CN114981633A

CN114981633A - 用于监测飞行器的涡轮发动机上的旋转轴的扭转的方法

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Publication number: CN114981633A
Application number: CN202080092840.9A
Authority: CN
Inventors: 阿尔梅里克·皮埃尔·路易斯·加尼尔; 马里恩·库尼; 托尼·阿兰·罗杰·乔尔·洛莫; 克莱尔·玛丽·菲盖鲁
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-08-30
Also published as: FR3103273B1; FR3103273A1; EP4058772A1; WO2021094693A1; US11788931B2; US20220390328A1

Abstract

一种基于来自沿着旋转轴分布的至少三个传感器的测量，监测飞行器涡轮发动机上的旋转轴的扭转的方法，所述至少三个传感器将轴分成至少两个轴区段，该方法包括：‑对于每个传感器，测量取决于轴的旋转的参数的步骤，‑对于每对可实现的传感器，计算与轴的扭转相关的参数的步骤，‑将所计算的与轴的扭转相关的不同参数与基准比较的步骤，‑在比较步骤结束时，检测轴区段上的损坏的步骤，以及‑从已经检测到损坏的轴区段，指示轴上损坏的定位的步骤。

Description

用于监测飞行器的涡轮发动机上的旋转轴的扭转的方法

技术领域

本发明涉及监测飞行器发动机的领域，更具体地，涉及监测飞行器涡轮发动机上的旋转轴的扭转的领域，其中定位该轴上的任何损坏。

背景技术

常规地，使用一个或两个传感器实施飞行器的旋转轴的扭转的监测。第一传感器安装在涡轮发动机的低压压气机附近或风扇附近，并且与第一传感器耦联的第二传感器安装在低压涡轮附近。

然而，当仅从两个传感器实施扭转监测时，轴扭转监测是可行的，而不是漂移的定位(也就是说，识别哪个轴区段相对于预期的正在漂移)，尽管异常的影响在整个轴上传播。然后，轴的监测对应于旋转轴(在这种情况下为低压轴)的扭转行为的全局监测。这种监测通常专用于测试需要。

已知一种用于控制向隔离的电网提供电能的发电系统的机械传动链中的扭矩振荡的方法，该方法包括监测电网的电气状态的变化的步骤。

还已知一种用于监测轴(特别地，具有多个间隔或与轴一起旋转的元件的轴)的转度的方法和设备，使用仪器实施监测，该仪器用于经由音轮的使用来测量轴的速度。

这两种方法使用扭力计类型的特定仪器用来测量根据轴的扭转的电流变化，或者使用音轮类型的特定仪器用来测量根据轴的扭转的电流变化，这使得有必要在涡轮发动机上嵌入仅专用于该用途的特定的传感器或元件。这仅出于此目的在涡轮发动机上导致了额外的体积和额外的质量。

还已知一种燃气轮机，包括风扇区段、涡轮发动机区段、动力齿轮箱，所述风扇区段包括能随风扇轴旋转的风扇，所述涡轮发动机区段包括涡轮和能随涡轮旋转的涡轮发动机轴，所述动力齿轮箱机械地联接至风扇轴以及涡轮发动机轴，使得风扇轴能穿过齿轮箱旋转，所述齿轮箱包括齿轮。该涡轮发动机进一步包括扭矩监测系统，该扭矩监测系统包括齿轮箱传感器和轴传感器，该齿轮箱传感器可用动力传动齿轮致动，该轴传感器可用涡轮发动机的轴或风扇的轴中的至少一个致动，通过使用齿轮箱传感器和轴传感器，确定燃气涡轮发动机中的扭矩，扭矩监测系统确定齿轮箱的齿轮相对于涡轮发动机的轴或风扇的轴中的至少一个的角位置。

该方法使用齿轮的角位置的两个传感器，这两个传感器中的仅一个(通常为旋转计数器传感器)定位在轴上，在动力齿轮箱的上游或下游，以给出轴的角位置。位置差的变化与扭矩相关，并且仅允许确定在轴上是否存在损坏，而不定位损坏位于其上的轴的特定区段。

还已知的是一种用于燃气涡轮发动机的控制器，该控制器被配置成测量发动机轴在该轴的第一端处的第一转速，并且测量该轴在第二端处的第二转速。该第一端可以联接到发动机的涡轮上，并且该第二端可以联接到发动机的压气机上。控制器进一步被配置成根据第一转速和第二转速，确定轴的扭转角，确定轴的扭转角是否在轴的健康状态的预定监测范围内，并记录轴的扭转角。控制器可以被配置成产生维护警报，该维护警报响应于确定轴的扭转角在轴的健康状态的预定监测范围内。

这种已知的方法使用定位在轴的两端处的相同轴的两个转速传感器。速度的比较允许监测轴的扭转，特别地在诸如加速或减速的瞬时阶段。然而，该方法也使用仅专用于该功能的传感器。

