专利名称：分布式防冰控制系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种用于航空器的防冰系统。
背景技术：
典型地，用于航空器的防冰系统被配置成具有定制的控制器，每个控制器被特别定制以执行特定任务。该系统易受单点故障的影响，其可能使得防冰系统的大部分失效。此外，当防冰系统的修改影响由特定控制器控制的功能时，典型地需要新的定制控制器。而且，现有技术的防冰系统典型地特定用于特定的航空器。因此，需要一种改进的防冰系统。
·在所附权利要求中阐述了本申请的系统的被认为是新型特征的特性。然而，当结合附图进行阅读时，通过參照以下详细描述，将最佳地理解系统本身以及优选的使用模式及其另外的目的和优点，在附图中图I是根据本申请的实施例的、分布式防冰系统的示意性框图；图2是根据本申请的实施例的、来自分布式防冰系统的服务器模块的程式化的等距视图；图3是根据本申请的实施例的、来自分布式防冰系统的服务器模块的示意图；图4是根据本申请的实施例的、来自分布式防冰系统的服务器模块的示意图；图5是根据本申请的实施例的、来自分布式防冰系统的控制模块的程式化的等距视图；图6是根据本申请的实施例的、来自分布式防冰系统的控制模块的示意图；图7是根据本申请的实施例的、分布式防冰系统的实现方案的示意性框图；以及图8是根据本申请的实施例的、具有分布式防冰系统的航空器的程式化的透视图。
具体实施例方式下文描述了本申请的系统的说明性实施例。为了清楚起见，在本说明书中并未描述实际实现方案的所有特征。当然，将认识到，在任何这样的实际实施例的开发中，必须进行许多对于实现方案而言是特定的判定以实现开发者的特定目标，诸如与系统相关和商业相关的约束兼容，这将依照实现方案不同而变化。而且，将认识到，这种开发努力可能是复杂的和耗时的，然而对于受益于本公开内容的本领域技术人员而言，这将是采取的例行过程。在说明书中，在附图中示出装置时，将涉及各部件之间的空间关系以及部件的各方面的空间取向。然而，如本领域技术人员在完整阅读本申请之后将认识到的，这里描述的装置、部件、设备等可以按任何期望的取向定位。因此，诸如“上(above)”、“下(below)”、“上(upper)”、“下(lower)”或者描述各部件之间的空间关系或描述这些部件的各方面的空间取向的其他相似术语的术语使用应被理解成分别描述各部件之间的相对关系或者这些部件的各方面的空间取向，因为这里描述的装置可以在任何期望的方向上取向。本申请包括ー种分布式防冰系统(D-IPS) 101。分布式防冰系统101利用具有服务器/客户端通信协议的分布式控制系统来防止单点故障，減少当发生故障时的受影响的系统损失，改进所需的维护周转时间，并且提供用于多种航空器防冰需要的，可定制的、交互式的、集成的、跨平台解决方案。分布式防冰系统101包括与多种航空器平台兼容的控制模块和主服务器。參照图1，分布式防冰系统101包括通用控制核心103。通用控制核心103包括主服务器111、备用服务器113以及诸如控制模块105a-105d的控制模块。控制模块105a-105d与诸如抗冰部件107a-107d以及除冰部件109a和109b的各个抗冰和除冰硬件
部件接驳。如这里进一步讨论的，抗冰部件107a-107d以及除冰部件109a和109b是特定航空器中的硬件实现方案。控制模块105a-105d优选地位于其控制的抗冰或除冰部件附近。应认识到，在实现方案中可以使用任何多个主服务器、备用服务器、主控制模块和备用控制模块。此外，应认识到，特定实现方案可以使用关于特定服务器和控制模块的任何水平的冗余。控制模块105a_105d是经由关于所需的特定功能的软件被配置用于航空器的通用模块。每个模块105a-105d可以交换位置并且可以通过主服务器111针对它们的新位置进行重新配置。控制模块105a-105d是鲁棒的并且被配置成承受高的热和振动负荷。此外，姆个控制模块105a_105d中的电子装置优选地相对环境密封。每个控制模块105a_105d可以通过从主服务器111拉取所需的数据以及将所需的数据存储到主服务器111来相对于其他各个控制模块105a-105d独立地操作。