计算发动机机动载荷的方法及系统

技术领域

本发明涉及航空发动机设计领域，尤其是指一种计算发动机机动载荷的方法及系统。

背景技术

安装在直升机上的航空涡轮轴发动机（简称涡轴发动机）在直升机飞行过程中，涡轴发动机在x（前后）方向、y（侧）方向、z（上下）方向存在平动的加速度，也存在绕x、y、z轴的角速度和角加速度，这些将使发动机产生惯性力，或称“机动过载力”，这些力可能对发动机的零件产生损伤，故在强度设计时应予以考虑。目前多采用“飞行包线”来考虑机动载荷的作用。但是随着技术的发展，对发动机实时寿命损伤的监测提出更高要求。

因此，迫切需要提供一种计算发动机机动载荷的方法及系统，从而能够对发动机的寿命损伤进行实时监测。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提出一种计算发动机机动载荷的方法及系统，其基于飞行参数实时计算直升机飞行过程中发动机所受的x、z方向机动载荷，能够更加准确地获得发动机各零件的损伤，从而实现对发动机寿命损伤的实时监测。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算发动机机动载荷的方法，发动机上安装有主安装节和辅助安装节，所述主安装节与直升机传动系统连接，其中所述主安装节用于传递x、z方向载荷，所述辅助安装节用于传递z方向载荷，该方法包括以下步骤：

S1：采集飞机飞行时的飞行参数，其中所述飞行参数包括飞行高度和飞行速度；

S2：根据采集的相邻两次的飞行高度计算z方向速度，并根据z方向速度计算z方向加速度，以及根据相邻两次的x方向飞行速度计算x方向加速度；

S3：基于x方向加速度计算发动机质心处所受的x方向机动载荷，以及基于z方向加速度计算发动机质心处所受的z方向机动载荷；

S4：计算所述x方向机动载荷和z方向机动载荷的均值；

S5：根据所述x方向机动载荷的均值计算所述主安装节所受x方向机动载荷，以及根据所述z方向机动载荷的均值计算主安装节和辅助安装节所受z方向机动载荷。

在本发明的一个实施例中， z方向速度的计算公式为：

其中，

在本发明的一个实施例中，在S2中， z方向加速度和x方向加速度的计算公式为：

其中，

在本发明的一个实施例中，在S3中，发动机质心处所受的x方向机动载荷和z方向机动载荷的计算公式分别为：

其中，

在本发明的一个实施例中，在S4中，所述x方向机动载荷均值和z方向机动载荷均值的计算公式为：

其中，

在本发明的一个实施例中，在S5中，所述主安装节所受x方向机动载荷的计算公式为：

其中，

在本发明的一个实施例中，在S5中，所述主安装节所受z方向机动载荷和辅助安装节所受z方向机动载荷的计算公式分别为：

其中，

此外，本发明还提供一种计算发动机机动载荷的系统，发动机上安装有主安装节和辅助安装节，所述主安装节与直升机传动系统连接，其中所述主安装节用于传递x、z方向载荷，所述辅助安装节用于传递z方向载荷，该系统包括：

数据采集模块，所述数据采集模块用于采集飞机飞行时的飞行参数，其中所述飞行参数包括飞行高度和飞行速度；

计算模块，所述计算模块用于根据采集的相邻两次的飞行高度计算z方向速度，并根据z方向速度计算z方向加速度，以及根据相邻两次的x方向飞行速度计算x方向加速度；基于x方向加速度计算发动机质心处所受的x方向机动载荷，以及基于z方向加速度计算发动机质心处所受的z方向机动载荷； 计算所述x方向机动载荷和z方向机动载荷的均值；根据所述x方向机动载荷的均值计算所述主安装节所受x方向机动载荷，以及根据所述z方向机动载荷的均值计算主安装节和辅助安装节所受z方向机动载荷。

并且，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述的计算发动机机动载荷的方法的步骤。

还有，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述的计算发动机机动载荷的方法的步骤。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的一种计算发动机机动载荷的方法及系统，其基于飞行参数实时计算直升机飞行过程中发动机所受的x、z方向机动载荷，能够更加准确地获得发动机各零件的损伤，从而实现对发动机寿命损伤的实时监测，显著提高发动机的安全性、可靠性和经济性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是发动机安装主安装节C和辅助安装节D的结构示意图。

图2是本发明实施例提出的一种计算发动机机动载荷的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，图1为发动机安装主安装节C和辅助安装节D的结构示意图，其中主安装节C与直升机传动系统连接，主安装节C用于传递x、z方向载荷，辅助安装节D采用吊挂形式安装在发动机上，辅助安装节D允许x方向移动，故辅助安装节D只能传递z方向载荷。

