【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及航空發動機載荷譜，具體是航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法。
技術介紹
1、目前航空發動機載荷譜仿真建模的研究對象大多為發動機的法向過載等機動載荷，在航空發動機氣動載荷的載荷特征統計及建模方面沒有系統完整的研究方法。目前在載荷特征統計方面采用參數估計法擬合載荷特征的數學模型，在載荷譜仿真方面采用固定波形，例如三角波、正弦波、矩形波等，進行載荷譜的仿真。但實測載荷統計結果表明，航空發動機的氣動載荷由于飛行員操作、飛行條件多樣等原因具有復雜的載荷變化特征，采用以往的統計、建模和仿真方法不能精確地獲得實測載荷真實的損傷特征。因此，研究基于飛行任務段分析的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法具有重要的意義。目前應用于航空發動機載荷譜仿真的方法主要有：
2、文獻“操作相關的發動機載荷譜模型與仿真研究[j].航空動力學報，2003”采用泊松隨機過程描述了載荷持續時間和等待時間的分布。在分布一致的原則下，用正弦波仿真法向過載譜，但仿真結果表明，仿真譜與實測譜之間存在顯著差異，仿真結果丟失了載荷序列信息和形狀特征。
3、文獻“基于任務段數據庫的機動飛行載荷譜的仿真[c].中國航空學會第三屆航空發動機可靠性學術交流會2005:湖北宜昌.”提出了一種基于任務段的法向過載譜建模方法，任務段定義為幅值變化明顯的載荷段，載荷持續時間、到達時間和峰值分布特征的統計是基于隨機過程理論，通過保證載荷特征分布地一致性對機動載荷譜進行了仿真，但仿真結果中載荷序列信息丟失，其任務段的定義不具有實際意義。
4、文獻“與使
5、因此，有必要提供一種簡單有效、能夠精確地表征航空發動機實測氣動載荷的隨機性特征、以與實際飛行動作相關的飛行任務段為研究對象的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法。
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本專利技術提出了一種提高載荷譜仿真精度的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法。
2、為了達到上述目的，本專利技術是通過以下技術方案來實現的：
3、本專利技術是航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，包括如下操作：
4、采集航空發動機實測載荷譜的多種類飛行任務剖面；
5、分解各飛行任務剖面，并劃分得到各類飛行任務段，根據飛行任務段的劃分結果提取得到各類氣動任務段，其中各類氣動任務段包括確定性載荷類氣動任務段和中間機動動作類氣動任務段；
6、對各類氣動任務段進行預處理；
7、建立確定性載荷類氣動任務段的載荷特征的數學模型；
8、建立確定性載荷類氣動任務段的仿真模型；
9、建立中間機動動作類氣動任務段的載荷特征的數學模型；
10、采用高斯過程回歸算法建立各類中間機動動作類氣動任務段的標準化模型；
11、采用遺傳算法建立各類中間機動動作類氣動任務段的仿真模型；
12、基于各類氣動任務段的仿真結果，對氣動載荷譜進行仿真；
13、將基于飛行任務段分析的氣動載荷譜仿真結果和常規基于任務剖面分析的氣動載荷譜仿真結果與原始氣動載荷譜作對比，驗證仿真方法的有效性和仿真結果的準確性。
14、本專利技術的進一步改進在于：分解各飛行任務剖面，并劃分得到各類飛行任務段，根據飛行任務段的劃分結果提取得到各類氣動任務段，具體包括：分解航空發動機實測載荷譜的多種類飛行任務剖面，將各飛行任務剖面劃分為確定性載荷類飛行任務段和中間機動動作類飛行任務段，并分別對確定性載荷類任務段和中間機動動作類任務段進行細分，其中，根據高度和高度變化量細分確定性載荷任務段，根據飛行動作劃分，并結合動作高度、高度變化量、速度、角度變化量細分中間機動動作類任務段，最終獲得飛行任務段的劃分結果，根據飛行任務段的劃分結果提取得到各類氣動任務段，其中確定性載荷類飛行任務段包括起飛、起飛后爬升、降落下滑、降落小航線、著陸類任務段，中間機動動作類飛行任務段為各飛行任務剖面中起飛后爬升段和降落下滑段中間的任務段。
