用于预测速度制动系统故障的方法

用于预测速度制动系统故障的方法
【专利摘要】预测具有速度制动系统的飞行器中速度制动故障的方法（100，200），该速度制动系统包括多个控制表面、用于设置该多个控制表面的位置的手柄和至少一个控制表面位置传感器，该方法（100，200）包括从至少一个位置传感器（102，202）接收位置信号、确定位置信号（106，204）中的变化以及预测速度制动系统（110，206）中的故障。
【专利说明】用于预测速度制动系统故障的方法

【背景技术】
[0001] 现代的飞行器可包括速度制动系统，其可包括每个翼上的控制表面。这些控制表 面的使用可增加阻力来帮助减小对于给定推力的空气速度，这在飞行器着落期间尤其有 益。当前，在系统出现故障后，航空公司或维修人员试图识别原因并且在定期或最可能在不 定期维修期间修理它。


【发明内容】

[0002] 在一个实施例中，本发明涉及预测具有速度制动系统的飞行器中速度制动故障的 方法，该速度制动系统包括多个控制表面、用于设置该多个控制表面的位置的手柄和至少 一个扰流器位置传感器，该方法包括从该至少一个位置传感器接收指示多个控制表面中的 至少一个的位置的位置信号、将该位置信号与参考位置值比较来限定位置比较、从该位置 比较确定指示位置信号从参考位置值的变化的变化参数、将该变化参数与变化参考值比较 来限定变化比较、基于该变化比较来预测速度制动系统中的故障以及提供预测故障的指 /_J、1 〇
[0003] 在另一个实施例中，本发明涉及预测具有速度制动系统的飞行器中速度制动故障 的方法，该速度制动系统包括多个控制表面、用于设置该多个控制表面的位置的手柄和至 少一个扰流器位置传感器，该方法包括从至少一个位置传感器接收位置信号、确定位置信 号相对于参考位置的变化、基于该变化预测速度制动系统中的故障以及提供预测故障的指 /_J、1 〇
[0004] 提供一种预测具有速度制动系统的飞行器中速度制动故障的方法，所述速度制动 系统包括多个控制表面、用于设置所述多个控制表面的位置的手柄和至少一个控制表面位 置传感器，所述方法包括： 从所述至少一个位置传感器接收指示所述多个控制表面中的至少一个的位置的位置 信号； 将所述位置信号与参考位置值比较来限定位置比较； 从所述位置比较确定指示所述位置信号从所述参考位置值的变化的变化参数； 将所述变化参数与变化参考值比较来限定变化比较； 基于所述变化比较来预测所述速度制动系统中的故障；以及 提供预测故障的指示。
[0005] 优选的，接收所述位置信号包括接收多个位置信号，其中每个位置信号对应于所 述多个控制表面中的不同的一个。
[0006] 优选的，所述参考位置值包括所述多个控制表面中的至少一个的预定位置值。
[0007] 优选的，所述参考位置值基于关于所述多个控制表面中的至少一个的位置的历史 信息。
[0008] 优选的，所述方法进一步包括确定手柄位置，所述手柄位置控制所述多个控制表 面的角度。
[0009] 优选的，所述参考位置值包括所述手柄位置。
[0010] 优选的，所述方法进一步包括限定所述飞行器的多个飞行上的变化比较来限定多 个变化比较。
[0011] 优选的，预测所述故障基于所述多个变化比较。
[0012] 优选的，在所述变化参数在预定数量的飞行上超出所述变化参考值预定倍数时预 测所述故障。
[0013] 优选的，提供所述指示包括在所述飞行器的驾驶室中的PFD上提供所述指示。
[0014] 优选的，所述控制表面包括扰流器。
[0015] 提供一种预测具有速度制动系统的飞行器中速度制动故障的方法，所述速度制动 系统包括多个控制表面、用于设置所述多个控制表面的位置的手柄和至少一个控制表面位 置传感器，所述方法包括： 从所述至少一个位置传感器接收位置信号； 确定所述位置信号相对于参考位置的变化； 基于所述变化预测所述速度制动系统中的故障；以及 提供预测故障的指示。
[0016] 优选的，确定所述变化包括将所述位置信号与所述参考位置比较。
[0017] 优选的，所述参考位置是设置位置。
[0018] 优选的，所述设置位置对应于所述多个控制表面中的至少一个的最大角度。
