板翅式換熱器結垢識別的製作方法
2023-05-08 23:22:32 3
本公開涉及動態系統的主動故障檢測和隔離，並且更具體地說，涉及板翅式換熱器結垢識別。
背景技術：
飛機環境控制系統(ECS)的目標在於：在對各種飛機部件進行二次加熱和冷卻的同時，在適當條件下為乘客和機組人員提供新鮮空氣。需要ECS來控制熱「引氣」空氣流在壓縮後的溫度。由於叉流板翅式換熱器的相對於其熱傳遞效率來說的小重量和體積，叉流板翅式換熱器通常用於ECS中。圖1示出常規(參考)飛機ECS管道和儀表圖。ECS初級換熱器2使用周圍衝壓空氣4作為冷流體側，以降低壓縮引氣流的溫度。因此，飛機操作將ECS並且尤其是其冷側暴露於來自諸如沙、灰塵和鹽的汙染物的結垢。
飛機ECS中的結垢往往是由懸浮在入口氣流中的塵粒的沉積造成的。顆粒積聚隨空氣流率、汙染物的濃度和系統溫度與壓力而變化。汙染物在ECS換熱器表面上的積聚隨時間推移顯著降低所述換熱器的熱傳遞效率和性能，同時還增加壓降，從而導致因維護和部件故障而產生顯著的成本。
技術實現要素：
根據本發明的實施方案，描述用於設計內置測試的計算機實現方法的計算機實現方法。所述方法包括：經由處理器接收子系統模型，所述子系統模型包括用於換熱器的系統參數，其中所述系統參數中的每一個包括傳感器方差；經由處理器來基於系統參數中的一個或多個確定測試設計矢量；以及經由處理器來基於測試設計矢量設計內置測試。
根據其他實施方案，描述用於設計內置測試的系統的系統。所述系統可包括：至少一個傳感器，其被配置以用於感測換熱器的一個或多個系統變量；以及處理器，其被配置來接收子系統模型，所述子系統模型包括用於換熱器的系統參數，其中所述系統參數中的每一個包括傳感器方差；基於系統參數中的一個或多個和可容許輸入方差來確定測試設計矢量；以及基於測試設計矢量來設計內置測試。
根據其他實施方案，描述用於設計內置測試的電腦程式產品。所述電腦程式產品包括計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質具有隨其體現的程序指令，其中計算機可讀存儲介質本身不是暫態信號。程序指令可由處理器執行，所述處理器可操作地連接至至少一個傳感器，以致使所述處理器進行方法。所述方法包括：經由處理器接收子系統模型，所述子系統模型包括用於換熱器的系統參數，其中所述系統參數中的每一個包括傳感器方差；經由處理器來基於系統參數中的一個或多個確定測試設計矢量；以及經由處理器來基於測試設計矢量設計內置測試。
附圖說明
在本說明書結論部分的權利要求書中特別指出並明確要求保護被認為是本發明的主題。本發明的前述和其他特徵以及優點根據以下結合附圖進行的詳細描述而明顯，在附圖中：
圖1示出常規飛機ECS管道和儀表圖；
圖2示出展示根據一個實施方案的質量流率和結垢熱阻的估計值和95％置信區間的表；並且
圖3示出在使用標稱(左)和最佳(右)iBIT設置的系統模型結垢熱阻和含水量值的範圍內參數估計問題的目標函數值的曲線圖；
圖4示出指示質量流率和結垢熱阻的估計值和95％置信區間的表2；
圖5示出指示在標稱和最佳設置下的不確定換熱器入口值和結垢的估計值和95％置信區間的表3
圖6示出根據一個實施方案的用於設計內置測試的計算機實現方法的流程圖；
圖7示出根據一個實施方案的用於設計內置測試的方法；並且
圖8示出用於在實踐本文中的教導中使用的計算機系統的方框圖。
具體實施方式
飛機環境控制系統的板翅式換熱器中的顆粒結垢是高外來物碎屑環境中的重複出現的問題。換熱器結垢檢測對於飛機維護調度和安全操作來說是重要的。下文中描述用於在飛機地面操縱期間的離線結垢檢測的各種實施方案和方法，其中許可輸入的可容許可變性範圍可能是較寬的。一些實施方案估計換熱器輸入和最大化結垢的可識別性的輸入軌跡。一些實施方案可建立在固有質量、能量和動量平衡的叉流板翅式換熱器模型上。首先針對文獻資料驗證一個實施方案，並且然後將所述實施方案用於動態靈敏度分析框架中，在所述動態靈敏度分析框架中最大化換熱器輸出相對於結垢度量的靈敏度，並且估計增強結垢的可識別性的輸入軌跡。
飛機環境控制系統(ECS)的主要目標在於：在對各種飛機部件進行二次加熱和冷卻時，在適當條件下為乘客和機組人員提供新鮮空氣。需要ECS來控制熱「引氣」空氣流在壓縮後的溫度。由於叉流板翅式換熱器的相對於其熱傳遞效率的小重量和體積，叉流板翅式換熱器通常用於ECS中。ECS初級換熱器2(如圖1中所示)使用周圍衝壓空氣4作為冷流體側，以降低壓縮引氣流的溫度。因此，飛機操作將ECS並且尤其是其冷側暴露於來自諸如沙、灰塵和鹽的汙染物的結垢。