还已知一种用于检测轴扭断事件的方法，该方法包括以下步骤：在存储器中存储轴振荡特征，该轴振荡特征是根据该轴的已知特性确定的，并且与轴扭断事件相关联的，监测轴的转速的步骤，根据转速，检测叠加在转速上的振荡波的步骤，所述振荡波具有波调制频率和波调制振幅，比较振荡特征与振荡波的步骤，以及当振荡波对应于振荡特征时，检测轴扭断事件的步骤。

该方法使用特定技术来监测振荡波。

从文件EP 2893158中还已知一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括涡轮发动机壳体中的至少一个旋转轴向轴，包括长基准齿和短基准齿的环形基准部分，用于检测两个基准齿的通过和测量轴的转速的第一装置，包括纵向测量齿的环形测量部分，以及用于检测长基准齿和测量齿的通过以测量轴扭矩的第二装置。

本文献的监测方法使用轴上的两个不同的转动基准元件来在相同轴上提供两个角度基准，这为该监测增加了涡轮发动机的重量。

发明内容

本发明的目的是提供一种从至少三个传感器监测涡轮发动机的轴的健康的方法，这些传感器的初始功能不是叶端定时传感器或监测轴扭转。

为此，本发明提出了一种基于来自沿着旋转轴分布的至少三个传感器的测量，监测飞行器涡轮发动机上的旋转轴的扭转的方法，所述至少三个传感器将轴分成至少两个轴区段，该方法包括：

-对于每个传感器，测量取决于轴的旋转的参数的步骤，

-对于每对可实现的传感器，计算与轴的扭转相关的参数的步骤，

-将所计算的与轴的扭转相关的不同参数与基准比较的步骤，

-在比较步骤结束时，检测轴区段上的损坏的步骤，以及

-从已经检测到损坏的轴区段，指示轴上损坏的定位的步骤。

因此，根据本发明的方法允许使用一组这些传感器，这些传感器的主要功能不是测量轴的扭转。因此，每个传感器可以具有不同的性质和测量不同性质的物理信号(辐射发射、电容、磁、电阻、场等)。

因此，根据本发明的方法允许通过操作配备有至少三个永久地安装的或模块化传感器的涡轮发动机，扩展用于监测涡轮发动机的轴的健康的能力。

因此，根据本发明的方法允许具有以下情况：N个传感器沿着轴分布在几个轴向平面上，然后将轴分成N-1个离散区段(两个传感器之间的空间)。N个测量中的两个测量的组合允许产生轴区段的扭转监测，该轴区段连接第一测量的传感器与第二测量的传感器：也就是说，当存在3个传感器时监测3个区段。因此，当存在N个传感器时，根据本发明的方法提供了在N个区段中生成2个组合监测动作的可能性。

传感器被配置成用于测量与轴的旋转相关的至少一个参数，以便能够追踪轴的角速度。例如，根据它们的主要功能，它们可具有叶端定时或每分钟转数(rpm)测量功能，即使后者不是初始意图的功能。

基于传感器接收的数据，可以在以下动作中联合地进行两个轴监测动作：

当涡轮通过轴驱动压气机时，监测与轴的惯性负载相关的静态扭转行为。这种监测可以包括研究：在区段上预期的静态行为的漂移，允许的静态扭转的限制，在鸟摄入之后轴的控制或导致产生快速过扭矩的叶片损失(该过扭矩可以引起将降低轴的寿命的损坏)，或检测轴的不同部分之间的连接元件(例如花键)的磨损。

动态行为(静态角位置周围的振荡)的监测，该动态行为可以包括：在每个区段的振动水平下花费的时间累积，行为漂移的检测，允许检查在所观察到的频率下的模式实际上是扭转模式的两个或多个测量平面的存在。实际上，在高频下，在相同频率下观察到几个模式并不罕见。平面的倍增允许过滤不是扭转模式的模式和单独地分析扭转模式的实际振幅。

一种减速齿轮轴的监测，包括：跟踪由齿轮箱的存在激发的扭转模式(高频模式，发动机谐波乘以齿轮的齿数)，齿轮磨损的检测，后退模式的检测，对于该后退模式，传感器必须被放置在齿轮箱的每一侧上。

然后将对轴的多个区段的这些多个监测动作转换成健康指标的组合，该组合允许估计行为漂移和健康(轴的机械健康)退化的严重性。然后，将这些指标相互比较和聚集，以定位之后在检查和维护操作人员的方向上允许警报的提升。

