1、基于任務段的航空發動機載荷譜聚類方法研究摘要航空發動機載荷譜能夠為航空發動機及其零部件進行應力分析、結構設計、整機的可靠性、零部件耐久性試驗以及壽命評定提供準確參考。其中，航空發動機載荷譜所對應的飛行任務剖面包含了發動機的飛行信息，是飛機在實際飛行時所產生的具體數據，反映了發動機的實際使用狀況。飛行任務剖面聚類后，易于確定典型剖面,可以對飛行任務剖面的編制和預測提供很大的幫助，在實際工程中具有很大意義。然而，飛行任務剖面由于數量眾多，雜亂無序，難以找到相似剖面的規律性，分類問題迄今為止并未能得到很好的解決。針對此問題，就需要提及聚類的問題。本文開展了基于二代機任務段的航空發動機載荷譜聚類方法研

2、究，提出了利用聚類散點圖對航空發動機飛行任務剖面進行分類的方法，并對某戰斗機發動機31個飛行任務剖面進行了聚類分析。通過比對分析飛行任務剖面中的飛行高度、飛行馬赫數、法向過載、轉速四個重要參數，選取了飛行高度和飛行馬赫數作為劃分飛行任務剖面的原始參數；依據其對應的飛行任務段均值生成聚類散點圖；按照散點分布區域的差異性對其進行初步劃分，并根據濾波后剖面特征對密集點區域進一步劃分；最終將剖面類型劃分為五大類。本文開展了針對三代機飛行任務剖面的聚類分析研究。首先，通過飛行高度與飛行馬赫數的均值生成了聚類散點圖。之后，依據雨流計數法統計的各剖面對應的飛行高度、飛行馬赫數、轉速、法向過載的循環數，劃分出

3、了巡航、地慢狀態。隨后，依據飛行高度參數劃分出了空對地與空對空狀態。最后，依據油門桿角度劃分出了油門桿狀態。將三代機剖面類型劃分為五大類。本文確定了三代機的各類剖面所對應的典型飛行任務剖面。之后，將典型飛行任務剖面按照任務混頻、起飛降落段均值處理的方式組成了綜合任務譜。最后，通過穿級計數法與雨流計數法對各類典型飛行任務剖面與綜合任務譜分別進行了計數對比。結果表明，所編制的綜合任務譜合理有效。關鍵詞：航空發動機載荷譜，聚類分析，飛行任務剖面ABSTRACTAeroengine load spectrum can provide an accurate reference for the stre

4、ss analysis, structural design, machine reliability, durability testing of components and life assessment of aeroengines and their components. Among them, the aero-engine load spectrum corresponding to the flight mission profile contains the flight information of the engine is the aircraft in the ac

5、tual flight generated by the specific data, reflecting the actual use of the engine. After the flight mission profile clustering, it is easy to determine the typical profile, which can greatly help the compilation and forecast of the mission profile, which is of great significance in practical engin

6、eering. However, the classification of flight mission sections has so far failed to be well solved because of the large number of clutter and disordered navigation systems that make it difficult to find the regularity of similar sections. To solve this problem, we need to mention the clustering prob

7、lem.In this paper, the study of aeroengine load spectrum clustering method based on the second-generation machine mission segment is carried out. A method to classify the aeroengine mission profile by clustering scatterplot is proposed. The profile of 31 missions of a fighter engine Cluster analysis

8、. By comparing and analyzing four important parameters of flight mission, such as flight altitude, flight Mach number, normal overload and speed, flight altitude and flight Mach number are selected as the original parameters of flight mission profile. Based on the corresponding flight mission segmen

9、t According to the difference of scatter distribution area, the scatter points are divided according to the characteristics of the scatter points, and then the dense point areas are further divided according to the filtered profile features. Finally, the section types are divided into five categorie

10、s.This article has carried on the cluster analysis research to the third generation aircraft flight mission section. First, a clustered scattergram is generated from the mean of flight altitude and flight Mach number. Then, according to the rain flow count method of the corresponding sections of the

11、 flight height, flight Mach number, speed, the number of normal overload cycle, divided cruise, slow to the state. Subsequently, the air-to-ground and air-to-air conditions were classified according to the flight altitude parameters. Finally, according to the throttle lever angle out of the throttle

12、 lever state. Three generations of machine section type is divided into five categories.This paper identifies the typical flight profiles corresponding to the various sections of the three generations of machines. After that, the typical flight mission profile is composed of the task map, the averag

13、e of take-off and landing segments. Finally, the comparison between the cross sections of various typical missions and the spectrum of comprehensive tasks is carried out through the method of wear-leveling counting and rain-flow counting. The results show that the comprehensive task spectrum is reas

14、onable and effective.Keywords:Aeroengine load spectrum, cluster analysis, mission profile摘要IABSTRACTII第一章緒論- 1 -1.1選題背景- 1 -1.2國內外研究現狀- 2 -1.2.1飛行任務剖面研究現狀- 2 -1.2.2 聚類法研究現狀- 5 -1.2.3 載荷譜編制- 9 -1.3本文的主要研究工作- 11 -第二章二代機聚類分析- 12 -2.1引言- 12 -2.2載荷譜預處理- 12 -2.3聚類方法比較- 13 -2.3 劃分參數的選取- 20 -2.4飛行任務剖面聚類232.

