CN117373291A - 基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法 - Google Patents
基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117373291A CN117373291A CN202311380625.0A CN202311380625A CN117373291A CN 117373291 A CN117373291 A CN 117373291A CN 202311380625 A CN202311380625 A CN 202311380625A CN 117373291 A CN117373291 A CN 117373291A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- section
- mach number
- segment
- task
- height
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000008859 change Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000009194 climbing Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 5
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 5
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000009189 diving Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/0043—Traffic management of multiple aircrafts from the ground
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/06—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC] for control when on the ground
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
本发明公开一种基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法，包括：将实测谱数据划分为稳态任务段和过渡态任务段；以高度马赫数大小将稳态任务段不同的高度、马赫数段细划分为高空大马赫数段、高空小马赫数段、中空大马赫数段、中空小马赫数段、低空大马赫数段、低空小马赫数段；将过渡态任务段划分出不同组合下的加速爬升段、加速平飞段、加速俯冲段、匀速爬升段、匀速平飞段、匀速俯冲段、减速爬升段、减速平飞段、减速俯冲段共九类出现的任务段；统计各个任务段持续时间以及出现次数。采用本发明的技术方案，可以定量化的表征出航空发动机的不同服役状态在高度、马赫数变化情况，能够清晰的反映出不同任务段下飞行参数的具体变化情况。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机载荷谱任务段划分技术领域，特别涉及一种基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法。
背景技术
与实际运行有关的航空发动机载荷谱任务段的划分至今没有很好地解决。航空发动机作为飞机的心脏，是飞机完成各类任务的核心保障，是我们探索空天极限的必要条件。航发技术的高低象征着一个国家的军事装备水平、综合国力的强弱。因此各个军事大国都投入巨大的人力物力去研究开发高性能的航空发动机以满足发展日益快速的、需求日益强烈的科技工业。航空发动机载荷谱能否真实反映航空发动机的实际使用情况，直接影响到发动机寿命的评价结果，对发动机的安全构成威胁。
目前航空发动机载荷谱研究单元多为任务剖面。以任务剖面为编谱单元的局限性很大，由于不同任务间剖面的差异性，虽利用系统的数学方法提取了相关的典型的任务剖面，但以任务剖面为编谱单元编制的载荷谱的作用依然很有限。依据相关技术统计，将发动机飞行任务剖面作为编谱单元进行载荷谱的编制或建模，结果对于发动机的实际服役状态的置信度不到实际考核的一半。以典型飞行任务剖面编制的载荷谱，在后续编制加速任务试车谱不能准确表征出载荷谱的损伤特征，无法有效考核进口状态变化对发动机的寿命影响，对后续的损伤分析产生无法避免的影响。尤其是军用航空发动机的实际服役条件相当苛刻，实际工作条件下不同任务实测数据差异很大。为了更准确的表征、编译出与实际服役更加贴近的载荷谱，应当将载荷谱编制的研究范围缩小，将任务段作为划分单元，可以提高载荷特性分析的准确性，有效地考虑载荷随机性。将载荷谱的编谱单元细化到飞行任务段是必要的。任务段作为航空发动机载荷谱编制的最小的基本单元，能够依据不同的考核需求提取，进而以需求为导向编制出航空发动机最贴切、最真实、最完善的载荷谱。发动机在实际服役过程中，由于服役环境的不同、执行任务的不同、飞行员的操作习惯的不同，造成监测到的航空发动机载荷谱谱型复杂多样，不同进口状态下发动机工作产生的任务段的数量巨大且无序，这对后续的研究造成了不小的困难。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法，可以定量化的表征出航空发动机的不同服役状态在高度、马赫数变化情况，能够清晰的反映出不同任务段下飞行参数的具体变化情况，为航空发动机载荷谱编制的研究提供新的处理方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于高度马赫数变化特征的任务段划分方法，包括以下步骤：
