DE102018114423A1

DE102018114423A1 - Procedure for monitoring the thrust reversal of an engine

Info

Publication number: DE102018114423A1
Application number: DE102018114423.7A
Authority: DE
Inventors: Werner Mangler
Original assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2019-12-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Schubumkehr eines Triebwerkes für ein Luftfahrzeug, wobei wenigstens eine Gehäusekomponente des Triebswerks mittels wenigstens eines Antriebs zur Schubumkehr bewegbar ist, wobei wenigstens eine leistungsabhängige Größe des wenigstens einen Antriebs während der Aktivierung der Schubumkehr ermittelt wird und als Indikator für etwaige Verschleisserscheinungen an der Schubumkehr ausgewertet wird.The invention relates to a method for monitoring the thrust reversal of an engine for an aircraft, wherein at least one housing component of the engine can be moved by means of at least one drive for thrust reversing, at least one power-dependent quantity of the at least one drive being determined during activation of the thrust reverser and as an indicator for any signs of wear on the thrust reverser is evaluated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Schubumkehr eines Triebwerkes für ein Luftfahrzeug, wobei wenigstens eine Gehäusekomponente des Triebwerks mittels wenigstens eines Antriebs zur Schubumkehr bewegbar ist.The invention relates to a method for monitoring the thrust reversal of an engine for an aircraft, at least one housing component of the engine being movable by means of at least one drive for thrust reversing.

Bekannte Triebwerksschubumkehrungssysteme sind beispielsweise das „translating sleeve actuation system“ und das „blocker door actuation system“. Erstere umfassen wenigstens eine beweglich gelagerte Gehäusekomponente des Triebwerks, die zur Schubumkehr geöffnet wird, um den Luftpfad freizugeben und umleiten zu können. Mittels Schubumkehrtüren kann der Luftstrom in die entgegengesetzte Richtung umgelenkt werden. Beide beweglichen Komponenten sind mittels Lagerteilen, insbesondere Gleitlagern beweglich am Triebwerk gelagert. Solche Lagerteile unterliegen jedoch Verschleiss, so dass mit zunehmender Lebenszeit höhere Reibungsfaktoren auftreten bis ein Austausch erforderlich wird.Known engine thrust reversing systems are, for example, the “translating sleeve actuation system” and the “blocker door actuation system”. The former comprise at least one movably mounted housing component of the engine, which is opened to reverse thrust in order to be able to clear and redirect the air path. The air flow can be redirected in the opposite direction using thrust reversing doors. Both movable components are movably mounted on the engine by means of bearing parts, in particular plain bearings. However, such bearing parts are subject to wear, so that with increasing service life, higher friction factors occur until replacement is necessary.

Bislang wird in solchen Triebwerksschubumkehrungssystemen bereits bei der Systemauslegung die mögliche Reibungszunahme über deren Lebenszeit einberechnet, was letztendlich dazu führt, dass die zur Auslegung des Systems herangenommenen Lasten deutlich überhöht sind. Dies gilt nicht nur für die Dimensionierung der mechanischen Struktur der Triebwerksschubumkehrungssysteme, sondem natürlich auch für verbaute Aktuierungssysteme, die den zu Grunde gelegten überhöhten Lasten Rechnung tragen müssen. Dies führt zu einem insgesamt überdimensionierten System, erhöhtem Systemgewicht, sowie Schwierigkeiten, die geforderten Ausfahrgeschwindigkeiten und Leistungsanforderungen erfüllen zu können.So far, in such engine thrust reversing systems, the possible increase in friction over their lifetime has already been included in the system design, which ultimately means that the loads used to design the system are significantly excessive. This applies not only to the dimensioning of the mechanical structure of the engine thrust reverser systems, but also, of course, to built-in actuation systems, which have to take into account the underlying excessive loads. This leads to an overall oversized system, increased system weight, and difficulties in being able to meet the required extension speeds and performance requirements.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung setzt sich daher zum Ziel, ein verbessertes Verfahren zur Überwachung der Triebwerkschubumkehrungssysteme aufzuzeigen, um frühzeitig Verschleiss oder eine zunehmende Last bei der Aktivierung der Schubumkehr erkennen zu können.The object of the present invention is therefore to provide an improved method for monitoring the engine thrust reversing systems in order to be able to detect wear or an increasing load when the thrust reverser is activated at an early stage.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method according to the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims.

