CN104484544A - 一种航空发动机监控方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空发动机监控方法和系统，方法包括以下步骤：A：预先设置航空器中发动机对于各状态参数的阀值和各状态参数的突变值的阀值；B：通过飞行信息报文系统，实时获取所述航空器的多种飞行数据；C：根据所述飞行数据得到发动机的实际状态参数；D：将所述实际状态参数与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的突变值与对应的状态参数的突变值的阀值进行对比，如超出所述阀值则表明该实际状态参数出现异常；E：根据出现的异常事件进行告警。本发明能够基于ACARS报文对航空器发动机的性能进行有效监控，不仅操作方便，而且实时性好。

Description

一种航空发动机监控方法和系统

技术领域

本发明属于民航领域，尤其涉及一种航空发动机监控方法和系统。

背景技术

飞机作为一种便利的交通工具，为人们提供了更为高效和快捷的出行方式，然而，飞行安全是一个永恒的话题。对于航空器，发动机就像心脏一样重要，如何确保发动机能够在正常状态下工作运行，对于航空公司来说，是一个至关重要的问题。

目前，ACARS系统(Aircraft Communiction Addressing and RepartingSystem，飞行信息报文系统)已经成为飞行信息获取的一个主流成熟的系统，尤其是能够获取表征发动机工作环境的部分参数。该系统可以通过标准的硬件接口采集到飞机的相关飞行数据，然后经过VHF(甚高频天线)或是卫星系统，将数字化编码的数据发送到地面数据中心ADCC(飞行控制数据中心)。ADCC再根据报文的不同地址，将其中的数据发送到相应的航空公司的数据中心，以便专业人员判断飞机及发动机运行状态。ACARS系统是双向的，也就是说地面也可以通过该系统上载数据，如紧急的故障排故或是飞行气象数据等。

然而，基本的ACARS报文中仅有有限的几个参数信息，例如高度，速度，温度，大气压力，引气值等，通过这些参数，只能简单的了解下发动机的工作环境，对于发动机性能趋势监控无法提供直接的、有效的数据支持；同时，如需获取ACARS报文，需要人工不断的登录网站进行数据下载，并对下载的数据进行人工的分析识别，一方面，这些工作数据量大且繁重枯燥，对于较大规模的机队来说，会占用较多的工程师人力资源，另一方面，数据到了航空公司后，如需处理还会再发动到发动机厂家，厂家对于海量数据的处理在时间上面是存在滞后性的，这样对于一些问题的分析和识别也存在滞后性，不利于及时处理安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种航空发动机监控方法和系统，能够基于ACARS报文对航空器发动机的性能进行有效监控，不仅操作方便，而且实时性好。

本发明提供了一种航空发动机监控方法，包括以下步骤：

A：预先设置航空器中发动机对于各状态参数的阀值和各状态参数的变化值的阀值；

B：通过飞行信息报文系统，实时获取所述航空器的多种飞行数据；

C：根据所述飞行数据得到发动机的实际状态参数，其中，部分实际状态参数直接取自所述飞行数据，部分实际状态参数通过对所述飞行数据进行转换和处理得到；

D：将所述实际状态参数与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比，如超出所述阀值则表明该实际状态参数出现异常；

E：根据出现的异常事件进行处理或告警。

优选地，所述步骤C中，部分实际状态参数通过对所述飞行数据进行转换和处理得到具体为：对所述飞行数据进行标准状态下的转换，得到转换值与基线值之间的偏差值；

所述步骤D中，得到所述实际状态参数的变化值的方法具体为：

通过指数平滑法，对所述实际状态参数进行平滑处理，将当前的实际状态参数与前一时刻的平滑值进行对比，并将差值的绝对值作为实际状态参数的变化值。

进一步地，所述实际状态参数包括：燃油流量偏差值△FF，风扇转子速度偏差值△N1，核心转速偏差值△N2，排气温度偏差值△EGT。

优选地，所述步骤A中，每一个状态参数的阀值或状态参数的变化值的阀值具有多个，分别对应于异常事件的不同级别；

步骤E中，使用与所述实际状态参数对应级别的异常事件匹配的方式进行处理或告警。

优选地，所述步骤E中，使用与所述实际状态参数对应级别的异常事件匹配的方式进行告警的方式具体为：针对不同级别的异常事件，向不同的目标人员告警。

优选地，所述步骤D中，将所述实际状态参数与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比的一种具体方式为：将所述实际状态参数的单点采样值与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的单点采样值的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比；

