CN108284968B - 用于ecs预测性维护的航空器维护系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于ECS预测性维护的航空器维护系统和方法。一种运载工具管理系统包括机载运载工具系统和地面系统。机载运载工具系统包括压气机出口温度传感器，其被配置成确定ECS压气机出口温度；数据获取单元，其被耦合以接收压气机出口温度、第一运载工具的高度，以及周围温度，并且被配置成生成数据报告；以及通信系统，其被耦合以接收和传输数据报告。地面系统包括地面数据服务器，其被耦合以接收数据报告并至少基于压气机出口温度、高度和周围温度来确定ECS的环境调节元件的结污状况；以及移动应用模块，其被耦合以从地面数据服务器接收结污状况并且被配置成提供用于在移动设备上向用户显示结污状况的接口。

Description

用于ECS预测性维护的航空器维护系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及航空器维护系统和方法，并且更特别地涉及用于环境控制系统(ECS)中的空气调节组件的热交换器的航空器维护系统和方法。
背景技术
航空器在各种类型的地理区域中操作，所述地理区域包括具有提高的污染水平的区域。污染物可能包括灰尘、微粒和其它类型的污垢物。同样地，航空器通常包括环境控制系统(ECS)，其运行以调节和过滤空气并且向诸如主机舱区域之类的内部空间供应干净的无污染的空气。随着时间的过去，污染物在ECS的元件中累积，并且最后这些元件必定会在维护操作中检修或替换。偶尔要求维护的一个类型的元件是热交换器。然而，准确地预测维护操作和替换的适当时间可能是有挑战性的。过早的替换可能导致不必要的停工期和成本，而延迟的替换可能导致操作的低效和乘客不舒适。
相应地，期望的是提供使得能实现对ECS元件(特别是热交换器)的更及时且准确的替换以最小化破坏并改进效率的改进的维护系统和方法。此外，本发明的其它期望的特征和特性将根据结合本发明的附图和该背景所采取的本发明的随后详细描述和所附权利要求书而变得显而易见。
发明内容
根据示例性实施例，一种运载工具管理系统包括被机载地布置在第一运载工具上的机载运载工具系统，以及地面系统。机载运载工具系统包括压气机(compressor)出口温度传感器，其被配置成确定在第一运载工具的环境控制系统(ECS)的压气机处的压气机出口温度；数据获取单元，其被耦合以接收来自压气机出口温度传感器的压气机出口温度、第一运载工具的高度，以及周围温度，并且被配置成生成至少包含压气机出口温度、高度以及周围温度的数据报告；以及通信系统，其被耦合以接收和传输来自数据获取单元的数据报告。地面系统包括地面数据服务器，其被耦合以从通信系统接收数据报告，地面数据服务器被配置成至少基于压气机出口温度、高度和周围温度来确定ECS的环境调节元件的结污状况；以及移动应用模块，其被耦合以从地面数据服务器接收结污状况并且被配置成提供用于在移动设备上向用户显示结污状况的接口。
根据另一示例性实施例，一种方法包括利用用于第一运载工具的机载运载工具系统收集第一运载工具的环境控制系统(ECS)的热交换器的压气机的压气机出口温度、第一运载工具的高度，以及周围温度；利用压气机出口温度、高度和周围温度生成数据报告；利用通信系统发送数据报告；在地面数据服务器处接收来自通信系统的数据报告；至少基于压气机出口温度、高度和周围温度确定ECS的热交换器的结污状况；以及在移动应用接口上生成用户报告以用于在移动设备上向用户显示结污状况。
附图说明
将在下文中结合以下绘图来描述本发明，其中同样的数字指示同样的元件，并且
图1是根据示例性实施例的航空器管理系统的示意性框图；
图2是根据示例性实施例的图1的管理系统的航空器系统的空气调节组件的示意图；
图3是根据示例性实施例的与图2的航空器系统的空气调节组件相关联的维护系统的功能框图；
图4是根据示例性实施例的图3的维护系统的结污模块的功能框图；
图5是根据另一示例性实施例的图3的维护系统的结污模块的功能框图；
图6是根据示例性实施例的由图3的维护系统生成的报告的视觉显示的示例；
图7是根据示例性实施例的与图1的航空器管理系统相关联的地面数据服务器的功能框图；以及
图8是根据示例性实施例的由图7的地面数据服务器生成的报告的视觉显示的示例。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的并且不意图限制本发明或本发明的应用和使用。如本文中使用的那样，词语“示例性”意味着“充当示例、实例或例证”。因此，本文中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比起其它实施例优选的或有利的。本文中描述的所有实施例都是示例性实施例，其被提供用以使得本领域技术人员能够制造或使用本发明并且不用以限制由权利要求书限定的本发明的范围。此外，不存在被前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中呈现的任何表达的或暗示的原理所束缚的意图。
下面讨论的示例性实施例提供监视和管理环境控制系统(ECS)的空气调节组件中的热交换器以生成结污预测、趋势和/或诊断的系统和方法。特别地，基于一个或多个参数来生成状况和健康指示符以表示热交换器的当前和未来状况。例如，一个问题是其中气流中的污染物随着时间的过去在热交换器中累积的“结污”，并且考虑到该问题，示例性实施例可以生成表示相应的热交换器的结污的程度的结污状况。在某些实施例中，该结污状况可以被表达为“结污因子”，其提供表示相应的热交换器的结污状况的程度的数值。可以提供结污因子的任何表示，但是在一个示例中，结污因子被缩放到在0.0和1.0之间，其中0.0是全新且未结污的热交换器并且1.0是完全结污的热交换器。结污状况和/或结污因子还可以由也指示结污的严重性的预测性警报来定性地表示。作为示例，小于0.4的值是“绿色”状况或信息警报，其指示相应的热交换器的结污的水平不批准(warrant)动作。0.4-0.8的值是“黄色”状况或劝告警报，其指示结污的目前水平不批准动作但其可能在短期的未来中批准动作。超过0.8的值是“红色”状况或警告警报，其指示结污的目前水平应被立即解决。
