CN107076640B - 通过平衡位置测量来监视飞机发动机叶轮的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于监视飞机发动机叶轮(22)的方法，该方法包括：采集与叶轮叶片(23)从传感器(21)前方通过时的时刻有关的至少一个时间信号；确定飞机的当前飞行阶段；针对飞机的一系列飞行中的每次飞行，使每个时间信号的至少一部分与预定飞行阶段相关联；以及针对每个叶片(23)，针对每次飞行以及针对每个预定飞行阶段，测量叶片的尖部的平均位置(24C)，即所谓的“平衡位置”。本发明还涉及一种用于实施该方法的设备。本发明的一个优势是使用少量传感器和低计算能力来提供对叶片的诊断。
Description
技术领域
本发明涉及监视飞机发动机叶轮的领域。例如，进行这种监视以检测对轮叶片的损坏。
背景技术
飞机发动机包括多个叶轮。例如，随着物体对轮叶片的冲击，或者随着叶轮经受的空气动力学条件的改变，叶轮可能会退化。
在现有技术中已知用于对飞机发动机叶轮损坏进行检测的各种方法。这些方法涉及检测叶片(又称为轮叶)的通过次数。通常用术语“叶尖定时”来描述这种操作。基于这些通过次数，为每个叶片重建振动信号。对振动频率的分析使得能够检测对叶片的损坏。这些方法的实施需要使用大量的传感器，以便获得叶片运动的充分采样。
本发明的一个目的在于提供一种用于监视飞机发动机叶轮的方法及设备，该方法和设备适于使用数量减少的传感器来快速地检测对叶片的损坏。
发明内容
通过一种用于监视飞机发动机叶轮的方法来实现上述目的，该方法包括：
-采集至少一个时间信号，每个时间信号与叶轮叶片从传感器前方通过时的时刻有关；以及
-确定飞机的当前飞行阶段；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
-针对飞机的一系列飞行中的每次飞行，使每个时间信号的至少一部分与一组预定飞行阶段中的预定飞行阶段相关联，该一组预定飞行阶段包括至少一个预定飞行阶段；以及
-针对每个叶片，针对所述一系列飞机飞行中的每次飞行以及针对每个预定飞行阶段，测量第一感兴趣位置，该第一感兴趣位置等于叶片的尖部的平均位置，即所谓的“平衡位置”。
该方法的一些优选且非限制性的方面如下：
-该方法包括针对每个叶片，针对每次飞行以及针对至少两个预定飞行阶段，测量第一感兴趣位置；
-该方法包括针对每个叶片以及针对每个预定飞行阶段，计算第二感兴趣位置，该第二感兴趣位置等于平衡位置的平均值或中间值，每个平衡位置与多次飞行中的一次飞行相关联；
-该方法包括在参考位置和感兴趣位置之间进行比较，以便检测叶片上损坏的开始；
-该方法包括在飞行期间追踪感兴趣位置，以便检测这些感兴趣位置中的渐进移位；
-使用单个传感器来测量叶片的平衡位置，该单个传感器被配置成检测叶轮叶片的尖部在预定点处的通过；
-该方法包括对至少一个时间信号的采集链中的异常进行测试，所述测试包含对与同一叶片和同一预定飞行阶段相关联的一组平衡位置的极值之间的偏差的测量，所述一组平衡位置中的每一个平衡位置与多次飞机飞行中的一次飞行对应；
-该方法包括下述先行步骤：通过一组预定的飞行阶段的专家评估来确定就每个叶片而言与叶片上的静压力以及与该叶片的转速对应的预定飞行阶段，该叶片上的静压力以及该叶片的转速导致叶片的关键工作模式。
本发明不仅不限于该方法，而且延伸到适于实施该方法的设备，并且具体地延伸到用于监视飞机发动机叶轮的设备，该设备包括：
-至少一个传感器，每个传感器被配置成采集与叶轮叶片从传感器前方通过时的时刻有关的时间信号；以及
-用于确定飞机的当前飞行阶段的装置；
其特征在于，该设备包括信号处理装置，该信号处理装置被配置成：
-使每个时间信号的至少一部分与一组预定飞行阶段中的预定飞行阶段相关联，该一组预定飞行阶段包括至少一个预定飞行阶段；以及
-针对每个叶片，针对至少一次飞机飞行以及针对每个预定飞行阶段，测量第一感兴趣位置，该第一感兴趣位置等于叶片的尖部的平均位置，即所谓的“平衡位置”；以及
-输出所述第一感兴趣位置。
附图说明
通过阅读仅作为示例给出而并非限制性的实施例的示例的描述以及参照附图，将更清晰地理解本发明，在附图中：
-图1示意地示出了根据本发明的方法的第一实施例；
