用於預測放氣系統故障的方法

2023-09-21 08:58:20 1

用於預測放氣系統故障的方法
【專利摘要】本發明涉及用於預測放氣系統故障的方法。一種預測飛行器中的放氣系統故障的方法(100)，該飛行器具有發動機，該發動機可操作地聯接於放氣系統，該放氣系統包括至少一個閥、至少一個放氣系統傳感器，其中，方法(100)包括接收來自放氣系統傳感器中的至少一個的傳感器信號以限定傳感器輸出(102)、比較傳感器輸出與基準值(104)，以及基於比較來預測放氣系統中的故障(106)。
【專利說明】用於預測放氣系統故障的方法

【背景技術】
[0001] 當代飛行器包括放氣系統，該放氣系統接收來自飛行器的發動機的熱空氣，用於 在飛行器上的其它系統中使用，包括空氣調節和加壓。目前，航空公司和維護人員等到系統 出現故障或問題，並且接著試圖識別原因，並且在計劃維護期間，或者更有可能是在非計劃 維護期間處理故障或問題。還可基於飛行員判斷來手動地記錄一些故障發生。


【發明內容】

[0002] 在一個實施例中，本發明涉及一種預測飛行器中的放氣系統故障的方法，該飛行 器具有發動機，該發動機可操作地聯接於放氣系統，該放氣系統包括至少一個閥、至少一個 放氣系統傳感器，該方法包括接收來自放氣系統傳感器中的至少一個的傳感器信號以限定 傳感器輸出，比較傳感器輸出與傳感器輸出的基準值，基於比較來預測放氣系統中的故障， 以及提供預測故障的指示。
[0003] -種預測飛行器中的放氣系統故障的方法，飛行器具有發動機，發動機可操作地 聯接於放氣系統，放氣系統包括至少一個閥、至少一個放氣系統傳感器，方法包括：接收來 自放氣系統傳感器中的至少一個的傳感器信號，以限定傳感器輸出；比較傳感器輸出與傳 感器輸出的基準值；基於比較來預測放氣系統中的故障；以及提供預測故障的指示。
[0004] 優選地，每次飛行接收傳感器輸出一次。
[0005] 優選地，限定的傳感器輸出隨著時間的推移而匯總，以限定匯總傳感器數據，並且 比較包括比較匯總傳感器數據與基準值。
[0006] 優選地，隨著時間的推移匯總傳感器輸出包括在多次飛行中匯總傳感器輸出。
[0007] 優選地，匯總傳感器數據包括中值、運行中值或歷史中值。
[0008] 優選地，匯總傳感器數據包括當前中值和歷史中值。
[0009] 優選地，比較包括滿足閾值的匯總傳感器輸出。
[0010] 優選地，在維護事件之後使匯總傳感器數據復位。
[0011] 優選地，提供指示包括在飛行器的駕駛艙中的PFD上提供指示。
[0012] 優選地，接收傳感器信號進一步包括接收來自溫度傳感器的溫度傳感器輸出。
[0013] 優選地，接收傳感器信號進一步包括接收指示發動機的風扇速度的風扇速度輸 出。
[0014] 優選地，基準值指示特定風扇速度下的溫度或壓力值。
[0015] 優選地，接收傳感器信號進一步包括接收指示放氣系統的空氣壓力的壓力傳感器 輸出。
[0016] 優選地，基準值是從飛行器的另一個發動機計算的壓力。
[0017] 優選地，傳感器輸出來自飛行器的多個飛行階段。
[0018] 優選地，多個飛行階段包括滑行和巡航。
[0019] 優選地，傳感器輸出是從接收自多個階段的傳感器輸出計算的中位傳感器輸出中 的一個。
[0020] 優選地，預測故障基於多個比較。
[0021] 優選地，當比較在預定飛行器次數中超過基準值達預定次數時，預測故障。
