CN106314764B - 用于集成发动机控制和飞行控制系统的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于集成发动机控制和飞行控制系统的方法和系统。提供操作飞行器系统的方法和系统。飞行器系统包括集成飞行器飞行控制系统，其包括发动机控制系统，发动机控制系统被配置成生成发动机性能和健康信息。集成飞行器飞行控制系统还包括飞行控制系统，飞行控制系统被配置成生成飞行信息和轨迹意图信息。该集成的飞行器飞行控制系统还包括通信信道，其通信地联接于发动机控制系统与飞行控制系统之间，其中发动机控制系统被配置成使用通信信道来传输所生成的发动机性能和健康信息给飞行控制系统，且飞行控制系统被配置成使用通信信道传输所生成的飞行信息和轨迹意图信息给发动机控制系统。

Description

用于集成发动机控制和飞行控制系统的方法和系统
本申请是于2012年8月30日提交的专利申请(中国国家申请号为201210314103.6，发明名称为“用于集成发动机控制和飞行控制系统的方法和系统”)的分案申请。
技术领域
本发明的领域大体而言涉及飞行控制系统，且更具体而言，涉及用于集成发动机控制和飞行控制系统的方法和系统。
背景技术
至少某些已知的飞行器包括发动机控制系统，有时被称作全权数字发动机控制(FADEC)。FADEC为包括数字计算机和其相关的附件的系统，其控制飞行器发动机性能的所有方面。FADEC接收当前飞行条件的多个当前输入变量，包括，例如，但不限于空气密度、油门杆位置、发动机温度、发动机压力和其它发动机参数的当前值。可每秒多次接收并分析输入。从该数据计算发动机操作参数，诸如燃料流量、定子静叶位置、排出阀(bleed valve)位置等，且这些操作参数适当地用来对于给定当前飞行条件提供最佳发动机效率。
飞行器通常也包括飞行控制系统，其可包括通常被称作飞行管理系统(FMS)的系统。FMS为专门的计算机系统，其自动进行很多种飞行中的任务，包括飞行计划的飞行中管理。使用各种传感器，诸如但不限于全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(INS)且在无线电导航的支持下确定飞行器的位置，FMS沿着飞行计划来引导飞行器。从驾驶舱，FMS通常通过控制显示单元(CDU)受到控制，控制显示单元(CDU)合并了小屏幕和键盘或触摸屏。FMS传输飞行计划以在EFIS、导航显示器(ND)或多功能显示器(MFD)上显示。
FADEC和FMS为单独的系统，在某些情况下，它们可传送参数的当前值。但是，存在于FADEC中的将对于FMS有用的许多参数和存在于FMS中的将对于FADEC有用的许多参数并不在这两个单独的系统之间传送。
发明内容
在一个实施例中，一种集成的飞行器飞行控制系统包括发动机控制系统，其与发动机相关联，发动机控制系统包括处理器和通信地联接到处理器的存储器，其中发动机控制系统被配置成从与发动机相关联的多个传感器接收发动机信息且使用所接收的发动机信息来控制发动机的当前操作且生成发动机性能和健康信息。该集成的飞行器飞行控制系统还包括飞行控制系统，其与飞行器相关联，飞行控制系统包括处理器和通信地联接到处理器的存储器，其中该飞行控制系统被配置成从与飞行器相关联的多个飞行器传感器接收飞行器信息和从飞行器外接收飞行计划信息且生成飞行信息和轨迹意图信息。该集成的飞行器飞行控制系统还包括通信信道，其通信地联接于发动机控制系统与飞行控制系统之间，其中发动机控制系统被配置成使用通信信道来传输所生成的发动机性能和健康信息给飞行控制系统，且飞行控制系统被配置成使用通信信道传输所生成的飞行信息和轨迹意图信息给发动机控制系统。
在另一实施例中，一种操作飞行器系统的方法包括：由与飞行器系统的发动机相关联的发动机控制系统从与飞行器系统相关联的飞行控制系统接收飞行信息和轨迹意图信息的非当前(non-current)值且使用所接收的非当前信息来操作与发动机控制系统相关联的发动机。
在又一实施例中，一种飞行器包括：位于飞行器上的发动机；全权数字发动机控制器(FADEC)，其通信地联接到发动机；以及飞行控制系统，其位于飞行器上且通信地联接到FADEC；飞行控制系统，其被配置成传输飞行信息和轨迹意图信息的非当前值给FADEC且从FADEC和位于飞行器外的单独飞行控制中心中的至少一个接收发动机健康和用于评估发动机健康的参数中的至少一个的非当前值。
附图说明
图1至图3示出了本文所述的方法和系统中的示例性实施例。
图1为根据本发明的示例性实施例的集成发动机控制和飞行控制系统的示意框图；
图2为根据本发明的示例性实施例操作飞行器系统的方法的流程图；以及
