[发明专利]基于主成份分析的发动机多参数使用相关载荷谱仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机载荷谱技术，尤其涉及一种基于主成份分析的发动机多参数使用相关载荷谱仿真方法，主要用于航空发动机应力分析、疲劳寿命可靠性预测和新机载荷谱的研究。

背景技术

航空发动机机匣、主轴、安装节等零件除了发动机本身的工作载荷之外，还受外部作用力的影响，这些载荷参数之间往往是相关的，是典型的承受多参数相关载荷的零件。国军标中对发动机的外部作用力都有明确的规定，然而并不具体明确。如何进行载荷组合以获得极大值载荷，从而确定最危险的载荷工况是个十分复杂的问题。航空发动机载荷谱特点为：1、获取难；2、子样少；3、参数多，相关性复杂。因此航空发动机寿命可靠性预测和新机载荷谱的研制迫切需要载荷谱仿真方法。

在航空工业中，多参数载荷问题最早是在飞机上提出的。80年代以前，由于没有找到合适的多参数处理方法，飞机的载荷谱编制也是采用的单参数编谱。1977年美国的Vought公司的R.R.Lauridia等人首次提出了根据实际测量的飞行数据编制多参数谱的方法，该方法考虑了载荷的相关性。但是没有更详细的资料发布，特别是对于如何将双参数表向多参数表转换的具体方法不得而至，所以国内的飞机设计部门尚没有对上述方法进行跟踪研究和使用。在航空发动机的多参数谱编制技术方面，目前尚没有见到国外的公开报导。所能见到的只有公开的军标MIL-E-5007D、MIL-E-5007E、MIL-STD-1783、MIL-E-87231以及MIL-E-87231A,这些军标中对发动机的多参数载荷，特别是外部载荷要求都作了类似的规定，但是并不具体和明确。

发明内容

发明目的：为了弥补现有的概率分布法对子样容量需求很大的不足，进一步开展多参数组合问题的研究，本发明提供了一种基于主成份分析的多参数相关载荷谱的仿真方法，从而可以通过较小的测量子样，模拟出任意时间的多参数相关载荷，并且保证各载荷参数之间的相关性不变。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明所述的主成份分析法是一种把原来多个指标化为少数几个相互独立的综合指标的一种统计方法。如果n个载荷参数之间是相互独立的，那么，就可以对每个参数进行单独的模拟。在数学上处理多个变量的主成份方法可以将n个相关的变量通过线性变换转换为n个相互独立的新变量，再对这n个相互独立的新变量进行仿真，在反推出原始载荷谱。因此，可以利用主成份法将n个相关的载荷通过线性变换为n个相互独立的新载荷变量。用主成份分析法进行多参数相关载荷谱仿真的方法包括以下步骤。

设总共有p个载荷参数，n个采样点，将第j个载荷参数在第i个采样点的观测值记为x_ij，则将原始载荷数据矩阵X记为：