Es wird also ein Verfahren zur Überwachung der Schubumkehr eines Triebwerkes für ein Luftfahrzeug vorgeschlagen, wobei ein solches Triebwerksschubumkehrungssystem wenigstens eine beweglich gelagerte Gehäusekomponente des Triebwerkes umfasst, die mittels wenigstens eines Antriebes zum Zwecke der Schubumkehr bewegbar ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine leistungsabhängige Größe des wenigstens einen Antriebes während der Aktivierung der Schubumkehr ermittelt und von einer Auswerteeinheit als Indikator für etwaige Verschleißerscheinungen an der Schubumkehr ausgewertet wird.A method for monitoring the thrust reversal of an engine for an aircraft is therefore proposed, such an engine thrust reversing system comprising at least one movably mounted housing component of the engine, which can be moved by means of at least one drive for the purpose of thrust reversing. It is proposed according to the invention that at least one power-dependent quantity of the at least one drive is determined during the activation of the thrust reverser and evaluated by an evaluation unit as an indicator of any signs of wear on the thrust reverser.

Demzufolge wird während des regulären Betriebes der Triebwerke eine kontinuierliche oder sich wiederholende Überwachung der Schubumkehr möglich, um etwaige Verschleißerscheinungen möglichst frühzeitig erkennen und gegebenenfalls weitergehende Maßnahmen bei erhöhtem Verschleiß auslösen bzw. ergreifen zu können.As a result, continuous or repetitive monitoring of the thrust reversal is possible during the regular operation of the engines, in order to detect any signs of wear as early as possible and, if necessary, to initiate or take further measures in the event of increased wear.

Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahren soll jedoch nicht nur der aktuelle Verschleiß bestimmt werden, sondern stattdessen auch eine Analyse, sogenannte Trendanalyse, des Verschleißverhaltens angestellt werden, um gegebenenfalls eine Prognose zur verbleibenden Restlebenszeit der Verschleissteile treffen zu können.According to an advantageous embodiment of the method, however, not only is the current wear to be determined, but instead an analysis, so-called trend analysis, of the wear behavior is to be carried out in order, if necessary, to be able to make a forecast of the remaining life of the wear parts.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine solche leistungsabhängige Größe gegen einen vordefinierten Grenzwert verglichen. Beispielsweise wird bei Überschreiten des entsprechenden vordefinierten Grenzwertes eine etwaige Warnmeldung generiert, um den Luftfahrzeugbetreiber einen notwendigen Wartungstermin bzw. den notwendigen Austausch der jeweiligen Verschleißkomponenten anzeigen zu können. Denkbar ist es ebenfalls, dass wenigstens eine leistungsabhängige Größe gegen einen vorhergehend ermittelten Referenzwert verglichen wird. Dadurch lässt sich eine Aussage über das Verschleißverhalten treffen, indem beispielsweise eine Tendenz der Verschleißentwicklung durch den Vergleich vorheriger Messwerte erstellt wird.According to a preferred embodiment of the invention, such a performance-dependent quantity is compared against a predefined limit value. For example, if the corresponding predefined limit value is exceeded, a possible warning message is generated in order to be able to indicate to the aircraft operator a necessary maintenance appointment or the necessary replacement of the respective wear components. It is also conceivable that at least one performance-dependent variable is compared with a previously determined reference value. This makes it possible to make a statement about the wear behavior, for example by creating a tendency for wear development by comparing previous measured values.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es sich bei wenigstens einer leistungsabhängigen Größe um den aktuellen Leistungsbedarf eines Motors des Antriebes handeln, der die notwendige Arbeit zum Bewegen der wenigstens einen Gehäusekomponente zur Aktivierung der Schubumkehr leistet. Der aktuelle Leistungsbedarf des Motors kann beispielsweise anhand wenigstens einer Eingangsgröße des Motors bestimmt bzw. gemessen werden. Vorstellbar ist in diesem Zusammenhang, dass als Motor ein Elektromotor zum Einsatz kommt, als Eingangsgröße der aufgenommene Motorstrom gemessen und für die Berechnung des aktuellen Leistungsbedarfs herangezogen wird. Für anderweitige Motortypen werden selbstredend zum Motorstrom korrespondierende Eingangsgrößen für die Leistungsberechnung herangezogen.According to a preferred embodiment of the invention, at least one power-dependent variable can be the current power requirement of a motor of the drive, which does the necessary work to move the at least one housing component to activate the thrust reverser. The current power requirement of the engine can be determined or measured, for example, on the basis of at least one input variable of the engine. In this context it is conceivable that an electric motor is used as the motor, the input motor current is measured as the input variable and is used to calculate the current power requirement. For other motor types, input variables corresponding to the motor current are naturally used for the power calculation.

