CN110494637A - 用于根据部件健康状况调整操作参数的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于基于机器的部件的操作状态来调整机器的操作参数的系统和方法。一种方法可以由机器的电子控制单元(ECU)实施，并且包括确定机器的性能已经下降。该方法还包括：选择对操作参数的预定调整，其中所选择的预定调整减小部件的操作状态对机器的性能的影响；使用所选择的对操作参数的预定调整来操作机器。

Description

用于根据部件健康状况调整操作参数的方法和系统
关于联邦政府资助的研究与开发的声明
本发明是在美国联邦航空管理局(FAA)授予的合同号DTWAFA-10-C-00046的政府支持下完成的。美国政府可拥有本发明的某些权利。
技术领域
本公开的领域大体涉及机械操作参数，并且更具体地，涉及一种用于基于机器健康状况来调整机器的一个或多个操作参数的方法和系统。
背景技术
在至少一些已知的机械系统中，某些机械部件被设计和操作为适应“最坏情况”的状况。例如，至少一些已知机械系统的旋转部件(例如，压缩机，涡轮)和冷却系统被构造为在最高温度状况下起作用。然而，在其他状况下以这种构造操作可能会导致例如燃料燃烧和/或机械性能效率低下。因此，利用增加的计算能力来监视一个或多个机械部件的实际操作状况，以基于实际操作状况来修改一个或多个机械部件的操作参数，以改善其性能和/或效率将是有益的。
发明内容
在一方面，提供了一种用于基于机器的部件的操作状态来调整机器的操作参数的方法。该方法包括确定机器的性能已经随着时间下降。该方法还包括：选择对操作参数的预定调整，其中所选择的预定调整减小部件的操作状态对机器的性能的影响；使用所选择的对操作参数的预定调整来操作机器。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，该方法还包括识别已经导致性能下降的机器的部件。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，识别已经导致性能下降的机器的部件包括实施机器的至少一部分的模型，该模型对机器的预期性能进行建模，并将实际性能与预期性能进行比较。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，实施模型包括使用来自至少一个传感器的传感器数据来确定实际性能，该至少一个传感器与已经导致性能下降的机器的部件相关联
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，该方法还包括识别机器的操作参数，该机器的操作参数与所识别的部件的操作相关联。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，该方法还包括确认机器的部件的操作状态。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，确认部件的操作状态包括执行检查以确认部件的操作状态。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，选择对操作参数的预定调整包括确定对操作参数的总调整，该总调整被估计为恢复下降的性能的至少一部分，以及自动对操作参数实施小于所确定的调整的第一调整。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，该方法还包括对操作参数手动实施第二调整，使得第一调整和第二调整近似于所确定的总调整。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，该方法还包括手动实施所选择的对操作参数的预定调整。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，手动实施所选择的预定调整包括调整一个或多个机器构造引脚的位置。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，使用所选择的对操作参数的预定调整来操作机器包括增加到部件的冷却流的量。
在另一方面，提供了一种基于发动机的部件的操作状态来调整发动机的操作参数的电子控制单元(ECU)。ECU包括存储器和处理器，处理器与存储器通信。处理器被编程为确定发动机的性能已经下降，选择对操作参数的预定调整，其中所选择的预定调整减小部件的操作状态对发动机的性能的影响，以及使用所选择的对操作参数的预定调整来操作发动机。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，处理器还被编程为识别已经导致性能下降的发动机的部件。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，处理器还被编程为实施发动机的至少一部分的模型以识别已经导致性能下降的发动机的部件，其中该模型对发动机的预期性能建模，并将实际性能与预期性能进行比较。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，ECU被通信地联接到发动机的冷却系统，并且处理器进一步被编程为选择到发动机的所识别的部件的增加量的冷却流，并将增加量的冷却流实施到所识别的部件。
