用于通過(guò)組合實(shí)驗(yàn)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于通過(guò)組合實(shí)驗(yàn)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的方法和系統(tǒng)。系統(tǒng)（1）包括中央處理單元（7），其包括數(shù)據(jù)獲取單元（11），構(gòu)造成獲取表征時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)獲取單元（12），構(gòu)造成獲取表征該現(xiàn)象的參數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；和數(shù)據(jù)處理單元（8），構(gòu)造成組合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)使用正常正交分解POD，實(shí)現(xiàn)了獲得時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的有效預(yù)測(cè)，組合了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)（精確度）和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)（空間分辨率）。
【專利說(shuō)明】
用于通過(guò)組合實(shí)驗(yàn)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的方法和 系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種方法和一種系統(tǒng)，用于預(yù)測(cè)至少一個(gè)時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象。
[0002] 時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)顯著地對(duì)飛行器的研制和建造有用。因此，作出努力獲取足 夠精確的預(yù)測(cè)，從而把時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象合并到飛行器尤其是運(yùn)輸機(jī)的研制中，并因此減輕重 量、節(jié)約成本。
[0003] 本發(fā)明能夠被用于需要時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的精確預(yù)測(cè)的工程中的任何問(wèn)題，并且在非 常多的領(lǐng)域(航空學(xué)、機(jī)動(dòng)車、計(jì)量學(xué)等等)運(yùn)樣做。例如在航空學(xué)中，本發(fā)明能夠被用于飛 行器的很多技術(shù)領(lǐng)域(發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)身、起落裝置等等)和飛行器的元件(發(fā)動(dòng)機(jī)裝置、空氣進(jìn) 口、起落裝置、高升程系統(tǒng)設(shè)備等等）。
【背景技術(shù)】
[0004] 該時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象能夠呈現(xiàn)在飛行器的許多組成部件或元件中，例如發(fā)動(dòng)機(jī)裝置、 進(jìn)氣口、起落裝置、高升程系統(tǒng)設(shè)備。該時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象顯著地增加了飛行器的運(yùn)些部件上的 結(jié)構(gòu)負(fù)載，由此直接影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量(尺寸）、保養(yǎng)費(fèi)用和飛行器的壽命和可用性。
[0005] 現(xiàn)在，與運(yùn)類現(xiàn)象有關(guān)的潛在問(wèn)題通常在飛行器的研制中發(fā)現(xiàn)的非常晚(通常是 在飛行試驗(yàn)期間），因此不得不通過(guò)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)或縮短檢查間隔來(lái)解決，運(yùn)既增加了飛行器的 重量又增加了飛行器的研制成本。
[0006] 因此，為了能夠避免運(yùn)些類型的問(wèn)題，重要的是，能夠在設(shè)計(jì)過(guò)程中非常早地對(duì)時(shí) 間相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行精確預(yù)測(cè)。
[0007] 時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)通常是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其給出帶有有效精度的結(jié)果，但該結(jié) 果帶有相對(duì)低的空間分辨率（因?yàn)橛邢迶?shù)量的傳感器），從而，不提供對(duì)上述應(yīng)用情況的有 效解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的是補(bǔ)救運(yùn)個(gè)缺陷并且提供預(yù)測(cè)方法，其產(chǎn)生特別有效的預(yù)測(cè)，即，既 精確又具有高的空間分辨率。它設(shè)及一種方法，用于預(yù)測(cè)出現(xiàn)的至少一個(gè)時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象，所 述方法包括的步驟是： A:獲取與所述現(xiàn)象有關(guān)的第一時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)，所述第一時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)包括表征該現(xiàn)象 的參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是由使用傳感器執(zhí)行的測(cè)量產(chǎn)生的。