基于任务段的航空发动机载荷谱聚类方法研究

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1、中图分类号：TP391论文编号:10870 1-B0学科分类号:00 硕士学位论文基于任务段的航空发动机载荷谱聚类方法研究学科、专业航空工程研究方向结构强度与振动指导教师南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二一七年十二月NningUniversity oeronauics andAstronutishe GrdutSclCoge of X XXResearchon Kenl-Based AocitiveMemores，Cuserig lothm ather ApplcationA Th 学科专业英文名称byAdvsedbyPr. Submittd in Parial Fulillmentf

2、eRqrmensor the Degree ofDcr of hiloophy (MastroEgineerig)Fbuary, 202X承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名:日 期:南京航空航天大学博/硕士学位论文摘要航空发动机载荷谱能够为航空发动机及其零部件进行应力分析、结构设计、整机的可靠性、零部件耐久性试验以及寿命评定提供准确参考。其中

3、，航空发动机载荷谱所对应的飞行任务剖面包含了发动机的飞行信息,是飞机在实际飞行时所产生的具体数据，反映了发动机的实际使用状况。飞行任务剖面聚类后，易于确定典型剖面,可以对飞行任务剖面的编制和预测提供很大的帮助，在实际工程中具有很大意义。然而，飞行任务剖面由于数量众多,杂乱无序,难以找到相似剖面的规律性,分类问题迄今为止并未能得到很好的解决。针对此问题，就需要提及聚类的问题。本文开展了基于二代机任务段的航空发动机载荷谱聚类方法研究，提出了利用聚类散点图对航空发动机飞行任务剖面进行分类的方法,并对某战斗机发动机个飞行任务剖面进行了聚类分析。通过比对分析飞行任务剖面中的飞行高度、飞行马赫数、法向过载

4、、转速四个重要参数，选取了飞行高度和飞行马赫数作为划分飞行任务剖面的原始参数；依据其对应的飞行任务段均值生成聚类散点图;按照散点分布区域的差异性对其进行初步划分，并根据滤波后剖面特征对密集点区域进一步划分；最终将剖面类型划分为五大类。本文开展了针对三代机飞行任务剖面的聚类分析研究。首先，通过飞行高度与飞行马赫数的均值生成了聚类散点图。之后，依据雨流计数法统计的各剖面对应的飞行高度、飞行马赫数、转速、法向过载的循环数，划分出了巡航、地慢状态。随后,依据飞行高度参数划分出了空对地与空对空状态。最后,依据油门杆角度划分出了油门杆状态。将三代机剖面类型划分为五大类。本文确定了三代机的各类剖面所对应的典

5、型飞行任务剖面。之后，将典型飞行任务剖面按照任务混频、起飞降落段均值处理的方式组成了综合任务谱。最后，通过穿级计数法与雨流计数法对各类典型飞行任务剖面与综合任务谱分别进行了计数对比。结果表明,所编制的综合任务谱合理有效。关键词:航空发动机载荷谱，聚类分析,飞行任务剖面ABTRACTAeoine load crum a rvide n acurae efece thsrs anasis, stucturl desin, mchine eabily, durailiy etg f copnentsand lifeasesment of aeroengines andthir mpnents. Am

6、g them，the eeie ad spetrm coonding to efliht mission pofie cotins theligh inormaion f the engine is the aircraft he actl lih geneted thespecifcdta，relecting the atua e of th enine. After the flightmission prfile clusterin,t is eas to derme e tyica poie， which can gatl hlte coplaton an foecst o h mis

7、sin profe, which isof geat signicae in pratical engierg.However, the clasfictionf flit mission sectns h so farfi tob wl oved beuse of te lae nmber o clutter d disrdeeaviationsystem tha maeit dffcult o fidth reglari o similr sections.To solvethis proble， e ned to mention tecutering problm.n thisper,

8、the stof aerongn lad sptrumcsering etdased on the secod-geneatin machin ision gmetis arrie out. A method tocasiy t aoenginession prfile by custering sctepo is proposed.The profileof 1miosoa ighter nine Cluster analsisB comaring ad analyzin fourimpnt paametr ofligh misson,su as fliht altiude, flight

9、Mach number, noral overoad andped, flghtltitde and flight Machnume ae slece he riinl parameters of flgtmissin prfile. Base n th corsonin flght missnseget According to th iffnce osater stribtion ara, te scattr pns ae divded acordin to the chaacerstis of te car oints，anhen the denepoint area re futer

10、iied cordn t the filteredprfeatures. Finly， thesetintye are iide ntivectegoris.Tis arc ha carried on tclste aayss rearh to the tir enrtionaicaft fligt mission secon. irs, a lted sctergram is gente rm hma of flight altitue and flight hnumer. Then， acoring to heai flo ount methoof te coresponding sect

11、ion the flig egt, flight ac number, spee, the number of noml overload cyle, iied cruise， sowto h tte. Susequentl，the iro-groud androir cnitions were clssifedaccoring th flighaltitude paameerFinally,ccordin o thhottle leve angle out of the thrtle lvesate The geeratons of mhine ect e isdividintfivateg

12、oriesThi pieniis h ypical fli proileorespndin to t arouecions of te the geatins of mhes. A that，te typil figt misn prol is cposed fth task a,the averae of takef and laningseents. inaly， theomaisontwn the cross sectio ovaiostpcaliins andthesetmo compreensiv sks caried ot thrughth mthd owar-elin cotig