在另一方面，提供了一种涡轮风扇发动机。涡轮风扇发动机包括核心涡轮发动机和电子控制单元(ECU)，核心涡轮发动机包括多级压缩机，压缩机由高压涡轮提供动力，高压涡轮由核心涡轮发动机中产生的气体驱动。ECU包括存储器和处理器，处理器与存储器通信。处理器被编程为：确定核心涡轮发动机的性能已经下降；选择对在非初始操作状态下操作的所述核心涡轮发动机的部件的操作参数的预定调整，其中所选择的预定调整减小部件的操作状态对所述核心涡轮发动机的性能的影响；使用所选择的对操作参数的预定调整来操作核心涡轮发动机。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，该处理器还被编程为识别已经导致性能下降的所述核心涡轮发动机的部件。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，处理器还被编程为实施所述核心涡轮发动机的至少一部分的模型，以识别已经导致性能下降的所述核心涡轮发动机的部件，其中该模型对所述核心涡轮发动机的预期性能进行建模，并将实际性能与预期性能进行比较。
在本公开的一个方面，其可以包括前述和/或以下示例和方面中的任一个的主题的至少一部分，涡轮风扇发动机还包括冷却系统，该冷却系统构造成向涡轮风扇发动机的一个或多个部件提供冷却流。处理器还被编程为选择到机器的所识别的部件的增加量的冷却流，并将增加量的冷却流实施到所识别的部件。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点，其中在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：
图1是根据本公开的示例实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意图；
图2是包括具有数据输入插头的FADEC的图1中所示的发动机的一部分的放大立体图；
图3是图2中所示的数据输入插头的立体图；
图4示出了处于第一位置的图3中所示的数据输入插头的一组构造引脚(pin)；
图5示出了处于第二位置的图4中所示的该组构造引脚；
图6是图1中所示的发动机的示例性电子控制单元(ECU)的示意图；
图7是示出使用图6中所示的ECU的发动机部件的排气温度(EGT)的变化的曲线图；和
图8是用于基于机器部件的操作状态来调整机器部件的操作参数的示例性方法的流程图。
除非另外指出，否则本文提供的附图旨在说明本公开的实施例的特征。相信这些特征可应用于包括本公开的一个或多个实施例的多种系统中。这样，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的用于实践本文所公开的实施例所需的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求中，将参考多个术语，这些术语应被限定为具有以下含义。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一种”和“该”包括复数指代。“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能会或可能不会发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件没有发生的实例。如本文所使用的，术语“轴向”和“轴向地”是指基本上平行于发动机的中心线延伸的方向和取向。此外，术语“径向”和“径向地”是指基本上垂直于发动机的中心线延伸的方向和取向。另外，如本文中所使用的，术语“周向”和“周向地”是指围绕发动机的中心线弧形地延伸的方向和取向。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言可以应用于修改可允许变化的任何定量表示，而不会导致与之相关的基本功能的变化。因此，由诸如“约”，“大约”和“基本上”的术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可以被组合和/或互换；除非上下文或语言另有说明，否则这些范围将被标识并包括其中包含的所有子范围。
本文描述的系统的实施例提供了一种成本有效的方法，用于建模和监视实际机器性能，以便识别在非初始操作状态下操作的一个或多个机器部件。如本文所使用的，“非初始”操作状态通常是指不同于初始操作状态的操作状态。非初始操作状态可以与初始操作状态充分地不同以引起性能下降，并且可以在围绕初始操作状态的操作的阈值范围之外。系统可以使用存储的机器性能数据来建模和监视机器性能。在一些实施例中，该机器是用于飞行器的发动机，并且该系统可以包括基于地面的系统和/或可以包括飞行器系统，该基于地面的系统使用存储的发动机数据来建模和监视发动机性能，该飞行器系统包括被构造为建模和监视发动机性能的电子控制单元(ECU)。手动地和/或自动地确认一个或多个机器部件的操作状态(即非初始操作状态)。该系统使用与部件操作状态相关联的信息来调整，并且使用一个或多个部件的一个或多个操作参数来补偿非初始操作状态，以改善部件的性能并延长其操作寿命。因此，本文所述的系统有助于增加机器的效率和操作寿命，例如发动机的效率和翼上时间(time-on-wing)，因为该部件可以在更长的时间段内更有效地操作。本文描述的方法可以在多种发动机类型(包括飞行器发动机，用于发电的基于地面的涡轮发动机，和/或任何其他发动机类型)上实施。此外，本文描述的方法可以在基本上任何机器上实施，并且不限于在发动机中使用。