相应地，在一个实施例中，绿色、黄色和红色状况基于结污因子范围来确定并且起关于结污状态的警告或预测或者热交换器的结污状况的其它表示的作用。实际上，黄色和红色状况表示“提前警告”并且意味着对初期故障检测的ECS功能状况的预测。除了这些状况之外，系统和方法还可以提供预报，诸如热交换器的剩余使用寿命。如下面更详细地描述的那样，可以关于作为航空器管理系统的部分的单个航空器和/或多个航空器来考虑结污状况。
图1是根据示例性实施例的航空器管理系统100的某些特征的示意性框图。一般地，在一个示例性实施例中，航空器管理系统100可以被认为包括一个或多个航空器110和/或一个或多个位于航空器110上的航空器系统。尽管在图1中描绘并且关于总体管理系统100讨论了一个航空器110，但是管理系统100可以被认为包括不止一个航空器110和/或航空器系统，或仅包括单个航空器110和相关联的航空器系统。除非另外指出，否则附加航空器可以被认为包括与下面关于航空器110讨论的部件类似的部件。航空器管理系统100可以进一步被认为包括与航空器制造商、所有者、航空公司、监视服务、政府和/或产业群相关联的地面系统160，或以其它方式与所述地面系统160交互。
在图1中描绘的航空器110的特征可以与下面描述的示例性实施例相关。尽管未详细地示出和/或讨论，但是航空器110可以具有通常用在航空与航天产业中的任何数量的附加部件。在图示的实施例中，航空器110包括机身112、引擎120、环境控制系统(ECS)130、飞行管理系统(FMS)150、飞行数据获取单元152和通信系统154。虽然下面的描述为了效率主要引用“航空器”，但是系统和方法不限于航空器并且还可以被实现在其它类型的运载工具中，所述其它类型的运载工具包括汽车、卡车、船、潜水艇、航天器或无人驾驶运载工具。下面在对操作的特定方面的更详细描述之前介绍航空器管理系统100的每个部件。
一般地，机身112是航空器110的主体并且可以包括或包含机舱114。如本文中使用的那样，术语“机舱”指的是航空器110内的利用环境控制并且容纳乘客、组员和/或电子装备的任何内部空间。航空器110可以进一步包括(未示出的)进气装置，用于将来自机身112的外表面的空气引导到引擎120和/或ECS 130，如下面描述的那样。可以提供其它类型的布置。
引擎120可以包括以电力和/或推进力的形式向航空器110提供能量的任何类型的系统。在一个示例性实施例中，引擎120可以是涡轮风扇或涡轮轴引擎，包括燃气涡轮引擎。引擎120具有由本领域技术人员一般理解的总体构造和操作。
一般地，ECS 130包括各种环境调节元件，其被配置成向机身112的所选内部部分(特别是机舱114)供应(例如，具有适当的压力、温度和湿度的)相对干净且经调节的气流。如示出的那样，ECS 130可以被认为包括一个或多个空气调节组件132(其中的一个被示出)和维护系统140，但是可以提供任何数量的附加部件和/或元件。
作为介绍，在一个示例性实施例中，空气调节组件132从引擎120接收通常以来自压气机部分的放出空气的形式的空气的部分，并且空气调节组件132包括一个或多个热交换器和其它部件，用以冷却或以其它方式在压力、温度和/或湿度方面调节气流使得空气适于机舱114。如上面指出的那样，流动通过ECS 130的空气可能包括污染物，诸如灰尘、微粒和/或污垢物。尽管ECS 130包括运行以去除这些污染物的部件，但是ECS 130的各种部件可能经受结污(例如，随着时间的过去的污染物累积)。下面讨论的示例性实施例特别地适用于监视和预测与空气调节组件132的热交换器的结污相关联的状况。
相应地，维护系统140用来监视ECS 130的一个或多个方面的状况或健康特性并且为操作者或其它个体提供支持，供在做出关于航空器110的未来维护、操作或使用的决定中使用。下面的讨论涉及操作者或用户，如与航空器系统100交互和/或从航空器系统1oo接收信息的任何个体，包括飞行组员、维护组员和控制中心。取决于上下文，所引用的用户可能变化。例如，并且如下面更详细地讨论的那样，对ECS 130的监视可能与单个航空器110或与作为总体机队的部分的航空器110相关。同样地，在某些实例中，用户可以是负责航空器110的操作者或维护组员，而在其它实例中，用户可以是管理多个航空器110的服务和飞行调度的航空公司或机队管理操作者。在下面的讨论中，对用户的引用适用于任一类型。
在一个示例性实施例中，维护系统140特别地监视空气调节组件132的热交换器，但是维护系统140还可以监视ECS 130的其它方面和总体航空器110。一般地，维护系统140从航空器系统100的各种系统和子系统接收数据。如下面讨论的那样，作为示例，维护系统140可以从FMS 150、飞行数据获取单元152和分布在ECS 130中的各种传感器接收数据。基于该数据，维护系统140确定、聚集和监视健康和状况指示符，诸如与ECS 130相关联的结污因子。
在一个示例性实施例中，维护系统140可以被具体化为具有以任何适当的方式(诸如(未示出的)总线)耦合在一起的处理器142、存储器144、存储设备146和用户接口148的计算机系统。一般地，处理器142执行计算和控制功能，并且可以以任何类型的处理器或多个处理器、诸如微处理器之类的单个集成电路或协作工作以实现本文中描述的功能的任何适当数量的集成电路器件和/或电路板来实现。在操作期间，处理器142执行通常存储在存储器144内的一个或多个程序，并且同样地控制维护系统140的一般操作。