13、 and an-f ntng.The reslt show hat thcompreesve taskspeu i reasonale ad effet.Kewords:ernne loaspectrum, custer nalyis, msn file摘要IBSTRACTII第一章绪论- 1-选题背景- 1 -国内外研究现状-2 -飞行任务剖面研究现状- 2 -1.2. 聚类法研究现状- 5 -1.2 载荷谱编制- -本文的主要研究工作 1第二章二代机聚类分析- 12 引言- 12-载荷谱预处理12 聚类方法比较-13-2. 划分参数的选取 0 -飞行任务剖面聚类2324. 高空高速飞行剖面

14、- 24 -2.4.2 低空低速飞行剖面- 25 -24其他区域飞行剖面的划分2724. 高空俯冲飞行剖面的划分282.4.5 空中格斗飞行剖面的划分302. 结论30第三章三代机聚类分析1引言1流程框图31三代机聚类图31任务段聚类分析323.4.1 巡航2.4.2 地慢33利用循环统计划分剖面类型344. 空对地383.44 油门杆04.5空对空42二代机与三代机任务段聚类分析对比4章小结44第四章综合任务谱等效验证54.1 引言454. 典型任务剖面4. 综合任务谱543. 任务混频644 雨流计数和穿级计数结果比对47循环计数法的计算机程序编制及验证504.3 综合任务谱的编制534.

15、4 综合任务谱与各类剖面的循环数对比5460544.5 本章小结4第五章全文总结4本文的主要工作和结论4今后研究及展望55致谢7在学期间的研究成果及发表的学术论文5附录5图表清单图1.12图.2 2图32图1. 5表4.14注释表,状态方程矩阵误差绝对值重心到前轴的距离误差变化率,多项式系数多项式加速度变量，ev递归算法中间变量，连轴器及传动轴简化模型传汽车总制动力递系数汽车总侧向力横向加速度轮胎制动力横向加速度极限值,各轮制动力和侧偏力，,多项式系数状态方程矩阵,，状态方程矩阵重力加速度,状态方程矩阵汽车重心高度重心到后轴的距离频响函数,多项式系数汽车重心到侧倾中心的距离电机阻尼比系数汽车侧

16、倾中心高度缩略词缩略词英文全称SNieless Sensor twrsAMet Angle MtdLLow-negy Adapte luteing irhyVII第一章绪论1.1 选题背景航空发动机是飞机的关键部位，其性能与可靠性对于飞行安全以及飞机性能至关重要。由于本身结构复杂,长时间承受气动、热、机械负荷,以及工作状态的频繁变换,发动机故障类别繁多且复杂。那么为了解决发动机整机及其零部件耐久性试验、可靠性以及应力分析、结构设计、耐久性/损伤容限设计等诸多问题，开展航空发动机载荷谱的研究至关重要。它是飞行高度、飞行马赫数、飞行转速、法向过载、油门杆角度、涡轮后燃气温度等重要载荷要素的组合,通

17、过这些重要飞参数据的记录与分析，可以为航空发动机的定寿、延寿提供重要依据。航空发动机载荷谱其中,航空发动机载荷谱所对应的飞行任务剖面包含了发动机的飞行信息,是飞机在实际飞行时所产生的具体数据,反映了发动机的实际使用状况。然而,飞行任务剖面由于数量众多，杂乱无序5-,难以找到相似剖面的规律性，分类问题迄今为止并未能得到很好的解决。针对此问题，就需要提及聚类的概念。关于这一概念，很早就引起了人们的关注。所谓“人以群分,物以类聚”就是如此。其可以说是随着人们生活以及生产实践产生的,对世界的认知必须在对事物进行区分，寻求不同和相似的基础上完成。聚类就是这样的分析思想。样本分析当中利用多元统计分析，就是

18、对事物进行相似性的归类,从而使得样本具有同类的意义以及用途,同类必然拥有相似点，不同类自然存在较大差距。飞行任务剖面聚类后,易于确定典型剖面,大大减少了需要分析的样本量，节省了时间成本，从而可以减少飞行试验次数;对新机和在役机种,可以从众多飞行剖面中提取能反映发动机载荷使用特点的典型任务，利用典型任务进行寿命设计和考核将显著减少后续载荷分析工作7.并可以运用于日常维护,飞行任务和事故分析,对发动机进行结构分析及寿命评定提供基础，还可以对飞行任务剖面的编制和预测提供很大的帮助，在实际工程中具有很大意义。1.2 国内外研究现状飞行任务剖面研究现状飞行任务剖面不仅表示飞机的使用方法，反映飞机的使用情

19、况，而且它是编制飞机使用载荷谱的前提和必须具备的重要资料。更进一步地说,任务剖面的有关资料和数据是编制载荷谱的重要输入,确定典型任务剖面是编制飞机载荷谱的重要组成部分4。在早期的飞机强度规范中没有设计使用方法和任务剖面的要求,例如,MIL-866(ASG） 5没有考虑任务剖面及其相应的任务段，这就难以真实反映包线内的各种受载情况，容易带来保守的寿命估算结果。MIL-A008866A6和7在设计使用方法中引入任务剖面和相应的任务段是一个极大的改进。飞机实际使用结果表明,某些任务段(如-空,空-地等）的受载情况比另外一些任务段严重得多,某些任务剖面的受载情况也比另外一些任务严重得多。因此按任务剖面