主服务器111是用于分布式防冰系统101的服务器，使得主服务器111为控制模块105a-105d提供数据传输和存储。备用服务器113用作主服务器111的完全冗余备份。主服务器111还可以与航空器多功能显示接ロ(MFD) 115和地面维护接ロ 117接驳。地面维护接ロ 117可以是例如诸如便携式膝上型计算机的计算机，其使得人员能够配置每个控制模块105a-105d。例如，地面维护接ロ 117可用于经由主服务器111加载软件并且定制每个控制模块105a-105d的功能。此外，地面维护接ロ 117提供对主服务器111的接入以便取回故障数据，提供集成的板上故障诊断和排除程序和测试，以及经由能够通过膝上型计算机能力接入的基于web浏览器的接ロ来推荐维护要求。软件包含具有针对特定平台需要定制的额外的功能的核心控制工具集合。此外，软件被配置成与平台的任务计算机或者附加多功能显示器接驳以提供完全集成的防冰系统。多功能显示器115是用于例如诸如驾驶员、副驾驶员或其他航空器乘员的航空器操作者的接ロ。多功能显示器115可以允许航空器操作者检查状态并且提供针对控制模块105a-105d的命令。仍然參照图1，控制模块105b被配置成控制模块105a的冗余(备用)控制器。在控制模块105a故障的情况下，如这里进一步讨论的，控制模块105b被配置成自动地接管抗冰部件107a和107b的控制。如图I中所示，部件107a和107b电耦接到控制模块105a和105b两者。应全面认识到，控制模块105c和105d也可以具有冗余控制模块。服务器模块111和113被配置成提供控制模块105a_105d的数据传输和数据存储。服务器模块111和113还被配置成针对航空器多功能显示接ロ(MFD) 115和地面维护接ロ 117的接ロ。此外，服务器模块111和113是用于所有控制模块105a-105d的软件加载点和系统配置加载点。控制模块105a-105d均通过从服务器模块111和113拉取所需的数据以及将所需的数据存储到服务器模块111和113来独立地操作。每个主控制模块被分配给外壳中的如下区域其被定制成满足航空器的该区域中的特定需要，主控制模块用于控制航空器的该区域中的所有抗冰和除冰区。在操作期间，每个控制模块105c和105d从服务器111下载环境数据，诸如外部空气温度和真空速。每个控制模块105c和105d具有从服务器111下载的软件，因此其能够监视、控制、记录、并且与服务器111返回通信。一旦从服务器下载了操作软件，每个控制模块105c和105d是全功能的。换言之,姆个控制模块105c和105d被配置成在不依赖于来自服务器111的操作命令的情况下操作抗冰和除冰部件。此外，控制模块105c和105d不需要来自服务器111的功能命令。相反，服务器111至少用作I)与航空器的接ロ，2)数据存储和数据采集点，3)数据分析、历史趋势、和系统部件诊断，以及4)维护接ロ。服务器111还判定经由航空器多功能显示接ロ 115传递什么信息。这里进一步描述了系统101的这些和其他功能。
现在还參照图2-4，图示了服务器模块111并且对其进行更详细的描述。服务器模块111可以包括处理器板201、存储器存储203、用于环境接ロ 205的传感器连接器221、通信连接器219、和用于电源209的电源连接器223。存储器存储203优选地是固态的。服务器模块111被配置成分布式防冰系统101的中心接ロ。环境接ロ単元205被设置成使得服务器模块111能够与诸如冰检测器213、真空速(TAS)传感器215和外部空气温度(OAT)传感器217的传感器接驳。服务器模块111被配置成所有系统数据的存储点，该系统数据包括环境条件、故障日志、数据日志、维护套件、配置文件、以及控制模块105c和105d的软件。处理器板201被配置成并入功能単元，诸如数据存储単元211、通信単元207、环境接ロ単元205、处理器単元206、和配电单元208。