-图2A示意地示出了与飞机发动机叶片通过传感器前面时的时刻有关的时间信号的采集；
-图2B示出了由图2A中表示的传感器采集的时间信号；
-图3A至图3C示出了基于诸如图2B中所示的时间信号之类的时间信号对叶片平衡位置的测量；
-图4示意地示出了根据本发明的方法的第二实施例；
-图5示意地示出了根据本发明的方法的第三实施例；
-图6示出了使用根据本发明的方法获得的测量值；
-图7示意地示出了根据本发明的方法的第四实施例；
-图8示意地示出了根据本发明的设备的第一实施例；
-图9示意地示出了根据本发明的设备的第二实施例；
-图10示意地示出了根据本发明的设备的第三实施例。
具体实施方式
根据本发明，兴趣集中在叶片在轮参考系统中的位置的随时间变化上。特别注意力集中在叶片的尖部相对于轮的旋转中心的随时间变化上。在全文中，将叶片的位置随时间改变的这种进展称为“叶片运动”。
定义了叶片运动的静态分量和动态分量。动态分量与叶片关于中心位置或平衡位置的振动对应。静态分量与该平衡位置中的移位对应。
本发明的基本思想包括：通过不检查该叶片的运动的动态分量而仅检查该叶片的运动的静态分量来检测对叶片的损坏。
对叶片运动的静态分量的研究提供了叶片的新信息，而不需要高频采样，因而不需要高计算能力。此外，如下文中更详细地解释的那样，数量减少的传感器使得能够访问关于该静态分量的可靠数据。
图1示意地示出了根据本发明的方法的第一实施例，该方法被实施以监视飞机发动机叶轮。
示出了针对一系列飞机飞行的多次飞行之一并且针对预定飞行阶段所实施的步骤。相同飞行系列中的飞行并非一定是连续的。
在所述一系列飞行中的每一次飞行期间依次实施这些步骤。针对每次飞行，在根据本发明的方法的先行步骤期间针对由专家评估的一个或多个预定飞行阶段来实施这些步骤。
就每个叶片而言，预定飞行阶段与叶片上的静压力及该叶片的转速对应，叶片上的静压力和该叶片的转速会导致叶片的关键工作模式。由于不能对这些量进行直接测量，所以根据发动机工作参数(例如叶轮转速范围)和发动机环境参数(例如温度、高度)来确定“关键”飞行阶段。该确定是由专家来执行的。因此，获得了预定飞行阶段，该预定飞行阶段可以特别地包括加速阶段、减速阶段、反推力阶段。随后，基于发动机的工作参数或发动机的环境参数，在当前飞行阶段中检测预定飞行阶段。
在第一步骤101期间，
-针对如下文中所定义的每个传感器，采集代表叶轮叶片中的每一个叶片从该传感器前方通过时的时刻的时间信号(子步骤1011)；以及
-确定飞机的当前飞行阶段(子步骤1012)。
在第二步骤102的第一子步骤1021期间，预定飞行阶段与每个时间信号的至少一部分相关联。第一子步骤1021可以描述为索引步骤，在该索引步骤期间，将与对应的飞行阶段相关的信息分配给信号。
该方法可以包括检测预定飞行阶段的开始和结束，以便于将对时间信号的记录仅控制在这两个时间之间。
该方法可以包括选择所采集和所记录的时间信号的至少一部分，这部分时间信号与所述预定飞行阶段对应。
随后，在第二步骤102的第二子步骤1022期间，确定每个叶片的平均位置。从而每个平均位置与叶片、飞行和飞行阶段相关联。叶片的平均位置指代叶片的固定点相对于基准随时间求平均的位置。在本文中固定点是叶片的尖部，即叶片的与叶轮的旋转中心相对的端。
换言之，叶片的尖部的瞬时位置是通过传感器并且针对叶轮的给定旋转测量的该点的位置，而叶片的尖部的平均位置是多个瞬时位置的平均值，该多个瞬时位置是通过叶轮的各种旋转并且通过一个或多个传感器来测量的。
具体地，该位置是以叶轮的旋转中心为中心的圆盘上的角位置。时间平均值是在短时间间隔上产生的，例如小于2分钟。时间平均值可以在单个时间间隔上产生、或者在多个不连续的时间间隔上产生，所有时间间隔与同一飞行或同一飞行阶段有关。例如，时间平均值在5至10个时间间隔上产生，每个时间间隔的持续时间在1s和30s之间，例如10s。
叶片的平均位置还称为叶片平衡位置，并且形成第一感兴趣位置，标注为PI1。
叶片的平衡位置的突发改变或渐进改变特别由下述原因所导致：
-叶片在受到异物冲击之后的塑性变形。例如，叶片响应于对由叶片和该异物之间的相遇所生成的撞击的吸收而弯曲。该变形可以取决于飞行条件，并且根据飞行阶段而变化；或者