在一个实施例中，存储器144存储一个或多个程序，所述程序执行下面更详细地描述的维护功能的一个或多个实施例。存储器144可以是任何类型的适当存储器。存储器144可以包括各种类型的动态随机存取存储器(DRAM)(诸如SDRAM)、各种类型的静态RAM(SRAM)和各种类型的非易失性存储器(PROM、EPROM和闪存)中的一个或多个。应理解的是，存储器144可以是单个类型的存储器部件，或其可以由多个不同类型的存储器部件组成。另外，存储器144和处理器142可以跨共同形成维护系统140的若干不同的计算机来分布。存储器144还可以被认为包括任何数量的数据库和/或数据源。
存储设备146可以是任何适当类型的存储装置，包括直接存取存储设备，诸如硬盘驱动器、闪存系统、软盘驱动器和光盘驱动器。在一个示例性实施例中，存储设备146是程序产品，存储器144可以从其接收执行一个或多个实施例以实行本文中描述的功能的程序。
如上面介绍的那样，维护系统140可以附加地包括使得操作者能够与维护系统140交互的用户接口148。作为示例，用户接口148可以呈现与ECS 130相关联的用户报告。相应地，用户接口148可以包括任何适当的硬件和软件部件。此类部件可以包括键盘、鼠标设备、按钮、开关、控制杆和旋钮。用户接口148可以包括能够显示各种类型的计算机生成的符号和信息的显示单元，诸如各种CRT或平板显示系统，诸如LCD、OLED显示器、投影显示器、等离子体显示器、HDD、HUD等。如下面更详细地描述的那样，用户接口148可以特别地显示与ECS130相关联的监视信息，诸如具有状况和健康指示符、结污因子和/或其它相关或期望的信息的报告。
尤其应理解的是，尽管维护系统140在图1中看起来像是被布置为集成系统，但是示例性实施例不被如此限制并且还可以包括藉此部件中的一个或多个是分离部件或位于航空器上或外部的另一系统的子部件的布置。下面提供了关于维护系统140的附加细节。
FMS 150一般在航空器110的操作期间执行各种各样的飞行中任务。尽管未被具体示出，但是FMS 150可以包括利用一个或多个计算机处理器实现的导航系统和制导系统，所述一个或多个计算机处理器诸如例如能够执行本文中讨论的功能的微处理器或数字信号处理器。一般地，导航系统确定航空器的当前运动学状态。制导系统向(未示出的)自动驾驶系统和/或操作者提供以制导命令的形式的飞行计划，以用于航空器110的实现和适当操作。FMS 150可以进一步包括具有对于航空器110的操作而言必需的任何元素的数据库。除其它功能之外，FMS 150还可以给维护系统140提供各种类型的航空器数据、操作数据和/或环境数据。例如，FMS 150可以给维护系统140和/或飞行数据获取单元152提供操作状况，诸如航空器110的周围温度(Tamb)和高度(Alt)。
飞行数据获取(和管理)单元152运行以收集各种类型的航空器信息，包括来自引擎120、ECS 130和FMS 150的信息。可以从其收集数据的其它系统包括装备和致动器、传感器和结构监视器、起落装置和制动器，以及辅助动力单元(APU)。飞行数据获取单元152可以处理、组织、聚集和/或以其它方式准备以用于通信系统154的期望格式的数据。如下面更详细地讨论的那样，还使得与空气调节组件132的热交换器相关联的各种类型的数据对飞行数据获取单元152可用。
航空器110可以进一步包括通信系统154。在一个示例性实施例中，通信系统154例如从飞行数据获取单元152收集与航空器110相关联的各种类型的航空器信息。通信系统154向地面数据服务器170传输航空器信息。通信系统154可以根据任何适当的通信协议来操作。特别地，通信系统154可以被配置成通过网络建立无线通信链路。在一个示例性实施例中，通信系统154可以是起用于经由航空波段无线电或卫星在航空器与地面站之间传输相对短的消息的数字系统的作用的航空器通信寻址与报告系统(ACARS)的部分。
地面系统160可以包括与一个或多个用户设备190通信的一个或多个地面数据服务器170。图1描绘了一个地面数据服务器170和一个用户设备190。然而，实际上，可以提供支持任何数量的用户设备190的任何数量的地面数据服务器170。
在一个示例性实施例中，地面数据服务器170从航空器110(特别是从航空器110的通信系统154)接收航空器信息。地面数据服务器170处理数据以计算和/或提取与ECS 130(特别是ECS 130的热交换器)相关联的状况和健康指示符，如下面更详细地描述的那样。地面数据服务器170可以基于该信息准备用户(或消费者)报告并且将用户报告提供给用户设备190中的一个或多个，也如下面更详细地描述的那样。用户报告可以与单个航空器或一组(一队)航空器相关联。
实际上，根据一个示例性实施例，地面数据服务器170可以被具体化为具有以任何适当的方式(诸如(未示出的)总线)耦合在一起的处理器172、存储器174、存储设备176和用户接口178的计算机系统。一般地，这些部件以与上面关于维护系统140讨论的相似部件类似的方式操作。下面将提供关于地面数据服务器170的附加细节。
地面数据服务器170可以进一步包括通信系统180。在一个示例性实施例中，通信系统180收集与航空器110以及其它航空器相关联的各种类型的航空器信息。在一个示例性实施例中，通信系统180可以是ACARS布置的部分。附加地且如上面介绍的那样，通信系统180将包括用户报告的来自地面数据服务器170的数据传输到用户设备190。通信系统180可以根据任何适当的通信协议操作以接收和传输数据，下面讨论其示例。