Um den Leistungsbedarf für die Aktivierung der Schubumkehr exakt bestimmen zu können, ist zudem die Kenntnis über die aktuelle Position der wenigstens einen beweglich gelagerten Gehäusekomponente notwendig. Auf diese Weise kann der exakte Leistungsbedarf für den vollständige Aktivierungsbewegung der Gehäusekomponente ermittelt werden. Die aktuelle Position der Gehäusekomponente kann beispielsweise mittels eines integrierten Positionssensors erfasst werden.In order to be able to determine the power requirement for the activation of the thrust reverser exactly, it is also necessary to know the current position of the at least one which is movably mounted Housing component necessary. In this way, the exact power requirement for the complete activation movement of the housing component can be determined. The current position of the housing component can be detected, for example, by means of an integrated position sensor.

Ferner ist für die Ermittlung des exakten Leistungsbedarfs auch die Dauer des vollständigen Bewegungsablaufs der Gehäusekomponente zur erfolgreichen Aktivierung der Schubumkehr von Interesse. Diese Bewegungsdauer wird bspw. durch die Zeitdauer für das Verbringen der Gehäusekomponente von einer Position bei deaktivierter Schubumkehr in die Position mit aktiver Schubumkehr definiert.Furthermore, the duration of the complete movement sequence of the housing component for the successful activation of the thrust reverser is of interest for the determination of the exact power requirement. This movement period is defined, for example, by the time period for moving the housing component from a position when the thrust reverser is deactivated to the position with active thrust reverser.

Alternativ oder zusätzlich zur Messung des Leistungsbedarfs kann gemäß vorteilhafter Ausführung der Zustand der Schubumkehr bzw. der aktuelle Verschleissfortschritt durch eine geeignete Lastmessung zur Bestimmung der von der Kinematik der Schubumkehr ausgehenden Last erreicht werden. Beispielsweise kann die aufzubringende Kraft eines Antriebs, insbesondere das notwendige und aktuell aufgebrachte Drehmoment des Antriebes bestimmt bzw. gemessen und als Indikator für etwaige Verschleisserscheinungen an der Schubumkehr ausgewertet werden.As an alternative or in addition to the measurement of the power requirement, the state of the thrust reversal or the current wear progress can be achieved according to an advantageous embodiment by means of a suitable load measurement for determining the load emanating from the kinematics of the thrust reversal. For example, the force of a drive to be applied, in particular the necessary and currently applied torque of the drive, can be determined or measured and evaluated as an indicator of any signs of wear on the thrust reverser.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das aufgewendete Ausgangsmoment eines Motors, insbesondere des Elektromotors erfasst und für die Ermittlung des Verschleißverhaltens als leistungsabhängige Größe herangezogen werden. Denkbar ist es ebenso, das Drehmoment an einer nachgelagerten Stelle des Motors zu ermitteln, beispielsweise im Bereich eines dem Motor nachgeschalteten Aktuators oder Getriebes. Die Messung des Drehmomentes kann durch einen integrierten Lastsensor, insbesondere installierten Drehmomentsensor erfolgen.In a preferred embodiment, the output torque of a motor, in particular of the electric motor, can be recorded and used as a performance-dependent variable for determining the wear behavior. It is also conceivable to determine the torque at a downstream point of the engine, for example in the area of an actuator or transmission connected downstream of the engine. The torque can be measured by an integrated load sensor, in particular an installed torque sensor.

