CN113574259A - 用于监控燃气涡轮机的减速器的状态的方法和系统 - Google Patents

用于监控燃气涡轮机的减速器的状态的方法和系统 Download PDF

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Abstract

用于监控燃气涡轮机的减速器的状态的方法包括以下步骤：‑获得(F10)在燃气涡轮机的操作阶段期间完成的参数的测量值，所述参数包括减速器的入口处和出口处的减速器的润滑油的温度，表示燃气涡轮机的速度的参数以及至少一个背景参数；‑选择(F20)相对于预定稳定性标准的稳定测量值；‑使用背景参数的测量值来对减速器的入口处和出口处的润滑油的温度进行归一化(F30)；‑使用根据减速器的出口处和入口处的润滑油的温度之间的差异定义热效率的物理模型来评估(F40)减速器的热效率；‑并且根据将评估的热效率与参考特征进行比较(F50)的步骤来确定(F60)减速器的状态。

Description

用于监控燃气涡轮机的减速器的状态的方法和系统
背景技术
本发明涉及燃气涡轮机的减速系统(也称为减速齿轮)的状态的监控，减速系统诸如例如涡轮喷气发动机的齿轮箱或更一般地涡轮发动机的齿轮箱。
它在航空领域有着良好的应用，但是也可以被用于监控集成到除航空系统之外的系统中的减速齿轮，诸如风力涡轮机等。
以已知的方式，装备于航空器的燃气涡轮机，诸如例如涡轮喷气发动机，通常装备有减速齿轮，该减速齿轮允许将燃气涡轮机的不同元件耦合到旋转驱动的元件，诸如例如耦合到燃气涡轮机的压缩机轴。该减速齿轮允许在通过它耦合的不同元件之间传输功率，并且更具体地，允许如此耦合的元件的角速度的比例调整。这种类型的减速齿轮例如是位于涡轮喷气发动机的低压压缩机轴与其风扇之间的齿轮箱。
因此，减速齿轮是燃气涡轮机的传输系统的重要零件，其负载很重，并且在燃气涡轮机的操作期间(换言之，装备有燃气涡轮机的航空器的飞行期间)很可能遭受退化，尤其是由于磨损和老化引起的退化。这种类型的退化会导致燃气涡轮机的传输系统发生故障并且具有严重后果。因此，密切监控配备燃气涡轮机的减速齿轮的状态是适当的，以便能够在该减速齿轮的状态退化时适时地干预燃气涡轮机——例如通过执行维护或更换它。
已知通过依赖于借助于诸如加速度计之类的振动传感器所完成的振动分析来进行燃气涡轮机减速齿轮的监控。这种振动分析包括：将振动传感器在啮合频率处获取的振动信号的幅度与横向带中包含的振动信号的幅度进行比较，并取决于这些幅度的比值来推断减速齿轮是处于操作还是故障状态。
这种类型的技术依赖于以下事实：在减速齿轮的正常操作期间，啮合频率处的振动信号的幅度通常大于横向带中的振动信号的幅度。因此可以通过将幅度比值与不同的预定阈值进行比较来推断减速齿轮的状态。例如，在航空器起飞阶段期间测得的幅度比值为5指示减速齿轮的准新状态，而在同一起飞阶段期间测得的比值小于2可能指示应该考虑进行维护。
幅度比值应该与之比较的阈值的设置可能证明是复杂的。此外，该技术依赖于对横向带中的振动信号的检测，其存在假定减速齿轮上确认存在已验证的故障。换句话说，经由这种技术进行操作的监控导致对减速齿轮损坏的布尔判定(减速齿轮是否有故障)。
因此，存在对一种监控方法的需要，其允许更精确和更准确地监控减速齿轮的状态，以便能够在必要时尽可能快地加快对减速齿轮的维护或更换操作。
发明内容
本发明通过提出一种用于监控燃气涡轮机的减速齿轮(例如功率减速齿轮)的状态的方法来特别响应该需求，该方法包括针对减速齿轮的至少一个工作周期：
-获得在燃气涡轮机的至少一个操作阶段期间在所确定的持续时间的至少一个时间间隔内完成的多个参数的至少一个测量值集合的步骤，所述参数包括减速齿轮的操作参数和燃气涡轮机的操作参数以及至少一个背景参数，减速齿轮的操作参数包括减速齿轮的入口处和出口处的减速齿轮的润滑油的温度，燃气涡轮机的操作参数包括表示燃气涡轮机的速度(诸如例如燃气涡轮机的低压轴的转速)的至少一个参数；
-在针对所述至少一个操作阶段所获得的所述至少一个测量值集合之中选择包含关于预定稳定性标准而言稳定的测量值的集合的步骤；
-通过使用所选测量值集合的背景参数的测量值来对所选测量值集合的减速齿轮的入口处和出口处的润滑油的温度的测量值进行归一化的步骤；以及
-基于所选测量值集合，通过使用基于减速齿轮的出口处的润滑油的温度与减速齿轮的入口处的润滑油的温度之间的差异来定义热效率的物理模型来评估减速齿轮的热效率的步骤；
所述监控方法还包括：
-将针对所述至少一个工作周期所评估的热效率与表示减速齿轮的操作行为或故障行为的至少一个参考特征进行比较的步骤；以及
-取决于比较步骤的结果来确定减速齿轮的状态的步骤。
燃气涡轮机的操作阶段指定了涡轮机的工作周期的时间段。例如，当所讨论的燃气涡轮机装备于航空器时，这种类型的操作阶段可以对应于航空器的飞行阶段，诸如起飞、巡航、地面空闲、滑行、下降甚至停机阶段。
根据本发明，在所讨论的燃气涡轮机的每个操作阶段期间，在具有所确定的持续时间的一个或多个时间间隔上收集一个或多个测量值集合(特别是可以在一个长的操作阶段内的若干时间间隔上收集若干测量值集合)。这个持续时间可以取决于航空器的所考虑的操作阶段，并且是预先确定的，诸如例如针对地面空闲阶段或巡航阶段为5分钟。但是它也可以被动态地确定，例如取决于减速齿轮停止旋转。
此外，本发明提供了在减速齿轮的状态估计期间考虑减速齿轮的若干工作周期的可能性。在这里的工作周期意指燃气涡轮机使用该减速齿轮的工作周期。作为例示，对于装备于航空器的燃气涡轮机，这种类型的工作周期对应于航空器的飞行。
相关地，本发明还适用于一种用于监控燃气涡轮机的减速齿轮的状态的系统，包括针对减速齿轮的至少一个工作周期而激活的模块，所述模块包括：
-获取模块，被配置为获得在燃气涡轮机的至少一个操作阶段期间在所确定的持续时间的至少一个时间间隔内完成的多个参数的至少一个测量值集合，所述参数包括减速齿轮的操作参数和燃气涡轮机的操作参数以及至少一个背景参数，减速齿轮的操作参数包括在减速齿轮的入口处和出口处的减速齿轮的润滑油的温度，燃气涡轮机的操作参数包括表示燃气涡轮机的速度的至少一个参数；
-选择模块，被配置为在针对所述至少一个操作阶段所获得的所述至少一个测量值集合之中选择包含关于预定稳定性标准而言稳定的测量值的集合；
-归一化模块，被配置为通过使用所选测量值集合的背景参数的测量值来对所选测量值集合的减速齿轮的入口处和出口处的润滑油的温度的测量值进行归一化；
-评估模块，被配置为基于所选测量值的集合，通过使用基于所述减速齿的出口处润滑油的温度与所述减速齿轮的入口处的润滑油的温度之间的差异定义热效率的物理模型来评估减速齿轮的热效率；
所述系统还包括：
-比较模块，被配置为将针对减速齿轮的所述至少一个工作周期所评估的热效率与表示减速齿轮的操作行为或故障行为的至少一个参考特征进行比较；以及
-确定模块，被配置为取决于比较模块获得的结果来确定减速齿轮的状态。
因此，本发明提出在减速齿轮的一个或多个工作周期期间基于其热效率的演变的分析来监控燃气涡轮机的减速齿轮的状态。该热效率以已知方式表征在减速齿轮的操作期间以热量形式耗散或损失的能量的量，特别是由于减速齿轮在其所放置的轴的旋转期间的不同元件中遇到的摩擦所引起的。
根据本发明，其特征基于在减速齿轮的润滑油中觉察到的热耗散，其反映在减速齿轮的出口处的油温与减速齿轮的入口处的油温之间的差异上，并且反映在将这种热耗散与燃气涡轮机的某些操作参数相联系的物理模型中，诸如例如它的速度(其可以特别通过燃气涡轮机的压缩机的轴的转速来表征)。