用户设备190可以是用于从地面数据服务器170接收用户报告的任何适当类型的设备。作为示例，用户设备190可以是个人计算机、移动电话、平板或在网络上用于访问地面数据服务器170的其它网络使能的用户设备。可以利用在硬件平台上运行的软件来实现设备190的操作，所述硬件平台例如通用的或专门的计算机，包括处理器和有用于执行的指令存储在其上的计算机可读介质(例如，存储器和其它存储设备，诸如CD、DVD、硬盘驱动器等)。在图1中，用户设备190可以被视为关于多个功能单元192、194、196、198进行操作。功能单元包括控制模块192、维护模块194、用户接口196和网络接口198。一般地，控制模块192控制用户设备190的操作并且用户接口196使得用户能够与用户设备190交互。网络接口198使得设备190能够以任何适当的方式与地面数据服务器170通信，所述以任何适当的方式包括经由公用网络、因特网、公用交换电话网(PSTN)、移动网络或提供连通性的任何其它网络。
在一个示例性实施例中，可以经由维护模块194将用户报告递送给用户设备190，所述维护模块194实现接收报告并且以适于用户设备190的方式格式化报告的应用。在某些实施例中，维护模块194可以表示一个或多个基于web的应用、桌面应用、在web页面上运行的面向对象的脚本等，其被适当地设计成执行本文中较详细地描述的各种任务、过程和程序。
在一个示例性实施例中，用户设备190是移动电话、平板、智能电话或其它移动用户设备190并且维护模块194是在移动用户设备190上运行的移动应用。作为结果，移动模块194可以经由用户接口196在使得能实现查看报告和与报告的用户交互的显示触摸屏上呈现用户报告。下面提供关于用户报告的附加细节。
图2是空气调节组件的示例性示意图，所述空气调节组件诸如图1的航空器110的空气调节组件132。如示出的那样，空气调节组件132包括初级热交换器210；次级热交换器212；具有经由轴226耦合在一起的压气机222和涡轮224的空气循环机220；放出控制布置230；水管理布置240；以及冲压空气布置250。将领会的是，可以提供附加部件和/或可以省略某些部件，并且图2的视图仅是示例。
在一个示例性实施例中，空气经由放出控制布置230进入空气调节组件132，所述放出控制布置230可以包括控制流动通过组件132的空气的量和性质的流量控制阀232。如上面指出的那样，进入空气调节组件132可以是从引擎120(图1)放出空气，但是空气调节组件132可以从其它源接收空气。例如，可以如通过阀234、236调节的那样来引导空气的部分绕开空气循环机220，用以控制空气调节组件132中的空气的温度和/或压力，但一般地，空气初始流动通过初级热交换器210，在其处空气被冲压空气布置250的冲压空气冷却。在一个示例性实施例中，冲压空气布置250经由冲压空气进口252从航空器的外部接收空气并且冲压空气流动通过冲压空气管254以供在热交换器210、212中使用，在其之后经由冲压空气排气装置256向机外排出空气。
在穿过初级热交换器210之后，经冷却的空气然后进入其被加压的压气机222，从而导致增加的温度。空气然后穿过其被冲压空气布置250的冲压空气再次冷却的次级热交换器212。空气然后穿过涡轮224，其使空气膨胀以进一步降低空气的温度并且以提取机械动力。在涡轮224的上游，可以引导空气通过水管理布置240以从空气去除水，所述水可以被排出到冲压空气布置250中。在涡轮224的下游，将空气引导到机舱和航空器的其它部分中以用于冷却。
空气调节组件132可以包括任何数量的传感器260、262以用于收集多种数据，包括与温度、压力、流速和流量以及遍及空气调节组件132的阀位置相关的数据。在一个示例性实施例中，传感器260、262包括用以测量离开压气机222的空气的温度的一个或多个压气机出口温度传感器260和用以测量跨热交换器210、212中的一个或二者的压力下降的一个或多个压力传感器262。在某些实施例中，可以省略压力传感器262。传感器260、262可以经由有线或无线连接向维护系统140传输所收集的数据，如下面更详细地描述的那样。
图3是维护系统140的更详细的功能框图。图3描绘了维护系统140组织的多个功能单元或模块310、320、330和340(例如，软件、硬件或其组合)。具体地，模块310、320、330和340中的每个可以通过上面在图1中讨论的用以执行具体功能的部件来实现。图3附加地描绘了与维护系统140相关联的数据流中的至少某些，但是参考图4和5讨论了其它数据流。图3描绘了一个示例性组织，并且其它实施例可以利用替换的组织或实现来执行类似功能。下面利用对图1和2的附加参考来描述图3。
如上面指出的那样，维护系统140一般运行以评估ECS 130的状况，特别是关于维护操作的热交换器210、212中的一个或多个的状况。如示出的那样，维护系统140包括数据收集模块310。在一个实施例中，热交换器210、212被单独地考虑，但是可以提供其它实施例。一般地，数据收集模块310被配置成收集可能与维护系统140的操作相关的数据。数据收集模块310可以接收任何相关信息。在描绘的实施例中，数据收集模块310接收传感器数据和操作数据。
在一个示例性实施例中，数据收集模块310从各种传感器中的任何传感器接收传感器数据，所述各种传感器包括与空气调节组件132相关联的传感器260、262。特别地，传感器数据可以包括来自传感器260的压气机出口温度。在某些实施例中，传感器数据可以包括来自传感器262的与热交换器210、212相关联的压差数据。操作数据通常包括从FMS 150和/或飞行数据获取单元152接收的当前高度和周围温度。