因此，根据本发明的方法允许以优化数量的传感器和分段来区分更高阶振动模式，以及克服关于传感器的节点的可能存在，并最终地通过考虑可能的减速齿轮的存在来分段监测。

根据用于监测旋转轴的扭转的方法的第一方面，用于定位损坏的传感器中的至少一个可以是永久地安装在涡轮发动机上的传感器。

通过使用已经存在于涡轮发动机上和专用于监测除了轴的扭转的功能之外的功能的传感器，这种监测必需的体积和重量被最小化。

根据用于监测旋转轴的扭转的方法的第二方面，该方法可以进一步包括安装至少一个可移除的自主的模块化传感器的预备步骤，用于定位损坏的传感器中的至少一个是模块化的、自主的和可移除的传感器。

因此，使用可移除的传感器允许在涡轮发动机上在特定位置处偶尔地添加传感器，以便仅在隔离和定位轴上任何损害时以特定方式分段轴的监测。

在本发明的另一目的中，提出了一种用于监测飞行器涡轮发动机上的旋转轴的扭转的组件，该组件包括：

-至少三个传感器，用于测量取决于轴的旋转的参数，所述传感器沿着旋转轴分布，以便将轴分成至少两个轴区段，

-计算装置，被配置成计算每对可实现的传感器与轴的扭转相关的参数，

-比较装置，被配置成将所计算的与轴的扭转相关的不同参数与基准比较，

-用于从由比较装置传输的信息中，检测轴区段上的损坏的装置，以及

-用于指示在轴上损坏的定位的装置，所述装置被配置成从已由检测装置检测到损坏的轴区段的指示来指示损坏区段。

根据用于监测旋转轴的扭转的组件的第一方面，用于定位损坏的传感器中的一个可以是模块化的、自主的和可移除的传感器。

根据用于监测旋转轴的扭转的组件的第二方面，每个传感器选自磁性传感器、声学传感器、电容传感器和光学传感器。

在本发明的另一个目的中，提出了一种涡轮发动机，该涡轮发动机被配置成接纳用于监测如上限定的旋转轴的扭转的组件，该涡轮发动机包括外壳以及用于进入每个传感器触的所述外壳的开口。

根据涡轮发动机的第一方面，传感器中的至少一个可以是永久地安装在涡轮发动机上的传感器。

本发明的另一个目的提出一种包括至少一个如上限定的涡轮发动机的飞行器。

附图说明

图1呈现了根据本发明的一个实施方式的用于监测飞行器涡轮发动机的旋转轴的扭转的方法的流程图。

图2示出了根据本发明的一个实施方式的旋转轴的监测的分段的一个实施例。

图3示意性地示出了旨在暂时地安装在涡轮发动机上，以实施扭转监测以及其他功能的传感器的一个实施例。

图4示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的涡轮发动机，在该图上示意性示出了根据本发明的一个实施方式的涡轮发动机10，在该涡轮发动机上安装有永久传感器和用于检测图3中叶轮的叶片的角位置的模块化的和自主的组件。

图5示意性地示出了用于具有第一配置的飞行器涡轮发动机的装有叶片的叶轮的叶片的损坏检测组件。

图6示意性地示出了用于具有第二配置的飞行器涡轮发动机的装有叶片的叶轮的叶片的损坏检测组件。

图7呈现了用于检测涡轮发动机叶轮的叶片的角位置的方法的流程图。

图8呈现了根据本发明的一个实现方式的用于对构成飞行器发动机的叶轮的一个或几个叶片检测损坏的方法的流程图，该方法包括检测叶轮的叶片的角位置。

具体实施方式

本发明通常地应用在由飞行器发动机制造商实施的预测性维护服务的情况中。

图1示出了根据本发明的一个实现方式的用于监测飞行器涡轮发动机的旋转轴的扭转的方法的流程图。

监测方法包括第一步骤100，其中，每个传感器测量取决于轴的旋转的参数。

在接下来的步骤110中，构成测量对，每个测量与来自其他传感器的测量联合，并且针对每对计算与轴的扭转相关的参数。对于N个传感器，因此将有可能形成等于N(N-1)/2的数。

在接下来的步骤120中，将在步骤110中计算的与轴的扭转相关的不同参数与相应的基准比较。

在接下来的步骤130中，基于比较步骤120的结果来检测轴区段上是否存在损坏。

最后，如果区段被检测为损坏，则在接下来的步骤140中，从在步骤130中检测到损坏的轴区段定位轴上的损坏。

图2示出了从面向轴19的第一端部安装的第一传感器，从安装在轴19的两个端部之间的第二传感器73，以及从面向轴19的第二端部安装的第三传感器75，对旋转轴19的监测的分段的一个实施例。三个传感器71、73和75耦联到被配置成执行方法的计算的主罩壳80。

这三个传感器71、73、75形成三个区段。在第一传感器71与第二传感器73之间延伸的第一区段A，在第二传感器73与第三传感器75之间延伸的第二区段B，以及在第一传感器71与第三传感器75之间延伸的第三区段C。因此，第三区段C具有等于第一区段A和第二区段B的和的长度。与具有两个传感器的配置相比，传感器的添加由此允许从单个扭矩测量变为三个扭矩测量。