15、4.1 高空高速飛行剖面- 24 -2.4.2 低空低速飛行剖面- 25 -2.4.3 其他區域飛行剖面的劃分272.4.4 高空俯沖飛行剖面的劃分282.4.5 空中格斗飛行剖面的劃分302.5 結論30第三章三代機聚類分析313.1引言313.2流程框圖313.3三代機聚類圖313.4任務段聚類分析323.4.1 巡航323.4.2 地慢333.4.1利用循環統計劃分剖面類型343.4.3 空對地383.4.4 油門桿403.4.5 空對空423.5二代機與三代機任務段聚類分析對比443.6章小結44第四章綜合任務譜等效驗證454.1 引言454.2 典型任務剖面454.3 綜合任務譜45

16、4.3.1 任務混頻464.4 雨流計數和穿級計數結果比對471.2循環計數法的計算機程序編制及驗證504.3 綜合任務譜的編制534.4 綜合任務譜與各類剖面的循環數對比5460544.5 本章小結54第五章全文總結545.1本文的主要工作和結論545.2今后研究及展望55致謝57在學期間的研究成果及發表的學術論文58附錄59圖表清單圖1.12圖1.2 2圖1.32圖1.4 5表4.144注釋表,狀態方程矩陣誤差絕對值重心到前軸的距離誤差變化率,多項式系數多項式加速度變量,Fadeev遞歸算法中間變量,連軸器及傳動軸簡化模型傳汽車總制動力遞系數汽車總側向力橫向加速度輪胎制動力橫向加速度極限值

17、,各輪制動力和側偏力,多項式系數狀態方程矩陣,狀態方程矩陣重力加速度,狀態方程矩陣汽車重心高度重心到后軸的距離頻響函數,多項式系數汽車重心到側傾中心的距離電機阻尼比系數汽車側傾中心高度縮略詞縮略詞英文全稱WSNsWireless Sensor NetworksCAMCenter Angle MethodLEACHLow-Energy Adaptive Clustering HierarchyXI第一章緒論1.1 選題背景航空發動機是飛機的關鍵部位，其性能與可靠性對于飛行安全以及飛機性能至關重要。由于本身結構復雜，長時間承受氣動、熱、機械負荷，以及工作狀態的頻繁變換，發動機故障類別繁多且復雜。那

18、么為了解決發動機整機及其零部件耐久性試驗、可靠性以及應力分析、結構設計、耐久性/損傷容限設計等諸多問題，開展航空發動機載荷譜的研究至關重要。它是飛行高度、飛行馬赫數、飛行轉速、法向過載、油門桿角度、渦輪后燃氣溫度等重要載荷要素的組合，通過這些重要飛參數據的記錄與分析，可以為航空發動機的定壽、延壽提供重要依據。航空發動機載荷譜其中，航空發動機載荷譜所對應的飛行任務剖面包含了發動機的飛行信息，是飛機在實際飛行時所產生的具體數據，反映了發動機的實際使用狀況。然而，飛行任務剖面由于數量眾多，雜亂無序5-6，難以找到相似剖面的規律性，分類問題迄今為止并未能得到很好的解決。針對此問題，就需要提及聚類的概念

19、。關于這一概念，很早就引起了人們的關注。所謂“人以群分，物以類聚”就是如此。其可以說是隨著人們生活以及生產實踐產生的，對世界的認知必須在對事物進行區分，尋求不同和相似的基礎上完成。聚類就是這樣的分析思想。樣本分析當中利用多元統計分析，就是對事物進行相似性的歸類，從而使得樣本具有同類的意義以及用途，同類必然擁有相似點，不同類自然存在較大差距。飛行任務剖面聚類后，易于確定典型剖面, 大大減少了需要分析的樣本量，節省了時間成本，從而可以減少飛行試驗次數;對新機和在役機種,可以從眾多飛行剖面中提取能反映發動機載荷使用特點的典型任務，利用典型任務進行壽命設計和考核將顯著減少后續載荷分析工作7.并可以運用

20、于日常維護，飛行任務和事故分析，對發動機進行結構分析及壽命評定提供基礎，還可以對飛行任務剖面的編制和預測提供很大的幫助，在實際工程中具有很大意義。1.2 國內外研究現狀1.2.1飛行任務剖面研究現狀飛行任務剖面不僅表示飛機的使用方法，反映飛機的使用情況，而且它是編制飛機使用載荷譜的前提和必須具備的重要資料。更進一步地說，任務剖面的有關資料和數據是編制載荷譜的重要輸入，確定典型任務剖面是編制飛機載荷譜的重要組成部分4。在早期的飛機強度規范中沒有設計使用方法和任務剖面的要求，例如，MIL-A-8866(ASG) 5沒有考慮任務剖面及其相應的任務段，這就難以真實反映包線內的各種受載情況，容易帶來保守