飛機ECS中的結垢往往是由懸浮在入口氣流中的塵粒的沉積造成的。顆粒積聚隨空氣流率、汙染物的濃度和系統溫度與壓力而變化。汙染物在ECS換熱器表面上的積聚隨時間推移顯著降低所述換熱器的熱傳遞效率和性能，同時還增加壓降，從而導致因維護和部件故障而產生顯著的成本。
結垢檢測方法是用於監測結垢和所述結垢對飛機操作的影響的主要手段。通常，在線檢測方法適用於估計系統狀態並預測熱傳遞有效性的偏差。一些常規方法可使用卡爾曼(Kalman)濾波器，所述卡爾曼濾波器可被設計用於非線性狀態估計和對過程和測量噪聲的過濾。其他常規方法可使用特別用於飛機相關結垢檢測的混合卡爾曼濾波器方法，所述方法使用與離散時間測量相結合的連續模型。其他方法已使用人工神經網絡來將加權偏差更新到系統網絡連接層中。其他常規方法使用模糊多項式方法將加權不確定性用於換熱器模型中。黑盒方法被開發來用於進行使用遞歸子空間模型識別的模型降階(model reduction)。其他方法可通過將小波變換應用於連續或離散測量值以減少輸出噪聲來針對故障檢測使用小波函數。所有這些檢測方法將結垢視為隨著時間的推移而逐漸增加的狀態。這些方法在較低積聚速率下有效性較差，因為在系統偏差、噪聲和不確定性之間進行辨別將變得越來越難。此外，諸如卡爾曼濾波器的經典方法難以在離線分析期間使用，因為與大多數在線應用相比，持續時間極小。
根據用於飛機ECS換熱器結垢檢測的一些實施方案，當飛機在地面上操作時和飛行之前，手動啟動的內置測試(下文中為「iBIT」)可用於故障檢測。iBIT一般持續數分鐘，而結垢通常在數百小時內發生，這是在結垢過程與結垢離線檢測可利用的時間之間在時間標度上的顯著差異。時間標度的這種區別允許將諸如沉積物厚度和結垢熱阻的結垢影響性質視為參數。對應地，可基於參數估計來應用用於結垢檢測的替代方法。這裡，我們提出計算一組系統輸入的方法，所述系統輸入最小化根據在iBIT期間的故障識別對換熱器結垢進行估計的不確定性。這種技術基於最佳實驗設計(OED)方法。
OED是基於模型的方法，所述方法將系統模型與測量值和測量值的方差組合，以降低所估計模型參數的不確定性。用於OED的框架有時被應用於基於精確度的估計中。一般來說，實驗設計目標(DOE)在於最小化不確定性並最大化可從一系列實驗中提取的信息。基於模型的DOE或OED依賴於參數具有不確定性的數學模型的明確使用，所述模型被實施為最大化可從將來實驗提取的信息的優化問題。基於模型的實驗設計可應用於任何系統(線性、非線性、穩態或動態)。
在一些方面中，確認並了解經驗相關性和模型參數，並且考慮了模型輸入不確定性。結垢檢測方法將受OED啟發的框架應用於動態熱傳遞分析，同時考慮實際iBIT的操作限制和不確定性。叉流板翅式換熱器模型首先被制定來評估結垢的影響和結垢檢測的牽連影響。利用從文獻中獲得的實驗數據來驗證板翅式換熱器模型。然後制定iBIT OED問題來探究所測量的換熱器輸出相對於結垢相關模型參數的靈敏度。使用在D-最佳實驗設計框架中使用的換熱器模型來優化系統輸入以便最大化這些靈敏度，所述D-最佳實驗設計框架減小估計參數的聯合置信區域。因此，結垢與換熱器中的系統噪聲和輸入不確定性分離，這通過一系列的案例研究來說明。
換熱器模型基於質量、能量和動量守恆方程來開發。板翅式換熱器的每個流可被認為具有隻沿流體流動的方向的梯度，因為流動長度顯著地大於翅片間距。流體流動可被認為沿每個流體方向是一維的，而分離它們的叉流板壁可在二維中建模。翅片具有均勻厚度，並且假設與板壁相比具有可忽略的熱阻。流體可被視為理想氣體，並且熱傳導率、動態粘度和針對每個流體的比熱容可使用已知相關性來計算。這些性質可被認為不受小結垢物濃度的影響。網格制定可用來將換熱器離散化成一系列連續單元。因此，質量、能量和動量平衡可使用直線法簡化成離散軸向分布(profile)，其中軸嚮導數由有限差分來近似。可在Palmer等人Appl.Th.Eng.2016中找到對應於換熱器離散化的詳細質量、能量和動量平衡。
可基於用於板翅式換熱器結垢識別的常規值和模型來制定在iBIT中結垢識別的數學問題。針對當前解釋來說，真實系統中可利用的輸入變量、在飛機ECS中可利用或能夠在飛機ECS中可利用的測量值，以及對於所有輸入和時間標度的實際限制可被認為是通過測試導出和記錄的已知量。應注意，iBIT可被實施為測試(實驗)或一系列測試，所述系列測試需要針對結垢的識別和結垢與其他系統不確定性隔離來進行。可通過將可從測試提取的信息相對於故障最大化來改進對這種故障的識別。這種信息可為穩態的或瞬態的，這兩者都將在下文中探究。以下實施方案中所討論的基於模型的方法論可利用先前描述的模型，在設計最佳iBIT中將所述模型的參數靈敏度相對於結垢指示符(參數)最大化。然後，將每個最佳iBIT(所述最佳iBIT可由一系列測試組成)與標稱iBIT比較，所述標稱iBIT包括在正常或標準ECS條件下進行的一組測試。
