一种用于飞机部件易损性排序的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于飞机部件易损性排序的方法，首先进行建立飞机三维几何模型；通过设置攻击属性，部件属性和杀伤树产生射击线；利用等效单一易损面积的概念，针对有余度有重叠的复杂飞机模型提出对各部件及全机易损性的定量计算，得到各部件及全机的暴露面积和易损面积；利用修正后的重要度准则进行部件易损性的分析和排序。运用易损性排序的方法，可更加深入探究每个部件易损性与其它部件的相互影响关系。同时，根据得出的重要度排序，可了解需要重点关注部件的设计，并将此作为优先设计的重要依据，有效地为提高飞机生存力提供指导原则，有针对性地将设计任务放在易损性高的部件上，从而达到飞机生存力的高效优化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种用于飞机部件易损性排序的方法
本专利技术属于航空飞行器易损性减缩设计领域，具体地说,涉及一种用于飞机部件易损性排序的方法。
技术介绍
飞机易损性定义为飞机抵抗敌对作战环境的能力。在为飞机方案设计阶段考虑易损性是否满足要求提供理论指导与设计原则时，需要进行不同方案易损性的对比，从而对未来飞机型号的低易损性设计奠定基础，提高飞机的作战生存力。飞机的易损面积对于比较不同型号飞机的易损性提供了基准，通过它可了解不同飞机易损性的相对大小。通常，对于给定威胁，用单次打击下的易损面积来表示飞机的易损性。即飞机暴露面积上遭受的随机打击的杀伤概率。但是单次打击的飞机易损面积并不是一个可靠的比较不同型号飞机易损性相对大小的标准。其原因在于它不能完全考虑多重易损部件对飞机易损性的影响。因为多重易损部件组由若干部件组成，单独的任何一个该组的部件杀伤不会导致飞机杀伤，只有当该多重易损部件组杀伤时才会引起飞机杀伤。在国防科工委军标出版社出版的《飞机非核生存力通用指南》中提出了等效单一易损面积的概念来解决这一问题，并用于不同型号飞机易损性的比较。航空学报上刊出的《计算飞机等效单一易损面积的新方法》中详细给出了计算有余度飞机模型易损性的过程；专利《一种降低飞行器易损性的方法》中提出了在降低易损性的同时如何考虑重量。但是以上两项并没有给出明确的计算部件易损性重要度的方法。在飞行器的实际设计过程中，对于重要的部件都会进行遮挡或者余度设计，以保护关键部件，提高飞行器在作战环境中的生存力。生存力评估中的一项重要工作就是给出飞机部件的易损性重要度。它为有效提高飞机生存力提供指导原则，有针对性地将主要设计任务放在易损性高的部件上，从而达到飞机生存力的高效优化设计。Birnbaum提出的重要度准则沿用至今，用于各系统部件的可靠性计算，并进一步运用于安全，风险领域。这里包括关键重要度,FV重要度,RAW重要度和RRW重要度。在本专利技术中，对以上可靠性领域中的几个重要度准则进行修正，得到部件易损性重要度的算法。
技术实现思路
为克服利用单次打击易损面积对比易损性的局限性，本专利技术提出一种用于飞机部件易损性排序的方法，利用等效单一易损面积的概念，针对有余度有重叠的复杂飞机模型提出了对各部件以及全机易损性的定量计算、分析和排序方法。本专利技术首先进行飞机三维几何模型的建立；通过设置攻击属性，部件属性和杀伤树产生射击线；利用等效单一易损面积的概念进行有余度有重叠模型的易损性计算，得到各部件以及全机的暴露面积和易损面积；利用修正后的重要度准则进行部件易损性的分析和排序。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是包括以下步骤:步骤1.建立飞机三维模型，确定机体坐标系、基准点，从点到线到面建立模型；还原真实的部件重叠遮挡关系，结构与系统布局，以及气动外形；步骤2.定义攻击方向，为了模拟战场环境，需模拟攻击飞机的射击线,根据建立的三维模型及所处的坐标系，通过方位角、俯仰角定义攻击方向,即射击线的攻击方向,同时，在飞机模型上生成网格，设置射击线网格的尺寸参数包括网格长w和网格宽h；步骤3.设置部件属性，对建立的飞机模型各部件进行易损性参数定义，包括材料类型，损耗杀伤和任务放弃杀伤致命性标识，杀伤模式，杀伤概率函数及方向概率函数的修正；步骤4.设置威胁属性，飞机属性设置后，要对威胁物进行参数设置，威胁模型包括威胁物的形状参数、材料参数、交汇参数,形状参数包括威胁物的形状、特征长、特征宽、特征厚,材料参数包括威胁物的材料强度、弹性模量、体积模量,交汇参数包括威胁物质量、速度、飞机飞行高度,射击方向按照步骤2定义的攻击方向进一步定义及选取,威胁物指非爆穿透物，包括射弹、弹丸非爆威胁；步骤5.