20、和任务段编谱能更真实地反映飞机在使用中的受载情况，使所编制的载荷谱和寿命估算结果更真实、更准确国内从二十世纪七十年代开始，就已经着手对航空发动机载荷谱的分析和研究,具体研究种类涉及到了涡浆、涡轴以及涡喷等各种类型，进而掌握了丰富的关于飞行剖面信息以及任务混频信息等。主要分析过程中采用的方法是主成分分析法。182-19年期间,60所针对XXX发动机进行了外场使用相关情况的分析和研究,这是国内关于飞行数据分析和研究最全的一种30。此时,还针对该发动机的外场载荷实现了相应的检测31。到了99年时间，空军第八所也针对该发动机具体的飞行任务剖面、任务混频等情况开展了更为全方位的分析2。另外针对该发动机开

21、展了相应的空测、统计以及调查,截止到现在为止，基本上针对发动机飞行载荷谱的情况仅仅从单参数谱编制进行,具体属于单参数谱编制的包括了场均质谱、等损伤谱以及三循环谱等。此后还包括了南京航空航天大学、北京机械结构强度中心等等相关机构,也纷纷针对发动机载荷谱编制情况开展了更为透彻的分析与研究33-37，通过这些机构关于发动机单参数谱编制情况已经得到了基本的解决。宋迎东在研究和分析当中,就针对飞机飞行任务剖面情况、发动机原理情况、飞行力学情况、发动机飞行载荷情况等开展了相应的讨论，提出了有关的预测方式和途径。主要原理就是利用飞行力学的理论向发动机推力剖面方面的转化,进而经过计算来确定发动机在工作当中的相

22、关参数,最终获取发动机飞行载荷谱。在分析和研究当中，其还通过某发动机作为案例开展预测，实现了该发动机装备在新型教练机方面上的飞行载荷预测过程。空军工程大学工程学院的程 礼,冯伟，陈卫在航空发动机飞行任务剖面统计规律研究文献中主要研究基础上使用了某教练机发动机的具体数据情况,并且建立在飞行剖面转速循环主循环当量疲劳损伤特点，从而完成了飞行任务剖面相关规律探讨,主要集中点在于飞行员所采取的不同操作过程,所造成的损失具有差距。北京航空航天大学的可靠性与系统工程学院刘震宇,马小兵，洪东跑，赵 宇在基于飞行剖面的作战飞机任务可靠性评估方法文献中针对作战飞机故障数据的特点,分析了作战飞机不同飞行剖面对其任

23、务可靠性的影响。在此基础上，定义了飞行剖面折合系数、建立了作战飞机任务可靠性模型。基于该模型给出了作战飞机在不同飞行剖面中相应的可靠性的评估途径。对于想定任务剖面,主要使用了剖面合成方式把其处理为典型飞行剖面的线性组合，并由此给出了作战飞机在想定剖面下任务可靠性的预测途径。通过实例情况发现，在飞行剖面作战任务情况下实施的可靠性评估方法合理可行，便于工程应用。大型军用运输机的飞行航迹优化周堃采用能量状态法,结合飞行的物理过程，分析了上升、巡航及下滑进场最优速度的选取依据,指出优化飞行剖面主要基于以下三个原则:1.优化巡航段的高度和速度 .从低等效能量到高等效能量优化上升段 3.下滑段依据变分法,

24、从低到高优化。研究结果对大型军用运输机的实际使用具有一定的工程参考价值。航空发动机飞行任务剖面统计规律研究_程礼讲述了典型任务剖面的合并原则，并以某型的教练机发动机作为了实测的基础,然后建立在飞行剖面转速循环主循环当量疲劳损伤特点上，利用累计损伤法以及K级应力折算等方法，实现对飞行任务剖面相关规律探讨。基于飞行参数灵敏度的飞机疲劳载荷谱典型飞行任务剖面研究任冀宾以某型飞机实测的重心法向过载、飞行速度、俯仰角速度、飞行高度和飞机重量等5个飞行参数，结合主成份分析法,进行了飞行参数灵敏度的聚类分析，为编制出更加合理、可信的服役使用载荷谱提供依据。用定型试飞数据编制战斗机载荷谱_孙书田以飞机定型试飞

25、实测数据,经过适当的组合，修正飞机设计谱,并提供了一种新的编谱方法。对载荷谱起落的形成、实测数据的收集及预处理，并且做好数据处理分析。并且还针对国内自行研制出的战斗机型开展了关于定型试飞阶段载荷谱编制的途径的确定。防区外攻击仿真框架和攻击动作链设计_孔祥骏建立了防区外攻击仿真框架，设计了攻击动作链:主动攻击动作链、躲避防空导弹动作链、远距离防御动作链，并依据防区外导弹的飞行特点,进行了防区外攻击仿真。总结出导弹发射0前后攻击机的动作链特点，对空地武器发射平台与空地导弹的配合问题进行了初步的探讨。飞机空中加油任务剖面优化设计_贾忠湖出于作战飞机必须具有良好的远程作战能力要求,进行了飞机空中加油任