[0019] 优选的，确定所述变化包括从所述位置信号确定所述多个控制表面中的至少一个 移动到所述参考位置的时间。
[0020] 优选的，预测所述故障包括将确定的时间与参考时间比较。
[0021] 优选的，所述参考时间是历史时间值。
[0022] 优选的，确定所述变化包括从所述位置信号确定所述多个控制表面中的至少一个 到达所述参考位置的时间。
[0023] 优选的，在所述变化在预定数量的飞行上超出变化参考值预定倍数时预测所述故 障。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 在图中： 图1是具有示范性速度制动系统的飞行器的示意图； 图2是其中可实现本发明的实施例的图1的飞行器和地面系统的透视图； 图3是示出根据本发明的实施例预测飞行器中速度制动故障的方法的流程图；以及 图4是示出根据本发明的实施例预测飞行器中速度制动故障的另一个方法的流程图。

【具体实施方式】
[0025] 图1示意地描绘飞行器10的一部分，该飞行器10可执行本发明的实施例并且可 包括耦合于机身14的一个或多个推进发动机12、安置在机身14中的驾驶室16和从机身 14向外伸展的翼组装件18。速度制动系统20包括在飞行器10中并且在翼组装件18中的 每个上包括多个控制表面或扰流器22。该多个扰流器22可包括安装在翼组装件18中的 每个上的铰接表面来减小飞行器10的速度并且增加下降角用于着落。术语扰流器意指包 括速度制动系统20中增加飞行器10的轮廓阻力的任何控制表面。尽管已经图示多个扰流 器，将理解速度制动可以是单个专用控制表面。存在许多不同类型的控制表面并且它们的 使用可依靠要使用它们所在的飞行器10的尺寸、速度和复杂性。此外，在一些飞行器上，它 们铰接到机身的侧面或底部或利用其而流线化（faired)。不管它们的位置如何，它们的目 的是相同的。这样的不同速度制动类型与本发明的实施例不密切相关并且在本文将不进一 步描述。此外，尽管已经示出翼组装件18中的每个上的四个扰流器22,可理解在速度制动 系统20中可包括有任何数量的扰流器22。已经图示额外的控制表面23 (其包括后缘襟翼 和前缘板条)，其起到其他目的。
[0026] 速度制动手柄24可包括在驾驶室16中并且可由飞行员操作来设置多个扰流器22 的位置。该速度制动手柄24可提供输入给速度制动驱动器26,其可用于使多个扰流器22 移入由速度制动手柄24设置的位置内。如在该描述中使用的术语速度制动手柄不限于物 理制动手柄，相反它涉及用于设置速度制动的位置的控制装置。在整个航空业的初期，该控 制装置是手柄并且术语速度制动手柄现在对用于设置速度制动位置的控制装置变得通用， 而不管控制装置是实际手柄还是触屏用户界面上的按钮。因此，特定驱动机构可改变并且 为了清楚起见而未被图示。
[0027] 速度制动手柄传感器25或其他适合的机构可用于确定速度制动手柄24的位置； 艮P，速度制动的设置位置。在大部分的飞行器中，速度制动具有预定数量的设置位置，其对 应于不同的飞行阶段。尽管速度制动可以可变地、甚至无限地能调整，典型地，速度制动具 有预定数量的固定位置。
[0028] 此外，一个或多个速度制动或控制表面位置传感器28可包括在速度制动系统20 中并且每个可输出指示多个扰流器22中的至少一个的位置的位置信号。例如，倾斜传感器 可能操作地耦合于多个扰流器22中的每个并且指示多个扰流器22中的每个的角度。
[0029] 现在参考图2,可更容易看到实现飞行器10的正确操作的多个额外的飞行系统29 以及控制器30和具有无线通信链路32的通信系统也可包括在飞行器10中。该控制器30 可能操作地耦合于多个飞行系统29,其包括速度制动系统20。例如，速度制动驱动器26、速 度制动手柄24、速度制动手柄传感器25和一个或多个速度制动位置传感器28可能操作地 耦合于控制器30。此外，位置信号可存储在飞行器10上的存储装置中并且被控制器30访 问。
[0030] 控制器30还可与飞行器10的其他控制器连接。控制器30可包括存储器34,该存 储器34可包括随机存取存储器（RAM)、只读存储器（ROM)、闪速存储器或一个或多个不同类 型的便携式电子存储器，例如盘、DVD、CD-ROM等，或这些类型的存储器的任何适合的组合。 控制器30可包括一个或多个处理器36,其可运行任何适合的程序。控制器30可以是FMS 的一部分或可能操作地耦合于FMS。