将实测谱数据划分为稳态任务段和过渡态任务段；
以高度马赫数大小将稳态任务段不同的高度、马赫数段细划分为高空大马赫数段、高空小马赫数段、中空大马赫数段、中空小马赫数段、低空大马赫数段、低空小马赫数段；
将过渡态任务段划分出不同组合下的加速爬升段、加速平飞段、加速俯冲段、匀速爬升段、匀速平飞段、匀速俯冲段、减速爬升段、减速平飞段、减速俯冲段共九类出现的任务段；
统计各个任务段持续时间以及出现次数。
作为优选，所述实测谱数据中任务段不包含启动滑行段和落地滑行段。
作为优选，根据高度、马赫数、进口总温、进口总压的变化特征，将实测谱数据划分为稳态任务段和过渡态任务段两大类。
作为优选，将过渡态任务段根据高度高度、马赫数变化特征划分出不同组合下的加速爬升段、加速平飞段、加速俯冲段、匀速爬升段、匀速平飞段、匀速俯冲段、减速爬升段、减速平飞段、减速俯冲段共九类出现的任务段。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明任务段划分方法，首先，由于发动机在起飞和降落时都必然经历滑行阶段但高度可认为基本不改变，因此在划分任务段时不考虑启动滑行段和落地滑行段；然后，依据高度、马赫数、进口总温、进口总压的变化特征，将实测谱数据划分为稳态任务段和过渡态任务段两大类。最终，通过此方法处理某型发动机多个实测典型飞行任务剖面，定量化的表征出航空发动机的不同服役状态在高度、马赫数变化情况，清晰的反映出不同任务段下飞行参数的具体变化情况。通过本发明得到的航空发动机载荷谱任务段不仅具有典型的载荷特性，而且具有实际操作意义，可为航空发动机整体及对关键部件的寿命损伤分析提供重要依据。此外，在航空发动机转子转速谱任务段划分的基础上，可以进行各任务段的载荷特性统计分析，研究航空发动机载荷谱的建模、编制和预测，为航空发动机载荷谱的研究提供重要依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例使用附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法的流程图；
图2是稳态任务段高度、马赫数均值分布；
图3是稳态任务段划分示例；
图4是过渡态任务段加速段划分示例；
图5是过渡态任务段匀速段划分示例；
图6是过渡态任务段减速段划分示例。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施实例，而不是全部的实施实例。基于本发明中的实施实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施实例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供一种基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法，包括以下步骤：
步骤S1、将飞行剖面中的启动滑行段和落地滑行段单独划分出来；
步骤S2、依据高度、马赫数、进口总温、进口总压的变化特征，将实测谱数据划分为稳态任务段和过渡态任务段两大类；
步骤S3、以高度马赫数大小将稳态任务段不同的高度、马赫数段具体细划分为高空大马赫数段、高空小马赫数段、中空大马赫数段、中空小马赫数段、低空大马赫数段、低空小马赫数段；
步骤S4、将过渡态任务段根据高度高度、马赫数变化特征划分出不同组合下的加速爬升段、加速平飞段、加速俯冲段、匀速爬升段、匀速平飞段、匀速俯冲段、减速爬升段、减速平飞段、减速俯冲段共九类可能出现的任务段；
步骤S5、统计各个任务段持续时间以及出现次数。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述步骤S1中，由于本方法研究目的基于高度、马赫数变化的变化特征，而发动机在起飞和降落时都必然经历滑行阶段但高度可认为基本不改变，因此在划分任务段时不考虑启动滑行段和落地滑行段，将其先划分出来。
作为本发明实施例的一种实施方式，步骤S2中，依据高度、马赫数变化特征，将实测谱同时满足马赫数、进口总温、进口总压变化幅值在5％、高度变化幅值在3％以内且持续时间超过30s的实测谱片段规定为稳态任务段，其余均在变化幅值以外的片段规定为过渡态任务段；
所述步骤S2中，稳态变化区间计算公式定义为：
Δxi＝(Xmaxi-Xmini)*Δ
其中，Δxi为第i个飞行剖面的稳态任务段某一载荷参数的变化幅值区间，Xmaxi为第i个飞行剖面的某一载荷参数在载荷历程中的最大值，Xmini为第i个飞行剖面的某一载荷参数在载荷历程中的最小值，Δ为第i个飞行剖面的稳态任务段变化幅值比例。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述步骤S3中，对于高空，中空，低空的划分，通过实测飞行任务剖面的提取出的稳态任务段的高度、马赫数的均值分布，可以看出均值分布中有两个不同高度的明显的分界线h1和h2(h1>h2)，设第i段稳态分布段平均高度为hi，则当hi≥h1，为高空段；当h1>hi≥h2，为中空段；当hi<h2，为低空段。对于马赫数的划分，则依据稳态任务段分布范围，根据任务段总量取界限左右任务段数量相等的马赫数值作为大马赫数和小马赫数的分界线，依据图2反映的50个实测飞行任务剖面的提取出的稳态任务段的高度、马赫数的均值分布，可以看出该型航空发动机服务的飞机主要飞行高度范围为0-10km，飞行速度马赫数的范围为0-1.0马赫。可以看出高度在1700米和5500米附近，分布出现明显断层，而在这两个高度的上下均有不少任务段分布。可判定该型航空发动机服务的飞机执行飞行任务的主要飞行空域为0-1700米、1700-5500米、5500米以上三个区域，因此结合航空界对飞行空域的划分，将1700米定为低空域与中空域的分界线，将5500米定为中空域与高空域的分界线。马赫数的划分则依据稳态任务段分布范围，根据任务段总量取界限左右任务段数量相等的马赫数值作为大马赫数和小马赫数的分界线，这里近似取0.5马赫作为大马赫数和小马赫数的分界线。划分示例如图3所示，包含高空大马赫数段、中空大马赫数段、中空小马赫数段、低空大马赫数段、低空小马赫数段5类，没有预想的高空大马赫数段，反映出该型发动机服役的飞机在飞行空域较高时，飞机执行各类飞行任务均在高速下完成；