[0022] 優選地，飛行器的控制器接收傳感器信號，比較傳感器輸出，預測故障，並且提供 指示。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 在圖中： 圖1是示例性放氣系統的一部分的示意圖； 圖2是其中可實現本發明的實施例的飛行器和地面系統的透視圖；以及 圖3是顯示根據本發明實施例的、預測飛行器中的放氣系統故障的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0024] 圖1示意性地描繪放氣系統10的一部分，其連接於發動機12,發動機12具有風扇 14,諸如渦輪風扇噴氣式發動機。各种放氣埠 16可連接於發動機12的各種部分，以對放 氣系統10提供經高度壓縮的空氣。可利用控制機構18來控制放氣系統10。各種構件可包 括在放氣系統10中，包括預冷器20、放氣調整器21、各種閥22 (包括預冷器控制閥），以及 各種傳感器，包括例如溫度傳感器24、風扇速度傳感器26和壓力傳感器28。在示出的示例 中，溫度傳感器24和壓力傳感器28位於預冷器閥後面。雖然僅示出了單個溫度傳感器24 和壓力傳感器28,但將理解的是，任何數量的傳感器可包括在放氣系統10中，包括：傳感器 可包括在放氣系統10中的各級處。另外，可包括傳感器，以輸出各種參數，包括用於指示閥 設定和/或位置的二進位標記，包括例如閥的狀態（例如，完全開啟、開啟、過渡、閉合、完全 閉合）；二進位標記還可指示多個其它項目，例如是否從機翼上的空氣系統中檢測到洩漏， 或者飛行器是否計算出溫度或壓力在特定時間/數據時期超過極限一次或更多次。可從系 統中的目前無法獲得連續數據的點中獲得這些數據標記是可行的，並且就此而言，這些數 據標記可協助預測故障。
[0025] 圖2示出飛行器30,飛行器30可包括放氣系統10,為了清楚，僅示出了放氣系統 10的一部分，並且飛行器30可執行本發明的實施例。如示出的，飛行器30可包括聯接於機 身32的多個發動機12、定位在機身32中的駕駛艙34,以及從機身32向外延伸的機翼組件 36。已經示出了控制機構18包括在駕駛艙34中，並且控制機構18可由位於其中的飛行員 操作。
[0026] 在飛行器30中還可包括使得能夠恰當地操作飛行器30的多個額外的飛行器系統 38,以及控制器40和具有無線通信連結42的通信系統。控制器40可以可操作地聯接於多 個飛行器系統38 (包括放氣系統10)。例如，預冷器20 (圖1)、放氣調整器21 (圖1)、各種 閥22 (圖1)、溫度傳感器24、風扇速度傳感器26和壓力傳感器28可以可操作地聯接於控 制器40。
[0027] 控制器40還可與飛行器30的其它控制器連接。控制器40可包括存儲器44,存儲 器44可包括隨機存取存儲器（RAM)、只讀存儲器（ROM)、閃速存儲器，或者一種或更多種不 同類型的可攜式電子存儲器，諸如磁碟、DVD、CD-R0M等，或這些類型的存儲器的任何適當的 組合。控制器40可包括一個或更多個處理器46,其可運行任何適當的程序。控制器40可 為FMS的一部分，或者可以可操作地聯接於FMS。
[0028] 計算機可搜索的信息資料庫可存儲在存儲器44中，並且能夠由處理器46訪問。處 理器46可運行一組可執行指令，以顯示資料庫或訪問資料庫。備選地，控制器40可以可操 作地聯接於信息資料庫。例如，此類資料庫可存儲在備選的計算機或控制器上。將理解的 是，資料庫可為任何適當的資料庫，包括具有多組數據的單個資料庫、連結在一起的多個離 散資料庫，或者甚至是簡單的數據表。構想到的是，資料庫可結合多個資料庫，或者資料庫 實際上可為多個獨立的資料庫。
[0029] 資料庫可存儲數據，該數據可包括與傳感器輸出的基準值有關的歷史數據，以及 飛行器30的與飛行器機組有關的歷史放氣系統數據。資料庫還可包括基準值，該基準值包 括歷史值或匯總值。