-叶片组件的角位置相对于叶轮的旋转中心的改变。对于使用锤固定装置进行组装的叶片，这样的移位可以起因于叶根在叶片的单元中滑动，每个叶根容置在专用的单元中。对于使用钉固定装置进行组装的叶片，这样的移位可以起因于叶根在沿叶轮的中心盘的整个外围延伸的环形槽中滑动。
因此，叶片的平衡位置是用于快速且简单地检测叶片上损坏的开始的指示。不寻求确定叶片振动频率。因此，避免了现有技术的特别是与沿叶片的整个旋转圆周(例如在壳体或整流罩的内表面上)分布的大量传感器的使用有关的局限性和问题。
优选地，对于每次飞行并且针对每个叶片，对与不同的飞机飞行阶段有关的平衡位置进行测量。事实上，只能在叶轮的某些工作条件下检测对叶轮的一些损坏。
图2A示意地示出了与飞机发动机叶片从传感器前方通过时的时刻有关的时间信号的采集。
图2A示出了单个传感器21的情形，传感器21布置在叶轮22的外围处，叶轮22在这种情况下具有五个叶片23。叶轮可以是风扇的叶轮、高压压缩机的叶轮或任何其他飞机发动机部件的叶轮。
然而，本发明不限于这种布置并且可以包括多个传感器，例如至少三个传感器。然后，有利地，该多个传感器可以不规则地分布在围绕叶轮的壳体上。
传感器21可以是电涡流传感器，或者电容式传感器，或者光学型传感器，或者任何其他鲁棒的、精确的且紧凑的传感器。这种传感器称为“叶尖定时”传感器，这是由于它可以检测相对于时基的通过次数。
传感器21布置在叶轮22的外围处，并且指向叶轮22的旋转中心。传感器21检测叶片23的尖部的通过并且识别关于时间基准的通过次数。
叶片在两个端位置24A和24B之间振动，叶片的平衡位置24C位于该两个端位置24A和24B之间。
图2B示出了由图2A的传感器21采集的时间信号24。x轴是时间轴。y轴对应于振幅。每次叶片通过传感器21的前面对应于脉冲25。两个脉冲25之间的时滞与两个相邻叶片的尖部之间的距离对应，通过叶轮的转速将这两个量相关联。
叶轮或者同样转动的转子可以具有可由传感器21检测的参考标记，以使得可以相对于不同的叶轮旋转来区分脉冲。还可以使用该参考标记来校准时间信号并且使脉冲之间的时滞与角偏移相关。假定参考标记的两次连续的检测之间存在360°，则可以将时间间隔转换成角偏移。还可以由此推断出叶轮的转速。可替选地，使用适于以与叶轮相同的速度旋转的发音轮以及检测发音轮上参考标记的通过的旋转计数器，而不是叶轮上或其转子上的参考标记。
图3A至图3C示出了基于诸如图2B中所示的时间信号之类的时间信号对叶片的平衡位置的测量。针对每个叶片，该测量包括对表示叶片运动的时间信号应用低频滤波。
图3A示出了通过同步并组合由传感器所采集的每个时间信号并且通过仅选择与叶片之一有关的脉冲35而获得的时间信号34。可以将通过不同传感器进行的测量组合在传感器相对于彼此的位置的知识中。
例如，将叶片在传感器前方的通过定义为脉冲35的上升沿与恒定参考幅度之间的交叉点。因此，时间t1、t2、t3和t4与图3A中所示的四个脉冲对应。
图3B示出了其中将绝对时间t1、t2、t3和t4表示为减少的时间的函数的图形。该减少的时间对应于由叶轮的转速减少的时间。这包括针对从叶轮的一次旋转到另一次旋转的转速的变化的影响来校正时间测量值。特别地，每个时间ti可以表示为时间Ti的函数，使得
其中，Ωref是参考转速，并且Ωi是在时间ti处的转速。
图3C与图3B对应，其中，针对叶轮旋转对点的y值进行了校正。在此处，图3A中的每个脉冲35与叶轮旋转对应。因此，图3B中的每个点与叶轮旋转对应。根据轮的转速推断出轮转动了360°的时间段。从时间t1、t2、t3和t4中减去该时间段的合适倍数，以使得去除叶轮旋转对测量值t1、t2、t3和t4的影响。
因而获得了一系列点36，它们示出了在叶轮的每个旋转处所取的叶片的各种位置。这些位置在本文中与时间对应，但是还可以以角度单位来表示这些位置，这两个概念通过叶轮的转速相关联。通过这些不同位置之间的平均值Teq来定义叶片的平衡位置。这些不同位置可以定义在这些位置的测量期间表示叶片运动的振荡信号。平衡位置与该振荡信号的连续分量(甚低频)对应。可以仅使用对该振荡信号的低通滤波来获得平衡位置。
平衡位置可以表示为时间单位或角度单位。按照惯例，从飞机的前方来看平衡位置在沿轮的旋转方向的负向。