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，所述方法進(jìn)一步地包括下列步驟，是： B:獲取與所述現(xiàn)象有關(guān)的第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)，所述第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)包括表征該現(xiàn)象 的參數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是通過(guò)數(shù)字模擬獲取的;和 C:通過(guò)使用第一數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)第二數(shù)據(jù)而組合第一和第二數(shù)據(jù)，從而獲得該時(shí)間相關(guān)現(xiàn) 象的預(yù)測(cè)，所述預(yù)測(cè)被傳送給至少一個(gè)用戶系統(tǒng)14。
[0010] 因此，利用本發(fā)明，得到一種預(yù)測(cè)方法，其組合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而考慮了 它們各自的優(yōu)點(diǎn)。
[0011 ]有利的，步驟C包括下列子步驟，是： C1:把第一和第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)從時(shí)間域轉(zhuǎn)變到頻率域； C2:構(gòu)造與正常正交分解(proper o;rthogonal decomposition)有關(guān)的模型，叫做POD 模型，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被相應(yīng)地分解成兩個(gè)POD模型，運(yùn)些適當(dāng)獲取的POD模型包含與 正常正交分解有關(guān)的不同的模式，叫做POD模式； C3:從所述POD模式選擇，所謂的相關(guān)POD模式;和 C4:根據(jù)選擇的相關(guān)POD模式產(chǎn)生數(shù)據(jù)的組合，相應(yīng)的基數(shù)，叫做POD基數(shù)，由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 計(jì)算得到，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于校準(zhǔn)POD基數(shù)，從而形成全解，使得可獲得時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。
[0012] 該預(yù)測(cè)方法因此使用數(shù)學(xué)近似法，叫做正常正交分解POD。后者代表有效的無(wú)偏差 方法，用于組合來(lái)源于不同源的時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)。運(yùn)實(shí)現(xiàn)了獲得時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的有利且有效 的預(yù)測(cè)，組合了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)（精確)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)（空間分辨率），并因此使得可補(bǔ) 救上述缺陷。
[0013] 此外，有利的，在子步驟C1中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被相應(yīng)地表示為兩組數(shù)據(jù)的形 式，所述兩組的每一組都包括η個(gè)樣本，運(yùn)些樣本包括指定頻率下在指定點(diǎn)處的所述參數(shù)的 數(shù)值，η是代表所考慮的離散頻率的數(shù)量的整數(shù)。
[0014] 此外，有利地，步驟C包括子步驟C5，是:在子步驟C1的可逆變換的情況下，把全解 從頻率域轉(zhuǎn)變成時(shí)間域，從而獲得時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。
[0015] 在優(yōu)選實(shí)施例中，子步驟C3是，選擇f個(gè)第一POD模式作為相關(guān)POD模式，是從3、 4和5中選擇的整數(shù)。
[0016] 本發(fā)明還設(shè)及一種系統(tǒng)，用于預(yù)測(cè)至少一個(gè)時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象，所述系統(tǒng)包括中央處 理單元，其包括第一數(shù)據(jù)獲取單元，構(gòu)造成獲取與所述現(xiàn)象有關(guān)的第一時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)，所述 第一時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)包括表征該現(xiàn)象的參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是由使用傳感器執(zhí)行的 測(cè)量產(chǎn)生的。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，所述中央處理單元進(jìn)一步地包括： -第二數(shù)據(jù)獲取單元，其構(gòu)造成獲取與所述現(xiàn)象有關(guān)的第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)，所述第二時(shí) 間相關(guān)數(shù)據(jù)包括表征該現(xiàn)象的參數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是通過(guò)數(shù)字模擬獲取的;和 -數(shù)據(jù)處理單元，其構(gòu)造成通過(guò)使用第一數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)第二數(shù)據(jù)而組合第一和第二數(shù)據(jù)， 從而獲得該時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)，所述預(yù)測(cè)被傳送給至少一個(gè)用戶系統(tǒng)。
