用于诊断飞行器的空气调节组件中的故障的方法与流程

当代飞行器包括空气调节系统，该空气调节系统从飞行器的发动机获取热空气，以用于在飞行器内使用。当前，航线和维护人员直到等到系统发生故障或问题，然后才在定期或更可能地在非定期维护期间尝试确定原因且修理其。故障发生还基于飞行员判断力来人工地记录。

技术实现要素：

在一个实施例中，本发明涉及诊断飞行器的空气调节组件(air-conditioning pack)中的故障的方法，其中空气调节组件包括一个或更多个传感器，该方法包括：传输来自在飞行前、飞行后或最长巡航(longest cruise)期间可操作地联接至空气调节组件的传感器中的至少一个的数据、将传输的数据与预定阈值相比较、基于该比较诊断空气调节组件中的故障、以及提供诊断的故障的指示。

附图说明

在附图中：

图1是其中可实施本发明的实施例的示范飞行器和示范地面系统的透视图；

图2是示范空气调节系统的一部分的示意视图；

图3是示范空气调节系统的一部分的示意视图；以及

图4是示出根据本发明的实施例的诊断空气调节组件中的故障的方法的流程图。

具体实施方式

图1例示了飞行器8，飞行器8可包括空气调节系统10，且可执行本发明的实施例，出于清晰性目的仅例示了空气调节系统10的一部分。如所示的，飞行器8可包括联接至机身14的多个发动机12、定位在机身14中的座舱16、和从机身14朝外延伸的机翼组合件18。尽管已例示商用飞行器，但预期的是，本发明的实施例可用在飞行器的任何类型中，例如而不限于固定机翼、旋转机翼、火箭、私人飞行器和军用飞行器。此外，尽管已例示两个发动机12在各机翼组合件18上，但将理解的是，可包括任意数量的发动机12(包括单个发动机12)。

空气调节系统10可形成飞行器8的环境控制系统的一部分，且可包括各种子系统。例如，其中，放出空气系统20、一个或更多个空气调节组件22、和空气分配或机舱温度控制系统24(图3)可被包括在空气调节系统10中。放出空气系统20可连接至发动机12中的每一个，且空气可通过从燃烧器上游的各个发动机12的压缩机级放出而供应至空气调节系统10。各种放出端口可连接至发动机12的各种部分，以将高度压缩的空气提供至放出空气系统20。该放出空气的温度和压力取决于发动机12的压缩机级和RPM而大大地改变。将在下面相对于图2和3更详细地描述空气调节组件22和机舱温度控制系统24。

能够适当地操作飞行器8的多个附加飞行器系统30还可被包括在飞行器8中。与空气调节系统10、其子系统和附加飞行器系统30相关的多个传感器32也可被包括在飞行器8中。将要理解的是，可包括任意数量的传感器32，且可包括任何合适类型的传感器32。传感器32可传输各种输出信号和信息。

控制器34和具有无线通信链接35的通信系统还可被包括在飞行器8中。控制器34可操作地联接至空气调节系统10、多个飞行器系统30以及传感器32。控制器34还可与飞行器8的其他控制器连接。控制器34可包括存储器36，存储器36可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存存储器或便携式电子存储器的一个或更多个不同类型(诸如，磁盘、DVD、CD-ROM等)、或存储器的这些类型的任何合适的组合。控制器34可包括一个或更多个处理器38，其可运行任何合适的程序。控制器34可以是FMS的一部分或可操作地联接至FMS。

计算机可检索的信息数据库可储存在存储器36且可由处理器38访问。处理器38可运行一组可执行的指令，以显示数据库或访问数据库。备选地，控制器34可操作地联接至信息数据库。例如，此种数据库可被储存在备用计算机或控制器上。将要理解的是，数据库可为任何合适的数据库，包括具有多组数据的单个数据库、链接在一起的多个离散数据库、或甚至简单的数据表格。预期的是，数据库可合并多个数据库、或数据库可实际上是多个分离的数据库。数据库可储存数据，该数据可包括用于飞行器8和与飞行器的飞行器群有关的历史空气调节系统数据。该数据库还可包括参考值和与确定此种参考值有关的数据，该参考值包括阈值、历史值或合计值。