21、的壽命估算結果。MIL-A-008866A6和GJB67.6-857在設計使用方法中引入任務剖面和相應的任務段是一個極大的改進。飛機實際使用結果表明，某些任務段（如-空，空-地等）的受載情況比另外一些任務段嚴重得多，某些任務剖面的受載情況也比另外一些任務嚴重得多。因此按任務剖面和任務段編譜能更真實地反映飛機在使用中的受載情況，使所編制的載荷譜和壽命估算結果更真實、更準確國內從二十世紀七十年代開始，就已經著手對航空發動機載荷譜的分析和研究，具體研究種類涉及到了渦漿、渦軸以及渦噴等各種類型，進而掌握了豐富的關于飛行剖面信息以及任務混頻信息等。主要分析過程中采用的方法是主成分分析法。1982-198

22、9年期間，630所針對XXX發動機進行了外場使用相關情況的分析和研究，這是國內關于飛行數據分析和研究最全的一種30。此時，還針對該發動機的外場載荷實現了相應的檢測31。到了1992年時間，空軍第八所也針對該發動機具體的飛行任務剖面、任務混頻等情況開展了更為全方位的分析32。另外針對該發動機開展了相應的空測、統計以及調查，截止到現在為止，基本上針對發動機飛行載荷譜的情況僅僅從單參數譜編制進行，具體屬于單參數譜編制的包括了場均質譜、等損傷譜以及三循環譜等。此后還包括了南京航空航天大學、北京機械結構強度中心等等相關機構，也紛紛針對發動機載荷譜編制情況開展了更為透徹的分析與研究33-37，通過這些機構

23、關于發動機單參數譜編制情況已經得到了基本的解決。宋迎東在研究和分析當中，就針對飛機飛行任務剖面情況、發動機原理情況、飛行力學情況、發動機飛行載荷情況等開展了相應的討論，提出了有關的預測方式和途徑。主要原理就是利用飛行力學的理論向發動機推力剖面方面的轉化，進而經過計算來確定發動機在工作當中的相關參數，最終獲取發動機飛行載荷譜。在分析和研究當中，其還通過某發動機作為案例開展預測，實現了該發動機裝備在新型教練機方面上的飛行載荷預測過程。空軍工程大學工程學院的程禮,馮偉,陳衛在航空發動機飛行任務剖面統計規律研究文獻中主要研究基礎上使用了某教練機發動機的具體數據情況，并且建立在飛行剖面轉速循環主循環當量

24、疲勞損傷特點，從而完成了飛行任務剖面相關規律探討，主要集中點在于飛行員所采取的不同操作過程，所造成的損失具有差距。北京航空航天大學的可靠性與系統工程學院劉震宇，馬小兵，洪東跑，趙 宇在基于飛行剖面的作戰飛機任務可靠性評估方法文獻中針對作戰飛機故障數據的特點，分析了作戰飛機不同飛行剖面對其任務可靠性的影響。在此基礎上，定義了飛行剖面折合系數、建立了作戰飛機任務可靠性模型。基于該模型給出了作戰飛機在不同飛行剖面中相應的可靠性的評估途徑。對于想定任務剖面，主要使用了剖面合成方式把其處理為典型飛行剖面的線性組合，并由此給出了作戰飛機在想定剖面下任務可靠性的預測途徑。通過實例情況發現，在飛行剖面作戰任務

25、情況下實施的可靠性評估方法合理可行，便于工程應用。大型軍用運輸機的飛行航跡優化_周堃采用能量狀態法，結合飛行的物理過程，分析了上升、巡航及下滑進場最優速度的選取依據，指出優化飛行剖面主要基于以下三個原則：1.優化巡航段的高度和速度 2.從低等效能量到高等效能量優化上升段 3.下滑段依據變分法，從低到高優化。研究結果對大型軍用運輸機的實際使用具有一定的工程參考價值。航空發動機飛行任務剖面統計規律研究_程禮講述了典型任務剖面的合并原則，并以某型的教練機發動機作為了實測的基礎，然后建立在飛行剖面轉速循環主循環當量疲勞損傷特點上，利用累計損傷法以及K級應力折算等方法，實現對飛行任務剖面相關規律探討。基

26、于飛行參數靈敏度的飛機疲勞載荷譜典型飛行任務剖面研究_任冀賓以某型飛機實測的重心法向過載、飛行速度、俯仰角速度、飛行高度和飛機重量等5個飛行參數，結合主成份分析法，進行了飛行參數靈敏度的聚類分析，為編制出更加合理、可信的服役使用載荷譜提供依據。用定型試飛數據編制戰斗機載荷譜_孫書田以飛機定型試飛實測數據，經過適當的組合，修正飛機設計譜，并提供了一種新的編譜方法。對載荷譜起落的形成、實測數據的收集及預處理，并且做好數據處理分析。并且還針對國內自行研制出的戰斗機型開展了關于定型試飛階段載荷譜編制的途徑的確定。防區外攻擊仿真框架和攻擊動作鏈設計_孔祥駿建立了防區外攻擊仿真框架，設計了攻擊動作鏈：主動