[0030] 備選地，構想到的是，資料庫可與控制器40分開，但可與控制器40通信，使得控制 器40可訪問資料庫。例如，構想到的是，資料庫可包含在可攜式存儲器裝置上，並且在此類 情況下，飛行器30可包括用於接收可攜式存儲器裝置的埠，並且此類埠將與控制器40 電子通信，使得控制器40可能夠讀取可攜式存儲器裝置的內容。還構想到的是，可通過無 線通信連結42來更新資料庫，並且以該方式，在資料庫中可包括實時信息，並且控制器40 可訪問該實時信息。
[0031] 另外，構想到的是，此類資料庫可位於飛行器30之外的位置處，諸如航空公司操 作中心、飛行操作部門控制部或另一個位置。控制器40可以可操作地聯接於無線網絡，可 通過該無線網絡將資料庫信息提供給控制器40。
[0032] 雖然示出了商業飛行器，但構想到的是，本發明的實施例的部分可在包括在地面 系統52處的控制器或計算機50中的任何地方實現。此外，上面描述的（多個）資料庫還 可位於目的伺服器或計算機50中，目的伺服器或計算機50可位於指定地面系統52處，並 且包括指定地面系統52。備選地，資料庫可位於備選的地面位置處。地面系統52可通過無 線通信連結54與其它裝置通信，包括位於計算機50遠處的控制器40和資料庫。地面系統 52可為任何類型的通信地面系統52,諸如航空公司控制或飛行操作部門。
[0033] 控制器40和計算機50中的一個可包括所有電腦程式或電腦程式的一部分， 該電腦程式具有用於預測飛行器30中的放氣系統故障的可執行指令集。此類預測故障 可包括構件運行不恰當，以及構件失效。如本文所用，用語預測指的是在故障發生之前知道 故障，並且與檢測或診斷（其將是在故障已經發生之後的確定）對比的前瞻性確定。不管 控制器40或計算機50是否運行用於預測故障的程序，程序都可包括電腦程式產品，該計 算機程序產品可包括用於承載或具有存儲在其上的機器可執行指令或數據結構的機器可 讀介質。此類機器可讀介質可為可由通用或專用計算機或具有處理器的其它機器訪問的任 何可用介質。大體上，此類電腦程式可包括對執行特定任務或實現特定的抽象數據類型 具有影響的例程、程序、對象、構件、數據結構、算法等。機器可執行指令、相關聯的數據結構 和程序表示用於執行本文公開的信息交換的程序代碼的示例。機器可執行指令可包括例如 使通用計算機、專用計算機或專用處理機器執行某個功能或一組功能的指令和數據。
[0034] 將理解的是，飛行器30和計算機50僅表示兩個示例性實施例，其可構造成實現本 發明的實施例或實施例的一部分。在運行期間，飛行器30和/或計算機50可預測放氣系 統故障。經由非限制性示例，雖然飛行器30被操作，但可利用控制機構18來操作放氣系統 10。包括溫度傳感器24、風扇速度傳感器26和壓力傳感器28的傳感器可輸出與放氣系統 10的各種特性有關的數據。
[0035] 控制器40和/或計算機50可利用來自控制機構18、溫度傳感器24、風扇速度傳 感器26、壓力傳感器28、飛行器系統38、（多個）資料庫的輸入，以及/或來自航空公司控 制或飛行操作部門的信息，來預測放氣系統故障。其中，控制器40和/或計算機50可分析 由溫度傳感器24、風扇速度傳感器26和壓力傳感器28隨著時間的推移而輸出的數據，以確 定放氣系統10的運行中的漂移、趨勢、步驟或尖峰信號。此類數據異常可對於每天比較以 預測故障為過於錯綜的。控制器40和/或計算機50還可分析放氣系統數據，以確定歷史 中位壓力、新近中位壓力、歷史中位溫度、新近中位溫度、歷史標準偏差溫度、新近標準偏差 溫度、給定數量的數據點上的最高溫度、給定閾值上的最高溫度、飛行器30上的兩個發動 機之間的壓差、飛行器30上的兩個發動機之間的溫差，以及基於此來確定放氣系統10中的 故障。一旦預測有放氣系統故障，則可對飛行器30和/或地面系統52提供指示。構想到 的是，可在飛行期間，可在飛行之後，或者可在任何數量的飛行之後預測放氣系統故障。可 利用無線通信連結42和無線通信連結54兩者來傳輸數據，使得控制器40和/或計算機50 可預測故障。