在其它实施例中，数据收集模块310可以从各种其它源接收数据，所述数据包括从其它航空器系统或仪器和/或从命令中心、机场或其它基于地面的数据源接收的数据。作为某些示例，其它信息可以包括标识信息、污染特性、地理位置、飞行路径特性、引擎操作参数、天气状况、时间依赖性、装备特性、历史维护数据和其它数据。
在描绘的实施例中，通过数据收集模块310接收的数据是相对原始的数据，数据收集模块310可以根据其生成一个或多个值或参数。视情况而定，数据收集模块310可以包括任何适当类型的调节和过滤功能。如在图3中示出的那样，数据收集模块310基于所接收的数据生成和/或以其它方式提供参数。此类参数可以包括压气机出口温度(Tcomp)、高度(Alt)和周围温度(Tamb)中的至少一个。
结污模块320从数据收集模块310接收参数。结污模块320包括通过算法形成的一个或多个模型322，所述算法提供被设计成处理所接收的值以生成与热交换器210、212中的一个或多个相关联的数据驱动的诊断和预报信息的数学框架。同样地，模型322一般例如基于经验数据来表示所指出的参数(例如，压气机出口温度(Tcomp)、高度(Alt)和周围温度(Tamb))与热交换器210、212的目前或未来状况之间的关联或关系。如示出的那样，结污模块320针对热交换器210、212中的一个或多个生成一个或多个状况指示符和健康指示符。模型322可以采取各种形式。下面参考图4和5提供关于模型322的更具体的细节，所述图4和5被呈现为用于确定状况指示符和健康指示符的过程400、500。现在将在描述图3的剩余部件之前描述图4和5。
如上面介绍的那样，图4描绘了根据示例性实施例的由模型322和/或结污模块320使用的过程或逻辑400的数据流。可以在逻辑单元或过程步骤的背景中考虑图4的过程400。在第一逻辑单元410中，基于周围温度(Tamb)和高度(Alt)来估计基线压气机出口温度
Figure BSA0000157323880000111
逻辑单元410可以利用针对周围温度(Tamb)和高度(Alt)的特定集合来关联相应的基线压气机出口温度
Figure BSA0000157323880000112
的基线估计子模型。
在一个示例性实施例中，由逻辑单元410使用的基线估计子模型可以基于在某些操作状况下对“健康的”ECS(结污因子为零)的压气机出口温度、周围温度和高度的先前模拟来结合基于物理的第一主要模型。在使用中，在接收到表示周围温度和高度的数据时，可以估计压气机出口温度。此类估计可以以多个不同的方式来执行，所述多个不同的方式包括多维插值(例如，针对周围温度和高度的二维查找表)；基于多项式的曲线拟合；和/或基于神经网络的函数逼近。在其它实施例中，可以直接根据ECS性能模型来计算压气机出口温度。
在逻辑单元420中，将基线压气机出口温度
Figure BSA0000157323880000121
与对应的测量出的压气机出口温度(Tcomp)相比较，并生成基线压气机出口温度
Figure BSA0000157323880000122
与测量出的压气机出口温度(Tcomp)之间的差，作为压气机温度残差
Figure BSA0000157323880000129
。
在逻辑单元430中，使压气机温度残差
Figure BSA00001573238800001210
经受过滤。过滤可以基于过滤器系数和先前的压气机温度残差。一般地，过滤运行以消除残差，并且可以将过滤系数应用于先前的历史残差(例如，作为加权因子的形式)。
在逻辑单元440中，使经过滤的压气机温度残差
Figure BSA0000157323880000123
经受持续性检查。持续性检查可以基于多个因子，包括计数器历史、持续性参数和针对健康指示符的残差阈值。一般地，持续性检查可以是一种锁存逻辑，其运行以通过减少假警报而使得指示符更稳健。例如，在一个实施例中，持续性检查可以包括确定残差超过触发关联状况的阈值和/或边界或持续性检查值的连续循环的数量。在一个示例性实施例中，逻辑单元440使用这些因子来生成一个或多个警报、警告和/或劝告。例如，如果逻辑单元440确定经过滤的压气机温度残差
Figure BSA0000157323880000124
超过第一阈值，则可以生成劝告警报或黄色状况(Fouling_Yellow)。如果逻辑单元440确定经过滤的压气机温度残差
Figure BSA0000157323880000125
超过第二阈值，则可以生成警告警报或红色状况(Fouling_Red)。如果逻辑单元440确定经过滤的压气机温度残差
Figure BSA0000157323880000126
未超过任一阈值，则可以生成信息警报或绿色状况(Fouling_Green)。
同样地，过程400可以生成多个值和/或标志作为状况和/或健康指示符。通常，状况指示符对应于基于传感器和其它数据导出的参数，并且健康指示符是基于状况指示符的诊断、预报或预测性结论。作为示例，过程400可以生成基线压气机出口温度
Figure BSA0000157323880000127
、压气机温度残差
Figure BSA00001573238800001211
和经过滤的压气机温度残差
Figure BSA0000157323880000128
作为状况指示符。过程400可以生成劝告警报、警告警报和/或信息警报作为表示结污状况的健康或状况指示符。可以将状况和/或健康指示符提供给融合模块330和报告模块340，如下面更详细地描述的那样。
如上文指出的那样，劝告警报(或黄色状况)向组员指示相应的热交换器经受恶化并且应在相对短的时间量内着手进行维护动作，并且警告警报(或红色状况)向组员指示相应的热交换器经受更严重的恶化并且应立即着手进行维护动作。