根據一些實施方案，換熱器結垢可表示為結垢熱阻Rf，所述結垢熱阻被視為iBIT期間的參數。結垢阻力可通過減小總熱傳遞係數並減少換熱器的橫截面積來影響所測量(在系統級)退出溫度和壓力，如以上詳細所述。然而，相同的測量變量可受諸如流率、入口壓力、溫度等的其他輸入或狀態變量影響。因此，可能的是，入口條件或系統狀態中的不確定性和噪聲可能在某些情形中被誤解為結垢。總的來說，這種分析中的iBIT的目標在於：在狀態或輸入和其他系統參數具有不確定性的飛機ECS中儘可能準確地估計結垢熱阻。
這裡探究的不確定性可包括影響熱傳遞有效性的條件。明確地說，含水量增加用於氣體換熱器的流體熱容量(方程(3))，從而影響出口溫度。引氣流的入口壓力和質量流量以及衝壓流的入口壓力和質量流量控制每個流體的密度和速度，從而影響熱傳遞和壓降。入口衝壓溫度Tci可對退出溫度具有顯著影響，如以上所示。這些系統條件或參數被認為是不確定的，並且通過一系列案例研究(在下文詳述)連同結垢熱阻一起進行估計，以便展現所公開實施方案的優勢和能力。應注意，不確定性在這項工作中表示為所考慮變量中的每一個的方差區間。取決於我們對系統測量值或對所推斷變量的準確度的置信等級，每個變量的區間可在其估計中表示為寬或窄的界限。同樣地，甚至認為系統輸入是未知的，並且在系統中所述系統輸入的值的準確度等級由其上界限和下界限表示。總之，未知的結垢阻力和不確定的入口條件可被一起編譯成所估計系統參數和輸入的矢量：
方程(1)未描述用於飛機ECS的完整iBIT輸入集。引氣流在進入初級換熱器之前通常由引氣系統控制並調節。這裡，通過將入口引氣溫度直接調整為用於最佳結垢檢測的輸入來簡化ECS iBIT問題，而不考慮引氣源上遊的牽連影響。此外，這裡所考慮的iBIT隨著時間的推移以一系列的離散階躍來改變入口引氣溫度。離散階躍變化的數目ns和離散階躍的持續時間ts也可被優化來得出估計置信與設計的複雜性和持續時間之間的平衡。每個階躍的持續時間可被限制為最少二十秒，以允許在可用時利用穩態信息。也可優化初始條件y0。在iBIT中，y0的最優性對應於得出針對初始系統穩態的最佳系統輸入。飛機中的iBIT分析的時間跨度是相對小的，以便確保所有測試都在飛機地面操縱時間內完成。大多數iBIT針對飛機診斷運行少於十分鐘，因此對於這種分析來說，最大測試持續時間τ可被設置成五分鐘。入口溫度、階躍變化的數目、階躍持續時間和總時間跨度包括在測試設計矢量φ中：
方程(2)的測試設計矢量的變量可限於設計空間Φ，以便將上界限和下界限指派到每個分量。為在ECS的可容許設計空間內製定iBIT設計問題，上述模型方程可表示為微分方程的隱式系統：
其中f是系統控制方程，x(t)是系統狀態(溫度和壓力)，u(t)是系統輸入(入口引氣溫度)，並且t是時間。可假設傳感器存在於出口引氣通道和衝壓通道處以測量退出溫度和壓力，與傳感器是否存在於所有ECS中無關。然後，所測量輸出的估計可表示為：
初始狀態y0可針對所定義系統整理成：
根據一些實施方案，最佳iBIT可甚至在不確定入口條件下提供關於結垢熱阻的最大信息。這種信息是通過在τ內針對所有採樣時間來說所測量輸出相對於的估計值的靈敏度來獲取。這些靈敏度可針對每個輸出yr,s而編譯成一系列矩陣Qr,s，並且由實驗方差加權來產生方差協方差矩陣和費雪(Fisher)信息矩陣：
其中是實驗方差矩陣的第rs個元素，並且nresp是所測量輸出的總數目。D最佳設計準則可被選擇例如來最小化來自所提取信息的估計參數之間的相關性，並且因此將結垢與所有其他系統不確定性隔離：
條件為：
uL≤u(t)≤uu
然後，方程(7)的最佳iBIT測試設計矢量φD可應用於如上所述的若干結垢識別和隔離方案，並且可與標稱條件下的iBIT有效性比較。
板翅式換熱器模型可經由處理器利用面向對象語言ModelicaTM在商業軟體DymolaTM中制定。可使用功能模型接口(FMI)、用於配置動態模型的工具獨立性標準來輸出模型。模型的功能模型單元可使用例如像Modelon FMI-ToolboxTM的實用程序經由處理器輸出至處理平臺(例如，MATLABTM)。可使用有限差分或伴算子(adjoint)、利用求解器CVODES來計算動態和穩態參數靈敏度，所述求解器CVODES是一種能夠進行靈敏度分析的C編碼ODE求解器。最佳設計可利用處理器、利用網格自適應直接搜索算法NOMAD來計算。