Bei wenigstens einer beweglichen Gehäusekomponente kann es sich um das sogenannte Schubumkehrgehäuse handeln, dass international als „translating sleeve“ eines „translating sleeve actuation systems“ bezeichnet wird. Hierbei wird ein Gehäuseteil des Triebwerkes verfahren, um den Luftpfad für eine Umkehrung freizugeben. Wenigstens eine bewegliche Gehäusekomponente kann auch eine Schubumkehrtür („blocker door“) sein, die den Luftstrom gezielt in die entgegengesetzte Richtung umleitet.At least one movable housing component can be the so-called thrust reverser housing, which is internationally referred to as the “translating sleeve” of a “translating sleeve actuation system”. Here, a housing part of the engine is moved in order to open the air path for a reversal. At least one movable housing component can also be a “blocker door” that specifically redirects the air flow in the opposite direction.

Für die Abschätzung des Verschleißverhaltens und die nachstehende Auswertung im Zuge eines Wartungstermins ist es sinnvoll, wenn die wenigstens eine leistungsabhängige Größe kontinuierlich während des regulären Flugbetriebes des Luftfahrzeuges ermittelt und in einem Speicherbereich für einen späteren Datenabruf im Rahmen eines Wartungstermins bereitgehalten wird.For the estimation of the wear behavior and the following evaluation in the course of a maintenance appointment, it makes sense if the at least one performance-dependent variable is continuously determined during the regular flight operations of the aircraft and is kept available in a memory area for later data retrieval during a maintenance appointment.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Triebwerk für ein Luftfahrzeug mit integrierter Schubumkehr und einer Steuerung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung. Demzufolge zeichnet sich das Triebwerk durch dieselben Vorteile und Eigenschaften aus, wie sie bereits voranstehend anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt worden sind. Auf eine wiederholende Beschreibung wird aus diesem Grund verzichtet.In addition to the method according to the invention, the present invention also relates to an engine for an aircraft with integrated thrust reverser and a controller for carrying out the method according to the present application. Accordingly, the engine is characterized by the same advantages and properties as have already been shown above using the method according to the invention. For this reason, a repetitive description is omitted.

Zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Luftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Triebwerk mit integrierter Schubumkehr und einer passenden Luftfahrzeugsteuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Finally, the present invention also relates to an aircraft with an engine according to the invention with integrated thrust reverser and a suitable aircraft control for carrying out the method according to the invention.

Weitere Vorteile und Eigenschaften des Verfahrens sollen nachfolgenden anhand der einzigen Figur näher erläutert werden.Further advantages and properties of the method will be explained in more detail below with reference to the single figure.

Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm, das die Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte schematisch darstellt. Bei bekannten Triebwerksschubwerksumkehrungssystemen („translating sleeve actuation system“ und „blocker door actuation system“) soll ein Überwachungsverfahren integriert werden, um das Verschleißverhalten etwaiger Lagerkomponenten und somit deren Reibungszunahme über die Lebenszeit des Systems erkennen zu können. Während des regulären Flugbetriebes werden kontinuierlich bestimmte Parameter eingelesen, auf deren Grundlage letztendlich der aktuelle Leistungsbedarf des integralen Aktuierungssystems, insbesondere wenigstens eines integralen Elektromotors, zur Aktivierung der Schubumkehr ermittelt wird.The single figure shows a block diagram that schematically shows the sequence of the individual method steps. In known engine thrust reverser systems ("translating sleeve actuation system" and "blocker door actuation system"), a monitoring procedure is to be integrated in order to be able to recognize the wear behavior of any bearing components and thus their increase in friction over the lifetime of the system. During regular flight operations, certain parameters are continuously read in, on the basis of which the current power requirement of the integral actuation system, in particular at least one integral electric motor, is ultimately determined to activate the thrust reverser.

Wie dies dem Block 10 zu entnehmen ist, wird dazu laufend die aktuelle Systemposition des Schubumkehrsystems, d.h. die Position und Lage des beweglichen Schubumkehrgehäuses sowie der wenigstens einen Schubumkehrtür, die benötigte Systemausfahrzeit zur erfolgreichen Aktivierung der Schubumkehr, als auch der aktuell zur Aktivierung aufgenommene Motorstrom gemessen bzw. eingelesen.Like this the block 10 can be seen, the current system position of the thrust reverser system, i.e. the position and location of the movable thrust reverser housing and the at least one thrust reverser door, the system extension time required for successfully activating the thrust reverser, and the motor current currently taken for activation are measured or read in for this purpose.

Wird anhand der aktuell erfassten Systemposition erkannt, dass das bewegliche Schubumkehrgehäuseteil beziehungsweise eine Schubumkehrtür von der regulären Position im deaktivierten Zustand in die Position zur Aktivierung der Schubumkehr verfahren wird, so wird die dazu benötigte Systemausfahrzeit eingelesen und der aktuell benötigte Motorstrom für den Antrieb der jeweiligen Komponenten gemessen. Basierend auf diesen Werten wird die über die Systemausfahrzeit benötigte elektrische Leistung des Elektromotors berechnet (Block 20).If it is recognized from the currently recorded system position that the movable thrust reverser housing part or a thrust reverser door is moved from the regular position in the deactivated state to the position for activating the thrust reverser, the system extension time required for this is read in and the motor current currently required for driving the respective components measured. Based on these values, the electrical power of the electric motor required over the system extension time is calculated (block 20 ).

Liegt dieser Leistungsbedarfswert unterhalb eines vordefinierten Grenzwertes (Block 30), so geht die Auswerteeinheit von einem tolerierbaren Verschleiß der einzelnen Verschleißteile der Schubumkehr aus (Block 50). Übersteigt der aktuell ermittelte Leistungsbedarf jedoch den hinterlegten Grenzwert, so wird eine Wartungsnachricht (Block 40) an den Kontrollcomputer des Luftfahrzeuges generiert und dem Flugzeugbetreiber gegebenenfalls eine Aufforderung zum Austausch der Verschleißteile beziehungsweise zur Durchführung eines Wartungstermins angezeigt.If this power requirement value is below a predefined limit value (block 30 ), the evaluation unit assumes tolerable wear of the individual wear parts of the thrust reverser (block 50 ). However, if the currently determined power requirement exceeds the stored limit value, a maintenance message (block 40 ) to the control computer of the aircraft and, if necessary, the aircraft operator is prompted to replace the wearing parts or to carry out a maintenance appointment.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Leistungsbedarf anhand des Motorstroms ermittelt. Alternativ könnte hier jedoch auch per Lastmessung bzw. Drehmomentmessung der aktuelle Leistungsbedarf bestimmt werden.In the exemplary embodiment shown, the power requirement is determined on the basis of the motor current. Alternatively, however, the current power requirement could also be determined here by means of load measurement or torque measurement.