[0031] 信息的计算机可搜索数据库可存储在存储器34中并且能被处理器36访问。处理 器36可运行可执行指令集来显示数据库或访问数据库。备选地，控制器30可能操作地耦 合于信息的数据库。例如，这样的数据库可存储在备选计算机或控制器上。将理解数据库 可以是任何适合的数据库，其包括具有多个数据集的单个数据库、链接在一起的多个离散 数据库或甚至简单的数据表。预想数据库可包含多个数据库或数据库实际上可以是多个独 立数据库。
[0032] 数据库可存储数据，其可包括与飞行器10的多个扰流器22有关的历史数据以及 与飞行器机队有关的历史速度制动数据。数据库还可包括参考值，其包括在速度制动手柄 24处于多种位置时对于多个扰流器22的角度的预定参考位置值和变化参考值。
[0033] 备选地，预想数据库可与控制器30分离但可与控制器30通信使得它可被控制器 30访问。例如，预想数据库可包含在便携式存储器装置上并且在这样的情况下，飞行器10 可包括用于接收该便携式存储器装置的端口并且这样的端口将与控制器30电子通信使得 控制器30可能够读取便携式存储器装置的内容。还预想数据库可通过无线通信链路32而 更新并且例如关于历史机队范围的数据的信息等实时信息采用该方式而包括在数据库中 并且可被控制器30访问。
[0034] 此外，预想这样的数据库可在例如航空公司运营中心、飞行运营部门控制等位置 或另一个位置处定位在飞行器10外。控制器30可能操作地耦合于无线网络，数据库信息 可通过该无线网络而提供给控制器30。
[0035] 尽管已经图示商用飞行器，预想本发明的实施例的部分可在任何地方实现，其包 括在地面系统42处的控制器或计算机40中。此外，如上文描述的一个或多个数据库还可 定位在目的地服务器或计算机40中，其可定位在指定的地面系统42处并且包括指定的地 面系统42。备选地，数据库可定位在备选地面位置处。地面系统42可经由无线通信链路 44而与其他装置通信，其包括控制器30和远离计算机40定位的数据库。地面系统42可以 是任何类型的通信地面系统42,例如航空公司控制或飞行运营部门。
[0036] 控制器30和计算机40中的一个可包括计算机程序中的全部或一部分，其具有预 测飞行器10中速度制动故障的可执行指令集。这样的预测故障可包括部件的不正确操作 以及部件的失效。如本文使用的术语"预测"指在故障出现之前使得故障已知并且与检测 或诊断(其将是在故障已出现后的确定）形成对照的前瞻性确定。不管控制器30或计算机 40是否运行用于预测故障的程序，程序可包括计算机程序产品，其可包括用于携带或具有 存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这样的机器可读介质可以是任 何可用介质，其可以被通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问。一般，这样的计算 机程序可包括例程、程序、对象、部件、数据结构、算法等，其具有执行特定任务或实现特定 抽象数据类型的效果。机器可执行指令、关联的数据结构和程序代表用于执行如本文公开 的信息交换的程序代码的示例。机器可执行指令可包括，例如指令和数据，其促使通用计算 机、专用计算机或专用处理机执行某一功能或功能组。
[0037] 将理解飞行器10和计算机40仅代表可配置成实现本发明的实施例或实施例的部 分的两个示范性实施例。在操作期间，飞行器10和/或计算机40可预测速度制动故障。通 过非限制性示例，在飞行器10正在操作时，速度制动手柄24可用于设置多个扰流器22的 位置。速度制动手柄传感器25可输出指示速度制动手柄24的位置的信号并且速度制动位 置传感器28可输出指示多个扰流器22的位置的位置信号。在速度制动手柄24设置多个 扰流器22的位置时，因为不可能不同地设置扰流器22,多个扰流器22中的每个应表现得一 样。