在图1的基础上，本发明实施例提供一种计算发动机机动载荷的方法，请参照图2所示，该方法包括以下步骤：

S1：采集飞机飞行时的飞行参数，其中所述飞行参数包括飞行高度和飞行速度；

S2：根据采集的相邻两次的飞行高度计算z方向速度，并根据z方向速度计算z方向加速度，以及根据相邻两次的x方向飞行速度计算x方向加速度；

S3：基于x方向加速度计算发动机质心处所受的x方向机动载荷，以及基于z方向加速度计算发动机质心处所受的z方向机动载荷；

S4：计算所述x方向机动载荷和z方向机动载荷的均值；

S5：根据所述x方向机动载荷的均值计算所述主安装节所受x方向机动载荷，以及根据所述z方向机动载荷的均值计算主安装节和辅助安装节所受z方向机动载荷。

本发明所述的一种计算发动机机动载荷的方法，其基于飞行参数实时计算直升机飞行过程中发动机所受的x、z方向机动载荷，能够更加准确地获得发动机各零件的损伤，从而实现对发动机寿命损伤的实时监测，显著提高发动机的安全性、可靠性和经济性。

其中，在步骤S1中，飞行参数按采集频率Freq（单位：Hz，或次/秒）进行采集，相应的采集周期为T=1/Freq(单位：秒)，即多少时间采集一个数据。

其中，在步骤S2中，根据采集的相邻两次的飞行高度计算z方向速度的方法包括：设相邻两次采集的飞行高度为

其中，

其中，在步骤S2中，根据z方向速度计算z方向加速度的方法包括：飞行高度z方向的加速度

其中，

其中，在步骤S2中，根据相邻两次的x方向飞行速度计算x方向加速度的方法包括：同样地，设相邻两次采集的x方向飞行速度为

其中，

其中，在步骤S3中，基于x方向加速度计算发动机质心处所受的x方向机动载荷，以及基于z方向加速度计算发动机质心处所受的z方向机动载荷的方法包括：设发动机的质量为m，发动机质心处所受的x、z方向机动载荷为：

其中，

其中，在步骤S4中，为了获得较为平滑的数据，分别对所述x方向机动载荷和z方向机动载荷进行以下平均处理：

I=0,1,2…M

M=（N-2）/n (取整数)

其中，

其中，在步骤S5中，主安装节C所受x方向机动载荷为：

其中，

主安装节C和辅助安装节D所受z方向机动载荷为：

主安装节C：

其中，

辅助安装节D：

其中，

相应于上述方法的实施例，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述的计算发动机机动载荷的方法的步骤。

还有，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述的计算发动机机动载荷的方法的步骤。

下面对本发明实施例公开的一种计算发动机机动载荷的系统进行介绍，下文描述的一种计算发动机机动载荷的系统与上文描述的一种计算发动机机动载荷的方法可相互对应参照。

本发明实施例还提供了一种计算发动机机动载荷的系统，发动机上安装有主安装节和辅助安装节，所述主安装节与直升机传动系统连接，其中所述主安装节用于传递x、z方向载荷，所述辅助安装节用于传递z方向载荷，该系统包括：

数据采集模块，所述数据采集模块用于采集飞机飞行时的飞行参数，其中所述飞行参数包括飞行高度和飞行速度；

计算模块，所述计算模块用于根据采集的相邻两次的飞行高度计算z方向速度，并根据z方向速度计算z方向加速度，以及根据相邻两次的x方向飞行速度计算x方向加速度；基于x方向加速度计算发动机质心处所受的x方向机动载荷，以及基于z方向加速度计算发动机质心处所受的z方向机动载荷； 计算所述x方向机动载荷和z方向机动载荷的均值；根据所述x方向机动载荷的均值计算所述主安装节所受x方向机动载荷，以及根据所述z方向机动载荷的均值计算主安装节和辅助安装节所受z方向机动载荷。

本发明所述的一种计算发动机机动载荷的系统，其基于飞行参数实时计算直升机飞行过程中发动机所受的x、z方向机动载荷，能够更加准确地获得发动机各零件的损伤，从而实现对发动机寿命损伤的实时监测，显著提高发动机的安全性、可靠性和经济性。

本实施例的计算发动机机动载荷的系统用于实现前述的计算发动机机动载荷的方法，因此该系统的具体实施方式可见前文中的计算发动机机动载荷的方法的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。

另外，由于本实施例的计算发动机机动载荷的系统用于实现前述的计算发动机机动载荷的方法，因此其作用与上述方法的作用相对应，这里不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的计算机设备。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令计算机设备的制造品，该指令计算机设备实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。