26、务剖面优化设计。同时考虑到飞机飞行过程中,抛副油箱和作战武器消耗等因素，飞机的质量一直在变的情况，采用了分段函数描绘了飞机在各个剖面的特征，考虑了安全区的范围、加油时机的选择，最后基于遗传算法对某型飞机进行了算例验证。表明该方法在不考虑地理状况、气象因素、作战环境和油机情况等因素情况下，比较接近真实情况。刘震宇在分析当中，主要建立在飞行剖面作战飞机可靠性评估基础之上，对飞行剖面的折合系数进行确定，建立了作战飞机任务可靠性模型,基于该模型给出了作战飞机在不同飞行剖面下的任务可靠性评估方法。，无人机按任务剖面估算起飞总重方法研究_温昌杰讲述了主要的无人机起飞重量计算方法,通过任务剖面计算法中的燃油

27、百分法，计算出飞行任务剖面各类任务段对应的燃油系数，通过数学模型的反复迭代算出起飞重量，结果误差分析可控。表明该方法对无人机概念设计阶段的起飞重量估算起到一定的参考价值。运输类飞机疲劳寿命分析的一种新方法_杨高潮对DFR法进行了改进，从飞机各典型飞行任务剖面的使用比例情况进行对寿命期损失比例情况的确定，同时相应的获取当量铺面损伤情况，最后确定出地-空-地循环许用应力和疲劳裕度。提供了一种运输类飞机疲劳寿命分析的新方法。从F_105D等飞机的任务剖面看飞机的任务性能_浦传彬主要讨论飞机任务性能情况,同时做好了任务性能重要角色以及特点的研究，确定性能规范任务性能的具体情况，进而对飞机任务性能拥有立

28、体全方位掌握。战斗机战术技术要求的分析和全机重量的计算杨华保采用重量分析法对战术技术要求指标分类，对实际型号进行了验证分析,结果能满足工程计算的精度要求。飞续飞试验载荷谱_5乘5谱编制方法初探_李元镜提出了用乘5谱法编制飞续飞试验载荷谱，该方法可以较少地依赖损伤模型,为机体结构全尺寸疲劳试验和损伤容限研发性试验或裂纹扩展分析提供了帮助。国外飞行任务剖面研究状况（1） 1968年97年:从美空军ENS方案设想提出到美军用规范MIL-E-5007的发表阶段。在这期间发动机载荷谱工作处于起步阶段,主要工作表现在以外场收集的实际使用的飞行任务谱作为设计工作循环。（2） 1年197年:即从1974年美海

29、军对507D提出新的试验程序和模拟任务持久试车的新方案开始,至1978年发动机结构完整性（ENSP）方案充实修改后正式公布阶段。在这个阶段,由于美国海军航空发动机使用条件比空军更加苛刻,为得到针对性更强的F40发动机性的飞行任务剖面,并将其作为载荷的设计谱,美国海军和普拉特惠特尼公司分别于19、976年组织人员走访了全国大部分海军航空兵基地，对战斗机和攻击机的任务剖面进行了全面的收集和整理。调查工作涉及的主要机种有-4J/J7-GE-10、A-E/J2-P-48、-7TF41-A-2、F1TF3-P-2。41978年间，美国为获得各类飞机发动机（战斗机、攻击机、侦察机、教练机、反潜机、直升机、

30、轰炸机、运输机及民用客机等)的任务剖面和数据,除进行全国广泛调查之外,还组织了大量实测，以满足新机研制及满足零部件和整机SMET（模拟任务耐久性试车）、AM（加速任务试车)定寿、延寿，排故等试验需要。据统计，进行过全面调查和进行飞行实测的飞机发动机达20多种。（3） 179年194年间,在继续对实际使用飞行剖面、SMET、AMT载荷方案进行研究的同时,进行了以下四方面的工作：(a)发展寿命监控和载荷数据随机记录系统6。它是一种小型磁记录器,主要是把对航空发动机寿命有影响的外场使用参数，如温度、转速、低循环次数等不遗漏地记录下来。一方面保证使用机种工作可靠，另一方面为新机研制累积载荷数据。美国许

31、多机种已装备这种系统，如TA-7C、B-、FA-18A 等；(）发展软件，预测航空发动机使用情况变化对寿命的影响。通常航空发动机的使用计划是经常变更的，这种变更对预定的寿命会有改变。因此，实际飞行任务改变后，需要通过计算机软件来预测其对寿命的影响；(c) 建立载荷数据库,以满足大量载荷数据的存储和调用，防止载荷数据流失；(d) 建立数值模拟模型,可以通过输入飞机飞行和发动机参数，预测发动机飞行任务剖面，以便减少飞行试验。（4） 1985年以来：主要开展对发动机标准载荷谱的研究,但公开发表的资料不多。DilaarAli在Deelopmen Ftige Loaing Spectafom Fiht

32、Test Data中,提出了一种简单的方法从典型的飞行试验数据中提取疲劳载荷谱。amrRokhsa在 Flgt oadsSpctr TwoBuiess Jets中,从两个商用飞机分析了机动飞行载荷，一个是loba00，另一个是Gloa Expres XR。文中表明，他们的任务性质不同，两者机身几乎经受相同数量的地-空-地循环,飞行时间有很大不同。之后将航班分为不同阶段，负载和湍流数据由每个阶段内的高度带分类，比较累积发生的增量垂直阵风载荷因子，得出机动载荷系数分布在每个阶段比00这个数值更广泛的范围内。Coparis of Differn Lodpecr on Residual Fatigue