另一种具体方式为：将所述实际状态参数的连续几个采样值与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的连续几个采样值的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比。

优选地，航空器具有起飞状态和巡航状态，在不同状态下，所述步骤B中实时获取的所述航空器的飞行数据的种类不同，所述步骤C中得到发动机的实际状态参数的类型也不同。

所述步骤C还包括以：：根据发动机的实际状态参数绘制各状态参数的趋势图形。

本发明还保护了一种航空发动机监控系统，包括；

阀值预设模块；预先设置航空器中发动机对于各状态参数的阀值和各状态参数的变化值的阀值；

飞行数据获取模块：通过飞行信息报文系统，实时获取所述航空器的多种飞行数据；

数据处理和转换模块：根据所述飞行数据得到发动机的实际状态参数，其中，部分实际状态参数直接取自所述飞行数据，部分实际状态参数通过对所述飞行数据进行转换和处理得到；

数据分析模块：将所述实际状态参数与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比，如超出所述阀值则表明该实际状态参数出现异常；

处理模块：根据出现的异常事件进行处理或告警。

优选地，所述处理模块包括邮件服务器和/或短信网管平台。

本发明通过以上航空发动机监控方法和系统，使航空公司能够主动的、智能地通过ACARS系统获取发动机的基础参数，并将其处理后进行有效分析，一旦发现异常事件立刻进行处理或告警，不仅能够将发动机工程师从繁重且效率低下的数据分析工作中解放出来，而且及时避免了飞机故障，减少了安全隐患。

附图说明

图1是本发明一种实施例的航空发动机监控方法流程图；

图2是本发明一种实施例的航空发动机监控系统框图。

具体实施方式

如图1所示，在本实施例中一种航空发动机监控方法，包括以下步骤：

步骤A:在航空公司的后台服务器中，预先设置航空器中发动机对于各状态参数的阀值和各状态参数的变化值的阀值，当然，对于不同航空器机型以及不同发动机，各状态参数的阀值和各状态参数的变化值的阀值并不相同。预设阀值时，各状态参数或各状态参数的变化值可仅仅只设置一个阀值，意味着一旦实际值超出阀值即为该状态参数异常，优选的情况下，每一个状态参数的阀值或状态参数的变化值的阀值具有多个，分别对应于异常事件的不同级别，意味着一旦实际值超出级别较低的阀值时，出现低级别的异常事件，一旦实际值超出级别较高的阀值时，出现高级别的异常事件，例如处理异常事件的级别可以分为超手册、视情查看、告警几个级别，告警可通过短信或邮件向相应的发动机工程自动通知。本领域技术人员能够理解，根据各状态参数所描述的发动机的不同性能，“超出”可能为低于阀值，也可能为高于阀值，也有可能为偏离阀值所规定的范围，具体数值根据发动机的性能手册以及大量飞行数据分析的基础上来进行设定的。

步骤B：通过ACARS的相关报文，系统实时获取航空器的多种飞行数据。系统能够自动的对报文进行数据解码分析，提取发动机监控所需的飞行数据，如飞机号(Flight Number)，发动机号(Engine Sn)，飞行高度(Altitude)，大气温度(TAT),飞行马赫数(Mach)，发动机排气温度(Exhaust GasTemperature/EGT)，风扇转子速度(Fan Rotror Speed/N1)，核心转速(CoreSpeed/N2)，燃油流量(Fule Flow/FF)，滑油温度(Oil Temperature)，滑油压力(Oil Pressure)，引气数据(Bleed Data)，吊舱除冰开关状态(Anti-ice)，涡轮间隙控制时间TCC，吊舱温度、减推力设置等基础参数，系统还能将这些对应参数按照对应的航空器进行归类并进行存储。