根据本发明，仅寻求测量平均信号值，而不是例如通过信号的频率来表征振荡。通过叶片实际实现的对运动的二次采样使得不能够得到叶片振荡频率。然而，通过叶片实际实现的对运动的二次采样使得能够定义叶片的平衡位置。通过叶片实际实现的对运动的二次采样可以意味着叶片的实际平衡位置和所测量的平衡位置之间的偏差(恒定移位)。通过将所测量的平衡位置和以相同方式测量的其他平衡位置进行比较，可以避免该偏差。例如，将当前平衡位置和初始平衡位置进行比较，或者对飞行期间的平衡位置的进展进行研究。因此，根据本发明的方法使得能够使用数量减少的传感器来可靠地检测对叶片的损坏，例如使用三个传感器、或甚至仅使用两个传感器或者甚至使用单个传感器。
应该注意的是，如果使用了单个传感器并且叶片根据等于叶片旋转频率的整数倍的振动频率而振动，则传感器总是检测同一叶片位置。然而，可以测量静态叶片位置，将在叶片损坏的情况下对该静态叶片位置进行修正。因此，总是能够检测到叶片损坏。在相同条件下，使用叶片振动频率的话，这种检测将是不可能的。
本发明不包括复杂的数据处理：能够简单地采集经二次采样的信号，并且待执行的主数据处理操作只是低通滤波。因此，本发明提供了在机载计算能力方面花费不多的叶片损坏的快速检测装置。
图4示意地示出了根据本发明的方法的第二实施例。
示出了针对同一预定飞行阶段而实施的步骤。
针对第一次飞行而实施的步骤401a、402a与图1中的步骤101和102对应。在步骤402a之后，针对每个叶片获得第一感兴趣位置PI1a，该第一感兴趣位置PI1a对应于与该第一次飞行以及与所述预定飞行阶段相关联的叶片的平衡位置。在图4中示出了与该第一次飞行期间叶片的运动对应并且针对所述预定飞行阶段的振荡信号。该振荡信号的平均值是Teq1，Teq1与第一感兴趣位置PI1a对应。
针对第二次飞行而实施的步骤401b、402b与图1中的步骤101和102对应。在步骤402b之后，针对每个叶片获得第一感兴趣位置PI1b，该第一感兴趣位置PI1b与该第二次飞行以及与所述预定飞行阶段对应。
针对第三次飞行而实施的步骤401c、402c与图1中的步骤101和102对应。在步骤402c之后，针对每个叶片获得第一感兴趣位置PI1c，该第一感兴趣位置PI1c与该第三次飞行以及与所述预定飞行阶段对应。在图4中示出了与该第三次飞行期间叶片的运动对应并且针对所述预定飞行阶段的振荡信号。该振荡信号的平均值是Teq3，Teq3与第三感兴趣位置PI1c对应。
然后，该方法包括步骤403，步骤403用于针对每个叶片来计算先前测量的第一感兴趣位置的平均值。该平均值被称为第二感兴趣位置PI2。因此，针对每个叶片并且针对所述预定飞行阶段，获得下述平均值以便提供单个立即可用的值，该平均值包括与多次先前的飞行相关联的测量值。
可替选地，计算所述第一感兴趣位置的中间值。
根据该实施例，正在讨论的不同飞行是连续的，例如每两次飞行或每三次飞行进行一次分析。有利地，正在讨论的飞行是连续飞行。
图5示意地示出了根据本发明的方法的第三实施例。
图5中示出的方法与图4中示出的方法的区别仅在于：图5中示出的方法包括下述附加步骤，使用与多次飞行有关并且与预定飞行阶段有关的第二感兴趣位置PI2。
在步骤504中，针对每个叶片并且针对所述预定飞行阶段，将第二感兴趣位置PI2和与所述叶片相关联的参考位置进行比较。
不管正在讨论的飞行阶段如何，每个叶片所使用的参考位置有利地是相同的。
与叶片相关联的参考位置可以是例如在轮的使用寿命开始时(已知叶片没有损坏时)在一次或多次飞行期间依照经验获得的值。因而轻易地避免了测量偏差的影响。
可替选地，与叶片相关联的参考位置可以是给制造商规定的理论值。该理论值可以针对任何测量偏差来进行校正，以便能够与本身所测量的感兴趣位置进行比较。
叶片的参考位置优选地对应于在360°上等角分布的叶片。
当第二感兴趣位置PI2和参考位置呈现出大于预定阈值的偏差时，可以推断出对应的叶片被损坏了。
可以通过与用于检测叶片损坏的其他已知技术相关联或者基于对具有已知损坏的叶片的测量来获得预定阈值。
预定阈值优选地对所有叶片是相同的。预定阈值优选地对所有预定飞行阶段而言，或者至少对有利于追踪损坏的所有飞行阶段而言是相同的，该有利于追踪损坏的所有飞行阶段即其中空气动力载荷最大并且因而施加到叶片结构上的机械应力最大的飞行阶段。