33、 Liftime o ailwy Axl中比较了铁路车轴的几个测量载荷谱。J Bhl在muatinf eraoaloading Spctrumand Effct n aig rack owth中分析了两种不同类型载荷序列的裂纹扩展速率。12.2聚类法研究现状聚类的发展历史和现状目前关于聚类分析的著作已有很多，早期文献32，33,34，35对聚类的方法和应用已经做了较为详细的介绍。1967 年，ac ueen 提出的k-ea算法6,已成为最经典的聚类分析算法之一。1990 年，Kaufan L.等人提出kedoids算法33，不再用每个簇中对象的平均值表示该簇,而用簇中接近聚类中心的一个对象表示

34、,在一定程度上减少了噪声带来的影响。-meas 及k-medds算法适用于在中小规模数据集中发现球状簇,但对大型数据集及复杂形状的聚类效果不好。199 年，RmonT. N 等人提出了ARAS7算法,适用于大型数据集,能够发现最“自然”的结果簇数目，以及探测孤立点。层次聚类是对给定的数据集进行层次分解。在层次聚类方面，较为著名的有angT.等人于1996年提出的BICH算法3和Gh .等人于998 年提出的CUR 算法39。IRH算法采用聚类特征和F 树概括聚类描述,使在大型数据集中取得较高的速度和可伸缩性,对增量和动态聚类非常有效。CURE 是基于代表点思想,在解决许多聚类偏好球形和大小相近

35、的簇的问题上取得了良好的效果,处理孤立点也更健壮。19 年，Este M.等人提出了一种密度聚类算法，DBSCN算法4，摒弃了以距离度量数据相似性的方式,将具有足够高密度的区域划分为簇，能够在具有“噪声”的数据中发现任意形状的簇。1999年AnerstM提出了聚类排序方法OPTIC,克服了DBCA算法对输入参数敏感的问题,不用再担心参数选择。基于网格和基于模型的聚类方法也较为成熟。基于网格的主要代表有在197 年和9 年分别被Wng 和Agrawal R.提出的SING 算法42和CLQUE算法3。分别被FridmanJ. .和Knorr E 在977 年和1997年提出的COBWB算法44和

36、OM 算法45则是基于模型的代表。2X 年, Mulik U.等提出了一种基于G(genticlgorthm)的聚类算法46，利用A 的寻优能力，在特征空间中寻找合适的聚类中心使得根据相似性准则所计算的结果最优化。20X 年，Naldi M 针对k-en 算法中需要预先指定簇的个数,且对初始中心敏感的缺点,利用进化技术寻找最优的簇个数,克服了上述缺点47。信息爆炸在于不仅产生巨量的数据，而且数据的类型多种多样,可能是结构化的数据，或者非结构化的数据。结构化数据中的语义关系通常被许多算法所忽略。文献48指出，数据聚类具有以下几个趋势： (1) 聚类集成。集成方法在监督学习中的成功促进了该方法在无

37、监督学习中的发展。聚类集成的基本思想是对相同的数据集进行多次聚类,得到多个聚类结果。联合这些结果进行学习，在簇不够紧凑，分隔得不够开的情况下仍可能得到一个比较好的聚类划分。(2） 半监督学习。聚类实际上是一个病态问题。因为聚类是仅仅凭借数据内在的信息，将其数据点划归到个数未知的簇中。聚类数据驱动的自然特性使设计一个聚类算法准确判定每个数据点所归属的簇显得十分困难。若是能够利用一些边带信息,对于得到一个好的结果十分有用。利用这些边带信息的聚类方法被称为处于半监督模式。(3） 大数据聚类。大数据聚类是指针对例如具有数百万的数据点，每个数据点具有数千个特征这样大数据集进行聚类。大数据聚类可应用在现实

38、世界中的文本聚类、基因聚类、基于内容的图像检索、地球科学数据的聚类等。大数据聚类可大致分为 类：高效的最近邻搜索,数据汇总,分布式计算，增量式聚类，以及基于采样的方法。(4) 半监督学习。聚类实际上是一个病态问题。因为聚类是仅仅凭借数据内在的信息,将其数据点划归到个数未知的簇中。聚类数据驱动的自然特性使设计一个聚类算法准确判定每个数据点所归属的簇显得十分困难。若是能够利用一些边带信息，对于得到一个好的结果十分有用。利用这些边带信息的聚类方法被称为处于半监督模式(5） 异构数据(heterogeeous data）。传统的模式识别中,一个特征向量是由一个对象的一组不同特征的度量值组成。这种对象的

39、表示对于某些类型的数据来说不是一种自然的表示方法。所谓异构数据是指用定长的特征向量不能自然表示的数据。这些数据包括排序数据，动态数据,图数据以及关系数据。使用聚类主要有以下三个目的:隐藏在数据间的结构和信息,自然分类，以及信息压缩。聚类的应用太广泛，难以将其所有的应用及所应用领域全部列举出来。不仅在模式识别，图像处理4,信息检索0等方面应用越来越多，而且在其它方面如生物学、精神病学、心理学、考古学、地质学以及市场分析也具有丰富的应用35。其它方面诸如无监督学习、数值分类、向量量化、观察学习以及点格局分析与聚类或多或少相关联51。文献49, 5将聚类应用于图像分割当中。对文本进行聚类，可产生主题