由于航空器在不同状态下对发动机的性能要求不同，应确立发动机性能监控分析所设定的不同的工作状态，包括起飞状态和巡航状态，本步骤B中实时获取的航空器的飞行数据的种类不同，后一步骤中得到发动机的实际状态参数的类型也不同。例如巡航状态的飞行数据采样条件为：飞行高度>20,000feet；飞行速度在[0.6Ma,0.9Ma]之间，状态稳定维持超过12秒，在此之前为起飞状态。这些初始设定是民用航空器在出厂的时候已经设置好，数据采集系统会根据实际工作情况自动的采集数据样本。

步骤C：根据飞行数据得到发动机的实际状态参数，即从多种飞行数据中，直接或者间接获得能够监控发动机性能状态的一些参数，这些参数统称为实际状态参数。其中，部分实际状态参数直接取自飞行数据，例如吊舱温度、EGT、飞行高度、飞行马赫数、引气数、吊舱除冰开关状态、燃油流量，滑油温度，滑油压力等等，部分实际状态参数无法直接获得，需要通过对获得的飞行数据进行转换和处理得到，例如△FF、△N1、△N2、△EGT、EGTM(排气温度EGT的裕度)、N1ind转速比等。

对获得的飞机数据进行转换和处理的方式根据具体需要而定，例如一种转换和处理的方式为：首先对飞行数据进行标准状态下的转换，接着得到转换值与基线值之间的偏差值，将该偏差值作为实际状态参数，例如△FF、△N1、△N2、△EGT等参数，指的是对采集到的部分飞行数据经过标准转换后，与基线方程得到的计算值之间的差值。

各类飞行数据进行标准状态下转换的方式较为类似。

以EGT为例，EGT的标准转换需要大气温度TAT以及EGT的采样数据值，其中：

(1)温度比 $\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{TAT}+273.15}{288.15};$

$\left(2\right)---\mathrm{EGTcov}=\frac{\mathrm{EGT}+273.15}{{\mathrm{\θ}}^{0.89}};$

这样计算后，可得到标准状态下的EGT的数值，再将该数值与发动机基线方程得到的计算值之间求差值，即可得到△EGT。

再以N1ind转速比的标准转换为例，需要大气温度TAT以及N1的采样数

据值，其中：

(1)温度比 $\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{TAT}+273.15}{288.15};$

$\left(2\right)---\mathrm{NlKind}=\frac{\frac{\mathrm{Nlind}*\mathrm{Speed}}{100}}{{\mathrm{\θ}}^{\mathrm{var}}}$

其中Speed为N1当前的转速，Var根据Speed的不同而又有取值的不同。

N1K	3300	3500	3700	3900	4100	4300	4500	4700	4900	5100
											Var	0.500	0.499	0.497	0.493	0.488	0.483	0.477	0.470	0.463	0.454

这样计算后，可得到标准状态下的N1ind转速比的数值，再将该数值与发动机基线方程得到的计算值之间求差值，即可得到△N1ind。另外，根据航空器不同的飞机状态，起飞状态下需要监控的发动机的实际状态参数可包括：EGTM、SOATL(海平面外界大气温度限制)、EGT(排气温度)、吊舱温度等；巡航状态发动机的实际状态参数可包括：△N1、△N2，△FF，N1振动值，N2振动值，△EGT,EGT滑油温度，滑油压力，发动机左右发差异(Divergence)，另外也包括一些基本的工作参数如飞行高度，飞行马赫数，引气数据a)，吊舱除冰开关状态等等。

本步骤中，由于获得了发动机的实际状态参数，可根据发动机的实际状态参数绘制各状态参数的趋势图形，以便发动机工程师事后查看或诊断。

D：根据具体需要，将一部分实际状态参数与对应的预设的状态参数的阀值进行对比，或将得到的实际状态参数的变化值与对应的预设的状态参数的变化值的阀值进行对比，如超出阀值则表明该实际状态参数出现异常。