27、攻擊動作鏈、躲避防空導彈動作鏈、遠距離防御動作鏈，并依據防區外導彈的飛行特點，進行了防區外攻擊仿真。總結出導彈發射0前后攻擊機的動作鏈特點，對空地武器發射平臺與空地導彈的配合問題進行了初步的探討。飛機空中加油任務剖面優化設計_賈忠湖出于作戰飛機必須具有良好的遠程作戰能力要求，進行了飛機空中加油任務剖面優化設計。同時考慮到飛機飛行過程中，拋副油箱和作戰武器消耗等因素，飛機的質量一直在變的情況，采用了分段函數描繪了飛機在各個剖面的特征，考慮了安全區的范圍、加油時機的選擇，最后基于遺傳算法對某型飛機進行了算例驗證。表明該方法在不考慮地理狀況、氣象因素、作戰環境和油機情況等因素情況下，比較接近真實情況

28、。劉震宇在分析當中，主要建立在飛行剖面作戰飛機可靠性評估基礎之上，對飛行剖面的折合系數進行確定，建立了作戰飛機任務可靠性模型，基于該模型給出了作戰飛機在不同飛行剖面下的任務可靠性評估方法。，-無人機按任務剖面估算起飛總重方法研究_溫昌杰講述了主要的無人機起飛重量計算方法，通過任務剖面計算法中的燃油百分法，計算出飛行任務剖面各類任務段對應的燃油系數，通過數學模型的反復迭代算出起飛重量，結果誤差分析可控。表明該方法對無人機概念設計階段的起飛重量估算起到一定的參考價值。運輸類飛機疲勞壽命分析的一種新方法_楊高潮對DFR法進行了改進，從飛機各典型飛行任務剖面的使用比例情況進行對壽命期損失比例情況的確定

29、，同時相應的獲取當量鋪面損傷情況，最后確定出地-空-地循環許用應力和疲勞裕度。提供了一種運輸類飛機疲勞壽命分析的新方法。從F_105D等飛機的任務剖面看飛機的任務性能_浦傳彬主要討論飛機任務性能情況，同時做好了任務性能重要角色以及特點的研究，確定性能規范任務性能的具體情況，進而對飛機任務性能擁有立體全方位掌握。戰斗機戰術技術要求的分析和全機重量的計算_楊華保采用重量分析法對戰術技術要求指標分類，對實際型號進行了驗證分析，結果能滿足工程計算的精度要求。飛續飛試驗載荷譜_5乘5譜_編制方法初探_李元鏡提出了用5乘5譜法編制飛續飛試驗載荷譜，該方法可以較少地依賴損傷模型，為機體結構全尺寸疲勞試驗和損

30、傷容限研發性試驗或裂紋擴展分析提供了幫助。國外飛行任務剖面研究狀況（1） 1968年1973年：從美空軍ENSIP方案設想提出到美軍用規范MIL-E-5007D的發表階段。在這期間發動機載荷譜工作處于起步階段，主要工作表現在以外場收集的實際使用的飛行任務譜作為設計工作循環。（2） 1974年1978年：即從1974年美海軍對5007D提出新的試驗程序和模擬任務持久試車的新方案開始，至1978年發動機結構完整性（ENSIP）方案充實修改后正式公布階段。在這個階段，由于美國海軍航空發動機使用條件比空軍更加苛刻，為得到針對性更強的F404發動機性的飛行任務剖面，并將其作為載荷的設計譜，美國海軍和普拉

31、特惠特尼公司分別于1974、1976年組織人員走訪了全國大部分海軍航空兵基地，對戰斗機和攻擊機的任務剖面進行了全面的收集和整理。調查工作涉及的主要機種有F-4J/J79-GE-10、A-6E/J52-P-408、A-7E/TF41-A-2、F-14A/TF30-P-412。1974-1978年間，美國為獲得各類飛機發動機（戰斗機、攻擊機、偵察機、教練機、反潛機、直升機、轟炸機、運輸機及民用客機等）的任務剖面和數據，除進行全國廣泛調查之外，還組織了大量實測，以滿足新機研制及滿足零部件和整機SMET（模擬任務耐久性試車）、AMT（加速任務試車）定壽、延壽，排故等試驗需要。據統計，進行過全面調查和進

32、行飛行實測的飛機發動機達20多種。（3） 1979年1984年間，在繼續對實際使用飛行剖面、SMET、AMT載荷方案進行研究的同時，進行了以下四方面的工作：（a） 發展壽命監控和載荷數據隨機記錄系統26。它是一種小型磁記錄器，主要是把對航空發動機壽命有影響的外場使用參數，如溫度、轉速、低循環次數等不遺漏地記錄下來。一方面保證使用機種工作可靠，另一方面為新機研制累積載荷數據。美國許多機種已裝備這種系統，如TA-7C、B-1、F/A-18A 等；（b） 發展軟件，預測航空發動機使用情況變化對壽命的影響。通常航空發動機的使用計劃是經常變更的，這種變更對預定的壽命會有改變。因此，實際飛行任務改變后，需