图1是根据本公开的示例性实施例的机器100的示意性横截面视图。尽管所示实施例包括体现为发动机102的机器100，但应理解，机器100不限于发动机102。在示例实施例中，发动机102更具体地体现为高旁路涡轮风扇喷气发动机。如图1所示，发动机102限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向轴线202延伸)和径向方向R。通常，发动机102包括风扇组件204和布置在风扇组件204下游的核心涡轮发动机206。在示例实施例中，核心涡轮发动机206包括发动机壳体208，该发动机壳体208至少部分地围绕多个部件210，其在本文中也可以称为“发动机部件”和/或“机器部件”。具体地，发动机壳体208以串行流动关系围绕：压缩机区段220，其包括增压器或低压(LP)压缩机222和高压(HP)压缩机224；燃烧器226；涡轮区段227，其包括高压(HP)涡轮228和低压(LP)涡轮230；喷射排气喷嘴区段232。换句话说，部件210可包括但不限于LP压缩机222，HP压缩机224，燃烧器226，HP涡轮228和LP涡轮230。压缩机区段220，燃烧器226，涡轮区段227和喷射排气喷嘴区段232共同限定核心空气流动路径237。
风扇组件204包括风扇238，以及环形风扇壳体或外机舱250，该环形风扇壳体或外机舱周向围绕风扇238和/或核心涡轮发动机206的至少一部分。部件210可进一步包括风扇238。机舱250的下游区段254可在核心涡轮发动机206的外部分上延伸，以便在其间限定旁路管道256。
在发动机102的运行期间，一定量的空气258通过入口260进入发动机102。当一定量的空气258穿过风扇组件204时，一定量的空气258的旁路部分262被引导或导向到旁路管道256中，并且一定量的空气258的核心发动机部分264被引导或导向到核心空气流动路径237中，或更具体地讲，到LP压缩机222中。当核心发动机部分264被导向通过高压(HP)压缩机224并进入燃烧器226时，核心发动机部分264的压力增加，在燃烧器226中其与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体266。燃烧气体266被导向通过HP涡轮228和/或LP涡轮230，其中提取来自燃烧气体266的热能和/或动能以驱动LP压缩机222，HP压缩机224和/或风扇238的旋转。燃烧气体266随后被导向通过核心涡轮发动机206的喷射排气喷嘴区段232以提供推进推力。
在所示的实施例中，机舱250的径向向内的中空隔室280在其中容纳一个或多个机械或电子部件210。更具体地，中空隔室280容纳部件210，部件210包括冷却系统282以及全权限数字发动机控制(FADEC)284。冷却系统282包括至少一个冷却气流源，例如定位在中空隔室280内的至少一个冷却风扇286，其构造成将冷却气流输送到HP涡轮228，LP涡轮230，LP压缩机222，HP压缩机224，和/或发动机102中的任何其他部件210中的至少一个。FADEC 284通过有线或无线连接而联接，与发动机102的一个或多个子系统或部件210和冷却系统282连通，以控制发动机102和冷却系统282的操作，这将在下面更详细地说明。
图中仅以示例的方式描绘了发动机102，并且在其他示例性实施例中，发动机102可以具有任何其他合适的构造，包括例如涡轮螺旋桨发动机，军用发动机，基于地面的发电涡轮发动机，以及船用或陆基航空衍生发动机。
图2是与FADEC 284(图1所示)通信的压力子系统300的立体图。压力子系统300可以容纳在中空隔室280(也显示在图1中)中，或者可以相对于发动机102位于其他位置。在所示的实施例中，压力子系统300包括数据输入插头302，该数据输入插头302可以用于将发动机102(图1所示)的部件210的操作状态的变化通信到FADEC 284。
图3是数据输入插头302的立体图，该数据输入插头302包括外壳304和数据输入插头盖306。如图3所示，数据输入插头盖306的移除使得能够接近数据输入插头302的内部308，从而能够接近容纳在其中的多个构造引脚310。尽管被描述为体现在引脚中，但是构造引脚310广泛地包括引脚，跳线，开关和/或允许用户或控制系统手动或自动选择调整操作参数的任何其他元件。构造引脚310被操纵(例如，推入和/或拉出)以控制在示例性实施例中体现为发动机102(图1所示)的机器100的一个或多个操作参数。更具体地，每个构造引脚310被编号，并且构造引脚310的位置(例如，被推入或拉出)表示二进制指示器。重新定位特定的一组构造引脚310将部件210(如图1所示)的一个或多个操作状态的变化通信到FADEC284。FADEC 284解释该状态变化并作为响应来调整发动机102的一个或多个操作参数。