有利地，三个测量与基准的比较允许识别与预期的相比最漂移(静态或动态)的区段，并且因此在此方向上定向检查。这是损伤的定位(E)：漂移集中在第一区段A上，并且不再集中在大区段C上。

通过可用传感器的数量确定区段，诸如用于执行轴的元件的角位置的测量(特定元件的通过时间的比较)的可用传感器的数量。将执行轴的离散化的传感器定位与根据标称状态下的轴的设计和制造的形状和/或杨氏模量的变化一致。

该方法适用于不同的涡轮发动机架构，其允许实施轴的扭转的监测，同时最小化集成对涡轮发动机的影响。

在一个配置中，可以仅使用来自永久地安装在涡轮发动机上用于其他任务的第一组传感器的传感器数据。在另一配置中，除了源自第一组传感器的数据之外，还可以使用来自临时地安装以实施扭转监测和/或其他任务的第二组传感器的传感器数据。

图3示意性地表示了传感器的一个实施例，该传感器旨在临时地安装在涡轮发动机上，以便实施扭转的监测以及另一个功能。

传感器是用于检测叶轮的叶片的角位置的模块化的和自主的组件1的形式，检测组件1旨在安装在涡轮发动机10上。因此，组件1具有检测叶轮的叶片的角位置的主要功能，并且进一步用于实施涡轮发动机的轴的扭转的监测。

在图3所示的实施方式中，模块化的和自主的检测组件或套件1包括主罩壳711、可以与图2的第一传感器71相同的第一传感器71，以及第二传感器72。可替代地，该组件可以包括多于两个的传感器。

可以与图2的主罩壳80混淆的主罩壳711包括通信单元711a、主电力电池711b、存储单元711c、两个可逆的手动紧固夹711d和主处理单元711e。

存储单元711c的一部分是专用于计算的RAM类型的随机存取存储器，并且存储单元711c的另一部分是用于存储主处理单元711e(诸如处理器)的结果和配置参数的NVRAM类型的只读存储器。

可逆的手动紧固夹允许不使用工具和以容易移除的方式，将主罩壳711紧固在涡轮发动机10上。紧固夹711d是用于机械连接到涡轮发动机10上的多点物理紧固件。

每个传感器71和72包括分别地以71a和72a表示的检测模块，例如电容、光学、电感或压力类型的叶端定时传感器，例如分别地以71b和72b表示的局部电池，分别地以71c和72c表示的通信模块，其允许与主罩壳71的通信单元711a通信，分别地以71d和72d表示的两个可逆手动紧固夹，以及分别地以71e和72e表示的局部处理单元，诸如处理器。

可逆的手动紧固夹71d或72d允许不使用工具和以容易移除的方式将传感器71或72紧固在涡轮发动机10上。紧固夹71d或72d是用于机械连接到涡轮发动机10上的多点物理紧固件。

由传感器71或72的检测模块71a或72a拾取的信息被传送到局部处理单元71e或72e，该局部处理单元71e或72e在由通信模块71c或72c向主罩壳711的通信单元711a发射信号之前准备信号。局部处理器71e或72e能够将来自检测模块71a或72a的以几十kHz采集的原始信息转换成可传输信号(数字化、压缩、预处理、叶片通过检测)。

在图3所示的实施方式中，传感器71和72的通信模块71c或72c适于传输和接收无线信息，并且主罩壳711的通信单元711a被配置和适配成接收经由无线通信网络传输的信息。

可替代地，检测组件1可以包括单个电源，诸如电池，其定位在主罩壳711中并经由有线连接给传感器71和72供应电能。

图4示意性示出了根据本发明的一个实施方式的涡轮发动机10，在该涡轮发动机上安装有永久传感器以及用于检测图3的叶轮的叶片的角位置的模块化的和自主的组件。

在图4所示出的实施方式中，仅包括第一传感器71和第二传感器72的检测套件1被安装在涡轮发动机10上。第一传感器71安装在的涡轮发动机10吊舱上，面向风扇11，以允许它对风扇11的叶片装置的健康实施监测。第二传感器72安装在涡轮发动机10的吊舱上，面向低压压气机的级的叶片装置12。主罩壳711就其本身而言被安装在涡轮发动机10的风扇的壳体上的低温区域上。

第一传感器71和第二传感器72被安装在涡轮发动机上的外壳70中，该外壳被提供用于此目的，并且配备有吊舱的进入开口，该进入开口允许容易地打开和关闭对这些外壳的进入，以安装或拆卸传感器71和72。

