CN105593118A - 用于诊断出辅助功率单元故障的方法 - Google Patents

Abstract

一种诊断出飞机(50)中的辅助功率单元(10)故障的方法(100)，飞机(50)具有辅助功率单元和与辅助功率单元、辅助功率单元的构件，以及与辅助功率单元有关的系统有关的多个传感器，该方法包括：接收(102)来自多个传感器中的至少一个的传感器信号，以限定传感器输出；比较(104)传感器输出与基准值；以及基于比较来诊断出(106)辅助功率单元中的故障。

Description

用于诊断出辅助功率单元故障的方法

背景技术

除了主推进发动机之外，当代飞机可包括辅助功率单元(APU)。APU可执行多种功能，包括对飞机提供辅助功率，以及对主发动机启动和飞机的环境控制系统提供加压放气。目前，航空公司和维护人员一直等到APU发生故障或问题，然后试图识别原因，并且在计划维护期间，或者更可能的是在计划外维护期间处理故障或问题。

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及一种诊断出飞机中的辅助功率单元故障的方法，飞机具有辅助功率单元和多个传感器，该方法包括：在飞行前或飞行后期间，接收来自多个传感器中的至少一个的传感器信号，以限定传感器输出；通过控制器比较传感器输出与传感器输出的基准值；通过控制器基于该比较来诊断出辅助功率单元中的故障；以及通过控制器提供诊断出的故障的指示。

附图说明

在图中：

图1是APU、与APU有关的系统和传感器的示意图；

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是示出根据本发明的实施例的诊断出APU故障的方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地描绘APU10，其呈燃气涡轮发动机的形式，燃气涡轮发动机包括燃烧系统12、功率涡轮14和压缩机16。在APU10的运行期间，压缩机16吸入周围空气，压缩周围空气，并且将压缩空气供应给燃烧系统12。燃烧系统12接收来自燃料源的燃料(用箭头18示意性地示出)和来自压缩机16的压缩空气，并且将高能燃烧空气供应给功率涡轮14，从而使其旋转。功率涡轮14包括轴19，轴19可用来驱动发电机20，以供应电功率，并且轴19可用来驱动其本身的压缩机和/或外部负载压缩机。更特别地，齿轮箱22将来自功率涡轮14的功率传送到油冷式发电机20，以提供电功率。在齿轮箱22内，功率还可传送到发动机附件，诸如燃料控制单元、润滑模块和冷却风扇，它们未显示。诸如起动马达的起动器24可安装在齿轮箱22上，并且通过齿轮系连接，以执行APU10的起动功能。

另外，已经示出了若干被促动装置，它包括活瓣(flap)马达28、浪涌控制阀30和放气阀32。活瓣马达28可控制入口导叶34，入口导叶34调整通往压缩机16的空气流量。浪涌控制阀30可保持APU10的稳定或无浪涌的操作。放气阀32控制从APU10到放气分配系统36的放气流量。将理解的是，在APU10中可包括任何数量的被促动装置，并且APU10可以可操作地联接到任何数量的有关系统上。

另外，可包括与APU10、APU10的构件和与APU10有关的系统有关的多个传感器38。多个传感器38可包括(以非限制性示例的方式)APU放气流量传感器、APU放气压力传感器、APU放气温度传感器、APU变压器整流器单元电流传感器、APU变压器整流器单元电压传感器、APU速度传感器、APU高油传感器、APU低油液位传感器、APU高油温度传感器、APU低油温度传感器、排气温度传感器、燃料流量传感器、燃料压力传感器、浪涌控制阀位置传感器和入口导叶位置传感器、入口压力传感器、负载压缩机空气流量传感器、负载压缩机入口温度传感器、负载压缩机出口温度传感器、发电机频率传感器，发电机负载传感器、发电机电压传感器、发电机油温传感器等，已经示意性地示出了其中一些。

图2示意性地示出飞机50，它可执行本发明的实施例，并且可包括联接到机身54上的一个或多个推进发动机52、定位在机身54中的驾驶舱56，以及从机身54向外延伸的机翼组件58。虽然将飞机50示为商用飞机，但将理解的是，APU10可安装在任何适当的飞机中。典型地，APU和诸如冷却系统的有关系统安装在飞机50的后面区段中的隔室中。

