诊断引气系统故障的方法

诊断引气系统故障的方法
【专利摘要】本发明涉及诊断引气系统故障的方法(100)，其中，方法(100)包括：接收来自至少一个引气系统传感器的传感器信号，以限定传感器输出(102)；比较传感器输出与基准值(104)；以及基于比较来诊断引气系统中的故障(106)。
【专利说明】诊断引气系统故障的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及诊断引气系统故障的方法。

【背景技术】
[0002]当代飞机包括引气系统，引气系统从飞机的发动机中获得热气，以在飞机上的其它系统中使用，包括空气调节和加压。目前，航空公司和维护人员等到系统出现故障或问题才试图识别原因，并且在计划维护期间，或者很有可能在非计划维护期间，解决故障或问题。还基于飞行员自由裁量权来人工地记录故障的发生。


【发明内容】

[0003]在一个实施例中，本发明涉及一种诊断飞机中的引气系统故障的方法，飞机具有可操作地联接到引气系统上的发动机，引气系统包括至少一个阀、至少一个引气系统传感器，方法包括:接收来自至少一个引气系统传感器的传感器信号，以限定传感器输出；比较传感器输出与传感器输出的基准值；基于比较来诊断引气系统中的故障；以及提供诊断出的故障的指示。
[0004]一种诊断飞机中的引气系统故障的方法，所述飞机具有可操作地联接到引气系统上的发动机，所述引气系统包括至少一个阀、至少一个引气系统传感器，所述方法包括:
接收来自所述至少一个所述引气系统传感器的传感器信号，以限定传感器输出； 比较所述传感器输出与所述传感器输出的基准值；
基于比较来诊断所述引气系统中的故障；以及提供诊断出的故障的指示。
[0005]在一个实施例中，每次飞行接收所述传感器输出一次。
[0006]根据权利要求或所述的方法，在一个实施例中，提供指示包括在所述飞机的驾驶舱中的PFD上提供指示。
[0007]在一个实施例中，接收所述传感器信号进一步包括接收来自温度传感器的温度传感器输出。
[0008]在一个实施例中，接收所述传感器信号进一步包括接收指示所述发动机的风机速度的风机速度输出。
[0009]在一个实施例中，基于多个比较来诊断故障。
[0010]在一个实施例中，所述多个比较指示相对于历史数据而不断上升的预冷器出口温度趋势，以及预冷器出口温度和风机速度之间的关系的变化。
[0011 ] 在一个实施例中，诊断预冷器控制阀有故障。
[0012]在一个实施例中，接收所述传感器信号进一步包括接收指示所述引气系统的空气压力的压力传感器输出。
[0013]在一个实施例中，所述基准值是根据所述飞机的另一个发动机计算出的压力。
[0014]在一个实施例中,所述比较指示气动压力分离。
[0015]在一个实施例中，诊断预冷器控制阀有故障。
[0016]在一个实施例中，当确定存在波动压力时，诊断压力调节断流阀或引气调节器有故障。
[0017]在一个实施例中，当确定存在低压时，诊断高压级调节器或高压级阀有故障。
[0018]在一个实施例中，当确定所述风机速度低时，诊断所述高压级调节器或高压级阀有故障。
[0019]在一个实施例中，所述传感器输出来自所述飞机的多个飞行阶段。
[0020]在一个实施例中，所述多个飞行阶段包括起飞、降落和巡航。
[0021]在一个实施例中，当所述比较在预定次飞行中超过所述基准值达预定次数时，诊断有故障。
[0022]在一个实施例中，所述飞机的控制器接收所述传感器信号，比较所述传感器输出，诊断所述故障，并且提供所述指示。
[0023]在一个实施例中，所述控制器利用算法来诊断所述故障。

【专利附图】

【附图说明】
[0024]在图中:
图1是示例性引气系统的一部分的示意图；