基于第二感兴趣位置PI2和参考位置之间的偏差，例如基于借助于对具有已知损坏的叶片的测量获得的校准数据或者通过与用于量化叶片上的损坏的其他已知技术相关联，可以对轮叶损坏进行量化。
此外，或者可替选地，在步骤505中，针对每个叶片并且针对所述预定飞行阶段，在多组飞行期间执行对第二感兴趣位置PI2所采用的值的追踪。因而，可以检测到第二感兴趣位置PI2所采用的值随飞行而发生的渐进移位。该移位表示叶片的逐渐损坏。例如检测到叶片的逐渐磨损。
例如，当第二感兴趣位置PI2所采用的值沿给定方向逐渐移位(增加或减少)时，可以推断出对应的叶片开始出现磨损迹象。因而，可以在损坏实际上成为问题之前计划维护操作。
再一次，可以对具有已知磨损的叶片所获得的校准数据做参考，以便使第二感兴趣位置PI2所采用的值的梯度与叶片上磨损迹象的开始相关。
因而，本发明使得可以检测到对叶片的损坏的开始，该开始可以是突发的或者渐进的。
可替选地，不考虑对多次飞行求平均的平衡位置值，而是考虑对多组连续飞行测量的这些平衡位置的中间值。
还可以关于第一感兴趣位置PI1来实施以下步骤：用于将感兴趣位置和参考位置进行比较，和/或在飞行期间追踪感兴趣位置所采用的值。在这种情况下，注意力不集中在一组多次飞行上的平均值或中间平衡位置，而是集中在使得可以计算移动平均值的、针对一系列连续飞行的每次飞行的平衡位置。
图6示出了使用根据本发明的方法的有利实施例获得的测量值。
根据叶片索引给x轴划分刻度。此处示出了六个编了索引的叶片A1、A2、A3、A4、A5和A6。
y轴对应于平衡位置。例如以角度为单位给y轴划分刻度。如果叶片是按角度等分的，则零坐标与叶片的位置对应。
图6示出了箱形图，该箱形图表示针对每个叶片并且针对两组飞行与预定飞行阶段相关联的第一平衡位置。
针对每个叶片，用实线段来表示第一组十次飞行，并且用虚线段来表示第二组十次飞行。这两组飞行是不连续的。第一组飞行与叶轮的寿命的开始对应。第二组飞行与叶轮的寿命的中点对应。例如，超过1500次的飞行分开了第一组飞行和第二组飞行。
在每个线段上，高值与关于一组飞行所测量的平衡位置的最大值对应，低值与这些平衡位置的最小值对应，并且点与这些平衡位置的平均值对应。
对于叶片A4，实线段距离虚线段非常远，传递所研究的两组飞行之间叶片A4上损坏的开始。
对于叶片A2，虚线段比图6中的其他线段宽得多。该伸展与测量质量的损失对应。如果在所有叶片上发现该伸展，则可以由此推断出传感器21的输出处的采集链的损坏的开始。因而，可以通过针对每个叶片测量与同一飞行阶段相关联的平衡位置的分散的进展来检测传感器的输出处的采集链的异常。
使用图7，现在将示出根据本发明的方法的详细实施例。
显然，上述示例仅是一个特别的示例，并且在不超出本发明的范围的情况下可以设想出许多替代性方案。
图7中详细介绍了在飞机的特别飞行期间所实施的步骤。对一系列飞机飞行的多次飞行重复相同的步骤。优选地，针对每次飞行，针对多个预定飞行阶段实施相同的步骤。
在步骤E1处，在飞机飞行期间，基于数据71，确定飞机所处的飞行阶段。数据71特别地包括受监视的叶轮的转速。
在步骤E2处，当检测到飞机处于根据本发明的预定飞行阶段时，对信号72的记录进行控制。对信号72的记录与步骤E3对应。
信号72与至少一个时间信号的至少一部分对应，通过根据本发明的传感器来采集每个时间信号。这样的传感器指出在预定点处飞机叶片的尖部的通过次数。
步骤E3还包括使信号的一部分与预定飞行阶段相关。换言之，将信号的每个部分索引为与预定飞行阶段相关联。
在步骤E4处，对信号72进行处理以便由此推断出针对每个叶片并且针对预定飞行阶段的所谓的基本平衡位置。该步骤与参照图3A至图3C详细描述的获得平衡位置对应。该步骤特别地包括信号部分的布置，以便通过叶片并且通过飞行阶段将信号部分并置、转变为通过转速减少的时间量级等。可以从不同的传感器获得信号部分。
针对几秒的周期来执行对信号72的记录E3，例如5秒至20秒，并且针对同一预定飞行阶段重复多次，例如5次至20次。同一预定飞行阶段可以每次飞行出现多次。对于步骤E3的每次迭代，存在步骤E4的对应迭代，以使得针对每个叶片并且针对预定飞行阶段获得多个基本平衡位置。
有利地，步骤E3和E4的多次迭代不是连续实施的。换言之，确定飞机处于第一飞行阶段并且针对每个叶片计算第一基本平衡位置。一段时间后，检测到飞机再一次处于第一飞行阶段，从而针对每个叶片计算第二基本平衡位置。