其中，将一部分实际状态参数与对应的预设的状态参数的阀值进行对比十分方便，直接对比即可，例如对于EGT，一旦某一时刻EGT的数值超过了设定的阈值，表明出现异常事件，对于EGTM,一旦EGTM的数值低于设定的阈值，表明EGTM裕度降低，出现异常事件。

将一部分实际状态参数的变化值与对应的预设的状态参数的变化值的阀值进行对比时，实际上是判断某种状态参数趋势的变化是否平稳，是否形成突变，这种对比相对较为复杂，本发明可通过指数平滑法，对实际状态参数进行平滑处理，将当前的实际状态参数与前一时刻的平滑值进行对比，并将差值的绝对值作为实际状态参数的变化值。具体地，可首先通过指数平滑法对实际状态参数进行平滑处理，将对应的参数进行平滑(如△FF，△N1，△N2，△EGT，Oil_Pressure,Oil_Temperature,N1，N2，EGTM)，基于之前的平滑水平来建立新的平滑趋势，并根据新的趋势进行不断的修正，接着计算当前时刻的实际状态参数与前一时刻的平滑值之间的差值。

对于任意实际状态参数，通过平滑算法得到平滑值的公式如下：Smoothed_new＝Smoothed_old+α(Raw_new–Smoothed_old)

其中，α一般可以取值0.2；

Smoothed_old代表上一点的平滑值；

Raw_new代表当前的采样值；

Smoothed_new为计算所得的当前时刻的平滑值。

例如△FF的变化值为：△FF(t_current)-△FF_smooth(t-1)。

通过数据平滑处理，可以剔除异常的单点，保护整体的数据平滑性，从而发现发动机某些性能状态的异常，可时刻监控发动机性能趋势，及时、准确评估发动机的性能以及健康状况。

例如对于△EGT，一旦△EGT当前数据与前一时刻的平滑值相比，差值的绝对值大于设定的阈值，表明△EGT趋势变化突然，出现异常事件。

对于△N1，一旦△N1当前数据与前一时刻的平滑值相比，差值的绝对值大于设定的阈值，表明△N1趋势变化突然，出现异常事件。

对于△N2，一旦△N2当前数据与前一时刻的平滑值相比，差值的绝对值大于设定的阈值，表明△N2趋势变化突然，出现异常事件。

以上各阀值的对比过程中，对比方式为：将实际状态参数的单点采样值与对应的状态参数的阀值进行对比，或将实际状态参数的单点采样值的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比，一旦超出阀值，则表明该实际状态参数出现异常。

还可采用另一种方式：将实际状态参数的连续几个采样值与对应的状态参数的阀值进行对比，或将实际状态参数的连续几个采样值的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比，一旦连续多个采样值或采样值得变化值超出阀值，则表明该实际状态参数出现异常。

步骤E：根据出现的异常事件进行处理或告警。当步骤A中，每一个状态参数的阀值或状态参数的变化值的阀值具有多个时，本步骤使用与实际状态参数对应级别的异常事件匹配的方式进行处理或告警，例如分为超手册、视情查看、告警几个级别，告警时，还可针对不同级别的异常事件，向不同的目标人员通过邮件以及短信进行通知。

对于以上所有步骤，系统还可实时记录工作日志，以便发动机工程师精确监控。

如图2所示，本发明还保护了一种实现以上方法的航空发动机监控系统，包括阀值预设模块、飞行数据获取模块、数据处理和转换模块、数据分析模块和处理模块，其中阀值预设模块、飞行数据获取模块、数据处理和转换模块、数据分析模块作为后台服务器实现数据的采集、转换和分析，处理模块用于对后台服务器的监控结果进行相应的处理。

其中，阀值预设模块用于预先设置航空器中发动机对于各状态参数的阀值和各状态参数的变化值的阀值；

飞行数据获取模块用于通过飞行信息报文系统，实时获取所述航空器的多种飞行数据；

数据处理和转换模块用于根据所述飞行数据得到发动机的实际状态参数，其中，部分实际状态参数直接取自所述飞行数据，部分实际状态参数通过对所述飞行数据进行转换和处理得到；

数据分析模块用于将所述实际状态参数与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比，如超出所述阀值则表明该实际状态参数出现异常；

