CN103180210A - 用于确定航空器结构的荷载事故的方法和布置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用以确定航空器结构的荷载事故的方法和布置，其中至少一个航空器结构部段的真正的现实与航空器结构的虚拟的现实相叠加，并且借助于对比两种现实来确立了任何偏差；参考其在结构力学方面的影响来评价这种偏差。

Description

用于确定航空器结构的荷载事故的方法和布置

技术领域

本发明有关于一种用于确定航空器结构的荷载事故发生（incidence）的方法和布置。

背景技术

在航空器的情况下，出于安全原因，规定了对航空器在其使用寿命期间所经历的所有损坏和超载事故的进行登记和归档。这些损坏事故特别地发生在跑道上在加油/加注燃料、加载和卸载期间以及在操纵时，且例如由于与货物集装箱或者与牵引车辆碰撞而造成。它们也由于在飞行的所有阶段的超载事故而发生，特别是在所谓的硬着陆的情况下。

在金属构造的航空器的情况下，能借助于目测来记录损坏事故。在纤维复合构造的航空器的情况下，另一方面，损坏事故常常仅表现为内部分层，其不能在外部被辨别，或者只是很难辨别。因此，一种已知技术的解决方案提出了极其可能受损坏的航空器结构的区域，诸如货舱门区域，将要被设置一种包括许多电传感器的传感器场。但是，这种解决方案具有以下缺点：传感器中的每一个可仅监视较窄地限定的区域，从而使得并不记录在此区域之外出现的任何损坏事故。而且，传感器而且特别是它们的电缆布线，导致很高的航空器重量，并且意味着高水平的额外安装和组装工作。而且，由于大量部件，倾向于降低可靠性并且增加错误报告的数量。

发明内容

本发明的目的在于创建一种用于确定航空器结构的至少一次荷载事故的方法，其排除了上文所提到缺点并且允许监视航空器结构的较大区域，本发明还涉及用于执行这种类型方法的布置。

借助于具有权利要求1的步骤的方法和借助于具有权利要求6的特征的布置来实现这个目的。

在用于确定航空器结构的至少一次荷载事故的本发明的方法中，在光学上记录航空器结构的至少一个部段。然后比较该航空器结构部段的“实际”状态与所存储的“设计”状态(目标状态)。最后，基于“设计”与“实际”的对比，关于是否已发生航空器结构部段的至少一部分的超载事故进行了结构力学评估。

本发明允许间接地确定损坏和因而可靠地监视航空器结构的至少一个部段的较大区域。与已知技术所规定的直接确定损坏相对照，光学监视不是仅限于在特定时间的个别局部结构区域，而是能在飞行中以及在跑道上总体地观察所述航空器，并且随后能局部地确定任何超载事故。能同时确定多种形式的荷载，诸如压缩力、拉力/张力和力矩。此处，确定了至少一个暂时超载事故，且也确定了累积超载。在这里，暂时荷载事故应被理解为个别事件，其造成立即损坏。累积超载表示疲劳损坏，由于微小事件总和而积聚，微小事件中的每一个并不会个别地表示超载。此外，基于所计算的超载，能发起必需的修理和维护任务安排，从而使得：与常规解决方案相比，缩短了航空器的停机时间。通过特别地记录飞行中，起飞和着陆荷载，航空器结构能被最佳地确定尺寸，这得到重量和成本方面的节省，且也得到延长的使用寿命。

在实施例的优选示例中，航空器结构部段的数字化模型被用作“设计”状态，并且基于所记录的光学数据来编译真实模型作为“实际”状态。使所谓真正的现实与虚拟的现实叠加并且借助于对比两种现实，确定了任何偏差，关于这种偏差对于结构力学方面的影响进行评价。用于航空器的虚拟模型的数据也可以用数字化数学模型的形式提供，从而使得能取得/访问已经存在的而且已经检验过的数据资源。同时，也记录对数据资源的任何修改，从而使得“设计”状态总是基于当前数据而被编译。

作为对于光学记录的补充，也可借助于声学传感器来对航空器结构部段和/或其环境进行声学记录。声学传感器允许实现精确的声学检测和编译“实际”声像（acoustic image），将“实际”声像与“设计”声像进行比较。声学记录特别地用来确定用于归档和评价的起始信号。如果在声学对比的过程中，在图像和/或外来噪声之间出现足够的偏差，则表明已发生了结构荷载事故，并且进行光学“设计”-“实际”比较。特别地，不仅执行短期储存，例如，在飞行的阶段，诸如起飞和着陆和/或地面停止，而且也执行光学数据的长期归档用于评估目的。通过这种方式，与未过滤的存储和归档的过程相比，显著地减少了数据量。

