CN101236129B - 一种监测飞机发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括至少两台飞机发动机(m1，m2，m3，m4)的监测方法，每台发动机(m1，m2，m3，m4)通过发动机监测计算机(1，2，3，4)控制和监测，所述计算机(1，2，3，4)之间通过通信网络(5)来连接，每台计算机(1，2，3，4)监测其所监视的发动机(m1，m2，m3，m4)的工作参数(p，V)。所述方法的特征在于：两台计算机(1，2，3，4)在网路(5)上发送(60；100)至少其中一个所述参数(p(k))的(V(k))值，与另一台计算机(1，2，3，4)所发送的同一参数(p(k)＝p(k’))的值(V(k’))进行比较(62；102，103，104)，其特征还在于：如果一个值(k)与另一个值(V(k’))出现偏差，且偏差值(d1(k)，d2(k)，d3(k))高于所预定的阈值(S)时，其中一台发动机(m(k))即可被诊断为工作出现异常。

Description

一种监测飞机发动机的方法

技术领域

本发明涉及一种可检测飞机发动机使用性能下降的系统，特别涉及到飞机上被检测的所有系统都配备至少两套设备，而且这些系统都是飞机的主要设备，诸如螺旋桨装置、操纵系统等。

背景技术

目前，大多数的BITE(所谓的“机内测试设备”：BITE)主要包括可以搜集工作参数或数据的传感器，而这些参数都通过软件进行了数字化和试验，称之为预定阈值或数学模型。

此处，每台发动机是由一台计算机控制的，缩略语称之为“FADE C”(全权数字发动机控制)。

每台全权数字发动机控制监测着其所控制的发动机的工作参数。这类发动机参数都是与预先设定的阈值相比较，对于发动机的相似布局，这些阈值应该是相似的，不论发动机是装在什么样的飞机上。

目前，各种飞机都有其专门用途，这样，其磨损程度就非常独特。因此，发动机按一定方式承受着特别的、非典型的磨损。

因此，上述预定阈值就不能用来监测专门针对磨损的发动机参数。然而，可以监测反映发动机磨损的典型参数，跟踪发动机的损坏状态。通过确定临界阈值，就可以确定针对这种损坏应采取的几种步骤。但是，这种技术要求确定缺陷模式中最重要的参数，应用于这些参数的磨损阈值以及使用状态对其特性所产生的影响。所有这些也都要求对与其相联系的物理现象的良好了解。

发明内容

本发明特别涉及可监测主要部件的系统，以便警告操作(操纵或维护)人员系统出现故障。

作为监测系统是否出现工作异常，以便协助维护保养，通常使用的是一种综合测试设备(所谓的“机内测试设备”：BITE)，专门适用于被怀疑出现工作异常的情况。

得到警告后，飞机飞行员就可以避免使用所述设备，转而使用替代设备，从而可以避免更严重的事故，或者，根据BITE提供的诊断情况，维护人员可以更方便、更迅速地进行飞机维护，排除故障。

本发明申请人曾经尝试寻找简化上述问题的解决方案，为此，他们最终提出了这个发明。

因而，本发明涉及一种监测包括至少两台飞机发动机的方法，每台发动机都是由发动机监测计算机来控制和监测，计算机之间通过一个通信网络进行连接，每台计算机监测其所监测的发动机的工作参数，所述方法的特征在于：两台计算机在网络上可以发送至少其中一个所述参数的数值，以便与另一台计算机发送的同一参数的数值进行比较，所述方法的特征还在于：如果一个值与另一台计算机所获得的值出现偏差，且偏差值是大于预定阈值，则可诊断为其中一台发动机工作异常。

由于两台发动机的工作环境和用途是相同的，因此，只有发动机的性能影响到所纪录参数的差别。所以，没有必要掌握监测发动机故障的物理规律。

对于某架飞机来讲，根据参数比较，如果发现某个特定参数所显示的磨损与另一台飞机发动机上同一参数所显示的磨损值不同时，发动机会立即呈现出异常特征。

例如，与温度、发动机转速、特性和高度等相关的现象都会影响润滑油箱内的油位，结果在某个给定时间内很难确定可以使用的滑油油量。通过上述比较，至少可以随时知道，两台发动机是否拥有相同数量的润滑油，或者是否其中一台油箱在漏油。

本发明旨在将人员飞机安全方面目前使用的一种冗余技术应用于上述领域的BITE机内自检，用来协助维护保养。

这种冗余技术在于将n个数量的相同关键设备资料汇集到一起，从而能够通过对输出参数的简单比较确定这些设备信息实际上始终一致，如果其中一个出现故障，或甚至正在出现故障，都应该予以排除。监测要求两个并行的设备资料，而隔离有故障的设备则要求至少三套设备资料。