40、层次结构便于高效阅读5或者对文本进行检索4。市场分析方面，可对客户进行聚类分组,以便市场调度,对服务交付进行分组以便人力管理和计划。文献介绍了许多关于聚类的应用例子，如对威士忌酒进行分析,对地球大气层的空间测量数据进行聚类，对基因数据进行聚类研究等。除此之外，还可用于医学,如标识混在同一诊断下的不同子疾病类型，用于生物学分析表面上一致的动植物实际上是否属于不同的种类等基于均值属性测度聚类分析的推土机故障诊断_文畅平利用均值属性测度聚类分析方法，基于均值属性测度聚类分析模型，开展了单指标未确知测度分析与样本均值属性测度分析，最后验证模型与实际情况一致。表明该方法对推土机的故障诊断与分类是有效的。

41、多指标综合评价的聚类分析方法_陈述云根据系统聚类分析的基本思想，用距离来衡量样本间相似程度，该文比较了欧式距离、绝对值距离、切比雪夫距离、兰氏距离、马氏距离、夹角余弦、斜交空间距离、非参数方法等10种方法对全国30个城市的城市设施水平适用情况，得出绝对值距离和非参数距离方法是最适合的。多元统计的聚类分析方法及应用_吴海建讲述了聚类分析的基本思想、基本概念、系统聚类法的主要步骤，对河南省110个县进行了工业结构聚类。得出1县基本上可定义为工业实力较强地区、工业有基础地区、工业不发达地区等三大类型，聚类结果与定性分析的结论趋于一致。关于模糊聚类分析方法的进一步思考吴善杰讲述了模糊聚类方法的特点以及

42、当前的应用情况，并对高校女生的成绩表做了实例分析，发现对隶属度增加权值,或许分类更能符合实际情况,最后提出了五个建立模糊相似矩阵的新方法。基于K_means聚类分析的地铁施工风险评价方法侯寒冰模糊聚类分析方法在学生成绩评价中的应用_张秀梅选取个学院四门功课的平均成绩作为统计指标，采用极差变换对成绩指标进行标准化处理，利用最大最小法建立相似矩阵，改造相似关系为等价关系进行聚类分析，表明模糊聚类分析对掌握学生学习情况有很大帮助。五种常用系统聚类分析方法及其比较胡雷芳分析了单连接法、完全连接法、平均连接法、离差平方和法共计五种常用系统聚类分析方法的特点，并阐明了系统聚类法的性质,最后分析了每种性质所

43、适配的系统聚类分析方法。一种加权主成分距离的聚类分析方法_吕岩威基于主成分聚类分析的采矿方法优选_陈建宏基于主成分聚类分析方法针对某矿山的15个试样的采矿方法进行了比对,再利用系统聚类法对前个主成分进行了聚类分析，并依据模糊识别的“择近原则”做出了进一步的验证,表明基于主成分聚类法则可以对多变量数据合理分类,在矿山开采方法的评价方面具有一定的科学性和实用性。关于模糊聚类分析方法的进一步思考_吴善杰基于数据分组处理方法的聚类分析模型贺昌政在客观聚类分析方法(OC）的基础上，利用偶极子提出了新的一致性准则，称为GMDH聚类分析。从理论分析与实证两方面论证了GMDH聚类分析方法是CA聚类分析方法的进

44、一步发展结果。聚类分析在采矿方法选择中的应用_肖宏运用层次分析方法，并结合金矿采矿法的指标,对全面法、房柱法、崩落法、充填法四种采矿方法进行了比较,选用了房柱法，取得了良好的经济效益。系统聚类分析方法与分类布点决策的研究_袁清珂提出采用系统聚类分析方法来解决工农业生产和社会经济活动中经常遇到的分类与布点问题,并开发了系统聚类分析软件包,以某城市1个大气观测点数据进行了实际分析,为事物分类、环境检测布点的决策提供了理论依据。车用发动机运行状态的模糊聚类与识别_刘春利用模糊聚类分析对车用发动机多组振动信号进行相空间重构,计算出关联维数,结合燃料敲缸与机械敲缸系数,以及不同状态下的信号峰峰值与平均值

45、,得到标准状态向量，从而有效的确定发动机的运行状态。试验结果表明这一方法对车用发动机的故障检测与及时维修提供了可靠依据。航空发动机性能综合评判模型_邹葆华利用模糊聚类原理，选取了适当的阀值,建立了发动机性能综合评判模型,在不同工况下开展了发动机性能试验，发现利用模糊聚类分析方法可以有助于避免重复性试验,试验结果与计算结果一致，为航空发动机性能综合评判提供了重要的依据。模糊聚类分析在210发动机技术状况判断中的应用_李燕军以调整参数、综合参数、反映气缸-活塞组技术状况的参数、反映曲轴-轴承组技术状况的参数为诊断参数,利用模糊聚类分析方法建立诊断模型，给出了在不同技术状况下延长使用时间规定的判断模

46、型,并探讨了延长发动机使用时间的方法。侯胜利在研究发动机故障针对应用当中，是着手于免疫聚类分析特点进行的，其在分析当中所采用的方法主要是克隆选择算法，并且结合利用了聚类分析的方式,提出了基于免疫聚类分析的故障特征提取方法，为发动机的状态监测与故障诊断提供了依据。基于聚类分析的涡扇发动机的潜在故障检测_冯永辉针对多元统计分析的故障检测问题。采用基于密度的减法聚类算法和基于分割的最大熵模糊聚类算法的联合方法,可以有效避免盲目选择初始值，且可以保证得到的聚类中心有一定的鲁棒性,不会因训练数据的不同得出偏差较大的聚类中心。利用NASA数据库中涡轮发动机的数据生成聚类散点图,进行了该发动机的潜在故障检测