图3为根据本发明的另一实施例操作飞行器系统的方法300的流程图。
部件列表
100 集成发动机控制和飞行控制系统
102 发动机控制系统
104 发动机
106 处理器
108 存储器
110 风扇
112 核心发动机
114 传感器
116 促动器
120 飞行控制系统
121 处理器
122 通信信道
123 存储器
124 飞行器传感器
126 感测系统
128 飞行器上的处理系统
130 飞行器外的处理系统
200 方法
202 由与飞行器系统的发动机相关联的发动机控制系统从与飞行器系统相关联的飞行控制系统接收飞行信息和轨迹意图信息的非当前值
204 使用所接收的非当前信息来操作与发动机控制系统相关联的发动机
300 方法
302 由飞行控制系统从发动机控制系统接收发动机性能和健康信息的非当前值
304 使用所接收的非当前信息来操作与飞行控制系统相关联的飞行器。
具体实施方式
下文的详细描述以示例的方式而非限制的方式说明了本发明的实施例。设想本发明在工业、商业和住宅应用中在系统通信的分析和方法实施例中具有普遍应用。
如本文所用的以单数形式陈述且前面有词"一"或“一个”的元件或步骤应被理解为并不排除多个元件或步骤，除非明确地陈述了这种排除。另外，对本发明的"一个实施例"的提及预期不被理解为排除也合并所陈述的特征的额外实施例的存在。
图1为根据本发明的示例性实施例的集成发动机控制和飞行控制系统100的示意框图。在示例性实施例中，集成系统100包括发动机控制系统102，诸如但不限于靠近相关联的飞行器发动机104安装的全权限电子数字控制(FADEC)系统。发动机控制系统102包括处理器106和通信地联接到处理器106的存储器108。发动机104包括串行流动连通的风扇110和核心发动机112。在某些实施例中，通过风扇110的基本上所有空气流前进通过核心发动机112。在各种实施例中，发动机104为高旁通型发动机且进入风扇110的空气流的仅仅一部分行进通过核心发动机112。尽管被描述为FADEC，但是在各种实施例中，发动机控制系统102可包括能如本文所述地操作的其它形式的发动机控制器。
多个过程传感器114定位于发动机104周围以感测与发动机104相关联的过程参数。这样的过程参数包括例如发动机速度、燃料流量、阻尼器和导叶位置，定子静叶空隙，以及发动机104中的构件的各种温度。传感器114通信地联接到发动机控制系统102。此外，一个或多个促动器116定位于发动机104周围且可操作地联接到发动机104的构件以实现那些构件的操作。促动器116还通信地联接到发动机控制系统102。传感器114和促动器116由发动机控制系统102用于确定发动机104的操作条件，包括但不限于发动机104相对于基线或新操作条件的性能。发动机控制系统102然后可操作促动器116以应对在大修之间的发动机104的退化和/或损坏。发动机控制系统102也可使用传感器114和促动器116以存储所确定的发动机条件用于未来参考、进一步处理和/或报告。
系统100还包括通过通信信道122而通信地联接到发动机控制系统102的飞行控制系统120。飞行控制系统120包括处理器121和通信地联接到处理器121的存储器123。在示例性实施例中，通信信道122为在发动机控制系统102与飞行控制系统120之间的有线连接。在各种其它实施例中，通信信道122可为无线通信媒介。在示例性实施例中，飞行控制系统120位于飞行器的驾驶舱(未图示)附近且发动机控制系统102位于其所相关联的发动机附近。飞行控制系统120可具体化为基于单个处理器的构件或者飞行控制系统120的功能可由被配置成执行本文所述功能的多个构件来执行。出于方便、安全和/或最佳操作的考虑，执行飞行控制系统120的功能的构件中的某些可位于驾驶舱附近且其它可分布于飞行器内。尽管飞行控制系统在本文中描述为飞行管理系统(FMS)，但应了解本发明包括在发动机控制器与任何飞行器安装的航空电子功能之间的通信。
