診斷引氣系統故障的方法
2023-06-19 09:36:51
診斷引氣系統故障的方法
【專利摘要】本發明涉及診斷引氣系統故障的方法(100)，其中，方法(100)包括：接收來自至少一個引氣系統傳感器的傳感器信號，以限定傳感器輸出(102)；比較傳感器輸出與基準值(104)；以及基於比較來診斷引氣系統中的故障(106)。
【專利說明】診斷引氣系統故障的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及診斷引氣系統故障的方法。
【背景技術】
[0002]當代飛機包括引氣系統，引氣系統從飛機的發動機中獲得熱氣，以在飛機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才試圖識別原因，並且在計劃維護期間，或者很有可能在非計劃維護期間，解決故障或問題。還基於飛行員自由裁量權來人工地記錄故障的發生。
【發明內容】
[0003]在一個實施例中，本發明涉及一種診斷飛機中的引氣系統故障的方法，飛機具有可操作地聯接到引氣系統上的發動機，引氣系統包括至少一個閥、至少一個引氣系統傳感器，方法包括:接收來自至少一個引氣系統傳感器的傳感器信號，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；基於比較來診斷引氣系統中的故障；以及提供診斷出的故障的指示。
[0004]一種診斷飛機中的引氣系統故障的方法，所述飛機具有可操作地聯接到引氣系統上的發動機，所述引氣系統包括至少一個閥、至少一個引氣系統傳感器，所述方法包括:
接收來自所述至少一個所述引氣系統傳感器的傳感器信號，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；
基於比較來診斷所述引氣系統中的故障；以及提供診斷出的故障的指示。
[0005]在一個實施例中，每次飛行接收所述傳感器輸出一次。
[0006]根據權利要求或所述的方法，在一個實施例中，提供指示包括在所述飛機的駕駛艙中的PFD上提供指示。
[0007]在一個實施例中，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。
[0008]在一個實施例中，接收所述傳感器信號進一步包括接收指示所述發動機的風機速度的風機速度輸出。
[0009]在一個實施例中，基於多個比較來診斷故障。
[0010]在一個實施例中，所述多個比較指示相對於歷史數據而不斷上升的預冷器出口溫度趨勢，以及預冷器出口溫度和風機速度之間的關係的變化。
[0011 ] 在一個實施例中，診斷預冷器控制閥有故障。
[0012]在一個實施例中，接收所述傳感器信號進一步包括接收指示所述引氣系統的空氣壓力的壓力傳感器輸出。
[0013]在一個實施例中，所述基準值是根據所述飛機的另一個發動機計算出的壓力。
[0014]在一個實施例中,所述比較指示氣動壓力分離。
[0015]在一個實施例中，診斷預冷器控制閥有故障。
[0016]在一個實施例中，當確定存在波動壓力時，診斷壓力調節斷流閥或引氣調節器有故障。
[0017]在一個實施例中，當確定存在低壓時，診斷高壓級調節器或高壓級閥有故障。
[0018]在一個實施例中，當確定所述風機速度低時，診斷所述高壓級調節器或高壓級閥有故障。
[0019]在一個實施例中，所述傳感器輸出來自所述飛機的多個飛行階段。
[0020]在一個實施例中，所述多個飛行階段包括起飛、降落和巡航。
[0021]在一個實施例中，當所述比較在預定次飛行中超過所述基準值達預定次數時，診斷有故障。
[0022]在一個實施例中，所述飛機的控制器接收所述傳感器信號，比較所述傳感器輸出，診斷所述故障，並且提供所述指示。
[0023]在一個實施例中，所述控制器利用算法來診斷所述故障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]在圖中:
