CN108733867A - 用以监测涡轮发动机的健康信息的方法和设备 - Google Patents

用以监测涡轮发动机的健康信息的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用以监测涡轮发动机的健康信息的方法、设备和制造产品。示例设备包括用以进行下者的参数计算器：基于第一组传感器度量来确定交通工具的涡轮发动机的成组健康参数的基准值，以估计涡轮发动机构件的初始健康；以及基于第二组传感器度量来确定成组健康参数的运行值，以估计涡轮发动机构件的运行健康。设备进一步包括：差计算器，其用以计算基准值和运行值之间的差，以评定涡轮发动机的健康；数据库，其用以存储第一组传感器度量或涡轮发动机构件的初始健康；以及警报生成器，其用以在差满足阈值时产生警报，警报包括基于差和阈值来对构件执行维护的通知。

Description

用以监测涡轮发动机的健康信息的方法和设备
技术领域
本公开大体涉及涡轮发动机，并且更特别地，涉及用以监测涡轮发动机的健康信息的方法和设备。
相关政府合同
本发明是根据联邦航空管理局颁发的合同DTFAWA-10-C-00046在政府支持下完成的。政府对本发明具有某些权利。
背景技术
近年来，已经在各种各样的应用和领域中越来越多地使用涡轮发动机。涡轮发动机是精密的机器，其具有广泛的可用性、可靠性和适用性要求。传统上，维护涡轮发动机会产生不合理的成本。成本大体包括让非常专业和接受过训练的维护工作人员来保养涡轮发动机。在一些情况下，成本是由更换昂贵构件或者修理复杂的子组件引起的。
对于提高涡轮发动机可用性，同时降低过早维护的成本的研究需要有加强的洞察力。需要这种洞察力来确定大体在合适的保养时间间隔里在何时执行典型的维护工作。传统上，在运用加强的洞察力时，可用性、可靠性和适用性提高。
发明内容
公开一种用以监测涡轮发动机的健康信息的方法、设备和制造产品。
某些示例提供用于监测涡轮发动机的健康信息的示例设备。示例设备包括用以进行下者的参数计算器：基于第一组传感器度量来确定交通工具的涡轮发动机的成组健康参数的基准值，以估计涡轮发动机构件的初始健康；以及基于第二组传感器度量来确定成组健康参数的运行值，以估计涡轮发动机构件的运行健康。设备进一步包括：差计算器，其用以计算基准值和运行值之间的差，以评定涡轮发动机的健康；数据库，其用以存储第一组传感器度量或涡轮发动机构件的初始健康；以及警报生成器，其用以在差满足阈值时产生警报，警报包括基于差和阈值来对构件执行维护的通知。
某些示例提供用于监测涡轮发动机的健康信息的示例方法。示例方法包括：基于第一组传感器度量来确定交通工具的涡轮发动机的成组健康参数的基准值，以估计涡轮发动机构件的初始健康；基于第二组传感器度量来确定成组健康参数的运行值，以估计涡轮发动机构件的运行健康；计算基准值和运行值之间的差，以评定涡轮发动机的健康；存储第一组传感器度量或涡轮发动机构件的初始健康；以及在差满足阈值时产生警报，警报包括基于差和阈值来对构件执行维护的通知。
某些示例提供示例的有形的计算机可读存储介质，它包括指令，当执行时，指令使机器至少监测涡轮发动机的健康信息。当执行时，示例指令使机器：基于第一组传感器度量来至少确定交通工具的涡轮发动机的成组健康参数的基准值，以估计涡轮发动机构件的初始健康；基于第二组传感器度量来确定成组健康参数的运行值，以估计涡轮发动机构件的运行健康；计算基准值和运行值之间的差，以评定涡轮发动机的健康；存储第一组传感器度量或涡轮发动机构件的初始健康；以及在差满足阈值时产生警报，警报包括基于差和阈值来对构件执行维护的通知。
技术方案1. 一种设备，包括：
参数计算器，其用以：
基于第一组传感器度量来确定交通工具的涡轮发动机的成组健康参数的基准值，以估计涡轮发动机构件的初始健康；以及
基于第二组传感器度量来确定所述成组健康参数的运行值，以估计所述涡轮发动机构件的运行健康；
差计算器，其用以计算所述基准值和所述运行值之间的差，以评定所述涡轮发动机的健康；
数据库，其用以存储所述第一组传感器度量或所述涡轮发动机构件的所述初始健康；以及
警报生成器，其用以在所述差满足阈值时产生警报，所述警报包括基于所述差和所述阈值来对所述构件执行维护的通知。
技术方案2. 根据技术方案1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括维护管理器，以基于所述差来识别所述涡轮发动机构件的状况。
技术方案3. 根据技术方案1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括收集引擎，以获得来自气体路径压力传感器、气体路径温度传感器和转子速度传感器中的至少一个的所述第一组传感器度量和所述第二组传感器度量。
技术方案4. 根据技术方案1所述的设备，其特征在于，所述第一组健康参数和所述第二组健康参数包括所述交通工具的增压器压缩机、高压压缩机、风扇、高压涡轮或低压涡轮的效率修改量或流修改量。
技术方案5. 根据技术方案1所述的设备，其特征在于，所述交通工具是航空器。
技术方案6. 根据技术方案5所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括飞行态识别器，以确定所述航空器的飞行态，其中所述飞行态基于所述航空器或所述涡轮发动机的海拔、马赫数或功率水平指标。
技术方案7. 一种方法，包括：
通过用处理器执行指令，基于第一组传感器度量来确定交通工具的涡轮发动机的成组健康参数的基准值，以估计涡轮发动机构件的初始健康；
通过用所述处理器执行指令，基于第二组传感器度量来确定所述成组健康参数的运行值，以估计所述涡轮发动机构件的运行健康；
通过用所述处理器执行指令，来计算所述基准值和所述运行值之间的差，以评定所述涡轮发动机的健康；
通过用所述处理器执行指令，来存储所述第一组传感器度量或所述涡轮发动机构件的所述初始健康；以及
通过用所述处理器执行指令，当所述差满足阈值时产生警报，所述警报包括基于所述差和所述阈值来对所述构件执行维护的通知。
技术方案8. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括基于所述差来识别所述涡轮发动机构件的状况。
技术方案9. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括获得来自气体路径压力传感器、气体路径温度传感器和转子速度传感器中的至少一个的所述第一组传感器度量和所述第二组传感器度量。
技术方案10. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，所述第一组健康参数和所述第二组健康参数包括所述交通工具的增压器压缩机、高压压缩机、风扇、高压涡轮或低压涡轮的效率修改量或流修改量。
技术方案11. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，所述交通工具是航空器。
技术方案12. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括确定所述航空器的飞行态。
技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述飞行态基于 所述航空器或所述涡轮发动机的海拔、马赫数或功率水平指标。
技术方案14. 一种有形的计算机可读存储介质，包括指令，
当执行时，所述指令使机器至少进行：
基于第一组传感器度量来确定交通工具的涡轮发动机的成组健康参数的基准值，以估计涡轮发动机构件的初始健康；
基于第二组传感器度量来确定所述成组健康参数的运行值，以估计所述涡轮发动机构件的运行健康；
计算所述基准值和所述运行值之间的差，以评定所述涡轮发动机的健康；
存储所述第一组传感器度量或所述涡轮发动机构件的所述初始健康；以及
当所述差满足阈值时产生警报，所述警报包括基于所述差和所述阈值来对所述构件执行维护的通知。
技术方案15. 根据技术方案14所述的有形的计算机可读存储介质，其特征在于，所述有形的计算机可读存储介质进一步包括指令，当执行时，所述指令使所述机器基于所述差至少识别所述涡轮发动机构件的状况。
技术方案16. 根据技术方案14所述的有形的计算机可读存储介质，其特征在于，所述有形的计算机可读存储介质进一步包括指令，当执行时，所述指令使所述机器至少获得来自气体路径压力传感器、气体路径温度传感器和转子速度传感器中的至少一个的所述第一组传感器度量和所述第二组传感器度量。
技术方案17. 根据技术方案14所述的有形的计算机可读存储介质，其特征在于，所述第一组健康参数和所述第二组健康参数包括所述交通工具的增压器压缩机、高压压缩机、风扇、高压涡轮或低压涡轮的效率修改量或流修改量。
技术方案18. 根据技术方案14所述的有形的计算机可读存储介质，其特征在于，所述交通工具是航空器。
技术方案19. 根据技术方案18所述的有形的计算机可读存储介质，其特征在于，所述有形的计算机可读存储介质进一步包括指令，当执行时，所述指令使所述机器至少确定所述航空器的飞行态。