[0038] 控制器30和/或计算机40可利用来自速度制动手柄传感器25、速度制动位置传 感器28、一个或多个数据库的输入和/或来自航空公司控制或飞行运营部门的信息来预测 速度制动故障。除其他事物外，控制器30和/或计算机40可分析由速度制动位置传感器 28随时间输出的数据来确定速度制动系统20的操作中的意向或趋势。数据中这样的意向 和趋势在日常比较时太细微而不能做出这样的故障预测。控制器30和/或计算机40还可 分析速度制动数据来确定扰流器22的移动之间的差异以及速度制动手柄24已经设置位置 所在的地点与多个扰流器22的实际位置之间的差别来预测速度制动系统20中的故障。控 制器30和/或计算机40还可确定多个扰流器22中的每个到达特定位置所花的时间并且 基于其来确定时间差异。从而，将理解控制器30和/或计算机40可做出任何数量的比较 来确定与各种阈值的差异来预测速度制动系统20中的故障。一旦已经预测速度制动故障， 可在飞行器10上和/或在地面系统42处提供指示。预想速度制动故障的预测可在飞行期 间进行，可在飞行后进行，可在一天结束时在任何数量的飞行结束后进行，或可在任何数量 的飞行结束后进行。无线通信链路32和无线通信链路44都可用于传送数据使得故障可由 控制器30和/或计算机40预测。
[0039] 根据本发明的实施例，图3图示方法100,其可用于预测速度制动故障(其可以包 括失效)。该方法100在102处通过从速度制动位置传感器28的一个中的至少一个接收位 置信号而开始，该位置信号指示多个扰流器22中的至少一个的位置。备选地，这可包括从 速度制动位置传感器28接收多个位置信号，其中每个位置信号对应于多个扰流器22中不 同的一个。
[0040] 在104处，位置信号可与参考位置值比较来限定位置比较。该参考位置值可包括 与速度制动系统20有关的任何数量的参考值。例如，参考位置值可包括与多个扰流器22 中的任一个的位置有关的值、关于多个扰流器22中的至少一个的位置的历史信息和关于 多个扰流器中的至少一个的位置的理论信息。例如，理论信息可包括对于多个扰流器22中 的一个的设置位置或预定位置。此外，参考位置值可包括速度制动手柄位置。在这样的情 形中，方法可包括例如通过从速度制动手柄传感器25接收输出来限定参考位置值而确定 速度制动手柄24的位置。备选地，参考位置值可存储在如上文描述的一个或多个数据库中 的一个中。
[0041] 采用该方式，从速度制动位置传感器28接收的位置信号可与参考值比较来限定 位置比较。例如，该位置比较可包括将多个位置信号中的至少两个与被视为参考位置值的 多个位置信号中的一个比较。可做出任何数量的比较并且变化参数可从位置比较确定，如 在106处指示的。该变化参数指示位置信号从参考位置值的变化。采用该方式，可对于扰 流器22的位置与速度制动手柄位置之间的比较确定变化参数，可对于扰流器22的位置与 预定位置值或扰流器角度之间的比较确定变化参数，可对于扰流器的位置与历史扰流器角 度值之间的比较确定变化参数，等。
[0042] 在108处，变化参数(如在106处确定的）可与变化参考值比较来限定变化比较。 该变化参考值可包括用于比较的至少一个阈值。这样的变化参考值可以是任何适合的值。 例如，用于位置比较的变化参考值可基于对于正被比较的各种部件的公差(其包括对于被 使用的传感器的公差）而限定。例如，如果位置比较包括将多个扰流器22中的一个的位置 信号与参考值比较，则变化参考值可由对于扰流器22和/或速度制动位置传感器28的公 差限定。备选地，如果控制器30和/或计算机40正跟踪每个设置速度制动位置相对于感 测的速度制动位置随时间的变化，则变化参考值可与随时间的变化中的可接受改变有关。
[0043] 在110处，速度制动系统20中的故障可基于变化比较来预测。例如，速度制动系 统20中的故障可在已经确定变化比较满足预定阈值时预测。采用该方式，控制器30和/ 或计算机40可确定变化比较是否可接受。术语"满足"阈值在本文用于意指变化比较满足 预定阈值，例如等于、小于或大于阈值。将理解可容易更改这样的确定来被正/负比较或真 /假比较所满足。例如，小于阈值可通过在数据在数值上反转时应用大于测试而容易满足。