热效率有利地考虑了减速齿轮在燃气涡轮机内完成其功能的能力，并且因此与评估减速齿轮的性能和确定减速齿轮的状态特别相关。减速齿轮的效率的修改，特别是这个效率相对于预期的偏差实际上可能引起燃气涡轮机的传输系统的故障。
根据本发明将热效率与参考特征进行比较提供了识别减速齿轮的不同状态的可能性：
-如果在减速齿轮处的热效率被包括在可接受的范围内，则可以认为减速齿轮处于操作状态；
-另一方面，如果效率低于减速齿轮的正常操作的效率但超过可接受阈值，则可以向减速齿轮指派“要被监控”状态；
-如果效率低于可接受阈值，则意味着减速驱动机出现故障，并且必须打算维护或更换。
这种比较可以有利地在燃气涡轮机的不同操作范围内考虑的不同时间间隔内进行重复，并且在燃气涡轮机的不同工作周期期间以及进而在减速齿轮的不同工作周期期间进行重复。本发明通过监控减速齿轮的热效率随时间的演变，从而允许快速检测例如与其老化相联系的热效率的偏差，包括当它缓慢发生时。它允许尽早打算对这种偏差做出适当的响应，诸如例如维护操作。要注意的是，在燃气涡轮机的若干操作阶段上的热效率的观察有利地允许检测影响减速齿轮所处的外壳的问题，诸如例如密封问题。
本发明还提供了对减速齿轮的热效率及其状态进行趋势监控的概率。这允许完成关于减速齿轮的未来状态的预测和/或预判，并且能够提前计划对燃气涡轮机的维护操作。
要注意的是，本发明在能够输送非常高功率(大于10MW)的引擎的背景下具有优选的但非限制性的应用，诸如例如具有非常高旁路比的UHBR(超高旁路比)引擎。
减速齿轮的热效率在很大程度上取决于燃气涡轮机正在操作的条件(例如气候条件，当燃气涡轮机装备于航空器时)，这可能被证明是不稳定的。本发明有利地允许控制相对于减速齿轮所操作的背景和环境的这种依赖性，并且通过对减速齿轮的热效率的监控来提供一种可靠的手段来了解由于在监控方法期间实施的选择和归一化步骤而导致的其状态。这些步骤允许消除与减速齿轮所处的背景相联系的影响，并能够通过对其热效率的分析来比较减速齿轮在若干工作周期上的状态。
更具体地，选择步骤允许选择对应于功能稳定性条件(燃气涡轮机的速度稳定性，以及被用来评估热效率的减速齿轮的入口/出口处的油温的稳定性)的测量值。
为此，例如，在特定实施例中，选择测量值集合的步骤可以包括针对与具有所述所确定的持续时间的时间间隔相对应的若干测量值集合进行以下评估的步骤：
-评估第一稳定性分数，其等于对操作参数评估的、所考虑的集合中的每个操作参数的测量值在针对这个操作参数的预定值范围中的比例的加权总和；
-评估第二稳定性分数，其等于对操作参数评估的、所讨论的集合中的每个操作参数的测量值具有针对这个操作参数的确定理论离散度的比例的加权总和；
在选择步骤期间选择的所述测量值集合对应于使第一稳定性分数和第二稳定性分数的加权总和最大化的测量值集合。
在计算分数和选择测量值集合期间应用的权重可以通过实验或由专家来确定，考虑了热效率相对于所考虑的每个操作参数的敏感性(即每个参数对热效率的影响)。
换句话说，为了评估减速齿轮的工作周期上的热效率，选择满足稳定性标准和离散度标准的测量值数量为最大的时间间隔。基于针对操作参数的预期值的理论模型来有利地评估离散度标准：这允许减轻操作参数传感器的故障。当然，可以设想其他标准以用于选择在热效率的评估期间要考虑的测量值，但是允许例如确保燃气涡轮机的速度稳定、如果适用的情况下装载燃气涡轮机的航空器的姿态是水平的(尤其是在滑行、巡航和起飞阶段是正确的假设)、油路中的润滑油液位充足、润滑油压力恒定等的标准将是有利的。
除了选择“稳定的”测量值之外，归一化步骤允许使与燃气涡轮机的和减速齿轮的不同操作条件相对应的热效率具有可比性。它允许消除可能对减速齿轮的热效率有很大影响的诸如例如环境温度和/或大气压力之类的环境参数的影响。
要注意的是，本发明不限于收集上述操作参数(减速齿轮的入口/出口处的速度和油温)。其他参数，诸如例如油压、油位甚至当燃气涡轮机装备于航空器时的航空器的姿态，都可以被设想和使用，特别是用于选择对其将评估热效率的测量值集合，允许监控减速齿轮的状态。
为了更准确地确定减速齿轮的状态，可以设想与减速齿轮的热效率相结合的其他指示符。
因此，在一个特定实施例中，监控方法还包括评估减速齿轮的至少以下之中的至少一个健康指示符的步骤：
-减速齿轮的入口和出口之间的润滑油的温度的加热裕度指示符；
-减速齿轮的出口处的润滑油的温度的裕度指示符；
-减速齿轮在最坏条件下的操作温度裕度指示符；
-在燃气涡轮机的预定操作阶段期间的润滑油的压力裕度指示符；和
-减速齿轮的热效率裕度指示符；
并且其中确定减速齿轮的状态的步骤还考虑所述至少一个评估的健康指示符。
根据本发明，基于考虑了在减速齿轮的润滑油中觉察到的热耗散的物理模型来评估减速齿轮的热效率。减速齿轮中的故障，特别是其旋转零件(例如减速齿轮的齿轮)的故障会影响油路中觉察到的热交换。表征润滑油的加热或温度裕度的上述指示符因此提供了关于减速齿轮的热效率的补充信息，这允许更准确地分析减速齿轮的健康状态。
例如，减速齿轮的入口和出口之间的润滑油温度的加热裕度指示符表明减速齿轮被供应给它的油所润滑的能力。除了热效率之外，还将此指示符也考虑在内，提供了更好的可见性，以便实现维护操作在减速齿轮上的快速发起。
减速齿轮的出口处的润滑油的温度裕度指示符允许考虑整个润滑油油路。在燃气涡轮机的预定操作阶段期间，并且特别是当燃气涡轮机装备于航空器在航空器起飞阶段期间(在此期间热耗散最大)时，润滑油的压力裕度指示符允许非常简单地确定油的润滑性能是否是足够的。
在另一个实施例中，监控方法还包括评估至少一个趋势指示符的步骤，该趋势指示符表征减速齿轮的至少以下之中的一种使用：
表示减速齿轮的工作周期数和/或自对减速齿轮执行维护操作以来减速齿轮的工作周期数的指示符；
表示减速齿轮的操作时间和/或自对减速齿轮执行维护操作以来减速齿轮的操作时间的指示符；
表示自对燃气涡轮机执行维护操作以来减速齿轮的工作周期数的指示符；
表示减速齿轮在高温下的操作时间的指示符；
表示在减速齿轮的润滑油具有高颗粒水平的情况下减速齿轮的操作时间的指示符；
并且其中确定减速齿轮的状态的步骤还考虑所述至少一个评估的趋势指示符。
这些指示符反映了减速齿轮的操作并允许估计减速齿轮的疲劳状态，同时考虑其操作。例如，这些指示符的加权和可以被用来导出减速齿轮的故障的概率，与热效率的分析相结合，允许细化对减速齿轮的状态的估计。
在一个特定实施例中，该方法还包括：
-检测所获得的减速齿轮的入口处的温度和出口处的温度的测量值是否包括异常值的步骤；以及
-消除所述异常值的步骤；
其中：
-当所述温度与取决于燃气涡轮机的速度为这个温度所确定的理论值不一致时，针对所述温度检测到异常值；和/或
-当减速齿轮的入口处的温度的值相对于环境温度的测量值具有大于预定阈值的偏差时，针对减速齿轮的入口处的温度检测到异常值；和/或
-当减速齿轮的出口处的温度的值相对于参考温度具有大于预定阈值的偏差时，针对减速齿轮的出口处的温度检测到异常值；和/或
-当减速齿轮的出口处的温度的值小于减速齿轮的入口处的温度的值时，针对减速齿轮的出口处的温度检测到异常值。
这允许仅保留用于评估热效率的相关值，并改进其估计。
此外，这允许限制必须被存储(例如，在燃气涡轮机装备于航空器的情况下，在航空器上)或传输到监控系统的获取模块以用于评估热效率的测量值的量。
根据本发明的监控系统的不同架构可以被设想：监控系统的不同模块可以位于同一位置或分布在若干实体上。
因此，在特定实施例中，根据本发明的监控系统还包括在燃气涡轮机上的多个传感器并且被配置为在具有所述所确定的持续时间的多个时间间隔上获取所述操作和背景测量值。