[0018] 有利地，該數(shù)據(jù)處理單元包括： -數(shù)據(jù)處理元件，其構(gòu)造成把第一和第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)從時(shí)間域轉(zhuǎn)變到頻率域； -數(shù)據(jù)處理元件，其構(gòu)造成構(gòu)造與正常正交分解有關(guān)的模型，叫做POD模型； -選擇元件，其構(gòu)造成從所述POD模式選擇，所謂的相關(guān)POD模式;和 -數(shù)據(jù)處理元件，其構(gòu)造成根據(jù)選擇的相關(guān)POD模式產(chǎn)生數(shù)據(jù)的組合，相應(yīng)的基數(shù)，叫做 POD基數(shù)，由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組計(jì)算得到，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則用于校準(zhǔn)POD基數(shù)，從而形成全解，使得可獲 得時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。
[0019] 此外，有利地，數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)處理元件，構(gòu)造成，在可逆變換的情況下，把 全解從頻率域轉(zhuǎn)變成時(shí)間域，從而獲得時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。
[0020] 此外，在一個(gè)特定實(shí)施例中，該預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步地包括： -第一數(shù)據(jù)生成單元，其構(gòu)造成產(chǎn)生所述第一數(shù)據(jù);和/或 -第二數(shù)據(jù)生成單元，其構(gòu)造成產(chǎn)生所述第二數(shù)據(jù);和/或 -數(shù)據(jù)傳送單元，其構(gòu)造成傳送時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的所述預(yù)測(cè)給至少一個(gè)用戶系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 附圖將給出對(duì)如何能夠制造本發(fā)明的良好理解。在運(yùn)些圖中，相同的附圖標(biāo)記指 示相似的元件。
[0022] 圖1是用于預(yù)測(cè)出現(xiàn)在飛行器的部件上的時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的系統(tǒng)的特定實(shí)施例的框 圖。
[0023] 圖2示出在正常正交分解的背景下預(yù)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理單元實(shí)施的一系列步驟。
[0024] 圖3示意地示出飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)支柱后面的整流裝置上的一組疲勞產(chǎn)生激勵(lì)源， 本發(fā)明示出在該飛行器上。
[0025] 圖4示出飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)支柱后面的整流裝置上的傳感器的位置(相對(duì)于圖3的例 子），示出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的空間分辨率。
[0026] 圖5示出在飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)支柱后面的整流裝置的水平處的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的空間分辨 率(相對(duì)于圖3的例子）。
[0027] 圖6是圖示，示出表示壓力PSD的Ξ條曲線，分別用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和通過(guò)組 合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)所產(chǎn)生的組合數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 示意地在圖1中給出并且用于解釋本發(fā)明的系統(tǒng)1是運(yùn)樣的系統(tǒng)，用于預(yù)測(cè)在例如 飛行器尤其是運(yùn)輸機(jī)的一部分上出現(xiàn)的至少一個(gè)時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象。
[0029] 飛行器的運(yùn)個(gè)部分能夠設(shè)及受到時(shí)間相關(guān)外部干擾的任何元件，并且尤其是飛行 器的下列元件之一:按照下文參照?qǐng)D3-5的說(shuō)明的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置、進(jìn)氣口、起落裝置、高升程系 統(tǒng)設(shè)備、纏繞裝置、支柱纏繞裝置、水平尾翼等等。
[0030] 此外，該時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象能夠?qū)?yīng)于任何現(xiàn)象，尤其是流體的流動(dòng)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、聲學(xué) 或電信號(hào)等等，其隨著時(shí)間而變化。