图2是其中可实现本发明的实施例的飞机和地面系统的透视图；以及图3是显示根据本发明的实施例的诊断飞机中的引气系统故障的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0025]图1示意性地描绘引气系统10的一部分，引气系统10连接到发动机12上，发动机12具有风机14，诸如涡轮扇喷气发动机。各种引气端口 16可连接到发动机12的各种部分上，以对引气系统10提供经高度压缩的空气。可利用控制机构18来控制引气系统10。各种构件都可包括在引气系统10中，包括预冷器20、引气调节器21、各种阀22(包括预冷器控制阀(PCCV))，以及各种传感器(包括例如温度传感器24、风机速度传感器26和压力传感器28)。在示出的示例中，温度传感器24和压力传感器28位于PCCV后面。虽然仅示出了单个温度传感器24和压力传感器28，但将理解的是，任何数量的传感器都可包括在引气系统10中，这包括传感器可包括在引气系统10中的各级处。另外，可包括传感器，以输出各种参数，包括用于指示阀设置和/或位置的二元标志，这包括例如阀的状态(例如完全打开、打开、过渡、关闭、完全关闭)；二元标志还可指示许多其它项目，例如是否在机翼上的空气系统中检测到泄漏，或者是否飞机计算出的温度或压力在特定的时间/数据期限里已经超过极限一次或多次。可能从其中目前无法获得连续数据的系统中的点获得这些数据标志是可行的。
[0026]图2示出飞机30，飞机30可包括引气系统10，为了清楚，仅示出了引气系统10的一部分，并且引气系统10可执行本发明的实施例。如示出的那样，飞机30可包括联接到机身32上的多个发动机12、定位在机身32中的驾驶舱34，以及从机身32向外延伸的机翼组件36。已经示出了控制机构18包括在驾驶舱34中，并且可由位于其中的飞行员操作。
[0027]在飞机30中也可包括使得飞机30能够恰当地运行的多个额外的飞机系统38，以及控制器40，以及具有无线通信链路42的通信系统。控制器40可以可操作地联接到包括引气系统10的多个飞机系统38上。例如预冷器20 (图1)、引气调节器21 (图1)、各种阀
22(图1)、温度传感器24、风机速度传感器26和压力传感器28可以可操作地联接到控制器40上。
[0028]控制器40还可与飞机30的其它控制器连接。控制器40可包括存储器44，存储器44可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器，或者一个或多个不同类型的便携式电子存储器，诸如磁盘、DVD、CD-R0M等，或者这些类型的存储器的任何适当的组合。控制器40可包括一个或多个处理器46，处理器46可运行任何适当的程序。控制器40可为FMS的一部分，或者可以可操作地联接到FMS上。
[0029]计算机可搜索的信息数据库可存储在存储器44中，并且可由处理器46访问。处理器46可运行一组可执行指令，以显示数据库或访问数据库。备选地，控制器40可以可操作地联接到信息数据库上。例如，这种数据库可存储在备选的计算机或控制器上。将理解的是，数据库可为任何适当的数据库，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，或者甚至简单的数据表。构想到的是，数据库可结合多个数据库，或者数据库实际上可为多个单独的数据库。
[0030]数据库可存储数据，数据可包括与传感器输出的基准值有关的历史数据，以及飞机30的且与飞机机组有关的历史引气系统数据。数据库还可包括基准值，基准值包括历史值或累计值。
[0031 ] 备选地，构想到的是，数据库可与控制器40分开，但可与控制器40通信，使得数据库可由控制器40访问。例如，构想到的是，数据库可包含在便携式存储器装置上，而且在这种情况下，飞机30可包括用于接收便携式存储器装置的端口，并且这种端口将与控制器40进行电子通信，使得控制器40能够读取便携式存储器装置的内容。还构想到的是，数据库可通过无线通信链路42来更新，并且照这样，数据库中可包括实时信息，并且控制器40可访问实时信息。
[0032]另外，构想到的是，这种数据库可位于飞机30之外，在诸如航空公司运营中心、飞行运营部门控制处的位置处，或另一个位置。控制器40可以可操作地联接到无线网络上，可通过无线网络将数据库信息提供给控制器40。
[0033]虽然已经示出了商用飞机，但构想到的是，可在包括在地面系统52处的控制器或计算机50中的任何地方实现本发明的实施例的一部分。此外，上面描述的数据库(一个或多个)还可位于目的服务器或计算机50中，目的服务器或计算机50可位于指定的地面系统52处，并且包括指定的地面系统52。备选地，数据库可位于备选的地面位置处。地面系统52可通过无线通信链路54而与其它装置通信，包括控制器40和位于计算机50远处的数据库。地面系统52可为任何类型的通信地面系统52，诸如航空公司控制和飞行运营部门。
