EP4305288A1 - Verfahren und computerprogrammprodukt zur überwachung eines zapfluftversorgungssystems eines flugzeugs - Google Patents

Verfahren und computerprogrammprodukt zur überwachung eines zapfluftversorgungssystems eines flugzeugs

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Publication number
EP4305288A1
EP4305288A1 EP22708959.6A EP22708959A EP4305288A1 EP 4305288 A1 EP4305288 A1 EP 4305288A1 EP 22708959 A EP22708959 A EP 22708959A EP 4305288 A1 EP4305288 A1 EP 4305288A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air supply
bleed air
supply system
point cloud
aircraft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22708959.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henrik Sebastian Steude
Alexej DEMESCHKIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lufthansa Technik AG
Original Assignee
Lufthansa Technik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lufthansa Technik AG filed Critical Lufthansa Technik AG
Publication of EP4305288A1 publication Critical patent/EP4305288A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/06—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
    • F02C6/08—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas the gas being bled from the gas-turbine compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16—Control of working fluid flow
    • F02C9/18—Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D2045/0085—Devices for aircraft health monitoring, e.g. monitoring flutter or vibration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/80—Diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/83—Testing, e.g. methods, components or tools therefor

Definitions

  • the invention relates to a method and a computer program product for monitoring a bleed air supply system of an aircraft.
  • compressed air is bled from the turbo compressor of an engine in order to produce or maintain a desired pressure in a pressurized cabin or in the aircraft's pneumatic systems.
  • the engines can be jet engines, propeller turbines or auxiliary power units (APUs). It is common for each aircraft engine to be fitted with a separate bleed air supply system, e.g. also to ensure redundancy.
  • the bleed air is taken from an engine by a bleed air supply system and supplied to the various consumers.
  • the bleed air supply system basically has various actuators, in particular controllable or self-regulating valves, pressure and temperature sensors or pickups and, if necessary, a control unit that can actuate the actuators depending on the determined pressure and temperature values and, if necessary, external control signals.
  • the values determined by the pressure and temperature sensors of the bleed air supply system can be monitored, with the prior art regularly only checking against specified threshold values with sometimes long confirmation times. If a threshold value is exceeded by a measured value in such a system, the entire bleed air supply system is deactivated as a precaution. This form of monitoring allows neither a consideration of the dynamic behavior of the components nor an active assessment of the condition of the bleed air system.
  • the deactivation of the bleed air supply system in the event of a fault also has the disadvantage that when a system is deactivated, the additional bleed air supply system(s) of the aircraft must also provide the bleed air of the deactivated bleed air supply system, which reduces wear and also increases the risk of failure of the other bleed air supply systems.
  • Document US Pat. No. 9,555,903 B2 describes a method for diagnosing faults in the bleed air supply system, in which various sensors arranged on the bleed air supply system are read out and the respective sensor data are checked for deviations from comparative values.
  • the comparative values can be fixed values, parameters determined from the operating parameters of the engine and the associated bleed air supply system, (average) values determined in the past for the bleed air supply system in question, or average values determined in the past for all bleed air supply systems of a series act.
  • any discrepancies found can be specific to the flight phase, e.g. separately for the take-off, climb, descent and cruise phases.
  • certain deviations in the sensor values from the comparison values in predetermined flight phases can then be assigned to specific faults in the bleed air supply system, if necessary.
  • too low a pressure in the climb or cruise phase for example, cannot actually be assigned unequivocally to any component or at least to a small group of components. At least some of the fault reports are not actually restricted in the method according to US Pat.
  • the object of the present invention is to create a method and a computer program product for monitoring a bleed air supply system of an aircraft, which is improved over the prior art. This object is achieved by a method according to the main claim and a computer program product or a set of computer program products according to claim 9. Advantageous developments are the subject matter of the dependent claims.
  • the invention also relates to a method for monitoring a bleed air supply system of an aircraft
  • the invention relates to a computer program product or a set of computer program products, comprising program parts which, when loaded into a computer or into computers networked with one another, for monitoring a bleed air supply system of an aircraft with at least two analog sensors for monitoring the condition of the bleed air supply system using the sensor data according to erfindungsge Permitted methods are designed.
  • an “analog sensor” is a sensor that can record a physical property of a component or in its environment as a quantitative measured variable. The measured variable recorded is made available as analog or - usually - digital sensor data. Typical examples of analog sensors are pressure sensors, temperature sensors or absolute encoders.