备选地，预期的是，该数据库可与控制器34分离，但是可与控制器34通信，使得它可由控制器34访问。例如，预期的是，该数据库可被包含在便携式存储器装置上，且在此情形中，飞行器8可包括用于接收便携式存储器装置的端口，且此种端口将与控制器34电子通信，使得控制器34可能够读取该便携式存储器装置的内容。还预期的是，可通过无线通信链接35更新该数据库，且以此方式，实时信息可被包括在数据库中，且可由控制器34访问。

此外，预期的是，此种数据库可被放置在远离飞行器8的场所处，诸如航线操作中心、飞行操作部门控制、或另一个场所。控制器34可操作地联接至无线网络，通过该无线网络可将数据库信息提供至控制器34。

尽管已例示了商用飞行器，但预期的是，还可在任何地方实现本发明的实施例的部分，包括在地面系统62处的计算机或控制器60中。此外，如上所描述的(多个)数据库还可被放置在目标服务器或控制器60中，其可被放置在指定的地面系统62处，且可包括指定的地面系统62。备选地，该数据库可被放置在备用的地面场所处。地面系统62可经由无线通信链接64与包括控制器34和被放置远离控制器60的数据库的其他装置通信。地面系统62可为通信地面系统62的任何类型，诸如航线控制或飞行操作部门。

图2例示也称作空气调节组件22的冷空气单元的示范示意视图，空气调节组件22具有主热交换器70、初级热交换器72、压缩机73、流量控制阀74、涡轮75、防冰阀76、冲压空气进口襟翼促动器(ram air inlet flap actuator)77、和控制器78，其可被放置飞行器8的座舱16内，且可操作地联接至控制器34。将要理解的是，还可包括附加构件，且上面的仅是示例。此外，已例示多个传感器32被包括在空气调节组件22内。传感器32可输出各种数据，包括与空气调节组件22的温度、空气调节组件22的压力、或阀位置有关的数据。例如，传感器32中的一些可输出各种参数，该各种参数包括用于指示阀设置和/或位置的二进制标记，该阀设置和/或位置包括例如阀的状态(例如，完全地打开、打开、过渡、关闭、完全地关闭)。

将要理解的是，任何合适的构件可被包括在空气调节组件22中，使得它可作用为冷却装置。通过流量控制阀74来调整流动至空气调节组件22的放出空气的量。放出空气进入初级热交换器72，在该处，通过冲压空气、膨胀或二者的组合来冷却该放出空气。然后冷空气进入压缩机73，在该处冷空气被再加压，这再加热空气。穿过主热交换器70的途径冷却空气，同时维持高压。然后空气行进穿过涡轮75，其使空气膨胀以进一步降低热量。

图3例示机舱温度控制系统24的示范图表，机舱温度控制系统24具有混合器单元80、再循环风扇82、歧管84和喷嘴86、以及控制机构90，喷嘴86将空气分配到飞行器8的机舱89内的区域88中。如所例示的，来自空气调节组件22的排出空气可在混合器单元80中与来自再循环风扇82的过滤的空气混合，且被供给到歧管84中。来自歧管84的空气可被引导穿过导管至飞行器8的各种区域88中的头上的分配喷嘴86。控制机构90可控制各区域88中的温度以及机舱温度控制系统24的各种其他方面。将要理解的是，控制机构可操作地联接至控制器34。多个传感器32可被包括，且可输出与机舱温度控制系统24的各种方面有关的信号，包括区域88内的空气温度、机舱温度控制系统24内的压力、包括导管温度的机舱温度控制系统24的实体部分的温度等。