圖2示出表1，表中示出質量流率和結垢熱阻的估計值和95％置信區間。這種換熱器的大小、流率和Re數目與ECS中得出的那些一致性更好，而實驗設備在不同制度下操作，從而產生針對熱傳遞過程的相當不同的靈敏度和動力學。這裡，我們專注於所提出方法論的有效性，而不是所估計條件的絕對值。在一些實例中示出所提出的iBIT方法的有效性，在所述實例中，在沉重結垢物積聚條件下研究了以上所提出的換熱器模型。這可通過以100mg/m3的高入口結垢物濃度將換熱器和結垢模型運行7小時(實際處理時間)，直到總結垢熱阻達到6.2×10-3m2K/W來完成。在這一點上，假定結垢是顯著的並且可從iBIT識別，所述iBIT在標稱和最佳條件下運行，並且探究iBIT確定地識別結垢的能力。因此我們獲得代表換熱器在顯著結垢條件下的嘈雜響應的模型，所述模型在本文中被稱為「虛擬系統」，並且獲得在預測中沒有噪聲並且沒有任何結垢物沉積的模型，所述模型在下文中被稱為「系統模型」。在用於參數估計的計算框架中使用虛擬系統的響應，以便估計系統模型的結垢熱阻和不確定輸入。
ECS換熱器中的流動條件可被設置成典型地用於ECS換熱器操作的標稱條件。引氣入口溫度可被限制在100℃與250℃之間，假設所述引氣入口溫度受上遊控制，但具有顯著的不確定性。入口衝壓溫度可根據國際標準航空組織確定的國際標準地平面大氣值來設置。
為評估所提出的用於結垢檢測的方法的穩健性，可在若干案例研究中估計結垢熱阻和不確定流動條件，並且報告和比較它們在標稱和最佳條件下的95％置信區間。可將測量噪聲增加到換熱器模型輸出，以提供用於分析的虛擬實驗數據。系統的測量標準偏差可被指派成典型地用於每個出口的零均值白測量噪聲(出口溫度為0.5℃，並且出口壓力為100Pa)。此後，無噪聲模型模擬(來自系統模型)可通過調整所估計參數和系統不確定入口值來與實驗數據(來自虛擬系統)匹配。然後，結垢檢測的穩健性可被確定為參數估計將利用零初始結垢的模型的無噪聲模擬與利用換熱器結垢的模型的嘈雜模型響應之間的偏差最小化的能力：
對於這些研究來說，只有溫度測量值可被比較，因為更常見的是使溫度傳感器而不是壓力換能器在ECS中可用。所有不確定入口條件可以可為其標稱值的±25％的界限為條件。
作為第一步驟，我們探究所提出方法的穩健性，以識別換熱器結垢作為不具有不確定性的理想系統中的參數故障。因此，這裡的任務是在準確了解所有其他系統輸入的情況下，得出用於估計結垢熱阻的最佳系統條件。在虛擬系統中，結垢熱阻可被設置成6.2×10-3m2K/W，以代表實際的平衡結垢。對於由方程(7)計算的最佳iBIT設計來說，可在入口溫度的可容許範圍的上界限(250℃)處得出入口溫度。貫穿整個iBIT持續時間τ，可僅需要一個溫度階躍(ns＝1)。增加更多輸入階躍不增加在iBIT中對結垢阻力的估計準確度。
將系統模型的熱傳遞阻力與虛擬系統數據擬合分別在標稱和最佳條件下產生6.26±0.40×10-3m2K/W和6.19±0.34×10-3m2K/W的結垢熱阻估計值。在真實系統中，入口衝壓溫度取決於當天時間和飛機的位置。大氣條件影響熱傳遞的速率，並且因此影響結垢可識別性。為了說明這一點，還可利用-50℃和40℃的入口衝壓溫度估計結垢熱阻，以便代表冷大氣條件和熱大氣條件。結垢熱阻的對應估計值幾乎可與針對標準入口衝壓溫度所列出的值相等。結垢熱阻的估計值和其置信區間可通過iBIT入口引氣溫度的最佳設計來略微地改進，而與圍繞飛機的大氣的溫度無關。
ECS中的一個常見不確定性是周圍空氣的水分。取決於位置、時間和在機場中的特定位置，圍繞飛機的大氣具有不同水分量。因此，感興趣的是，考慮空氣的含水量的不確定性，並且使用標稱和iBIT最佳入口值來探究含水量對結垢識別的穩健性的影響。為了簡單，含水量可被認為僅影響系統中每個流體的熱容量。根據溫溼圖表，假設不存在降水(precipitation)，在15℃的最大大氣溼度為1.2wt％或0.012kg水/kg空氣，而最小大氣溼度約為0.1wt％。這種可變性對應於1040至1078J/kg s的熱容量範圍。因此，利用如以上所指示的範圍，空氣的熱容量在最佳iBIT問題中可被視為未知的。