技术方案20. 根据技术方案19所述的有形的计算机可读存储介质，其特征在于，所述飞行态基于所述航空器或所述涡轮发动机的海拔、马赫数或功率水平指标。
附图说明
图1示出示例燃气涡轮发动机，它可在其中可实现本文公开的示例的航空器内使用。
图2示出用于图1的示例燃气涡轮发动机的示例涡轮发动机健康监测系统。
图3是示例涡轮发动机健康监测器设备的示例实施的框图。
图4是描绘图1的示例燃气涡轮发动机的示例飞行态的示例图表。
图5是表示示例方法的流程图，图3的示例涡轮发动机健康监测器设备可执行该示例方法来监测图1的示例燃气涡轮发动机的健康信息。
图6是表示示例方法的流程图，图3的示例涡轮发动机健康监测器设备可执行该示例方法来获得关于图1的示例燃气涡轮发动机的健康状态的基准信息。
图7是表示示例方法的流程图，图3的示例涡轮发动机健康监测器设备可执行该示例方法来确定对应于图1的示例燃气涡轮发动机的飞行态。
图8是表示示例方法的流程图，图3的示例涡轮发动机健康监测器设备可执行该示例方法来计算图1的示例燃气涡轮发动机的运行健康参数。
图9是示例处理平台的框图，该示例处理平台构造成执行机器可读指令来实现图5-8的方法和/或图3的示例涡轮发动机健康监测器设备。
图未按比例绘制。相反，为了使多个层和区域清楚，在图中可放大了层的厚度。在任何可能的情况下，将在贯穿图(一个或多个)和所附书面描述中使用相同参考标号来指示相同或相似部件。
100 涡轮发动机健康监测器(TEHM)
102 燃气涡轮发动机
104 轴向中心轴线
106 核心燃气涡轮发动机
108 风扇区段
110 外壳
112 环形入口
114 增压器压缩机
116 高压压缩机
118 燃烧器
120 高压涡轮
122 高压传动轴
124 低压涡轮
126 低压传动轴
128 排气喷嘴
130 风扇转子组件
132 风扇壳
134 引导导叶
136 风扇转子叶片
138 下游区段
140 空气流管道
142 减速装置
144 气体路径温度传感器
146 气体路径温度传感器
148 初始空气流
150 入口
152 第一压缩空气流
154 第二压缩空气流
156 箭头
158 燃烧产物
200 涡轮发动机健康监测系统
210 传感器连接
220 中央设施
230 中央设施直接连接
240 网络
250 中央设施网络连接
260 无线通信系统
270 无线通信链接
300 收集引擎
310 参数计算器
320 差计算器
330 飞行态识别器
340 异常值识别器
350 维护管理器
360 警报生成器
370 数据库
380 网络
400 表
502 框
504 框
506 框
508 框
510 框
512 框
514 框
602 框
604 框
606 框
608 框
702 框
704 框
706 框
708 框
710 框
802 框
804 框
806 框
808 框
810 框
812 框
814 框
900 处理器平台
912 处理器
913 本地存储器
914 易失性存储器
916 非易失性存储器
918 总线
920 接口电路
922 输入装置
924 输出装置
926 网络
928 大容量存储装置
932 指令。
具体实施方式
涡轮发动机，也称为燃气轮机或燃气涡轮，是内燃机的一种类型。涡轮发动机通常在航空器和发电应用中使用。如本文使用，用语“航空器涡轮发动机”、“燃气涡轮”“基于陆地的涡轮发动机”和“涡轮发动机”可互换地使用。涡轮发动机的基本运行包括通过涡轮发动机的前部用风扇吸入新鲜大气空气流。在一些示例中，空气流行进通过位于风扇和高压压缩机之间的中压压缩机或增压器压缩机。增压器压缩机用来在空气流进入高压压缩机之前，对空气流增压或者使空气流的压力升高。然后空气流可行进通过高压压缩机，高压压缩机进一步对空气流加压。高压压缩机包括成群的叶片，它们附连到轴上。叶片高速地旋转，并且随后压缩空气流。然后高压压缩机将加压空气流馈送到燃烧室。在一些示例中，高压压缩机以每小时几百英里的速度馈送加压空气流。在一些情况下，燃烧室包括一个或多个成环的燃料喷射器，它们将稳定的燃料流喷射到燃烧室中，在燃烧室中燃料与加压空气流混合。
在涡轮发动机的燃烧室中，由火花塞提供的电火花将燃料点燃，其中燃料在一些示例中在超过2000华氏度的温度下燃烧。所引起的燃烧会产生高温、高压气体流(例如，热燃烧气体)，它传送通过被称为涡轮的另一群叶片。在一些示例中，涡轮包括错综复杂的成阵列的交替的旋转和固定翼型区段叶片。随着热燃烧气体传送通过涡轮，热燃烧气体膨胀，从而使旋转叶片旋转。旋转叶片用于至少两个目的。旋转叶片的第一个目的是驱动增压器压缩机和/或高压压缩机，以将更多加压空气吸到燃烧室中。例如，涡轮附连到与以直驱构造的高压压缩机相同的轴上，因而，涡轮旋转使高压压缩机旋转。旋转叶片的第二个目的是使操作性地联接到涡轮区段上的发电机旋转来发电。例如，涡轮可产生由航空器、发电站等使用的电。
在航空器涡轮发动机的示例中，在传送通过涡轮之后，热燃烧气体通过航空器涡轮发动机的后面的喷嘴而离开航空器涡轮发动机。随着热燃烧气体离开喷嘴，航空器涡轮发动机和联接到航空器涡轮发动机上的相应的航空器向前加速(例如，向前推)。在基于陆地涡轮发动机的示例中，在传送通过涡轮之后，热燃烧气体扩散，用来产生蒸汽等。
涡轮发动机(例如，航空器涡轮发动机)典型地包括用于运行的构件，诸如风扇(例如，风扇区段)、增压器压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮。构件随着时间由于诸如极端温度和振动的苛刻运行状况而可能退化。在一些情况下，碎屑或其它物体经由风扇进入涡轮发动机且对一个或多个构件造成损伤。可实施例行维护时间间隔和保养检查，以检查退化和/或损伤。但是，在一些情况下，使涡轮发动机停止工作来执行维护包括使整个系统(诸如航空器)停止工作。除了过早更换昂贵构件之外，航空器不运行可引起额外的成本，诸如收入损失、人工成本等。监测构件的退化可为维护工作人员提供可行动的信息，以在必要的时候更换涡轮发动机的构件。在一些示例中，监测构件可为控制系统提供可行动的信息来熟练地控制涡轮发动机，以提高系统效率，维持涡轮发动机健康，延长维护周期时间间隔等。
本文公开的示例涡轮发动机健康监测器(TEHM)设备涉及涡轮发动机，并且更特别地，涉及监测涡轮发动机的健康信息。本文公开的示例对涡轮发动机的构件，并且更一般地，对涡轮发动机组件，执行预测健康监测。如本文使用，用语“预测健康监测”(PHM)指的是监测组件的一个或多个构件，检测构件的状况(状态)，以及基于此状态来计算指示运行健康的测量的健康参数。在一些示例中，PHM用来基于构件水平诊断来执行系统和/或组群水平分析。例如，针对航空器的涡轮发动机所获得和分析出的数据可用来计算类似航空器的类似涡轮发动机的可靠性概率。在一些情况下，PHM用来基于涡轮发动机构件和/或涡轮发动机组件的状况，来确定涡轮发动机构件和/或涡轮发动机组件的维护或保养时间间隔。
大体上，本文公开的示例TEHM设备使用控制器来获得来自感测装置诸如气体路径传感器的信息，以确定构件的健康参数。在一些示例中，控制器是发动机控制单元(ECU)、电子发动机控制(EEC)单元、全权数字发动机控制(FADEC)单元等。控制器可使用模拟涡轮发动机的模型。例如，涡轮发动机的模型可形成涡轮发动机的数字配对物，从而允许涡轮发动机的构件和它们在不同的环境构造和刺激下的行为进行模拟、观察以及另外的建模。例如，控制器可使用查找表模型、曲线拟合(回归)模型和/或基于物理的模型(例如，空气热力学模型)。模型以基于输入来估计输出来表现涡轮发动机的特征。例如，模型输入可包括促动器位置。在另一个示例中，模型输入可包括基于涡轮发动机的海拔、马赫数和日间温度的周围状况。模型输出可包括经处理的传感器数据(例如，基于未经过滤和/或未经处理的传感器数据来估计传感器数据)、性能参数，诸如推力和失速边界等。
本文公开的一些示例TEHM设备使用实施跟踪滤波器的模型。示例TEHM设备可使用跟踪滤波器来估计构件劣化、传感器偏差、涡轮发动机与涡轮发动机变化等的影响。在一些示例中，跟踪滤波器是经典的观测器、逆雅可比跟踪滤波器、最小平方跟踪滤波器、卡尔曼滤波器(最佳观测器)等。示例TEHM设备可使用模型和传感器输出来获得、跟踪和分析传感器数据和随着时间推移的传感器数据趋势，以确定以下两者之间的差：(1)在校准(例如，初始)过程期间获得和/或计算出的模型输出、传感器输出等；以及(2)在运行过程期间获得和/或计算出的模型输出、传感器输出等。
在一些公开的示例中，跟踪滤波器是参数识别算法，它调谐模型中的一个或多个参数(例如，健康参数)，以调节模型输出与传感器输出匹配。例如，TEHM设备可获得来自涡轮发动机传感器的传感器数据(例如，模拟信号，诸如电流、电阻或电压)。例如，涡轮发动机传感器可测量转子的速度、压力、温度等。示例TEHM设备可转换或按比例缩放传感器数据，以工程单位中产生传感器输出，诸如rpm、psi或兰氏度。示例TEHM设备可计算模型输出，其中模型输出是基于模型中的涡轮发动机的成组运行状况或参数的对传感器输出的估计值。示例TEHM设备可比较模型输出与传感器输出，以确定差。示例TEHM设备可调节模型的一个或多个健康参数，以使差消除或最小化。