图5描绘了根据另一示例性实施例的来自由模型322和/或结污模块320使用的过程或逻辑500的数据流。图5的过程500可以被用作对上面讨论的图4的过程400的替换或者与所述过程400结合地使用。
参考图5，在第一逻辑单元510中，基于周围温度(Tamb)、高度(Alt)和测量出的压气机出口温度(Tcomp)来估计初始或未经过滤的结污因子(FF)。在一个示例性实施例中，结污因子(FF)是对相应的热交换器210、212的结污的程度的度量。逻辑单元510可以利用基于周围温度(Tamb)、高度(Alt)和压气机温度(Tcomp)的特定集合导出或计算初始结污因子(FF)的子模型。在一个实施例中，第一逻辑单元510可以具有模型或子模型，所述模型或子模型类似于上面讨论的逻辑单元410，除了由结污因子表示的结污严重性的程度基于周围温度(Tamb)、高度(Alt)和测量出的压气机出口温度(Tcomp)来确定，所述结污因子可以从多维插值(例如，周围温度、高度和压气机出口温度的三维)；基于多项式的曲线拟合(例如，其中结污因子是压气机出口温度、高度、周围温度的函数的多项式)；和/或基于神经网络的函数逼近来导出。
在逻辑单元520中，使结污因子(FF)经受过滤。过滤可以基于过滤器系数和先前的结污因子
Figure BSA0000157323880000134
。在一个实施例中，逻辑单元520可以类似于上面讨论的逻辑单元420。在完成该步骤时，针对相应的热交换器的经过滤的结污因子
Figure BSA0000157323880000131
被认为是相应的热交换器的“结污因子”。
在逻辑单元530中，使结污因子
Figure BSA0000157323880000132
经受持续性检查。持续性检查可以基于多个因子，包括计数器历史、持续性参数和用于健康指示符的残差阈值。在一个实施例中，逻辑单元530可以类似于上面讨论的逻辑单元430。在一个示例性实施例中，逻辑单元530使用这些因子生成一个或多个警告和/或劝告。例如，如果逻辑单元530确定结污因子
Figure BSA0000157323880000133
超过第一阈值，则可以生成劝告警报(Fouling_Yellow)。如果逻辑单元530确定结污因子
Figure BSA0000157323880000141
超过第二阈值，则可以生成警告警报(Fouling_Red)。如果逻辑单元530确定结污因子
Figure BSA0000157323880000142
未超过任一阈值，则可以生成信息警报(Fouling_Green)。
同样地，过程500可以生成多个值和/或标志作为表示结污状况的状况和/或健康指示符。作为示例，过程500可以生成初始结污因子(FF)和结污因子
Figure BSA0000157323880000143
作为状况指示符。过程500可以生成劝告警报(或Fouling_Yellow)、警告警报(或Fouling_Red)、信息警报(或Fouling_Green)以及Pack_trip作为健康指示符。可以将状况和/或健康指示符提供给融合模块330和报告模块340，如下面更详细地描述的那样。
在图4和5的过程400、500中的每个中，利用压气机出口温度(Tcomp)生成状况和健康指示符。该参数一般对操作状况较不敏感，从而提供具有较少假警报的对状况和健康指示符的较稳健的确定。例如，上面讨论的示例性实施例对诸如周围湿度之类的操作状况较不敏感。附加地，这使得能实现此类指示符在没有空气调节组件中的附加传感器的情况下的生成。
返回到图3，融合模块330可以接收结污模块320的状况和健康指示符。在某些实施例中，可以省略融合模块330并可以将状况和健康指示符直接提供给报告模块340。
在一个示例性实施例中，融合模块330可以融合各种指示符以使用逻辑、投票或概率推理来确认、隔离和量化故障、状况和指示符。例如，在一个示例性实施例中，可以以不同于上面参考图4和5描述的那些方式的方式来生成状况和/或健康指示符中的一个或多个。此类替换推导可以用于增加所生成的指示符中的置信度和/或提供附加指示符。
例如，在一个示例性实施例中，结污模块320和/或其它模块可以基于一个或多个压力传感器导出和/或以其它方式计算与热交换器210、212相关联的结污因子、状况指示符和健康指示符。特别地，一个或多个无线压力传感器(例如，图2的传感器262)可以确定通过热交换器210、212的气流的压力下降。可以使用模型或表格来确定与测量出的压力下降相关联的结污的程度。可以考虑的其它参数是组件放出温度和温度控制阀(例如，阀236)位置。相应地，此类替换推导可以由融合模块330用于增加所生成的指示符中的置信度和/或提供附加指示符。
在一个实施例中，融合模块330运行以融合来自多个源的证据(evidence)(例如，结污因子、压力下降、压气机出口温度的残差)以用于聚集和生成总体指示符(其可以被认为是二级状况指示符)。例如，如果结污因子和压力下降中的每个都被认为是一级状况指示符，则可以使用各种技术(例如，模糊逻辑和/或贝叶斯推理)将这些指示符融合成进一步的二级指示符。例如，如果每个一级状况指示符指示相对高的级别，但不指示红色状况，则两个一级状况指示符的融合可能导致在红色状况处的总体二级状况指示符。类似地，如果一个一级状况指示符特别高并且另一个相对低，则总体二级状况指示符可能是黄色状况。
同样地，在一个示例性实施例中，报告模块340从结污模块320和/或融合模块330接收状况和健康指示符。如上面指出的那样，这些指示符可以包括表示热交换器210、212的结污状况的结污因子和警报。一般地，报告模块340对该信息进行格式化以用于作为用户报告向用户呈现。通过图6的视觉显示600提供了可以向用户呈现的此类报告的一个示例，其可以被显现在航空器110的用户接口148的显示设备上。