图4和5示出了一种使用数据输入插头302来改变或选择发动机102(图1所示)的操作参数的预定调整的特定实施方式。特别地，图4示出了处于第一位置314的一组312构造引脚310，并且图5示出了处于第二位置316的一组312构造引脚310。在所示的实施例中，处于第一位置314的一组312中的每个构造引脚310与FADEC 284通信，发动机102的旋转部件210(例如HP涡轮228)处于第一，初始或未劣化的操作状态。在所示的实施例中，如下表1所示，在第一位置314推入标记为“27”的第一构造引脚，在第一位置314拉出标记为“36”的第二构造引脚。将FADEC 284编程为识别出在第一位置314具有引脚“27”和“36”指示HP涡轮228处于初始操作状态或默认状态。FADEC 284通过控制发动机102的操作参数(例如由冷却系统282提供的冷却流)来响应HP涡轮228的该操作状态。更特别地，FADEC 284控制冷却系统282以提供预定量的冷却，使得HP涡轮228在HP涡轮228的叶片周围具有预定间隙。
如本文进一步所述(和/或在一定的翼上时间之后)，响应于HP涡轮228劣化的一个或多个指示器，技术人员确认HP涡轮228在非初始操作状态(例如，劣化的操作状态)下操作。例如，技术人员可以诸如通过使用管道镜(未示出)来执行检查，以查看HP涡轮228的叶片的状态。在一个实例中，如果HP涡轮228的叶片周围有大于10密耳的间隙，则认为HP涡轮228在非初始操作状态下操作。应当理解，在替代实施例中，用于确认某些操作状态(例如非初始操作状态)的间隙阈值可以大于或小于10密耳。
此后，技术人员选择对操作参数(例如，由冷却系统282提供的冷却流)的预定调整，该预定调整会减小在非初始操作状态下操作HP涡轮228的影响。在一个实施例中，技术人员将组312中的每个构造引脚310操纵到第二位置316。在此特定实施例中，如表1所示，在第二位置316拉出引脚“27”，并且在第二位置316推入引脚“36”。一旦组312中的两个构造引脚310都转变到第二位置316，则FADEC 284编程为将该变化解释为HP涡轮228的操作状态(特别是非初始操作状态)的变化。FADEC 284根据技术人员选择的预定调整通过操作发动机102来响应HP涡轮228的这种操作状态。具体地，FADEC 284控制冷却系统282以提供增加的冷却量以减小HP涡轮228的涡轮叶片周围的间隙，从而提高HP涡轮228的燃料效率并增加其操作寿命。因此，数据输入插头302被构造为使得能够手动选择对操作参数(在这种情况下为冷却流)的预定调整，使得所选择的预定调整减小了在非初始操作状态下操作部件210(在这种情况下为HP涡轮228)对机器100的性能的影响。
表1–HPT操作状态
在各种其他实施例中，可以使用替代方法将部件210的操作状态变化和/或响应于那些操作状态变化对操作参数的预定调整通信到FADEC 284。例如，代替构造引脚310和/或除了构造引脚310之外，数据输入插头302可以包括一个或多个可熔链路(未示出)。作为另一示例，替代的电子或机电装置可以与FADEC 284无线或有线通信，以促进调整一个或多个部件210的操作参数。因此，本文示出的特定实施例应被理解为非限制性的。
图6是机器100(例如，图1所示的发动机102)的示例性电子控制单元(ECU)400的示意图。在示例实施例中，ECU 400与FADEC 284集成在一起。因此，在将动作描述为使用FADEC284执行的情况下，可以使用ECU 400实施这种动作。在另一个实施例中，ECU 400与FADEC284分离并且与FADEC 284通信。在又一个实施例中，ECU 400是基于地面的系统，其使用从飞行器或飞行器发动机(例如，图1中所示的发动机102)或任何其他机器100下载的数据来执行本文所述的各种功能。ECU 400被构造为监视机器100的操作状况，以检测机器100的性能何时下降，这可能归因于在非初始(例如，劣化)状态下操作的机器100的部件210中的一个。在所示的实施例中，ECU 400包括处理器402和存储器404，并且与至少一个传感器406以及机器参数源410(例如，机器参数为诸如飞行阶段数据，高度，马赫数和/或引气数据的飞行器参数)通信。在一些实施例中，传感器406包括遍及机器100定位的一个或多个温度和/或压力传感器。例如，发动机102的传感器406可包括在风扇238，HP压缩机224，HP涡轮228，LP涡轮230，和/或发动机102的任何其他部件210之一中的和/或附近的传感器406。在一个特定实施例中，传感器406是温度传感器，其被构造为测量并输出HP涡轮228的排气温度(EGT)。
ECU 400还包括通信接口408，使得ECU 400能够与远程装置(诸如传感器406和一个或多个机器控制系统或其他机器参数源410(例如，飞行器参数源))通信。通信接口408可以包括例如与网络一起使用的有线或无线网络适配器或无线数据收发器。例如，通信接口408可以与飞行器控制系统或其他机器参数源410进行有线或无线通信，并且可以从其接收信号(例如，请求，指令，值)。