47、。基于层次分析法和聚类分析法相结合的评价方法_田辉平分析了层次分析法和聚类分析法各自的特点以及基本的步骤。作者将两个方法相结合对某高校评选高级职称的名额，从师德,教学能力，科研能力，外语水平，管理工作共计五个指标进行了分析评估，并讨论了各方法的优缺点以及适用情况。基于相似度聚类分析方法的异常入侵检测系统的模型及实现王丽娜等提出了基于相似度聚类分析方法的异常入侵检测模型,通过相似度聚类分析算法分析了用户行为并进行入侵检测，讨论了基于相似度聚类分析的用户轮廓建立算法和异常检测算法，并提出了采用在距离公式中使用加权方法来优化算法。基于信息检索的聚类分析方法的研究_黄筱以聚类分析方法为理论基础,利用面

48、向对象编程技术实现了可以对信息快速检索的软件,并进行了异常数据分析。载荷谱编制飞机载荷谱编制包括飞机设计使用载荷谱的编制和飞机实测载荷谱的编制。无论哪一类载荷谱的编制,都存在一个载荷谱编制通用的基本方法。从0世纪0年代,国内载荷谱实测和编制的实际情况出发，参考国外载荷谱编制的方法,0年代初蒋祖国提出了编制飞机使用载荷谱通用的基本方法任务分析法，后来把这一方法的主要内容编入了G军用飞机强度和刚度规范可靠性要求和疲劳载荷的使用说明中，8年代以后的国内各个型号的使用载荷谱（设计谱和实测谱）基本上都是按照这一基本方法来编制的。20世纪9年代初，著名飞机结构寿命和可靠性专家张福泽院士提出了编制飞机实测载

49、荷谱的代表起落随机载荷谱编制方法,该方法把实测载荷谱编制直接与飞机疲劳损伤联系起来，既克服了传统均值载荷谱编制方法的缺点，又能直接编制出以飞-续-飞形式给出的随机载荷谱用于疲劳/耐久性试验和分析,而且该编谱方法还简单易行,便于编谱，便于使用。国外由于航空发动机载荷谱编制相关资料难以查阅，公开资料只有相应的国标。疲劳载荷谱编制准则王德俊平安徐濒(东北大学机械工程学院)通过试验和理论分析,研究了随机疲劳载荷的小载荷取舍标准、载荷之间的相互作用效应和顺序效应对疲劳损伤的影响。最后提出了与随机载荷历程等效的疲劳谱的编制方法及准则双参数载荷谱编制方法研究康晓第黄振声（中国农业机械化科学研究院)应用概率论

50、与数理统计原理分析了双参数载荷谱编制中由载荷变程均值二维联合密度函数生成常用载荷谱的方法,根据载荷谱合成扩展的本质导出了不同工况载荷谱合成扩展以及最大载荷推算的通用公式，应用等损伤理论导出了由综合累积频次曲线生成阶梯程序谱时各级载荷频次计算的通用公式。航空发动机载荷谱模型与仿真研究孙志刚开展了航空发动机载荷谱的建模与仿真研究工作.根据建模和仿真方法的不同,将航空发动机载荷谱分为单参数随机载荷谱、多参数随机载荷谱、单参数与操作使用有关的载荷谱以及多参数与操作使用有关的载荷谱四大类,并对前三类载荷谱仿真方法进行了研究和算例分析论文提出了采用主成份分析方法进行相关的多参数随机载荷谱的模拟技术.首先,

51、把原始多参数载荷谱标准化,求出相关系数矩阵;其次,求出相关系数矩阵的特征值和特征向量,并建立相互独立的主成份载荷谱模型;最后，用单参数仿真的方法模拟出主成份载荷谱,然后根据主成份载荷谱模型求解出相关的多参数载荷谱。仿真结果表明:本文提出的仿真方法不仅能够保证载荷谱参数之间的相关性不变,同时模拟载荷谱与原谱的穿级计数累积频次分布也是基本一致的。民机飞行载荷谱编制方法刘晓明万少杰熊峻江李强探索了由同类机型的飞行实测载荷统计数据,推断新设计机型的飞行谱,进而编制其载荷谱的新途径.采用国外同类飞机的飞行实测载荷统计数据,依据类比法,分析和推断出某民机的飞行谱以及各飞行状态连续应力谱; 在此基础上,根据

52、民用运输机的WIST编谱方法,编制了各飞行状态的突风和机动载荷谱,最终,随机生成了其飞行谱对应的5 5地-空-地载荷谱，从而验证了探索途径的可行性与有效性.采用该方法可以加快民机研制周期发动机航线类综合载荷谱研究宋迎东，高德平在空测和外场使用统计的基础上,根据综合任务谱和实际的飞行任务谱对发动机造成的疲劳和蠕变以及热冲击损伤一致的原则，在推导过程中保证两种谱的载荷循环数相同、各功率状态持续的时间相同以及主要的功率状态的变化顺序相同,将某发动机种航线类飞行任务和地面功能检查试车任务进行综合,得到航线类综合任务谱。然后根据发动机的高度-速度特性和飞行高度与速度计算出该发动机的航线类转速谱。综合任务