将要理解的是，控制器34和控制器60仅代表两个示范实施例，其可构造成实施本发明的实施例或实施例的部分。在操作期间，控制器34和/或控制器69可诊断空气调节系统10或其子系统的故障。作为非限制性示例，一个或更多个传感器32可传输与空气调节系统10的各种特性相关的数据。控制器34和/或控制器60可利用来自控制机构、传感器32、飞行器系统30、(多个)数据库的输入，和/或来自航线控制或飞行操作部门的信息，以诊断空气调节系统10或其子系统的故障。其中，控制器34和/或控制器60可在一定时间内分析数据，以确定空气调节系统10的操作中的偏移(drift)、趋势、阶跃(step)、或峰值。控制器34和/或控制器60还可分析传感器数据，且基于其来诊断空气调节系统10中的故障。一旦诊断出空气调节系统10或其子系统的故障，则可将指标提供在飞行器8和/或地面系统62上。预期的是，空气调节系统10或其子系统的故障的诊断可在飞行期间完成、可在飞行之后完成、或可在多次飞行以后完成。可利用无线通信链接35和无线通信链接64二者来传输数据，使得可通过控制器34和/或控制器60来诊断故障。

控制器34和控制器60中的一个可包括计算机程序中的所有或一部分，该计算机程序具有用于诊断飞行器8中的空气调节系统故障的可执行指令组。此种诊断的故障可包括构件的不适当操作以及构件的失效。如在本文中所使用的，用语诊断意指故障已发生以后的确定，且与预测形成对比，该预测意指前瞻性确定，其在当故障发生时之前使该故障被获知。与诊断一起，控制器34和/或控制器60可探测故障。不管控制器34和/或控制器60是否运行用于诊断故障的程序，该程序可包括计算机程序产品，该产品可包括用于携带或具有机器可执行指令或储存在其上的数据结构的机器可读介质。

将要理解的是，可实施本发明的实施例的环境的细节被阐明，以便提供在本文中所描述的技术的彻底的理解。然而，将对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践示范实施例。参考附图描述该示范实施例。这些附图例示实施在本文中描述的模块或方法、或计算机程序产品的具体实施例的某些细节。然而，该附图不应当认为加以可在附图中存在的任何限制。可将该方法和计算机程序产品提供在用于完成其操作的任意机器可读介质上。可使用现存计算机处理器、或通过用于此或另一目的而合并的专用计算机处理器、或通过硬连线系统来实施该实施例。此外，可利用多个计算机或处理器，其包括：控制器34和/或控制器60可由多个控制器形成。将要理解的是，诊断故障的控制器可为任何合适的控制器，其包括：控制器可包括与彼此通信的多个控制器。

如在上面所提及的，在本文中所描述的实施例可包括计算机程序产品，其包括用于携带或具有机器可执行指令或储存在其上的数据结构的机器可读介质。此种机器可读介质可为任何可用的介质，其可通过通用或专用计算机或具有处理器的其他机器来访问。作为示例，此种机器可读介质可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘储存件、磁盘储存件或其他磁性储存装置，或可用于以机器可执行指令或数据结构的形式携带或储存期望程序代码，且可通过通用或专用计算机或具有处理器的其他机器来访问的任何其他介质。当通过网络或另一通信连接(硬连线、无线、或是硬连线或无线的组合)将信息传递或提供至机器时，该机器将该连接适当地看作机器可读介质。因此，将任何此种连接合适地称为机器可读介质。上面的组合也可被包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括，例如，促使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某个功能或功能组的指令和数据。

将在以下方法步骤的大概背景下描述实施例，该方法步骤可在一个实施例中通过包括机器可执行指令(诸如程序代码，例如，处于由网络环境中的机器执行的程序模块的形式)的程序产品来实施。大体而言，程序模块包括例程、程序、对象、构件、数据结构等，它们具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果。机器可执行指令、有关的数据结构和程序模块代表用于执行在本文中所公开的方法的步骤的程序代码的示例。此种可执行指令或有关的数据结构的特定次序代表用于实施在此种步骤中描述的功能的对应的行动的示例。