作为例示，在燃气涡轮机装备于航空器的背景下，监控系统可以由装载在航空器上的一部分(尤其包括上述传感器)以及位于地面实体中的另一部分组成，航空器和所述实体能够经由卫星链路或ARINC接口进行通信。
在其中所述燃气涡轮机装备于航空器的一个特定实施例中，所述监控方法还包括：
-用于过滤由所述多个传感器所获取的测量值的模块，被配置为从所述测量值中消除具有相对于至少一个预定标准而言的异常值的那些测量值；
-选择模块，被配置为在经过滤的测量值之中选择对应于航空器的至少一个预定操作阶段的那些测量值；和
-传输模块，被配置为将所选测量值传输到获取模块。
在本发明的一个特定实施例中，监控系统还包括压缩模块，其被配置为压缩所选测量值，传输模块被配置为以压缩的形式将所选测量值传输到获取模块。
这些实施例允许减少要被传输到获取模块以用于评估减速齿轮的热效率的测量值的量。
在本发明的一个特定实施例中，监控方法的不同步骤由计算机程序的指令来确定。
因此，本发明还应用于存储介质中的计算机程序，这个程序能够在监控系统中或者更一般地在计算机中被实施，这个程序包括适用于如上所述的监控方法的各步骤的实现的指令。
这个程序可以使用任何编程语言，并且可以是源代码、目标代码或者源代码和目标代码之间的中间代码的形式，诸如部分编译的形式，或者任何其他期望的形式。
本发明还应用于计算机可读的存储介质，并且包括来自如上所提及的计算机程序的指令。
存储介质可以是能够存储程序的任何设备实体。例如，介质可以包括存储装置，诸如ROM，例如CD ROM或微电子电路ROM，或者甚至是磁记录装置，例如硬盘。
另一方面，存储介质可以是诸如电或光信号之类的可传输介质，其可以经由电缆或光缆、通过无线电或通过其他方式来进行路由。根据本发明的程序尤其可以被上传到互联网类型的网络。
可替代地，存储介质可以是其中并入了程序的集成电路，该电路适于执行或被用于执行所讨论的方法。
附图说明
本发明的其他特征和优点将通过下面给出的描述并参考附图来揭示，这些附图例示出了其没有任何限制的示例性实施例。在附图中：
图1在其环境中示出了在特定实施例中的符合本发明的监控系统；
图2示出了包括减速齿轮的涡轮喷气发动机的截面，根据本发明在该减速齿轮上完成监控；
图3示出了包括在图2的涡轮喷气发动机中的减速齿轮的示例，根据本发明在该减速齿轮上完成监控；
图4示出了在特定实施例中的图3的减速齿轮的润滑油路；
图5示出了参与图3的减速齿轮的监控的图1的监控系统的地面实体的硬件架构；
图6A示出了在一个特定实施例中在配备有图2的涡轮喷气发动机的航空器上实施的监控方法的步骤；
图6B示出了在一个特定实施例中由图5中所示的地面实体所实施的监控方法的步骤；
图7示出了图3的减速齿轮的热效率的监控的示例。
具体实施方式
图1在其环境中示出了在一个特定实施例中的符合本发明的用于监控燃气涡轮机3的减速齿轮2的状态的系统1。
在图1中考虑的示例中，为了例示的目的，燃气涡轮机3是装备于飞机4的高功率涡轮喷气发动机，诸如例如UHRB涡轮喷气发动机，并且减速齿轮2是齿轮箱或齿轮系。然而，本发明可以被用于其他高功率(例如大于1MW)燃气涡轮机的其他背景中，以及被用于航空以外的其他领域中，诸如例如用于装备于风力涡轮机的燃气涡轮机等。
图2例示出了配备有减速齿轮2的双滑阀双流UHRB涡轮喷气发动机3的示意截面。这种类型的涡轮喷气发动机的结构本身是已知的，这里仅简要回顾一下。
具有纵向轴线X-X的涡轮喷气发动机3以已知方式由风扇罩3-4、低压滑阀3-6、高压滑阀3-8、燃烧室3-10和附件齿轮箱(或AGB)3-12组成。
低压滑阀3-6包括以纵轴X-X为中心的低压轴3-14、安装在低压轴的前端上的风扇3-16、在风扇下游附接到风扇的低压压缩机3-18、以及安装在低压轴的后端上的低压涡轮机3-20。
高压滑阀3-8包括围绕低压轴3-14同心定位的高压轴3-22、安装在高压轴的前端处的锥齿轮3-24、安装在齿轮3-24下游的高压轴上的高压压缩机3-26、以及安装在高压轴的后端上的高压涡轮3-28。
为清楚起见，涡轮喷气发动机3的低压和高压滑阀的不同压缩机和涡轮机已在图2中被示出为具有单级叶片。当然，以本身众所周知的方式，这些元件可以承载多级叶片。
附件驱动齿轮箱3-12例如被附接到风扇护罩3-4的下表面3-4a。此处，该齿轮箱3-12包括在其后端处支承锥齿轮3-32的所谓“辅助”轴3-30。附件驱动齿轮箱的轴3-30由高压轴3-22经由副轴3-34旋转驱动，副轴3-34在其上端处支承锥齿轮3-36并且在其下端处支承锥齿轮3-38。在这里考虑的示例中，减速齿轮2是位于风扇3-16和低压涡轮机3-20之间的齿轮系，例如在图2中所指示的位置P1(正好在锥齿轮3-36前面)或P2(正好在低压涡轮机3-20的上游)。
图3示意性地示出了减速齿轮2。在此处描述的实施例中，减速齿轮2例如是允许具有不同旋转速度的燃气涡轮机3的若干旋转元件(若干轴或转子)耦合在一起的行星齿轮系。减速齿轮2是降低(或增加)通过它而被旋转驱动的元件之间的转速的功率传输系统。为此，它以已知方式包括分别被称为太阳齿轮和环形齿轮的两个齿轮(或带齿的轮)5和6，被称为行星齿轮7的多个齿轮(或带齿的轮)靠着齿轮5和6而转动。行星齿轮7由可移动框架8保持。
当然，该示例仅作为例示而给出，并且本发明适用于能够在燃气涡轮机中使用的其他类型的减速齿轮。
在这里考虑的示例中，减速齿轮2借助于图4中示意性示出的油路9进行润滑。油路9以已知方式包括储油器10、主泵11、过滤器12、热交换器13、粒子检测器14(配备有允许捕获粒子的磁铁)和扫气泵15。它还可以包括附件箱16，其连接到减速齿轮2并允许旋转驱动不同类型的设备，诸如特别是发电机、机械泵、燃油泵、润滑泵等。
应注意，可以设想允许润滑减速齿轮2的油路的其他示意图作为变型。
以例示的方式，考虑诸如减速齿轮2之类的减速齿轮，当它装备于诸如UHBR涡轮喷气发动机3之类的大功率涡轮喷气发动机时，看到大约40％的涡轮喷气发动机的功率通过它并且在配备有涡轮喷气发动机的飞机的一个操作阶段(诸如起飞阶段)期间必须每小时耗散高达30MW。这种热量形式的耗散是由于若干现象引起的，特别是构成减速齿轮2的金属零件之间的热传导现象、与减速齿轮2的润滑油循环关联的对流现象、以及减速齿轮2中固有的辐射现象引起的。
考虑到减速齿轮2上的这种重负载及其在涡轮喷气发动机3的传输系统中的主要功能，发明人有了这样的想法，即通过分析减速齿轮2的热效率随时间的演变来监控减速齿轮2的状态。为此，根据本发明，基于物理模型和减速齿轮2的润滑油的热耗散的测量来估计减速齿轮2的热效率，假设通过热传导和辐射的热耗散可以被认为是可重复的(可重现的)。
减速齿轮2的热效率的修改能够引起涡轮喷气发动机3的功率传输系统的故障，减速齿轮2的热效率似乎是用于监控该减速齿轮2的状态的一个特别相关的决定因素。
减速齿轮2的状态的监控如先前由监控系统1所提及的那样完成。参考图1，在此处描述的实施例中，为此，监控系统1包括：装载在配备有涡轮喷气发动机3的飞机上的一部分以及被集成到地面实体17中的一部分。这种类型的实体例如是服务器或更一般地是例如由飞机的所有者管理的计算机。
装载在飞机上的部分包括本身已知的多个传感器18，它们被携带在涡轮喷气发动机3中并被配置为在飞机飞行期间获取各种参数(操作参数和环境参数)的测量值。这些参数在下文中进一步被详述：它们特别包括环境大气温度和压力、涡轮喷气发动机的转速、减速齿轮2的入口和出口处的减速齿轮2的润滑油的温度等。因此，传感器18包括温度、压力、速度等传感器。它们可以集成飞机上已提供的传感器(例如油压和大气压力传感器、低压和高压压缩机的转速传感器、放置在涡轮喷气发动机3风扇处的环境温度传感器等)以及属于本发明的传感器。