[0034]控制器40和计算机50中的一个可包括所有或一部分计算机程序，计算机程序具有用于诊断飞机30中的引气系统故障的可执行指令集。这种诊断出的故障可包括构件的不恰当运行以及构件失效。如本文所用，用语诊断表示在故障发生之后的确定，并且与预测相反，预测表示提早确定，这使得在故障发生之前了解故障。与诊断一起，控制器30和/或计算机40可检测故障。不管控制器40或计算机50是否运行用于诊断故障的程序，程序都可包括计算机程序产品，计算机程序产品可包括用于承载机器可执行指令或数据结构或者将它们存储在其上的机器可读介质。这种机器可读介质可为可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。大体上，这种计算机程序可包括具有执行特定任务或实现特定的抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、构件、数据结构、算法等。机器可执行指令、相关联的数据结构和程序表示用于执行信息交换的程序代码的示例，如本文公开的那样。机器可执行指令可包括例如指令和数据，指令和数据使通用计算机、专用计算机或专用处理机执行某个功能或一组功能。
[0035]将理解的是，飞机30和计算机50仅表示可构造成实现本发明的实施例或实施例的一部分的两个示例性实施例。在运行期间，飞机30和/或计算机50可诊断引气系统故障。以非限制性示例的方式，在飞机30运行时，可利用控制机构18来运行引气系统10。传感器(包括温度传感器24、风机速度传感器26和压力传感器28)可输出与引气系统10的各种特性有关的数据。控制器40和/或计算机50可利用来自控制机构18、温度传感器24、风机速度传感器26、压力传感器28、飞机系统38、数据库(一个或多个)的输入，以及/或者来自航空公司控制或飞行运营部门的信息，来诊断引气系统故障，或者检测航空公司维护人员之前不知道的故障。其中，控制器40和/或计算机50可分析温度传感器24，风机速度传感器26和压力传感器28随着时间的推移所输出的数据，以确定引气系统10的运行的漂移、趋势、阶跃或尖峰。控制器40和/或计算机50还可分析引气系统数据，以确定历史压力、历史温度、飞机30上的两个发动机之间的压差、飞机30上的两个发动机之间的温差等，以及基于此来诊断引气系统10中的故障。一旦诊断出引气系统故障，就可在飞机30和/或地面系统52上提供指示。构想到的是，可在飞行期间，可在飞行之后，或者可在任何飞行次数之后，进行引气系统故障的诊断。无线通信链路42和无线通信链路54两者都可用来传输数据，使得控制器40和/或计算机50可诊断故障。
[0036]根据本发明的实施例，图3示出方法100，方法100可用来诊断引气系统10中的故障，这种诊断出的故障可包括诊断出的失效。方法100在102处开始:接收来自至少一个引气系统10的传感器的传感器信号，以限定与引气系统10的特性有关的传感器输出。这可包括按顺序和/或同时接收来自飞机30中的一个或多个传感器的数据，这包括可从温度传感器24接收温度传感器输出，可从压力传感器28接收指示引气系统10的空气压力的压力传感器输出，以及可从风机速度传感器26接收指示发动机的风机速度的风机速度输出。此夕卜，接收传感器信号可包括接收多个传感器输出和关于各种阀22的设置的信息。
[0037]构想到的是，传感器输出可包括原始数据，可从原始数据得出或者以别的方式提取多种其它信息，以限定传感器输出。将理解的是，不管是直接接收传感器输出，还是传感器输出源自接收到的输出，该输出都可认为是传感器输出。
[0038]例如，传感器输出可随着时间的推移而累计，以限定累计传感器数据。随着时间的推移累计接收传感器输出可包括累计在多个飞行阶段和/或多次飞行中接收到的传感器输出。这种累计的传感器数据可包括平均值、移动平均值或当前平均值或历史平均值。还构想到的是，累计接收到的传感器输出可包括累计多个值，包括当前平均值和历史平均值。这种累计的传感器数据可在维护事件之后复位。以非限制性示例的方式，这种累计的传感器数据可包括移动历史压力平均值、移动近期压力平均值、移动历史温度平均值、移动近期温度平均值、历史标准偏差温度值、近期标准偏差温度值、在给定个数据点上的最大温度、在温度和发动机参数(诸如指示的风机速度等)之间的相关性的度量。