如图4中更具体地示出的，处理器単元206可以用作所有単元之间的中心接ロ点并且包含用于处理服务器模块111的所有数据和功能的主芯片组。数据存储单元211可以包含缓冲器和针对固态存储器203的接ロ。环境接ロ単元205可以包含调理电路和模数转换器。通信単元207可以包含用于所有通信的传送器、接收器和缓冲器电路。电源单元209可以为电路和固态存储器提供电压调节和配电。处理器単元206可以包括所需的芯片组，用于执行关于服务器能力的所有所需的功能。例如，处理器単元206能够寄放以C编程语言创建的程序。数据存储単元211可以包含用于存储器用途以及其他存储器程序存储的充足的随机存取存储器要素。在飞行期间遇到积冰时，可以定期地获取位于RAM中的存储器參数的记录并且将其存储在固态存储器中，以提供趋势记录和历史数据。环境单元205可以包含信号调理和模数转换电路，用于与诸如冰检测器输入、夕卜部空气温度传感器输入和真空速传感器输入的传感器输入接驳。一旦数据被调理并转换，则可以将信息传递到处理器単元206，用于由系统101存储并使用。环境单元205还被配置成从每个传感器读取健康资料。通信单元207被配置成航空器通信总线和系统101之间的接ロ。通信单元207被配置成从任务计算机接收数据并且将其向上传递到处理器単元206。通信単元207还被配置成用作用于系统101内的所有控制模块105a-105d的总线控制器和服务器接口。从诸如控制模块105a-105d中的一个的控制模块接收到的数据分组可以被传递到处理器单元206用于处理并存储。处理器单元206可以处理来自任何控制模块105a-105d的任何信息请求并且数据跨越总线返回到通信单元207。在双服务器配置(即主服务器111和备用服务器113)中，如图I中所示，每个服务器模块可以包含并处理相同的数据；然而，主服务器111是主要的处理器/控制接口，除非在系统中发生故障。此外，主服务器111和备用服务器113均在其各自的服务器上维持其自身的健康状态。主服务器111和备用服务器113监视彼此的状态；如果在一个模块中发生故障，则另一模块将承担该单元的故障部分的职责。每个服务器模块广播定期的健康状态消息。如果一个服务器模块未能广播定期的健康状态消息，则剩余的服务器模块将在剩余的功率周期中承担系统的整体职责。在多个主服务器和备用服务器的实现方案(诸如四服务器实现方案)中，可以在多个主服务器和备用服务器中有选择地划分冗余职责。
每个服务器模块111的软件负责任务计算机225和控制系统101之间的数据传输、客户端控制系统的服务器功能、航空器/环境的当前状态、系统参数、控制模块105a-105d的数据存储、维护信息、环境输入处理、故障报告/合并、维护接口处理、系统软件加载和配置、针对独立多功能显示器(诸如MFD 115)的数据传输、以及操作接口的系统理论。每个服务器模块111的软件可以包含对于任何航空器平台通用的核心功能以及被配置成满足航空器的特定唯一属性的平台特定的软件。通过利用面向对象的属性来保持包含核心功能和平台特定功能的软件彼此隔离。现在还将参照图5和6，每个控制模块105a_105d (为了清楚起见，仅示出了控制模块105a)是被配置成跨越系统平台利用的通用控制块，用于监视和控制抗冰和除冰表面。控制模块105a可以包括处理器板501和调理板503。控制模块105a可以通过针对实现方案设计的继电器组被插入到实现方案特定外壳中，用于平台的特定区域。控制模块105a被配置成监视电热表面的线电流以及用于将电热表面控制在指定温度带内的电阻式热装置。控制模块105a可以利用28V直流输出信号来控制外壳内的继电器，或者在指定情况下，控制外部继电器或致动器。控制模块105a的功能单元可以包括处理器单元505、离散输入单元507、离散输出单元509、模拟输入单元511和通信单元513。如图6中所示，处理器单元505被配置成用作所有功能单元之间的中心接口点并且包含用于处理控制模块105a的所有数据和功能的主芯片组。离散输入单元507被配置成处理来自离散状态信号的数据，诸如来自致动器的当前/非当前指示或绕回(wrap back)线。