完成威胁属性的设置并进行射击线的模拟处理，具体实施步骤如下:(1)生成射击线；将一长为w，宽为h的平面网格，平铺在飞机及部件四边形有限元投影模型上，在平面网格的每个单元内随机产生1条射击线，共产生N条射击线，通过由射击线1到射击线N对飞机表面进行扫描来获得易损性计算所需的几何描述数据；(2)生成射击线预处理数据；射击线预处理数据包括射击线穿过部件的名称、射击线穿过部件的顺序、射击线穿过每个部件的入射点和出射点坐标、射击线穿过部件的个数；(3)射击线的交汇；计算威胁撞击各种部件材料靶板后的实际弹道及运动状态变化，将每次撞击材料靶板后的碎片运动状态参数进行确定，为下一次撞击提供输入，当威胁的速度或质量衰减为零,或射击线与飞机部件面元无交点时，停止该射击线的几何描述计算；步骤6.杀伤树设置，在获得射击线数据后，确定飞机的各个部件是否被杀伤，需设置各部件之间的余度或非余度关系，即定义模型中各个系统，结构部件和人员的杀伤关系,包括设置杀伤等级，插入顶事件，逐级添加子系统，设置子系统的ID号，名称和每一层系统间的事件关系:与门、或门、表决门，最后进行最小割集计算通过正确性检验；步骤7.易损性计算，利用飞机易损性定量计算软件系统，计算飞机和各部件的暴露面积，计算各部件的易损面积，计算全机的等效单一易损面积；对于有余度有重叠的复杂飞机模型，利用基于Monte-Carlo模拟的等效单一易损面积的通用数值计算得到导致飞机杀伤的期望打击数目E(Z)，进而求得飞机等效单一易损面积AVE，最后，得到各攻击方向各杀伤等级下进行射击线穿过的部件及全机的几何描述数据；显示结果分别为:部件代码Code，威胁打击部件时，部件杀伤概率部件易损面积部件暴露面积威胁打击飞机时，部件杀伤概率威胁打击飞机时，飞机的杀伤概率PK/H,飞机易损面积AV,飞机暴露面积AP；步骤8.易损性重要度计算，通过对可靠性领域中的五个重要度准则进行修正，得到部件易损性重要度的算法，计算所需数据均可由上述步骤7易损性计算得出，最后进行各部件易损性的分析和对比，给出不同准则下部件易损性的排序。有益效果本专利技术提出的一种用于飞机部件易损性排序的方法，首先进行建立飞机三维几何模型；通过设置攻击属性，部件属性和杀伤树产生射击线；利用等效单一易损面积的概念，针对有余度有重叠的复杂飞机模型提出对各部件以及全机易损性的定量计算，得到各部件以及全机的暴露面积和易损面积；利用修正后的重要度准则进行部件易损性的分析和排序。运用本专利技术列出的比较部件之间易损性的方法，可更加深入探究到每个部件易损性与其它部件的相互影响关系。同时，根据得出的重要度排序，可清楚地了解需要重点关注哪些部件的设计，并将此作为优先设计的重要依据，有效地为提高飞机生存力提供指导原则，有针对性地将主要设计任务放在易损性高的部件上，从而达到飞机生存力的高效优化设计。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术一种用于飞机部件易损性排序的方法作进一步详细说明。图1为本专利技术用于飞机部件易损性排序的方法流程图。图2为本专利技术设置攻击方向定义示意图。图3为本专利技术射击线模拟原理流程图。图4为本专利技术射击线在飞机内部运动示意图。图5为本专利技术模型简化后的杀伤树示意图。图6为本专利技术Monte-Carlo模拟流程图。图7为本专利技术平面打击模型。具体实施方式本实施例是一种用于飞机部件易损性排序的方法。参阅图1～图7,本实施例以某型飞行器为例，应用飞机部件易损性排序的方法实施。具体实施过程包括以下步骤:第一步，建立飞机三维模型，利用CATIA三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于飞机部件易损性排序的方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.建立飞机三维模型，确定机体坐标系、基准点，从点到线到面建立模型；还原真实的部件重叠遮挡关系，结构与系统布局，以及气动外形；步骤2.定义攻击方向，为了模拟战场环境，需模拟攻击飞机的射击线,根据建立的三维模型及所处的坐标系，通过方位角、俯仰角定义攻击方向,即射击线的攻击方向,同时，在飞机模型上生成网格，设置射击线网格的尺寸参数包括网格长w和网格宽h；步骤3.设置部件属性，对建立的飞机模型各部件进行易损性参数定义，包括材料类型，损耗杀伤和任务放弃杀伤致命性标识，杀伤模式，杀伤概率函数及方向概率函数的修正；步骤4.