一曲线和第二曲线的拟合：将相对应的第二曲线的变形量拟合至与第一曲线的变形量相等，获取相对应的第二曲线的温度与第一曲线的温度的函数
式，即 ，其中， 为第二曲线的温度拟合值，k为曲线的缩放倍率， 为曲线变
换的平移量， 为对应的第一曲线的温度；

[0041] 步骤八、R方检验拟合优度：选择 检验评价拟合是否满足拟合误差，当 检验评价拟合满足拟合误差阈值时，第二曲线体系中各个第二曲线的温度拟合值构成实验室内低
温环境的试验温度 ；当 检验评价拟合不满足拟合误差阈值时，调整步骤七中曲线的缩
放倍率和曲线变换的平移量，直至 检验评价拟合满足拟合误差阈值。

[0042] 本实施例中，所述温差阈值△T为5℃～10℃。

[0043] 本实施例中，所述仿真软件为CATIA仿真软件。

[0044] 本实施例中，所述拟合误差阈值不大于0.01。

[0045] 本发明使用时，将低温试验对飞机整机作用机理融入到剪裁过程，并深入考虑外场自然环境与内场实验室的等效性分析与环境试验验证，实现了剪裁方式和思路有效拓
展，使得飞机整机实验室气候环境试验更真实合理，该气候环境试验剪裁方法理论性强、可
操作性和通用性好。

[0046] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技
术方案的保护范围内。