[0044] 在112处，控制器30和/或计算机40可提供在110处预测的速度制动系统20中 的故障的指示。该指示可采用任何适合的方式在任何适合的位置中提供，其包括在飞行器 10中和在地面系统42处。通过非限制性示例，指示可在飞行器10的驾驶室16中的主飞行 显示器（PFD)上提供。
[0045] 在实现中，参考值和比较可转换成算法来预测速度制动系统20中的故障。这样的 算法可转换成计算机程序，其包括可执行指令集，该可执行指令集可被控制器30和/或计 算机40执行。计算机程序还可考虑例如对于来自飞行员和/或自动驾驶仪的命令操作的 二进制标志以及由机载系统记录的预测速度制动系统20中的故障的标准参数(例如高度 和空速/地面速度)等各种信息。这样的计算机程序可确定故障，其包括超出范围传感器读 数、速度制动手柄故障、速度制动/扰流器位置故障，等。指示然后可关于故障何时可能出 现的时间接近度以及故障类型的严重程度而给出。如果控制器30运行程序，则适合的指示 可在飞行器10上提供和/或可上传到地面系统42。备选地，如果计算机40运行程序，则指 示可上传或用别的方式中继到飞行器10。备选地，指示可被中继使得它可在例如航空公司 控制或飞行运营部门等另一个位置处提供。
[0046] 将理解预测速度制动故障的方法是灵活的并且图示的方法仅仅是为了说明目的。 例如，描绘的步骤的序列仅是为了说明目的，并且不意在采用任何方式限制方法100,因为 理解步骤可按不同的逻辑顺序行进或可包括额外或介入步骤而不有损于本发明的实施例。 通过非限制性示例，变化比较可在飞行器10的多个飞行上限定来限定多个变化比较。故障 的预测可基于多个变化比较。更具体地，故障可在变化参数在预定数量的飞行上超出变化 参考值预定倍数时预测。此外，方法可包括确定在对于每个扰流器22的限定范围外的位置 信号的数量并且这样的信息可与对于该特定飞行器和/或与机队有关的历史数据比较。
[0047] 根据本发明的备选实施例，图4图示方法200,其可用于预测速度制动故障，该速 度制动故障可以包括失效。方法200与方法100相似并且包括与方法100相同的特征中的 许多。因此，将理解类似部分的描述适用于方法200除非另外指出。方法200在202处通过 从速度制动位置传感器208的一个中的至少一个接收位置信号而开始。在204处，可确定位 置信号相对于参考位置的变化。参考位置值可包括与速度制动系统20有关的任何数量的 参考值。通过非限制性示例，确定变化可包括将位置信号与参考位置比较。参考位置可以是 设置位置，例如对应于多个扰流器22中的至少一个的最大角度的位置。在这样的情形中， 确定变化可包括从位置信号确定多个扰流器22中的至少一个移到设置位置的时间。备选 地，确定变化可包括从位置信号确定多个控制表面中的至少一个到达参考位置的时间。采 用该方式，可确定多种变化，其包括在速度制动手柄24移动后多个扰流器22中的一个到达 它的最大角度所花的时间与对于该特定飞行器和/或与机队有关的历史时间相比的变化、 在着落后部署多个扰流器22中的一个所花的时间与对于该特定飞行器和/或与机队有关 的历史时间相比的变化，等。
[0048] 在206处，速度制动系统20中的故障可基于变化来预测。关于上文描述的时间变 化，预测故障可包括将确定的时间与参考时间比较。例如，该参考时间可以是历史时间值。 在实现中，参考值和比较可以是计算机程序，其包括可执行指令集，该可执行指令集可由控 制器30和/或计算机40执行。在208处，控制器30和/或计算机40可提供飞行器10中 和地面系统42处的故障的指示。
[0049] 将理解预测速度制动故障的方法200是灵活的并且图示的方法仅仅是为了说明 目的。例如，故障可在变化在预定数量的飞行上超出变化参考值预定倍数时预测。此外，方 法可包括确定在限定范围外的比较的数量并且这样的信息可与对于该特定飞行器和/或 与机队有关的历史数据比较来预测速度制动系统20的故障。