参考图6，用户报告的视觉显示600提供了与空气调节组件(例如，图1的空气调节组件132)的热交换器210、212的状况和健康相关联的信息。在该示例中，航空器具有两个空气调节组件(例如，左和右)，其中每个空气调节组件具有初级和次级热交换器，如通过标记610所指示的那样。视觉显示600进一步提供每个热交换器的结污因子612和表示与相应的结污因子612相关联的警报状况的关联着色符号表示614(例如，黄色、红色或绿色)。
如上面指出的那样，航空器110的通信系统154还可以将航空器信息提供给地面系统160，特别是地面数据服务器170。航空器信息可以采取各种形式。例如，航空器信息可以对应于由维护系统140生成的信息，诸如包括结污因子、状况和健康指示符以及其它航空器数据和操作参数的报告。在一个示例性实施例中，视情况而定，地面数据服务器170可以将此类报告分发到用户设备190。在其它示例性实施例中，视情况而定，地面数据服务器170可以从多个航空器接收航空器信息、聚集和/或总结信息，并且将用户报告和/或概要分发到用户设备190。
在其它实施例中，地面数据服务器170可以处理航空器信息以评估和/或计算与航空器110相关联的状况和健康指示符。特别地，地面数据服务器170可以代替航空器110上的维护系统140来运行和/或起对航空器110上的维护系统140的替换的作用。在此类实施例中，地面数据服务器170可以从航空器110(例如，从通信单元154)接收以数据报告的形式的航空器信息，作为示例，所述数据报告可以包括来自压气机出口温度传感器的出口温度、高度、周围温度、跨热交换器的压力下降以及任何其它适当类型的数据。在某些实施例中，数据报告可以进一步包括上面讨论的健康和状况指示符中的一个或多个，诸如结污状况和/或结污因子。
参考图7提供关于地面数据服务器170的附加细节，图7是地面数据服务器170的功能框图。图7描绘了地面数据服务器170组织的多个功能单元或模块710、720、730、740和750(例如，软件、硬件或其组合)。具体地，模块710、720、730、740和750中的每个可以通过上面在图1中讨论的用以执行具体功能的部件来实现。图7描绘了一个示例性组织，并且其它实施例可以利用替换的组织或实现来执行类似功能。还应指出的是，取决于由地面数据服务器170接收和处理的航空器信息的性质，可以省略下面讨论的模块和任务中的一个或多个。
在一个示例性实施例中，数据收集模块710接收与一个或多个航空器(例如，航空器110)相关联的航空器信息。例如，航空器信息可以对应于由维护系统140收集的信息，诸如压气机出口温度(Tcomp)、高度(Alt)和周围温度(Tamb)。作为某些示例，其它信息可以包括标识信息、污染特性、地理位置、飞行路径特性、引擎操作参数、天气状况、时间依赖性、过滤器特性、历史维护数据以及其它数据。
在一个示例性实施例中，数据收集模块710以类似于图3的数据收集模块310的方式进行操作。视情况而定，数据收集模块710可以包括任何适当类型的调节和过滤功能以便基于所接收的数据而生成和/或以其它方式导出参数。在一个实施例中，数据收集模块710可以解析数据、将数据存储在数据库712中和/或触发(trigger)结污模块720数据准备好用于进一步处理。
结污模块720从数据收集模块710接收参数。结污模块720包括通过算法形成的一个或多个模型722，所述算法提供被设计成处理所接收的值以生成与热交换器相关联的数据驱动的诊断和预报信息的数学框架。如上面介绍的那样，模型722一般例如基于经验数据来表示所指出的参数(例如，压气机出口温度(Tcomp)、高度(Alt)和周围温度(Tamb))与热交换器的状况之间的关联或关系。结污模块720针对热交换器生成一个或多个状况指示符和健康指示符。在一个示例性实施例中，结污模块720以与图3的数据收集模块310类似的且在图4和5中进一步描绘的方式进行操作。
在某些实施例中，结污模块720可以从数据库712访问各种类型的数据以生成状况和健康指示符。此类数据可以包括以空气调节组件和/或热交换器的标识号码和/或安装日期的形式的配置数据714。结污模块720可以将状况指示符和健康指示符存储在数据库712中和/或将状况指示符和健康指示符提供给融合模块730。
融合模块730可以接收结污模块720的状况和健康指示符。在一个示例性实施例中，融合模块730可以融合各种指示符以使用逻辑、投票或概率推理来确认、隔离和量化故障、状况和指示符。在一个示例性实施例中，融合模块730以类似于图3的融合模块310的方式进行操作。除了融合与特定航空器相关联的各种指示符之外，融合模块730还可以跨多个航空器融合指示符。
在一个实施例中，可以使用来自多个航空器的数据来改进上面讨论的模型和子模型。例如，可以收集根据跨机队的趋势参数的对共有模式的观察(例如，参数跨整个机队同时增加)，并且该信息可以用作附加证据并用于状况指示符的融合以调整融合输出。附加地，这使得能实现在存在同时需要维护的多个ECS时对维护动作的优先化。
一般地，报告模块740对该信息进行格式化以用于作为用户报告向用户呈现。如上面指出的那样，这些指示符可以包括与热交换器相关联的结污因子、警告和/或劝告。在一个示例性实施例中，报告模块740以类似于图3的报告模块340的方式进行操作。
还如上面介绍的那样，报告模块740将用户报告分发给用户设备190。通过图8的视觉显示800提供了可以向用户呈现的此类报告的一个示例，其可以被显现在用户设备190的用户接口196的显示设备上。