可在网络环境中使用至具有处理器的一个或更多个远程计算机的逻辑连接来实践实施例。逻辑连接可包括局域网络(LAN)和广域网络(WAN)，其作为示例且非限制在此提出。此种网络环境在办公范围或企业范围计算机网络、内联网和因特网中是普遍的，且可使用多种不同的通信协议。本领域技术人员将认识到的是，此种网络计算环境通常将包括多个类型的计算机系统构造，包括个人计算机、手持式装置、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子产品、网络PC、迷你计算机、大型计算机等。

还可在分布式计算环境中实践实施例，在该环境中通过经由通信网络(通过硬连线链接、无线链接、或通过硬连线或无线链接的组合)链接的本地或远程处理装置来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可放置在本地和远程存储器储存装置二者中。

按照本发明实施例，图4例示方法100，其可用于诊断空气调节系统10的空气调节组件22中的故障；此种诊断的故障可包括诊断的失效或故障的水平上升至系统故障的地方。方法100在102处通过将与空气调节组件22相关的数据从一个或更多个传感器32传输开始。更具体而言，可将数据从一个或更多个传感器32传输，一个或更多个传感器32输出与空气调节组件22的构件和它们关联的控制器78的温度、压力或流动速率、阀位置、促动器位置等相关的数据。这可包括按序和/或同时地传输来自传感器32中的一个或更多个的数据。可由任何合适的装置接收传输的数据，该任何合适的装置包括数据库或控制器34和/或控制器60。

传输的数据可与飞行的飞行前、飞行后、或最长巡航节段相关。更具体而言，传输的数据可为来自飞行前、飞行后或最长巡航的(多个)传感器输出。还构想的是，传输的数据可来自飞行前、飞行后、和/或最长巡航的任意组合，包括数据可与飞行前、飞行后和最长巡航相关地传输。本文中使用的用语飞行前指示为了飞行而升起轮子之前的任意时间，其包括飞行器8的滑行，且更具体而言可包括从当已起动一个或更多个发动机和舱门被关闭时直到起飞滑跑(takeoff roll)开始的时间。本文中使用的用语飞行后指示飞行器着陆之后的时间，包括飞行器8的滑行，且更具体而言可包括在制动已完成之后且在主发动机关闭或设定停留制动之前的时间。预期的是，可传输由飞机上的系统记录的附加标准参数(诸如高度和空中或地面速度)，使得控制器34和/或控制器60可确定飞行器8何时处于飞行前、飞行后和/或最长巡航中。尽管传输的数据可与飞行前、飞行后和/或最长巡航相关，但还预期的是，可在飞行器8飞行任意数量的不同阶段期间或在飞行器8已完成飞行之后传输数据。例如，传感器输出可每次飞行传输一次、每次飞行传输多次、或在飞行之后传输。

102处数据的传输可限定与空气调节组件22的一个或更多个特征相关的(多个)传感器输出。预期的是，(多个)传感器输出可包括原始数据，各种其他信息可来源自原始数据或以其他方式从原始数据提取以限定传感器输出。将要理解的是，与传感器输出是直接接收的还是从所接收的输出导出的无关，该输出都仍可认为是传感器输出。例如，传感器输出可随时间合计，以限定合计的传感器数据。随时间合计所传输的传感器输出可包括在飞行的多个阶段内并且/或者在多个飞行内合计所传输的传感器输出。此种合计的传感器数据可包括中间值、最大值、最小值等。此种合计的传感器数据可在维护事件以后重置。将理解的是，包括任何传感器输出的传输的数据可包括时序数据(例如，1Hz)、合计、计算值等。