圖1是示例性引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機和地面系統的透視圖；以及圖3是顯示根據本發明的實施例的診斷飛機中的引氣系統故障的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]圖1示意性地描繪引氣系統10的一部分，引氣系統10連接到發動機12上，發動機12具有風機14，諸如渦輪扇噴氣發動機。各種引氣埠 16可連接到發動機12的各種部分上，以對引氣系統10提供經高度壓縮的空氣。可利用控制機構18來控制引氣系統10。各種構件都可包括在引氣系統10中，包括預冷器20、引氣調節器21、各種閥22(包括預冷器控制閥(PCCV))，以及各種傳感器(包括例如溫度傳感器24、風機速度傳感器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PCCV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，任何數量的傳感器都可包括在引氣系統10中，這包括傳感器可包括在引氣系統10中的各級處。另外，可包括傳感器，以輸出各種參數，包括用於指示閥設置和/或位置的二元標誌，這包括例如閥的狀態(例如完全打開、打開、過渡、關閉、完全關閉)；二元標誌還可指示許多其它項目，例如是否在機翼上的空氣系統中檢測到洩漏，或者是否飛機計算出的溫度或壓力在特定的時間/數據期限裡已經超過極限一次或多次。可能從其中目前無法獲得連續數據的系統中的點獲得這些數據標誌是可行的。
[0026]圖2示出飛機30，飛機30可包括引氣系統10，為了清楚，僅示出了引氣系統10的一部分，並且引氣系統10可執行本發明的實施例。如示出的那樣，飛機30可包括聯接到機身32上的多個發動機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，並且可由位於其中的飛行員操作。
[0027]在飛機30中也可包括使得飛機30能夠恰當地運行的多個額外的飛機系統38，以及控制器40，以及具有無線通信鏈路42的通信系統。控制器40可以可操作地聯接到包括引氣系統10的多個飛機系統38上。例如預冷器20 (圖1)、引氣調節器21 (圖1)、各種閥
22(圖1)、溫度傳感器24、風機速度傳感器26和壓力傳感器28可以可操作地聯接到控制器40上。
[0028]控制器40還可與飛機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，或者一個或多個不同類型的可攜式電子存儲器，諸如磁碟、DVD、CD-R0M等，或者這些類型的存儲器的任何適當的組合。控制器40可包括一個或多個處理器46，處理器46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到FMS上。
[0029]計算機可搜索的信息資料庫可存儲在存儲器44中，並且可由處理器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可以可操作地聯接到信息資料庫上。例如，這種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單獨的資料庫。
[0030]資料庫可存儲數據，數據可包括與傳感器輸出的基準值有關的歷史數據，以及飛機30的且與飛機機組有關的歷史引氣系統數據。資料庫還可包括基準值，基準值包括歷史值或累計值。
[0031 ] 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，使得資料庫可由控制器40訪問。例如，構想到的是，資料庫可包含在可攜式存儲器裝置上，而且在這種情況下，飛機30可包括用於接收可攜式存儲器裝置的埠，並且這種埠將與控制器40進行電子通信，使得控制器40能夠讀取可攜式存儲器裝置的內容。還構想到的是，資料庫可通過無線通信鏈路42來更新，並且照這樣，資料庫中可包括實時信息，並且控制器40可訪問實時信息。
[0032]另外，構想到的是，這種資料庫可位於飛機30之外，在諸如航空公司運營中心、飛行運營部門控制處的位置處，或另一個位置。控制器40可以可操作地聯接到無線網絡上，可通過無線網絡將資料庫信息提供給控制器40。
[0033]雖然已經示出了商用飛機，但構想到的是，可在包括在地面系統52處的控制器或計算機50中的任何地方實現本發明的實施例的一部分。此外，上面描述的資料庫(一個或多個)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可位於指定的地面系統52處，並且包括指定的地面系統52。備選地，資料庫可位於備選的地面位置處。地面系統52可通過無線通信鏈路54而與其它裝置通信，包括控制器40和位於計算機50遠處的資料庫。地面系統52可為任何類型的通信地面系統52，諸如航空公司控制和飛行運營部門。