主罩壳711还可以容纳在为此目的设置有专用进入开口的位置中。该进入开口还可以与专用于接纳涡轮发动机的另一个元件的壳体共用，诸如油进入开口。

在图4中示出的实施方式中，涡轮发动机10包括三个其他位置70，这些其他位置被提供用于接纳类似于第一传感器71和第二传感器72的传感器或其他传感器，这些外壳可以用于可移除的传感器或用于旨在永久保持在涡轮发动机10上的传感器。

在图4中三个其他位置70中自由的第一和第二位置被定位在涡轮发动机10的后部处，其中一个位置面向低压涡轮发动机的级13，并且另一个位置面向高压涡轮发动机的级22。三个其他自由位置70中的第三个被定位在涡轮发动机10的吊舱上。面向高压压气机的级21。

由于这些位置70，在另一种配置中，将可以使两个其他传感器被定位成监测由传动轴19联接的高压压气机的级21和高压涡轮的级22。

在涡轮发动机将包括位于风扇11和低压压气机12之间的减速齿轮和/或位于高压涡轮22和低压涡轮13之间的减速齿轮的配置中，涡轮发动机还可以包括用于在减速齿轮处接纳传感器的位置70。

图5示意性地示出了用于检测具有第一配置的飞行器涡轮发动机10的装有叶片的叶轮11或叶轮的叶片的损坏的组件20。

用于检测损坏的组件20包括用于检测图5中的叶轮的叶片的位置的套件1以及警报装置9。

为了改进图5的可读性，套件1的所有元件均未示出。套件1实际上包括图3中所描述的所有元件，即，主罩壳711、第一传感器71和第二传感器72，该主罩壳711特别地包括主处理单元711e和呈一个或几个数据库D1、D2形式的存储单元711c。

用于检测叶片的位置的组件1的第一传感器71和第二传感器72除了用于检测旋转计数器之外，还形成损坏检测组件20的数据采集装置7。

当叶片位置检测套件1集成到损坏检测组件20中时，主处理单元711e包括用于检测损坏的附加装置。因此，主处理单元被配置成执行计算机程序，该计算机程序包括被设计为执行根据本发明的损坏检测方法的采集、信号处理、分析和警报算法的代码指令。

采集装置7被配置成采集与装有叶片的叶轮11(例如，发动机10的风扇的装有叶片的叶轮或任何其他装有叶片的叶轮)的叶片111至115相关的时间信号S₁。

有利地，采集装置7使用叶端定时技术来测量叶片111至115的通过时间/时刻TOA(到达时间)。

如图4所示，采集装置7的第一传感器71(其是叶端定时传感器)被安装在发动机10的壳体上，与风扇的装有叶片的叶轮11对准，以便采集特定于第一传感器71的时间信号S₁。

更特别地，叶端定时传感器71检测和计数叶片111至115的叶端相对于时基的通过。因此，叶端定时传感器71可以测量叶片111至115之间相对于基准点的电流通过时间(也称为“旋转计数器”)。对于叶端定时传感器71，然后可以从主处理单元711e测量的数据中推导出特定于每个叶片111至115的通过时间(TOA)，在此经由主处理单元711e内部的计算模块713。

换言之，叶端定时传感器71允许采集与每个叶片111至115的叶端的通过时间/时刻相关的测量，该通过对准装有叶片的叶轮11的基准区域。此外，在相同的叶轮上使用几个传感器71的情况下，为了限制叶端定时传感器71损失的风险，可以将传感器71定位成使得它们的方位角距离最大化，以便使它们保持尽可能远离彼此。因此，在传感器71局部故障(例如，碎屑对叶片111的冲击、传感器71的污染)的情况下，最小化所有传感器71被影响的风险。

在正常运转中，叶片111至115将以规则的方式通过相同的叶端定时传感器71前方。因此，在给定的每分钟转数(rpm)下，测量用于传感器71的两个相继的叶片的通过之间的时间间隔Δt。

相反，当叶片在至少一个传感器71前方通过时，叶片的状态的改变(例如，由于磨损或由于异物FOD的摄入(异物损坏))会导致叶片的位置的改变。

为了能够独立于它们的状态识别每个叶片111至115，主处理单元711e被配置成用于分析相对于角基准的不同时间信号S₁。

在这个实施方式中，由图5的用于检测“旋转计数器”的套件1提供角基准，该套件特别地避免了使用音轮。

“旋转计数器”检测组件1被配置成用于检测第一叶轮的叶片和第二叶轮12的叶片的相对角位置，该第一叶轮诸如是使用第一传感器71监测其叶片的损坏的风扇的叶轮11，第一叶轮11和第二叶轮12被相同的空气流横穿，并且在图5中示出的实施方式中，由涡轮发动机10的相同轴19驱动。