因此，如图4中所例示，传感器18特别包括放置在减速齿轮2的入口处、能够测量减速齿轮2的入口处的润滑油的温度的温度传感器18A，以及放置在减速齿轮2的出口处、能够测量减速齿轮2的出口处的润滑油的温度的温度传感器18B。为此，传感器18A可以在油路9的供应管线上被放置在热交换器13的出口处。就其这部分而言，传感器18B可以在容纳减速齿轮2的外壳(罩)上被放置得尽可能靠近它，例如被放置在这个外壳上提供的润滑油清除片上。应注意，由传感器18A和18B完成的温度测量可以直接在润滑油上或在油路9中输送这种润滑油的管道上完成。
装载在飞机上的监控系统1的部分还包括不同的模块19，用于处理由传感器18获取的数据。在此处描述的实施例中，这些模块被集成到涡轮喷气发动机3的计算机20中(也称为FADEC，全权数字引擎控制)。在这里，这些是软件模块19A-19C，它们对由传感器18获取的测量值执行不同的过程，并且特别是：过滤测量值，旨在消除具有异常值的测量值(过滤模块19A)，选择与在减速齿轮2的监控期间感兴趣的飞机4以及更不必说涡轮喷气发动机3的操作阶段相对应的测量值(选择模块19B)，以及将过滤的所选测量值传输到地面实体17(传输模块19C)。
在此处描述的实施例中，传输模块19C包括压缩模块(图中未示出)，该压缩模块被配置为在将过滤的所选测量值传输到地面实体17之前对其进行压缩。传输模块19C还依赖于允许它与该地面实体17通信的无线通信接口，诸如例如卫星通信接口，以用于将传感器18所获取的测量值传输到地面实体17，以便允许它评估减速齿轮2的热效率。
如前所提及，地面实体17是计算机，其硬件架构在图5中被示意性地示出。
它包括处理器20、随机存取存储器21、只读存储器22、非易失性闪存23、包括卫星通信接口以允许它尤其与装载在飞机4上的计算机20通信的通信装置24、以及输入/输出装置25，诸如键盘、屏幕等。
在此处描述的实施例中，地面实体17的只读存储器22构成符合本发明的可由处理器20读取的记录介质，在其上记录有符合本发明的计算机程序PROG，包括用于执行根据本发明的监控方法的一部分步骤的指令。该计算机程序PROG定义了地面实体17的功能和软件模块，它们使用或依赖于先前提及的地面实体17的硬件元件20-25。如图1中所例示，这些模块特别包括：
-获取模块17A，被配置为获得借助于传感器18完成的多个参数的测量值，包括减速齿轮2的操作参数(特别包括减速齿轮2的润滑油在减速齿轮2的入口处和出口处的温度)和涡轮喷气发动机3的操作参数(这里特别包括涡轮喷气发动机3的速度，由涡轮喷气发动机3的低压3-22轴和高压3-14轴的相应转速N1和N2表示)以及表示减速齿轮2所处环境的至少一个背景参数，这里即环境温度(标示为T12)和环境大气压力(标示为PS0)；
-选择模块17B，被配置为在由获取模块17A获得的参数的测量值之中选择关于下文详述的预定稳定性标准被认为是稳定的测量值集合；
-归一化模块17C，被配置为通过使用包含在所选测量值集合中的背景参数的测量值来归一化所选测量值集合的操作参数的测量值；和
-评估模块17D，被配置为通过使用基于在减速齿轮2的出口处的润滑油的温度与减速齿轮2的入口处的润滑油的温度之间的差异来定义热效率的物理模型(指定为MOD)，在与所选测量值集合相对应的时间间隔内评估减速齿轮2的热效率。
针对减速齿轮2(换言之，涡轮喷气发动机3)的至少一个工作周期，模块17A至17D被激活。在此处设想的示例中，减速齿轮2的工作周期与飞机4的飞行一致。
程序PROG所定义的地面实体17的功能模块还包括：
-比较模块17E，被配置为将针对减速齿轮的一个或多个工作周期所评估的热效率相对于表示减速齿轮2的操作行为或故障行为的至少一个参考特征进行比较。在此处描述的实施例中，参考特征被存储在特征库SIG中，该特征库SIG例如被存储在地面实体17的非易失性存储器23中；和
-确定模块17F，被配置为取决于比较模块17E所获得的结果来确定减速齿轮2的状态。
随后参考根据本发明的监控方法的步骤来更详细地描述监控系统1的模块17A至17F以及模块19A至19C的功能和操作模式。
图6A和图6B表示在一个特定实施例中的根据本发明的监控方法在它由监控系统1实施以监控减速齿轮2的状态时的主要步骤。
在该特定实施例中，监控方法包括由装载在飞机4上的监控系统1的部分19所实施的第一系列步骤(即步骤E10至E60)(图6A中所例示)，以及由地面实体17所完成的第二系列步骤(即步骤F10至F60)(图6B中所例示)。这里假设图6A和图6B中所示的步骤在减速齿轮2的每个新工作周期——换言之，在配备有包括减速齿轮2的涡轮喷气发动机3的飞机4的每次新飞行中被实施。
参考图6A，在飞机4的每次飞行期间(步骤E10)，借助于装载在飞机4上的传感器18来获取不同参数的测量值。这些测量值包括：
-涡轮喷气发动机3的操作参数的测量值，更具体地，在这里是涡轮喷气发动机3的低压压缩机和高压压缩机的轴的转速N1和N2的测量值；
-减速齿轮2的操作参数的测量值，更具体地，在这里是分别由传感器18A和18B测得的减速齿轮2的润滑油在其入口处的温度Toil_in和减速齿轮2的润滑油在出口处的温度Toil_out；和
-环境参数的测量值，更具体地，在这里是环境温度T12和环境大气压力PS0的测量值。
要注意的是，在飞机4的飞行期间，可以由传感器18收集操作或环境参数的其他测量值，诸如例如减速齿轮2的出口处的润滑油的压力的测量值，操作严重性的测量值等，这些测量值尤其能够被监控系统1使用以导出允许监控减速齿轮2的状态被监控的其他指示符，如下文进一步详述。
在此处描述的实施例中，在飞行期间由传感器18连续获取前述测量值(获取频率取决于传感器或是可配置的)。它们由传感器18传输到计算机20以供模块19A-19C处理。
然后，模块19A验证由传感器18A和18B实现的温度测量值的完整性(即有效性)，其将被用来评估减速齿轮2的状态(步骤E30)，目的是检测异常值的存在。
为此，它执行所获得的测量值相对于理论值的一致性测试，理论值取决于涡轮喷气发动机3的速度(由也由传感器18获取的转速N1和N2的测量值来给出)而被定义。这些理论值对于涡轮喷气发动机3的设计者来说是已知的，并且对应于涡轮喷气发动机3的压力、油温、转速等方面的极限值。相对于这些理论值是不一致的测量值被认为是异常值，并且被过滤模块19A消除(抑制)。
过滤模块19A可以验证用于检测由传感器18A和18B返回的温度测量值是否有效的其他条件。因此，在此处描述的实施例中，它还验证：
-温度Toil_in是否位于与环境温度具有预定偏差的值范围内：如果减速齿轮2的入口处的温度Toil_in的值相对于环境温度T12的对应的(即在同一时刻获取的)测量值具有大于预定阈值的偏差，则检测到异常值。例如，所考虑的阈值被取为等于30℃；和/或
-如果温度Toil_out位于与参考温度具有预定偏差的值范围内，则通过实验确定。这种类型的参考温度例如对应于减速齿轮2的润滑油的操作温度(例如120℃)。当该值相对于参考温度的偏差大于预定阈值(例如对于120℃的参考温度，为5℃)时，对于减速齿轮的出口处的温度Toil_out检测到异常值；和/或
-如果温度Toil_out大于温度Toil_in：当减速齿轮的出口处的温度Toil_out的值小于减速齿轮的入口处的温度Toil_in的值时，对于减速齿轮的出口处的温度Toil_out检测到异常值。