[0031] 該系統(tǒng)1包括數(shù)據(jù)生成單元2,其被構(gòu)造成產(chǎn)生第一時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)，與所考慮的現(xiàn) 象有關(guān)。運(yùn)些第一(時(shí)間相關(guān))數(shù)據(jù)是表征所考慮的現(xiàn)象的參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。運(yùn)些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 是通過(guò)在飛行器的所述部分上執(zhí)行的測(cè)量產(chǎn)生的。對(duì)于此，數(shù)據(jù)生成單元2包括傳感器4(或 測(cè)量元件）的組3,它們執(zhí)行測(cè)量并且發(fā)送測(cè)量結(jié)果給中央處理單元5(經(jīng)由鏈路15)。運(yùn)些傳 感器4(或測(cè)量元件)通常是測(cè)量指定參數(shù)的數(shù)值的常用傳感器。運(yùn)個(gè)參數(shù)能夠?qū)?yīng)于壓力、 溫度或其它運(yùn)樣的數(shù)值，使得可表征所考慮的現(xiàn)象。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)1進(jìn)一步地包括(數(shù)字模擬)數(shù)據(jù)生成單元6,其被構(gòu)造成產(chǎn)生第 二(時(shí)間相關(guān))數(shù)據(jù)，與所述同一現(xiàn)象有關(guān)。運(yùn)些第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)是表征該現(xiàn)象的所述參 數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。運(yùn)些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是通過(guò)數(shù)字模擬產(chǎn)生的。對(duì)于此，數(shù)據(jù)生成單元6包括至少一 個(gè)通常的數(shù)字模擬單元。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明，所述系統(tǒng)1進(jìn)一步地包括： -中央處理單元7,設(shè)置有數(shù)據(jù)處理單元8,其通過(guò)鏈路9和10分別鏈接到數(shù)據(jù)生成單元2 和6并且接收由運(yùn)些數(shù)據(jù)生成單元2和6產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)集成的數(shù)據(jù)獲取 裝置11和12。數(shù)據(jù)處理單元8被構(gòu)造成按照下述的方式通過(guò)組合運(yùn)些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)些數(shù)字 數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生對(duì)時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè);和 -至少一個(gè)數(shù)據(jù)傳送單元(鏈路13)，其提供由數(shù)據(jù)處理單元8產(chǎn)生的預(yù)測(cè)的結(jié)果給至少 一個(gè)用戶系統(tǒng)14,例如顯示器或存儲(chǔ)單元或者是計(jì)算機(jī)。
[0034] 因?yàn)闀r(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)顯著地有用于飛行器的研制和構(gòu)造，所W運(yùn)個(gè)用戶系統(tǒng) 13能夠顯著地對(duì)應(yīng)于任何系統(tǒng)（顯示器、存儲(chǔ)器等等），使得在研制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了呈現(xiàn)信息 給有關(guān)的操作員。
[0035] 如圖1中所示，分別從獲取裝置11和12通過(guò)鏈路16和17接收實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 的數(shù)據(jù)處理單元8包括： -數(shù)據(jù)處理元件18,構(gòu)造成把時(shí)間相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從時(shí)間域轉(zhuǎn)變到頻率域。實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)相應(yīng)地表示為兩組數(shù)據(jù)的形式。運(yùn)兩組中的每一組都包括η個(gè)樣本，運(yùn)些 樣本包括指定頻率下在飛行器的所述部分上的指定點(diǎn)處的所述參數(shù)的數(shù)值，η是代表所考 慮的離散頻率的數(shù)量的整數(shù)； -數(shù)據(jù)處理元件19,其構(gòu)造成構(gòu)建與正常正交分解POD有關(guān)的模型，叫做POD模型。實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被相應(yīng)地分解成兩個(gè)POD模型。運(yùn)些適當(dāng)獲取的POD模型包含與正常正交分 解有關(guān)的不同的模式，叫做POD模式，它們是對(duì)數(shù)據(jù)的兩個(gè)原始組的精確表達(dá)； -選擇元件20，其構(gòu)造成從全部所述POD模式選擇，所謂的相關(guān)POD模式； -數(shù)據(jù)處理元件21，其構(gòu)造成根據(jù)由選擇元件20選擇的相關(guān)POD模式產(chǎn)生數(shù)據(jù)的組合。 數(shù)據(jù)處理元件21從運(yùn)組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算相應(yīng)的基數(shù)，叫做POD基數(shù)。數(shù)據(jù)處理元件21然后使用 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)POD基數(shù)從而形成(再造)全解;和 -數(shù)據(jù)處理元件22,構(gòu)造成把該適當(dāng)再造的全解從頻率域轉(zhuǎn)變到時(shí)間域。運(yùn)實(shí)現(xiàn)了獲取 出現(xiàn)在飛行器的運(yùn)個(gè)部件上的時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。
