一种基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法技术

本发明专利技术公开了一种基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法，步骤为：对航空发动机原始实测谱的飞行任务剖面划分起飞段、中间段和降落段；总结飞机中间机动飞行过程中可能出现的各种基本飞行动作；选取能够描述各种基本飞行动作的飞行特征参数；得到各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱，并进行数据处理；得到代表各实际基本飞行动作的飞行任务段；确定复杂飞行动作，得到代表各复杂飞行动作的飞行任务段；与人工经验划分结果对比，验证划分结果的准确性；对滤波后的该型航空发动机飞行任务剖面转速谱中间段进行任务段划分，得到代表各复杂飞行动作和飞行任务的转速任务段。本发明专利技术解决了目前任务段数量繁多、分类难度大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法
本专利技术涉及航空发动机载荷谱领域，尤其涉及一种基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法。
技术介绍
航空发动机技术是世界军事强国优先发展并且高度垄断与严密封锁的关键技术，是一个国家装备军事水平与科技实力和综合国力的重要标记。航空发动机载荷谱是发动机结构寿命研究的载荷依据，载荷谱的研究可以得到整机和零部件使用的载荷信息，对在研发动机和现役发动机的定寿延寿具有重要意义。目前国内载荷谱研究普遍采用某一个飞行任务剖面作为研究对象，由于飞行载荷谱复杂且包含大量的随机载荷，以飞行任务剖面为研究对象造成了载荷谱研究样本数量少、研究误差大等问题。相比于飞行任务剖面，任务段作为航空发动机载荷谱的最小基本单元能够更具体地反映航空发动机在执行不同任务时的载荷状态。以任务段为航空发动机载荷谱分析研究的对象可以有效扩充样本数量，丰富样本信息，精确样本特征，减小研究误差。因此，研究航空发动机载荷谱任务段的划分方法具有重要的意义。载荷谱任务段因数量众多且杂乱无章，划分问题至今未能找到很好的解决方法，目前对其划分提取和应用的研究尚不充分，处于发展阶段。应用于航空发动机载荷谱任务段划分的方法主要有：文献“BasicapproachinthedevelopmentofTURBISTAN,aloadingstandardforfighteraircraftenginedisks,AmericanSocietyforTestingandMaterials1989”将典型飞行任务剖面分为三个大的任务段：初始段、中间段和结束段。初始段细分为地面操作段和起飞爬升段，中间段根据载荷变化幅度细分为巡航段、低机动段和高机动段，结束段细分为下降着陆阶段和地面滑行阶段。但该划分方法比较粗略，划分未能真正体现出中间段的机动飞行动作，并且只考虑了载荷变化幅度对中间机动飞行过程的影响，因此该划分方法不够准确。专利CN108717474A“一种与使用相关的航空发动机综合任务谱编制方法”提出将机动飞行任务段划分为五大类典型任务段，典型任务段划分原则为任务段谱型接近以及任务段对发动机造成的损伤接近，由于载荷的持续时间和峰值可以反映疲劳损伤信息，该原则基于任务段的持续时间和峰值大小划分了典型任务段，但是该划分方法是基于对载荷谱载荷特征的数学分析提出的，没有考虑任务段具有的实际意义，因此以该方法划分的典型任务段为单元无法准确预测和编制载荷谱。因此，有必要提供一种简单有效，能够根据飞机飞行过程中的各种实际飞行机动动作准确划分航空发动机载荷谱任务段的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法，以解决任务段数量繁多、划分难度大的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法，包括以下步骤：(1)对航空发动机原始实测谱的飞行任务剖面划分起飞段、中间段和降落段，并将起飞段细分为地面滑行段和起飞爬升段，将降落段进行细分为下降着陆段和地面滑行段；(2)总结飞机中间机动飞行过程中可能出现的各种基本飞行动作；(3)选取能够描述各种基本飞行动作的飞行特征参数；(4)分别对飞行任务剖面中各飞行特征参数的载荷谱中间段选取雨流滤波阈值并进行雨流滤波，以得到各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱；(5)分别对得到的各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱进行数据处理，以保证各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱数据个数相同；(6)基于数据处理后的各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱，对航空发动机载荷谱飞行任务剖面进行划分，得到代表各实际基本飞行动作的飞行任务段；(7)根据基本飞行动作的排列组合和飞行特征参数累积变化量总结确定复杂飞行动作；(8)基于代表各实际基本飞行动作的飞行任务段划分结果，对航空发动机载荷谱飞行任务剖面进行进一步划分，得到代表各复杂飞行动作的飞行任务段；(9)将飞行任务段划分结果与人工经验划分结果作一一对比，验证划分结果的准确性；(10)基于飞行任务段的划分结果，对滤波后的该型航空发动机飞行任务剖面转速谱中间段进行任务段划分，得到代表各复杂飞行动作和飞行任务的转速任务段。进一步的，所述步骤(1)中，根据原始飞行载荷谱中的高度谱和马赫数谱提取起飞段和降落段，定义马赫数第一次达到极大值并由极大值开始下降的时间点与高度第一次达到极大值并由极大值开始下降的时间点这两者中较小的时间值为起飞段和中间段的分离点，马赫数由某一值开始下降且过程中无明显上升的时间点与高度由某一值开始下降且过程中无明显上升的时间点这两者中较大的时间点为降落段和中间段的分离点；根据高度谱将起飞段细分为地面滑行段和起飞爬升段，根据高度谱将降落段细分为下降着陆段和地面滑行段，定义高度明显变化的时间点为起飞段和降落段中的地面滑行段的分离点。进一步的，所述步骤(2)中，根据飞机飞行训练大纲和飞行教范总结得到飞机飞行过程中可能出现的16个基本飞行动作，分别为：匀速平飞、加速平飞、减速平飞、爬升、跃升、下滑、俯冲、水平左转弯、水平右转弯、水平横滚、上下横滚、飞机俯仰、上升左转弯、上升右转弯、下降左转弯、下降右转弯。进一步的，所述步骤(3)中，通过分析飞机做出步骤(2)中给出的各基本飞行动作时其飞行参数的变化规律，结合能够获得的有限的飞行载荷谱参数，总结确定6个能够描述各基本飞行动作的飞行特征参数，分别为：气压高度、气压高度变化率、马赫数、航迹角、横滚角、俯仰角。进一步的，所述步骤(4)中，首先对各飞行特征参数载荷谱中间段依次筛选峰谷值，然后从第一个峰谷值点开始判断相邻峰谷值点的上升量或者下降量是否满足设定的阀值，小于阀值的保留，大于阀值的去除；判断雨流滤波谱最后一点与第一点的值是否相同，不同则在最后添加一个与原始载荷谱最后一点值相同的点，得到初始的雨流滤波谱；其次，采用判定法添加若干原始载荷谱的点，添加的点满足在上升边添加的只允许上升，在下降边添加的只允许下降，得到最终的雨流滤波谱；其中，所述雨流滤波阀值是根据以下公式确定：Δ％＝(Gmax-Gmin)×10％其中，Δ％为雨流滤波阀值；Gmax为载荷历程中的最大幅值；Gmin为载荷历程中的最小幅值。进一步的，所述步骤(5)中，由于经过步骤(4)的处理得到各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱中会出现若干个位置随机的断点，断点出现的位置由于划分参数的不同而不同，因此需要对滤波后的数据进行处理，线性补齐各雨流滤波谱中的断点。进一步的，所述步骤(6)中，根据实际飞行过程中飞机做出各基本飞行动作时其飞行特征参数的变化规律，基于步骤(5)处理得到的数据，采用编程的方法对航空发动机载荷谱划分基本飞行动作的飞行任务段。进一步的，所述步骤(7)中，判断基本动作在空间上的组成结构和时间序列上的先后顺序，在划分出的基本飞行动作中再考虑飞行特征参数在飞行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)对航空发动机原始实测谱的飞行任务剖面划分起飞段、中间段和降落段，并将起飞段细分为地面滑行段和起飞爬升段，将降落段进行细分为下降着陆段和地面滑行段；/n(2)总结飞机中间机动飞行过程中可能出现的各种基本飞行动作；/n(3)选取能够描述各种基本飞行动作的飞行特征参数；/n(4)分别对飞行任务剖面中各飞行特征参数的载荷谱中间段选取雨流滤波阈值并进行雨流滤波，以得到各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱；/n(5)分别对得到的各