在104处，传输的数据或传感器输出可与传输的数据的预定阈值相比较。预定阈值可为与传输的数据相关的任何合适的预定阈值，包括该预定阈值可为温度值、压力值、可接受的阀或促动器位置范围等。传输的数据的预定阈值还可包括传感器输出的历史预定阈值，其包括例如与飞行器的空气调节系统相关的历史数据或多个其他飞行器的历史数据。因此，可将输出信号与从用于相同飞行器的以前的飞行获得的结果比较，且相对于整个飞行器机队(fleet)比较。此外，传感器输出的预定阈值可包括已在操作期间确定的值。备选地，预定阈值可被储存在如上面所描述的(多个)数据库中的一个中。

以此方式，传感器输出可与传感器输出的预定阈值比较。可进行任何合适的比较。例如，比较可包括确定传感器输出和预定阈值之间的差。作为非限制性示例，该比较可包括将新近的信号输出与历史值相比较。可在每个飞行基础上进行比较，或可在一系列的飞行之后处理数据。比较还可估量两个参数之间的相关数的改变，包括该相关数超过给出的阈值的情形。例如，在传输的数据可指示在飞行前和/或巡航期间的空气调节组件22的温度、压力、阀和促动器位置的实例中，比较可包括将温度、压力和位置与对应的预定阈值相比较。在推算传输的数据的中间值的情形中，在104处的比较可包括将该中间值与预定阈值相比较。此外，当可确定传输数据的最小和最大数时，在104处的比较可包括将最小和/或最大数与预定阈值相比较。还预期的是，可在104处进行多个比较。例如，传感器数据的一个类型可被多次传输，且比较可将该数据与预定阈值(诸如控制极限)相比较。

在106处，可基于在104处的比较诊断空气调节系统10的空气调节组件22中的故障。例如，当该比较指示传感器满足预定阈值时，可诊断空气调节组件22中的故障。本文中使用的用语“满足”阈值意味着变量比较满足预定阈值，诸如等于、小于或大于阈值。将要理解的是，此种确定可通过正向/负向比较或正确/错误比较来容易地变更为被满足。例如，当数据在数字上颠倒时，可通过应用比测试更大的值来容易地满足小于阈值。

只要获得相关数据、进行适当的比较等，就可诊断空气调节系统10中的任意数量的故障。作为非限制性示例，可诊断空气调节组件22的冲压空气进口襟翼促动器77的故障。更具体而言，当在104处的比较指示空气调节组件22的冲压空气进口襟翼的位置在巡航期间不满足预定阈值时，可诊断冲压空气进口襟翼促动器77的故障。该比较可指示冲压空气进口襟翼位置在巡航期间保持比正常更加开放。这可在比较中观察作为巡航期间的极限中间值，诸如大于40度的预定阈值的值。备选地，可基于多个比较诊断故障。更具体而言，可确定冲压空气进口襟翼位置在正常位置上方处，但是由于提供的附加冷却，比较可指示压缩机出口温度比正常更低和/或组件出口温度是不稳定的。可通过标准偏差特征来标记不稳定的行为。此外，可确定旁通阀位置在其打开以尝试维持组件出口温度时是更高的。这些附加的比较提供如下诊断：冲压空气进口襟翼促动器77处于故障中，且其不仅仅只尝试补偿另一故障。还可通过确定超出读数范围的大数或例如经由新近中间温度和历史中间温度(其中，已确定其他读数是正常的)的比较来确定传感器故障。将要理解的是，可基于任意数量的比较诊断任意数量的故障。这些比较还可用于提供与故障的严重性相关的信息。

将要理解的是，传输的数据可与空气调节组件22的多个传感器读数相关，且可基于一个比较或多个比较来诊断故障。比较或比较的组合可指示哪个传感器、部件或子系统可能处于故障中。例如，当比较指示水提取器温度高于预定阈值且压缩机出口温度高于预定阈值时，可诊断空气调节组件22的初级热交换器72的故障。此外，当比较指示在飞行的巡航时段期间压缩机出口温度高于预定阈值且水提取器温度满足预定阈值时，可诊断空气调节组件22的冷凝器的故障。