[0034]控制器40和計算機50中的一個可包括所有或一部分電腦程式，電腦程式具有用於診斷飛機30中的引氣系統故障的可執行指令集。這種診斷出的故障可包括構件的不恰當運行以及構件失效。如本文所用，用語診斷表示在故障發生之後的確定，並且與預測相反，預測表示提早確定，這使得在故障發生之前了解故障。與診斷一起，控制器30和/或計算機40可檢測故障。不管控制器40或計算機50是否運行用於診斷故障的程序，程序都可包括電腦程式產品，電腦程式產品可包括用於承載機器可執行指令或數據結構或者將它們存儲在其上的機器可讀介質。這種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，這種電腦程式可包括具有執行特定任務或實現特定的抽象數據類型的技術效果的例程、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信息交換的程序代碼的示例，如本文公開的那樣。機器可執行指令可包括例如指令和數據，指令和數據使通用計算機、專用計算機或專用處理機執行某個功能或一組功能。
[0035]將理解的是，飛機30和計算機50僅表示可構造成實現本發明的實施例或實施例的一部分的兩個示例性實施例。在運行期間，飛機30和/或計算機50可診斷引氣系統故障。以非限制性示例的方式，在飛機30運行時，可利用控制機構18來運行引氣系統10。傳感器(包括溫度傳感器24、風機速度傳感器26和壓力傳感器28)可輸出與引氣系統10的各種特性有關的數據。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、風機速度傳感器26、壓力傳感器28、飛機系統38、資料庫(一個或多個)的輸入，以及/或者來自航空公司控制或飛行運營部門的信息，來診斷引氣系統故障，或者檢測航空公司維護人員之前不知道的故障。其中，控制器40和/或計算機50可分析溫度傳感器24，風機速度傳感器26和壓力傳感器28隨著時間的推移所輸出的數據，以確定引氣系統10的運行的漂移、趨勢、階躍或尖峰。控制器40和/或計算機50還可分析引氣系統數據，以確定歷史壓力、歷史溫度、飛機30上的兩個發動機之間的壓差、飛機30上的兩個發動機之間的溫差等，以及基於此來診斷引氣系統10中的故障。一旦診斷出引氣系統故障，就可在飛機30和/或地面系統52上提供指示。構想到的是，可在飛行期間，可在飛行之後，或者可在任何飛行次數之後，進行引氣系統故障的診斷。無線通信鏈路42和無線通信鏈路54兩者都可用來傳輸數據，使得控制器40和/或計算機50可診斷故障。
[0036]根據本發明的實施例，圖3示出方法100，方法100可用來診斷引氣系統10中的故障，這種診斷出的故障可包括診斷出的失效。方法100在102處開始:接收來自至少一個引氣系統10的傳感器的傳感器信號，以限定與引氣系統10的特性有關的傳感器輸出。這可包括按順序和/或同時接收來自飛機30中的一個或多個傳感器的數據，這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接收指示引氣系統10的空氣壓力的壓力傳感器輸出，以及可從風機速度傳感器26接收指示發動機的風機速度的風機速度輸出。此夕卜，接收傳感器信號可包括接收多個傳感器輸出和關於各種閥22的設置的信息。
[0037]構想到的是，傳感器輸出可包括原始數據，可從原始數據得出或者以別的方式提取多種其它信息，以限定傳感器輸出。將理解的是，不管是直接接收傳感器輸出，還是傳感器輸出源自接收到的輸出，該輸出都可認為是傳感器輸出。
[0038]例如，傳感器輸出可隨著時間的推移而累計，以限定累計傳感器數據。隨著時間的推移累計接收傳感器輸出可包括累計在多個飛行階段和/或多次飛行中接收到的傳感器輸出。這種累計的傳感器數據可包括平均值、移動平均值或當前平均值或歷史平均值。還構想到的是，累計接收到的傳感器輸出可包括累計多個值，包括當前平均值和歷史平均值。這種累計的傳感器數據可在維護事件之後復位。以非限制性示例的方式，這種累計的傳感器數據可包括移動歷史壓力平均值、移動近期壓力平均值、移動歷史溫度平均值、移動近期溫度平均值、歷史標準偏差溫度值、近期標準偏差溫度值、在給定個數據點上的最大溫度、在溫度和發動機參數(諸如指示的風機速度等)之間的相關性的度量。