Femer besteht auch die Möglichkeit, den Leistungsbedarf und das Verschleißverhalten kontinuierlich während des Flugbetriebes aufzuzeichnen, umso ein Trendmonitoring des Leistungsbedarfs und des Verschleisszustandes zu ermöglichen. Ermittelte Leistungswerte bei der Aktivierung der Schubumkehr können erfasst, gespeichert und optional miteinander verglichen werden, um Tendenzen feststellen zu können und gegebenenfalls eine Prognose zu einem möglichen Austauschtermin verschlissener Teile zu berechnen.There is also the option of continuously recording the power requirement and wear behavior during flight operations, in order to enable trend monitoring of the power requirement and the state of wear. Power values determined when the thrust reverser is activated can be recorded, stored and optionally compared with one another in order to be able to determine trends and, if necessary, to calculate a forecast for a possible replacement date for worn parts.

In Summe wird es durch die Erfindung möglich, frühzeitig das Verschleißverhalten an den Schubumkehrtüren bzw. Schubumkehrgehäuseteilen festzustellen zu können. Durch die kontinuierliche Überwachung der Systeme ist es möglich, einen erhöhten Leistungsbedarf (trend monitoring) verursacht durch Verschleiß und daraus generierter Reibungserhöhung festzustellen. Ist ein Anstieg des Leistungsbedarfs über längere Zeit sichtbar oder wird ein vorher definierter Grenzwert überschritten, wird eine „maintenance message“ generiert. Durch eine rechtzeitige Erkennung von Verschleiß muss in der Auslegung der Systeme der Reibungsfaktor nur noch in reduzierter Art und Weise berücksichtigt werden. Daraus ergibt sich eine deutliche Reduzierung der Systemlasten, was sich wiederum positiv auf das Gewicht der Komponenten und des Systems auswirkt. Ebenso kann über das Monitoring gezielt die Wartung der Verschleißteile erfolgen, und somit können ungeplante Wartungen vermieden werden.Overall, the invention makes it possible to determine the wear behavior on the thrust reverser doors or thrust reverser housing parts at an early stage. The continuous monitoring of the systems makes it possible to determine an increased power requirement (trend monitoring) caused by wear and the increase in friction generated therefrom. If an increase in the power requirement is visible over a longer period of time or if a previously defined limit value is exceeded, a "maintenance message" is generated. By timely detection of wear, the friction factor only has to be taken into account in a reduced manner in the design of the systems. This results in a significant reduction in system loads, which in turn has a positive effect on the weight of the components and the system. The monitoring of wear parts can also be carried out specifically via the monitoring, and unplanned maintenance can thus be avoided.

Claims

Method for monitoring the thrust reversal of an engine for an aircraft, wherein at least one housing component of the engine can be moved by means of at least one drive for thrust reversing, characterized in that at least one power-dependent variable of the at least one drive is determined during activation of the thrust reverser and as an indicator for any Signs of wear on the thrust reverser is evaluated.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the at least one performance-dependent quantity is compared against a predefined limit value or at least a previously determined reference value of the performance-dependent quantity.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that when the limit value or a definable deviation from the reference value is exceeded, a message is generated and, if necessary, a measure is taken.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the power-dependent variable corresponds to the power requirement of a motor of the drive and the current power requirement is preferably determined on the basis of the position of the housing component, the duration of movement of the housing component when the thrust reverser is activated and on the basis of at least one input variable of the motor.

Procedure according to Claim 4 , characterized in that the motor is an electric motor and the input current of the motor current during the actuation of the housing component is used to determine the power consumption.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an applied force or an output torque of the drive is determined as the output-dependent variable, in particular the output torque of an engine or the torque in the region of an actuator or transmission connected downstream of the engine.

Procedure according to Claim 6 , characterized in that the torque is measured by means of an integrated load sensor or torque sensor.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the movable housing components are the thrust reverser housing and / or at least one thrust reverser door.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one performance-dependent variable is continuously determined and kept in a memory which can be read out via an interface in the course of maintenance.

Engine for an aircraft with integrated thrust reverser and a control for carrying out the method according to one of the preceding claims.