[0036] 在本發(fā)明的環(huán)境中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于由通常的數(shù)字模擬產(chǎn)生的，由數(shù)據(jù)生成單元6 實(shí)施的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，它們是通過(guò)與CFD(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))型數(shù)字流體力學(xué)有關(guān)的模擬來(lái)獲 取的。然而能夠使用所有的通常類型的計(jì)算和模擬，例如LBM類型的離散格子玻爾茲曼方法 (lattice Boltzmann method)。通過(guò)示例的方式，在帶有載荷和結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的情況下，還可 使用采用FEM類型的有限元法的數(shù)字模擬，或者CAA(計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué))模擬或聲域中的數(shù)字氣 動(dòng)聲學(xué)模擬。
[0037] 此外，所使用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)生成單元2的傳感器4測(cè)量的數(shù)據(jù)，并且顯著地： -在類似于要被研制的那個(gè)的元件上測(cè)得，例如在類似的飛行器上，在運(yùn)個(gè)類似的飛行 器的飛行期間； -在獨(dú)立元件上測(cè)得，包括飛行器的所述部件，或?qū)?yīng)于此的，例如發(fā)動(dòng)機(jī)，在現(xiàn)場(chǎng)的獨(dú) 立測(cè)試期間；和/或 -在配備所述部件的飛行器的飛行期間測(cè)得，在它的設(shè)計(jì)和它的構(gòu)造之后。
[0038] 運(yùn)些測(cè)量是使用適用于執(zhí)行所考慮的測(cè)量類型(壓力、溫度等等）的常用傳感器執(zhí) 行的。它們能夠例如是粘合在飛行器的構(gòu)造上在所述部件上且記錄噪聲的擴(kuò)音器。
[0039] 獨(dú)立地使用的數(shù)字和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不提供合并時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象到早期飛行器設(shè)計(jì)過(guò) 程中所必須的精度的必要水平。另一方面，系統(tǒng)1結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)(精度)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的 優(yōu)點(diǎn)（空間分辨率）。對(duì)于此，它使用正常正交分解POD,運(yùn)是組合來(lái)源于不同源的時(shí)間相關(guān) 數(shù)據(jù)的有效的無(wú)偏差方法。
[0040] 數(shù)據(jù)處理單元7實(shí)施的POD分解的一般概念在下文詳細(xì)描述。
[0041] 通過(guò)考慮帶有平均算子椅的有限空間迷中的變量J的域并且通過(guò)考慮運(yùn)個(gè) 域的每種實(shí)現(xiàn)屬于標(biāo)量積;|箱和模方II的希爾伯特空間姑，下列問(wèn)題：
[0042] 接受一組函數(shù)和句作為解。運(yùn)組函數(shù)構(gòu)成妊的基數(shù)乘，叫做?00基數(shù)。!^能夠被分 解成：
[0043] 在空間-時(shí)間信號(hào)域取荀的情況下，運(yùn)個(gè)分解的延伸是單一的，在適當(dāng)?shù)钠骄阕?的定義之后，并且在運(yùn)種情況下心的POD分解對(duì)應(yīng)于：
[0044] 信號(hào)的POD分解是最優(yōu)分解，因?yàn)榕c其在POD基數(shù)的第一歡函數(shù)上的投影之間的 差值小于如果任何取個(gè)其它函數(shù)用于該投影的情況。
[0045] 因此更少數(shù)量的模式足W非常精確地再造數(shù)據(jù)。使用POD基數(shù)從不完整組的數(shù)據(jù) 構(gòu)造樣本。運(yùn)個(gè)過(guò)程叫做"Gappy POD "。
[0046] 目的是組合由模擬(尤其是CFD類型）提供的高密度信息與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的高精度，通 過(guò)使用革新和有效的方法，用于從模擬中提煉信息。
[0047] 空間變量X是通過(guò)W索引的。通過(guò)考慮僅僅在有限數(shù)量的點(diǎn)上已知的數(shù)據(jù)上的樣 本V，"屏蔽"矢量《被定義為表征運(yùn)個(gè)特性： 而=〇如果數(shù)據(jù)是缺失的;和 喘二巧日果數(shù)據(jù)是已知的。
[004引內(nèi)積算子禪t于是由下定義：
其中Λν)代表逐點(diǎn)乘法。
[0049] 通過(guò)考慮?00基數(shù)(兵^);^=1胃.7'已經(jīng)為代表相同物理現(xiàn)象的一組樣本計(jì)算為*，并且 按fc)料,是一組系數(shù)，重構(gòu)的樣本能夠從方第一模式形成，如下：
運(yùn)個(gè)過(guò)程的目的是確定系數(shù)組粗，其最小化參量：
也就是重構(gòu)的樣本中的誤差，基于可用的原始數(shù)據(jù)。
[0050] 運(yùn)個(gè)過(guò)程用作數(shù)據(jù)橋接法。對(duì)于此，為一組數(shù)字解(C抑模擬)計(jì)算POD基數(shù)，并且由 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的不完整樣本被用來(lái)從運(yùn)個(gè)基數(shù)再造全解，考慮的事實(shí)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)設(shè)及相同的空氣動(dòng)力現(xiàn)象。因?yàn)檫\(yùn)個(gè)情況設(shè)及非平穩(wěn)現(xiàn)象和隨機(jī)信號(hào)，所W，數(shù)據(jù)沒(méi)有在 時(shí)間域被分析和用于而是在頻率域。因此，在頻率域中形成"Gappy POD"重構(gòu)。運(yùn)個(gè)是W上 述方式實(shí)施的，通過(guò)使用頻率步長(zhǎng)而不是時(shí)間步長(zhǎng)。樣本不再是的形式，而是巧勒巧 的形式。優(yōu)化系數(shù)每次被用于一個(gè)頻率步長(zhǎng)，W獲取校準(zhǔn)的解。