根据未示出的替选性实施例，记录在整个飞行期间由每个传感器所采集的时间信号，并且随后选择可用的信号部分。
在步骤E5处，针对每个叶片并且针对每个预定飞行阶段，计算所获得的多个基本平衡位置的平均值。因而，针对每个预定飞行阶段并且针对每个叶片，获得平衡位置或第一感兴趣位置PI1。该平衡位置由汇总的平衡位置值组成。针对同一叶片、同一次飞行以及同一飞行阶段，可以在该点处选择性地去除由于离其它测量值太远而似乎是异常值的平衡位置测量值。
在步骤E6处，确定该情况是处于学习配置73中还是处于检测配置74中。
如果该情况处于学习配置73中，则在存储步骤E7期间将第一感兴趣位置PI1存储在数据库中。该第一感兴趣位置PI1可以形成参考位置，每个参考位置与叶片相关联。
如果该情况处于检测配置74中，则在步骤E6之后执行数据分析和比较步骤E8，以便针对每个叶片确定其是否损坏。步骤E8使用了在步骤E7中存储的数据。步骤E8例如包括针对每个叶片并且针对每个预定飞行阶段，将汇总的平衡位置(第一感兴趣位置)与参考位置进行比较。在步骤E8之后，针对每个叶片并且针对每个预定飞行阶段，获得参考位置和第一感兴趣位置之间的差。
在步骤E9处，针对每个叶片，将该差和与所述叶片相关联的预定阈值75进行比较。
在步骤E10处，并且针对至少一个叶片以及至少一个预定飞行阶段，当该差大于预定阈值时，发出标识叶片并且若可以说明损坏的程度的通知信号。针对每个叶片，不管飞行阶段如何，阈值可以是相同的。针对所有叶片阈值可以是相同的。
通知信号可以说明损坏是否需要立即修理叶轮，或者是否在叶轮仅示出磨损迹象时在特定时间段内设想维护步骤。
为了减少待放置到飞机上的用于实施根据本发明的方法的硬件资源，可以在步骤E5中获得的平衡位置发送到地面之后，在地面上实施步骤E6以及后续的步骤。步骤E4和E5也可以在地面上执行。机-地分离是一种设计选择。在任何情况中，将寻求限制在飞机上执行的计算的数量、待发送的数据量以及待储存在飞机上的数据量。
当飞机处于飞行中时可以执行数据交换，并且可以与地面进行数据交换。可替选地，将在飞行期间采集的一组数据存储在存储器中，当飞机处于地面上时，地面上的基地可以查询该存储器，然后清除存储器。
现在将简要描述用于实施根据本发明的方法的设备的一些示例。
图8非常示意性地示出了这样的设备80的第一实施例。
在图8中，可以看到如参照图2A所描述的传感器21、叶轮22和叶片23。
根据本发明的设备包括装置83，该装置83用于例如基于受监视的叶轮的转速来确定飞机所处的飞行阶段。可以借助于传感器21获得该转速。
将诸如计算器或计算机之类的信号处理装置82连接到传感器21，以接收与叶片23的尖部通过传感器前面时的时刻有关的时间信号。
装置83还连接到信号处理装置82。
优选地，信号处理装置82被配置成仅记录在适当的时间由传感器21提供的信号。这些适当的时间、或感兴趣的时隙取决于被选择来实施根据本发明的方法的预定飞行阶段。这些适当的时间还可以取决于参照步骤E5如图7所定义的那样实施对测量值的汇总。人机交互装置可以使操作者能够向上地定义预定飞行阶段。
可替选地，信号处理装置82接收在每次飞行中由传感器21采集的所有信号，并且包括用于选择与感兴趣的点相关联的信号部分的装置。
信号处理装置82还被配置成为所记录的信号编索引，以便使所记录的信号与预定飞行阶段相关联。
信号处理装置82被配置成针对每个叶片并且针对至少一个预定飞行阶段来测量叶片平衡位置。
装置82特别地包括用于针对每次飞行、针对每个叶片并且针对每个预定飞行阶段来重建表示叶片运动的振荡信号的装置，以及用于对该信号进行低通滤波的装置。装置82特别地实施如参照图3A至图3C所描述的方法。如果适用的话，信号处理装置82实施对平衡位置测量值的汇总，正如参照图7并且根据步骤E5所描述的那样。
针对正在讨论的飞行、针对每个叶片并且针对每个预定飞行阶段，信号处理装置82输出平衡位置或第一感兴趣位置。信号处理装置82还可以提供叶片的多个平衡位置的列表，所述列表以如图6中所示的箱形图的形式来表示。