  • the opposite of “analogue sensor” is a “binary sensor” which, as a status sensor, can only qualitatively confirm the presence of a certain defined status, e.g. whether a valve is closed or not Status information (“binary sensor data”) can also be derived from the sensor data of an analog sensor by comparing the quantitative sensor data with a limit value, e.g. by comparing the valve position recorded by an absolute encoder with a limit value to determine whether the valve is closed is.
  • a target relation in the form of a "characteristic curve" can be specified for sensor data from two different analog sensors.
  • a corresponding characteristic curve regularly reflects the connection between the sensor data of two analog sensors that is to be expected in error-free operation.
  • the characteristic curve can be derived from a theoretical model of the bleed air supply system or obtained from historical data of one or more identical bleed air supply systems.
  • the characteristic curve can be formed by - if necessary in sections - mathematical functions or by a polygon specified by pairs of coordinates.
  • the invention has recognized that the fault diagnosis and fault prognosis in a bleed air supply system can be significantly improved if, instead of the time-based observation of individual status values of a bleed air supply system known from the prior art, one or more characteristic maps each from sensor data from two analog sensors each monitor the condition of the bleed air supply system. Depending on the selection of the analog sensors for a specific map, different components and/or different functions of the components of the bleed air supply system can be monitored. In particular, dynamic states of the bleed air supply system, which are practically impossible to evaluate when considering measured values in the time series, can be easily evaluated via the characteristic diagrams. This enables precise monitoring, in particular of the valves of the bleed air supply system, which are particularly subject to wear.
  • the analog sensors used for this can be assigned directly to the bleed air supply system.
  • an analogue sensor it is also possible for an analogue sensor to be arranged in a component of the aircraft which is upstream or downstream of the bleed air supply system, for example the engine.
  • the analog sensor detects a measured variable that has a direct influence on the bleed air supply system, for example the pressure prevailing in the engine in the area of a bleed point of the bleed air supply system.
  • a map point cloud determined by the analog sensors can vary greatly depending on the operating state of the bleed air valve or the aircraft, in particular its engine.
  • the map point cloud can change depending on the position of different valves of the bleed air valve and/or the speed of the engine. In order to nevertheless enable a simple evaluation of the characteristic diagrams, e.g Bleed air supply system or on the aircraft is determined.
  • the bleed air supply system comprises at least one pressure control valve
  • its activation state characterizes different operating states for which different characteristic diagrams are determined.
  • the activation state can in particular be a binary indication, for example whether a specific valve is blocked.
  • the binary lockout state is binary sensor data.
  • bleed air supply systems air is often bled from at least two different pressure stages of the compressor of an engine, with a separate pressure control valve then being provided at at least one bleed point.
  • the bi nary blocking state of this separate pressure control valve can indicate different operating states of the bleed air supply system.
  • one or more maps are parameter-dependent, i.e. additional to the two sensors to be set in relation Ordata at least one further parameter is taken into account in the parameter point cloud and the specified characteristic curve.
  • the at least one additional parameter can preferably be an analog sensor for monitoring the status of the bleed air supply system or the environment, or a non-binary operating status value of the aircraft.
  • the parameter for parameter-dependent maps can be, for example, the flow rate through the bleed air supply system and/or the air temperature detected by an analog sensor provided for this purpose in the bleed air supply system or in the engine.
  • the target engine speed specified by the controller or the pressure measured or derived from other variables in specified areas within the engine or in the surrounding area can also be used as parameters.
  • the consumption of bleed air and the associated requirement for the bleed air supply system can also be taken into account as a parameter.
  • Map point clouds are preferably determined over discrete, non-overlapping periods of time, so that a trend analysis can be carried out using two or more map point clouds for different periods of time.
  • signs of wear on components of the bleed air supply system can be mapped and a possibly worn component can be replaced in advance before the component and possibly the entire bleed air supply system fail due to wear.
  • the periods of time can be selected according to actual flights performed by the aircraft, ie from starting the engines before take-off to turning the engines off after landing. It is it is also possible that a period of time extends over several corresponding flights.