[0036] 根據本發明的實施例，圖3示出可用於預測放氣系統10中的故障的方法100。此 類預測故障可包括預測失效。方法1〇〇在102處開始，接收來自放氣系統10傳感器中的至 少一個的傳感器信號，以限定與放氣系統10的特性有關的傳感器輸出。這可包括按順序和 /或同時接收來自飛行器30中的傳感器中的一個或更多個的數據，包括可從溫度傳感器24 接收溫度傳感器輸出，可從壓力傳感器28接收指示放氣系統10的空氣壓力的壓力傳感器 輸出，以及可從風扇速度傳感器26接收指示發動機的風扇速度的風扇速度輸出。此外，接 收傳感器信號可包括接收關於各種閥22的設定的多個傳感器輸出和信息。
[0037] 構想到的是，傳感器輸出可包括原始數據，可從該原始數據中導出各種其它信息， 或者可按別的方式選取該原始數據，以限定傳感器輸出。例如，可根據傳感器信號和發動機 風扇速度來計算關聯性，並且此類計算值可形成傳感器輸出。將理解的是，不管傳感器輸出 是否直接接收自接收到的輸出，還是源自接收到的輸出，都可認為輸出是傳感器輸出。
[0038] 例如，傳感器輸出可隨著的時間的推移而匯總，以限定匯總傳感器數據。隨著時間 的推移而匯總接收到的傳感器輸出可包括匯總在多個飛行階段和/或多次飛行中接收到 的傳感器輸出。此類匯總傳感器數據可包括中值、運行中值或當前中值或歷史中值。還構 想到的是，匯總接收到的傳感器輸出可包括匯總多個值，包括當前中值和歷史中值。此類匯 總傳感器數據可在維護事件之後復位。經由非限制性示例，此類匯總傳感器數據可包括運 行歷史中位壓力值、運行新近中位壓力值、運行歷史中位溫度值、運行新近中位溫度值、歷 史標準偏差溫度值、新近標準偏差溫度值、給定數量的數據點上的最高溫度等。
[0039] 每次飛行可接收傳感器輸出一次或多次。可在飛行器30的多個不同的飛行階段 期間接收數據。例如，多個飛行階段可包括滑行，在起飛之前和降落之後兩者，以及最長巡 航部分。例如，接收到的傳感器輸出可為根據接收自多個階段的傳感器輸出計算的中位傳 感器輸出中的一個。
[0040] 在104處，可比較傳感器輸出與傳感器輸出的基準值。基準值可為與傳感器輸出 有關的任何適當的基準值，包括：基準值可為溫度值、指示特定風扇速度下的溫度值或壓力 值的值、壓力值等。傳感器輸出的基準值還可包括傳感器輸出的歷史基準值，包括例如與飛 行器的放氣系統有關的歷史數據，或者多個其它飛行器的歷史數據。因而，可比較輸出信號 與從同一飛行器和整個飛行器機組的先前飛行中獲得的結果。此外，傳感器輸出的基準值 可包括諸如通過接收溫度傳感器24,風扇速度傳感器26和壓力傳感器28中的一個的輸出 而已經在飛行期間確定的值。以該方式，將理解的是，可在運行期間限定傳感器輸出的基準 值。例如，基準值可為根據飛行器的另一個發動機計算的壓力。備選地，基準值可存儲在上 面描述的（多個）資料庫中的一個中。
[0041] 以該方式，可比較傳感器輸出與傳感器輸出的基準值。可進行任何適當的比較。例 如，比較可包括確定傳感器輸出和基準值之間的差。經由非限制性示例，比較可包括比較新 近信號輸出與歷史值。在接收到的傳感器輸出隨著時間的推移而匯總的情況下，比較可包 括比較匯總傳感器數據與基準值。例如，通過比較，可確定匯總傳感器輸出是否滿足閾值。 經由又一個示例，這可包括比較歷史中位壓力與新近中位壓力，比較歷史中位溫度與新近 中位溫度，比較歷史標準偏差溫度與新近標準偏差溫度等。比較可備選地包括比較給定數 量的數據點上的最高溫度與基準值。比較可包括確定給定閾值上的最高溫度的度量。比較 可備選地包括確定同一飛行器30上的發動機之間的壓差。可按每次飛行的基礎進行比較， 或者可在一系列飛行中對每個單獨的發動機進行數據處理。還構想到的是，可將比較局限 在各種指示的風扇速度範圍內，因為溫度變化取決於指示的風扇速度。