[0039]每次飛行可接收傳感器輸出一次或多次。可在飛機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起飛、降落和最長的巡航部分。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而計算出的平均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、指示特定風機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關於傳感器輸出的歷史基準值，包括例如與飛機的引氣系統有關的歷史數據，或者多個其它飛機的歷史數據。因而，可比較輸出信號與從同一飛機的以前的飛行所獲得的結果和針對整個飛機機組獲得的結果。此外，傳感器輸出的基準值可包括在飛行期間諸如通過接收溫度傳感器24、風機速度傳感器26和壓力傳感器28中的一個的輸出而確定的值。照這樣，將理解的是，可在運行期間限定傳感器輸出的基準值。例如，基準值可為根據飛機的另一個發動機計算出的壓力。備選地，基準值可存儲在上面描述的一個資料庫(一個或多個)中。
[0041]照這樣，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異。以非限制性示例的方式，比較可包括比較近期信號輸出與歷史值。比較可包括確定高於給定閾值的最大溫度的度量。比較可備選地包括確定同一飛機30上的發動機之間的壓差。可每次飛行進行比較，或者可在一系列飛行中針對單獨的發動機處理數據。還構想到的是，比較可局限於在各種指示的風機速度範圍內，因為溫度差異取決於指示的風機速度。比較可進一步測量兩個參數之間的相關性的變化，包括相關性超過給定閾值的情況。
[0042]在106處，可基於104處的比較來診斷引氣系統中的故障。例如，當比較指示傳感器滿足預定閾值時，可診斷引氣系統10中有故障。用語「滿足」閾值在本文中用來表示差異比較滿足預定閾值，諸如等於、小於或大於閾值。將理解的是，這種確定可輕易地改變，以由正/負比較或真/假比較滿足。例如，當使數據在數值上為倒數時，可通過應用「大於」測試來輕易地滿足「小於」閾值。可確定引氣系統10中的任何數量的故障。以非限制性示例的方式，當比較指示相對於歷史數據而不斷上升的預冷器出口溫度趨勢且指示在預冷器出口溫度和風機速度之間的關係變化時，可診斷預冷器控制閥(PCCV)有故障。另外，當同一飛機上的發動機之間存在氣動壓力分離(split)時，可診斷PCCV有故障，當確定有波動壓力時，可診斷壓力調節斷流閥(PRSOV)或引氣調節器有故障，當確定壓力低時，可診斷高壓級(high stage)調節器或高壓級閥有故障，但是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，或者當確定風機速度低時，可診斷高壓級調節器或高壓級閥有故障。當確定壓力低時，可確定引氣調節器或PRSOV有故障，當確定風機速度高且確定壓力高時，可確定高壓級調節器或高壓級閥有故障，當確定發動機處於高功率且確定PRSOV上遊的壓力高時。還可通過確定大量在範圍外的讀數，或者例如通過比較近期平均溫度與歷史平均溫度(其中確定其它讀數是正常的)，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嚴重性的信息。
[0043]另外，診斷故障可基於多個比較。比較或一組比較可指示哪個傳感器、部件或子系統可能有故障。例如在特定的閥指示其頻繁地改變狀態，但所有其它參數都正常時，很可能是確定閥處於哪個狀態的傳感器有故障。另一個示例可為，如果預冷器入口壓力正常，但指示有轉移(transfer)壓力，而且指示了一些指示機翼有洩漏的參數，則在預冷器和空調系統的輸出之間很可能有洩漏。
[0044]在實現中，傳感器輸出的基準值和比較可轉換成算法，以診斷引氣系統10中的故障。這種算法可轉換成電腦程式，包括可由控制器40和/或計算機50執行的一組可執行指令。由機載系統記錄的各種其它參數(諸如海拔、閥設置等)也可由這種電腦程式用來診斷引氣系統10中的故障。備選地，電腦程式可包括模型，模型可用來診斷引氣系統10中的故障。模型可包括使用推理網絡、流程圖或決策樹。診斷可基於與以前的故障相比對系統和數據型式的理解。模型可確保使用所有可用信息，並且可忽略錯誤肯定。例如，模型可使用關於單個壓力尖鋒可與空調系統的維護相關聯的知識。