于是，就上面示例中提到的油泄漏来讲，会涉及许多参数，甚至对于一架双发动机的飞机来讲，都可以根据上述情况，隔离出是哪台发动机出现故障。

总之，发动机冗余技术因此而用于诊断、预测和维护，同时可以提供充分的概率数据。

监测发动机的计算机优选那些实际进行比较和建立最终诊断的设备，但是，后者也同样可以通过与网络连接的独立中央计算机来进行。

“发动机”计算机的每次诊断优选由发动机计算机发送到另一台计算机，立即进行比较，或者存储用于维护保养，或者立即采取行动，例如，显示给飞行员或通过地面站的无线电发送。

下面结合附图，通过阅读根据本发明的飞机发动机监测方法的如下描述，可以更清楚地了解本发明的其它特性和优点，附图如下：

附图说明

图1为采用了本发明所述方法的发动机监测系统的第一体系结构图；

图2为实施了本发明所述方法的发动机监测系统的第二体系结构图；

图3为根据本发明的飞机发动机监测方法的简化流程图。

具体实施方式

参照图1和图2，所示体系结构以四台发动机飞机为示例给予了详细说明。飞机(图中未示)的发动机m1，m2，m3，m4的监测和控制系统10由FADEC计算机1，2，3，4组成，每台计算机都分别监测和控制指定的发动机m(1)，m(2)，m(3)，m(4)，或者，如图中所示，m1，m2，m3，m4。

FADEC，此处是4台，彼此之间经飞机通过AFDX(航空电子设备全双工)数字通信网络连接，这种数字通信网路可以一例如-根据ARINC(航空无线电公司)标准来确定，通过一个如下所述通信的专门链路，或者通过飞机上已有的专门用于其它通信的链路，从其监测和控制的发动机来发送数据和参数。FADEC为双向计算机，双向可以增强各台FADEC之间收到的信息。

在第一个实施例(图1)中，提供了一个“飞机”的中央计算机6，也与这个网络5相连接，通过其中一个功能61来进行轮询-并可通过其中一个功能62来进行处理-其从所有如下所述FADEC 1，2，3，4处收到的数据和参数。

在第二个最佳实施例中(图2)，正是其中一个FADEC 1，2，3，或4，即FADECi本身，在发挥着计算器6功能62的作用，这并不适用于实施本发明。

然而，在这个后一种情况下，所有的FADEC 1，2，3，4都是相同的，可以同时处理-与功能61相同并将在下面介绍-它们负责的发动机的数据和参数，并补充有在网络5上收到的数据和参数(由其它FADEC发送的)。

在第一种情况下，应该注意的是，中央计算机6在网络5上只起中间61的作用，仅用于对FADEC发送的数据和参数进行轮询，并有选择地确定执行如下处理的FADECi。

这样，任何一台FADEC 1，2，3，4或者中央计算机6，或者FADEC i，根据所采用的体系结构，都可以应用来自飞机所有发动机m1，m2，m3，m4的相同数据和参数，并执行下面介绍的监测处理62，参看图3，与监测方法同步。

在步骤100，通过网络5上的发送功能60，FADEC计算机1，2，3，4在网络5上分别为发动机m1，m2，m3，m4发送至少一个工作参数的数值V(1)，V(2)，V(3)和V(4)，对应于其发射地址的其发动机标识″m1″，″m2″，″m3″，″m4″，以及各个参数基准p(1)，p(2)，p(3)，p(4)。

FADEC j(j＝1至4)，或计算机6，通过网络5上发送参数的接收和轮询功能61，或者通过其它FADEC的功能61，接收三个一组的信息V(k)，m(k)，p(k)(k＝1至4，k不同于j)，并可以使用对应于k＝1，2，3，4的四个三个一组的信息。

在步骤101中，通过计算机6或通过任何FADEC 1到4的功能62，任何值V(k)都可以与另外三个值V(k’)就k’＝1，2，3，4进行比较，k’不同于k，但如果p(k’)＝p(k)时，这表示为相同参数，但是符合两种不同的发动机m(k)和m(k’)。

例如，所述参数各个值之间的差V(k)-V(k’)的绝对值d1(k)，d2(k)，d3(k)可以计算。

在步骤102中，上述差d1，d2，d3与预定阈值S进行比较，符合参数的测量公差。

如果在步骤103中没有任何差值超过阈值S时，则可以直接进入步骤105，无需采取任何具体行动。

相反，实施程序进入步骤104，在这个步骤中，纪录下超过阈值S的差值数字。然而，例如，如果只有一个差d1确实超过了阈值S时，该情况就计入存储器M1，可以接着进入到步骤105。

如果两个差值d1，d2超过了阈值S，可以计算V(2)-V(1)之差的绝对值d。如果d小于2.S，可以进入步骤105，同样，该情况存储到M2存储器中，程序进入到步骤105。