[0039]每次飞行可接收传感器输出一次或多次。可在飞机30的多个不同的飞行阶段期间接收数据。例如，多个飞行阶段可包括起飞、降落和最长的巡航部分。例如，接收到的传感器输出可为根据接收自多个阶段的传感器输出而计算出的平均传感器输出中的一个。
[0040]在104处,可比较传感器输出与传感器输出的基准值。基准值可为与传感器输出有关的任何适当的基准值，包括基准值可为温度值、指示特定风机速度下的温度值或压力值的值、压力值等。传感器输出的基准值还可包括关于传感器输出的历史基准值，包括例如与飞机的引气系统有关的历史数据，或者多个其它飞机的历史数据。因而，可比较输出信号与从同一飞机的以前的飞行所获得的结果和针对整个飞机机组获得的结果。此外，传感器输出的基准值可包括在飞行期间诸如通过接收温度传感器24、风机速度传感器26和压力传感器28中的一个的输出而确定的值。照这样，将理解的是，可在运行期间限定传感器输出的基准值。例如，基准值可为根据飞机的另一个发动机计算出的压力。备选地，基准值可存储在上面描述的一个数据库(一个或多个)中。
[0041]照这样，可比较传感器输出与传感器输出的基准值。可进行任何适当的比较。例如，比较可包括确定传感器输出和基准值之间的差异。以非限制性示例的方式，比较可包括比较近期信号输出与历史值。比较可包括确定高于给定阈值的最大温度的度量。比较可备选地包括确定同一飞机30上的发动机之间的压差。可每次飞行进行比较，或者可在一系列飞行中针对单独的发动机处理数据。还构想到的是，比较可局限于在各种指示的风机速度范围内，因为温度差异取决于指示的风机速度。比较可进一步测量两个参数之间的相关性的变化，包括相关性超过给定阈值的情况。
[0042]在106处，可基于104处的比较来诊断引气系统中的故障。例如，当比较指示传感器满足预定阈值时，可诊断引气系统10中有故障。用语“满足”阈值在本文中用来表示差异比较满足预定阈值，诸如等于、小于或大于阈值。将理解的是，这种确定可轻易地改变，以由正/负比较或真/假比较满足。例如，当使数据在数值上为倒数时，可通过应用“大于”测试来轻易地满足“小于”阈值。可确定引气系统10中的任何数量的故障。以非限制性示例的方式，当比较指示相对于历史数据而不断上升的预冷器出口温度趋势且指示在预冷器出口温度和风机速度之间的关系变化时，可诊断预冷器控制阀(PCCV)有故障。另外，当同一飞机上的发动机之间存在气动压力分离(split)时，可诊断PCCV有故障，当确定有波动压力时，可诊断压力调节断流阀(PRSOV)或引气调节器有故障，当确定压力低时，可诊断高压级(high stage)调节器或高压级阀有故障，但是如果仅在攀升或巡航时确定这一点，则可确定空气调节系统有故障，或者当确定风机速度低时，可诊断高压级调节器或高压级阀有故障。当确定压力低时，可确定引气调节器或PRSOV有故障，当确定风机速度高且确定压力高时，可确定高压级调节器或高压级阀有故障，当确定发动机处于高功率且确定PRSOV上游的压力高时。还可通过确定大量在范围外的读数，或者例如通过比较近期平均温度与历史平均温度(其中确定其它读数是正常的)，来确定传感器故障。将理解的是，可基于任何数量的比较来预测任何数量的故障。这些比较还可用来提供关于故障严重性的信息。
[0043]另外，诊断故障可基于多个比较。比较或一组比较可指示哪个传感器、部件或子系统可能有故障。例如在特定的阀指示其频繁地改变状态，但所有其它参数都正常时，很可能是确定阀处于哪个状态的传感器有故障。另一个示例可为，如果预冷器入口压力正常，但指示有转移(transfer)压力，而且指示了一些指示机翼有泄漏的参数，则在预冷器和空调系统的输出之间很可能有泄漏。
[0044]在实现中，传感器输出的基准值和比较可转换成算法，以诊断引气系统10中的故障。这种算法可转换成计算机程序，包括可由控制器40和/或计算机50执行的一组可执行指令。由机载系统记录的各种其它参数(诸如海拔、阀设置等)也可由这种计算机程序用来诊断引气系统10中的故障。备选地，计算机程序可包括模型，模型可用来诊断引气系统10中的故障。模型可包括使用推理网络、流程图或决策树。诊断可基于与以前的故障相比对系统和数据型式的理解。模型可确保使用所有可用信息，并且可忽略错误肯定。例如，模型可使用关于单个压力尖锋可与空调系统的维护相关联的知识。