一个或多个控制机构60可包括在驾驶舱56中，并且可由飞行员操作来起动APU10，控制活瓣马达28的位置，控制浪涌控制阀30的位置，控制放气阀32的位置等。使得能够恰当地操作飞机50的多个额外的飞机系统62也可包括在飞机50中，而且控制器64和具有无线通信链路68的通信系统也可包括在飞机50中。控制器64可以可操作地联接到发动机52、多个飞机系统62和APU10(包括其各种构件)和多个传感器38上。另外，额外的传感器70，诸如与飞机系统62、控制机构60等有关的传感器，可以可操作地联接到控制器64上。

控制器64还可与飞机50的其它控制器连接。控制器64可包括存储器72，存储器72可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存，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-ROM等，或者这些类型的存储器的任何适当的组合。控制器64可包括一个或多个处理器74，处理器74可运行任何适当的程序。控制器64可为FMS的一部分，或者可以可操作地联接到FMS上。

计算机可搜索的信息数据库可存储在存储器72中且可由处理器74访问。处理器74可运行可执行指令集，以显示数据库或访问数据库。备选地，控制器64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。

数据库可存储数据，数据可包括与APU10及其与飞机50和/或飞机编组有关的相关系统有关的历史数据。数据库还可包括APU10及其有关系统的基准值。

备选地，构想到数据库可与控制器64分开，但可与控制器64通信，使得数据库可由控制器64访问。例如，构想到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50可包括用于接收便携式存储器装置的端口，而且这种端口将与控制器64处于电子通信，使得控制器64能够读取便携式存储器装置的内容。还构想到数据库可通过无线通信链路68更新，而且照这样，实时信息(诸如关于历史编组级数据的信息)可包括在数据库中，并且可由控制器64访问。

另外，构想到这种数据库可位于飞机50之外的位置处，诸如航空公司操作中心、飞行操作部门控制器，或另一个位置。控制器64可以可操作地联接到无线网络上，可用无线网络将数据库信息提供给控制器64。

虽然已经示出了商用飞机，但构想到可在任何地方实现本发明的实施例的一部分，包括在地面系统82处的控制器或通用计算机80中。此外，上面描述的数据库(一个或多个)还可位于目的地服务器或计算机80中，目的地服务器或计算机80可位于指定地面系统82处且包括指定地面系统82。备选地，数据库可位于备选地面位置处。地面系统82可通过无线通信链路84与其它装置通信，包括控制器64和位于计算机80远处的数据库。地面系统82可为任何类型的通信地面系统82，诸如航空公司控制或飞行操作部门。

控制器64和计算机80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出飞机50中的APU故障的可执行指令集。这样的故障可包括构件不恰当运行和构件失效。不管控制器64或计算机80是否运行程序以诊断出故障，该程序都可包括计算机程序产品，计算机程序产品可包括机器可读介质，机器可读介质用于执行机器可执行指令或数据结构，或者将它们存储在其上。这种机器可读介质可为任何可用介质，它可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问。大体上，这种计算机程序可包括例程、程序、对象、构件、数据结构、算法等，它们具有执行特定任务或实现特定抽象数据类型的技术效果。机器-可执行指令、相关联的数据结构，以及程序表示用于交换本文公开的信息的程序代码的示例。机器可执行指令可包括例如，指令和数据，它们使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某个功能或某组功能。

将理解的是，飞机50和计算机80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，控制器64和/或计算机80可诊断出APU故障。以非限制性示例的方式，控制器64和/或计算机80可利用来自控制机构60、多个传感器38的输入、数据库(一个或多个)和/或来自航空公司控制或飞行操作部门的信息，来诊断出APU故障。一旦已经诊断出了APU故障，则可在飞机50上和/或地面系统82处提供指示。构想到可在飞行前，飞行期间，可在飞行后，或者可在任何数量的飞行之后，诊断出APU故障。无线通信链路68和无线通信链路84两者都可用来传输数据，使得故障可由控制器64和/或计算机80诊断出。

根据本发明的实施例，图3示出方法100，它可用于诊断出APU故障，APU故障可包括失效。方法100在102处开始，接收来自多个传感器38中的至少一个的传感器信号，以限定传感器输出。当典型地使用APU10时，传感器信号可包括来自飞机50的飞行前和/或飞行后的信息。飞行前和飞行后典型地是当飞机在地面上时。用于实现方法100的目的的飞行前和飞行后还可包括当APU10的旋转高于某个速度时，诸如RPM高于百分之五时，使得可在飞机起飞且APU仍然用来对空气调节提供功率时接收传感器信号。这可包括接收来自多个传感器38中的一个或多个的数据。构想到传感器输出可为原始飞机数据，许多其它信息可源自原始飞机数据，或者以别的方式提取。例如，可接收到的原始数据可由温度、压力、阀和促动器位置等组成。