也可以通过与第一叶轮11相同的方式，使用面向第二叶轮12安装的其他叶端定时传感器(诸如第二传感器72)监测第二叶轮12的叶片的损坏。

第一叶轮11包括第一数量的叶片N₁，并且第二叶轮12包括第二数量的叶片N₂，第一叶轮11的第一数量的叶片N₁和第二叶轮12的第二数量的叶片N₂是不同的，并且不具有共同的除数。因此，第一和第二数量的叶片N₁和N₂是互质。叶片均匀地分布在叶轮11和12中的每一个上。因此，在相同的叶轮11或12上，两个相邻的叶片被相同的角度间隔分开。

第一传感器71和第二传感器72在相同时钟上时间同步，并且被配置成在相应传感器71或72前面的第一叶轮11或第二叶轮12的叶片的每次通过时产生信号。

检测套件1的主处理单元711e被配置成确定将第一叶轮11的叶片的检测与第二叶轮12的每个叶片的检测分开的时间间隔。

每当第一叶轮11的叶片在其前方通过时，第一嵌入式传感器71返回第一时间信号S₁。每当第二叶轮12的叶片在其前方通过时，第二嵌入式传感器72返回第二时间信号S₂。各检测之间的时间间隔，第一叶轮11的ΔT1、第二叶轮12的ΔT2取决于轴19的转速、叶轮11、12的各个叶片的数量。

图6示意性地示出了用于检测具有第二配置的飞行器涡轮发动机10的叶轮11的叶片的损坏的组件20。

图6中示出的涡轮发动机10的第二配置与图5中示出的涡轮发动机10的第一配置的不同之处在于第一叶轮11和第二叶轮12各自被空气流穿过，该空气流可以是不相同的，并且由两个不同的轴190和195驱动，这两个轴通过减速齿轮198彼此连接。

图7呈现了根据本发明的一个实施方式的用于检测涡轮发动机的叶轮的叶片的角位置的方法的流程图。旋转计数器检测组件1可以实施该方法，以检测旋转计数器。

该方法包括第一步骤200，其中第一传感器71检测第一叶轮11的每个叶片111至115的通过。

同时，在第二步骤210中，第二传感器72检测第二叶轮12的每个叶片121至127的通过。

圆盘测量2π弧度。而且，通过与轴的转速联系，获得1转/分钟＝2π/60rad.s^-1。

对于固定的转速(以下表示为每分钟转数(RPM))，将相同叶轮的两个相继的叶片的通过分开的时间间隔由以下等式确定，该叶轮在与叶轮相关联的传感器前方具有N个叶片：

[数学式1]

对于第一叶轮11及其专用的第一传感器71而言，因此获得：

[数学式2]

并且，对于第二叶轮12及其专用的第二传感器72而言，因此获得：

[数学式3]

因此，在相同的轴旋转中，第一和第二传感器将不具有相同数量的叶片通过的检测。

在图3和图4所示出的实施方式中，第一叶轮11包括五个叶片，也就是说N₁＝5，标记为111至115，并且第二叶轮12包括7个叶片，也就是说N₂＝7，标记为121至127。为了便于计算，考虑了等于60/2π转/分钟的轴的速度，即，每分钟转数(RPM)＝60/2π每分钟转数(rpm)。

利用这些特性，并且为了简单起见考虑传感器具有相同的角位置，获得了在第一步骤200和第二步骤210结束时，对以下叶片的通过时间的记录：

[表1]

第一传感器71	第二传感器72
		0.100	0.050
0.300	0.192
		0.500	0.335
0.700	0.478
		0.900	0.621
1.100	0.764
		1.300	0.907

重要的是应注意，叶片不必要初始面向传感器，这在第一检测之前引入时间限制。

在第三步骤220中，主处理单元711e计算将第一叶轮11的叶片通过与第二叶轮12的叶片121至127中每个分开的时间间隔Δt。

在图5中示出的第一实施方式中，两个叶轮11、12由相同的轴19驱动，比较第一叶轮11的叶片111至115的到达时间与第二叶轮12的叶片121至127的到达时间，则获得矩阵：

[表2]

矩阵的值对应于第一叶轮11的叶片111至115的到达时间与第二叶轮12的叶片121至127的到达时间之间的差，也就是说，以ΔT表示的时间间隔。

可替代地，时间间隔ΔT的计算可以考虑减速装置198(如果存在的话)的减速系数。

例如，在图6中示出的第二实施方式中，两个叶轮11和12不位于相同的轴上，而是由两个不同的轴190和195驱动，这两个轴通过C_减速齿轮系数的减速装置198联接在一起。对于第一叶轮11及其专用的第一传感器71而言，因此获得：

[数学式4]

并且，对于第二叶轮12及其专用的第一传感器72而言，因此获得：

[数学式5]

如果在第二实施方式中进行类似的比较，但是这次通过计算第一时间和第二时间之间的差，第一时间对应于C_减速齿轮系数与第一叶轮11的叶片111至115的到达时间的乘积，第二时间对应于第二叶轮12的叶片121至127的到达时间，获得与被称为表2的表中指示的矩阵相同的矩阵。