为了也能在随后向荷载事故分配因果实体，有利地，记录了荷载事故的发生时间。

在一个实施例的示例中，借助于数字化记载来确定了速度和/或加速度以及分隔外来物体与目标物体(即，航空器)的距离，从而使得，利用对于这两个参数的知识，能预测对目标物体的任何危险并且对这样的危险进行归类。在此方面，在实施例的此示例中，并不直接地测量诸如速度、加速度、分隔距离和/或方向这样的参数，而是通过例如使用数学模型来评价光学数据而间接地测量。此外，如果外来物体的分隔距离足够，则仍可能引入对策并且防止或减轻与航空器的碰撞和/或冲击。

用于执行这种类型的间接方法的本发明的布置具有：一种光学记录系统，例如具有至少一个摄像机，一个激光单元和类似物，用于记录航空器结构的至少一个部段的目的；以及一种评价系统，用于基于记录系统的数据来识别航空器结构部段的至少一部分的超载。

通过适当地选择目标，至少一个摄像机允许记录该结构的较大区域以及环境，而无需复杂的开环或闭环控制技术。在现代航空器的情况下，能利用已经安装的摄像机，诸如在竖直尾翼单元或在起落架区域中，从而使得，取决于待观察的结构部段，额外摄像机可以不是必需的。例如，安装于升降舵单元中的摄像机允许记载在飞行中或在跑道上时机翼的荷载。

如果所监视的航空器结构部段具备光学标记，则较容易进行光学记录和特别地进行数字化模型与现实的对比，光学标记例如用于识别诸如车辆等物体，用于确定车辆重量、起始位置和/或基准位置和/或光学公差极限。

在实施例的一个示例中，该布置还具有用于对航空器结构部段和/或其环境和荷载事故进行声学记录目的的声学记录系统。出于评价“实际”声像的目的，“设计”声像优选地被存储于评价系统中。

为了分配和/或索引荷载事故的时间的目的，能提供一种时间记录系统，例如，借助于时间记录系统，能将因果实体分配给损坏事故。

本发明的实施例的其它有利示例为其它附属权利要求的主题。

附图说明

在下文中，借助于在很大程度上简化的示意图更详细地阐述本发明的实施例的优选示例。在附图中：

图1和图2示出了本发明的布置的实施例的第一示例，

图3和图4示出了本发明的布置的实施例的第二示例，

图5和图6示出了本发明的布置的实施例的第三示例，

图7、图8和图9示出了用于确定分隔距离的本发明的方法的实施例的示例，

图10、图11和图12示出了用于确定速度的本发明的方法的实施例的示例，

图13和图14示出了本发明的布置的实施例的第四示例，以及

图15和图16示出了本发明的布置的实施例的第五示例。

附图标记列表

1 航空器

2a, b, c, d  摄像机 (翼根)

4 侧向机身部段

6 侧向机身部段

8 机翼

10a, b, c, d 记录区域

12 前缘

14 后缘

16a, 16b 摄像机(货舱门)

18 货舱门

20 货舱门

22a, b 记录区域

24a, b 重叠部段

26a, b 摄像机(翼根)

26 车辆

28 机翼

30 驾驶舱

32 尾翼单元

34 机身部段

36 机身部段

38 竖直尾翼单元

40 摄像机(尾翼单元)

42 记录区域

44 机身

46 a, b, c, d 重叠部段

48 摄像机(机身)

50 机身区域

52 记录区域

54 升降舵单元

56a, b 摄像机(翼梢)

58a, b 记录区域

60a, b, c, d 标记

62 基准位置

e1 亚临界分隔距离

e2 临界分隔距离

e3 超临界分隔距离

v1 亚临界速度

v2 临界速度

v3 超临界速度。

具体实施方式

根据图1和图2，用于确定航空器1的结构的荷载事故目的的一种布置的实施例的第一发明示例具有在右舷侧上的至少一个光学记录系统；此系统具有至少两个摄像机2a、2b，在每种情况下，用于光学记录一种航空器结构部段4、6和在所述航空器结构部段周围的环境，用于编译航空器结构部段的“实际”状态，即，真实模型。

光学摄像机2a、2b位于航空器1右舷侧上的机翼8的翼根区域的前缘和后缘处。

前缘摄像机2a在飞行方向，即在航空器纵向上取向/定向。其限定了一种三维记录区域10a，该三维记录区域10a在驾驶舱附近的侧向机身部段4与例如机翼8的前缘12之间延伸。