可利用兩個控制動作(ns＝2)來得出最佳iBIT，所述控制動作表明當只有出口溫度測量值可利用時，兩種極其不同的溫度是分離未知水分和結垢熱阻力的影響所需要的。在最佳iBIT設計中，引氣溫度可在最初被設置到下界限達20s，並且然後可被設置到上界限達剩餘測試持續時間。這種設計提高針對熱傳遞的平流和對流方面的估計精確度，所述熱傳遞的平流和對流方面兩者都受比熱容影響。可能需要標稱設置與最佳設置之間的過渡時期，以便達到用於第一控制階躍的最佳穩態出口溫度。可使用由系統所展現的整個瞬態響應來根據第二輸入階躍變化獲取水分和結垢熱阻的估計值。
在標稱條件(例如，t＝0至300s)下將結垢熱阻和含水量與穩態數據擬合可分別產生5.90±8.71×10-3m2K/W和1.21±3.67wt％的估計值。在最佳iBIT條件下，根據一個示例性實施方案，針對Rf和的估計值為6.03±0.81×10-3m2K/W和1.27±0.28wt％。在最小溼度等級下，來自標稱和最佳iBIT設計的參數估計值的置信區間可為相似的，從而指示最佳iBIT適用於估計結垢，與溼度等級無關。95％置信區域對於標稱設計來說明顯大到針對結垢熱阻和含水量的負值被認為在統計上是可行的程度。在不確定水分量下的結垢估計可能在默認設置下是低效的，從而強調的是應用結構化iBIT設計策略的重要性來提高結垢檢測和隔離的置信度和精確度的重要性。
圖3示出在使用標稱(左)和最佳(右)iBIT設置的系統模型結垢熱阻和含水量值的範圍內參數估計問題的目標函數值。虛擬系統的真實值可分別為6.2×10-3m2K/W和1.2wt％。暗色正方形代表對應於正確係統輸出(最小目標函數)的估計參數，並且等高線圖示出95％置信橢圓。一些實施方案可提供在結垢熱阻和含水量值的整個可容許空間上列舉方程(8)的目標函數的機會。因此，我們可使所提出的用於iBIT的方法論就確定未知和不確定系統變量和參數的對應能力而言的益處可視化。圖3示出用於參數估計並且因此用於結垢識別的目標函數在標稱和最佳iBIT設置下如何受系統模型含水量和結垢熱阻影響。在標稱iBIT下，目標函數呈現鄰近Rf和的真實值的相似值的谷部。因此，將對應參數估計問題應用於不可識別的系統。產生針對方程(8)的目標函數的緊密鄰近估計值的Rf和的範圍在最佳iBIT中顯著減小，因此顯著提高參數被估計為其真實值的可能性。
在某些ECS中，入口引氣流的壓力和溫度由壓縮系統控制。取決於壓縮機的狀態和下遊壓力阻抗，ECS換熱器中入口引氣流的壓力可包含顯著的不確定性。因此，在這個案例研究中，我們探究了引氣側的不確定入口壓力對iBIT結垢檢測的影響。作為練習，不確定性還可針對衝壓流量來考慮。在這個案例研究中獲得的靈敏度產生費雪信息矩陣，所述費雪信息矩陣對於所有可利用的輸入配置幾乎可為奇異的。在恆定質量流量下，流體的速度和密度成反比，因此入口壓力可能對雷諾數(Reynolds number)幾乎沒有影響。在標稱ECS流動條件下，系統壓力不足以影響本徵流體流動性質以便提供有用信息。沒有發現實驗證據來驗證這種發現，因為檢查換熱器壓力的大多數研究專注於壓降分析。儘管如此，這個案例研究指示入口壓力的不確定性不應影響結垢識別的基於模型的iBIT過程。
ECS壓縮機的低效操作可導致用於ECS的引氣流的不確定流率。類似地，衝壓流量由風扇和可將不確定性引入到換熱器那側的質量流率的其他上遊系統部件控制。因此，在這裡，衝壓和引氣質量流量可被認為在用於結垢估計的iBIT期間是不確定的。可進行三個iBIT來探究流率的不確定性的影響：分別專注於不確定引氣側和衝壓側流率的第一測試和第二測試，以及同時分析不確定引氣側和衝壓側流率的第三測試。在圖4、表2中呈現針對標稱和最佳iBIT的這些案例研究的結果，以及用於最佳iBIT的設計矢量。類似於不確定介質熱容量的情況，質量流率影響系統的對流和平流熱傳遞，並且因此影響換熱器的總熱有效性。可在標稱和最佳條件下獲得針對所有不確定系統輸入的估計值的95％置信區間，如圖4、表2中所示。
根據一些實施方案，當應用不確定流率時，可降低結垢可識別性，如由標稱條件和其寬置信區間下估計值缺乏準確度所表示。如所預期，由於系統流率對熱傳遞有效性的影響，所述系統流率可對結垢檢測具有顯著影響。儘管如此，根據一些實施方案，巨大的改進是可行的。
利用多個未知/不確定系統參數、輸入和狀態的情況下，使用iBIT來估計系統結垢的任務成為大規模多變量優化問題。從先前分析清楚顯現的是，當結垢時，空氣水分和流率同時是未知或不確定的，幾乎沒有機會利用唯一一個穩態測試來在標稱條件下識別結垢。因此，這裡的任務是在所指定設計空間內優化由D最佳實驗設計所確定的許多測試，所述D最佳實驗設計根據定義是用於尋求單獨的參數相關性。為了確認這裡所提出的iBIT設計方法論的穩健性，可對一個案例研究進行探究，其中衝壓入口溫度、衝壓流率、含水量和結垢熱阻被認為是未知或不確定的。