33、要通過計算機軟件來預測其對壽命的影響；（c） 建立載荷數據庫，以滿足大量載荷數據的存儲和調用，防止載荷數據流失；（d） 建立數值模擬模型，可以通過輸入飛機飛行和發動機參數，預測發動機飛行任務剖面，以便減少飛行試驗。（4） 1985年以來：主要開展對發動機標準載荷譜的研究，但公開發表的資料不多。Dilawar Ali在Development of Fatigue Loading Spectra from Flight Test Data中，提出了一種簡單的方法從典型的飛行試驗數據中提取疲勞載荷譜。Kamran Rokhsaz1在 Flight Loads Spectra of Two Busin

34、ess Jets中，從兩個商用飛機分析了機動飛行載荷，一個是Global 5000，另一個是Global Express XRS。文中表明，他們的任務性質不同，兩者機身幾乎經受相同數量的地-空-地循環，飛行時間有很大不同。之后將航班分為不同階段，負載和湍流數據由每個階段內的高度帶分類，比較累積發生的增量垂直陣風載荷因子，得出機動載荷系數分布在每個階段比5000這個數值更廣泛的范圍內。P.Pokorn在Comparison of Different Load Spectra on Residual Fatigue Lifetime of Railway Axle中比較了鐵路車軸的幾個測量載荷譜。

35、Ji Bhal在Simulation of Operational Loading Spectrum and its Effect on Fatigue Crack Growth中分析了兩種不同類型載荷序列的裂紋擴展速率。1.2.2聚類法研究現狀聚類的發展歷史和現狀目前關于聚類分析的著作已有很多，早期文獻32,33,34,35對聚類的方法和應用已經做了較為詳細的介紹。1967 年，Mac Queen 提出的k-means 算法36，已成為最經典的聚類分析算法之一。1990 年，Kaufman L.等人提出k-medoids 算法33，不再用每個簇中對象的平均值表示該簇，而用簇中接近聚類中心的一

36、個對象表示，在一定程度上減少了噪聲帶來的影響。k-means 及k-medoids 算法適用于在中小規模數據集中發現球狀簇，但對大型數據集及復雜形狀的聚類效果不好。1994 年，Raymond T. Ng 等人提出了CLARANS37算法，適用于大型數據集，能夠發現最“自然”的結果簇數目，以及探測孤立點。層次聚類是對給定的數據集進行層次分解。在層次聚類方面，較為著名的有Zhang T.等人于1996年提出的BIRCH 算法38和Guha S.等人于1998 年提出的CURE 算法39。BIRCH 算法采用聚類特征和CF 樹概括聚類描述，使在大型數據集中取得較高的速度和可伸縮性，對增量和動態聚類

37、非常有效。CURE 是基于代表點思想，在解決許多聚類偏好球形和大小相近的簇的問題上取得了良好的效果，處理孤立點也更健壯。1996 年，Ester M.等人提出了一種密度聚類算法，DBSCAN 算法40，摒棄了以距離度量數據相似性的方式，將具有足夠高密度的區域劃分為簇，能夠在具有“噪聲”的數據中發現任意形狀的簇。1999 年Ankerst M.提出了聚類排序方法OPTICS41，克服了DBSCAN 算法對輸入參數敏感的問題，不用再擔心參數選擇。基于網格和基于模型的聚類方法也較為成熟。基于網格的主要代表有在1997 年和1998 年分別被Wang 和Agrawal R.提出的STING 算法42和

38、CLIQUE 算法43。分別被Fridman J. H.和Knorr E. M.在1977 年和1997 年提出的COBWEB 算法44和SOM 算法45則是基于模型的代表。2000 年， Maulik U.等提出了一種基于GA(genetic algorithm)的聚類算法46，利用GA 的尋優能力，在特征空間中尋找合適的聚類中心使得根據相似性準則所計算的結果最優化。2011 年，Naldi M C 針對k-means 算法中需要預先指定簇的個數，且對初始中心敏感的缺點，利用進化技術尋找最優的簇個數，克服了上述缺點47。信息爆炸在于不僅產生巨量的數據，而且數據的類型多種多樣，可能是結構化的數

39、據，或者非結構化的數據。結構化數據中的語義關系通常被許多算法所忽略。文獻48指出，數據聚類具有以下幾個趨勢： (1) 聚類集成。集成方法在監督學習中的成功促進了該方法在無監督學習中的發展。聚類集成的基本思想是對相同的數據集進行多次聚類，得到多個聚類結果。聯合這些結果進行學習，在簇不夠緊湊，分隔得不夠開的情況下仍可能得到一個比較好的聚類劃分。(2) 半監督學習。聚類實際上是一個病態問題。因為聚類是僅僅憑借數據內在的信息，將其數據點劃歸到個數未知的簇中。聚類數據驅動的自然特性使設計一個聚類算法準確判定每個數據點所歸屬的簇顯得十分困難。若是能夠利用一些邊帶信息，對于得到一個好的結果十分有用。利用這些