后缘摄像机2b在后机身的方向上，即在尾翼单元的方向上取向/定向，并且限定了一种三维记录区10b，三维记录区10b在尾翼单元附近的侧向机身部段6与后缘14之间延伸。因而，摄像机2a、2b允许在光学上记录在飞行方向上在右舷机翼8和相对应侧向机身部段4、6前方和后方的环境。

根据图3和图4，一种用于确定航空器1的结构的荷载事故的布置的实施例的第二发明示例具有至少一个右舷侧光学记录系统，作为在机翼8的翼根区域中的两个摄像机2a、2b的补充，其还在货舱门18、19中每一个的区域中设置一种光学摄像机16a、16b。

在货舱门18、20的区域中的光学摄像机16a、16b能允许实现比翼根摄像机2a、2b更详细地记录在货舱门18、20的区域中的移动，从而使得，例如，能准确地在光学上记录货舱门框区域的损坏事故。它们在每种情况下限定一种三维记录区域22a、22b，三维记录区域22a、22b从航空器1延伸呈圆锥形状，并且与摄像机2a、2b的记录区域10a、10b形成重叠部段24a、24b。

根据图5和图6，用于确定航空器1结构的荷载事故的一种布置的实施例的第三发明示例具有一种光学记录系统，其在右舷侧和左舷侧二者上在翼根的区域中设置前缘和后缘光学摄像机2a、2b、2c、2d，这些摄像机中的每一个使记录区域10a、10b、10c、10d成像，从而使得，在机翼8、28与驾驶舱(即，航空器30的机头)之间，以及在机翼8、28与尾翼单元(即，后机身32)之间的环境分别在光学上被以三维方式记录。此外，在航空器30的机头与机翼8、28之间，以及在机翼8、28与航空器32的后部之间的侧向机身部段4、6、34、36也在光学上被记录。

此外，光学摄像机40位于竖直尾翼单元38顶端处的前缘区域中。摄像机40在驾驶舱30的方向上取向/定向、且限定了光学记录区域42，光学记录区域42在驾驶舱30的方向上从尾翼单元32呈圆锥形状以三维方式打开。以此方式，以鸟瞰图记录了机身44和至少机翼8、28的翼根区域，以及航空器1的环境。在每种情况下，圆锥形记录区域42与其它记录区域10a、10b、10c、10d形成了重叠部段46a、46b、46c、46d。

尾翼单元摄像机40的光学记录区域42也可以呈圆锥形状而被打开从而使得其记载了横跨翼梢的航空器的整个宽度，从而使得这个摄像机40能例如记录飞行中或跑道上的机翼8、28上的荷载。

图7、图8和图9指示了对于在航空器1或目标物体的横向方向上靠近在驾驶舱30与机翼8之间的右舷区域的车辆26或外来物体，借助于根据图5和图6的本发明的布置，确定分隔距离，即，间接测量分隔距离。

图7中所示的车辆26，例如装载车辆或运油车（fuel tanker）， 位于前缘摄像机2a的记录区域10a之外和尾翼单元摄像机40的记录区域42之外。因而，车辆26位于与航空器1相距亚临界分隔距离e1处。

如果另一方面，如图8中所示的车辆26靠近航空器1、和/或由应用了数学模型来进行的对光学数据的评价来确定了在车辆26与航空器1之间的分隔距离的减小，且其由此进入前缘摄像机2a的记录区域10a，车辆26位于与航空器1相距临界分隔距离e2处，且未图示的一种评价系统评估了是否存在着针对于航空器1的潜在危险。为此目的，车辆26配备有标记，借助于标记来识别它。然后，基于所存储的维修数据，关于所识别的车辆26是否被授权存在于记录区域10a中、或者关于其是否表示了针对航空器1的潜在危险，执行了自动检查。如果未经授权就位于记录区域10a内，则车辆26表示了例如潜在危险。

如果，如图9中所示的车辆26继续靠近航空器1，且由此进入尾翼单元摄像机40的记录区域42，且因而进入两个摄像机2a、40的重叠区域46a，则其现位于与机身侧部段4相距超临界分隔距离e3处，从而使得，取决于先前对车辆的评估，认为是必需的和不危险的，或者认为是危险的。如果其被认为是危险的，则开始了对于所记录的“实际”数据的记载，并且指示出为了减轻损坏和/或危险的措施，诸如音频信号。