[0042] 在106處，可基於104處的比較來預測放氣系統中的故障。例如，當比較指示傳感 器滿足預定閾值時，可預測放氣系統10中的故障。用語"滿足"閾值在本文中用來表示變化 比較滿足預定閾值，諸如等於、小於或大於閾值。將理解的是，可容易更改此類確定，以使正 /負比較或真/假比較滿足此類確定。例如，可通過在數據在數值上相反時應用比測試更大 的值來容易地滿足小於閾值。可確定放氣系統10中的任何數量的故障。經由非限制性示 例，可確定風扇速度和預冷器出口溫度的關係變化。如果在預期範圍之外存在變化，則可預 測預冷器控制閥（PCCV)有故障。另外，當比較指示增加的預冷器出口溫度趨勢與歷史數據 和/或預冷器出口溫度和風扇速度之間的關係轉換時，和/或當同一飛行器上的發動機之 間存在氣動壓力分離時，可預測PCCV有故障。另外，當確定有波動壓力時，可預測壓力調整 閉合閥（PRS0V)或放氣調整器有故障，當確定有低壓力時，可預測高級調整器或高級閥有 故障，但如果僅在攀升或巡航時確定這一點，則可確定空氣調節系統有故障，當確定風扇速 度低以及確定低壓力時，可預測高級調整器或高級閥有故障，當確定風扇速度高以及確定 高壓力時，可確定放氣調整器或PRS0V有故障，當確定發動機處於高功率，以及確定PRS0V 上遊的壓力高時，可確定高級調整器或高級閥有故障。還可通過確定多個在範圍之外的讀 數，或者例如通過比較新近中位溫度與其中確定其它讀數正常的歷史中位溫度，來確定傳 感器故障。將理解的是，可基於任何數量的比較來預測任何數量的故障。這些比較還可用 來提供關於故障的嚴重性和可能失效的時間的信息。
[0043] 在實現中，可將傳感器輸出的基準值和比較轉換成用以預測放氣系統10中的故 障的算法。此類算法可轉換成電腦程式，包括一組可執行指令，其可由控制器40和/或 計算機50執行。由機載系統記錄的各種其它參數（諸如海拔、閥設定等）還可由此類計算 機程序用來預測放氣系統10中的故障。備選地，電腦程式可包括可用來預測放氣系統10 中的故障的模型。例如，可使用其中已知數據相對於正常預期性能沒有顯著變化且不知道 有維護問題的數據的子集來訓練預測模型。整體模型可產生多個輸出，包括失效得分的可 能性。可對該可能性得分應用閾值，並且如果超過該閾值，則可提供指示。如果給定數量的 飛行中的最高溫度超過接近系統在此處斷開的值，或者如果記錄到壓差顯著，或者壓力讀 數超過高/低閾值，則也可提供指示。例如，可將高/低閾值設定成高於和低於壓力一距離， 系統調整之間的壓力（例如，如果系統在35和45 PSI之間調整，則高閾值可為50 PSI，並 且低閾值可為20 PSI)。
[0044] 在108處，控制器40和/或計算機50可提供在106處預測的放氣系統10中的故 障的指示。可按任何適當的方式在任何適當的位置處提供指示，包括在駕駛艙34中，以及 在地面系統52處。例如，可在飛行器30的駕駛艙34中的主要飛行器顯示器（PFD)上提供 指示。如果控制器40運行程序，則可在飛行器30上提供適當的指示，並且/或者可將適當 的指示上載到地面系統52。備選地，如果計算機50運行程序，則可上載指示，或者以別的方 式將指示轉送到飛行器30。備選地，可轉送指示，使得可在另一個位置處提供指示，諸如航 空公司控制或飛行操作部門。
[0045] 將理解的是，預測放氣系統故障的方法是靈活的，並且示出的方法僅為了說明性 目的。例如，描繪的步驟的順序僅為了說明性目的，並且無論如何不意於限制方法100,因為 理解的是，步驟可按不同的邏輯順序進行，或者可包括額外步驟或插入步驟，而不有損於本 發明的實施例。經由非限制性示例，可基於多個比較來預測故障。更特別地，當比較在預定 數量的飛行中超過基準值預定次數時，可預測故障。另外，故障可基於可在飛行器的每個飛 行階段計算的導出數據，諸如中值、最小值、最大值、標準偏差、高於或低於閾值的次數、狀 態變化等。