信号处理装置82可以包括用于针对同一飞行阶段并且针对一组飞机飞行的多次飞行来计算每个叶片的不同平衡位置的平均值或中间值的装置。然后，针对正在讨论的一组飞行、针对每个叶片并且针对每个预定飞行阶段，信号处理装置82可以输出被称为第二感兴趣位置的该平均值或中间值。
信号处理装置82可以连接到存储器(未示出)，该存储器被配置成存储所测量的平衡位置。因而，可以在飞行期间监视平衡位置的进展。
图9示意地示出了根据本发明的设备90的第二实施例。将仅关于图9相对于图8的差异来描述图9。
比较装置93在输入处连接到信号处理装置82，并且连接到存储参考位置的数据库94。比较装置93针对每个叶片并且针对每个预定飞行阶段，将由信号处理装置提供的(第一或第二)感兴趣位置与参考位置进行比较。
在初始学习阶段期间，可以获得在数据库94中存储的数据。
比较装置93针对每个叶片并且针对每个预定飞行阶段，输出感兴趣位置和参考位置之间的差。
检测装置95接收该差作为输入，同时接收与所述叶片及所述飞行阶段相关联的阈值75(参见图7)。该阈值可以存储在专用的数据库中或者数据库94中。不管叶片或者飞行阶段如何，都可能涉及同一阈值。
通知装置96被配置成：针对至少一个叶片并且针对至少一个飞行阶段，当该差大于阈值75时发出通知信号。参照图7、根据步骤E10限定了该通知信号的特征。
可替选地或者附加地，设备90可以包括用于针对每个叶片并且针对每个飞行阶段，计算每个叶片在多次飞机飞行期间所采用的感兴趣位置的梯度的装置。随后，类似于关于装置95和装置96的描述，该设备包括用于针对至少一个叶片并且针对至少一个飞行阶段与预定阈值进行比较的装置以及当该梯度大于预定阈值时发出通知信号的装置。
根据本发明的方法的实施可以伴随着：
-叶轮上的不平衡追踪，易于确定叶片的位置的诊断性变化，和/或
-实施“叶尖定时”检测和频率分析的叶片损坏检测，易于响应于撞击确认叶片的平衡位置的诊断性变化。
图10示意地示出了根据本发明的设备的第三实施例。
根据该第三实施例的设备100包括：
-第一模块101，至少容纳传感器以及优选地用于确定飞机的飞行阶段的装置；以及
-第二模块102，优选地容纳根据本发明的一组处理装置。
第一模块通过由箭头103表征的通信装置连接到第二模块。该通信装置可以包括无线通信装置、或者当飞机处于地面上时装配的可去除的有线通信装置。
无线通信装置可以是使用例如ACARS(飞机通信寻址与报告系统)数据传送系统的空-地通信装置。
第一模块在飞机1001上，而第二模块位于地基1002上。整体形成根据本发明的系统1000，其中，最小的部件在飞机上以便优化飞行中的重量，并且在计算能力方面优先考虑飞机上所需的资源。
Claims (16)
1.一种用于监视飞机发动机叶轮(22)的方法，所述方法包括：
-采集(1011)至少一个时间信号，每个时间信号与叶轮叶片(23)从传感器(21)前方通过时的时刻有关；以及
-确定(1012)所述飞机的当前飞行阶段；
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-针对所述飞机的一系列飞行中的每次飞行，使每个时间信号的至少一部分与一组预定飞行阶段中的预定飞行阶段相关(1021)，所述一组预定飞行阶段包括至少一个预定飞行阶段；
-针对每个叶片(23)，针对所述一系列飞机飞行中的每次飞行以及针对每个预定飞行阶段，确定(1022)第一感兴趣位置，所述第一感兴趣位置为所述叶片的尖部的平均位置(24C)，所述平均位置被称为所述叶片的尖部的“平衡位置”，所述叶片的尖部的所述平均位置是所述叶片的尖部的位置随时间的平均值；以及
-确定所述平衡位置的静态分量，所述静态分量对应于所述平衡位置中的移位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对每个叶片，针对每次飞行以及针对至少两个预定飞行阶段，测量(402a；402b；402c)第一感兴趣位置。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，针对每个叶片以及针对每个预定飞行阶段，计算(403)第二感兴趣位置(PI2)，所述第二感兴趣位置(PI2)等于平衡位置的平均值或中间值，每个所述平衡位置与多次飞机飞行中的一次飞行相关联。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，在参考位置与所述第一感兴趣位置之间进行比较(504)，以便检测叶片上损坏的出现。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，在飞行期间追踪(505)所述第一感兴趣位置，以便检测所述第一感兴趣位置中的渐进移位。