如圖4中所示出的表2示出根據一些實施方案的在標稱和最佳設置下的不確定換熱器入口值和結垢的估計值和95％置信區間。穩態和瞬態信息兩者用於結垢檢測和隔離。這些條件可提供最高熱傳遞速率和實質的系統動態響應。用於估計條件的置信區間可在所示出的標稱和最佳iBIT設置下計算。這些結果展示了在估計不確定輸入和結垢等級方面的最大改進，從而指示當存在多個不確定性時，iBIT最受益於用於結垢識別的優化條件。
現在參考圖5，表3示出根據一些實施方案的在標稱和最佳設置下的不確定換熱器入口值和結垢的估計值和95％置信區間。
雖然已結合僅僅有限數量的實施方案詳細描述了本公開，但應容易地理解，本公開不限於這類所公開的實施方案。相反地，本公開可被修改來併入迄今未描述，但與本公開的精神和範圍相當的任何數量的變化、更改、置換或等效布置。另外，雖然已描述了本公開的各種實施方案，但應理解，本公開的方面可僅包括所描述實施方案中的一些。
圖6示出根據一個實施方案的用於設計內置測試的計算機實現方法的流程圖10。簡要參考圖6，在一些實施方案中，處理器可被配置來從可操作地連接至所述處理器的至少一個傳感器接收子系統模型信息，如方框12中所示。包括用於換熱器的系統參數的子系統模型，其中所述系統參數中的每一個包括傳感器方差。
如方框14中所示，處理器可基於系統參數中的一個或多個來確定測試設計矢量。圖7示出根據一個實施方案的用於設計內置測試的方法11。
現在參考圖7，如方框20中所示，處理器可評估輸入不確定性。如方框22中所示，然後處理器可針對由所述處理器接收的系統參數中的每一個來評估傳感器方差。在方框24處，處理器可評估模型誤差。確定測試設計矢量可包括對系統參數中的每一個限制上界限和下界限。
再次參考圖6，在確定測試設計矢量後，處理器可基於測試設計矢量來設計內置測試，如方框16中所示。
如方框18中所示，處理器可確定用於內置測試的精確度值，將用於內置測試的精確度值與預先確定精確度閾值基準比較，並且響應於確定精確度值不滿足或超過預先確定的精確度閾值基準來重新設計第二內置測試。例如，精確度閾值基準可為包括一組在正常或標準ECS條件下進行的測試的標稱iBIT。
圖8示出用於在實踐本文中所描述的實施方案中使用的計算機系統100(下文中為「計算機100」)的方框圖。本文中所描述的方法可在硬體、軟體(例如，固件)或其組合中實現。在示例性實施方案中，本文中所描述的方法在硬體中實現，並且可為諸如個人計算機、工作站、小型計算機或大型計算機的專用或通用數字計算機的微處理器的一部分。因此，計算機100可體現為通用計算機。在另一示例性實施方案中，本文中所描述的方法被實現為移動裝置的一部分，所述移動裝置例如像行動電話、個人數據助理(PDA)、平板計算機等。
在示例性實施方案中，就硬體架構而言，如圖8中所示，計算機100包括處理器101。計算機100還包括耦接至處理器101的存儲器102，以及一個或多個輸入/輸出適配器103，所述輸入/輸出適配器可經由系統總線105通信地耦接。存儲器102可操作地耦接至一個或多個內部或外部存儲裝置。通信適配器104可將計算機100可操作地連接至一個或多個網絡115。系統總線105還可經由接口適配器112連接一個或多個用戶接口。接口適配器112可將包括例如鍵盤109、滑鼠110、揚聲器113等的多個用戶接口連接至計算機100。系統總線105還可將顯示適配器116和顯示器117連接至處理器101。處理器101還可被可操作地連接至圖形處理單元118。
處理器101是用於執行硬體指令或軟體的硬體裝置，所述硬體指令或軟體尤其被存儲在非暫態計算機可讀存儲器(例如，存儲器102)中。處理器101可為任何定製或市售的處理器、中央處理單元(CPU)、多個CPU(例如，CPU 101a-101c)、與計算機100相關聯的若干其他處理器中的輔助處理器、基於半導體的微處理器(呈微晶片或晶片組的形式)，或通常用於執行指令的任何裝置。處理器101可包括存儲器高速緩存106，所述存儲器高速緩存可包括但不限於用來加快可執行指令擷取的指令高速緩存、用來加快數據擷取和存儲的數據高速緩存，以及用來加快用於可執行指令和數據兩者的虛擬至物理地址轉換的轉換後援緩衝器(TLB)。高速緩存106可被組織成具有更多高速緩存層級(L1、L2等)的分層結構。