作为本发明实施例的一种实施方式，所述步骤S4中，过渡态任务段的高度有上升、下降、平稳三种变化趋势，高度上升对应爬升，高度下降对应俯冲，高度平稳对应平飞，先将过渡态任务段划分出三类高度变化趋势段；进一步依据马赫数有增大、减小及平稳的变化趋势逐一处理这些高度变化趋势段，马赫数增大对应加速，马赫数减小对应减速，马赫数不变对应匀速，实现以高度、马赫数变化特征划分出不同组合下的加速爬升段、加速平飞段、加速俯冲段、匀速爬升段、匀速平飞段、匀速俯冲段、减速爬升段、减速平飞段、减速俯冲段共九类可能出现的任务段。划分示例如图4、图5、图6所示：
作为本发明实施例的一种实施方式，步骤S5、统计各个任务段持续时间以及出现次数，最终结果见下表1：
表1
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
Claims (4)
1.一种基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
将实测谱数据划分为稳态任务段和过渡态任务段；
以高度马赫数大小将稳态任务段不同的高度、马赫数段细划分为高空大马赫数段、高空小马赫数段、中空大马赫数段、中空小马赫数段、低空大马赫数段、低空小马赫数段；
将过渡态任务段划分出不同组合下的加速爬升段、加速平飞段、加速俯冲段、匀速爬升段、匀速平飞段、匀速俯冲段、减速爬升段、减速平飞段、减速俯冲段共九类出现的任务段；
统计各个任务段持续时间以及出现次数。
2.如权利要求1所述的基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法，其特征在于，所述实测谱数据中任务段不包含启动滑行段和落地滑行段。
3.如权利要求2所述的基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法，其特征在于，根据高度、马赫数、进口总温、进口总压的变化特征，将实测谱数据划分为稳态任务段和过渡态任务段两大类。
4.如权利要求3所述的基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法，其特征在于，将过渡态任务段根据高度高度、马赫数变化特征划分出不同组合下的加速爬升段、加速平飞段、加速俯冲段、匀速爬升段、匀速平飞段、匀速俯冲段、减速爬升段、减速平飞段、减速俯冲段共九类出现的任务段。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311380625.0A CN117373291A (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311380625.0A CN117373291A (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117373291A true CN117373291A (zh) | 2024-01-09 |
Family
ID=89401922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311380625.0A Pending CN117373291A (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117373291A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120277935A1 (en) * | 2011-04-29 | 2012-11-01 | Mn Veeresh Kumar | System and method for aircraft performance predictions for climb flight phase |
| CN112115787A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-22 | 南京航空航天大学 | 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 |
| CN116227148A (zh) * | 2022-12-31 | 2023-06-06 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种航空发动机机动过载谱构建方法 |
| CN116738872A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-09-12 | 北京航空航天大学 | 基于数字孪生的航空发动机综合热管理可视化仿真系统 |
-
2023
- 2023-10-24 CN CN202311380625.0A patent/CN117373291A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120277935A1 (en) * | 2011-04-29 | 2012-11-01 | Mn Veeresh Kumar | System and method for aircraft performance predictions for climb flight phase |