在实施方式中，传感器数据的预定阈值和比较可转变为算法，以诊断空气调节组件22中的故障。此种算法可转变成包括一组可执行指令的计算机程序，其可由控制器34和/或控制器60执行。备选地，计算机程序可包括模型，该模型可用于诊断空气调节系统10中的故障。模型可包括使用推理网络(reasoning network)、流程图、或决策树。诊断可基于对系统和与以前故障比较的数据中的模式的理解。该模型可确保使用所有可用的信息，且可减少误报(false positive)。例如，模型可使用以下知识：压力中的异常峰值可与空气调节系统上的维护有关。

在108处，控制器34和/或控制器60可提供在106处诊断的空气调节系统10的空气调节组件22中的故障的指示。可以以任何合适的方式在包括在座舱16中和地面系统62处的任何合适的场所处提供指示。例如，指示可被提供在飞行器8的座舱16中的主飞行显示器(PFD)上。如果控制器34运行程序，则然后指示可被提供在飞行器8上和/或可被上载至地面系统62。备选地，如果控制器60运行程序，则然后指示可被上载或以其他方式转播至飞行器8。备选地，指示可被转播，使得其可被提供在另一场所处，诸如航线控制或飞行操作部门。

将要理解的是，诊断空气调节组件22中的故障的方法是灵活的，且例示的方法仅出于例示性目的。例如，所描绘的步骤次序仅用于例示性目的，且其不意图以任何方式限制方法100，因为应理解的是，步骤可以以不同的逻辑顺序进行，或可包括附加或介入的步骤，而不偏离本发明的实施例。例如，可通过控制器34和/或控制器60由从飞行器8的另一空气调节组件22传输的流动速率数据来确定预定阈值。作为非限制性示例，在此种实例中，当比较指示飞行器8的两个空气调节组件22之间的流量分歧时，诊断故障可包括诊断空气调节组件22的控制器78的故障。

作为又一示例，不同的比较可取决于传感器传输数据的具体阶段而指示具体故障。在算法、计算机程序、模型等用于诊断故障的情形中，故障对于巡航中传输的数据和在地面上(飞行前或是飞行后)传输的数据而言是不同的。备选地，相同的比较可用于指示具体的故障。例如，飞行器操作的某阶段中的数据可指示具体的诊断，如在下面的表格1中所示出的。

表1：示范确定的诊断。

作为又一示例，还预期的是，传输的数据可包括来自多个飞行(包括飞行前、飞行后和/或此多个飞行的最长巡航部分)的数据。在此种实例中，比较传输的数据可包括将来自多个飞行的数据与相关(多个)预定阈值相比较。以此方式，可使用多个飞行的数据进行多个比较。此外，诊断故障可包括当比较指示预定阈值被满足预定次数并且/或者在预定数量的飞行内(包括在多个飞行内)得到满足时诊断故障。此外，诊断故障可基于得到的数据(诸如中间、最小、最大值、标准偏差、高于或低于阈值的计数、状态的改变、相关数等)，其可在飞行器的飞行的每个阶段来估算。

例如，下面的表2详述在第一类型的飞行器(诸如A320)的诊断期间使用的一些数字阈值，包括在标准出现的特定飞行数内的次数。

表2：示范标准。

作为又一示例，下面的表3详述了在第二类型的飞行器(诸如A330)的诊断期间使用的备选数字阈值，包括在标准出现的特定飞行数内的次数。

表3：示范标准。

上述实施例的有益影响包括由飞行器聚集的数据可用于诊断空气调节组件中的故障。这减少了维护时间和由于空气调节组件引起的故障和问题的操作影响。具体而言，可存在需要用于诊断问题所需的时间的减少，且可精确地诊断问题。这允许通过降低维护成本、重订时间表成本、和使包括使飞行器着陆的时间最小化的操作影响最小化来节省成本。

本书面说明使用示例以公开包括最佳实施方式的本发明，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造且使用任何设备或系统并且执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它实例意图在权利要求的范围内。