模拟输入单元511被配置成包含调理电路以及用于读取系统101中的温度传感器和电流变换器的模数转换器。通信单元513被配置成包含任何所需的传送器、接收器和缓冲器电路，其具有28V直流输出，用于接通/断开系统101中的继电器或致动器。在具有主要的控制模块105a和备用备份控制模块105b的系统101的配置中，主要的控制模块105a用作缺省的主控制器，而控制模块105b是备份控制器。每个控制模块105a和105b包含并处理相同的数据；然而，主控制模块105a是主要的处理器/控制接口，除非在系统101中发生故障。每个模块105a和105b在服务器模块111上维持其自身的健康状态。控制模块105a和105b均监视彼此的健康状态；如果在控制模块105a和105b中的一个中发生故障，则另一控制模块将承担该单元的故障部分的职责。每个控制模块105a和105b广播定期的健康状态消息。如果关于特定控制区域的主控制模块105a未能广播定期的健康状态消息，则备用控制模块105b将在剩余的功率周期中承担指定控制区域的整体职责。每个控制模块105a_105d包括能够满足这里描述的用于处理、通信、离散输入/输出、和模拟信号调理或转换的功能的硬件和电路。处理器单元505可以包括所需的芯片组，用于执行关于服务器能力的所有所需的功能。例如，处理器单元505能够寄放以C编程语言创建的程序。处理器单元505可以包含用于存储器用途以及其他存储器程序存储的充足的随机存取存储器要素。在飞行期间遇到积冰时，可以定期地获取位于RAM中的存储器参数的记录并且将其上载到主存储器111和备用服务器113，以提供趋势记录和历史数据。处理器单元505被配置成具有总线控制器，其与尚散输入单兀507、尚散输出单兀509、模拟输入单兀511和通信单兀513。
离散输入单元507和离散输出单元509被配置成监视离散输入并且命令28V直流离散输出。离散输出单元509的输出被配置用于驱动固态或机械继电器，以及28V直流致动器。模拟输入单元511被配置成具有信号调理和模数转换电路，用于与系统模拟输入接驳。一旦数据被调理和转换，则信息被传递到处理器单元505用于由系统101存储并使用。通信单元513被配置成服务器(诸如服务器111和113 )和控制模块105a之间的接口。数据分组从控制模块105b上载到服务器111和113用于处理并存储。控制模块105a按照需要从服务器111和/或服务器113下载用于在控制模块105a中使用的数据。服务器111和113能够按照需要向控制模块推送数据以确保系统健康。每个控制模块105a_105d的软件优选地是通常跨平台常见的，主要的平台特定软件与该平台的控制、监视和故障隔离需要相关。每个控制模块105a-105d的软件负责将数据需要上载到服务器模块111和113/从服务器模块111和113下载数据需要。每个控制模块105a-105d的软件包含任何航空器平台通用的核心功能以及被配置成满足航空器的特定唯一属性的平台特定的软件。软件可以被配置成使得通过利用面向对象的属性来保持核心功能和平台特定的功能彼此隔离。每个控制模块105a_105d的软件被配置成提供控制模块部件的定期健康检查、中断优先级和控制、以及来自模块输入的数据采集和存储。定期健康检查可以涵盖模数健康状态、离散绕回、与其他服务器模块和控制模块的通信状态、与任务计算机的通信状态、电源调节状态、以及看门狗定时器状态。软件被配置成基于软件错误防止故障，使得整个模块停机；此外，软件被配置成具有热启动能力。控制模块105a可以被视为在出现热启动的阈值(例如，诸如三次热启动)之后失效。如果超过热启动的阈值，则备用控制模块105b承担职责。每个控制模块105a_105d的软件被配置成使得每个控制模块105a_105d定期地将包含故障记录或系统状态的数据上载推送到服务器模块111和113。此外，每个控制模块105a-105d被配置成从服务器模块111和113接收系统广播或推送的数据。这些更新可以包括环境状态数据和系统健康状态。