飞行控制系统120被配置成与飞行器上和在飞行器外的各种其它系统形成接口连接。例如，飞行控制系统120可通过感测系统126从多个飞行器传感器124来接收当前飞行器状况。这样的传感器可包括用于确定空气速度的皮托管、陀螺仪、指南针、加速度计、位置传感器、高度计和可能够检测飞行器的条件、状况或位置的各种其它传感器。飞行控制系统120还可从一个或多个飞行器上的处理系统128接收信息，处理系统128可为独立的系统或者具有跨若干计算机系统分布的功能的系统。飞行控制系统120和飞行器上的处理系统128可使用有线通信信道和/或网络连接(例如，以太网或光纤)；无线通信装置，诸如射频(RF)，例如，FM无线电和/或数字音频广播；美国电气电子工程师协会(IEEE®)802.11标准(例如802.11(g)或802.11(n))；全球微波互连接入(WIMAX®)标准；蜂窝电话技术(例如；全球移动通信标准(GSM))；卫星通信链路和/或任何其它合适的通信装置来通信。如本文所用的，有线通信信道包括使用光纤和其它光学装置用于通信的信道。飞行控制系统120也可从一个或多个飞行器外的处理系统130接收信息，处理系统130可为独立的系统或者具有跨若干计算机系统和/或若干位点分布的功能的系统。飞行器外的处理系统130和飞行控制系统120使用一个或多个无线通信媒介通信地联接，无线通信媒介包括但不限于射频(RF)，例如FM无线电和/或数字音频广播；美国电气电子工程师协会(IEEE®802.11标准(例如802.11(g)或802.11(n))；全球微波互连接入(WIMAX®)标准；蜂窝电话技术(例如，全球移动通信标准(GSM))；卫星通信链路和/或任何其它合适的通信装置。
图2为根据本发明的示例性实施例操作飞行器系统的方法200的流程图。图3为根据本发明的另一实施例操作飞行器系统的方法300的流程图。在示例性实施例中，方法200包括：由与飞行器系统的发动机相关联的发动机控制系统从与飞行器系统相关联的飞行控制系统接收202飞行信息和轨迹意图信息的非当前值，且使用所接收的非当前信息来操作204与发动机控制系统相关联的发动机。方法300包括：由飞行控制系统从发动机控制系统接收302发动机性能和健康信息的非当前值，且使用所接收的非当前信息来操作304与飞行控制系统相关联的飞行器。在各种实施例中，发动机控制系统是全权数字发动机控制(FADEC)且发动机性能和健康信息包括发动机健康的估计和用于估计发动机健康的参数。发动机控制系统102可评估飞行器发动机的各种参数的当前读数且生成发动机健康的估计。由发动机控制系统102生成的发动机健康的估计或者用于生成发动机健康的估计的参数被传输到飞行控制系统120用于由飞行控制系统120的进一步处理和/或动作。具体而言，发动机性能和健康信息可包括发动机推力能力的估计。
此外，从飞行控制系统120传输到发动机控制系统102的飞行信息和轨迹意图信息可包括飞行器的计划未来飞行条件和飞行器的预测未来飞行条件中的至少一个。这样的信息可允许发动机控制系统102使发动机准备进行原本受限制或更严格控制的机动。例如，在飞行的巡航阶段，主动空隙控制系统(未图示)可允许在发动机转子上的旋转叶片顶端与待减小的发动机的壳体之间的一定的顶端间隙。减小顶端间隙减小经过叶片顶端的泄漏量，这改进了发动机的性能。如果飞行器需要执行高度的阶跃变化，诸如高度增高以对天气、逆风，湍流或降雨做机动，则如果不以充分的准备时间来采取补救措施，那么实现该变化的发动机功率增加可造成叶片顶端摩擦壳体。在主动空隙控制系统的壳体中，壳体可需要一定量的时间来改变温度，而这会改变叶片顶端间隙。如果在壳体到达适当温度之前开始进行发动机功率升高，将会导致摩擦。飞行控制系统120可预测或计划这种阶跃高度的变化且在开始阶跃变化的时间之前将这样的变化传输给发动机控制系统102。因此，发动机控制系统102可以以充分的时间来实现发动机的变化以允许发动机功率的增加而不会造成叶片顶端摩擦。在发动机控制系统102与飞行控制系统120之间的通信允许发动机控制系统102按照由飞行控制系统120提供的信息以控制发动机且允许飞行控制系统120基于由发动机控制系统102所提供的信息来改进整个飞行器系统的性能。
如本文所用的术语处理器指中央处理器、微处理器、微控制器、精简指令集合单元(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路和能执行本文所述的功能的任何其它电路或处理器。
如本文所用的术语"软件"和"固件"是可互换的，且包括存储于存储器中用于由处理器106执行的任何计算机程序，存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上文所述的存储器类型只是示例性的，且因此并不限制可用于存储计算机程序的存储器类型。