因此，矩阵表提供如所期望的那样多的角基准。如矩阵表中所指示的，从一个叶轮到另一个叶轮的叶片也不必对准。如果两个叶轮对准，使得每个对准的叶轮的一个叶片与另一个叶片对准，我们将在表中具有单元，对于该单元，差将为零。

然后，可以通过算法来操作这种数据库。

可替代地，也可以相对于驱动两个叶轮11、12的轴19的转速，标准化时间间隔ΔT的计算，使得计算与转速无关。

接着，在第四步骤230中，主处理单元711e根据第一、第二叶轮11、12的间隔AT的值及每分钟转数(rpm)值，确定第一叶轮11的每个叶片111至115相对于第二叶轮12的叶片121至127的角位置的相对角位置。

在图1和图2和以上表中示出的实施例中，旋转结束时要检测的最后两个叶片115和127具有最小的时间偏差Δt。但是这个结果保持随机，因为它与第一次检测的移位偏移相关。两个叶轮11和12之间的偏移差就其本身而言将与第一和第二叶轮11和12在轴19上的安装相关，并且与第一和第二传感器71和72的角位置相关。因此，这个偏移落入涡轮发动机10的生产和组装内。

在第一传感器71和第二传感器72以相同的角基准对准的情况下，偏移仅与叶轮11和12在轴19上的组装以及它们相对的对准相关。

该偏移是涡轮发动机10的特性，并且所产生的从一个叶轮到另一个叶轮的叶片之间的对准是涡轮发动机10固有的。在此，相对于叶端定时传感器关于叶片的通过时间来呈现这种对准，其最终地是叶片的这种对准的时间特征。

最后，在第五步骤240中，主处理单元711e将第一叶轮11的叶片与第二叶轮12的叶片具有最小时间偏差Δt指定为角基准，也就是说，旋转计数器。

如上所述，第一叶轮11的第五叶片115与第二叶轮12的第七叶片127是最对准的叶片。

这种对准的特性允许任意地确定第一叶轮11的第五叶片115将被认为是旋转计数器，也就是说，作为角基准。基于上述矩阵表的分析，第一叶轮11的另一个叶片可以已经被任意地指定为旋转计数器。

从一个叶轮到另一个叶轮的叶片的对准保持相同，因为它与组装相关，并且与叶轮的对应叶片的数目相关。旋转计数器的识别仅需要由所部署的算法识别一个旋转。

因此，在包括涡轮发动机10的飞行器的每次飞行中，发动机10的第一次旋转允许重新构成旋转计数器。然后，被选为旋转计数器的叶片的每次检测将给出在叶端定时的含义内的时间基准，以及在旋转计数器的含义内的角基准。

叶片损坏检测系统20寻求检测与损坏相关的一个或几个叶片111至115的性能的持久退化，而不是信号S₁上可观察的简单的临时干扰。因此，上述角基准(旋转计数器T12)仅用于识别相对于其他叶片的叶片111至115中的每个。因此，后面将描述的叶片的损坏的检测在此不包括简单观察或由每个叶端定时传感器71在叶片111之间测量的脉冲之间的间隔Δt变化的检测。

至少一个叶端定时传感器71可以用于测量飞行器的发动机10的每分钟转数(rpm)。

每个叶端定时传感器71可以是电容、电感、涡电流类型或光学探头，这些不同类型的传感器是稳固的、准确的和不是大体积的。

现在描述一种通过损坏检测组件20实现的用于对构成装有叶片的叶轮的一个或几个叶片111的损坏进行检测的方法的一个示例性实现方式。

如图8所示，该方法包括由采集装置7实施的测量发动机10的每分钟转数(rpm)的步骤E1。如上所述，可以由叶端定时传感器71实施发动机10的每分钟转数(rpm)的测量。

同时，叶轮11或12的叶端定时传感器71或72执行与每个传感器对齐的每个叶片的叶端通过的时间/时刻相关的测量。然后，处理装置11执行源自叶端定时传感器71或72的测量的调节。这种调节在于在使用角基准测量的时间信号中实时地识别每个叶片，从临时信号中提取与所识别的叶片相关的通过时间(TOA)，将其提取的通过时间以及与其转数相关的信息与所识别的叶片相关联(步骤E2)。

对于叶片的通过时间(TOA)的每次采集，主处理单元711e经由计算模块713计算该叶片的叶端处的偏转(步骤E3)，也就是说，叶片111的叶端相对于叶片静止时的理论位置的空间偏差。

然后，在步骤E4期间，主处理单元711e经由图5中示出的提取模块712，对每个计算的偏转提取动态分量，也就是说，将其与静态分量分离。使用从现有技术已知的分离方法实施动态分量的提取(例如：使用高通滤波器平均或提取高频分量)。