如果三个差d1，d2，d3高于S，参数p(k)偏离所有其它的参数p(k’)，而且差值高于阈值S，那么，发动机k的工作或磨损出现异常，与其它发动机k’的工作情况或磨损情况不同。所有其它工作性能还是继续保持相似，程序可以进入到步骤106，通过显示功能63，说明与其它发动机工作情况相比，所述发动机工作异常，  该事件存储到存储器M3中，程序进入到步骤105。

在步骤105中，M1，M2，M3存储器中计入了日期，以便对事件历史重新建立，从而可以更好地协助维修，由于所述方法将在工作中持续应用，可以再次开始步骤101。

当监测发动机的FADEC计算机1，2，3，4属于那些进行比较并通过上述方法建立最终诊断的设备，它们都能并行发送诊断情况，而且这些诊断情况本身对确定所显示的整个诊断情况起动了进一步佐证的作用。

为此，可以解决一台或两台FADEC上出现故障，实现系统10的双重保险，或者根据盎格鲁-撒克逊术语，称之为双重“故障安全的”

FADEC计算机的诊断情况可以通过其中一个发送到其它FADEC，以便与其中的计算机进行比较，并可以存储在箱体内进行维护，或者立即采取行动，诸如显示给飞行员或通过“地面”站无线电发射，但是，这种诊断也可以发给“飞机”上中央计算机进行储存、显示、地面广播或任何其它可以修理的系统控制。

相反，使用与网络5相连接的独立中央计算机6来集中进行处理，则不可能克服所述计算器上出现的故障。

值得指出的是，为了人员安全目的，也可以采用发动机为三倍或四倍冗余形式，充分利用发动机参数的诱导冗余，从而大大改善机内自检测试诊断精度，协助FADEC维护保养。

如上所述，本发明适用于包括两台以上发动机的飞机，但是同样也适合于包括两台发动机的飞机的参数，对于发动机而言，偏差出现的原因只能说明发动机存在故障。

正如所观察的那样，对于油位(或其它液位)来讲，正是这种情况。另外，对于其它许多情况来讲，也是如此，诸如：

起动持续时间，随着发动机的磨损，这个时间会增加，而且这可能说明发动机损坏，

发动机转速，这可说明燃油泵的磨损。

还可以增加一个数学模型，根据飞机的使用和环境来进行演算，从而排除两台发动机之间可能存在的任何怀疑，这些发动机的参数，由于它们不具有显示故障发动机的上述性能，所以会相对于所选择的阈值偏差很大。

数学模型可以与参数比较一起用来隔离故障。

本发明还适用于除了螺旋桨发动机之外的其它装置，诸如通常为四倍的飞行指令系统、驾驶舱关闭系统，等。

Claims (6)

1.一种包括至少两台发动机(m1，m2，m3，m4)的飞机发动机监测方法，所述方法包括：

所述的至少两台发动机(m1，m2，m3，m4)都是由发动机监测计算机(1，2，3，4)来控制和监测，每台所述发动机监测计算机(1，2，3，4)用来监测发动机(m1，m2，m3，m4)中的一个发动机，每台所述发动机监测计算机(1，2，3，4)之间通过通信网络(5)来连接；

所述发动机监测计算机(1，2，3，4)中的每台监测其所控制的所述的至少两台发动机(m1，m2，m3，m4)中的每台的运行参数(p，V)；

监测所述的至少两台发动机(m1，m2，m3，m4)中的一台发动机的一台计算机(1，2，3，4)在网络(5)上发送所述运行参数p(k)的第一数值V(k)，以便与监测所述的至少两台发动机(m1，m2，m3，m4)的另一台发动机的所述计算机(1，2，3，4)的另一台发送的同一参数p(k)＝p(k’)的第二数值V(k’)进行比较，并且每台发动机监测计算机(1，2，3，4)通过网络(5)向其它发动机监测计算机(1，2，3，4)发送运行参数(p，V)；和

如果第一数值V(k)与第二数值V(k’)的差值(d1(k)，d2(k)，d3(k))大于预定阈值时，其中一台发动机m(k)就被诊断为工作有故障。

2.一种根据权利要求1所述的方法，其特征在于：监测发动机(m1，m2，m3，m4)的计算机(1，2，3，4)是那些进行比较(62；102，103，104)并显示(63；106)最终诊断结果的计算机。

3.一种根据权利要求1所述的方法，其特征在于：诊断工作由网络(5)连接的独立中央计算机(6)进行。

4.一种根据权利要求2所述的方法，其特征在于：计算机(1，2，3，4)的每次诊断通过所述计算机发送(61；100)到另一个计算机，以便与其进行比较。

5.一种根据权利要求1到4中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于：每次诊断存储在储存器(M1，M2，M3，M4)中，便于维护。

6.一种根据权利要求1到4中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于：诊断结果显示给(106)飞行员或者通过无线电发送到地面站。

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