如基于前文的说明将意识到地，本公开的上述实施例可使用计算机编程或工程技术，包括计算机软件、固件、硬件或其任何组合或子集来实施，其中技术效果为将飞行器系统信息传送到发动机控制系统以基于飞行器系统信息用于改变发动机的操作。此外，飞行器外部的信息可传送到发动机控制系统，诸如天气或空中交通管制信息，以允许基于外部信息来控制发动机操作。而且，发动机健康和维护要求传送到飞行控制系统以基于发动机信息来控制飞行器的操作。任何这样生成的程序，具有计算机可读的代码装置，可具体化或设于一个或多个计算机可读媒介内，从而制作根据本公开的讨论的实施例的计算机程序产品，即制品。计算机可读媒介可为例如但不限于固定(硬)驱动、软盘、光盘、磁带、诸如只读存储器(ROM)的半导体存储器，和/或任何传输/接收媒介，诸如因特网或其它通信网络或链路。可通过执行直接来自一个媒介的代码，将代码从一个媒介复制到另一媒介或者在网络上传输代码来制作和/或使用包含计算机代码的制品。
在发动机控制系统与飞行控制系统之间传送信息以基于所传送的信息来修改飞行器发动机或飞行器系统操作的方法和系统的上述实施例提供了改进飞行器系统的性能和操作的一种具有成本效益且可靠的手段。更具体而言，本文所述的方法和系统便于基于飞行器系统信息来修改发动机操作。此外，上文所述的方法和系统便于基于从发动机控制系统传送到飞行控制系统的信息来修改飞行器的操作。因此，本文所述的方法和系统便于飞行器系统以节约成本且可靠的方式来操作。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，且还能使本领域技术人员实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员所想到其它示例。如果其它示例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它示例包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等效结构元件，则这些其它示例预期在权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种操作飞行器系统的方法，所述方法包括：
由与所述飞行器系统的发动机相关联的发动机控制系统从与所述飞行器系统相关联的飞行控制系统接收飞行信息和轨迹意图信息的非当前值；
使用所接收的飞行信息和轨迹意图信息的非当前值来操作与所述发动机控制系统相关联的发动机；
由所述飞行控制系统从所述发动机控制系统接收发动机性能和健康信息的非当前值；以及
使用所接收的发动机性能和健康信息的非当前值来操作与所述飞行控制系统相关联的飞行器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收发动机性能和健康信息包括接收发动机健康的估计和用于估计发动机健康的参数中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收发动机性能和健康信息包括接收发动机推力能力的估计。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机控制系统包括全权数字发动机控制器(FADEC)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收飞行信息和轨迹意图信息包括接收所述飞行器的计划未来飞行条件和所述飞行器的预测未来飞行条件中的至少一者。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，接收所述飞行器的计划未来飞行条件和所述飞行器的预测未来飞行条件中的至少一者包括接收有关飞行路径高度方面的未来变化的指示。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，接收所述飞行器的计划未来飞行条件和所述飞行器的预测未来飞行条件中的至少一者包括接收天气条件。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，接收发动机性能和健康信息包括接收发动机推力能力的估计。
9.一种飞行器，包括：
位于所述飞行器上的发动机；
全权数字发动机控制器(FADEC)，其通信地联接到所述发动机；以及
飞行控制系统，其位于所述飞行器上并且通信地联接到所述FADEC，所述飞行控制系统被配置成传输飞行信息和轨迹意图信息的非当前值给所述FADEC并且从所述FADEC和位于所述飞行器外的单独飞行控制中心中的至少一者接收发动机健康和用于评估发动机健康的参数中的至少一者的非当前值。
10.根据权利要求9所述的飞行器，其特征在于，所述飞行信息和轨迹意图信息包括有关飞行路径高度方面的未来变化的指示。
11.根据权利要求10所述的飞行器，其特征在于，所述FADEC使用有关飞行路径高度方面的未来变化的指示来修改所述发动机的操作。
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