每个控制模块105a_105d的软件被配置成分别经由离散输入单元507和离散输出单元509监视并且控制指定控制表面的功能。离散输出用于控制关于抗冰或除冰操作的系统继电器和致动器。离散输入提供系统健康状态或者各个平台特定部件的配置。控制模块105a与备用控制模块105b合作操作以创建冗余系统。控制模块105a和105b两者均包含数据的准确副本。如果控制模块105a故障，则备用控制模块105b承担系统101中的该功能的主要的职责。如果控制模块105a完全故障，则备用控制模块105b承担主要的控制器的职责。参照图7，图示了作为之前至少在图I中描述的系统101的示例实现方案的系统701。系统701包括作为图I中所示的控制模块105a-105d的航空器实现方案的控制模块705a-705e。系统701进一步包括如下部件引擎进气加热器707a、引擎进气温度传感器707b、风挡加热器707c、风挡温度传感器707d、动叶片加热器707e、以及气动翼罩707f，它们是图I中所示的部件107a-107d和109a/109b的航空器实现方案。现参照图8，图示了在航空器801上的系统701。在图示实施例中，航空器801是 倾斜旋翼航空器；然而，应认识到，系统701同样适用于其他航空器，例如诸如传统的旋翼飞行器和固定翼飞行器。本申请的分布式防冰系统通过使独立的控制模块跨越平台分布来去除单点和继承故障的可能性，使得一个模块的损失不会意谓系统的大部分的损失。此外，系统提供了通过跨越多个平台使用的公共控制系统的改进的维护、“板上”维护接口、所需支持设备的减少、以及所需维护时间的减少。此外，系统减少了模块尺寸，允许安置在受控部件附近并且改进环境鲁棒性。此外，系统被配置成提供公共的、多平台的、集成系统，其能够针对航空器操作者的需要而被定制。此外，外壳中的故障控制模块可以由来自另一航空器的控制模块外壳的控制模块替换，从而减少了控制模块的采购需要。换言之，可以跨越不同的航空器外壳利用通用控制模块，由此减少采购采用。根据本申请的分布式防冰系统提供了显著的优点，包括1)可在不同的平台上利用；2)具有完全的冗余或者有目标的冗余以便满足所需的任务能力/可存活率；3)具有改进的任务能力和可存活率以满足所需的任务能力/可存活率；4)具有维护时间最小的改进的维护能力；以及5)具有跨越组织团队的多个平台的公共控制系统的能力。分布式防冰系统101的实施例可以包括一个或更多个具有用于执行这里描述的一个或更多个任务的硬件和软件的计算机系统。这可以包括例如，具有一个或更多个处理单元以及存储用于指令处理单元执行这里描述的任务中的至少一些任务的非暂态软件指令的非易失性存储器的计算机。以上公开的具体实施例仅是说明性的，因为系统可以按照受益于这里的教导的本领域技术人员显见的、不同但等效的方式进行修改和实践。在不偏离本发明的范围的情况下可以对这里描述的装置进行修改、添加或省略。该系统的部件可以集成或分离。此外，系统操作可以由更多的、更少的或其他的部件来执行。此外，不存在对这里示出的构造或设计的细节的限制，除非所附权利要求中这样描述。因此显然的是，以上公开的具体实施例可以进行变更或修改，并且所有这些变化被认为在本申请的范围和精神内。因此，这里寻求的保护如所附权利要求中阐述。为了帮助专利局以及授予本申请的任何专利的任何读者解释所附权利要求，申请人希望注意，申请人并非旨在使任何所附权利要求援引35U. S. C. § 112的第六段，因为其颁布于本申请的提交日之后，除非在特定权利要求中明确使用了表述“用于…的装置”或者 “用于…的步骤”。
权利要求
1.一种用于航空器的防冰控制系统，所述系统包括 多个防冰元件，被配置用于去除冰和/或防止冰在表面上形成； 通用控制核心，包括 主服务器；以及 控制|吴块； 其中所述主服务器被配置成接收传感器数据并且将所述传感器数据发送到所述控制模块； 其中所述控制模块被配置成能够通过来自所述主服务器的功能软件进行编程，所述控制模块被配置成在通过来自所述主服务器的所述功能软件进行编程之后在功能上操作所述多个防冰元件。
2.根据权利要求I所述的防冰控制系统，所述通用控制核心进ー步包括 备用服务器，被配置成用作所述主服务器的冗余服务器。