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱进行数据处理，以保证各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱数据个数相同；/n(6)基于数据处理后的各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱，对航空发动机载荷谱飞行任务剖面进行划分，得到代表各实际基本飞行动作的飞行任务段；/n(7)根据基本飞行动作的排列组合和飞行特征参数累积变化量总结确定复杂飞行动作；/n(8)基于代表各实际基本飞行动作的飞行任务段划分结果，对航空发动机载荷谱飞行任务剖面进行进一步划分，得到代表各复杂飞行动作的飞行任务段；/n(9)将飞行任务段划分结果与人工经验划分结果作一一对比，验证划分结果的准确性；/n(10)基于飞行任务段的划分结果，对滤波后的该型航空发动机飞行任务剖面转速谱中间段进行任务段划分，得到代表各复杂飞行动作和飞行任务的转速任务段。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)对航空发动机原始实测谱的飞行任务剖面划分起飞段、中间段和降落段，并将起飞段细分为地面滑行段和起飞爬升段，将降落段进行细分为下降着陆段和地面滑行段；
(2)总结飞机中间机动飞行过程中可能出现的各种基本飞行动作；
(3)选取能够描述各种基本飞行动作的飞行特征参数；
(4)分别对飞行任务剖面中各飞行特征参数的载荷谱中间段选取雨流滤波阈值并进行雨流滤波，以得到各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱；
(5)分别对得到的各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱进行数据处理，以保证各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱数据个数相同；
(6)基于数据处理后的各飞行特征参数载荷谱中间段的雨流滤波谱，对航空发动机载荷谱飞行任务剖面进行划分，得到代表各实际基本飞行动作的飞行任务段；
(7)根据基本飞行动作的排列组合和飞行特征参数累积变化量总结确定复杂飞行动作；
(8)基于代表各实际基本飞行动作的飞行任务段划分结果，对航空发动机载荷谱飞行任务剖面进行进一步划分，得到代表各复杂飞行动作的飞行任务段；
(9)将飞行任务段划分结果与人工经验划分结果作一一对比，验证划分结果的准确性；
(10)基于飞行任务段的划分结果，对滤波后的该型航空发动机飞行任务剖面转速谱中间段进行任务段划分，得到代表各复杂飞行动作和飞行任务的转速任务段。


2.根据权利要求1所述的基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法，其特征在于：所述步骤(1)中，根据原始飞行载荷谱中的高度谱和马赫数谱提取起飞段和降落段，定义马赫数第一次达到极大值并由极大值开始下降的时间点与高度第一次达到极大值并由极大值开始下降的时间点这两者中较小的时间值为起飞段和中间段的分离点，马赫数由某一值开始下降且过程中无明显上升的时间点与高度由某一值开始下降且过程中无明显上升的时间点这两者中较大的时间点为降落段和中间段的分离点；根据高度谱将起飞段细分为地面滑行段和起飞爬升段，根据高度谱将降落段细分为下降着陆段和地面滑行段，定义高度明显变化的时间点为起飞段和降落段中的地面滑行段的分离点。


3.根据权利要求1所述的基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法，其特征在于：所述步骤(2)中，根据飞机飞行训练大纲和飞行教范总结得到飞机飞行过程中可能出现的16个基本飞行动作，分别为：匀速平飞、加速平飞、减速平飞、爬升、跃升、下滑、俯冲、水平左转弯、水平右转弯、水平横滚、上下横滚、飞机俯仰、上升左转弯、上升右转弯、下降左转弯、下降右转弯。


4.根据权利要求1所述的基于实际飞行动作的航空发动机载荷谱任务段划分方法，其特征在于：所述步骤(3)中，通过分析飞机做出步骤(2)中给出的各基本飞行动作时其飞...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋迎东，靳彧，孙志刚，牛序铭，丁俊杰，林鑫，
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