一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法技术

本发明专利技术公开了一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法，以燃气涡轮转速谱为基本编谱参数，将任务剖面划分为起飞段、中间段和降落段，中间段又分为若干个救火工作循环任务段，统计分析各典型任务段控制参数的数学特征，确定中间段平均救火循环数量，并根据任务段控制参数数学特征抽样重建若干救火工作循环经拼接后形成中间段，并与起飞段和降落段组合形成综合任务谱；本发明专利技术简单直观，且描述精确；以典型任务循环为典型任务段，通过建立典型任务段的数学模型和描述方法，将典型任务段作为综合任务谱的编谱单元，相对于以单一任务段为编谱单元的载荷谱仿真方法更加合理，通用性更强。

A method of compiling fire fighting Integrated Mission spectrum of transport helicopter

【技术实现步骤摘要】
一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法
本专利技术属于航空发动机的综合任务谱编制
，特别涉及一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法，为航空发动机的强度分析、加速任务试车谱的编制提供了基础，是编制航空发动机关键件的寿命试验谱的重要一步。
技术介绍
航空发动机载荷谱是指在一次飞行历程中，各飞行参数随时间变化的曲线，即“载荷-时间”历程曲线。综合任务谱是通过一次“载荷-时间”历程来代表发动机在整个使用寿命期内的受载情况，它能否有效地替代外场复杂的使用载荷谱，取决于其与实测载荷谱的损伤是否一致。综合任务谱实质上就是考虑任务混频后的平均谱，在综合任务谱中各任务段的持续时间等于所有该类飞行练习中相同任务段的平均值。工程中往往选取能够代表机械典型工作任务的载荷参数进行综合任务谱编制。航空发动机的转速、过载、温度、高度等载荷谱的谱型通常与操作使用有关。以转速谱为例，对转速谱进行预处理(滤波和去除扰动)后，当把阵风载荷去掉后，剩下的谱为机动飞行载荷谱，转速的变化与飞机的各种飞行动作相对应。目前，我国已经对执行不同任务的飞机的发动机进行了比较全面的空测，获得大量执行不同任务的飞机飞行剖面信息，如何利用这些飞行剖面信息编制合理的载荷谱，对发动机关键件低循环疲劳损伤、蠕变损伤的研究具有重要意义。目前，在航空发动机载荷谱编制方面，由于西方的技术封锁，国外尚没有公开的文献。国内有关载荷谱的公开文献均是对发动机的某一个飞行剖面进行仿真，而一个飞行剖面很难考虑到发动机所有的机动动作，因此不具有代表性，并且缺少标准化的编制方法。现有技术中：杨兴宇(杨兴宇；涡轴发动机综合飞行载荷剖面研究；2002)，在完成某涡轴发动机整机载荷剖面和总谱的基础上,进行发动机综合飞行剖面研究工作。此研究存在两方面不足：①采用“归一化圆整”方法处理次循环矩阵，存在损伤等效误差，虽在误差分析中分析其影响较小，但仍不是最佳的处理方法；②采用各载荷任务循环的方法编综合任务谱，忽略了从峰值到谷值，从谷值到峰值的过程变化。宋迎东(宋迎东；操作相关的发动机载荷谱模型与仿真研究；2003)，以某型歼击机发动机重心法向过载谱为例，进行统计分析，建立了与操作相关的航空发动机载荷谱的数学模型，并验证了模型的合理性。但采用的穿级计数次数法无法记录原始谱中载荷的次序，且在分布模型选取的不够精确。陆琪(陆琪；一种与使用相关的航空发动机综合任务谱编制方法；2017)，在专利中，以法向过载谱为例，编制与使用相关的航空发动机综合任务谱的编制，其本质是对航空发动机法向过载谱模型的建立和仿真。由此可以得出结论：在航空发动机与使用相关的载荷谱的研究中，大部分文献和专利以航空发动机法向过载谱为研究对象，原因有以下两点：①法向过载谱的谱型简单、载荷变化范围小；②在发动机安装节等关键部位的基准参数是法向过载。本专利技术以一种运输直升机发动机转速谱为基本编谱参数，对航空发动机与使用相关的载荷谱进行研究，有以下两点的必要性：①在航空发动机定寿过程中，转速谱一直是关键的参数；②发动机转动部件的定寿中，转速谱为基准参数。因此，有必要建立一种能够准确模拟出与使用有关的航空发动机综合任务谱的方法，为转动部件的定寿作进一步的准备。
技术实现思路
为了解决现有技术中载荷谱编制时随机性较大的问题，本专利技术提供一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法，该方法是较为直观、简结的编谱方法，实现载荷谱编织过程的定量化和标准化，为航空发动机的强度分析、加速任务试车谱的编制提供了基础，是编制航空发动机关键件的寿命试验谱的重要一步。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于，以燃气涡轮转速谱为基本编谱参数，将任务剖面划分为起飞段、中间段和降落段，中间段又分为若干个救火工作循环任务段，统计分析各典型救火工作循环任务段控制参数的数学特征，确定中间段平均救火循环数量，并根据任务段控制参数数学特征抽样重建若干救火工作循环经拼接后形成中间段，并与起飞段和降落段组合形成综合任务谱。所述救火工作循环任务段用转速类控制参数和持续时间类控制参数描述典型特征，其中：转速类控制参数包括左端点转速、峰值、转速1和右端点转速，持续时间类控制参数包括时间1、时间2、时间3、时间4和时间5。所述救火工作任务段的典型转速类控制参数和持续时间类控制参数的数学特征包括参数的统计分布规律和参数间的相关系数。描述参数的统计分布规律时，转速类控制参数采用威布尔分布或正态分布描述，持续时间类参数采用对数正态分布描述。根据各典型救火工作循环任务段控制参数数学分布特征抽样重建若干个救火工作循环任务段时采用考虑参数间相关系数的拉丁超立方抽样方法。一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将n个剖面的原始转速谱进行起降段划分，提取转速谱中间任务段；(2)对提取的n个转速谱中间任务段进行预处理，去掉对疲劳损伤影响较小或不产生影响的小循环；(3)分析预处理后的n个转速谱中间任务段，划分典型任务段，典型任务段的形状如图1所示，选取能够合理描述典型任务段的控制参数，如图1所示，应用智能识别的算法，统计分析各典型任务段控制参数的数学特征，确定中间段平均救火循环数量，并根据任务段控制参数数学特征抽样重建若干个救火工作循环经拼接后形成中间段，并与起飞段和降落段组合形成综合任务谱。所述步骤(1)的具体步骤为：(11)确定起飞段、中间飞行段和降落段，起飞段和降落段的划分准则为：如图2所示，其中：①起飞部分，②中间飞行部分，③降落部分(111)起飞段与中间飞行段划分准则：发动机转速由0第一次变化到最大值并由最大值下降一定幅值(最大转速的5％)的时间点t1，发动机高度由0第一次变化到最大值的时间点t2。取t1和t2中较小的时间值作为起飞段和中间飞行段的分离点；(112)中间飞行段与降落段划分准则：发动机转速由最大值开始下降并在下降过程中再也没有达到最大值的时间点t3，发动机高度由一定值开始下降且过程中高度无明显上升的时间点t4。取t3和t4中较大的时间值作为中间飞行段和降落段分离点。(12)按照起飞段和降落段的划分准则，对n个转速剖面进行起降段的划分。所述步骤(2)的具体步骤为：(21)确定n个转速中间任务段的滤波的阈值；(211)确定n个中间任务段滤波公式；一般的滤波方法是以去除信号中的噪音为目的，在采集到载荷参数的峰值和谷值后，通过以下两个方面进行滤波操作：(I)小变程滤波；(II)小峰值滤波，从而去掉对疲劳损伤影响较小或不产生影响的小循环。首先对中间任务段进行峰谷值的提取，滤波的阈值为：△％＝Gmax*ω％其中，△％为滤波阈值；Gmax为载荷历程中各循环的最大幅值；ω为经验常数，对于航空发动机，建议取值范围为8.0～12.5，对于本专利技术中n个救火类任务剖面，其经验常数取值范围为4.5～8.5。(212)在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于，以燃气涡轮转速谱为基本编谱参数，将任务剖面划分为起飞段、中间段和降落段，中间段又分为若干个救火工作循环任务段，统计分析各典型救火工作循环任务段控制参数的数学特征，确定中间段平均救火循环数量，并根据任务段控制参数数学特征抽样重建若干救火工作循环经拼接后形成中间段，并与起飞段和降落段组合形成综合任务谱。/n