存儲器102可包括隨機存取存儲器(RAM)107和只讀存儲器(ROM)108。RAM 107可為易失性存儲元件(例如，DRAM、SRAM、SDRAM等)中的任何一個或組合。ROM 108可包括任何一個或多個非易失性存儲元件(例如，可擦可編程只讀存儲器(EPROM)、閃速存儲器、電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、可編程只讀存儲器(PROM)、磁帶、光碟只讀存儲器(CD-ROM)、磁碟、盒帶、卡帶或類似元件等)。此外，存儲器102可併入有電子、磁性、光學和/或其他類型的非暫態計算機可讀存儲介質。注意，存儲器102可具有分布式架構，其中各種部件遠離彼此定位，但可由處理器101訪問。
存儲器102中的指令可包括一個或多個單獨的程序，所述程序中的每一個包括用於實現邏輯函數的計算機可執行指令的有序列表。在圖8的實例中，存儲器102中的指令可包括作業系統111。作業系統111可控制其他電腦程式的執行，並且提供調度、輸入-輸出控制、文件和數據管理、存儲器管理以及通信控制和相關服務。
輸入/輸出適配器103可為例如但不限於如本領域已知的一個或多個總線或其他有線或無線連接。輸入/輸出適配器103可具有為簡單起見省略的另外元件(諸如控制器、緩衝器(高速緩存)、驅動器、中繼器和接收器)以實現通信。此外，本地接口可包括地址、控制和/或數據連接，以實現前述部件間的適當通信。
接口適配器112可被配置來將一個或多個輸入/輸出(I/O)裝置可操作地連接至計算機100。例如，接口適配器112可連接鍵盤109和滑鼠110。其他輸出裝置(例如，揚聲器113)可被可操作地連接至接口適配器112。雖然未示出，但還可包括其他輸出裝置。例如，裝置可包括但不限於印表機、掃描儀、麥克風和/或類似裝置。最後，可連接至接口適配器112的I/O裝置可還包括與輸入端和輸出端兩者通信的裝置，例如但不限於，網絡接口卡(NIC)或調製器/解調器(用於訪問其他文件、裝置、系統或網絡)、射頻(RF)或其他收發器、電話接口、橋接器、路由器和類似裝置。
計算機100可還包括耦接至一個或多個顯示器117的顯示適配器116。在示例性實施方案中，計算機100可還包括用於耦接至網絡115的通信適配器104。
網絡115可為用於在計算機100與任何外部裝置之間通信的基於IP的網絡。網絡115在計算機100與計算機100外部的裝置和/或系統之間傳輸和接收數據。在示例性實施方案中，網絡115可為由服務提供商管理的受管理IP網絡。網絡115可為飛機內部的網絡，例如像航空電子網絡等。網絡115可以無線方式實現，例如，使用諸如WiFi、WiMax等的無線協議和技術。網絡115還可為具有包括例如RS232連接、R5422連接等的任何有線連接的有線網絡，例如，乙太網、ARINC 429網絡、CAN等。網絡115還可為分組交換網絡，諸如區域網、廣域網、城域網、網際網路或其他相似類型的網絡環境。網絡115可為固定無線網絡、無線區域網(LAN)、無線廣域網(WAN)、個人區域網(PAN)、虛擬專用網(VPN)、內部網或其他合適的網絡系統。
如果計算機100是PC、工作站、膝上型計算機、平板計算機和/或類似物，那麼存儲器102中的指令可還包括基本輸入輸出系統(BIOS)(為簡單起見省略)。BIOS是一組基本例程，其在啟動時初始化並測試硬體、啟動作業系統111並且支持在可操作地連接的硬體裝置間的數據傳輸。BIOS存儲在ROM 108中以使得BIOS可在激活計算機100時執行。當計算機100在操作中時，處理器101可被配置來執行存儲在存儲器102中的指令，以便向存儲器102傳達數據並從存儲器102傳達數據，並且大體上依照指令來控制計算機100的操作。
本發明可為在任何可能的技術細節整合層面上的系統、方法和/或電腦程式產品。電腦程式產品可包括一個或多個計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質上具有計算機可讀程序指令，以用於致使處理器實施本發明的各方面。