处理器402被构造为执行计算机可读指令(例如，存储在存储器404中)以实施健康状况评估模块412。健康状况评估模块412被构造为处理来自传感器406的传感器数据和/或来自机器参数源410的机器参数，以估计在其寿命期间机器100的各种部件210(例如发动机102的HP涡轮228，LP涡轮230，LP压缩机222，HP压缩机224和/或风扇238)的健康状况。应当理解，健康状况评估模块412也可以被构造为监视发动机102的其他部件210的健康状况。在一个实施例中，健康状况评估模块412包括模型414，模型414包括跟踪过滤器415或以其它方式与跟踪过滤器415通信。在一个实施例中，模型414是发动机102的模型，其根据飞行阶段，发动机年限，翼上时间和/或其他参数对期望的发动机性能(例如，发动机状况和飞行器参数)建模。在替代实施例中，模型414是机器100的任何适当模型，其对与机器100相关联的任何适当的预期操作状况和参数建模。概括地说，跟踪过滤器415是一种参数估计算法，用于根据如使用来自传感器406的传感器数据和/或来自机器参数源410的参数所确定的实际机器特性来调整或校准模型414。换句话说，跟踪过滤器415识别模型414与实际机器状况之间的差异，并相应地调整模型414。健康状况评估模块412构造为监视这些差异，作为对机器100的一个或多个部件210的健康状况的估计。
在示例实施例中，健康状况评估模块412被构造为监视多个操作参数以确定发动机102的性能是否降低和/或发动机102的一个或多个部件210是否在非初始操作状态下操作。例如，健康状况评估模块412监视HP涡轮228的EGT和/或EGT范围，发动机102的一个或多个部件210的效率(例如HP涡轮228的效率)，和/或一个或多个飞行阶段期间发动机102的燃料流(例如，巡航燃料流)。健康状况评估模块412还被构造为识别在非初始操作状态下操作并导致性能劣化的一个或多个部件210。在一个特定实施例中，健康状况评估模块412使用模型414来识别在非初始操作状态下操作和/或是发动机102的性能劣化的源的发动机102的一个或多个部件210。继续以上示例，当EGT范围下降到预定阈值以下，当部件效率下降到预定阈值以下，和/或发动机燃料流超过预定阈值时，健康状况评估模块412确定发动机102的一个或多个部件210在非初始操作状态下操作，并识别哪些部件210在非初始操作状态下操作。在至少一些实施例中，健康状况评估模块412检测发动机102的部件210的非初始操作状态，并且使用一种或多种手动检查技术(例如，使用管道镜)来确认操作状态。这种手动确认有助于提高健康状况评估模块412的准确性或置信度。引入手动确认步骤还有助于例如经由数据输入插头302(图2所示)中的构造引脚设定来输入参数，这可以由ECU 400来解释。
在一些实施例中，来自健康状况评估模块412的输出可以存储在学习模块416中和/或从学习模块416中检索到以用于校准目的(例如，模型414和/或其他飞行器系统(未在图6中示出)的校准)。
处理器402还包括控制模块418，该控制模块418被构造为解释来自健康状况评估模块412的输出以调整在非初始操作状态下操作的发动机102的一个或多个部件210的操作参数420。附加地或替代地，控制模块418解释手动输入的参数，例如经由数据输入插头302中的构造引脚设定输入的那些，以调整操作参数420。
在示例实施例中，控制模块418被构造为响应于确定的发动机102的性能劣化而从对发动机102的操作参数420的一个或多个预定调整中选择以实施。在一些实施例中，选择对操作参数420的预定调整包括识别与在非初始操作状态下操作的部件210的操作相关联的操作参数420。在一些实施例中，选择对操作参数420的预定调整包括选择提供对发动机102的多个操作参数420的预定调整的一组多个操作参数420。操作参数420可以包括例如冷却流，操作速度，到部件210的燃料流，到部件210的油流(压力和/或体积)，电气特性(例如施加的电流)，部件操作的时间，和/或位置。基于部件210的操作状态对任何部件210的操作参数420的调整可以被预先编程到ECU 400和/或FADEC 284中，可以在机器100的操作手册中提供，和/或可以以其它方式预先确定。
在一个特定实施例中，控制模块418被构造为调整冷却系统282的操作参数420，使得在非初始操作状态下操作的部件210的冷却增加。因此，控制模块418被构造为使得能够自动选择对操作参数420(在这种情况下为冷却流)的预定调整，使得所选择的预定调整减小了在非初始操作状态下操作的部件210对机器100(在这种情况下为发动机102)的性能的影响。增加的冷却有助于减小劣化的部件210中的间隙，从而提高部件210的燃料效率和/或增加其寿命。在一个示例实施例中，减小旋转部件210(例如，HP涡轮228，LP涡轮230，HP压缩机224)中的间隙可以有助于恢复约10℃的热天起飞EGT范围，并且使发动机中的燃料燃烧减少1％。