[0051] 系統(tǒng)1，且尤其是數(shù)據(jù)處理單元8,如上所述，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)施(先前按 照下文確定的并且從單元2和則欠到的)連續(xù)步驟E1至E5,如圖2中所示，包括： E1:把時(shí)間相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從時(shí)間域轉(zhuǎn)變到頻率域； E2:構(gòu)造與正常正交分解有關(guān)的模型，叫做POD模型，包含不同的POD模式； E3:選擇相關(guān)POD模式； E4:根據(jù)選擇的相關(guān)POD模式產(chǎn)生數(shù)據(jù)的組合，通過(guò)從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組計(jì)算相應(yīng)的基數(shù)，叫 做POD基數(shù)，并且通過(guò)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組校準(zhǔn)運(yùn)個(gè)POD基數(shù)來(lái)再造基數(shù)的全解;和 E5:把該適當(dāng)再造的全解從頻率域轉(zhuǎn)變到時(shí)間域，從而獲取預(yù)測(cè)探尋，也就是出現(xiàn)在飛 行器的所關(guān)注部件上的時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。
[0052] 系統(tǒng)1的運(yùn)轉(zhuǎn)在下文更詳細(xì)地描述，應(yīng)用到聲疲勞的預(yù)測(cè)的例子，在飛行器的發(fā)動(dòng) 機(jī)25的支柱后面的APF 24整流裝置(尾部外掛整流裝置)上，如圖3至5中示意性示出的。聲 疲勞能夠起因于許多激勵(lì)源，其效果在圖3中用不同的符號(hào)S1至S4表示。運(yùn)些激勵(lì)源包括副 噴射與外部流之間的混合層SUW及得到的噪聲）、來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的端流S2、與更低翼梁的相 互作用S3和發(fā)動(dòng)機(jī)25的噪音S4。運(yùn)些現(xiàn)象產(chǎn)生非平穩(wěn)壓力場(chǎng)，其作用在APF構(gòu)造上并且能夠 引起結(jié)構(gòu)損壞。具體地，尺寸不足的構(gòu)造能夠?qū)е逻^(guò)早的結(jié)構(gòu)疲勞(聲疲勞、增加的保養(yǎng)費(fèi) 用），而超尺寸的構(gòu)造能夠?qū)е逻^(guò)重(降級(jí)的飛機(jī)性能）。為了獲取最佳設(shè)計(jì)的APF構(gòu)造，必須 在飛行器研制的第一階段具有對(duì)非平穩(wěn)壓力場(chǎng)的精確預(yù)測(cè)。由于非平穩(wěn)壓力場(chǎng)的隨機(jī)性和 局部性，運(yùn)個(gè)預(yù)測(cè)需要兼?zhèn)涓呔群透呖臻g分辨率。系統(tǒng)1使得得到運(yùn)樣的預(yù)測(cè)(基于實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))成為可能。
[0053] 通過(guò)示例，示出了與運(yùn)個(gè)例子有關(guān)的空間分辨率，對(duì)于圖4中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖5中 的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0054] 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的空間分辨率被限制于幾個(gè)離散的傳感器4。僅僅帶有運(yùn)樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 存在風(fēng)險(xiǎn)，即不檢測(cè)非平穩(wěn)壓力場(chǎng)的全局極大值。另一方面，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的空間分辨率更高 (例如，具有大于100 000點(diǎn)的數(shù)據(jù)量），產(chǎn)生均勻分布，呈現(xiàn)不同的壓力場(chǎng)的不同的區(qū)Z1至 巧在圖5中給出。在運(yùn)種情況下，正確地定義了最大值。
[0化日]在運(yùn)個(gè)特定例子中，系統(tǒng)1尤其通過(guò)數(shù)據(jù)處理單元8實(shí)施下列步驟E1至E5: E1:轉(zhuǎn)變到頻率域。由于非平穩(wěn)壓力場(chǎng)的隨機(jī)性，時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變到頻率域(PSD或傅 里葉變換）。壓力的功率譜密度是優(yōu)選要考慮的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表達(dá)成兩組數(shù)據(jù)的形 式，每組包括η個(gè)樣本(或快照），其包含指定頻率下傳感器上的壓力數(shù)據(jù)(η是離散頻率的數(shù) 量)； E2:構(gòu)造 POD模型。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被分解成兩個(gè)POD模型。運(yùn)些適當(dāng)獲取的POD模 型包含不同的POD模式，它們是原始數(shù)據(jù)組的精確表達(dá)； E3:選擇相關(guān)POD模式。第一 POD模式通常包含時(shí)間相關(guān)信號(hào)的大部分能量。第一四個(gè)模 式常常包含全部能量的99%W上。因此，在組合期間不必要考慮所有POD模式，運(yùn)能降低該方 法的魯棒性。POD模式的數(shù)量被減少到相關(guān)模式W捕獲時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的物理成分(通常在3 與5之間）； E4:根據(jù)減少的POD模型組合數(shù)據(jù)。