3.根据权利要求2所述的防冰控制系统，其中所述备用服务器和所述主服务器均被配置成在对方上維持其自身的健康状态。
4.根据权利要求I所述的防冰控制系统，所述通用控制核心进ー步包括 备用控制模块，被配置成用作所述控制模块的冗余控制器。
5.根据权利要求4所述的防冰控制系统，其中所述控制模块和所述备用控制模块均被配置成在所述主服务器上維持其自身的健康状态。
6.根据权利要求I所述的防冰控制系统，其中所述主服务器是用于所述通用控制核心的中心接ロ，使得能够经由针对所述主服务器的地面维护接ロ进行针对驻留在所述控制模块上的所述功能软件的软件更新。
7.根据权利要求6所述的防冰控制系统，其中所述通信接ロ是计算机。
8.根据权利要求I所述的防冰控制系统，其中所述主服务器存储从所述控制模块推送的操作数据，所述操作数据涉及所述防冰元件的历史操作。
9.根据权利要求I所述的防冰控制系统，其中所述传感器数据包括以下至少之ー 外部空气温度；以及 所述航空器的真空速。
10.根据权利要求I所述的防冰控制系统，其中所述通用控制核心进ー步包括 备用控制模块，被配置成在所述控制模块未能向所述主服务器广播定期的健康状态消息的情况下承担所述防冰元件的全部功能职责。
11.根据权利要求I所述的防冰控制系统，其中所述控制模块是通用的，以便能够安装在不同的航空器平台上，所述控制模块能够通过利用操作软件进行编程而适用于特定的航空器平台。
12.根据权利要求I所述的防冰控制系统，其中所述控制模块负责向所述主服务器报告在所述控制模块的控制下的任何防冰元件的故障。
13.根据权利要求I所述的防冰控制系统，其中所述主服务器与多功能显示器通信，使得所述航空器的乘员能够与所述防冰系统接驳。
14.ー种操作防冰控制系统的方法，所述方法包括 提供与防冰部件进行数据通信的控制模块，所述防冰部件是抗冰部件和除冰部件中的至少ー个； 提供与所述控制模块进行数据通信的服务器模块；以及 通过从所述服务器模块将软件加载在所述控制模块上，利用功能软件指令来对所述控制模块进行编程。
15.根据权利要求14所述的方法，进ー步包括 利用所述控制模块来支配所述防冰部件的功能。
16.根据权利要求14所述的方法，进ー步包括 将操作数据从所述控制模块上载到所述服务器模块，用于存储在所述服务器模块上。
17.根据权利要求14所述的方法，进ー步包括 通过经由地面维护接ロ更新所述服务器模块上的软件来对所述控制模块上的功能软件进行重新编程。
18.根据权利要求14所述的方法，进ー步包括 将传感器数据从所述服务器模块传递到所述控制模块，在所述控制模块进行的所述防冰部件的功能操作期间由所述控制模块评估所述传感器数据。
19.ー种航空器,包括 机身； 多个防冰元件，被配置用于去除冰和/或防止冰在表面上形成； 通用控制核心，包括 主服务器；以及 控制1 块； 其中所述主服务器被配置成接收传感器数据并且将所述传感器数据发送到所述控制模块； 其中所述控制模块被配置成能够通过来自所述主服务器的功能软件进行编程，所述控制模块被配置成在通过来自所述主服务器的所述功能软件进行编程之后在功能上操作所述多个防冰元件。
20.根据权利要求19所述的航空器，其中所述控制模块是通用的，以便能够安装到所述航空器的任何部分，所述控制模块能够通过被与控制所述航空器的特定部分中的所述防冰元件相关的操作软件进行编程，来适用于所述航空器的所述特定部分。
全文摘要
本申请包括一种分布式防冰系统，其利用具有服务器/客户端通信协议的分布式控制系统来防止单点故障，减少当发生故障时的受影响的系统损失，改进所需的维护周转时间，并且提供用于多种航空器防冰需要的可定制的、交互式的、集成的、跨平台解决方案。分布式防冰系统包括与多种航空器平台兼容的主服务器和控制模块。控制模块与航空器上的各个抗冰和除冰硬件部件接驳。
文档编号G05B19/418GK102866680SQ20121023301
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者布兰东·J·曼库索 申请人:贝尔直升机德事隆公司