計算機可讀存儲介質可為可保持並存儲以供指令執行裝置使用的指令的有形裝置。計算機可讀存儲介質可為例如但不限於電子存儲裝置、磁性存儲裝置、光學存儲裝置、電磁存儲裝置、半導體存儲裝置或前述裝置的任何合適組合。計算機可讀存儲介質的更具體實例的非詳盡列表包括以下各項：可攜式計算機磁碟、硬碟、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦可編程只讀存儲器(EPROM或閃速存儲器)、靜態隨機存取存儲器(SRAM)、可攜式光碟只讀存儲器(CD-ROM)、數字通用磁碟(DVD)、記憶棒、軟盤、機械編碼裝置(諸如記錄有指令的溝槽中的穿孔卡或凸起結構)，以及前述介質的任何合適組合。如本文所使用的計算機可讀存儲介質本身不被解釋為是暫態信號，諸如無線電波或其他自由傳播的電磁波、通過波導或其他傳輸介質傳播的電磁波(例如，穿過光纖電纜的光脈衝)，或通過電線傳輸的電信號。
本文中所描述的計算機可讀程序指令可從計算機可讀存儲介質下載至相應的計算/處理裝置，或經由例如網際網路、區域網、廣域網和/或無線網下載至外部計算機或外部存儲裝置。網絡可包括銅傳輸電纜、光傳輸纖維、無線傳輸、路由器、防火牆、開關、網關計算機和/或邊緣伺服器。每個計算/處理裝置中的網絡適配器卡或網絡接口從網絡接收計算機可讀程序指令，並且轉發計算機可讀程序指令，以便存儲在相應的計算/處理裝置內的計算機可讀存儲介質中。
用於實施本發明的操作的計算機可讀程序指令可為彙編器指令、指令集架構(ISA)指令、機器指令、機器相關指令、微代碼、固件指令、狀態設置數據、用於集成電路的配置數據，或用一種或多種程式語言的任何組合寫入的原始碼或目標碼，所述程式語言包括諸如Smalltalk、C++或類似語言的面向對象程式語言，以及諸如「C」程式語言或類似程式語言的過程式程式語言。計算機可讀程序指令可完全地在用戶的計算機上執行、部分地在用戶的計算機上執行、作為獨立軟體包來執行、部分地在用戶的計算機上並且部分地在遠程計算機上執行，或完全地在遠程計算機或伺服器上執行。在後一種情景中，遠程計算機可通過包括區域網(LAN)或廣域網(WAN)的任何類型的網絡連接至用戶的計算機，或可(例如，使用網際網路服務提供商以通過網際網路)與外部計算機形成連接。在一些實施方案中，包括例如可編程邏輯電路、現場可編程門陣列(FPGA)或可編程邏輯陣列(PLA)的電子電路可通過利用計算機可讀程序指令的狀態信息來將電子電路個人化而執行計算機可讀程序指令，以便進行本發明的方面。
本文中參考根據本發明的實施方案的方法、設備(系統)和電腦程式產品的流程圖圖解和/或方框圖來描述本發明的各方面。應理解，流程圖圖解和/或方框圖中的每個方框以及流程圖圖解和/或方框圖中的方框的組合可由計算機可讀程序指令來實現。
可將這些計算機可讀程序指令提供至通用計算機、專用計算機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生機器，以使得經由計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現流程圖和/或方框圖的一個或多個方框中所指定的功能/動作的手段。這些計算機可讀程序指令還可存儲在計算機可讀存儲介質中，所述計算機可讀存儲介質可引導計算機、可編程數據處理設備和/或其他裝置以特定方式起作用，以使得存儲有指令的計算機可讀存儲介質包括製品，所述製品包括實現流程圖和/或方框圖的一個或多個方框中所指定的功能/動作的各方面的指令。
計算機可讀程序指令還可被加載至計算機、其他可編程數據處理設備或其他裝置上，以便致使一系列操作步驟在計算機、其他可編程設備或其他裝置上進行，以便產生計算機實現過程，以使得在計算機、其他可編程設備或其他裝置上執行的指令實現流程圖和/或方框圖的一個或多個方框中所指定的功能/動作。
圖中的流程圖和方框圖示出根據本發明的各種實施方案的系統、方法和電腦程式產品的可能實現方式的架構、功能和操作。在這方面，流程圖或方框圖中的每個方框可表示指令的模塊、片段或部分，所述模塊、片段或部分包括用於實現所指定的一個或多個邏輯功能的一個或多個可執行指令。在一些替代實現方式中，方框中所標註的功能可不按圖中所標註的順序發生。例如，相繼示出的兩個方框事實上可大致上同時執行，或所述方框有時可取決於所涉及的功能性而按相反順序來執行。還應注意，方框圖和/或流程圖圖解中的每個方框以及方框圖和/或流程圖圖解中的方框的組合可由基於專用硬體的系統實現，所述系統進行指定的功能或動作，或實施專用硬體和計算機指令的組合。
已出於說明目的呈現本發明的各種實施方案的描述，但所述描述並不意圖是詳盡的或受限於所公開的實施方案。在不脫離所描述實施方案的範圍和精神的情況下，許多修改和變化將對本領域的普通技術人員來說是明顯的。選擇本文中所使用的術語來最好地解釋實施方案的原理、對在市場中所見技術的實際應用或技術改進，或使本領域的其他普通技術人員能夠理解本文中所公開的實施方案。