图7示出了使用ECU 400来建模部件操作状态并随后指导修改操作参数的EGT 452的变化的曲线图450。在不实施如本文所述的ECU 400的情况下，HP涡轮228的EGT在第一数量循环456或第一翼上时间量之后达到EGT操作限制454。使用ECU 400监视EGT，监视HP涡轮228的操作状态或健康状况。因此，在HP涡轮228的操作寿命期间至少一次实施了(例如，使用数据输入插头302手动地，和/或如本文所述的自动地)HP涡轮228的叶片周围的间隙的减小。HP涡轮228的EGT减小，并且HP涡轮228的翼上时间增加。更具体地，HP涡轮228在第二，更大数量循环458之后达到EGT操作限制454。
如使用曲线图450所示，部件210的健康状况(例如，HP涡轮228的操作状态)可能不是二进制值(例如，未劣化与劣化)，而是可能具有附加值。在这样的实施例中，本文描述的方法和系统可以被多次使用以增加在非初始操作状态下操作的部件210的冷却。在至少一些替代实施例中，ECU 400可以被构造为逐渐实施对部件210增加冷却，以随着时间有助于本文所述的减小间隙和改善部件效率。在这样的替代实施例中，例如，模型414可以确定部件操作状态的增量变化，并且控制模块418可以在冷却系统282的操作参数420中实施相应的增量变化。附加地或替代地，控制模块418可以确定对操作参数420的总调整，其被估计为恢复发动机102的劣化的性能的至少一部分，例如冷却的总增加以提供给HP涡轮228以减小HP涡轮228的叶片周围的间隙。控制模块418可以进一步被构造为对操作参数420实施小于总调整的变化，例如，以减小叶片摩擦的可能性。在这样的实施例中，控制模块418可以将总调整分为要在一段时间内执行的多个增量，例如，分为合起来近似于总调整的第一调整和第二调整。附加地或替代地，如上所述，控制模块418可以自动对操作参数420实施小于所确定的调整的第一调整，并且可以手动对操作参数420实施第二调整，使得第一调整和第二调整合起来近似于确定的总调整。替代地，控制模块418可以仅实施总调整的一部分。
在一个实施例中，翼上时间的增加取决于10密耳间隙的恢复(与约10℃的热天起飞EGT范围相关联)。因此，翼上时间的较大增加可以与间隙的较大恢复距离相关联，和/或翼上时间的较小增加可以与间隙的减小的恢复距离相关联。此外，在一个示例实施例中，在部件102的中晚寿命期阶段在发动机102的部件210中实施间隙的减小。在这样的实施例中，部件210中很可能已经发生了显著的劣化或操作状态的变化。因此，减小了间隙闭合之后叶片摩擦的可能性。
在一个实施例中，在确定一个或多个部件210在非初始操作状态下操作时，ECU400设置可以使用数据输入插头302清除的故障。具体地，如上所述，更新数据输入插头302中的构造引脚310的构造，使FADEC 284和/或ECU 400更新在非初始操作状态下操作的部件210的操作参数420。在一个特定示例中，冷却系统282的操作参数420被更新以减小在非初始操作状态下操作的HP涡轮228的涡轮间隙。
图8描绘了用于基于操作状态部件210来调整机器100的操作参数的方法800的一个特定实施例的流程图。方法800的一个或多个步骤可以使用机器100的一个或多个自动控制系统，例如FADEC 284(图1所示)和/或飞行器系统的电子控制单元(ECU)400(图6所示)，来实施。附加地或替代地，方法800的一个或多个步骤可以使用与飞行器系统通信的基于地面的系统来实施，该基于地面的系统使用从飞行器系统下载的数据。
在所示的实施例中，方法800包括在802处确定机器100的部件210在非初始操作状态下操作。在某些实施例中，部件210是机器100的旋转部件。部件210可包括但不限于HP涡轮228，LP涡轮230，风扇238，HP压缩机224和/或发动机102的任何其他部件210(均在图1中示出)。在一些实施例中，在802处确定是分析地执行的，如关于图6所述。在其他实施例中，在802处确定是手动执行的，例如通过定期检查部件210。例如，发动机技术人员可以定期检查HP涡轮228，以确定在802处HP涡轮228是否在非初始操作状态(例如，在劣化的操作状态)下操作。
方法800还包括在804处确认在步骤802中确定的部件210的操作状态。在一些实施例(例如其中在802处确定是使用ECU 400(或使用下载的数据的基于地面的系统)分析地执行的那些实施例)中，ECU 400可以传输警报，通知发动机技术人员以在804处确认部件210是否在非初始操作状态下操作。例如，可以经由手动检查(例如，使用管道镜)来完成确认。如果部件210在初始状态下操作(例如，未劣化)，则发动机技术人员可使得在806处更新模型414(和/或用于在802处分析地确定劣化的任何其他系统)。例如，发动机技术人员可以通知工程师可以更新模型414，或者发动机技术员可以向ECU400传达指示部件210在初始状态下操作的消息。如果部件210在非初始状态下操作，则发动机技术人员仍可以使得在806处通过在804处肯定地确认操作状态来更新模型414。由于模型414是在802处的确定-804处的确认-806处的更新处理的几次迭代中完善的，因此在804处的确认最终可以被省略。