15、本專利技術的進一步改進在于：對各類氣動任務段進行預處理，包括去除奇異值和雨流濾波，其中以3為濾波閾值對去除奇異值后的氣動載荷任務段進行雨流濾波處理。
16、本專利技術的進一步改進在于：確定性載荷類氣動任務段的載荷特征為任務段持續時間的分布特征、表征蠕變特征的載荷分布特征、表征疲勞特征的載荷循環特征，其中任務段持續時間分布的數學模型采用指數分布模型擬合，載荷分布特征的數學模型為載荷分布矩陣，載荷循環特征的數學模型為載荷循環矩陣。
17、本專利技術的進一步改進在于：建立確定性載荷類氣動任務段的仿真模型，具體包括：統計載荷分布矩陣、載荷循環矩陣和任務段持續時間分布的統計結果，按載荷分布矩陣將氣動載荷分級，平均分配各級氣動載荷的持續時間，根據載荷循環矩陣采用矩陣波進行各類確定性載荷類氣動任務段的仿真。
18、本專利技術的進一步改進在于：中間機動動作類氣動任務段的載荷特征包括表征蠕變損傷的載荷特征和表征疲勞損傷的載荷特征，表征蠕變損傷的載荷特征為總持續時間分布、加力狀態載荷分布、等于或大于中間推力狀態載荷分布及等于或大于中間推力狀態持續時間占總持續時間比例的分布、巡航狀態載荷分布及巡航狀態持續時間占總持續時間比例的分布，表征疲勞損傷的載荷特征為載荷循環特征，為建立中間機動動作類氣動任務段的載荷特征的數學模型，采用核密度估計精確統計各狀態的載荷分布特征，并采用高斯模型擬合概率密度分布曲線獲得載荷分布特征，采用指數分布擬合各狀態的載荷持續時間分布特征，采用雨流計數法統計載荷循環矩陣，采用高斯混合模型擬合載荷循環矩陣的分布特征。
19、本專利技術的進一步改進在于：采用遺傳算法建立各類中間機動動作類氣動任務段的仿真模型，具體操作包括：結合中間機動動作類氣動任務段的載荷特征，以各類中間機動動作類氣動任務段的標準化模型為輸入，以載荷特征誤差為優化目標，采用遺傳算法獲得各類中間機動動作類氣動任務段的仿真結果。
20、本專利技術的進一步改進在于：基于各類氣動任務段的仿真結果，對氣動載荷譜進行仿真，具體包括：按飛行動作類別將各類氣動任務段的仿真結果進行拼接，獲得氣動載荷譜的仿真結果。
21、本專利技術的有益效果是：1.本專利技術提出了一種航空發動機氣動載荷譜仿真方法，采用基于飛行動作劃分的飛行任務段作為仿真單元，各類飛行任務段不僅具有與實際操作相關的意義且具有獨立的載荷特征；
22、2.本專利技術提供了一種更準確全面的航空發動機氣動載荷任務段載本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：包括如下操作：
2.根據權利要求1所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述分解各飛行任務剖面，并劃分得到各類飛行任務段，根據飛行任務段的劃分結果提取得到各類氣動任務段，具體包括：分解航空發動機實測載荷譜的多種類飛行任務剖面，將各飛行任務剖面劃分為確定性載荷類飛行任務段和中間機動動作類飛行任務段，并分別對確定性載荷類任務段和中間機動動作類任務段進行細分，其中，根據高度和高度變化量細分確定性載荷任務段，根據飛行動作劃分，并結合動作高度、高度變化量、速度、角度變化量細分中間機動動作類任務段，最終獲得飛行任務段的劃分結果，根據飛行任務段的劃分結果提取得到各類氣動任務段，其中確定性載荷類飛行任務段包括起飛、起飛后爬升、降落下滑、降落小航線、著陸類任務段，中間機動動作類飛行任務段為各飛行任務剖面中起飛后爬升段和降落下滑段中間的任務段。
3.根據權利要求1所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述對各類氣動任務段進行預處理，包括去除奇異值和雨流濾波，其中以3為濾波閾值對去除奇異值后的氣
4.根據權利要求1所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述確定性載荷類氣動任務段的載荷特征為任務段持續時間的分布特征、表征蠕變特征的載荷分布特征、表征疲勞特征的載荷循環特征，其中任務段持續時間分布的數學模型采用指數分布模型擬合，載荷分布特征的數學模型為載荷分布矩陣，載荷循環特征的數學模型為載荷循環矩陣。
