矢量喷管的俯仰角是指在铅垂面内矢量喷管中轴线与水平面之间的夹角,是衡量矢量喷管机构动态性能的重要参数。根据矢量喷管机构的设计要求,在机构启动0.3s时,矢量喷管的俯仰角要达到20°,否则不能为飞机起飞提供充分的升力,将会影响飞机的正常起飞。俯仰角不同的动态响应如图5-29所示。在构件作为刚体假设时,在0.3s时俯仰角可以达到25°;而在构件作为柔体假设时,在0.3s时俯仰角在20°左右。可以看出构件柔性对动态参数的影响很大,忽略柔性影响会给机构运动分析带来很大的误差。
图5-29 俯仰角不同的动态响应
选取俯仰角θ作为矢量喷管机构的性能参数,对0.3s时俯仰角θ的动态响应进行分析,参考文献[215]利用响应面方法对俯仰角θ可靠度进行了分析和计算,本书利用ANN-MC方法和ANN-RSM方法分别求解了俯仰角θ在0.3s的时间截口可靠度,并对计算结果进行了比较。
图5-30 俯仰角分布直方图(www.xing528.com)
将随机变量抽样50次的数据作为ANN输入样本,求得的随机动态响应作为期望输出样本,这50组数据作为ANN的学习样本。建立BP神经网络拓扑结构:输入层神经元数量4,隐含层数量20,输出层神经元数量1,目标误差为0.0001。网络收敛后,利用ANN计算另外950组随机变量抽样数据点,与学习样本数据共1000组数据,得到俯仰角的分布直方图,如图5-30所示。统计ANN-MC方法的结果,失效次数为13,得到失效概率为:13/1000=0.013,从而得到的俯仰角可靠度为1-0.013=0.987。
利用确定性仿真数据拟合不含交叉项的二次多项式响应面,得到多项式系数为0.0098925;-52.447;-2.8236;79.389;5.1084;192.21;-141.78;-9.0403;-61.238;0.16013;14.904;576.53,83.654;-92.351;-6.2642,按照RSM方法求解该响应面的可靠度为0.983。
根据不同方法计算矢量喷管柔性机构动态性能可靠度的结果见表5-11。RSM方法、ANN-MC方法和ANN-RSM方法的计算结果很接近。
表5-11 不同求解方法结果的比较
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