方法800进一步包括在808处将部件210的操作状态(例如，在步骤804中的肯定确认之后)通信到ECU 400。如本文所述，在示例实施例中，在808处的通信可以包括在数据输入插头302中设定构造引脚310(相对于图2-5示出和描述)。在一个替代实施例中，在808处的通信可以包括将值输入到通信地联接到ECU 400的电子接口中，其中，该值被预设，以在808处将部件210的变化的操作状态通信到ECU 400。如上所述，响应于在808处的通信，ECU400可以选择对部件210的一个或多个操作参数420(图6所示)的调整。在一些实施例中，由于模型414在802处的确定-804处的确认-806处的更新-808处的通信处理的几次迭代中被完善，在808处的通信最终可以被省略。换句话说，一旦模型414被充分完善，则ECU 400可以自动调整操作参数420。
在所示的实施例中，方法800包括在810处调整到在非初始操作状态下操作的部件210的冷却流。具体地，在810处调整包括增加到部件210的冷却流。例如，ECU 400使冷却系统282(图1所示)增加到在非初始操作状态下操作的HP涡轮228的冷却流。增加的冷却流减小了HP涡轮228的叶片周围的间隙，从而增加了HP涡轮228的翼上时间并由此减少了燃料燃烧。
可以设想，在不脱离本公开的范围的情况下，可以将手动和/或自动步骤的各种组合实现为方法800的一部分。另外，应当理解，本文公开的系统和方法可应用于除HP涡轮228之外的发动机和/或机器的部件210。例如，ECU 400可以构造成控制冷却系统282以向发动机102的任何旋转系统提供附加的冷却，以便减小其叶片周围的间隙。而且，本发明同样适用于飞行器发动机以外的机械中的旋转部件210及其操作参数。
上述系统提供了一种用于基于机器的部件的操作状态来调整机器的操作参数的有效方法。具体地，上述系统包括电子控制单元(ECU)，该电子控制单元(ECU)被构造为监视(例如，使用传感器)部件的健康并对部件的健康状况建模。在确定部件在非初始操作状态下操作时，ECU使用手动和自动方式中的一种或多种指导机器的操作参数(例如，通过冷却系统到部件的附加冷却流)的变化的实施方式。因此，调整部件的操作参数以有助于改善部件的效率和/或性能。另外，可以增加部件的操作寿命，降低操作机器的成本。
方法，系统和设备的示例性技术效果可以通过执行以下步骤中的至少一个来实施：(a)确定机器的性能已经下降；(b)选择对操作参数的预定调整，其中选择的预定调整减小了部件劣化对机器性能的影响；(c)使用对操作参数选择的预定调整来操作机器。方法，系统和设备的示例性技术效果可以通过执行以下步骤中的至少一个来附加地或替代地实施：(d)确定发动机的部件在非初始操作状态下操作；(e)确认部件的操作状态；(f)将确认的操作状态通信到发动机的电子控制单元；(g)调整到部件的冷却流。
本文所述的方法，系统和设备的示例性技术效果包括以下中的至少一项：(a)改善在非初始操作状态下操作的机械部件(例如，劣化的机械部件)的效率和/或性能；(b)改善与在非初始操作状态下操作的机械部件一起操作的整个机器的效率和/或性能；(c)延长机械部件的操作寿命；(d)通过延长其部件的寿命来降低整个机器的成本。
上面详细描述了用于基于机器的部件的操作状态来调整机器的操作参数的方法和系统的示例性实施例。方法和系统不限于本文描述的特定实施例，而是，系统的部件和/或方法的步骤可以与本文描述的其他部件和/或步骤独立地且分开地使用。此外，可以结合许多其他机械应用(包括当前构造为使用冷却系统来影响旋转机械部件的间隙的那些)来实施和利用实施例。例如，该方法和系统也可以与包括旋转部件的其他机器结合使用，该旋转部件随着时间劣化或改变操作状态，并且将从调整操作参数以补偿操作状态的变化中受益。
尽管可以在一些附图中而不在其他附图中示出本公开的各个实施例的特定特征，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，可以结合任何其他附图的任何特征来参考和/或要求保护附图的任何特征。
该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的实施例，并且还使本领域技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于基于机器的部件的操作状态来调整所述机器的操作参数的方法，其特征在于，所述方法包括：
确定所述机器的性能已随时间下降；
选择对所述操作参数的预定调整，其中所选择的预定调整减小所述部件的所述操作状态对所述机器的所述性能的影响；和