本文公开的一些示例TEHM设备使用模型来确定涡轮发动机的一个或多个健康参数。如本文使用，用语“健康参数”指的是构件和/或组件状况或健康的指标。状况或健康指标可为退化量词(degradation quantifier)(例如，剩余运行使用的百分比)、效率量词(例如，系统的输入与系统的输出的比)、时间量词(例如，构件到期维修之前的剩余运行时间)等。状况或健康指标可与阈值比较，以确定行动或警报。例如，风扇的健康指标可包括75%的效率百分比，由此如果效率百分比低于73%，则示例TEHM设备可产生风扇可能需要维修的警报。
在一些示例中，TEHM设备计算涡轮发动机的一个或多个健康参数的值。示例健康参数包括涡轮发动机的各个构件的效率修改量(例如，效率添加量(或效率加法器，即efficiency adder))、流修改量(例如，流标量)等。例如，构件可为旋转构件，诸如风扇、增压器压缩机、高压压缩机、高压涡轮、低压涡轮等。在一些情况下，TEHM设备计算健康参数的值，包括冷却流、放气降压、压力损失、间隙或喷嘴面积变化等。
如本文使用，用语“效率修改量”和“效率添加量”指的是用来基于涡轮发动机的基准(标称)效率来确定涡轮发动机的实际效率(例如，实际涡轮发动机效率)的标量参数，并且用语可互换地使用。示例TEHM设备可通过将诸如涡轮发动机速度、压力比等的一个或多个参数映射到查找表中的基准效率，来确定基准效率。例如，TEHM设备可基于在25000英尺和0.62马赫下运行的涡轮发动机，确定基准效率为88%。示例TEHM设备可通过修改涡轮发动机模型的一个或多个参数来以使模型输出与传感器输出匹配，确定实际效率。例如，TEHM设备可将基准效率修改量从88%调节成87%，以使基于涡轮发动机模型输出的第一涡轮发动机排气温度与基于传感器输出的第二涡轮发动机排气温度匹配。示例TEHM设备可基于调节基准效率修改量以使模型输出与传感器输出匹配，来确定效率修改量为1%(例如，88%-87%=1%)。
在一些示例中，TEHM设备在涡轮发动机的校准过程(例如，首次飞行)期间，基于计算模型输出和传感器输出之间的差来确定校正因子。例如，TEHM设备可通过使运行传感器数据按校正因子偏移来计算经调节的运行传感器数据。通过计算经调节的运行传感器数据，当使用传感器数据来计算健康参数时，示例TEHM设备可减少或消除模型误差、传感器偏差等。例如，TEHM设备可比较经调节的运行传感器数据与基准传感器数据，以更准确地确定以下两者之间的差：(1)在首次飞行期间的涡轮发动机运行；以及(2)在后面的飞行期间的涡轮发动机运行。在另一个示例中，TEHM设备可通过基于经调节的运行传感器数据计算运行健康参数，来更准确地确定涡轮发动机运行或性能随着时间推移的变化。
如本文使用，用语“流修改量”和“流标量”指的是用来基于基准(标称)流率确定实际流率的标量参数，其中流率指的是通过涡轮发动机的空气流或气体流，并且用语可互换地使用。示例TEHM设备可通过将诸如涡轮发动机速度、压力比等的一个或多个参数映射到查找表中的基准流率，来确定基准流率。例如，TEHM设备可基于在25000英尺和0.62马赫下运行的涡轮发动机，来确定基准流率为100磅每秒(lb/s)。示例TEHM设备可通过修改涡轮发动机模型的一个或多个参数，以使模型输出与传感器输出匹配，来确定实际流率。例如，TEHM设备可将基准流率从100 lb/s调节成101 lb/s，以使基于涡轮发动机模型输出的第一涡轮发动机气体流率与基于传感器输出的第二涡轮发动机气体流率匹配。示例TEHM设备可通过用实际流率除基准流率来确定流修改量。例如，TEHM设备可确定流修改量为1.01(例如，101 lb/s除100 lb/s =1.01)。
本文公开的一些示例TEHM设备获得涡轮发动机在校准过程期间的健康参数的基准值。例如，TEHM设备可获得涡轮发动机在首次使用期间的传感器数据。首次使用可为其中使用了涡轮发动机的航空器的首次飞行。示例TEHM设备可将首次飞行分成一个或多个飞行态、飞行类别或飞行区。在一些示例中，TEHM设备产生飞行态来将计算、确定和/或获得的信息(例如，模型输出、传感器数据等)归于不同的涡轮发动机行为。例如，涡轮发动机对于基于海拔、空气速度、日间温度、发动机速度等和/或它们的组合的不同飞行状况可具有不同的运行特性和性能特性。示例TEHM设备可经由飞行态将信息映射到不同的涡轮发动机行为。
在一些示例中，飞行态基于海拔和马赫数。例如，涡轮发动机对于海拔和马赫数的不同组合可具有不同的行为。示例TEHM设备可限定飞行态，以捕捉针对不同组合或范围的参数(例如，航空器参数、涡轮发动机参数、飞行参数等)的不同的涡轮发动机行为。备选地，飞行态可基于涡轮发动机速度(例如，全速的60%、全速的80%等)、航空器或涡轮发动机的节流功率设定参数等。例如，TEHM设备可获得和存储5个海拔带内的传感器数据，以产生5×4网格的飞行态，总共20个飞行态，其中在各个海拔带内存在4个马赫数带。
本文公开的一些示例TEHM设备基于存储在一个或多个飞行态中的数据来计算涡轮发动机的健康参数。例如，TEHM设备可在已经针对各个预定态获得了充分数据(例如，至少一个数据点)时，计算涡轮发动机的旋转构件的效率修改量和/或流修改量。例如，TEHM设备可基于确定涡轮发动机的以下构件中的各个的效率修改量和流修改量，来计算10个健康参数：风扇、增压器压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮。在实践中，由于涡轮发动机上可用的传感器数量有限，仅可估计成子组的(例如，很可能十个中的六个)健康参数。额外或者备选地，示例TEHM设备可计算除了上面列出的那些之外的健康参数。
在一些示例中，TEHM设备基于涡轮发动机的当前飞行态来确定用于评价健康参数的阈值。例如，用来分析传感器数据、健康参数等的阈值，可在飞行态之间改变。例如，TEHM设备可确定用来分析在第一飞行态中的运行的高压涡轮的效率修改量的第一阈值为1%。然后示例TEHM设备可确定当高压涡轮从第一飞行态过渡到第二飞行态时，第二阈值为2%。
在一些示例中，各个飞行态或成组的飞行态具有与后面的飞行态或后面的成组飞行态不同的阈值。例如，被分类成20个飞行态的涡轮发动机可具有用于评价健康参数的高达20个不同的阈值。备选地，可存在超过20个不同的阈值。例如，TEHM设备针对每个飞行态可具有多个阈值。例如，TEHM设备针对每个飞行态可具有3个阈值，以指示涡轮发动机构件的状况的不同水平(例如，退化水平、效率水平、运行水平等)。例如，TEHM设备可具有1%的第一阈值、2%的第二阈值和3%的第三阈值，其中第三阈值指示涡轮发动机构件已经达到大于第二阈值的退化水平的状况。
当效率修改量和/或流修改量的值接近稳态时，示例TEHM设备可存储涡轮发动机的各个旋转构件的效率修改量和/或流修改量的基准值。示例TEHM设备可将基准值存储在数据库中。例如，TEHM设备可存储针对20个飞行态中的各个的涡轮发动机的风扇的效率修改量和流修改量的基准值。
本文公开的一些示例TEHM设备通过比较运行健康信息与基准健康信息来监测涡轮发动机的健康信息。在后面的飞行或涡轮发动机的使用期间，示例TEHM设备可计算涡轮发动机构件的健康参数的运行值。例如，TEHM设备可计算高压压缩机的效率修改量的运行值。示例TEHM设备可确定对应于涡轮发动机的当前海拔和当前马赫数的飞行态。示例TEHM设备可将飞行态映射到查找表中对应的基准健康参数。例如，TEHM设备可将飞行态映射到高压压缩机的效率修改量的基准值。示例TEHM设备可比较运行值与基准值来计算差。示例TEHM设备可基于该差来识别涡轮发动机构件的状况。
本文公开的一些示例TEHM设备基于监测涡轮发动机的健康信息来控制涡轮发动机。在涡轮发动机的后面的飞行期间，示例TEHM设备可计算涡轮发动机构件的健康参数的运行值。示例TEHM设备可确定飞行态，并且将飞行态映射到查找表中的健康参数的基准值。响应于确定运行值和基准值之间的差，示例TEHM设备可产生用以控制涡轮发动机的命令。例如，TEHM设备可产生命令且将命令传输给涡轮发动机，以基于为次最佳的高压涡轮的效率修改量来改变涡轮发动机间隙。
图1是监测示例燃气涡轮发动机102的示例的涡轮发动机健康监测器(TEHM)100的示意图。在示出的示例中，TEHM 100是全权数字发动机控制(FADEC)单元。备选地，TEHM 100可为任何其它类型的数据获取和/或控制计算装置。图1示出是可在航空器内使用的根据公开的示例的各方面的发动机102的横截面图。显示了燃气涡轮发动机102具有纵向或轴向中心轴线104，它延伸贯穿燃气涡轮发动机102用于参照目的。大体上，发动机102可包括核心燃气涡轮发动机106和定位在其上游的风扇区段108。核心燃气涡轮发动机106可大体包括基本管状外壳110，它限定环形入口112。另外，外壳110可进一步封闭和支承增压器压缩机114，以使进入核心燃气涡轮发动机106的空气的压力升高到第一压力水平。然后高压多级轴向流压缩机116可接收来自增压器压缩机114的加压空气，并且使这些空气的压力进一步升高到第二压力水平。
在图1的示出的示例中，然后离开高压压缩机116的加压空气可流到燃烧器118，燃烧器118内燃料被喷射到加压空气流中，产生的混合物在燃烧器118内燃烧。高能燃烧产物沿着发动机102的热气路径从燃烧器118引导到第一(高压)涡轮120，以经由第一(高压) 传动轴122驱动高压压缩机116，并且然后引导到第二(低压)涡轮124，以经由第二(低压)传动轴126驱动增压器压缩机114和风扇区段108，第二(低压)传动轴126大体与第一传动轴122同轴。在驱动涡轮120和124中的各个之后，燃烧产物可经由排气喷嘴128从核心燃气涡轮发动机106排出，以提供推进喷射推力。
在一些示例中，压缩机114、116中的各个可包括多个压缩机级，各个级包括成环形阵列的固定压缩机导叶和定位在压缩机导叶直接下游的成环形阵列的旋转压缩机叶片两者。类似地，涡轮120、124中的各个可包括多个涡轮级，各个级包括成环形阵列的固定喷嘴导叶和定位在喷嘴导叶直接下游的成环形阵列的旋转涡轮叶片两者。
另外，如图1中显示的那样，发动机102的风扇区段108可大体包括可旋转的轴向流风扇转子组件130，它构造成被环形风扇壳132包围。风扇壳132可构造成相对于核心燃气涡轮发动机106由多个基本沿径向延伸、沿周向间隔开的出口引导导叶134支承。因而，风扇壳132可封闭风扇转子组件130及其相应的风扇转子叶片136。此外，风扇壳132的下游区段138可在核心燃气涡轮发动机106的外部部分上面延伸，以限定次级或旁通空气流管道140，它提供额外的推进喷射推力。
在一些示例中，第二(低压)传动轴126直接联接到风扇转子组件130上，以提供直驱构造。备选地，第二传动轴126可经由减速装置142(例如，减速齿轮或齿轮箱)联接到风扇转子组件130上，以提供间接驱动或齿轮驱动构造。如期望或需要的那样，还可在发动机102内的任何其它适当的轴和/或卷轴之间提供这种减速装置(一个或多个)。
在图1的示出的示例中，发动机102包括通信地联接到TEHM 100上的传感器144、146。备选地，传感器144、146可通信地联接到被联接至发动机102上的航空器的控制系统上，其中控制系统通信地联接到示例TEHM 100上。在示出的示例中，传感器144、146是气体路径温度传感器。例如，传感器144、146可监测压缩机入口温度和离开高压涡轮120的气体的温度。备选地，传感器144、146可为气体路径压力传感器、转子速度传感器等。虽然传感器144、146在图1中被描绘成处于特定位置，但传感器144、146可位于发动机102上的别处。额外或者备选地，可存在不止两个位于发动机102上的传感器144、146。典型的实现具有六个气体路径温度传感器144、146。额外或者备选地，可存在不止一个联接到发动机102上的示例TEHM 100。虽然示例TEHM 100在图1中被描绘成在风扇区段108附近，但TEHM 100可位于发动机102上的别处或者联接到发动机102上的航空器的别处。
在发动机102的运行期间，初始空气流(由箭头148指示)可通过风扇壳132的相关联的入口150进入发动机102。然后空气流148传送通过风扇叶片136，并且分成移动通过管道140的第一压缩空气流(由箭头152指示)和进入增压器压缩机114的第二压缩空气流(由箭头154指示)。然后第二压缩空气流154的压力升高且进入高压压缩机116(如箭头156指示的那样)。在与燃料混合且在燃烧器118内燃烧之后，燃烧产物158离开燃烧器118且流过第一涡轮120。在此之后，燃烧产物158流过第二涡轮124并离开排气喷嘴128，以对发动机102提供推力。
图2是图1的燃气涡轮发动机102的示例涡轮发动机健康监测系统200的示意图。在图2的示出的示例中，图1的传感器144、146经由传感器连接210通信地联接到涡轮发动机健康监测器(TEHM)100上。示例TEHM 100获得来自传感器144、146的传感器数据，以监测燃气涡轮发动机102的健康信息。传感器连接210可包括直接有线连接或直接无线连接。例如，直接有线连接可包括使用以连接传感器到TEHM 100上工作的导线的直接连接，或者总线，诸如发动机区域分布式互连网络(EADIN)总线。在另一个示例中，直接无线连接可实现蓝牙®连接、Wi-Fi直接®连接，或者任何其它无线通信协议。图2中进一步显示了中央设施220、中央设施直接连接230、网络240、中央设施网络连接250、无线通信系统260和无线通信链接270。
在图2的示出的示例中，显示了示例TEHM 100经由中央设施直接连接230通信地联接到中央设施220上。例如，中央设施220可经由中央设施直接连接230获得来自TEHM 100的健康信息，诸如飞行数据(例如，海拔、涡轮发动机速度、温度等)、运行健康参数、基准健康参数等。中央设施直接连接230可为直接有线连接或直接无线连接。例如，中央设施220可经由手动地将来自TEHM 100的数据下载到诸如膝上型电脑、服务器等的计算装置，来下载发动机102的健康信息，然后将其上传到中央设施220。备选地，中央设施220可直接连接到TEHM 100，以获得数据。
示出的示例的中央设施220是服务器，它收集和处理发动机102的健康信息。备选地，中央设施220可为膝上型电脑、桌上型计算机、平板电脑或任何类型的计算装置。中央设施220分析发动机102的健康信息，以确定维护行动和/或保养时间间隔。例如，中央设施220可基于高压压缩机116的运行健康参数与高压压缩机116的基准健康参数的比较，来确定图1的高压压缩机116需要水洗。
额外或者备选地，中央设施220可经由网络240获得来自示例TEHM 100的健康信息。例如，中央设施220可通过经由中央设施网络连接250连接到网络240上来获得来自TEHM100的发动机102的运行健康参数。中央设施网络连接250可为直接有线连接或直接无线连接。例如，TEHM 100可将信息(例如，传感器数据、健康参数等)传输给联接到发动机102上的航空器的控制系统。航空器控制系统然后可经由网络240(例如，经由中央设施网络连接250、无线通信链接270等)将信息传输给中央设施220。
图2的示出的示例的示例网络240是因特网。但是，示例网络240可使用任何适当的有线和/或无线网络(一个或多个)来实现，包括，例如，一个或多个数据总线、一个或多个局域网(LAN)、一个或多个无线LAN、一个或多个蜂窝网络、一个或多个私人网络、一个或多个公共网络等。示例网络240使得示例TEHM 100能够与中央设施220通信。如本文使用，短语“通信”(包括变型)因此包含直接通信和/或通过一个或多个中间构件的间接通信，并且不需要直接物理(例如，有线)通信和/或持续通信，而是改为包括周期性和/或非周期性的时间间隔进行选择性通信，以及一次性通信。
在一些示例中，TEHM 100无法经由中央设施直接连接230、中央设施网络连接250等将信息(例如，健康信息)传输给中央设施220。例如，在中央设施220上游的路由装置可停止对中央设施220提供功能的路由能力。在示出的示例中，涡轮发动机健康监测系统200包括使得在中央设施220和网络240之间能够通信(例如，数据传送)的额外能力。如图2中显示的那样，中央设施220和网络240包括通过无线通信系统260(例如，蜂窝通信系统、卫星通信系统、空气带无线电通信系统、航空器通信寻址和报告系统(ACARS)等)经由无线通信链接270，来传输和/或接收数据(例如，健康信息)的能力。
图2的示出的示例的无线通信链接270是蜂窝通信链接。但是，额外或者备选地可使用任何其它通信方法和/或通信系统，诸如以太网连接、蓝牙连接、Wi-Fi连接、卫星连接等。另外，图2的无线通信链接270可经由全球移动通信系统(GSM)来实现蜂窝连接。但是，可使用任何其它通信系统和/或通信协议，诸如时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、全球微波接入互操作性(WiMAX)、长期演进(LTE)等
虽然图2中示出了实现图2的涡轮发动机健康监测系统200的示例方式，但图2中示出的元件、过程和/或装置中的一个或多个可按任何其它方式结合、分开、重新布置、省略、消除和/或实现。另外，示例TEHM 100、示例传感器144、146、示例传感器连接210、示例中央设施220、示例中央设施直接连接230、示例网络240、示例中央设施网络连接250、示例无线通信系统260、示例无线通信链接270和/或，更一般地，图2的示例涡轮发动机健康监测系统200可由硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任何组合实现。因而，例如，示例TEHM100、示例传感器144、146、示例传感器连接210、示例中央设施220、示例中央设施直接连接230、示例网络240、示例中央设施网络连接250、示例无线通信系统260、示例无线通信链接270和/或，更一般地，图2的示例涡轮发动机健康监测系统200中的任一个都可由下者实现：一个或多个模拟或数字电路(一个或多个)、逻辑电路、可编程处理器(一个或多个)、特定用途集成电路(一个或多个)(ASIC(一个或多个))、可编程逻辑装置(一个或多个)(PLD(一个或多个))和/或现场可编程逻辑装置(一个或多个)(FPLD(一个或多个))。当阅读本专利的覆盖纯软件和/或固件实现的设备或系统权利要求中的任一个时，示例TEHM 100、示例传感器144、146、示例传感器连接210、示例中央设施220、示例中央设施直接连接230、示例网络240、示例中央设施网络连接250、示例无线通信系统260、示例无线通信链接270和/或，更一般地，图2的示例涡轮发动机健康监测系统200中的至少一个在这里明确地限定为包括存储软件和/或固件的有形的计算机可读存储装置或存储盘，诸如存储器、数字多功能盘(DVD)、紧致盘(CD)、蓝光盘等。仍然另外，图2的示例涡轮发动机健康监测系统200可包括除了图2中示出的那些之外的一个或多个元件、过程和/或装置，或者取代图2中示出的那些，并且/或者可包括所有或任何示出的元件、过程和装置中的不止一个。
图3是图1和/或2的示例TEHM 100的示例实现的框图。图3的示例TEHM 100包括示例收集引擎300、示例参数计算器310、示例差计算器320、示例飞行态识别器330、示例异常值识别器340、示例维护管理器350、示例警报生成器360和示例数据库370。
在图3的示出的示例中，TEHM 100包括收集引擎300，以选择和/或处理从图1的传感器144、146获得传感器数据。例如，收集引擎300可选择和/或处理经由直接有线连接或直接无线连接从传感器144、146获得的和/或从网络380获得的传感器数据。在一些示例中，收集引擎300选择和/或处理与联接到图1的发动机102上的航空器的传感器有关的传感器数据，诸如海拔、马赫数、日间温度等。收集引擎300可经由网络380获得与航空器的传感器有关的传感器数据。
在一些示例中，收集引擎300选择关注的所获得的传感器数据，供一个或多个算法、过程、程序等使用。所选择的获得的传感器数据可包括，例如，模拟电信号、数字电信号等。收集引擎300可通过将来自传感器144、146的电输出转换(例如，使用转换计算来转换，转换成不同单位的测量等)、依比例缩放(例如，使用比例因数来依比例缩放)和/或转化(例如，使用敏感度曲线来转化)成压力、温度、转子速度等的测量来处理传感器数据，测量可供示例TEHM 100使用。在一些示例中，收集引擎300确定涡轮发动机102的历史记录。例如，收集引擎300可确定发动机102是否是新的，是否已经完成了首次飞行、首次使用等。在一些情况下，收集引擎300基于运行小时、用户输入等来确定发动机102是否是新的。例如，收集引擎300可基于存储在数据库370中的标记的值(例如，计算机和/或机器可读指令中的标记、首次飞行标记等)来确定发动机102已经完成了首次飞行，维护工作人员在数据库370中设定标记。在一些情况下，收集引擎300将信息(例如，经处理的传感器数据)存储在数据库370中，并且/或者从数据库370中取回信息(例如，首次飞行标记、未经处理的传感器数据等)。
在图3的示出的示例中，TEHM 100包括参数计算器310，以计算涡轮发动机102的健康参数。例如，参数计算器310可计算涡轮发动机102构件(诸如风扇区段108、高压涡轮120等)的运行健康参数，诸如效率修改量、流修改量等。在另一个示例中，参数计算器310可计算涡轮发动机102的构件(诸如增压器压缩机114、低压涡轮124等)在校准过程期间(例如，在发动机102的首次飞行期间)的基准健康参数，诸如效率修改量、流修改量等。
在一些示例中，参数计算器310计算联接到图1的发动机102上的关于航空器的参数。例如，参数计算器310可基于来自联接到航空器上的海拔传感器、马赫传感器、温度传感器等的传感器数据，来计算海拔、马赫数、日间温度等。在一些情况下，参数计算器310校准在运行过程期间获得的传感器输出。例如，参数计算器310可在校准过程期间基于图1的传感器144的模型输出和传感器144的传感器输出之间的差来计算校正因子。参数计算器310可将校正因子存储在数据库370中。在后面的飞行期间，参数计算器310可使来自传感器144的传感器输出按校正因子偏移。在一些示例中，参数计算器310将信息(例如，效率修改量、流修改量等)存储在数据库370中，并且/或者从数据库370中取回信息(例如，经处理的传感器数据)。
在图3的示出的示例中，TEHM 100包括差计算器320，以计算健康参数之间的差，消除传感器偏差等。在一些示例中，差计算器320计算涡轮发动机构件的运行健康参数和涡轮发动机构件的基准健康参数之间的差(例如，健康参数差)。例如，差计算器320可计算图1的高压涡轮120的效率修改量的运行值和高压涡轮120的效率修改量的基准值之间的差(例如，1%、2%等)。
在一些情况下，差计算器320计算传感器输出的值之间的差(例如，传感器输出差)。传感器输出可为转子速度(例如，核心速度等)、温度(例如，排气温度等)、压力(例如，压缩机出口压力等)等。例如，差计算器320可计算传感器144的第一基准传感器输出(例如，第一基准排气温度等)和传感器144的第二基准传感器输出(例如，第二基准排气温度等)之间的差，其中第二基准传感器输出比第一基准传感器输出更晚获得。差计算器320可基于差确定来自传感器144的传感器输出已经达到了稳态。在另一个示例中，差计算器320可计算经调节的运行传感器输出，其中经调节的运行传感器输出基于传感器144的运行传感器输出和校正因子之间的差。例如，差计算器320可使用校正因子来调节传感器数据(例如，基准传感器数据、运行传感器数据等)，以消除传感器偏差。例如，可基于发动机102的校准过程来计算校正因子(例如，校正因子由参数计算器310计算)。
在一些示例中，差计算器320计算模型输出和传感器输出之间的差(例如，模型差)。例如，差计算器320可计算模型输出(例如，计算或估计输出)和来自传感器144、146关于排气温度、核心速度等的所测量的输出之间的差。在另一个示例中，差计算器320可计算以下两者之间的模型差：(1)基于特征为发动机102的模型和来自传感器144、146的传感器数据而计算出的图1的增压器压缩机114的流修改量的值和(2)增压器压缩机114的首次飞行或其它之前计算出的和存储的流修改量的值。
在一些示例中，差计算器320确定差是否满足阈值。例如，差计算器320可确定模型差是否满足阈值(例如，差大于1%、5%、10%等)。示例TEHM 100可基于差来调节模型的一个或多个参数。例如，TEHM 100可基于满足阈值的差来调节模型的一个或多个参数。在一些情况下，差计算器320将信息(例如，健康参数差、传感器输出差等)存储在数据库370中，并且/或者从数据库370中取回信息(例如，基准健康参数、运行健康参数、传感器数据等)。
在图3的示出的示例中，TEHM 100包括飞行态识别器330，以确定涡轮发动机102运行所处的飞行态。例如，飞行态识别器330可确定图1的发动机102的海拔、马赫数等。例如，飞行态识别器330可从联接到发动机102上和/或安装在联接到发动机102上的航空器上的一个或多个传感器(例如，海拔传感器、马赫传感器、传感器144、146等)获得发动机102的海拔、马赫数等。在另一个示例中，飞行态识别器330可确定发动机速度(例如，涡轮发动机速度)、航空器或涡轮发动机的节流功率设定参数等。飞行态识别器330可将海拔、马赫数、发动机速度、航空器或涡轮发动机的节流功率设定参数等映射到查找表中的飞行态。
在一些示例中，飞行态识别器330将航空器的飞行轨迹分成一个或多个飞行态。例如，用户可将航空器的潜在飞行的参数范围输入到飞行态识别器330中。在另一个示例中，海拔传感器可将0至50000英尺的海拔范围和0至0.82的马赫数输入到飞行态识别器330中。飞行态识别器330可将飞行图分成5个海拔-马赫范围或飞行-阶段带(例如，带表示航空器起飞、攀升、中间巡航、高巡航和下降)。飞行态识别器330可将各个飞行-阶段带细分成指示发动机功率水平的四个速度带，以产生5×4网格的飞行态，总共20个飞行态。在一些示例中，飞行态识别器330使健康参数与飞行态相关联或者将健康参数归于飞行态。例如，飞行态识别器330可将效率修改量、流修改量等分派给图1的增压器压缩机114，以对应于特定飞行态(例如，对应于指示高海拔巡航和风扇速度的介于80%和90%之间的海拔和马赫数范围等的态)。在下面根据图4来描述与示例飞行态有关的额外细节。在一些情况下，飞行态识别器330将信息(例如，与飞行态相关联的健康信息或传感器数据)存储在数据库370中，并且/或者从数据库370中取回信息(例如，飞行态)。
在图3的示出的示例中，TEHM 100包括异常值识别器340，以确定健康参数的值是否是异常值。在一些示例中，异常值识别器340至少计算针对特定飞行态所计算出的健康参数的平均值和标准偏差值。例如，异常值识别器340可计算在校准过程期间(例如，发动机102的首次飞行)针对特定飞行态(例如，对应于指示高海拔巡航和风扇速度的介于80%和90%之间的海拔和马赫数范围等的态)所计算出的健康参数值的平均值和标准偏差值。在特定飞行态中的后面的飞行期间，异常值识别器340可确定平均值和计算出的健康参数的值之间的差。当差满足阈值时(例如，差超过一个或多个标准偏差值)，异常值识别器340可确定关注的健康参数值是异常值。
在一些示例中，异常值识别器340从数据集中移除识别的异常值值。在一些情况下，异常值识别器340确定在选择的模型数据、传感器数据等内的关注的数据点是否是异常值。例如，异常值识别器340可计算包括在传感器数据中的电阻值、电压幅度等的平均值和标准偏差值。在一些情况下，异常值识别器340确定在一定时期期间的平均值和关注的值之间的差。当差满足阈值时(例如，差超过一个或多个标准偏差值)，异常值识别器340可确定关注的值是异常值。在一些情况下，异常值识别器340从传感器数据中移除识别的异常值。在一些示例中，异常值识别器340将信息(例如，平均值、标准偏差值、异常值值等)存储在数据库370中，并且/或者从数据库370中取回信息(例如，关注的数据点、关注的健康参数值、平均值、标准偏差值等)。
在一些情况下，异常值识别器340使用定性信息来检测异常值。例如，异常值识别器340可应用在进车间修理的期间(例如，在进车间修理的期间更换风扇区段108的一个或多个涡轮叶片，TEHM 100从涡轮发动机102转移到另一个涡轮发动机等)进行维护工作时产生的信息，来解决由参数计算器310、差计算器320等计算出的值中较大的差(例如，满足异常值阈值的值)。
在图3的示出的示例中，TEHM 100包括维护管理器350，以识别涡轮发动机构件和/或涡轮发动机组件的状况、维护工作、保养时间间隔等。在一些示例中，维护管理器350定量地评定涡轮发动机102的构件的健康。例如，维护管理器350可基于增压器压缩机114在一个或多个飞行态期间的效率修改量的值，确定图1的增压器压缩机114还有剩下20%的可用运行时间。在一些情况下，维护管理器350识别待对涡轮发动机构件进行的维护工作。例如，维护管理器350可基于高压涡轮120在一个或多个飞行态期间的效率修改量值来确定高压涡轮120需要间隙调节。
在一些示例中，维护管理器350识别涡轮发动机组件的保养时间间隔。例如，维护管理器350可基于增压器压缩机114在一个或多个飞行态期间的效率修改量和/或流修改量的值，来确定图1的发动机102经受一般检查、维护、保养等的估计时间界限。在一些情况下，维护管理器350将信息(例如，状况、维护工作等)存储在数据库370中，并且/或者从数据库370中取回信息(例如，健康参数)。
在图3的示出的示例中，TEHM 100包括警报生成器360，以基于涡轮发动机102的健康参数的值来产生警报。例如，警报生成器360可在(1)发动机102的健康参数的运行值和(2)健康参数的基准值之间的差满足阈值(例如，差大于1%、2%、5%、10%等)时产生警报。响应于确定差满足阈值，警报生成器360可产生警报，诸如产生日志和/或报告、在显示器上展示警报、将警报传输给网络等。
在一些示例中，警报生成器360采用预先限定的阈值，它可取决于默认阈值值或用户输入。在一些示例中，警报生成器360使用计算阈值。例如，警报生成器360可基于一个或多个标准偏差值来计算阈值。在一些示例中，警报生成器360将信息(例如，产生的警报、日志、报告等)存储在数据库370中，并且/或者从数据库370中取回信息(例如，阈值)。例如，警报生成器360可将包括增压器压缩机114的维护警报的报告存储在数据库370中，其中图2的中央设施220、航空器维护系统等可取回报告。在一些示例中，警报生成器360将信息传输给航空器控制系统、中央设施220等。例如，警报生成器360可将产生的警报、日志、报告等传输给航空器维护系统、中央设施220等。
在一些示例中，警报生成器360产生命令，以调节涡轮发动机102和/或联接到涡轮发动机102上的航空器的参数。警报生成器360可基于由参数计算器310计算出的参数、由差计算器320确定的差、由维护管理器350识别的状况等来产生命令。例如，警报生成器360可产生命令，并且将命令传输给涡轮发动机102和/或联接到涡轮发动机102上的航空器的航空器控制系统。警报生成器360可产生命令来提高涡轮发动机102的效率，维持涡轮发动机102的健康，延长涡轮发动机102的维护周期时间间隔等。例如，警报生成器360可通过改变发动机速度、改变风扇速度、调节燃料喷射速率等，响应于维护管理器350识别图1的增压器压缩机114的退化状况来产生命令。
在图3的示出的示例中，TEHM 100包括数据库370，以记录数据(例如，健康参数、传感器数据等)。在一些示例中，数据库370记录标记(例如，计算机中的标记和/或机器可读指令)和/或与获得的数据相关联的变量。在示出的示例中，数据库370通信地联接到中央设施220、收集引擎300、参数计算器310、差计算器320、飞行态识别器330、异常值识别器340、维护管理器350和警报生成器360上。示例数据库370可响应于对与数据库370中的数据有关的信息的请求。例如，数据库370可通过提供额外数据(例如，一个或多个数据点)，通过提供与数据库370中的额外数据相关联的索引等，来响应于对额外数据的请求。当数据库370中不存在额外数据时，示例数据库370额外或者备选地可通过提供零索引、数据库识别器结束等来响应请求。例如，图2的中央设施220可请求数据库370提供由警报生成器360产生的报告。响应于该请求，示例数据库370可给将报告和相应的信息(诸如数据日志、维护警报等)传输给示例中央设施220。
示例数据库370可由易失性存储器(例如，同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)等)和/或非易失性存储器(例如，闪存)实现。示例数据库370可额外或者备选地由一个或多个双倍数据速率(DDR)存储器实现，诸如DDR、DDR2、DDR3、DDR4、移动DDR(mDDR)等。示例数据库370可额外或者备选地由一个或多个大容量存储装置实现，诸如硬盘驱动器(一个或多个)、紧致盘驱动器(一个或多个)数字多功能盘驱动器(一个或多个)、固态驱动器等。虽然在示出的示例中，数据库370被示为单个数据库，但数据库370可由任何数量和/或类型的(一个或多个)数据库实现。
在图3的示出的示例中，网络380是总线和/或计算机网络。例如，网络380可为内部控制器总线、过程控制网络、通往传感器144、146的接口的直接有线连接等。在一些示例中，网络380是能够通信地联接到因特网的网络。但是，可使用任何适当的有线和/或无线网络(一个或多个)包括，例如一个或多个数据总线、一个或多个局域网(LAN)、一个或多个无线LAN、一个或多个蜂窝网络、一个或多个光纤网络、一个或多个卫星网络、一个或多个私人网络、一个或多个公共网络等来实现网络380。网络380可使得收集引擎300能够与传感器144、146、航空器的控制系统等通信。
虽然图3中示出了实现图1和/或2的TEHM 100的示例方式，但图3中示出的元件、过程和/或装置中的一个或多个可按任何其它方式结合、分开、重新布置、省略、消除和/或实现。另外，示例收集引擎300、示例参数计算器310、示例差计算器320、示例飞行态识别器330、示例异常值识别器340、示例维护管理器350、示例警报生成器360、示例数据库370、示例网络380和/或，更一般地，图3的示例TEHM 100可由硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任何组合实现。因而，例如，示例收集引擎300、示例参数计算器310、示例差计算器320、示例飞行态识别器330、示例异常值识别器340、示例维护管理器350、示例警报生成器360、示例数据库370、示例网络380和/或，更一般地，图3的示例TEHM 100中的任一个可由下者实现：一个或多个模拟或数字电路(一个或多个)、逻辑电路、可编程处理器(一个或多个)、特定用途集成电路(一个或多个)(ASIC(一个或多个))、可编程逻辑装置(一个或多个)(PLD(一个或多个))、和/或现场可编程逻辑装置(一个或多个)(FPLD(一个或多个))。当阅读本专利的覆盖纯软件和/或固件实现的设备或系统权利要求中的任一个时，示例收集引擎300、示例参数计算器310、示例差计算器320、示例飞行态识别器330、示例异常值识别器340、示例维护管理器350、示例警报生成器360、示例数据库370、示例网络380和/或，更一般地，图3的示例TEHM 100中的至少一个在这里明确地限定成包括存储软件和/或固件的有形的计算机可读存储装置或存储盘，诸如存储器、数字多功能盘(DVD)、紧致盘(CD)、蓝光盘等。仍然另外，图3的示例TEHM 100可包括除了图3中示出的那些之外的一个或多个元件、过程和/或装置，或者取代图3中示出的那些，并且/或者可包括所有或任何示出的元件、过程和装置中的不止一个。
图4是描绘图1的涡轮发动机102的示例飞行态的示例图表400。示例表400描绘了5×4网格的飞行态。示例飞行态中的各个基于海拔、马赫数和功率水平指标。在示出的示例中，功率水平指标是发动机102的设计速度的百分比且被指定为%N1。在一些示例中，设计速度接近发动机102的起飞速度。例如，60%N1的功率水平指标可相当于发动机102空转。在另一个示例中，100%N1的功率水平指标可相当于发动机102从飞行表面(例如，飞行跑道)起飞。
额外或者备选地，示例飞行态可基于转子速度、日间温度等。在一些示例中，图3的飞行态识别器330确定海拔、马赫数和功率水平指标，并且将海拔、马赫数和功率水平指标映射到飞行态。例如，飞行态识别器330可将25000英尺的海拔、0.65的马赫数和82%N1的功率水平指标映射到飞行态9。在一些情况下，收集引擎300和参数计算器310可将获得的信息和/或计算的信息存储在数据库370中，以对应于示例表400的飞行态。例如，收集引擎300可获得来自图1的传感器144的处于25000英尺的海拔、0.65的马赫数和82%的功率水平指标的传感器数据。参数计算器310可基于获得的传感器数据来计算图1的增压器压缩机114的效率修改量和流修改量。飞行态识别器330可将传感器数据、效率修改量、流修改量等映射到飞行态9。
图5-8中显示了表示用于实现图1的示例TEHM的示例方法的流程图。在这些示例中，可使用机器可读指令来实现方法，指令包括供处理器执行的程序，处理器诸如是示例处理器平台900中显示的下面关于图9所论述的处理器912。程序可嵌在软件中，软件存储在下者上：有形的计算机可读存储介质，诸如CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、数字多功能盘(DVD)、蓝光盘，或者与处理器912相关联的存储器，但整个程序和/或程序的部分备选地可由除了处理器912之外的和/或嵌在固件或专用硬件中的装置执行。另外，虽然参照图5-8中示出的流程图来描述示例程序，但可备选地使用许多其它实现示例TEHM 100的方法。例如，框的执行顺序可改变，并且/或者可改变、消除或结合所描述的一些框。
如上面提到的那样，可使用编码指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实现图5-8的示例方法，编码指令存储在有形的计算机可读存储介质上，诸如硬盘驱动器、闪存、只读存储器(ROM)、紧致盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、电缆、随机存取存储器(RAM)，以及/或者其中存储信息达任何持续时间(例如，延长的时期、永久地、短暂情形地、暂时缓冲和/或信息的高速缓存)的任何其它存储装置或存储盘。如本文使用，用语有形的计算机可读存储介质明确地限定为包括任何类型的计算机可读存储装置和/或存储盘，并且排除传播信号和排除传输媒体。如本文使用，“有形的计算机可读存储介质”和“有形的机器可读存储介质”可互换地使用。额外或者备选地，可使用编码指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实现图5-8的示例方法，编码指令存储在非暂时性计算机和/或机器可读介质上，诸如硬盘驱动器、闪存、只读存储器、紧致盘、数字多功能盘、高速缓存、随机存取存储器，以及/或者其中存储信息达任何持续时间(例如，延长时期、永久地、短暂情形地、暂时缓冲和/或信息的高速缓存)的任何其它存储装置或存储盘。如本文使用，用语非暂时性计算机可读介质明确地限定为包括任何类型的计算机可读存储装置和/或存储盘，并且排除传播信号和排除传输媒体。如本文使用，当在权利要求的前序部分中使用短语“至少”作为过渡用语时，它是以与开放式的用语“包括”相同的方式为开放式的。包括和“包括”的所有其它变型明确地限定为开放式用语。包含和“包含”的所有其它变型也限定为开放式用语。相反，用语组成和/或组成的其它形式限定为封闭式用语。
图5是表示可由图1-3的示例TEHM 100执行示例方法来计算和分析图1的涡轮发动机102的健康参数的流程图。示例方法在框502处开始，在此处，示例TEHM 100获得传感器数据。例如，图3的收集引擎300可获得来自图1-3的传感器144、146的传感器数据。在框504处，示例TEHM 100基于获得的传感器数据来确定涡轮发动机102的飞行态。例如，飞行态识别器330可将海拔、马赫数和功率水平指标(例如，风扇区段108的速度、节流功率设定参数等)映射到涡轮发动机102的飞行态。
在框506处，示例TEHM 100基于确定涡轮发动机102的飞行态来计算运行健康参数(一个或多个)。例如，当发动机102在飞行时，参数计算器310可计算图1的增压器压缩机114、高压涡轮120等的效率修改量、流修改量等。在框508处，示例TEHM 100响应于计算运行健康参数(一个或多个)来计算基准健康参数和运行健康参数之间的差。例如，差计算器320可计算(1)增压器压缩机114的效率修改量的基准值和(2)增压器压缩机114的效率修改量的运行值之间的差。
在框510处，示例TEHM 100响应于计算差来确定差是否满足阈值。例如，差计算器320可确定(1)增压器压缩机114的效率修改量的基准值和(2)增压器压缩机114的效率修改量的运行值之间的差是否满足阈值(例如，差大于1.0%、1.5%、2.0%等)。如果，在框510处，示例TEHM 100确定差不满足阈值，则控制返回到框502，以获得额外的传感器数据。如果，在框510处，示例TEHM 100确定差满足阈值，则在框512处，TEHM 100识别维护状况。例如，维护管理器350可识别增压器压缩机114剩下的运行寿命的百分比、增压器压缩机114的维护工作、增压器压缩机114的一般保养的估计时间界限等。在框514处，示例TEHM 100产生警报，警报由于识别维护状况而触发。例如，警报生成器360可产生表明增压器压缩机114需要维护注意的警报。在另一个示例中，警报生成器360可基于识别维护状况来产生命令，命令传输给航空器控制系统、涡轮发动机102等，以调节航空器参数、发动机参数(例如，发动机速度、风扇速度等)等。
图6中显示了关于获得传感器数据(图5，框502)的额外细节。图6是表示可由图1-3的示例TEHM 100执行来获得传感器数据的示例方法的流程图。示例方法在框602处开始，在此处，示例TEHM 100获得涡轮发动机的发动机历史记录。例如，图3的收集引擎300可获得图1的发动机102的发动机历史记录。
在框604处，示例TEHM 100基于对获得的发动机历史记录的分析来确定发动机是否是新的。例如，收集引擎300可基于首次飞行标记的值来确定发动机102是新的，在首次飞行中该值指示发动机102尚未完成首次飞行。如果，在框604处，示例TEHM 100确定发动机不是新的，则控制前进到框608，以存储信息。如果，在框604处，示例TEHM 100确定发动机是新的，则在框606处，TEHM 100计算基准健康参数(一个或多个)。例如，参数计算器310可计算图1的增压器压缩机114和图1的高压压缩机116等的效率修改量、流修改量等。
在框608处，示例TEHM 100将信息存储在数据库370中。例如，收集引擎300可将从传感器144、146获得的传感器数据存储在数据库370中。在另一个示例中，参数计算器310可将计算的基准健康参数存储在数据库370中。
图7中显示了关于确定飞行态(图5，框504)的额外细节。图7是表示可由图1-3的示例TEHM 100执行来确定涡轮发动机102的飞行态的示例方法的流程图。示例方法在框702处开始，在此处，示例TEHM 100获得航空器和发动机传感器信息。例如，收集引擎300可获得来自图1的传感器144、146的传感器数据。在另一个示例中，收集引擎300可获得来自航空器传感器的传感器数据，诸如监测联接到图1的发动机102上的航空器的海拔传感器、马赫传感器等。在又一个示例中，收集引擎300可获得来自数据库370的航空器和发动机传感器信息。
在框70处4，示例TEHM 100基于分析获得的航空器和发动机传感器信息来确定海拔。例如，收集引擎300可基于来自海拔传感器的传感器数据来确定联接到发动机102上的航空器的海拔。在框706处，示例TEHM 100响应于确定海拔和分析获得的传感器信息，来确定功率水平指标。例如，收集引擎300可基于来自图1的传感器144、146的传感器数据等，来确定对应于发动机102的风扇区段108的速度、涡轮发动机速度、转子速度等的功率水平指标。
在框708处，示例TEHM 100响应于确定功率水平指标来确定马赫数。例如，收集引擎300可基于来自马赫传感器的传感器数据来确定发动机102的马赫数。在框710处，示例TEHM 100由确定的参数来确定飞行态。例如，飞行态识别器330可将海拔、功率水平指标、马赫数等映射到数据库370(例如，查找表)中的飞行态。
图8中显示了关于计算运行健康参数(图5，框506)的额外细节。图8是表示可由图1-3的示例TEHM 100执行来计算涡轮发动机的运行健康参数(一个或多个)的示例方法的流程图。示例方法开始在框802处，在此处，示例TEHM 100选择关注的健康参数且/或编程以关注的健康参数。例如，图1的收集引擎300可选择图1的增压器压缩机114的效率修改量。
在框804处，示例TEHM 100确定飞行态。例如，飞行态识别器330可根据图7的方法来确定飞行态。在另一个示例中，飞行态识别器330可获得来自数据库370的飞行态。在框806处，示例TEHM 100响应于确定涡轮发动机102的飞行态而获得飞行态的校正因子。例如，图1的参数计算器310可获得来自数据库370的飞行态的校正因子。
在框808处，示例TEHM 100响应于确定涡轮发动机102的飞行态的校正因子而获得传感器数据。例如，收集引擎300可获得来自图1的传感器144、146、来自数据库370等的运行传感器数据。在框810处，示例TEHM 100基于校正因子来计算经调节的传感器数据。例如，参数计算器310可通过使运行传感器数据按校正因子偏移来计算经调节的运行传感器数据。
在框812处，示例TEHM 100基于经调节的传感器数据来计算健康参数的运行值。例如，参数计算器310可基于经调节的运行传感器数据来计算增压器压缩机114的效率修改量。
在框814处，示例TEHM 100通过请求数据库370来确定是否存在另一个关注的健康参数。例如，收集引擎300可请求数据库370且确定数据库370是否返回零索引，其中零索引表明不存在另一个关注的健康参数。如果，在框814处，示例TEHM确定存在另一个关注的健康参数，则控制返回到框802，以选择另一个关注的健康参数，否则示例方法结束。
因而，某些示例使得能够通过在涡轮发动机的首次飞行期间确定基准健康参数来监测涡轮发动机的健康信息，并且将它们与在涡轮发动机的后面的飞行期间的计算运行健康参数比较。响应于执行该比较，可行动的信息可被搜集，诸如识别维护警报、状况和时间界限。例如，通过比较运行健康参数与基准健康参数，某些示例使得能够更精确地控制和监测涡轮发动机。
图9是能够执行指令来实现图5-8的方法和图1-3的示例TEHM 100的示例处理器平台900的框图。处理器平台900可为例如电子控制单元(ECU)、电子发动机控制(EEC)单元、全权数字发动机控制(FADEC)单元、服务器、个人计算机，或者任何其它类型的计算装置或成网络的计算装置。
示出的示例处理器平台900包括处理器912。示出的示例的处理器912是硬件。例如，处理器912可由来自任何期望家族或制造商的一个或多个集成电路、逻辑电路、微处理器或控制器实现。
示出的示例的处理器912包括本地存储器913(例如，高速缓存)。示出的示例的处理器912执行指令来实现示例收集引擎300、示例参数计算器310、示例差计算器320、示例飞行态识别器330、示例异常值识别器340、示例维护管理器350、示例警报生成器360，以及更一般地，示例TEHM 100。示出的示例的处理器912经由总线918与主要存储器通信，包括易失性存储器914和非易失性存储器916。易失性存储器914可由同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)和/或任何其它类型的随机存取存储器装置实现。非易失性存储器916可由闪存和/或任何其它期望类型的存储器装置实现。对主要存储器914、916的存取由存储控制器控制。
示出的示例处理器平台900还包括接口电路920。接口电路920可由任何类型的接口标准实现，诸如以太网接口、通用串行总线(USB)和/或PCI Express接口。
在示出的示例中，一个或多个输入装置922连接到接口电路920上。输入装置(一个或多个)922容许用户将数据和命令输入到处理器912中。输入装置(一个或多个)可由例如音频传感器、麦克风、摄像机(静态或视频)、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、跟踪板、跟踪球、iso点(isopoint)和/或语音认识系统实现。
一个或多个输出装置924还连接到示出的示例的接口电路920上。输出装置924可由例如显示装置(例如发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、液晶显示器、阴极射线管显示器(CRT)、触摸屏、触觉输出装置、打印机和/或扬声器)实现。因而，示出的示例的接口电路920典型地包括图形驱动器卡、图形驱动器芯片或图形驱动器处理器。
示出的示例的接口电路920还包括通信装置，诸如发射器、接收器、收发器、调制解调器和/或网络接口卡，以有利于经由网络926(例如，以太网连接、数字用户线路(DSL)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统等)与外部机器(例如，任何类型的计算装置)交换数据。
示出的示例的处理器平台900还包括用于存储软件和/或数据的一个或多个大容量存储装置928。这样的大容量存储装置928的示例包括软盘驱动器、硬盘驱动器盘、磁性媒体、固态驱动器、紧致盘驱动器、蓝光盘驱动器、RAID系统和数字多功能盘(DVD)驱动器。示例大容量存储928实现示例数据库370。
用以实现图5-8的流程图所表示的方法的编码指令932可存储在大容量存储装置928、易失性存储器914、非易失性存储器916中，并且/或者存储在可删除的有形计算机可读存储介质上，诸如CD或DVD。
根据以上内容，将理解的是，上面公开的方法、设备和制造产品对涡轮发动机实施预测健康监测。通过实施预测健康监测，确定可行动的信息，以产生维护工作和保养时间间隔。可消除过早的维护工作，并且可实现高效地流线型地进行维护操作。上面公开的方法、设备和制造产品还可通过应用经由进行校准过程所确定的校正因子来消除或减少建模误差和传感器偏差。虽然本文描述的图和示例有时参照了机上系统(例如，涡轮发动机和/或航空器上的实时系统)或机外系统(例如，地面系统)，但上面公开的方法、设备和制造产品适用于机上和机外系统。
虽然已经在本文公开了某些示例方法、设备和制造产品，但本专利的覆盖范围不受此限制。相反，本专利覆盖清楚地落在本专利的权利要求的范围内的所有方法、设备和制造产品。

Claims (10)

1.一种设备，包括：
参数计算器，其用以：
基于第一组传感器度量来确定交通工具的涡轮发动机的成组健康参数的基准值，以估计涡轮发动机构件的初始健康；以及
基于第二组传感器度量来确定所述成组健康参数的运行值，以估计所述涡轮发动机构件的运行健康；
差计算器，其用以计算所述基准值和所述运行值之间的差，以评定所述涡轮发动机的健康；
数据库，其用以存储所述第一组传感器度量或所述涡轮发动机构件的所述初始健康；以及
警报生成器，其用以在所述差满足阈值时产生警报，所述警报包括基于所述差和所述阈值来对所述构件执行维护的通知。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括维护管理器，以基于所述差来识别所述涡轮发动机构件的状况。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括收集引擎，以获得来自气体路径压力传感器、气体路径温度传感器和转子速度传感器中的至少一个的所述第一组传感器度量和所述第二组传感器度量。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一组健康参数和所述第二组健康参数包括所述交通工具的增压器压缩机、高压压缩机、风扇、高压涡轮或低压涡轮的效率修改量或流修改量。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述交通工具是航空器。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括飞行态识别器，以确定所述航空器的飞行态，其中所述飞行态基于所述航空器或所述涡轮发动机的海拔、马赫数或功率水平指标。
7.一种方法，包括：
通过用处理器执行指令，基于第一组传感器度量来确定交通工具的涡轮发动机的成组健康参数的基准值，以估计涡轮发动机构件的初始健康；
通过用所述处理器执行指令，基于第二组传感器度量来确定所述成组健康参数的运行值，以估计所述涡轮发动机构件的运行健康；
通过用所述处理器执行指令，来计算所述基准值和所述运行值之间的差，以评定所述涡轮发动机的健康；
通过用所述处理器执行指令，来存储所述第一组传感器度量或所述涡轮发动机构件的所述初始健康；以及
通过用所述处理器执行指令，当所述差满足阈值时产生警报，所述警报包括基于所述差和所述阈值来对所述构件执行维护的通知。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括基于所述差来识别所述涡轮发动机构件的状况。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括获得来自气体路径压力传感器、气体路径温度传感器和转子速度传感器中的至少一个的所述第一组传感器度量和所述第二组传感器度量。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一组健康参数和所述第二组健康参数包括所述交通工具的增压器压缩机、高压压缩机、风扇、高压涡轮或低压涡轮的效率修改量或流修改量。
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