6.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，叶片的所述平衡位置是使用单个传感器(21)来测量的，所述单个传感器被配置成检测叶轮叶片的尖部在预定点处的通过。
7.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，对所述至少一个时间信号的采集链中的异常进行测试，所述测试包含对与同一叶片以及同一预定飞行阶段相关联的一组平衡位置的极值之间的偏差的测量，所述一组平衡位置中的每一个平衡位置与多次飞机飞行中的一次飞行对应。
8.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，包括下述先行步骤：通过所述一组预定飞行阶段的专家评估来确定就每个叶片而言与所述叶片上的静压力以及与该叶片的转速对应的预定飞行阶段，所述叶片上的静压力和所述叶片的转速导致所述叶片的关键工作模式。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在参考位置与所述第二感兴趣位置之间进行比较(504)，以便检测叶片上损坏的出现。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在飞行期间追踪(505)所述第二感兴趣位置，以便检测所述第二感兴趣位置中的渐进移位。
11.一种用于监视飞机发动机叶轮(22)的设备(80；90；100)，所述设备包括：
-至少一个传感器(21)，每个传感器被配置成采集与叶轮叶片从所述传感器前方通过时的时刻有关的时间信号；以及
-确定装置(83)，用于确定所述飞机的当前飞行阶段；
其特征在于，所述设备包括信号处理装置(82)，该信号处理装置被配置成：
-使每个时间信号的至少一部分与一组预定飞行阶段中的预定飞行阶段相关联，所述一组预定飞行阶段包括至少一个预定飞行阶段；以及
-针对每个叶片，针对至少一次飞行以及针对每个预定飞行阶段，确定第一感兴趣位置(PI1)，所述第一感兴趣位置等于所述叶片的尖部的平均位置(24C)，所述平均位置被称为所述叶片的尖部的“平衡位置”，所述叶片的尖部的所述平均位置是所述叶片的尖部的位置随时间的平均值；
-确定所述平衡位置的静态分量，所述静态分量对应于所述平衡位置中的移位；以及
-输出所述第一感兴趣位置(PI1)。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于针对每个叶片以及针对每个预定飞行阶段来计算第二感兴趣位置(PI2)的装置，所述第二感兴趣位置(PI2)等于平衡位置的平均值或中间值，每个所述平衡位置与多次飞机飞行中的一次飞行相关联。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的设备(90；100)，其特征在于，所述设备包括感兴趣位置(PI1；PI2)和参考位置之间的比较装置(93)。
14.根据权利要求11和12中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于计算整个飞行中感兴趣位置(PI1；PI2)的梯度的装置。
15.根据权利要求11和12中任一项所述的设备(80；90；100)，其特征在于，所述设备包括单个传感器。
16.根据权利要求11和12中任一项所述的设备(100)，其特征在于，所述设备包括：
-第一模块(101)，其包括所述至少一个传感器(21)，所述第一模块适于位于飞机(1001)上；
-第二模块(102)，其包括所述信号处理装置(82)的至少一部分，所述第二模块适于安装在地基(1002)上；以及
-通信装置(103)，其位于所述第一模块和所述第二模块之间。
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