图8的视觉显示800可以被认为包括第一和第二部分810、820，其可以对应于相同屏幕或不同页面视图的部分。第一部分810呈现通过标识符列出的一组航空器，其中的每个都与状况符号表示812相关联。状况符号表示812被着色或以其它方式显现以表示航空器的热交换器的警报或结污状况。作为示例，可以对状况符号表示812着绿色以用于信息警报(没有警告或劝告)、黄色以用于劝告警报或红色以用于警告警报。在所描绘的实施例中，根据优先次序列出航空器，例如其中警告状况在顶部处，但是可以提供任何列出方式。
在一个示例性实施例中，可以将状况符号表示812分割以表示在特定航空器的不止一个空气调节组件中的热交换器的状况。例如，列表中的最后一个航空器(“B-5404””)具有左半部分为绿色并且右半部分为红色的符号表示812。这指示在左边的空气调节组件中的热交换器在可接受状况中并且在右边的空气调节组件中的热交换器在警告警报中。在列表中还提供时间戳814以指示状况符号表示812的时效性。特别地，时间戳814指示用于计算由状况符号表示812表示的状况和健康指示符的数据何时被生成了或者下载到了地面数据服务器170或用户设备190。还如在图8中描绘的那样，第一部分810可以包括搜索字段816，其使用户能够搜索和检索与特定航空器相关联的信息。
第二部分820呈现关于该组航空器的概要信息。特别地，第二部分820呈现具有在每个类型的状况下的热交换器的航空器的数量。图表822以表格形式呈现概要信息。例如，图表822指示具有警告状况的航空器的数量(例如，2个航空器)、具有劝告状况的航空器的数量(例如，4个航空器)以及具有正常状况的航空器的数量(例如，48个航空器)。第二部分820还以图形形式呈现概要信息。特别地，图表824提供了对每个类型的警报状况的相对指示。
相应地，示例性实施例使得能实现改进的热交换器监视和维护。这提供最大化的生命同时最小化未经调度或不必要的维护和延迟成本。示例性实施例基于维护与真实世界使用之间的关联来估计诸如结污和维护要求之类的状况。示例性实施例在没有附加传感器或污染减轻装备的情况下提供这些优势。此外，示例性实施例利用对操作状况较不敏感的参数来提供这些优势。在某些实施例中，消费者可以跟踪机队状态并做出关于何时检修任何航空器上的热交换器的推荐。
虽然已经在本发明的前述详细描述中呈现了至少一个示例性实施例，但是应领会的是，存在大量的变化。还应领会的是，该一个或多个示例性实施例仅是示例并且不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前述详细描述将为本领域技术人员提供便利的用于实现本发明的示例性实施例的道路图。要理解的是，可以在不脱离如在所附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下在示例性实施例中描述的元件的功能和布置中做出各种改变。

Claims (10)

1.一种运载工具管理系统，包括：
被机载地布置在第一运载工具上的机载运载工具系统，包括：
压气机出口温度传感器，其被配置成确定在第一运载工具的环境控制系统(ECS)的压气机处的压气机出口温度；
数据获取单元，其被耦合以接收来自压气机出口温度传感器的压气机出口温度、第一运载工具的高度，以及周围温度，并且被配置成生成至少包含压气机出口温度、高度和周围温度的数据报告；以及
通信系统，其被耦合以接收和传输来自数据获取单元的数据报告；以及
地面系统，包括：
地面数据服务器，其被耦合以从通信系统接收数据报告，地面数据服务器被配置成至少基于压气机出口温度、高度和周围温度来确定ECS的环境调节元件的结污状况；以及
移动应用模块，其被耦合以从地面数据服务器接收结污状况，并且被配置成提供用于在移动设备上向用户显示结污状况的接口。
2.权利要求1的运载工具管理系统，其中结污状况表示环境调节元件的结污严重性的程度，并且其中环境调节元件是空气调节组件的热交换器。
3.权利要求1的运载工具管理系统，其中地面数据服务器被配置成基于周围温度和高度来估计基线ECS压气机温度，并且被配置成基于基线ECS压气机温度和来自压气机出口温度传感器的压气机出口温度的残差来生成结污状况。
4.权利要求3的运载工具管理系统，其中地面数据服务器被配置成利用过滤器系数对残差进行过滤，并且被配置成进一步基于经过滤的残差来生成结污状况，并且其中地面数据服务器被配置成对经过滤的残差执行持续性检查并且被配置成进一步基于持续性检查来生成结污状况。
5.权利要求1的运载工具管理系统，其中地面数据服务器被配置成在结污状况超过第一阈值时将结污状况生成为劝告警报，并且在结污状况超过第二阈值时将结污状况生成为警告警报。
6.权利要求1的运载工具管理系统，其中地面数据服务器被进一步配置成将结污状况生成为通过指示结污严重性的数值来表示的结污因子，并且
其中地面数据服务器被配置成基于周围温度和高度来估计基线ECS压气机温度，生成基线ECS压气机温度和来自压气机出口温度传感器的压气机出口温度的残差，利用过滤器系数对残差进行过滤以生成经过滤的残差，对经过滤的残差执行持续性检查，以及进一步基于经过滤的残差和持续性检查来生成结污状况。
7.权利要求6的运载工具管理系统，其中地面数据服务器被进一步配置成在结污因子超过第一阈值时生成劝告警报并且在结污因子超过第二阈值时生成警告警报，并且其中移动应用模块被配置成利用结污因子生成用户报告。
8.权利要求1的运载工具管理系统，其中地面数据服务器被进一步配置成从第二运载工具接收至少一个附加数据报告，并且被配置成生成与第二运载工具相关联的附加结污状况。
9.权利要求8的运载工具管理系统，其中地面数据服务器被进一步配置成融合第一运载工具的结污状况和第二运载工具的结污状况以生成总体状况指示符。
10.权利要求9的运载工具管理系统，其中移动应用被配置成利用第一运载工具的结污状况和第二运载工具的结污状况来生成用户报告。
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