40、邊帶信息的聚類方法被稱為處于半監督模式。(3) 大數據聚類。大數據聚類是指針對例如具有數百萬的數據點，每個數據點具有數千個特征這樣大數據集進行聚類。大數據聚類可應用在現實世界中的文本聚類、基因聚類、基于內容的圖像檢索、地球科學數據的聚類等。大數據聚類可大致分為5 類：高效的最近鄰搜索，數據匯總，分布式計算，增量式聚類，以及基于采樣的方法。(4) 半監督學習。聚類實際上是一個病態問題。因為聚類是僅僅憑借數據內在的信息，將其數據點劃歸到個數未知的簇中。聚類數據驅動的自然特性使設計一個聚類算法準確判定每個數據點所歸屬的簇顯得十分困難。若是能夠利用一些邊帶信息，對于得到一個好的結果十分有用。利用這些邊

41、帶信息的聚類方法被稱為處于半監督模式(5) 異構數據（heterogeneous data）。傳統的模式識別中，一個特征向量是由一個對象的一組不同特征的度量值組成。這種對象的表示對于某些類型的數據來說不是一種自然的表示方法。所謂異構數據是指用定長的特征向量不能自然表示的數據。這些數據包括排序數據，動態數據，圖數據以及關系數據。使用聚類主要有以下三個目的：隱藏在數據間的結構和信息，自然分類，以及信息壓縮。聚類的應用太廣泛，難以將其所有的應用及所應用領域全部列舉出來。不僅在模式識別32，圖像處理49，信息檢索50等方面應用越來越多，而且在其它方面如生物學、精神病學、心理學、考古學、地質學以及市場分

42、析也具有豐富的應用35。其它方面諸如無監督學習、數值分類、向量量化、觀察學習以及點格局分析與聚類或多或少相關聯51。文獻49, 52將聚類應用于圖像分割當中。對文本進行聚類，可產生主題層次結構便于高效閱讀53或者對文本進行檢索54。市場分析方面，可對客戶進行聚類分組，以便市場調度，對服務交付進行分組以便人力管理和計劃。文獻55介紹了許多關于聚類的應用例子，如對威士忌酒進行分析，對地球大氣層的空間測量數據進行聚類，對基因數據進行聚類研究等。除此之外，還可用于醫學，如標識混在同一診斷下的不同子疾病類型，用于生物學分析表面上一致的動植物實際上是否屬于不同的種類等基于均值屬性測度聚類分析的推土機故障診

43、斷_文暢平利用均值屬性測度聚類分析方法，基于均值屬性測度聚類分析模型，開展了單指標未確知測度分析與樣本均值屬性測度分析，最后驗證模型與實際情況一致。表明該方法對推土機的故障診斷與分類是有效的。多指標綜合評價的聚類分析方法_陳述云根據系統聚類分析的基本思想，用距離來衡量樣本間相似程度，該文比較了歐式距離、絕對值距離、切比雪夫距離、蘭氏距離、馬氏距離、夾角余弦、斜交空間距離、非參數方法等10種方法對全國30個城市的城市設施水平適用情況，得出絕對值距離和非參數距離方法是最適合的。多元統計的聚類分析方法及應用_吳海建講述了聚類分析的基本思想、基本概念、系統聚類法的主要步驟，對河南省110個縣進行了工業

44、結構聚類。得出107縣基本上可定義為工業實力較強地區、工業有基礎地區、工業不發達地區等三大類型，聚類結果與定性分析的結論趨于一致。關于模糊聚類分析方法的進一步思考_吳善杰講述了模糊聚類方法的特點以及當前的應用情況，并對高校女生的成績表做了實例分析，發現對隸屬度增加權值，或許分類更能符合實際情況，最后提出了五個建立模糊相似矩陣的新方法。基于K_means聚類分析的地鐵施工風險評價方法_侯寒冰模糊聚類分析方法在學生成績評價中的應用_張秀梅選取7個學院四門功課的平均成績作為統計指標，采用極差變換對成績指標進行標準化處理，利用最大最小法建立相似矩陣，改造相似關系為等價關系進行聚類分析，表明模糊聚類分析

45、對掌握學生學習情況有很大幫助。五種常用系統聚類分析方法及其比較_胡雷芳分析了單連接法、完全連接法、平均連接法、離差平方和法共計五種常用系統聚類分析方法的特點，并闡明了系統聚類法的性質，最后分析了每種性質所適配的系統聚類分析方法。一種加權主成分距離的聚類分析方法_呂巖威基于主成分聚類分析的采礦方法優選_陳建宏基于主成分聚類分析方法針對某礦山的15個試樣的采礦方法進行了比對，再利用系統聚類法對前5個主成分進行了聚類分析，并依據模糊識別的“擇近原則”做出了進一步的驗證，表明基于主成分聚類法則可以對多變量數據合理分類，在礦山開采方法的評價方面具有一定的科學性和實用性。關于模糊聚類分析方法的進一步思考_