[0050] 任何数量的故障可通过上文的本发明的实施例来预测。例如，可在确定的变化对 于给定速度制动输入位置指示一个扰流器与它的历史角度不同时预测故障。例如，扰流器 位置传感器的故障或致动器的故障可在确定扰流器22在部署时的角度与它的历史角度不 同但多个扰流器中的其他确定为在正确位置处时预测。此外，对于扰流器22的互锁(例如 对于扰流器22的互锁电缆)的故障可在变化指示翼上的多个扰流器中的全部的位置与历史 信息不同时预测。当变化指示多个扰流器中的全部未被部署并且确定手柄位置对应于多个 扰流器的部署位置时预测速度制动控制单元的故障。
[0051] 上文描述的实施例的有益效果包括由飞行器在飞行期间收集的数据可用于预测 速度制动故障。当前，故障出现的记录可需要将故障手动输入数据库，这是昂贵的并且可能 未获得所有相关信息。此外，当前没有预测速度制动的故障的方式。上文描述的实施例可 导致许多益处，其包括改进的飞行性能，这可以对运营成本和安全性产生积极影响。上文的 实施例允许关于速度制动系统故障做出准确的预测。这通过减少维修成本、重新调度成本 并且使运营影响最小化(其包括使飞行器停飞的时间最小化）而允许有成本节省。
[0052] 该书面描述使用示例以公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内任何技 术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发 明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想起的其他示例。这样的其 他示例如果它们具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利 要求的文字语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。
【权利要求】
1. 一种预测具有速度制动系统的飞行器中速度制动故障的方法，所述速度制动系统 包括多个控制表面、用于设置所述多个控制表面的位置的手柄和至少一个控制表面位置传 感器，所述方法包括： 从所述至少一个位置传感器接收指示所述多个控制表面中的至少一个的位置的位置 信号； 将所述位置信号与参考位置值比较来限定位置比较； 从所述位置比较确定指示所述位置信号从所述参考位置值的变化的变化参数； 将所述变化参数与变化参考值比较来限定变化比较； 基于所述变化比较来预测所述速度制动系统中的故障；以及 提供预测故障的指示。
2. 如权利要求1所述的方法，其中接收所述位置信号包括接收多个位置信号，其中每 个位置信号对应于所述多个控制表面中的不同的一个。
3. 如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述参考位置值包括所述多个控制表 面中的至少一个的预定位置值。
4. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述参考位置值基于关于所述多个控 制表面中的至少一个的位置的历史信息。
5. 如前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括确定手柄位置，所述手柄位置控 制所述多个控制表面的角度。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述参考位置值包括所述手柄位置。
7. 如前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括限定所述飞行器的多个飞行上 的变化比较来限定多个变化比较。
8. 如权利要求7所述的方法，其中预测所述故障基于所述多个变化比较。
9. 如权利要求8所述的方法，其中在所述变化参数在预定数量的飞行上超出所述变 化参考值预定倍数时预测所述故障。
10. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供所述指示包括在所述飞行器的驾 驶室中的PFD上提供所述指示。
【文档编号】B64F5/00GK104108472SQ201410152541
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2013年4月16日
【发明者】C.J.卡特, J.A.霍华德 申请人:通用电气航空系统有限公司