使用所选择的对所述操作参数的预定调整来操作所述机器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括识别已经导致性能下降的所述机器的所述部件。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中识别已经导致性能下降的所述机器的所述部件包括实施所述机器的至少一部分的模型，所述模型对所述机器的预期性能进行建模，并将实际性能与所述预期性能进行比较。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中实施所述模型包括使用来自至少一个传感器的传感器数据来确定所述实际性能，所述至少一个传感器与已经导致所述性能下降的所述机器的所述部件相关联。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括识别所述机器的所述操作参数，所述机器的所述操作参数与所识别的部件的操作相关联。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括确认所述机器的所述部件的所述操作状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中确认所述部件的所述操作状态包括执行检查以确认所述部件的所述操作状态。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中选择对所述操作参数的所述预定调整包括：
确定对所述操作参数的总调整，所述总调整被估计为恢复下降的性能的至少一部分；和
自动对所述操作参数实施第一调整，所述第一调整小于所确定的调整。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括对所述操作参数手动实施第二调整，使得所述第一调整和所述第二调整近似于所确定的总调整。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括手动实施所选择的对所述操作参数的预定调整。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，其中手动实施所选择的预定调整包括调整一个或多个机器构造引脚的位置。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中使用所选择的对所述操作参数的预定调整来操作所述机器包括增加到所述部件的冷却流的量。
13.一种电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元(ECU)用于基于发动机的部件的操作状态来调整所述发动机的操作参数，其特征在于，所述ECU包括：
存储器；和
处理器，所述处理器与所述存储器通信，所述处理器被编程为：
确定所述发动机的性能已经下降；
选择对所述操作参数的预定调整，其中所选择的预定调整减小所述部件的所述操作状态对所述发动机的所述性能的影响；和
使用所选择的对所述操作参数的预定调整来操作所述发动机。
14.根据权利要求13所述的ECU，其特征在于，其中所述处理器进一步被编程为识别已经导致性能下降的所述发动机的所述部件。
15.根据权利要求13所述的ECU，其特征在于，其中所述处理器进一步被编程为实施所述发动机的至少一部分的模型，以识别已经导致所述性能下降的所述发动机的所述部件，其中所述模型对所述发动机的预期性能进行建模，并将实际性能与所述预期性能进行比较。
16.根据权利要求15所述的ECU，其特征在于，其中所述ECU通信地联接到所述发动机的冷却系统，并且其中所述处理器进一步被编程为：
选择到所述发动机的所识别的部件的增加量的冷却流；和
将所述增加量的冷却流实施到所识别的部件。
17.一种涡轮风扇发动机，其特征在于，包括：
核心涡轮发动机，所述核心涡轮发动机包括多级压缩机；
所述多级压缩机由高压涡轮提供动力，所述高压涡轮由所述核心涡轮发动机中产生的气体驱动；和
电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元(ECU)包括：
存储器；和
处理器，所述处理器与所述存储器通信，所述处理器被编程为：
确定所述核心涡轮发动机的性能已经下降；
选择对在非初始操作状态下操作的所述核心涡轮发动机的部件的操作参数的预定调整，其中所选择的预定调整减小所述部件的所述操作状态对所述核心涡轮发动机的所述性能的影响；和
使用所选择的对所述操作参数的预定调整来操作所述核心涡轮发动机。
18.根据权利要求17所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中所述处理器进一步被编程为识别已经导致所述性能下降的所述核心涡轮发动机的所述部件。
19.根据权利要求18所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中所述处理器进一步被编程为实施所述核心涡轮发动机的至少一部分的模型，以识别已经导致所述性能下降的所述核心涡轮发动机的所述部件，其中所述模型对所述核心涡轮发动机的预期性能进行建模，并将实际性能与所述预期性能进行比较。
20.根据权利要求18所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，进一步包括冷却系统，所述冷却系统被构造为向所述涡轮风扇发动机的一个或多个部件提供冷却流，其中所述ECU通信地联接到所述冷却系统，并且其中所述处理器进一步被编程为：
选择到所述核心涡轮发动机的所识别的部件的增加量的冷却流；和
将所述增加量的冷却流实施到所识别的部件。
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