46、吳善杰基于數據分組處理方法的聚類分析模型_賀昌政在客觀聚類分析方法（OCA）的基礎上，利用偶極子提出了新的一致性準則，稱為GMDH聚類分析。從理論分析與實證兩方面論證了GMDH聚類分析方法是OCA聚類分析方法的進一步發展結果。聚類分析在采礦方法選擇中的應用_肖宏運用層次分析方法，并結合金礦采礦法的指標，對全面法、房柱法、崩落法、充填法四種采礦方法進行了比較，選用了房柱法，取得了良好的經濟效益。系統聚類分析方法與分類布點決策的研究_袁清珂提出采用系統聚類分析方法來解決工農業生產和社會經濟活動中經常遇到的分類與布點問題，并開發了系統聚類分析軟件包，以某城市21個大氣觀測點數據進行了實際分析，為事物

47、分類、環境檢測布點的決策提供了理論依據。車用發動機運行狀態的模糊聚類與識別_劉春利用模糊聚類分析對車用發動機多組振動信號進行相空間重構，計算出關聯維數，結合燃料敲缸與機械敲缸系數，以及不同狀態下的信號峰峰值與平均值，得到標準狀態向量，從而有效的確定發動機的運行狀態。試驗結果表明這一方法對車用發動機的故障檢測與及時維修提供了可靠依據。航空發動機性能綜合評判模型_鄒葆華利用模糊聚類原理，選取了適當的閥值，建立了發動機性能綜合評判模型，在不同工況下開展了發動機性能試驗，發現利用模糊聚類分析方法可以有助于避免重復性試驗，試驗結果與計算結果一致，為航空發動機性能綜合評判提供了重要的依據。模糊聚類分析在1

48、2150L發動機技術狀況判斷中的應用_李燕軍以調整參數、綜合參數、反映氣缸-活塞組技術狀況的參數、反映曲軸-軸承組技術狀況的參數為診斷參數，利用模糊聚類分析方法建立診斷模型，給出了在不同技術狀況下延長使用時間規定的判斷模型，并探討了延長發動機使用時間的方法。侯勝利在研究發動機故障針對應用當中，是著手于免疫聚類分析特點進行的，其在分析當中所采用的方法主要是克隆選擇算法，并且結合利用了聚類分析的方式，提出了基于免疫聚類分析的故障特征提取方法，為發動機的狀態監測與故障診斷提供了依據。基于聚類分析的渦扇發動機的潛在故障檢測_馮永輝針對多元統計分析的故障檢測問題。采用基于密度的減法聚類算法和基于分割的最

49、大熵模糊聚類算法的聯合方法，可以有效避免盲目選擇初始值，且可以保證得到的聚類中心有一定的魯棒性，不會因訓練數據的不同得出偏差較大的聚類中心。利用NASA數據庫中渦輪發動機的數據生成聚類散點圖，進行了該發動機的潛在故障檢測。基于層次分析法和聚類分析法相結合的評價方法_田輝平分析了層次分析法和聚類分析法各自的特點以及基本的步驟。作者將兩個方法相結合對某高校評選高級職稱的名額，從師德，教學能力，科研能力，外語水平，管理工作共計五個指標進行了分析評估，并討論了各方法的優缺點以及適用情況。基于相似度聚類分析方法的異常入侵檢測系統的模型及實現王麗娜等提出了基于相似度聚類分析方法的異常入侵檢測模型，通過相似

50、度聚類分析算法分析了用戶行為并進行入侵檢測，討論了基于相似度聚類分析的用戶輪廓建立算法和異常檢測算法，并提出了采用在距離公式中使用加權方法來優化算法。基于信息檢索的聚類分析方法的研究_黃筱以聚類分析方法為理論基礎，利用面向對象編程技術實現了可以對信息快速檢索的軟件，并進行了異常數據分析。1.2.3載荷譜編制飛機載荷譜編制包括飛機設計使用載荷譜的編制和飛機實測載荷譜的編制。無論哪一類載荷譜的編制，都存在一個載荷譜編制通用的基本方法。從20世紀70年代，國內載荷譜實測和編制的實際情況出發，參考國外載荷譜編制的方法，80年代初蔣祖國提出了編制飛機使用載荷譜通用的基本方法任務分析法，后來把這一方法的主

51、要內容編入了GJB67.6-85軍用飛機強度和剛度規范可靠性要求和疲勞載荷的使用說明中，80年代以后的國內各個型號的使用載荷譜（設計譜和實測譜）基本上都是按照這一基本方法來編制的。20世紀90年代初，著名飛機結構壽命和可靠性專家張福澤院士提出了編制飛機實測載荷譜的代表起落隨機載荷譜編制方法，該方法把實測載荷譜編制直接與飛機疲勞損傷聯系起來，既克服了傳統均值載荷譜編制方法的缺點，又能直接編制出以飛-續-飛形式給出的隨機載荷譜用于疲勞/耐久性試驗和分析，而且該編譜方法還簡單易行，便于編譜，便于使用。國外由于航空發動機載荷譜編制相關資料難以查閱，公開資料只有相應的國標。疲勞載荷譜編制準則王德俊平安徐