此外，过滤模块19A还可以确保在涡轮喷气发动机3启动时，温度Toil_out和Toil_in具有相似或相同的值。
在过滤异常值之后，选择模块19B选择由传感器18获取(并且如果需要，由过滤模块19A过滤)的测量值，对应于涡轮喷气发动机3的至少一个操作阶段(其在这里对应于飞机的至少一个飞行阶段4)。可以取决于预期的监控和希望检测的特定现象或退化(减速齿轮卡住、最大效率、减速齿轮的状态等)来考虑不同的飞行阶段：地面空闲、起飞、爬升、巡航、下降或引擎关闭。例如，可以以本身已知的方式基于涡轮喷气发动机3的低压轴和高压轴的转速N1和N2的测量值来检测这些阶段。对应于飞机4的稳定性的操作阶段(在此期间飞机4不会移动太多)是优选的。
在此处描述的实施例中，选择模块19B选择由传感器18获取的与也由“快照”指定的一个或多个时间间隔期间的一个或多个预定操作阶段相对应的测量值(步骤E40)。这些时间间隔可以具有标示为T的预定持续时间，其对于涡轮喷气发动机3的所有操作阶段都是相同的，或者作为不同的开始并且具有取决于所考虑的操作阶段的持续时间。举例来说：
-对于地面空闲阶段，选择模块19B可以在测量值的选择期间考虑一个或优选地多个持续或连续的时间间隔，持续时间每个为5分钟，从模块19B检测到涡轮喷气发动机3以怠速在地面上的那一刻开始；
-对于预期会看到更大热偏差的起飞阶段，选择模块19B可以优选地考虑在它检测到飞机4的油门杆位于滑行位置之外时开始的单个时间间隔，并继续直到检测到排气温度(EGT)的峰值持续15秒；
-对于飞机的爬升阶段(其对应于飞机的非水平位置)，选择模块19B可以考虑一个或多个持续或连续的时间间隔，其持续时间每个为5分钟，从选择模块19B检测到飞机4的油门杆处于爬升位置的那一刻开始；
-对于飞机的巡航阶段，选择模块19B可以考虑一个或优选地多个持续或连续的时间间隔，其持续时间每个为5分钟，从选择模块19B检测到飞机4的稳定速度或高度的那一刻开始；
-对于飞机的下降阶段，选择模块19B可以考虑一个或多个持续或连续的时间间隔，持续时间每个为5分钟，从选择模块19B检测到飞机4的速度稳定到进场速度的那一刻开始，或一直继续直到检测到飞机4的轮子接触地面；
-对于飞机的关闭阶段，选择模块19B可以优选地考虑从其检测到涡轮喷气发动机3的旋转停止命令时开始的单个时间间隔，并且持续5分钟或直到检测到涡轮喷气发动机3的减速齿轮2停止旋转为止。
当然，这些示例仅以例示的方式而被给出。
由选择模块19B选择的测量值然后由它以数据文件的形式本地存储在计算机20的非易失性存储器中(测量值的存储频率等于它们的获取频率，忽略在步骤E30期间被抑制的异常值)。
要注意的是，在一个变型实施例中，传感器18可以被控制以仅在选定的操作阶段中以及在为这些操作阶段所确定的时间间隔期间获取操作和背景参数的测量值。
在此处描述的实施例中，由选择模块19B选择的测量值然后由所装载的部分19的传输模块19C借助于不丢失信息的压缩算法进行压缩(步骤E50)。传输模块19C例如在该步骤期间将存储在计算机20的非易失性存储器中并包含所选测量值的数据文件压缩为zip文件，以便限制要被传输到地面实体17的数据量。
然后，被选择和压缩的(过滤的)测量值由位于飞机4上的传输模块19C传输到地面实体17，以用于处理以及用于监控减速齿轮(步骤E60)。这种传输经由前面提及的无线通信接口来执行，无线通信接口尤其可以是卫星通信接口。这种传输可以在检测到诸如例如飞机的操作事件(诸如飞行结束)之类的特定事件时被实施，或取决于涡轮喷气发动机3的寿命情况或在检测到需要对涡轮喷气发动机3进行维护干预的情况时被实施。
参考图6B，被选择和压缩的测量值由地面实体17——更具体地由其获取模块17A经由其通信装置24和其卫星通信接口接收(即获得)(步骤F10)。这里假设接收到的测量值对应于若干快照(时间间隔)，每个快照的持续时间为T。
地面实体17的模块17B和17C然后实施旨在抑制与接收到的测量值的获取背景相联系的影响的处理：目的一方面是抑制严格来说与所考虑的涡轮喷气发动机3的操作阶段(飞行阶段)相联系的影响，另一方面是与操作阶段期间的环境参数(环境温度、大气压力等)的变化相联系的影响，换句话说，与涡轮喷气发动机3的——尤其是减速齿轮2的环境相联系的影响。为此，模块17B和17C以如下方式进行。
接收到的测量值被选择模块17B划分成多个测量值集合(标示为E1、E2、…Ek、…，k指定大于或等于1的整数)，分别对应于不同的所获取的持续时间为T的快照，在持续时间T中传感器18获取测量值。
诸如涡轮喷气发动机3的低压轴和高压轴的转速N1和N2、减速齿轮2的润滑油的油温Toil_in和Toil_out之类的操作参数，以及诸如环境温度或压力之类的背景参数可能会取决于所考虑的飞行阶段而变化，根据本发明，地面实体17的选择模块17B在持续时间T的测量值集合E1、E2、…Ek、…之中选择对应于相对于确定标准来说最稳定参数的测量值(步骤F20)。
要注意的是，如果只有单个测量值集合可用(即，针对所考虑的操作阶段考虑单个快照)，则自动选择这个测量值集合(隐式稳定性标准)。作为例示，这里假设在测量值的获取期间考虑了若干快照，并且若干子集E1、E2、…、Ek、…可用于选择模块17B。
在此处描述的实施例中，模块17B选择操作参数的测量值集合，其使由第一功能稳定性标准和参数测量值相对于由理论模式提供的预期理论值的离散度的第二标准组成的标准最大化。
作为变体，在测量值集合的选择期间可以考虑可以取决于获取测量的飞行阶段而变化的其他参数，诸如例如飞机4的姿态、油路油箱10中的润滑油液位、减速齿轮2的出口处的润滑油压力、操作严重性等。
通过评估由θ1标示的第一稳定性分数，为与持续时间T的时间间隔相对应的每个测量值集合Ek估计功能稳定性标准：
Figure BDA0003259000230000171
其中，集合Ω1指定包含操作参数N1、N2、Toil_in和Toil_out以及背景参数T12和PS0的集合，α1i指定大于或等于0的实数加权因子，其中i∈Ω1，并且：
Figure BDA0003259000230000172
其中，i(j)指定包括在集合Ek中的由索引i来索引的参数的第j个测量值。Ci(k)因此指定参数i的测量值在集合Ek中的比例，该集合Ek具有包括在针对参数i的预定值[imin；imax]范围中的值。值imax和imin可以通过经验确定或者是涡轮喷气发动机3的设计者已知的。对于i∈Ω1的加权因子α1i可以由专家定义或通过研究来定义。在特定实施例中，它们都可以被认为是相等的。
通过评估由以下定义的被标示为θ2的第二稳定性分数来估计针对每个测量值集合Ek的离散度标准：
Figure BDA0003259000230000173
其中，集合Ω2指定这样一个集合，其一方面包括操作参数N1、N2、Toil_in和Toil_out以及背景参数T12和PS0，另一方面在这里还包括其他参数，诸如减速齿轮2的操作(即旋转)小时数、减速齿轮2的工作周期(即旋转)数等。α2i，其中i∈Ω2，指定大于或等于0的实数加权因子，并且：
Figure BDA0003259000230000181
其中，
Figure BDA0003259000230000182
和σmax分别指定所考虑的飞行阶段和所考虑的快照的操作参数i的测量值的平均值和最大离散度(凭经验确定)。因此，σi(k)指定被认为集合Ek中具有确定理论离散度的每个操作参数的测量值的比例。对于i∈Ω2的加权因子α2i可以由专家定义或通过研究来定义。在一个特定实施例中，它们都可以被认为是相等的。