5.根據權利要求4所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述建立確定性載荷類氣動任務段的仿真模型，具體包括：統計載荷分布矩陣、載荷循環矩陣和任務段持續時間分布的統計結果，按載荷分布矩陣將氣動載荷分級，平均分配各級氣動載荷的持續時間，根據載荷循環矩陣采用矩陣波進行各類確定性載荷類氣動任務段的仿真。
6.根據權利要求1所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述中間機動動作類氣動任務段的載荷特征包括表征蠕變損傷的載荷特征和表征疲勞損傷的載荷特征，表征蠕變損傷的載荷特征為總持續時間分布、加力狀態載荷分布、等于或大于中間推力狀態載荷分布及等于或大于中間推力狀態持續時間占總持續時間比例的分布、巡航狀態載荷分布及巡航狀態持續時間占總持續時間比例的分布，表征疲勞損傷的載荷特征為載荷循環特征，為建立中間機動動作類氣動任務段的載荷特征的數學模型，采用核密度估計精確統計各狀態的載荷分布特征，并采用高斯模型擬合概率密度分布曲線獲得載荷分布特征，采用指數分布擬合各狀態的載荷持續時間分布特征，采用雨流計數法統計載荷循環矩陣，采用高斯混合模型擬合載荷循環矩陣的分布特征。
7.根據權利要求6所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述采用遺傳算法建立各類中間機動動作類氣動任務段的仿真模型，具體操作包括：結合中間機動動作類氣動任務段的載荷特征，以各類中間機動動作類氣動任務段的標準化模型為輸入，以載荷特征誤差為優化目標，采用遺傳算法獲得各類中間機動動作類氣動任務段的仿真結果。
8.根據權利要求1所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述基于各類氣動任務段的仿真結果，對氣動載荷譜進行仿真，具體包括：按飛行動作類別將各類氣動任務段的仿真結果進行拼接，獲得氣動載荷譜的仿真結果。
...【技術特征摘要】
1.航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：包括如下操作：
2.根據權利要求1所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述分解各飛行任務剖面，并劃分得到各類飛行任務段，根據飛行任務段的劃分結果提取得到各類氣動任務段，具體包括：分解航空發動機實測載荷譜的多種類飛行任務剖面，將各飛行任務剖面劃分為確定性載荷類飛行任務段和中間機動動作類飛行任務段，并分別對確定性載荷類任務段和中間機動動作類任務段進行細分，其中，根據高度和高度變化量細分確定性載荷任務段，根據飛行動作劃分，并結合動作高度、高度變化量、速度、角度變化量細分中間機動動作類任務段，最終獲得飛行任務段的劃分結果，根據飛行任務段的劃分結果提取得到各類氣動任務段，其中確定性載荷類飛行任務段包括起飛、起飛后爬升、降落下滑、降落小航線、著陸類任務段，中間機動動作類飛行任務段為各飛行任務剖面中起飛后爬升段和降落下滑段中間的任務段。
3.根據權利要求1所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述對各類氣動任務段進行預處理，包括去除奇異值和雨流濾波，其中以3為濾波閾值對去除奇異值后的氣動載荷任務段進行雨流濾波處理。
4.根據權利要求1所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述確定性載荷類氣動任務段的載荷特征為任務段持續時間的分布特征、表征蠕變特征的載荷分布特征、表征疲勞特征的載荷循環特征，其中任務段持續時間分布的數學模型采用指數分布模型擬合，載荷分布特征的數學模型為載荷分布矩陣，載荷循環特征的數學模型為載荷循環矩陣。
5.根據權利要求4所述的航空發動機氣動載荷譜建模及仿真方法，其特征在于：所述建立確定性載荷類...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋迎東，靳彧，孫志剛，牛序銘，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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