52、瀕(東北大學機械工程學院)通過試驗和理論分析,研究了隨機疲勞載荷的小載荷取舍標準、載荷之間的相互作用效應和順序效應對疲勞損傷的影響。最后提出了與隨機載荷歷程等效的疲勞譜的編制方法及準則.雙參數載荷譜編制方法研究康曉第黃振聲(中國農業機械化科學研究院)應用概率論與數理統計原理分析了雙參數載荷譜編制中由載荷變程均值二維聯合密度函數生成常用載荷譜的方法,根據載荷譜合成擴展的本質導出了不同工況載荷譜合成擴展以及最大載荷推算的通用公式,應用等損傷理論導出了由綜合累積頻次曲線生成階梯程序譜時各級載荷頻次計算的通用公式。航空發動機載荷譜模型與仿真研究孫志剛開展了航空發動機載荷譜的建模與仿真研究工作.根據建模

53、和仿真方法的不同,將航空發動機載荷譜分為單參數隨機載荷譜、多參數隨機載荷譜、單參數與操作使用有關的載荷譜以及多參數與操作使用有關的載荷譜四大類,并對前三類載荷譜仿真方法進行了研究和算例分析.論文提出了采用主成份分析方法進行相關的多參數隨機載荷譜的模擬技術.首先,把原始多參數載荷譜標準化,求出相關系數矩陣;其次,求出相關系數矩陣的特征值和特征向量,并建立相互獨立的主成份載荷譜模型;最后,用單參數仿真的方法模擬出主成份載荷譜,然后根據主成份載荷譜模型求解出相關的多參數載荷譜。仿真結果表明：本文提出的仿真方法不僅能夠保證載荷譜參數之間的相關性不變，同時模擬載荷譜與原譜的穿級計數累積頻次分布也是基本一

54、致的。民機飛行載荷譜編制方法劉曉明萬少杰熊峻江李強探索了由同類機型的飛行實測載荷統計數據，推斷新設計機型的飛行譜，進而編制其載荷譜的新途徑采用國外同類飛機的飛行實測載荷統計數據，依據類比法，分析和推斷出某民機的飛行譜以及各飛行狀態連續應力譜; 在此基礎上，根據民用運輸機的TWIST編譜方法，編制了各飛行狀態的突風和機動載荷譜，最終，隨機生成了其飛行譜對應的5 5地-空-地載荷譜，從而驗證了探索途徑的可行性與有效性采用該方法可以加快民機研制周期發動機航線類綜合載荷譜研究宋迎東,高德平在空測和外場使用統計的基礎上,根據綜合任務譜和實際的飛行任務譜對發動機造成的疲勞和蠕變以及熱沖擊損傷一致的原則,在

55、推導過程中保證兩種譜的載荷循環數相同、各功率狀態持續的時間相同以及主要的功率狀態的變化順序相同,將某發動機5種航線類飛行任務和地面功能檢查試車任務進行綜合,得到航線類綜合任務譜。然后根據發動機的高度-速度特性和飛行高度與速度計算出該發動機的航線類轉速譜。綜合任務譜和相應的轉速譜的獲得為推導加速任務試車譜奠定了基礎。渦軸發動機綜合飛行載荷剖面研究楊興宇 1寧向榮2史海秋1楊治國2根據疲勞、蠕變、熱沖擊損傷以及高周振動環境等效的原則,保證飛行載荷總譜和綜合飛行剖面主循環數、次循環數、各載荷狀態、各載荷狀態持續時間相同,編制某渦軸發動機綜合飛行剖面,為編制該發動機模擬任務持久試車譜、加速任務試車譜以

56、及發動機零部件強度、壽命考核試驗研究提供技術依據。首先根據飛行載荷總譜和使用環境確定三種飛行類別,選定綜合飛行剖面的發動機工作參數,分別得到三種飛行類別主、次循環矩陣,進行歸一化圓整處理。由時間分配譜統計各載荷狀態的持續時間,進而編制綜合飛行剖面。最后根據綜合飛行剖面進行疲勞、蠕變和熱沖擊等損傷的誤差分析。程序載荷譜編制方法研究王建定桑正中陳翠英本文從合成擴展、最大載荷推算、分級頻次分配等方面研究了程序載荷譜編制方法,簡化了編譜過程,提高了計算精度,編出了計算機編譜程序,提高了最大載荷估算精度,使分級頻次分配趨向合理化。1.3 本文的主要研究工作本文主要開展了聚類分析方法在二代、三代航空發動機載荷譜統計中的適用性研究，提出了相關的分類方法，編制了相應的分類程序，最終開展了基于雨流計數法與穿級計數法對應的綜合任務譜與各類典型剖面的有效驗證。基于選題，本文共分為5章。各章節主要包含以下內容：第一章介紹了本文的選題背景，闡述了聚類分析方法及其適應性研究現狀，簡要介紹了飛行任務剖面、航空發動機載荷譜的編制方法。第二章闡述了二代機對應的航空發動機載荷譜聚