[0046] 上面描述的實施例的有利好處包括由飛行器收集的數據可用來預測放氣系統故 障。這允許在故障發生之前校正此類預測故障。目前，不存在預測放氣系統的故障的方式。 上面描述的實施例允許自動預測故障，以及提醒用戶有故障。以上實施例允許進行關於放 氣系統故障的精確預測。通過預測此類問題，可允許有足夠的時間來在此類故障發生之前 進行修理。這通過降低維護成本、重新計劃成本，以及最小化操作影響，包括最小化飛行器 停飛的時間，來允許節約成本。
[0047] 該書面的描述使用實例以公開本發明（包括最佳模式），並且還使本領域技術人 員能夠實踐本發明（包括製造和使用任何裝置或系統並且執行任何併入的方法）。本發明 的可專利範圍由權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這些其 它實例具有不與權利要求的字面語言不同的結構元件，或者如果這些其它實例包括與權利 要求的字面語言無顯著差別的等同結構元件，則這些其它實例意圖在權利要求的範圍內。
【權利要求】
1. 一種預測飛行器中的放氣系統故障的方法，所述飛行器具有發動機，所述發動機可 操作地聯接於放氣系統，所述放氣系統包括至少一個閥、至少一個放氣系統傳感器，所述方 法包括： 接收來自所述放氣系統傳感器中的至少一個的傳感器信號，以限定傳感器輸出； 比較所述傳感器輸出與所述傳感器輸出的基準值； 基於所述比較來預測所述放氣系統中的故障；以及 提供所述預測故障的指示。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，每次飛行接收所述傳感器輸出一次。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述限定的傳感器輸出隨著時間的 推移而匯總，以限定匯總傳感器數據，並且所述比較包括比較所述匯總傳感器數據與所述 基準值。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，隨著時間的推移匯總所述傳感器輸出包 括在多次飛行中匯總所述傳感器輸出。
5. 根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於，所述匯總傳感器數據包括中值、運行 中值或歷史中值。
6. 根據權利要求3至5中的任一項所述的方法，其特徵在於，所述匯總傳感器數據包 括當前中值和歷史中值。
7. 根據權利要求3至6中的任一項所述的方法，其特徵在於，所述比較包括滿足閾值 的所述匯總傳感器輸出。
8. 根據權利要求3至7中的任一項所述的方法，其特徵在於，在維護事件之後使所述 匯總傳感器數據復位。
9. 根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，提供所述指示包括在所述 飛行器的駕駛艙中的PFD上提供所述指示。
10. 根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，接收所述傳感器信號進 一步包括接收來自溫度傳感器的溫度傳感器輸出。
【文檔編號】B64F5/00GK104108474SQ201410152997
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2013年4月16日
【發明者】J.A.霍華德 申請人:通用電氣航空系統有限公司