53、谱和相应的转速谱的获得为推导加速任务试车谱奠定了基础。涡轴发动机综合飞行载荷剖面研究杨兴宇 1 宁向荣2 史海秋1 杨治国根据疲劳、蠕变、热冲击损伤以及高周振动环境等效的原则,保证飞行载荷总谱和综合飞行剖面主循环数、次循环数、各载荷状态、各载荷状态持续时间相同，编制某涡轴发动机综合飞行剖面,为编制该发动机模拟任务持久试车谱、加速任务试车谱以及发动机零部件强度、寿命考核试验研究提供技术依据。首先根据飞行载荷总谱和使用环境确定三种飞行类别,选定综合飞行剖面的发动机工作参数,分别得到三种飞行类别主、次循环矩阵,进行归一化圆整处理。由时间分配谱统计各载荷状态的持续时间,进而编制综合飞行剖面。最后根据综

54、合飞行剖面进行疲劳、蠕变和热冲击等损伤的误差分析。程序载荷谱编制方法研究王建定桑正中陈翠英本文从合成扩展、最大载荷推算、分级频次分配等方面研究了程序载荷谱编制方法，简化了编谱过程,提高了计算精度,编出了计算机编谱程序，提高了最大载荷估算精度,使分级频次分配趋向合理化。1.3 本文的主要研究工作本文主要开展了聚类分析方法在二代、三代航空发动机载荷谱统计中的适用性研究,提出了相关的分类方法,编制了相应的分类程序，最终开展了基于雨流计数法与穿级计数法对应的综合任务谱与各类典型剖面的有效验证。基于选题，本文共分为章。各章节主要包含以下内容：第一章介绍了本文的选题背景，阐述了聚类分析方法及其适应性研究现

55、状,简要介绍了飞行任务剖面、航空发动机载荷谱的编制方法。第二章阐述了二代机对应的航空发动机载荷谱聚类分析方法。第三章阐述了三代机对应的航空发动机载荷谱聚类分析方法。第四章开展了典型任务剖面编制成的综合任务谱与原始剖面对应的循环计数验证第五章总结了本文的主要研究成果,并对今后的工作进行展望。第二章二代机聚类分析2引言航空发动机载荷谱可以描述成由若干个幅值具有明显变化的载荷片段(即任务段）组成的载荷时间曲线，而载荷谱中的任务段能够密切反映飞机及发动机的使用状态。基于任务段的航空发动机载荷谱聚类会对编制和预测飞机载荷谱、减少飞行试验次数以及对新机和在役机种的寿命设计和考核提供依据。本章开展了基于任务

56、段的航空发动机载荷谱聚类方法研究，提出了利用聚类散点图对航空发动机飞行任务剖面进行分类的方法，并对某战斗机发动机1个飞行任务剖面进行了聚类分析。通过比对分析飞行任务剖面中的飞行高度、飞行马赫数、法向过载、转速四个重要参数，并参照文献中给出的飞行任务剖面参数间相关系数矩阵后得出:.四个参数中飞行高度最直观反映飞机的飞行状态。.不同剖面间，飞行高度与飞行马赫数差异性强，利于剖面间的划分，而法向过载与转速差异性小，不利于剖面间的划分。因此选取飞行高度和飞行马赫数作为划分飞行任务剖面的原始参数;依据其对应的飞行任务段均值生成聚类散点图;按照散点分布区域的差异性对其进行初步划分,并根据滤波后剖面特征对密

57、集点区域进一步划分;最终将剖面类型划分为五大类。从而，可以从划分的剖面类别中确定出典型飞行任务剖面，对后续的载荷谱编制和分析等工作提供了重要参考。.2载荷谱预处理对于航空发动机,飞行参数以每秒一点的采样速度传送至监控系统并记录,因而监视需要解决的第一个问题是对大量的采样数据进行筛选保留对寿命计算有用数据。要求先进行载荷谱的预处理操作。具体流程是先伪读数剔除，再将无效幅值删除、荷谱峰谷值检测、载荷循环计数。（)伪读数剔除的具体概念为：一般情况下,伪读数呈现出下列几种形式：相关参数之间的变化不符合常规、数据的突变和高于既定的最大范围、一些时间段会有大区域混乱的情况出现,飞行任务剖面也可能会出现幅值

58、较小的循环，但整体对构建没有较大伤害。而之所以会出现伪读数,通常是因为测试系统的实际载荷值加大,这种情况下，就需要先做伪读数剔除的工作,以避免出现循环计数和真实情况有差距的问题。(2）无效幅值删除:该环节的主要目的是减少数据量，所以对于不太影响构建寿命的次小循环进行一定程度的删除。具体选则何种无效幅值删除的物理模型，要根据载荷参数性质以及循环波形特征来决定。一般情况下，都是以下列公式的计算为准：式中：、代表的是处理参数的极值,代表的是经验常数，由计算精度标准以及荷载循环数量整体决定。对于航空发动机来说，合理的取值区间应是。(3）载荷谱峰谷值检测通过疲劳理论可以判定，寿命会受到载荷峰谷值的影响而变化。所以，在对离散数字载荷谱当中的伪读数剔除之后，找到全部的峰谷值,重新构成载荷谱数字序列。进行数据压缩处理,通常都是使用峰谷值检测的方式，这种方式根据载荷数据采样的次序，使用三点法的方式，完整记下峰谷值，