[0045]在108处，控制器40和/或计算机50可提供对在106处诊断出的引气系统10的故障的指示。可用任何适当的方式在任何适当的位置处提供该指示，包括在驾驶舱34中和在地面系统52处。例如，可在飞机30的驾驶舱34中的主要飞行显示器(PFD)上提供指示。如果控制器40运行程序，则可在飞机30上提供适当的指示，并且/或者可将适当的指示上载到地面系统52。备选地，如果计算机50运行程序，则可上载指示，或者可用别的方式将指示转送给飞机30。备选地，可转送指示，使得可在诸如航空公司控制或飞行运营部门的另一个位置处提供指示。
[0046]将理解的是，诊断引气系统故障的方法是灵活的，并且示出的方法仅为了说明目的。例如，描绘的步骤顺序仅是为了说明，并且无论如何不意图限制方法100，因为要理解的是，步骤可按不同的逻辑顺序进行，或者可包括额外的步骤或中间步骤，而不损害本发明的实施例。另外，当比较在预定次飞行中超过基准值预定次时，可诊断有故障。另外，故障可基于可在飞机的每个飞行阶段计算出的得出的数据，诸如平均值、最小值、最大值、标准偏差、高于或低于阈值的计数、状态变化、相关性等。另外，可在特定的飞行阶段期间，或者在满足某些条件(诸如高的风机速度)时，确定有故障。例如，某个飞行阶段的数据可指示特定诊断，如下面的表I中显示的那样。 1.......―夏丽系Γ 礙而# I
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[0047]表1:示例性的确定的诊断
上面描述的实施例的有益效果包括可利用飞机搜集到的数据来诊断引气系统故障。这会减少维护时间，以及减小引气系统引起的故障和问题对运行的影响。特别地，诊断问题所需的时间可减少，而且可准确地诊断问题。这允许节约成本，因为减少了维护成本、重新安排的成本，以及最大程度地减小了运行影响，这包括最大程度地减少飞机禁飞时间。
[0048]本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。
【权利要求】
1.一种诊断飞机中的引气系统故障的方法，所述飞机具有可操作地联接到引气系统上的发动机，所述引气系统包括至少一个阀、至少一个引气系统传感器，所述方法包括: 接收来自所述至少一个所述引气系统传感器的传感器信号，以限定传感器输出； 比较所述传感器输出与所述传感器输出的基准值； 基于比较来诊断所述引气系统中的故障；以及 提供诊断出的故障的指示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每次飞行接收所述传感器输出一次。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，提供指示包括在所述飞机的驾驶舱中的PFD上提供指示。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，接收所述传感器信号进一步包括接收来自温度传感器的温度传感器输出。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，接收所述传感器信号进一步包括接收指示所述发动机的风机速度的风机速度输出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于多个比较来诊断故障。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个比较指示相对于历史数据而不断上升的预冷器出口温度趋势，以及预冷器出口温度和风机速度之间的关系的变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，诊断预冷器控制阀有故障。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，接收所述传感器信号进一步包括接收指示所述引气系统的空气压力的压力传感器输出。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基准值是根据所述飞机的另一个发动机计算出的压力。
【文档编号】B64F5/00GK104149988SQ201410201531
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2013年5月13日
【发明者】J.A.霍华德 申请人:通用电气航空系统有限公司