设置威胁属性，飞机属性设置后，要对威胁物进行参数设置，威胁模型包括威胁物的形状参数、材料参数、交汇参数,形状参数包括威胁物的形状、特征长、特征宽、特征厚,材料参数包括威胁物的材料强度、弹性模量、体积模量,交汇参数包括威胁物质量、速度、飞机飞行高度,射击方向按照步骤2定义的攻击方向进一步定义及选取,威胁物指非爆穿透物，包括射弹、弹丸非爆威胁；步骤5.完成威胁属性的设置并进行射击线的模拟处理，具体实施步骤如下:(1)生成射击线；将一长为w，宽为h的平面网格，平铺在飞机及部件四边形有限元投影模型上，在平面网格的每个单元内随机产生1条射击线，共产生N条射击线，通过由射击线1到射击线N对飞机表面进行扫描来获得易损性计算所需的几何描述数据；(2)生成射击线预处理数据；射击线预处理数据包括射击线穿过部件的名称、射击线穿过部件的顺序、射击线穿过每个部件的入射点和出射点坐标、射击线穿过部件的个数；(3)射击线的交汇；计算威胁撞击各种部件材料靶板后的实际弹道及运动状态变化，将每次撞击材料靶板后的碎片运动状态参数进行确定，为下一次撞击提供输入，当威胁的速度或质量衰减为零,或射击线与飞机部件面元无交点时，停止该射击线的几何描述计算；步骤6.杀伤树设置，在获得射击线数据后，确定飞机的各个部件是否被杀伤，需设置各部件之间的余度或非余度关系，即定义模型中各个系统，结构部件和人员的杀伤关系,包括设置杀伤等级，插入顶事件，逐级添加子系统，设置子系统的ID号，名称和每一层系统间的事件关系:与门、或门、表决门，最后进行最小割集计算通过正确性检验；步骤7.易损性计算，利用飞机易损性定量计算软件系统，计算飞机和各部件的暴露面积，计算各部件的易损面积，计算全机的等效单一易损面积；对于有余度有重叠的复杂飞机模型，利用基于Monte‑Carlo模拟的等效单一易损面积的通用数值计算得到导致飞机杀伤的期望打击数目E(Z)，进而求得飞机等效单一易损面积AVE，最后，得到各攻击方向各杀伤等级下进行射击线穿过的部件及全机的几何描述数据；显示结果分别为:部件代码Code，威胁打击部件时，部件杀伤概率部件易损面积部件暴露面积威胁打击飞机时，部件杀伤概率威胁打击飞机时，飞机的杀伤概率PK/H,飞机易损面积AV,飞机暴露面积AP；步骤8.易损性重要度计算，通过对可靠性领域中的五个重要度准则进行修正，得到部件易损性重要度的算法，计算所需数据均可由上述步骤7易损性计算得出，最后进行各部件易损性的分析和对比，给出不同准则下部件易损性的排序。...

【技术特征摘要】
1.一种用于飞机部件易损性排序的方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.建立飞机三维模型，确定机体坐标系、基准点，从点到线到面建立模型；还原真实的部件重叠遮挡关系，结构与系统布局，以及气动外形；步骤2.定义攻击方向，为了模拟战场环境，需模拟攻击飞机的射击线,根据建立的三维模型及所处的坐标系，通过方位角、俯仰角定义攻击方向,即射击线的攻击方向,同时，在飞机模型上生成网格，设置射击线网格的尺寸参数包括网格长w和网格宽h；步骤3.设置部件属性，对建立的飞机模型各部件进行易损性参数定义，包括材料类型，损耗杀伤和任务放弃杀伤致命性标识，杀伤模式，杀伤概率函数及方向概率函数的修正；步骤4.设置威胁属性，飞机属性设置后，要对威胁物进行参数设置，威胁模型包括威胁物的形状参数、材料参数、交汇参数,形状参数包括威胁物的形状、特征长、特征宽、特征厚,材料参数包括威胁物的材料强度、弹性模量、体积模量,交汇参数包括威胁物质量、速度、飞机飞行高度,射击方向按照步骤2定义的攻击方向进一步定义及选取,威胁物指非爆穿透物，包括射弹、弹丸非爆威胁；步骤5.完成威胁属性的设置并进行射击线的模拟处理，具体实施步骤如下:(1)生成射击线；将一长为w，宽为h的平面网格，平铺在飞机及部件四边形有限元投影模型上，在平面网格的每个单元内随机产生1条射击线，共产生N条射击线，通过由射击线1到射击线N对飞机表面进行扫描来获得易损性计算所需的几何描述数据；(2)生成射击线预处理数据；射击线预处理数据包括射击线穿过部件的名称、射击线穿过部件的顺序、射击线穿过每个部件的入射点和出射点坐标、射击线穿过部件的个数；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴扬，李可君，宋笔锋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61