为了提供在“实际”状态与“设计”状态之间的进一步对比，则由应用了数学模型来进行的对光学数据的评价，可以与分隔距离的确定并行地执行间接速度测量，即，车辆26的速度的确定，如图10、图11和图12中所示。车辆26位于超临界分隔距离e3处，且因而车辆的至少某些部分位于在两个记录区域10a、42之间的重叠区域46a中。其以亚临界速度v1(图10)，临界速度v2(图11)或超临界速度v3(图12)靠近侧向机身部段4。速度的确定、以及对于车辆重量的知晓允许了确定碰撞冲量、以及车辆26的动能，从而使得基于结构力学评估，确定了碰撞的严重性，并且如果机身部段4已经受超载，则能编译损坏的相对应模式，以及必须要执行的修理和维护任务。用于维修航空器1所必需的车辆26的车辆重量作为“设计”数据而被存储于评价系统中。关于哪个车辆26实际上靠近的确定是借助于如图5、图6和图7中所描述的对于靠近车辆26的识别来进行。车辆26中每一个优选地具备用于识别车辆类型的光学标记；这些标记由光学记录系统所记录，且能得出关于车辆重量的结论。

如果车辆26仍然能够在航空器1前方刹车并且因而将不用担心与航空器1碰撞，则车辆26以亚临界速度v1靠近。如果不再能防止碰撞，但不会对机身部段4造成损坏，则车辆26以临界速度v2靠近。如果不再能防止碰撞，且对于机身部段4所计算的损坏类型使得必须对受损坏的机身部段4执行检查，则车辆26是以超临界速度v3靠近，。

根据图13和图14，用于确定航空器1的结构的荷载事故的一种布置的实施例的第四发明示例具有至少一个光学记录系统，该光学记录系统具有用于光学记录所述尾翼单元和/或所述后机身32的一个摄像机48。

光学摄像机48位于在机翼8、28之间的机身50区域中，且在尾翼单元32的方向上取向/定向。其限定了一种三维光学记录区域52，该三维光学记录区域52记录了竖直尾翼单元38以及升降舵单元54二者。

这种记录系统用于记载尾翼单元32在航空器的横向y上的任何移动和/或侧向偏转。例如，在阵风情况下，发生这样一种移动，且导致尾翼单元36的侧向偏转，这取决于其严重性，侧向偏转可导致航空器1在后部区域32中的超载。如果超过了尾翼单元32的特定偏转水平，则开始归档，并且生成了开始随后评估时的时间戳/时间标记（time stamp）。在这个始于时间戳的评估中，基于光学数据，从航空器1，即尾翼单元32而编译了尾翼单元的真实模型。借助于真实尾翼单元模型与数字化虚拟尾翼单元模型的对比，确定了尾翼单元32的任何可能变形。此外，在结构力学方面，评估了偏转。编译了可能损坏的模式并且规定了检查，包括待执行的任何修理和维护任务。

根据图15和图16，用于确定航空器1的结构荷载事故的一种布置的实施例的第五发明示例具有至少一个光学记录系统，该光学记录系统具有用于对机身44进行光学记录的两个翼梢摄像机56a、56b。

光学摄像机56a、56b朝向彼此定向、并且在每种情况下限定三维记录区域58a、58b，三维记录区域在机身44的方向上以圆锥形状加宽、且基本上从驾驶舱30延伸到尾翼单元32。

此外，这种记录系统具有四个光学标记60a、60b、60c、60d，其中之一位于机身每一侧上在驾驶舱附近和在尾翼单元附近。标记60a、60b一起限定了在航空器x的纵向方向上延伸的虚构直线或基准位置62。

记录系统主要用于在航空器1着陆期间记录所述机身44的超载。借助于摄像机56a、56b记录了标记60a、60b。如果超过了机身44的特定偏转水平，则开始归档，并且生成开始随后进行评估时的时间戳。在这个始于时间戳的评估中，基于光学数据，从航空器1，即机身32而编译了航空器的真实模型。借助于真实航空器机身模型与数字化虚拟航空器机身模型的对比，确定了机身44的任何可能的变形。此外在结构力学方面，评估了偏转。编译了可能损坏的模式并且规定了检查，包括待执行的任何修理和维护任务。因为在着陆过程中，由于机翼8、28弯曲的结果，摄像机56a、56b更改了它们的相对于直线62的位置，且因而不由相对于标记60a、50b的任何明确位置所限定，在机身偏转的任何评估中必须考虑机翼8、28的弯曲。