选择模块17B然后在使第一稳定性分数θ1和第二稳定性分数θ2的加权和最大化的集合Ek之中选择集合E，或者：
E＝maxEk,k>1(β1θ1+β2θ2)
其中，β1和β2是实数加权因子并且为正数或零，由专家设置或通过研究来设置，并允许强调用于选择集合E的稳定性分数中的一个和/或另一个。
一旦选择了集合E，归一化模块17C就对集合E中包含的油温的测量值进行归一化(步骤F30)。
这种归一化的目标尤其是使在每次飞行中被导出并且旨在允许监控减速齿轮2的指示符相互可比较，尤其是减速齿轮2的热效率。
事实上，根据本发明，基于减速齿轮的出口处的润滑油的温度Toil_out与减速齿轮的入口处的润滑油的温度Toil_in之间的差异，基于定义热效率的物理模型来评估减速齿轮2的热效率。发现润滑油的条件以及温度的这种梯度在飞行期间以及从一次飞行到另一次飞行中是可变的：它们尤其取决于当油温的测量值被获取时的涡轮喷气发动机3所处环境的参数(特别是环境温度和大气压力)以及涡轮喷气发动机3的转速。因此，所执行的归一化试图校正这些因素(换言之，环境和获取条件)对被认为是评估热效率的油温(和减速齿轮2的其他操作参数)的影响。它是通过使用集合E中存在的背景参数的测量值和将油温测量值表示为这些背景参数的函数的模型来执行的，这种类型的模型能够通过实验或理论上获得。例如，如J.Lacaille等人的题为“Online Normalization Algorithm for EngineTurbofan Monitoring”的文献(Annual Conference of the Prognostics and HealthManagement Society(预测与健康管理学会年会)，2014)中所写的那样来完成这种归一化。
此外，如上文所提及，根据本发明，借助于基于减速齿轮2处的油温的梯度定义热效率的物理模型来完成对减速齿轮2的热效率的评估，该梯度由菲克第二定律来产生。
更具体地，为了建立该模型，发明人做出了简化假设：即，减速齿轮2处的热耗散完全是由于润滑油的加热引起。该假设是可允许的，特别是由于刚刚描述的归一化步骤，并且其允许与减速齿轮2的金属零件的辐射相联系以及与这些金属零件之间的传导相联系的热加热被假设是恒定的，并且在监控减速齿轮2的热效率期间仅考虑润滑油中的能量耗散。
每单位时间在润滑油中耗散的能量，标示为W(t)，可以被表达为通过减速齿轮2的润滑油体积VOL(t)与润滑油的热导率v(T)(其取决于温度T且润滑油供应商已知)以及温度梯度ΔToil的函数，或者：
W(t)＝VOL(t)·v(T)·ΔToil(等式1)
或者，考虑到油量VOL(t)和通过减速齿轮2的油流量Doil(t)之间的关系，被给出为：Doil(t)＝q·VOL(t)·S(等式2)
其中，S指定减速齿轮2处的润滑油的接触表面积(在此处考虑的齿轮箱示例中，这是齿轮齿中的润滑油的接触表面积，由齿轮箱的设计来定义)，并且q是润滑油的单位体积质量，形式如下：
Figure BDA0003259000230000191
由减速齿轮2通过的润滑油体积VOL(t)，或等价地由减速齿轮2通过的油流量Doil(t)，由主泵11供应；它取决于驱动主泵11的速度，换言之，在此处设想的示例中，取决于涡轮喷气发动机3的高压压缩机的轴的转速N2。以本领域技术人员已知的方式，例如借助于经验法则，油体积VOL(t)或等效地油流量Doil(t)可以容易地被建模为转速N2的函数。
该经验法则通常由泵的供应商通过考虑多个泵而建立。可能会觉察到某些泵的某些偏差，这可能导致不准确性。为了避免这种类型的不准确性，在此处描述的实施例中，地面实体17(例如经由其评估模块17D)可以继续重新计算该经验法则以对其进行定制，并且使其更能代表配备涡轮喷气发动机3的主泵11的操作。
同样，可以实现允许考虑与所考虑的快照相对应的环境条件的各种重新计算(或归一化)。这种类型的重新计算可以证明例如与润滑油的热导率相关：事实上，如前所提及，对于给定的操作温度，润滑油供应商知道这一点，这不一定对应于在快照中觉察的操作温度。然而，润滑油的热导率取决于温度。因此(借助于适当确定的系数)可以实施对作为在所考虑的快照上观察到的环境温度的函数的由润滑油供应商提供的值的重新计算。
作为变型，还可以设想油流量的重新计算以考虑润滑油压力相对于参考压力(例如，取为等于大气压力)的变化。事实上，借助于皮托管公式，可以在油流量的微分和压差的平方根之间建立比例链接，其允许重新计算作为压力函数的流量。
要注意的是，这些重新计算是可选的。地面实体17的评估模块17D通过使用上面给出的等式(等式1)或(等式3)来评估减速齿轮2的被标示为ρ的热效率(步骤F40)。更具体地，减速齿轮2的热效率可以被写成以下形式(由模型(MOD)指定)：
Figure BDA0003259000230000201
其中，WN1(t)指定低压压缩机传输给涡轮喷气发动机3的风扇的能量，并且W(t)指定单位时间内在润滑油中耗散的能量(由等式(等式1)或等式(等式3)给出)，换言之，效率损失与在接触表面积S处进入润滑油的油量相联系。要注意的是，能量WN1(t)取决于低压压缩机轴的转速N1，并且可以根据以下关系来计算：
Figure BDA0003259000230000202
其中，ω1指定涡轮喷气发动机3的低压压缩机轴的角速度(它本身与转速N1相联系)，并且∫∫∫R2 dM指定涡轮喷气发动机3的低压压缩机轴的转动惯量(在涡轮喷气发动机3的使用寿命期间是固定的，除非叶片损坏的情况)。
减速齿轮2的热效率由评估模块17D通过使用包括在集合E中的不同油温测量值在飞机4的不同飞行点处(即在与集合E的时间间隔相对应的每个测量时刻处)来评估。
然后，根据本发明，由地面实体17的比较模块17E将由此评估的热效率与表示减速齿轮2的操作行为或故障行为的参考特征库SIG进行比较(步骤F50)。此处特征的意思是对表示其操作状态或相反的故障状态的热效率的行为的描述。每个参考特征可以在减速齿轮2的对应状态下与库SIG相关联。每个参考特征可以在库SIG中与减速齿轮2的对应状态相关联。如前面所提及的，参考特征库SIG在这里被存储在地面实体17的存储器23中。
在此处描述的实施例中，参考特征库SIG包含允许怀疑减速齿轮2的故障的以下特征：
-在或多或少的高速下热效率的降低(其可以在特征库中进行规定)：
(i)例如当减速齿轮的齿和/或轮毂存在污垢和/或润滑油污染时，可以观察到效率的迅速下降；
(ii)在减速齿轮的退化过程期间可以观察到效率的缓慢下降，在此期间齿轮的齿最终退化；
-效率的提高：减速齿轮2的金属传导会随着其齿轮的机械退化而增加。在这种情况下，可以观察到油中所测量的效率的增加，因为润滑油中的热耗散将降低；
-预定值范围之外的效率(通常高于在这里被标示为THR1的预定阈值)：该范围可以通过经验来设置，或者经由例如作为涡轮喷气发动机3的不同操作阶段和减速齿轮2的技术特性的函数而建立的数值模型来确定，或者甚至通过研究来建立(例如考虑减速齿轮2的第一工作周期给出了被认为是代表减速齿轮2的操作和健康功能的值的参考框架)。
在持续时间T内评估的热效率与库SIG的参考特征的比较允许确定模块17F确定减速齿轮2的当前状态(步骤F60)。