從運(yùn)組高分辨率數(shù)據(jù)(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))計(jì)算POD基數(shù)。帶有 高保真度但低分辨率的數(shù)據(jù)(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))于是被用于校準(zhǔn)該P(yáng)OD基數(shù)（"Gappy POD")并且再 造生成新的全解。運(yùn)個(gè)新的解現(xiàn)在包含數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的高分辨率和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的高精確度;和 E5:轉(zhuǎn)變到時(shí)間域。如果原始數(shù)據(jù)已經(jīng)使用可逆變換例如傅里葉變換轉(zhuǎn)變到頻率域，那 么組合的數(shù)據(jù)能夠反過(guò)來(lái)轉(zhuǎn)變到時(shí)間域。
[0化6]獲得的結(jié)果能夠通過(guò)圖6清楚的理解。圖6示出作為頻率F的函數(shù)的壓力巧I祉的趨 勢(shì)，對(duì)于指定的傳感器位置，分別是： -曲線C1形式的，代表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； -曲線C2形式的，代表數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)； -曲線C3形式的，代表組合數(shù)據(jù)(使用系統(tǒng)1獲得的）。
[0057]將注意到，組合解的精確度與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)良好吻合。
[005引上面描述的系統(tǒng)1和方法產(chǎn)生了對(duì)于時(shí)間相關(guān)信號(hào)組合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù) 據(jù)組合(數(shù)據(jù)橋接過(guò)程），尤其實(shí)現(xiàn)了獲得合并時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象到飛行器尤其是運(yùn)輸機(jī)的研制 中所必須的預(yù)測(cè)精度，因此節(jié)省了重量和成本。
[0059] 所述系統(tǒng)1和所述方法因此實(shí)現(xiàn)了： -改進(jìn)預(yù)測(cè)的有效性； -節(jié)省了重量和成本； -把時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象引入飛行器的研制中；和 -降低實(shí)驗(yàn)方法的復(fù)雜性和成本(更少的測(cè)試儀器和矩陣）。
[0060] 此外，系統(tǒng)1和該方法可應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域(航空、運(yùn)輸、計(jì)算、建筑等等），對(duì)于 大量的技術(shù)學(xué)科(流體力學(xué)、聲學(xué)、荷載、結(jié)構(gòu)、電子）。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于預(yù)測(cè)至少一個(gè)時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的方法，所述方法包括的步驟是： A:獲取與所述現(xiàn)象有關(guān)的第一時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)，所述第一時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)包括表征該現(xiàn)象 的參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是由使用傳感器執(zhí)行的測(cè)量產(chǎn)生的， 其特征在于，所述方法還包括下列步驟，是： B:獲取與所述現(xiàn)象有關(guān)的第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)，所述第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)包括表征該現(xiàn)象 的參數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是通過(guò)數(shù)字模擬獲取的;和 C:通過(guò)使用第一數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)第二數(shù)據(jù)而組合第一和第二數(shù)據(jù)，從而獲得該時(shí)間相關(guān)現(xiàn) 象的預(yù)測(cè)，所述預(yù)測(cè)被傳送給至少一個(gè)用戶系統(tǒng)（14)。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C包括下列子步驟，是： Cl:把第一和第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)從時(shí)間域轉(zhuǎn)變到頻率域； C2:構(gòu)造與正常正交分解有關(guān)的模型，叫做POD模型，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被相應(yīng)地分 解成兩個(gè)POD模型，運(yùn)些適當(dāng)獲取的POD模型包含與正常正交分解有關(guān)的不同的模式，叫做 WD模式； C3:從所述POD模式選擇，所謂的相關(guān)POD模式;和 C4:根據(jù)選擇的相關(guān)POD模式產(chǎn)生數(shù)據(jù)的組合，相應(yīng)的基數(shù)，叫做POD基數(shù)，由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 計(jì)算得到，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則用于校準(zhǔn)POD基數(shù)，從而形成全解，實(shí)現(xiàn)獲得時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在子步驟Cl中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被相應(yīng) 地表示為兩組數(shù)據(jù)的形式，所述兩組的每一組都包括n個(gè)樣本，運(yùn)些樣本包括指定頻率下在 指定點(diǎn)的所述參數(shù)的數(shù)值，n是代表所考慮的離散頻率的數(shù)量的整數(shù)。