[0045]在108處，控制器40和/或計算機50可提供對在106處診斷出的引氣系統10的故障的指示。可用任何適當的方式在任何適當的位置處提供該指示，包括在駕駛艙34中和在地面系統52處。例如，可在飛機30的駕駛艙34中的主要飛行顯示器(PFD)上提供指示。如果控制器40運行程序，則可在飛機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，或者可用別的方式將指示轉送給飛機30。備選地，可轉送指示，使得可在諸如航空公司控制或飛行運營部門的另一個位置處提供指示。
[0046]將理解的是，診斷引氣系統故障的方法是靈活的，並且示出的方法僅為了說明目的。例如，描繪的步驟順序僅是為了說明，並且無論如何不意圖限制方法100，因為要理解的是，步驟可按不同的邏輯順序進行，或者可包括額外的步驟或中間步驟，而不損害本發明的實施例。另外，當比較在預定次飛行中超過基準值預定次時，可診斷有故障。另外，故障可基於可在飛機的每個飛行階段計算出的得出的數據，諸如平均值、最小值、最大值、標準偏差、高於或低於閾值的計數、狀態變化、相關性等。另外，可在特定的飛行階段期間，或者在滿足某些條件(諸如高的風機速度)時，確定有故障。例如，某個飛行階段的數據可指示特定診斷，如下面的表I中顯示的那樣。 1.......―夏麗系Γ 礙而# I
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[0047]表1:示例性的確定的診斷
上面描述的實施例的有益效果包括可利用飛機搜集到的數據來診斷引氣系統故障。這會減少維護時間，以及減小引氣系統引起的故障和問題對運行的影響。特別地，診斷問題所需的時間可減少，而且可準確地診斷問題。這允許節約成本，因為減少了維護成本、重新安排的成本，以及最大程度地減小了運行影響，這包括最大程度地減少飛機禁飛時間。
[0048]本書面描述使用示例來公開本發明，包括最佳模式，並且還使本領域任何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，以及實行任何結合的方法。本發明的可取得專利的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示例。如果這樣的其它示例具有不異於權利要求的字面語言的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構要素，則它們意於處在權利要求的範圍之內。
【權利要求】
1.一種診斷飛機中的引氣系統故障的方法，所述飛機具有可操作地聯接到引氣系統上的發動機，所述引氣系統包括至少一個閥、至少一個引氣系統傳感器，所述方法包括: 接收來自所述至少一個所述引氣系統傳感器的傳感器信號，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； 基於比較來診斷所述引氣系統中的故障；以及 提供診斷出的故障的指示。
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，提供指示包括在所述飛機的駕駛艙中的PFD上提供指示。
4.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。
5.根據權利要求4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指示所述發動機的風機速度的風機速度輸出。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，基於多個比較來診斷故障。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述多個比較指示相對於歷史數據而不斷上升的預冷器出口溫度趨勢，以及預冷器出口溫度和風機速度之間的關係的變化。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，診斷預冷器控制閥有故障。
9.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指示所述引氣系統的空氣壓力的壓力傳感器輸出。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述基準值是根據所述飛機的另一個發動機計算出的壓力。
【文檔編號】B64F5/00GK104149988SQ201410201531
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2013年5月13日
【發明者】J.A.霍華德 申請人:通用電氣航空系統有限公司