根据图1至图16的本发明的布置在每种情况下配备有一种评价系统，如图8、图10、图16中所示，用于制备所述航空器1的至少一个数字化虚拟模型和因而“设计”状态。同样，用于对航空器1进行相应维修所必需的车辆26的数字化模型，包括它们的车辆数据，被存储于评价系统中。此外，评价系统具有算法和/或数学模型，用于执行光学“设计”-“实际”对比，用于计算荷载事故和/或碰撞的位点，用于结构力学评估，用于编译所述损坏模式，用于发起修理和维护任务，以及也用于指示为了避免或减轻荷载的对策。而且，评价系统具有一种存储单元，特别地用于长期存储已导致超载或危险的事件、或将这样的事件归档，以及用于存储已发生的结构损坏事故。

此外，根据图1至图16的布置中的每一个具有时间记录系统，时间记录系统能被整合到评价系统中，且能利用所述评价系统，将超载针对时间和因而针对因果实体进行分配。

根据图1至图16的布置中的每一个被补充以一种声学记录系统，其例如将麦克风分配给每个光学摄像机2a、2b、2c、2d、16a、16b、40、48、56a、56b用于记载噪声来编译“实际”声像。比较“实际”声像与所存储的“设计”声像，从而使得滤出了任何不熟悉的外来噪声。造成损坏的事件，诸如与运油车、货物集装箱、鸟或类似物的碰撞，然后被接受为相关外来噪声出现的原因，且开始了对用于评价的数据的归档，从而使得一方面，借助于这种选择性长期存储，能保持数据量较低。另一方面，防止了与损坏事故相关的光学记录被重写或删除。同时，时间戳由于外来噪声而分配给光学记录；借助于时间戳，能在时间上定位所述损坏事件，且特别地能确定损坏的原因和/或因果实体。

如果，例如，图7至图12中的车辆26与航空器1碰撞，则出现外来噪声，借助于声像的“设计”-“实际”对比来滤出一种外来噪声。那么，其被归因于在车辆26与航空器1之间的接触，向光学监视记载分配了时间戳，并且执行了数据的归档。随后进行评估，始于例如时间戳，其中在碰撞后的真实航空器模型与涉及相关结构部段的虚拟航空器模型相叠加。此处，关于在真实航空器模型(即航空器结构部段)与虚拟航空器模型(即，航空器结构部段)之间是否存在任何偏差进行了调查研究，并且局部地限定了任何这样的偏差。为了进行光学记录，也能基于时间戳，借助于维修记载，来识别车辆26或外来物体、和因而因果实体，例如，即使在没有图7、图8和图9中所援引的标记的情况下。而且，基于可用的车辆数据，诸如重量、速度和撞击角，在结构力学方面，对相关航空器结构部段进行调查研究，因此，以及其它因素，则可以确定不可见的损坏事故，诸如分层。最后，关于航空器结构部段的状态，生成了报告，且生成了诸如修理措施这样的指令。

此外，部署了光学和声学记录系统，分隔距离的确定和速度的确定，来用于监视航空器1是否有第三方侵入的任何事故。这是例如若航空器被停放的情况。

本发明披露了用以确定航空器结构的荷载事故的方法和布置，其中至少一个航空器结构部段的真正的现实是与航空器结构部段的虚拟的现实相叠加的，且借助于两种现实的对比来确立了任何偏差；参考其在结构力学方面的影响来评价了这种偏差。

Claims (9)

1.一种利用以下步骤来确定航空器结构的至少一次荷载事故的方法：

- 所述航空器结构的至少一个部段(4, 6)的光学记录，用于确定所述航空器结构部段(4， 6)的“实际”状态，

- 对比所述航空器结构部段(4, 6)的“实际”状态与存储的“设计”状态，

- 关于所述航空器部段的至少一部分是否已出现超载的结构力学评估。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述航空器结构部段(4, 6)的数字化模型用作所述“设计”状态，且基于所记录的数据来编译真实模型作为“实际”状态。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，

已经确定的外来声学信号用作评价的起点。

4.根据权利要求1，2或3所述的方法，其中，

记录所述荷载事故的发生时间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，

相对于所述航空器(1)来确定外来物体(26)的速度和分隔距离。

6.一种用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的布置，具有

- 用于记录所述航空器结构(4, 6)的至少一个部段的光学记录系统，

- 用于基于所述记录系统的数据来识别至少一个航空器结构部段(4, 6)的至少一次超载的评价系统。

7.根据权利要求6所述的布置，其中，

存储着光学标记(60a, 60b, 60c, 60d)，用于识别物体(26)、基准位置、公差极限等。

8.根据权利要求6或7所述的布置，其中，

提供声学记录系统用于对所述荷载事故进行声学记录。

9.根据权利要求6、7或8中任一项所述的布置，其中，

提供时间记录系统以用于向所述荷载事故分配时间。

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