传感器信号可分成飞行前和飞行后的两种方式，并且然后可从中得到统计特征。例如，可随着时间的推移聚合接收到的传感器输出，以限定聚合传感器数据。这还可包括聚合多次飞行中的接收到的传感器输出。统计特征可从聚合数据中得出。例如，可确定中值、移动中值、历史中值、最小值、最大值或范围。还构想到可使用传感器信号得出其它特征，诸如APU10起动所花的时间，以及当APU10点燃时APU10旋转的速率。将理解的是，不管是直接接收数据，还是从传感器输出中得出数据，都可认为数据是传感器输出。此外，在102处接收到的信号可包括关于飞机的多次飞行的传感器信号；更特别地，接收到的信号可包括关于飞机的多次飞行前和/或飞行后的传感器信号。

在104处，可比较传感器输出与传感器输出的一个或多个基准值。在传感器输出包括聚合传感器数据的情况下，这可包括比较聚合传感器数据与基准值。基准值可包括与APU10、其构件和与有关的系统有关的任何数量的基准值。例如，基准值可包括与温度、压力、阀位置、促动器位置等有关的值或适当的范围。基准值还可包括与飞机50的APU10有关的历史上限定的值或适当的范围或多个其它飞机的历史数据。照这样，可根据历史传感器输出来计算基准值。因而，可将传感器输出与从同一飞机的以前的飞行获得的结果，以及整个飞机编组比较。此外，基准值可包括诸如已经通过接收多个传感器38中的一个的输出而在飞行期间确定的值。照这样，将理解的是，可在运行期间限定基准值。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。

在106处，可基于104处的比较来诊断出APU10中的故障。例如，当比较指示接收到的数据在边界之外或者不可能时，可诊断出APU10中的故障。照这样，控制器64和/或计算机80可确定比较结果是否是可接受的。当比较指示接收到的数据满足预定阈值时，也可诊断出故障。用语“满足”阈值在本文用来表示变化(variation)比较满足预定阈值，诸如等于、小于或大于该阈值。将理解的是，可轻易地更改这种确定，以满足肯定/否定比较或真/假比较。例如，可通过当在数值上使数据为倒数时，应用大于测试，轻易地满足小于阈值。还构想到，接收到的数据可包括多个传感器输出，而且可在多个传感器输出和对应的多个基准值之间进行比较。

故障可通过观察任何数量的比较来诊断出，包括单个比较。例如，比较可指示超出范围之外的读数，并且可基于这样的超出范围之外的值来诊断出故障。可记录在有效传感器输出的指定范围外的传感器信号的数量。如果该数量超过指定阈值，则可诊断出故障。取决于这是在单独的传感器信号的情况下出现还是在多个传感器信号的情况下出现，来确定在各个特定情况下诊断出何种故障。

作为非限制性示例，当比较指示入口温度传感器信号超出范围之外且其它传感器信号不超出范围之外时，可诊断出入口温度传感器有故障。以另一个示例的方式，可根据传感器输出来确定APU10起动所花的时间；然后可比较确定的时间与基准值。如果确定的时间大于基准值，则可诊断出APU10有故障。当比较指示排气温度大于预定温度时，可诊断出APU10有故障。更特别地，当比较指示APU起动时间在范围之外且排气温度大于预定温度时，可诊断出起动马达有故障。以额外的非限制性示例的方式，当出现下者时可诊断出APU10的发电机有故障：1)比较指示APU起动所花的时间满足阈值，2)比较指示排气温度大于基准值，以及3)比较指示负载压缩机流量满足阈值。可诊断出APU10中的任何数量的故障，包括入口温度故障、起动马达故障、发电机故障、放气阀故障等。将理解的是，可基于单次比较来作出以上诊断，或者当值(一个或多个)在预定数量的飞行中超出范围之外多次时，可诊断出故障。

在实现中，基准值和比较可转换成算法来诊断出APU10中的故障。这种算法可转换成计算机程序，包括可由控制器64和/或计算机80执行的一组可执行指令。对计算机程序的额外输入可包括来自多个传感器38的输入、来自额外的飞机系统62的输入、来自额外的传感器70的输入等。