处理模块用于根据出现的异常事件进行告警，优选地，所述处理模块包括邮件服务器和/或短信网管平台，分别用于实现邮件或者短信告警。系统产生异常事件以后，会以短信通知以及邮件通知的方式，主动及时的告知相关的人员，极大缩短的异常事件的处理时间并主动通知，解决了需要人工不断的去检查是否有异常事件发生的问题。

本发明的方法和系统通过实时获取ACARS系统的报文并解码处理生成发动机状态监控所需的实际状态参数，并实时的进行数据分析以及异常事件过滤，解决了之前其他系统的数据采集并处理的时间滞后的问题，增强了监控的实时性，为发现并解决问题赢得先机，避免了可能产生的安全隐患。

本发明的航空发动机监控方法还可作为智能终端的APP应用，在工程师离开办公室时，也可以方便的，更为细致的对事件进行查询，对趋势进行分析，增强了移动办公的能力。

需要注意的是，上述仅以优选实施例对本发明进行了说明，并不能就此局限本发明的权利范围，因此在不脱离本发明思想的情况下，凡运用本发明说明书和附图部分的内容所进行的等效变化，均理同包含在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种航空发动机监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：预先设置航空器中发动机对于各状态参数的阀值和各状态参数的变化值的阀值；

B：通过飞行信息报文系统，实时获取所述航空器的多种飞行数据；

C：根据所述飞行数据得到发动机的实际状态参数，其中，部分实际状态参数直接取自所述飞行数据，部分实际状态参数通过对所述飞行数据进行转换和处理得到；

D：将所述实际状态参数与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比，如超出所述阀值则表明该实际状态参数出现异常；

E：根据出现的异常事件进行处理或告警。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，部分实际状态参数通过对所述飞行数据进行转换和处理得到具体为：对所述飞行数据进行标准状态下的转换，得到转换值与基线值之间的偏差值；

所述步骤D中，得到所述实际状态参数的变化值的方法具体为：

通过指数平滑法，对所述实际状态参数进行平滑处理，将当前的实际状态参数与前一时刻的平滑值进行对比，并将差值的绝对值作为实际状态参数的变化值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述实际状态参数包括：燃油流量偏差值△FF，风扇转子速度偏差值△N1，核心转速偏差值△N2，排气温度偏差值△EGT。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，每一个状态参数的阀值或状态参数的变化值的阀值具有多个，分别对应于异常事件的不同级别；

步骤E中，使用与所述实际状态参数对应级别的异常事件匹配的方式进行处理或告警。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤E中，使用与所述实际状态参数对应级别的异常事件匹配的方式进行告警的方式具体为：针对不同级别的异常事件，向不同的目标人员告警。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤D中，将所述实际状态参数与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比的一种具体方式为：

将所述实际状态参数的单点采样值与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的单点采样值的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比；

另一种具体方式为：

将所述实际状态参数的连续几个采样值与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的连续几个采样值的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，航空器具有起飞状态和巡航状态，在不同状态下，所述步骤B中实时获取的所述航空器的飞行数据的种类不同，所述步骤C中得到发动机的实际状态参数的类型也不同。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤C还包括以：：根据发动机的实际状态参数绘制各状态参数的趋势图形。

9.一种航空发动机监控系统，其特征在于，包括；

阀值预设模块；预先设置航空器中发动机对于各状态参数的阀值和各状态参数的变化值的阀值；

飞行数据获取模块：通过飞行信息报文系统，实时获取所述航空器的多种飞行数据；

数据处理和转换模块：根据所述飞行数据得到发动机的实际状态参数，其中，部分实际状态参数直接取自所述飞行数据，部分实际状态参数通过对所述飞行数据进行转换和处理得到；

数据分析模块：将所述实际状态参数与对应的状态参数的阀值进行对比，或将所述实际状态参数的变化值与对应的状态参数的变化值的阀值进行对比，如超出所述阀值则表明该实际状态参数出现异常；

处理模块：根据出现的异常事件进行处理或告警。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述处理模块包括邮件服务器和/或短信网管平台。