因此，作为示例，如果减速齿轮2的热效率保持在上面提及并定义在参考特征库SIG内的预定值范围内(并且更具体地高于阈值THR1)，则确定模块17F确定减速齿轮2处于操作状态中。如果效率在库SIG中定义的预定值范围之外，但是超过标示为THR2(也被定义在库SIG中)的可接受操作阈值，则模块17F可以确定“要被监控”的状态。低于这个阈值，模块17F可以确定减速齿轮2的“故障”状态并建议更换减速齿轮2。要注意的是，可以定义其他阈值，对应于减速齿轮的其他状态，并且特别是对应于不同程度的监控。图7示出了作为减速齿轮2的操作时间的函数的热效率的演变，在其上示出了阈值THR1和THR2。
此外，可以由模块17F通过分析在飞机4的一次飞行中为所选集合E获得的热效率的值，或者通过依靠特征库SIG在飞机4的若干飞行中还考虑该效率的演变(趋势研究)，来确定减速齿轮2的状态。
还应注意的是，参考特征也可以由通过预测效率的演变而建立的曲线组成。
此外，为了确定减速齿轮2的状态，除了减速齿轮2的热效率的分析之外，模块17F还可以依赖其他指示符。这些指示符的评估可能需要由传感器18获取附加的测量值(并且在必要时对这些测量值进行归一化)。
因此，模块17F尤其还可以考虑减速齿轮2的健康指示符，并且将这些指示符与热效率的演变的分析相关。这种类型的健康指示符例如是：
-减速齿轮2的入口和出口之间的润滑油的温度的加热裕度指示符：该指示符对应于涡轮喷气发动机3内可能的最大热耗散(由设计定义)与基于减速齿轮2的入口处和出口处的润滑油的归一化温度计算出的(在飞机4的起飞阶段期间遇到的)最大热耗散之间的差异；
-飞机4的起飞阶段期间减速齿轮2的出口处的润滑油的温度的裕度指示符：该指示符对应于润滑油的最大可能值与减速齿轮2的出口处的润滑油的温度的最大可能值之间的差异，考虑与最热操作点和最热的天相对应的环境温度和与减速齿轮2的出口处的润滑油的最大温度值相对应的环境温度(T12)之间的差异(换言之，在该处推导出该差异)。要注意的是，涡轮喷气发动机3和减速齿轮2的老化程度越高，两个差异之间的偏差越小；
-减速齿轮在最坏情况的条件下的温度操作裕度指示符：对于该指示符，参考不再是润滑油的最高温度，而是减速齿轮预期的温度。该指示符考虑了达到的最大转速N1与该转速的理论最大值之间的比值；
-在涡轮喷气发动机3的预定操作阶段期间(例如在起飞期间和在空闲期间)润滑油的压力裕度指示符：这个指示符旨在允许评估油压相对于与主泵11的最低压力相联系的参考如何演变。减速齿轮2的入口处的油压必须大于阈值，以提供足够的油流量。这个指示符对应于所测得的压力值(投影到主泵11的最大转速，该速度在这里由高压压缩机轴的最大转速N2来定义)与最小压力值之间的差异；和
-与根据本发明评估的减速齿轮的热效率与该热效率的最小预期(理论)值(通过设计已知)之间的差异相对应的减速齿轮的热效率的裕度指示符。要注意的是，当减速齿轮的热效率退化时，油将被加热得没有预期快。
这些指示符是基于所选择的(并且归一化的)集合E的测量值来计算出的，并且可以在确定减速齿轮的状态的步骤期间被考虑以用于评估减速齿轮的状态。
特别地，可以将这些健康指示符(如热效率)与允许获得关于减速齿轮2状态的附加信息的参考特征进行比较，并通过分析减速齿轮2的热效率来使已建立的诊断无效或对其进行确认。为健康指示符建立的这些参考特征也可以被存储在特征库SIG或另一个库中。
因此，例如，这些参考特征可以包括支持检测(或怀疑)减速齿轮2的故障状态的以下特征：
-在预定值范围之外的减速齿轮的入口和出口之间的润滑油的温度的加热裕度指示符(如先前针对适用于热效率的预定值范围所述，通过经验、通过建模或通过研究确定)；
-在预定值范围之外的减速齿轮的出口处的润滑油的温度的裕度指示符(根据经验确定，同时考虑了润滑油的物理属性以避免油的焦化和固化)；
-在预定值范围之外的润滑油的压力裕度指示符(如先前针对适用于热效率的预定值范围所述，通过经验、通过建模或通过研究确定)。
在另一个实施例中，确定模块17F还可以考虑趋势指示符，以用于解释在热效率中可能观察到的偏差并隔离快速偏差。这种类型的趋势指示符以减速齿轮2的使用为特征，并且例如包括：
-表示减速齿轮2的工作周期数和/或自对减速齿轮执行维护操作以来减速齿轮2的工作周期数的指示符。工作周期的数量在此由配备有涡轮喷气发动机3的飞机4的起飞次数来定义；
-表示减速齿轮2的操作时间和/或自对减速齿轮执行维护操作以来减速齿轮2的操作时间的指示符。减速齿轮2的操作时间在此被定义为减速齿轮2已在操作中的时间；该时间例如对应于风扇转速不为零且涡轮喷气发动机3被供应燃料期间的持续时间；
-表示自对涡轮喷气发动机3执行维护操作以来减速齿轮2的工作周期数的指示符(允许监控维护操作的频率，并在必要时监控这些操作之一的缺陷)；
-表示减速齿轮2在高温下的操作时间的指示符；
-表示在减速齿轮2的润滑油具有高颗粒水平的情况下减速齿轮2的操作时间的指示符。
当然，这些示例仅以例示的方式给出。
可以由确定模块17F使用这些指示符来建立减速齿轮2的疲劳指示符。该疲劳指示符由作为基于以下加权总和进行评估的减速齿轮2的“整体”操作时间t_use的函数而被确定的减速齿轮2的故障概率来定义：
t_use＝t0+γ1t1+γ2t2+γ3t3
其中：
-t0表示减速齿轮2的所有工作周期的持续时间(换言之，在这里是减速齿轮2参与的飞机4的所有飞行的持续时间)的加权总和。每个工作周期(即，在这里是飞机4的飞行)与表征工作周期的(即飞行的)持续时间对减速齿轮2疲劳的严重性的加权因子相关联。作为例示，可以选择该加权因子的最小值、最大值和平均值分别等于：
(i)[0.75；1.25；1]，如果-0.5<(dref-dcycle)/dref<0.5，其中dcycle指定所考虑的工作周期的持续时间，并且dref是通过实验确定的参考持续时间；
(ii)[0.5；1；0,75]，如果(dref-dcycle)/dref≤-0.5；和
(iii)[1；1.5；1.15]，如果0.5≤(dref-dcycle)/dref；
-t1指定减速齿轮2在较低的压力或流量下的操作持续时间(即在压力或流量，分别小于对应于分别通过设计而预期为主泵11的转速的50％的压力或流量的阈值时(即，在这里设想的减速齿轮示例中，高压压缩机轴的转速N2)，换言之对应于负或零压力裕度；
-t2指定减速齿轮2在过大的压力或流量下的操作持续时间(即，在压力或流量分别大于对应于分别通过设计而预期为主泵11的转速的100％的压力或流量的对应阈值时(即，在这里设想的减速齿轮示例中，高压压缩机轴的转速N2)；
-t3指定减速齿轮2在高温下的操作持续时间(即在高于润滑油的预期温度下，换言之对应于负温度裕度)；
可以凭经验考虑加权因子γ1、γ2、γ3，就像概率定律给出减速齿轮2的故障概率作为工作周期t_use的函数一样。
上述不同的指示符(健康、趋势和疲劳)可以被用于例如——当它们中的至少一个具有与减速齿轮2的正常操作不一致的值时——确定减速齿轮2的检查或拆卸是否是必要的。
要注意的是，上述不同的指示符以及热效率的演变可以以图形方式示出以促进它们的解释。
本发明通过监控减速齿轮2的热效率，在必要时结合指示符，允许准确地监控减速齿轮2的状态并快速检测其中的故障(甚至预测该故障)以允许有效干预。

Claims (13)

1.用于监控燃气涡轮机的减速齿轮的状态的方法，包括针对所述减速齿轮的至少一个工作周期：
-获得(F10)在所述燃气涡轮机的至少一个操作阶段期间在所确定的持续时间的至少一个时间间隔内完成的多个参数的至少一个测量值集合的步骤，所述参数包括：所述减速齿轮的的操作参数和所述燃气涡轮机的操作参数以及表示所述减速齿轮所处的环境的至少一个背景参数，所述减速齿轮的操作参数包括所述减速齿轮的入口处和出口处的所述减速齿轮的润滑油的温度，所述燃气涡轮机的操作参数包括表示所述燃气涡轮机的速度的至少一个参数；