4. 如權(quán)利要求2和3之一所述的方法，其特征在于，步驟C包括子步驟巧，是:在子步驟Cl 的可逆變換的情況下，把全解從頻率域轉(zhuǎn)變成時(shí)間域，從而獲得時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。5. 如權(quán)利要求2至4之一所述的方法，其特征在于，子步驟C3是，選擇異個(gè)第一 POD模式作 為相關(guān)POD模式，巧是從3、4和5中選擇的整數(shù)。6. -種用于預(yù)測(cè)至少一個(gè)時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)（1)包括中央處理單元(7)， 其包括第一數(shù)據(jù)獲取單元（11)，構(gòu)造成獲取與所述現(xiàn)象有關(guān)的第一時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)，所述第 一時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)包括表征該現(xiàn)象的參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是由使用傳感器執(zhí)行的測(cè) 量產(chǎn)生的， 其特征在于，所述中央處理單元(7)進(jìn)一步地包括： -第二數(shù)據(jù)獲取單元（12)，其構(gòu)造成獲取與所述現(xiàn)象有關(guān)的第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)，所述第 二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)包括表征該現(xiàn)象的參數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是通過(guò)數(shù)字模擬獲取的； 和 -數(shù)據(jù)處理單元(8)，其構(gòu)造成通過(guò)使用第一數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)第二數(shù)據(jù)而組合第一和第二數(shù) 據(jù)，從而獲得該時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)，所述預(yù)測(cè)被傳送給至少一個(gè)用戶系統(tǒng)（14)。7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)， 其特征在于，數(shù)據(jù)處理單元(8 )包括： -數(shù)據(jù)處理元件（18)，其構(gòu)造成把第一和第二時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)從時(shí)間域轉(zhuǎn)變到頻率域； -數(shù)據(jù)處理元件（19)，其構(gòu)造成構(gòu)建與正常正交分解有關(guān)的模型，叫做POD模型； -選擇元件(20 )，其構(gòu)造成從所述POD模式選擇，所謂的相關(guān)POD模式;和 -數(shù)據(jù)處理元件(21)，其構(gòu)造成根據(jù)選擇的相關(guān)POD模式產(chǎn)生數(shù)據(jù)的組合，相應(yīng)的基數(shù)， 叫做POD基數(shù)，由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組計(jì)算得到，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則用于校準(zhǔn)POD基數(shù)，從而形成全解，實(shí)現(xiàn) 獲得時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)， 其特征在于，數(shù)據(jù)處理單元(8)包括數(shù)據(jù)處理元件（22)，其構(gòu)造成，在可逆變換的情況 下，把全解從頻率域轉(zhuǎn)變成時(shí)間域，從而獲得時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。9. 如權(quán)利要求6至8中任一所述的系統(tǒng)， 其特征在于，它進(jìn)一步地包括:第一數(shù)據(jù)生成單元(2 )，其構(gòu)造成產(chǎn)生所述第一數(shù)據(jù)。10. 如權(quán)利要求6至9中任一所述的系統(tǒng)， 其特征在于，它進(jìn)一步地包括:第二數(shù)據(jù)生成單元(6 )，其構(gòu)造成產(chǎn)生所述第二數(shù)據(jù)。11. 如權(quán)利要求6至10中任一所述的系統(tǒng)， 其特征在于，它進(jìn)一步地包括:數(shù)據(jù)傳送單元（10)，其構(gòu)造成傳送所述預(yù)測(cè)給至少一個(gè) 用戶系統(tǒng)（14)。12. 計(jì)算機(jī)程序，其包括指令，適于在所述程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行如權(quán)利要求1至5 任一項(xiàng)所述方法的步驟。
【文檔編號(hào)】G06Q10/04GK105989421SQ201610156600
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】M.巴爾特, L.漢森, M.貝托梅, S.拉詹
【申請(qǐng)人】空中客車運(yùn)營(yíng)簡(jiǎn)化股份公司, 空中客車集團(tuán)印度私人有限公司, 空中客車德國(guó)運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司