主处理单元711e进一步经由选择模块714对发动机10的一个或几个每分钟转数(rpm)范围实施选择步骤S，针对该选择步骤，假定装有叶片的叶轮11的所有叶片是同步的，也就是说，假定对于发动机10的相同的每分钟转数(rpm)范围具有相同的振动行为。在此，发动机10的每分钟转数(rpm)范围相对于基准数据库(例如数据库D1)被预先识别，以确保所有叶片在它们与叶端定时传感器71或72对齐通过时具有相同的振动行为。

为了针对在选择步骤S期间选择的发动机10的每个每分钟转数(rpm)范围，识别一个或几个叶片的任何损坏，处理装置11进一步包括处理模块715，该处理模块715将由选择模块714选择的动态分量作为输入。

处理模块715被配置成通过确定每个叶片的动态分量的变化，并且通过将这些变化与基准数据库相关联，来确定每个叶片的动态行为中的任何变化(步骤E5)。此外，确定步骤E5的结果被添加到监测数据库(在此为数据库D2)。因此，确定步骤E5可以被视为对在选择步骤S期间选择的每个发动机每分钟转数(rpm)范围，分析每个叶片的动态振动行为的步骤。

然后，主处理单元711e经由比较器716前进到在确定步骤E5之后的比较步骤E6。比较步骤E6在于将叶片111的偏转的动态分量中的每个检测到的变化(也就是说其动态行为中的每个变化)与在基准数据库D1中预先记录的一个或几个阈值比较。

在该步骤E6期间，检测到的叶片111每个动态分量变化(因此为动态行为变化)特别地与第一变化阈值比较，第一变化阈值间接地对应于叶片的健康状态。该第一阈值与第二阈值相关，该第二阈值涉及叶片111的固有频率的变化，达到对应于叶片111的损坏的该阈值。

确定第一阈值和第二阈值，并且在初始学习阶段E9过程中然后将其记录在基准数据库D1中。

因此，叶片111的偏转的动态分量中的变化(也就是说，其动态行为中的变化)的检测在此与该叶片111的固有频率中的漂移的间接检测相关，该漂移超出反映其损坏的预定阈值。

因此，如果叶片111的偏转的动态分量中/动态行为中的变化大于第一变化阈值，则这意指叶片111的固有频率本身具有反映叶片111的损坏的漂移。实际上，叶片111的损坏导致其固有频率的漂移，并且因此导致其偏转的动态分量中的漂移。

因此，当比较器716检测到叶片111的偏转的动态分量中/动态行为中的变化大于或等于第一阈值时，叶片111被识别(步骤E7)为损坏。

然后(经由例如，声音和/或显示装置)向警报装置9发出指示叶片111的损坏的警报(步骤E8)。类似地，可以在警报发出期间触发要被发送或使得可用于维护的消息。

Claims

1.一种基于来自沿着旋转轴(19)分布的至少三个传感器(71-76)的测量，监测飞行器涡轮发动机(10)上的旋转轴(19)的扭转的方法，所述至少三个传感器将轴分成至少两个轴区段，该方法包括：

-对于每个传感器，测量取决于轴的旋转的参数的步骤，

-将所计算的与轴的扭转相关的不同参数与基准比较的步骤，

-在比较步骤结束时，检测轴区段上的损坏的步骤，以及

-从已经检测到损坏的轴区段，指示轴上损坏的定位的步骤。

2.根据权利要求1所述的用于监测旋转轴的扭转的方法，其中，用于定位损坏的传感器中的至少一个是永久地安装在涡轮发动机上的传感器。

3.根据权利要求1或2所述的用于监测旋转轴的扭转的方法，包括安装至少一个可移除的自主的模块化的传感器的预备步骤，用于定位损坏的传感器中的至少一个是模块化的、自主的和可移除的传感器。

4.一种用于监测飞行器涡轮发动机上的旋转轴的扭转的组件，该组件包括：

5.根据权利要求4所述的用于监测旋转轴的扭转的组件，其中，用于定位损坏的传感器之一是模块化的、自主的和可移除的传感器。

6.根据权利要求4或5所述的用于监测旋转轴扭转的组件，其中，每个传感器选自磁性传感器、声学传感器、电容传感器和光学传感器。

7.一种涡轮发动机(10)，被配置成接纳根据权利要求4至6中任一项所述的用于监测旋转轴的扭转的组件(1)，涡轮发动机(10)包括外壳(70)和用于进入每个传感器的所述外壳(70)的开口。

8.根据权利要求7所述的涡轮发动机(10)，其中，传感器中的至少一个是永久地安装在涡轮发动机(10)上的传感器。

9.一种飞行器，包括至少一个根据权利要求7或8中任一项所述的涡轮发动机(10)。