在108处，控制器64和/或计算机80可提供APU10中有故障的指示，如在106处诊断出的那样。可在任何适当的位置处以任何适当的方式提供指示，包括在驾驶舱56中，诸如在其中的主飞行显示器(PFD)上，以及在地面系统82处。例如，如果控制器64运行程序，则可在飞机50上提供适当的指示，并且/或者适当的指示可上载到地面系统82。备选地，如果计算机80运行程序，则指示可上载或以别的方式转送到飞机50。备选地，可转送指示，使得可在另一个位置处提供指示，诸如例如航空公司控制或飞行操作部门。

将理解的是，诊断出APU故障的方法是灵活的，并且示出的方法仅仅是为了说明目的。例如，描绘的步骤顺序仅是为了说明目的，而且不意图以任何方式限制方法100，因为理解到步骤可按不同的逻辑顺序进行，或者可包括额外的或中间步骤，而不偏离本发明的实施例。以非限制性示例的方式，方法100还可包括确定APU10何时处于使用中，或者确定飞机50何时处于飞行前和/或飞行后。例如，构想到可接收额外的数据，诸如海拔和空气/地面速度，以及发动机52输出的其它一般性能参数，而且可根据它们而确定飞机50何时处于飞行前和/或飞行后。此外，方法可包括在多次飞行期间接收数据。构想到可使用多次飞行中的比较结果来检测不同的故障。将理解的是，所使用的飞行的次数和各种阈值集全部都是可设定的。例如，当比较指示在多次飞行中满足阈值时，可诊断出APU10的一部分有故障。照这样，当传感器信号的多个超出范围之外的读数在预定数量的飞行期间满足预定阈值时，可诊断出故障。

另外，构想到控制器64和/或计算机80可接收与APU10中的预计故障或之前诊断出的故障有关的维护数据。接收到的维护数据可指示之前诊断出的故障或预计故障的精确性。基于这种信息，控制器64和/或计算机80可进一步基于接收到的维护数据来诊断出故障，包括尤其诊断出故障类型或故障的严重性。

以上描述的实施例的有益效果包括飞机在飞行前和飞行后期间采集的数据可用来诊断出APU故障。这减少维护时间和由于水平稳定器系统引起的故障和问题的操作影响。特别地，诊断出问题所需的时间可减少，并且可准确地诊断出问题。这允许节约成本，因为维护成本、重新安排成本降低，而且操作影响最大程度地减小，包括飞机停飞时间最大程度地减少。

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。

Claims (15)

1.一种诊断出飞机中的辅助功率单元故障的方法，所述飞机具有辅助功率单元和与所述辅助功率单元、所述辅助功率单元的构件，以及与所述辅助功率单元有关的系统有关的多个传感器，所述方法包括：

在飞行前或飞行后期间，接收来自所述多个传感器中的至少一个的传感器信号，以限定传感器输出；

通过控制器比较所述传感器输出与所述传感器输出的基准值；以及

通过控制器基于所述比较来诊断出所述辅助功率单元中的故障；以及

通过控制器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，所述方法进一步包括接收下者中的至少一个：海拔信号、速度信号和由所述飞机的发动机输出的性能参数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括确定所述飞机何时处于飞行前或飞行后。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所接收到的传感器信号包括针对多次飞行的传感器信号。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述诊断出故障包括当所述比较指示在多次飞行中满足阈值时，诊断出故障。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述诊断出故障包括当所述比较指示在多次飞行中满足与所述传感器信号有关的阈值时，诊断出入口温度传感器有故障。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述控制器利用算法来诊断出故障。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括根据所述传感器输出确定所述APU起动所花的时间，以及其中，比较所确定的时间与所述基准值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述诊断出故障基于多个比较。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述诊断出故障包括当所述比较指示所述APU起动所花的时间满足阈值，并且排气温度大于所述基准值时，诊断出起动马达有故障。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述诊断出故障包括当发生下者时，诊断出所述APU的发电机有故障：1)所述比较指示所述APU起动所花的时间满足阈值，2)所述比较指示排气温度大于所述基准值，以及3)所述比较指示负载压缩机流量满足阈值。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，随着时间的推移而聚合所接收到的传感器输出，以限定聚合传感器数据，并且所述比较包括比较所述聚合传感器数据与所述基准值。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述随着时间推移而聚合所接收到的传感器输出包括聚合多次飞行中的接收到的传感器输出。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述聚合传感器数据包括中值、移动中值或历史中值中的至少一个。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述提供指示包括在所述飞机的驾驶舱中的PFD上提供指示。