【技术特征摘要】
1.一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于，以燃气涡轮转速谱为基本编谱参数，将任务剖面划分为起飞段、中间段和降落段，中间段又分为若干个救火工作循环任务段，统计分析各典型救火工作循环任务段控制参数的数学特征，确定中间段平均救火循环数量，并根据任务段控制参数数学特征抽样重建若干救火工作循环经拼接后形成中间段，并与起飞段和降落段组合形成综合任务谱。


2.根据权利要求1所述的运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于：所述救火工作循环任务段用转速类控制参数和持续时间类控制参数描述典型特征，其中：转速类控制参数包括左端点转速、峰值、转速1和右端点转速，持续时间类控制参数包括时间1、时间2、时间3、时间4和时间5。


3.根据权利要求2所述的运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于：所述救火工作任务段的典型转速类控制参数和持续时间类控制参数的数学特征包括参数的统计分布规律和参数间的相关系数。


4.根据权利要求3所述的运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于：描述参数的统计分布规律时，转速类控制参数采用威布尔分布或正态分布描述，持续时间类参数采用对数正态分布描述。


5.根据权利要求2所述的运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于：根据各典型救火工作循环任务段控制参数数学分布特征抽样重建若干个救火工作循环任务段时采用考虑参数间相关系数的拉丁超立方抽样方法。


6.一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将n个剖面的原始转速谱进行起降段划分，提取转速谱中间任务段；
(2)对提取的n个转速谱中间任务段进行预处理；
(3)分析预处理后的n个转速谱中间任务段，划分典型任务段，选取能够描述典型任务段的控制参数，确定中间段平均救火循环数量，重建若干个救火工作循环经拼接后形成中间段，并与起飞段和降落段组合形成综合任务谱。


7.根据权利要求6所述的运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体步骤为：
(11)确定起飞段、中间飞行段和降落段，
起飞段和降落段的划分准则为：
(111)起飞段与中间飞行段划分准则：发动机转速由0第一次变化到最大值并由最大值下降最大转速的5％的时间点t1，发动机高度由0第一次变化到最大值的时间点t2，取t1和t2中较小的时间值作为起飞段和中间飞行段的分离点；
(112)中间飞行段与降落段划分准则：发动机转速由最大值开始下降并在下降过程中再也没有达到最大值的时间点t3，发动机高度由一定值开始下降且过程中高度无明显上升的时间点t4，取t3和t4中较大的时间值作为中间飞行段和降落段分离点。
(12)按照起飞段和降落段的划分准则，对n个转速剖面进行起降段的划分。


8.根据权利要求6所述的运输直升机救火类综合任务谱编制方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体步骤为：
(21)...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛序铭，刘茜，孙志刚，宋迎东，邹鹏建，陈壮壮，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32