-在针对所述至少一个操作阶段所获得的所述至少一个测量值集合之中选择(F20)包含关于预定稳定性标准而言稳定的测量值的集合的步骤；
-通过使用所选测量值集合的背景参数的测量值来对所选测量值集合的所述减速齿轮的入口处和出口处的润滑油的温度进行归一化(F30)的步骤；
-基于已对润滑油的所述温度进行归一化的所选测量值集合，通过使用基于所述减速齿轮的出口处的润滑油的温度和所述减速齿轮的入口处的润滑油的温度之间的差异定义热效率的物理模型来评估(F40)所述减速齿轮的热效率的步骤；
所述监控方法还包括：
-将针对所述减速齿轮的所述至少一个工作周期所评估的热效率与表示所述减速齿轮的操作行为或故障行为的至少一个参考特征进行比较(F50)的步骤；以及
-取决于比较步骤的结果来确定(F60)所述减速齿轮的状态的步骤。
2.根据权利要求1所述的监控方法，其中所述背景参数包括温度和/或环境大气压力。
3.根据权利要求1或2所述的监控方法，其中所述减速齿轮的操作参数还包括所述减速齿轮的润滑油的压力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的监控方法，其中选择(F20)测量值集合的步骤包括针对与具有所述所确定的持续时间的时间间隔相对应的若干测量值集合进行以下评估的步骤：
-评估第一稳定性分数，其等于对操作参数评估的、所考虑的集合中的每个操作参数的测量值在针对这个操作参数的预定值范围中的比例的加权总和；
-评估第二稳定性分数，其等于对操作参数评估的、所考虑的集合中的每个操作参数的测量值具有针对这个操作参数的确定理论离散度的比例的加权总和；
在选择步骤期间选择的所述测量值集合对应于使所述第一稳定性分数和所述第二稳定性分数的加权总和最大化的测量值集合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的监控方法，还包括评估所述减速齿轮的至少以下之中的至少一个健康指示符的步骤：
-所述减速齿轮的入口和出口之间的润滑油的温度的加热裕度指示符；
-所述减速齿轮的出口处的润滑油的温度的裕度指示符；
-所述减速齿轮在最坏条件下的操作温度裕度指示符；
-在所述燃气涡轮机的预定操作阶段期间的润滑油的压力裕度指示符；和
-所述减速齿轮的热效率裕度指示符；
并且其中确定所述减速齿轮的状态的步骤还考虑所评估的至少一个健康指示符。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的监控方法，还包括评估至少一个趋势指示符的步骤，所述趋势指示符表征所述减速齿轮的至少以下之中的一种使用：
-表示所述减速齿轮的工作周期数和/或自对所述减速齿轮执行维护操作以来所述减速齿轮的工作周期数的指示符；
-表示所述减速齿轮的操作时间和/或自对所述减速齿轮执行维护操作以来所述减速齿轮的操作时间的指示符；
-表示自对所述燃气涡轮机执行维护操作以来所述减速齿轮的工作周期数的指示符；
-表示所述减速齿轮在高温下的操作时间的指示符；
-表示在所述减速齿轮的润滑油具有高颗粒水平的情况下所述减速齿轮的操作时间的指示符；
并且其中确定所述减速齿轮的状态的步骤还考虑所评估的至少一个趋势指示符。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的监控方法，包括：
-检测(E30)所获得的所述减速齿轮的入口处的温度和出口处的温度的测量值是否包括异常值的步骤；以及
-消除(E30)所述异常值的步骤；
其中：
-当所述温度与取决于所述燃气涡轮机的速度为这个温度所确定的理论值不一致时，针对所述温度检测到异常值；和/或
-当所述减速齿轮的入口处的温度的值相对于环境温度的测量值具有大于预定阈值的偏差时，针对所述减速齿轮的入口处的温度检测到异常值；和/或
-当所述减速齿轮的出口处的温度的值相对于参考温度具有大于预定阈值的偏差时，针对所述减速齿轮的出口处的温度检测到异常值；和/或
-当所述减速齿轮的出口处的温度值小于所述减速齿轮的入口处的温度的值时，针对所述减速齿轮的出口处的温度检测到异常值。
8.一种计算机程序(PROG)，其包括用于当所述程序由计算机执行时执行根据权利要求1至7中任一项所述的监视方法的步骤的指令。
9.一种计算机可读的记录介质(22)，在其上记录了根据权利要求8的计算机程序。
10.一种用于监控燃气涡轮机(3)的减速齿轮(2)的状态的系统(1)，所述系统(1)包括所述燃气涡轮机(3)和被配置用于执行计算机程序(20)的指令的处理器(20)，这个计算机程序(PROG)定义针对所述减速齿轮的操作的至少一个周期的活动模块，所述模块包括：
-获取模块，所述获取模块被配置为获得在所述燃气涡轮机的至少一个操作阶段期间在所确定的持续时间的至少一个时间间隔内完成的多个参数的至少一个测量值集合，所述参数包括：所述减速齿轮的操作参数和所述燃气涡轮机的操作参数以及表示所述减速齿轮所处的环境的至少一个背景参数，所述减速齿轮的操作参数包括所述减速齿轮的入口处和出口处的所述减速齿轮的润滑油的温度，所述燃气涡轮机的操作参数包括表示所述燃气涡轮机的速度的至少一个参数；
-选择模块，所述选择模块被配置为在针对所述至少一个操作阶段所获得的所述至少一个测量值集合之中选择包含关于预定稳定性标准而言稳定的测量值的集合；
-归一化模块，所述归一化模块被配置为通过使用所选测量值集合的背景参数的测量值来对所选测量值集合的所述减速齿轮的入口处和出口处的润滑油的温度的测量值进行归一化；
-评估模块(17D)，所述评估模块(17D)被配置为基于已对润滑油的所述温度进行归一化的所选测量值集合，通过使用基于所述减速齿轮的出口处的润滑油的温度和所述减速齿轮的入口处的润滑油的温度之间的差异定义热效率的物理模型来评估所述减速齿轮的热效率；
所述系统还包括：
-比较模块(17E)，所述比较模块(17E)被配置为将针对所述减速齿轮的所述至少一个工作周期所评估的热效率与表示所述减速齿轮的操作行为或故障行为的至少一个参考特征进行比较；以及
-确定模块(17F)，所述确定模块(17F)被配置为取决于所述比较模块获得的结果来确定所述减速齿轮的状态，所述监控系统还包括所述燃气涡轮机中的多个机载传感器(18)，被配置为在具有所述所确定的持续时间的多个时间间隔内获取操作参数和背景参数的所述测量值。
11.根据权利要求10所述的监控系统(1)，其中所述燃气涡轮机(3)装备于包括在所述监控系统(1)中的航空器(4)，并且还包括：
-用于过滤由所述多个传感器所获取的测量值的模块(19A)，所述模块(19A)被配置为从所述测量值中消除具有相对于至少一个预定标准而言的异常值的那些测量值；
-选择模块(19B)，所述选择模块(19B)被配置为在经过滤的测量值之中选择对应于所述航空器的至少一个预定操作阶段的那些测量值；和
-传输模块(19C)，所述传输模块(19C)被配置为将所选测量值传输到所述获取模块。
12.根据权利要求11所述的监控系统，还包括压缩模块，所述压缩模块被配置为压缩所选测量值，所述传输模块被配置为以压缩的形式将所选测量值传输到获取模块。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的监控系统，其中多个时间间隔的所确定的持续时间取决于所述航空器所处的操作阶段。
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