| CN112115787A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-22 | 南京航空航天大学 | 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 |
| CN116227148A (zh) * | 2022-12-31 | 2023-06-06 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种航空发动机机动过载谱构建方法 |
| CN116738872A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-09-12 | 北京航空航天大学 | 基于数字孪生的航空发动机综合热管理可视化仿真系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 宋迎东 等: "发动机飞行任务剖面的主成份聚类法", 航空动力学报, vol. 17, no. 2, 30 April 2002 (2002-04-30), pages 196 - 200 * |
| 杜宇飞 等: "基于任务段的航空发动机载荷谱聚类方法", 航空动力学报, vol. 34, no. 5, 31 May 2019 (2019-05-31), pages 987 - 996 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jennions et al. | Three-Dimensional Navier–Stokes Computations of Transonic Fan Flow Using an Explicit Flow Solver and an Implicit κ–ε Solver | |
| CN106096262B (zh) | 基于雨流计数循环的航空发动机载荷谱相关系数计算方法 | |
| CN115640666B (zh) | 一种基于损伤等效的航空发动机加速任务试车谱编制方法 | |
| CN114544177A (zh) | 一种发动机整机典型使用状态的核心机耐久性试验方法 | |
| Alexiou et al. | Modeling contra-rotating turbomachinery components for engine performance simulations: the geared turbofan with contra-rotating core case | |
| CN111523182A (zh) | 一种基于流固耦合的叶片振动响应分析方法 | |
| CN112115787A (zh) | 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 | |
| Baghdadi | Modeling tip clearance effects in multistage axial compressors | |
| CN114625026A (zh) | 一种航空发动机的建模仿真方法、设备及存储介质 | |
| CN117373291A (zh) | 基于高度马赫数变化特征的航空发动机任务段划分方法 | |
| Sanghi et al. | Survey of advancements in jet-engine thermodynamic simulation | |
| Landgrebe et al. | Aerodynamic Technology for Advanced Rotorcraft‐Part I | |
| CN111523201B (zh) | 一种发动机反推状态下的内外流场耦合迭代计算方法 | |
| CN117421900B (zh) | 一种考虑进口总温总压的航空发动机综合任务谱编制方法 | |
| CN111967676A (zh) | 基于逐步回归的飞机起飞擦机尾风险预测的方法和系统 | |
| CN114235360B (zh) | 一种直升机桨叶实测载荷相位关系的分析方法 | |
| CN115345439A (zh) | 基于与操作相关任务段及其混频的航空发动机综合任务谱编制方法 | |
| CN113962026B (zh) | 航空燃气涡轮过渡态性能相似方法及装置 | |
| Dawes | Multi-blade row navier-stokes simulations of fan-bypass configurations | |
| Glanville | Investigation into core compressor tip leakage modelling techniques using a 3D viscous solver | |
| CN111240227B (zh) | 一种运输直升机救火类综合任务谱编制方法 | |
| Fishbach | Computer simulation of engine systems | |
| Greitzer | Coupled compressor-diffuser flow instability | |
| CN118094755A (zh) | 基于飞行任务段分析的航空发动机整机综合任务剖面编制方法 | |
| Chen et al. | Compilation Method of Flight Service Environment Spectrum Based on Altitude Features and Fuzzy Clustering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |