CN108983017A - 用于燃料箱中的磨损导线的检测系统 - Google Patents
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Abstract
用于燃料箱中的磨损导线的检测系统。公开了一种用于检测燃料箱中的导线上的磨损的磨损导线检测系统(“AWDS”)。该AWDS包括在燃料箱上的电极、电源以及与电源、导线和电极电串联的电流传感器。该电流传感器包括检测从导线到电极的电流的电路。另外公开了一种具有燃料箱、在燃料箱内的导线以及AWDS的飞机。
Description
技术领域
本公开涉及飞机维护系统，具体地，涉及用于检测飞机上的潜在故障的系统。电气和电子系统中的数字电子技术的出现已使得飞机系统功能的前所未有的扩张和飞机功能自动化的演进成为可能。结果，包含这种技术的系统越来越多地用于实现飞机功能，包括影响飞机的安全操作的系统。
背景技术
电磁环境包括与电气和电子设备用来处理和传送信息的能源(即，电能)相同类型的能源。因此，这种环境可能妨碍依赖于这种设备的系统的正确操作，导致飞机的系统内的潜在故障。
不幸的是，目前，在设计和制造商用飞机方面的巨大成本在于在相同系统中存在未发现的潜在故障时提供冗余系统来应对发生故障的情况。通常，飞机认证要求解决潜在故障，并且需要考虑的特定潜在故障可能是飞机的燃料箱中的磨损导线。更具体地，飞机的燃料箱中的导线上的磨损绝缘材料与雷击、加油期间的静电荷或者来自另一磨损导线的电荷结合可导致电弧穿过磨损位置。
解决这一问题的已知方法包括飞机制造商安装众多额外的导线安装支架以维持导线之间的分离，并且要求更频繁地检查飞机的燃料箱内部。与这些方法关联的一些问题包括(例如)增加额外的支架导致安装和检查成本显著增加，所述支架被置于飞机中以使导线彼此远离并与任何其它导电材料远离。这些支架的额外重量会使飞机的总重量增加。此外，(可包括清空燃料箱并将人员和/或检查设备物理地送入燃料箱中以视觉地检查导线的)现场检查这些导线的成本、难度以及所导致的停机时间增加。结果，必须使飞机脱离服务以进行检查，执行检查的劳动力成本可能很高，并且在物理检查期间的安全和所使用的适当工效学技术的负担可能很大。
因此，需要一种解决这些问题的系统和方法，除了其它优点之外，其足够廉价且可靠地检测磨损的绝缘材料从而不再需要额外的支架以及飞机的燃料箱内的导线的大多数物理检查。
发明内容
公开了一种用于检测燃料箱中的导线上的磨损的磨损导线检测系统(“AWDS”)。该AWDS包括在燃料箱上的电极、电源以及与电源、导线和电极电串联的电流传感器。该电流传感器包括检测从导线到电极的电流的电路。另外公开了一种具有燃料箱、在燃料箱内的导线和所述AWDS的飞机。
在操作的示例中，AWDS作为检测导线上的磨损的方法的一部分操作。具体地，该方法包括利用浸没导线的导电燃料来填充燃料箱并且利用电源在导线上施加电压信号。此外，该方法还包括接收与燃料箱壁电串联的电极上的电流并且根据所接收的电流确定导线上是否存在磨损。在此示例中，所接收的电流与电压信号对应。
对于本领域技术人员而言在查阅以下附图和详细描述时，本发明的其它装置、设备、系统、方法、特征和优点将显而易见或者将变得显而易见。所有这些附加系统、方法、特征和优点旨在被包括在本说明书中，在本发明的范围内，并且由所附权利要求书保护。
附图说明
可参照以下附图更好地理解本发明。附图中的组件未必按比例，而是将重点放在示出本发明的原理上。在附图中，贯穿不同的视图，相似的标号指代对应的部分。
图1是根据本公开的具有燃料箱和磨损导线检测系统(“AWDS”)的飞机的实现示例的系统框图。
图2是根据本公开的图1所示的AWDS 104的实现示例的系统框图。
图3是根据本发明的由AWDS执行的方法的实现示例的流程图。
具体实施方式
公开了一种用于检测燃料箱中的绝缘导线上的磨损的磨损导线检测系统(“AWDS”)。该AWDS包括在燃料箱上的电极、电源以及与电源、绝缘导线和电极电串联的电流传感器。电流传感器包括检测从导线到电极的电流的电路。另外公开了一种具有燃料箱、在燃料箱内的绝缘导线和所述AWDS的飞机。
在操作的示例中，该AWDS作为检测绝缘导线上的磨损的方法的一部分操作。具体地，该方法包括利用浸没绝缘导线的导电燃料来填充燃料箱并且利用电源在绝缘导线上施加电压信号。此外，该方法还包括接收与燃料箱壁电串联的电极上的电流并且根据所接收的电流确定绝缘导线上是否存在磨损。在此示例中，所接收的电流与电压信号对应。
更具体地，在图1中，根据本公开示出了具有燃料箱102和AWDS 104的飞机100的实现示例的系统框图。AWDS 104经由电连接路径106与燃料箱102电连接，其中电连接路径106可包括一条或更多条导线或者其它类型的导体。在此示例中，燃料箱102和AWDS 104二者均被示出为飞机100的机翼108的一部分；然而，本领域普通技术人员将理解，燃料箱102和AWDS 104可以是机翼108或110的一部分、机翼108和110二者、以及飞机100的机身112的一部分。
转到图2，根据本公开示出了AWDS 104(示出于图1)的实现示例的系统框图。在此示例中，AWDS 104包括电源200、电流传感器202以及至少开关204和206。电源200分别经由信号路径212与电极208和地210电串联以及经由信号路径214与电流传感器202电串联。电极208与燃料箱壁216电串联。在此示例中，燃料箱102被假设为具有可由金属或另一导电材料构造而成的导电壁(即，燃料箱壁216)。绝缘导线218被示出为穿过燃料箱102的腔体(cavity)220(即，内部)。绝缘导线218包括包在导线绝缘材料224中的至少一条内部导线222。在此示例中，绝缘导线218被示出为在燃料箱102的腔体220内具有磨损226。磨损226已磨掉了导线绝缘材料224的一部分，从而使内部导线222的一部分暴露于燃料箱102的腔体220。内部导线222与第一开关204和第二开关206电串联；此外，内部导线222还经由信号路径228与电流传感器202电串联。绝缘导线218被示出为与飞机100的其它电气/电子部件电串联(分别经由第一开关204和第二开关206)，为了例示简单起见，这些部件被示出为第一负载230和第二负载232。在另一示例中，本领域普通技术人员将理解，绝缘导线218可仅在一点处进入燃料箱102并在腔体220内连接到箱102内部的某一位置处的负载230(例如，如果负载230是燃料量指示系统中的涂敷有电介质的电极)。在这种情况下，负载230可具有实际上无限的电阻，因此可省略开关204。因此，在此示例中，AWDS 104包括至少一个开关206。
在此示例中，燃料箱壁216被假设为导电的，但是将理解，燃料箱壁216也可由非导电复合材料构造而成(即，燃料箱102不导电)。在非导电燃料箱102的情况下，燃料箱102的内表面可包括一些导电材料(未示出)以允许与电极208导电。作为示例，导电材料可以是与“虎纹”类似的沿着燃料箱壁216的内表面沿着腔体220的内部延伸的导电带(例如，金属带)。这些带然后可与电极208电串联。这些带还将有助于消散导电燃料234中的任何电变化累积。
本领域普通技术人员将理解，电极208在导电燃料箱102的情况下可以是燃料箱壁216的一部分，或者可以是非导电燃料箱102中的导电材料的一部分。
本领域普通技术人员将理解，尽管为了易于例示，在此示例中仅示出了一条绝缘导线218，但是燃料箱102具有穿过燃料箱102的腔体220延伸的多条绝缘导线(未示出)。因此，将理解，AWDS 104可与穿过腔体220延伸的每一根单独的绝缘导线电串联，或者可存在与多条绝缘导线电串联的多个AWDS(未示出)。
在此示例中，电源200可以是直流(“DC”)电源(例如，电池)或交流(“AC”)电源。电流传感器202是或者包括被配置为测量电流的模块、装置、组件或电路，例如电流表(通常称为“安培计”)。电流传感器202可以是数字或模拟装置。作为示例，电流传感器202可包括阈值检测器，其检测绝缘导线218与电极208之间的电流是否在预定电流电平以上。通常，电流传感器202测量从电源200泄漏到绝缘导线218，穿过导电燃料234和燃料箱壁216到达电极208的电流。当该电流超过预定阈值时，绝缘导线218被识别为磨损。
本领域普通技术人员将理解，AWDS 104的或者与AWDS 104关联的电路、组件、模块和/或装置被描述为彼此电串联。在此文档中，电串联表示沿着单个电信号路径连接AWDS104的或者与AWDS 104关联的电路、组件、模块和/或装置，使得相同的电流流过AWDS 104的或者与AWDS 104关联的所有电路、组件、模块和/或装置。在此示例中，AWDS 104的闭合电路(从地210穿过信号路径212、电源200、信号路径214、电流传感器202、信号路径228和222、绝缘导线218、磨损226、经由燃料234的信号路径240、燃料箱壁216、电极208和信号路径212回到地210的信号路径)是串联电路，其中电流236穿过串联电路中的每一点并具有恒定的大小值。
在操作的示例中，AWDS 104作为检测绝缘导线218上的磨损226的方法的一部分操作。具体地，该方法包括利用浸没绝缘导线218的导电燃料234填充燃料箱102的腔体220，利用电源200在绝缘导线218上施加电压信号235，并且接收电极208上传递到电流传感器202的电流236。电流传感器202测量从磨损226处的内部导线222传递到与燃料箱壁216电串联的电极208的电流236的量。该电流236是由内部导线222暴露于导电燃料234导致的，导电燃料234在腔体220内经由物理接触与内表面238电串联。结果，内部导线222经由穿过导电燃料234的信号路径240与电极208电串联。
通常，在施加电压信号235之前，飞机100应该停机，以使得在测量电流236期间没有加速力(即，g力)或导电燃料234晃动将磨损226暴露于空气或改变绝缘导线218的电容。
在此示例中，电源200被配置为生成电压信号235，该电压信号235具有通常较小并且不大于燃料箱102的腔体220中电压最高的绝缘导线的操作电压的预定电压值。作为示例，电压信号235可为(例如)28伏或更小，其通常在空气中产生不超过大约20微焦耳能量的电弧放电。
导电燃料234通常是抗静电燃料，所述抗静电燃料是飞机燃料与电导率改进添加剂的燃料混合物。电导率改进添加剂通常被称为抗静电添加剂或静电消散添加剂，其增加飞机燃料(例如，喷气燃料)的电导率。例如，喷气燃料是大量不同的碳氢化合物的石油混合物并且通常具有大约一(1)个电导率单位(“CU”)至约20CU范围内的低电导率，其中1CU等于1微微西门子/米(1pS/M)(等于1×10-12欧姆-1米-1)。为了比较，去离子水的电导率约为1千万CU。用在导电燃料234中的抗静电添加剂的示例可以是由科罗拉多州恩格尔伍德的Innospec生产的450。结果，导电燃料234减小了点燃导电燃料234的可能性，因为其改进的导电性有助于消散由于雷击、加油期间的静电荷而累积的、或者来自导电燃料234穿过飞机100的燃料系统中的管道、软管、阀门或过滤器移动的任何静电荷。
本领域普通技术人员将理解，在此示例中，电源200的底部和电极208被设定到与地210电连接的地平面。因此，由电源200生成的电压信号235是具有以地平面(通过地210设定为零电压)为基准的大小的电压电位。因此，在此示例中，电流传感器202测量当(在导电燃料234内)存在导致电路路径在电源附近闭合的磨损226时从电源200牵拉的电流236的量，其中绝缘导线224、内部导线222在磨损处的开口部分、导电燃料234、燃料箱壁216和电极208的组合充当电源200上的阻抗负载。这假设了电流传感器202具有非常低的阻抗(通常是这种情况)。
如果电流236在预定值以上，则经由信号路径244与电流传感器202信号通信的电流传感器202或报警装置242可发送在绝缘导线224上存在故障的报警信号246。作为示例，电流传感器202或报警装置242可包括可被视觉检查的模拟计量器(analog gauge)、或者测量电流传感器202的输出并生成报警信号246的数字系统。在此示例中，由于电流传感器202所感测的电流236的量在预定值以上，所以故障指示在绝缘导线224上存在磨损226。报警信号246可以是模拟或数字信号。作为示例，所述预定值可被选择为当磨损226包括穿过约1毫米厚的导线绝缘材料224的、直径约为1毫米的孔时触发报警信号246。美国国防部标准STAN91-91要求军用喷气机使用足够的抗静电添加剂以得到电导率在50至600pS/m(50至600×10-12西门子/米)的范围内的燃料。在该电导率范围的下端，在所施加的电压信号235等于大约28伏的情况下，穿过磨损的电流236约为1.4×10-12安培，因此(在此示例中)所述预定值被选择为大约1.4×10-12安培。这一值在类似Intersil ISL28633的可商购单芯片仪表放大器的测量范围内。
在此示例中，利用足够的导电燃料234填充燃料箱102的腔体220以浸没绝缘导线218，因为绝缘导线218位于导电燃料234的燃料液位248下方。
本领域普通技术人员将理解，第一开关204和第二开关206用于将绝缘导线218与飞机的其余部分(即，第一负载230和第二负载232)隔离，以将AWDS 104的电路路径限制为包括电源200、电流传感器202、绝缘导线218、磨损226、导电燃料234、燃料箱壁216和电极208返回到电源200的电流路径。第一开关204和第二开关206可以是手动或数字开关。一旦AWDS 104完成其测试方法，第一开关204和第二开关206就被设定到闭合位置，以使得绝缘导线218可继续将第一负载230电连接到第二负载232以便于正常飞机100操作。
如果电源200是生成具有预定高频的AC电压信号235的AC电源，则第一开关204和第二开关206可被实现为被配置为阻挡AC电压信号235的两个扼流线圈。作为示例，预定频率可被选择为使会使泄漏电流240的测量复杂化的无功电流最小化。例如，所述预定频率可被选择为使得感抗(由2π、所述预定频率和绝缘导线218的每单位长度电感的乘积给出)与容抗(由2π、所述预定频率和绝缘导线218的每单位长度电容的乘积的倒数给出)相等且相反。在此示例中，内部导线222具有大约一(1)毫米的直径，并且导线绝缘材料224具有大约一的介电常数并且磁化率大约为一。因此，在接近5.4兆赫的频率下，内部导线222的感抗与容抗近似相等且相反。通常，内部导线222可具有大约等于一毫米或稍大的直径，并且导线绝缘材料224可具有大约等于一或稍大的介电常数，因此频率范围可在5.4兆赫的5倍内。
利用此方法，AWDS 104允许将磨损导线故障分类为飞机100的“标准维护”过程的一部分，而非作为潜在故障。这将通过减少燃料箱102的腔体220中的导线支架的数量来允许去除燃料箱102中的沉重且成本过高的保护层。然后可为飞机100安排标准维护。此外，AWDS 104可降低对燃料箱102的腔体220中的磨蚀(例如，磨损)导线的检查的频率或所需严格性，这将导致飞机100更经常地投入服务，从而降低检查的劳动力成本以及其它可能的成本。
在图3中，根据本发明示出了由AWDS 104执行的方法300的实现示例的流程图。该方法开始(302)并通过利用导电燃料234填充燃料箱102的腔体220来继续(304)，导电燃料234将一些或所有绝缘导线218浸没在燃料液位248下方。然后通过将第一开关204和第二开关206置于打开位置(导致开路)来将绝缘导线218与飞机100的其余部分隔离(306)并且将电压信号235施加(308)到绝缘导线218。在电极208处接收(310)与所施加的电压信号235对应的泄漏电流(即，电流236)，并且由电流传感器202测量(312)电流236的量。电流传感器202或报警系统242然后确定(314)绝缘导线218上是否存在磨损226。该确定基于包括确定所接收的电流236是否在预定电流电平以上。该方法然后结束(316)。
此外，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1.一种用于检测燃料箱中的绝缘导线上的磨损的磨损导线检测系统(“AWDS”)，该AWDS包括：在燃料箱上的电极；电源；以及与电源、绝缘导线和电极电串联的电流传感器，其中，电流传感器包括检测从绝缘导线到电极的电流的电路。
条款2.根据条款1所述的AWDS，其中，燃料箱包括导电燃料。
条款3.根据条款1所述的AWDS，其中，燃料箱包括燃料箱壁，并且其中，燃料箱壁是导电的并且电极与燃料箱壁电串联。
条款4.根据条款1所述的AWDS，其中，燃料箱包括燃料箱壁,其中，燃料箱是不导电的并且在燃料箱内沿着燃料箱壁的内表面包括导电材料，并且其中，电极与导电材料电串联。
条款5.根据条款4所述的AWDS，其中，导电材料是金属带。
条款6.根据条款1所述的AWDS，其中，电流传感器包括阈值检测器，该阈值检测器检测绝缘导线与电极之间的电流是否在预定电流电平以上。
条款7.根据条款1所述的AWDS，该AWDS还包括与绝缘导线电串联的至少一个开关，其中，所述至少一个开关将绝缘导线与燃料箱隔离。
条款8.根据条款7所述的AWDS，其中，电源是交流电源，并且其中，所述至少一个开关是扼流线圈。
条款9.一种飞机，该飞机包括：燃料箱；在燃料箱内的绝缘导线；以及用于检测燃料箱中的绝缘导线上的磨损的磨损导线检测系统(“AWDS”)，该AWDS包括在燃料箱上的电极、电源以及与电源、绝缘导线和电极电串联的电流传感器，其中，电流传感器包括检测从绝缘导线到电极的电流的电路。
条款10.根据条款9所述的飞机，其中，燃料箱包括导电燃料。
条款11.根据条款9所述的飞机，其中，燃料箱包括燃料箱壁，并且其中，燃料箱壁是导电的并且电极与燃料箱壁电串联。
条款12.根据条款9所述的飞机，其中，燃料箱包括燃料箱壁,其中，燃料箱是不导电的并且在燃料箱内沿着燃料箱壁的内表面包括导电材料，并且其中，电极与导电材料电串联。
条款13.根据条款9所述的飞机，其中，电流传感器包括阈值检测器，其检测绝缘导线与电极之间的电流是否在预定电流电平以上。
条款14.根据条款9所述的飞机，该飞机还包括与绝缘导线电串联的至少一个开关，其中，所述至少一个开关将绝缘导线与燃料箱隔离。
条款15.根据条款14所述的飞机，其中，电源是交流电源，并且其中，所述至少一个开关是扼流线圈。
条款16.一种用于检测飞机的燃料箱中的绝缘导线上的磨损的方法，该方法包括以下步骤：利用浸没绝缘导线的导电燃料来填充燃料箱；从电源在绝缘导线上施加电压信号；接收与燃料箱的燃料箱壁电串联的电极上的电流，其中，所接收的电流与电压信号对应；以及根据所接收的电流确定绝缘导线上是否存在磨损。
条款17.根据条款16所述的方法，其中，确定是否存在磨损的步骤包括确定所接收的电流是否在预定电流电平以上。
条款18.根据条款16所述的方法，该方法还包括将与绝缘导线电串联的至少一个开关切换到打开位置，其中，当所述至少一个开关处于打开位置时，所述至少一个开关将绝缘导线与燃料箱隔离。
条款19.根据条款18所述的方法，其中，施加电压信号的步骤包括施加具有预定频率的交流电压信号。
条款20.根据条款19所述的方法，其中，所述至少一个开关是扼流线圈。
将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的各种方面或细节可改变。其并非穷尽性的，并非将要求保护的发明限于所公开的精确形式。此外，以上描述仅是为了例示，而非为了限制。修改和变化可鉴于以上描述进行或者可从本发明的实践获得。权利要求及其等同物限定了本发明的范围。
所描绘的不同实现示例中的流程图和框图示出了例示性示例中的设备和方法的一些可能实现方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的各个方框可表示模块、片段、功能、操作或步骤的一部分及其一些组合。
在一些另选实现示例中，方框中提到的功能可不按附图中提到的顺序发生。例如，在一些情况下，根据所涉及的功能，连续示出的两个方框可基本上同时执行，或者方框有时可按照相反的顺序执行。另外，除了流程图或框图中所示的方框之外，还可添加其它方框。
不同实现示例的描述出于例示和描述的目的而呈现，并非旨在为穷尽性的或限于所公开形式的示例。对于本领域普通技术人员而言，许多修改和变化将是显而易见的。此外，与其它可取的示例相比，不同的实现示例可提供不同的特征。所选择的示例被选择和描述以便最佳地说明示例的原理、实际应用并且使本领域普通技术人员能够理解本公开的各种示例以及适合于可以想到的特定用途的各种修改。
Claims (13)
1.一种用于检测燃料箱(102)中的绝缘导线(218)上的磨损(226)的磨损导线检测系统AWDS(104)，该AWDS(104)包括：
电极(208)，其在所述燃料箱(102)上；
电源(200)；以及
电流传感器(202)，其与所述电源(200)、所述绝缘导线(218)和所述电极(208)电串联，其中，所述电流传感器(202)包括检测从所述绝缘导线(218)到所述电极(208)的电流(236)的电路。
2.根据权利要求1所述的AWDS(104)，其中，所述燃料箱(102)包括导电燃料(234)。
3.根据权利要求1所述的AWDS(104)，
其中，所述燃料箱(102)包括燃料箱壁(216)，并且
其中，所述燃料箱壁(216)是导电的并且所述电极(208)与所述燃料箱壁(216)电串联。
4.根据权利要求1所述的AWDS(104)，
其中，所述燃料箱(102)包括燃料箱壁(216)，
其中，所述燃料箱(102)是不导电的，并且在所述燃料箱(102)内沿着所述燃料箱壁(216)的内表面(238)包括导电材料，并且
其中，所述电极(208)与所述导电材料电串联。
5.根据权利要求4所述的AWDS(104)，其中，所述导电材料是金属带。
6.根据权利要求1所述的AWDS(104)，其中，所述电流传感器(202)包括阈值检测器，该阈值检测器检测所述绝缘导线(218)与所述电极(208)之间的电流(236)是否在预定电流电平以上。
7.根据权利要求1所述的AWDS(104)，该AWDS(104)还包括与所述绝缘导线(218)电串联的至少一个开关(206)，其中，所述至少一个开关(206)将所述绝缘导线(218)与所述燃料箱(102)隔离。
8.根据权利要求7所述的AWDS(104)，
其中，所述电源(200)是交流电源，并且
其中，所述至少一个开关(206)是扼流线圈。
9.一种用于检测飞机(100)的燃料箱(102)中的绝缘导线(218)上的磨损(226)的方法(300)，该方法(300)包括以下步骤：
利用浸没所述绝缘导线(218)的导电燃料(234)来填充(304)所述燃料箱(102)；
从电源(200)在所述绝缘导线(218)上施加(308)电压信号(235)；
接收(310)与所述燃料箱(102)的燃料箱壁(216)电串联的电极(208)上的电流(236)，其中，所接收的电流(236)与所述电压信号(235)对应；以及
根据所接收的电流(236)确定(314)所述绝缘导线(218)上是否存在所述磨损(226)。
10.根据权利要求9所述的方法(300)，其中，确定(314)是否存在所述磨损的步骤包括确定所接收的电流是否在预定电流电平以上。
11.根据权利要求9所述的方法(300)，该方法(300)还包括以下步骤：
将与所述绝缘导线(218)电串联的至少一个开关(206)切换到打开位置，其中，当所述至少一个开关(206)处于所述打开位置时，所述至少一个开关(206)将所述绝缘导线(218)与所述燃料箱(102)隔离。
12.根据权利要求11所述的方法(300)，其中，施加电压信号(235)的步骤包括施加具有预定频率的交流电压信号(235)。
13.根据权利要求12所述的方法(300)，其中，所述至少一个开关(206)是扼流线圈。
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