  • Any deviations found in the map point cloud from the specified characteristic curve can also be classified. It has been shown that different changes in a map point cloud, which lead to deviations from the associated characteristic curve, indicate different signs of wear and/or faults, possibly in a particular component. By classifying the detected deviation, the actual cause of the error can often be identified immediately.
  • the bleed air supply system comprises at least one analog pressure sensor whose sensor data is recorded and taken into account when determining the map point cloud.
  • at least two analog pressure sensors can also be provided at different points of the bleed air supply system, the sensor data of which together form a map point cloud.
  • the method can be implemented in the computer program product or set of computer program products according to the invention.
  • An expert system can be provided for any classification of discrepancies found.
  • FIG. 1 a detailed illustration of a bleed air system designed for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 a schematic representation of the bleed air system from FIG. 1;
  • FIG. 3a, b a first example of a characteristics map checked in the method according to the invention;
  • FIG. 4a, b a second example of a characteristics map checked in the method according to the invention.
  • FIG. 5 exemplary representations of classifiable deviations from a first predetermined characteristic
  • FIG. 6a, b exemplary representations of classifiable deviations from a second predetermined characteristic.
  • Figures 1 and 2 show a bleed air supply system 10 designed to carry out the method according to the invention on the engine 1 of an aircraft (not shown), with Figure 1 showing the structure of the bleed air supply system 10 on the engine 1, while Figure 2 shows a schematic functional sketch of the bleed air supply system 10 only to the extent relevant for carrying out the method according to the invention.
  • the bleed air supply system 10 has two bleed points 11, 12 in the area of the compressor stages of the engine 1, one bleed point 11 being arranged in the area of the outlet of the high-pressure compressor of the engine 1, while the other bleed point 12 is in an area of the engine 1 with lower pressure is arranged.
  • the tap 11 in the region of the output of the engine 1 Hochdruckver dense is a first control valve 13, the high-pressure valve associated, the output of which point 12 is connected to the tap.
  • the tapping point 12 and the output of the high-pressure valve 14 are connected to a further control valve 15, the pressure control valve. From there the If necessary, bleed air through a heat exchanger 15 (see FIG. 1) for cooling the bleed air to the consumers or to a compressed air supply network (not shown).
  • the control valves 13, 14 can be self-regulating valves or valves that are actively controlled by a control unit (not shown) via control lines (not shown). In both cases, the bleed air supply is always dependent on e.g. the operating state of engine 1 and the air requirement of the consumers connected directly or via a compressed air supply network.
  • a monitoring unit 20 is provided for monitoring the bleed air supply system 10, which includes a computer on which a computer program product according to the invention is loaded.
  • the monitoring unit 20 can be arranged directly on the bleed air supply system 10, remotely therefrom on board the aircraft or outside the aircraft on the ground. In the latter case, the necessary data is transmitted via a radio link.
  • the monitoring unit 20 includes a number of inputs 21 for analog and binary sensor data, as well as operating status information from the engine 1, and an output 22 for issuing any warnings.
  • the warnings that may be generated by the monitoring unit 20 can be displayed, for example, in the cockpit of the aircraft, or they are forwarded to a maintenance operation, which can then prepare the maintenance of the bleed air system.
  • graphic representations of characteristic diagrams as shown, for example, in FIGS. 3 to 6, can be output via the output 22 for further assessment by a maintenance technician.
  • the binary sensors 16, 17 on the valves 13, 14 are arranged with the inputs 21, with the binary sensor 16 assigned to the high-pressure valve 13 indicating the blocking position of the high-pressure valve 13 as logically yes and outputting sensor data when the high-pressure valve 13 is fully closed.
  • the sensor data from the binary sensor 17 on the pressure control valve 14 are logically yes when the pressure control valve 14 is fully open.
  • analog pressure sensors 18, 19 are connected to the inputs of the monitoring unit 20.
  • the analog pressure sensor 18 records the pressure in the supply line before the pressure control valve 14
  • the analog pressure sensor 19 records the regulated pressure after the pressure control valve 14 .
  • the monitoring unit 20 is also connected via a data line 23 to a control and/or monitoring unit (not shown) of the engine 1 and/or the aircraft and receives additional operating data and operating parameters of the engine 1 and/or the aircraft from there.
  • the monitoring unit 20 is supplied with the relative overpressure relative to the environment within the engine in the area of the tapping point 11, ie behind the high-pressure compressor of the engine 1, via the data line 23 as analog sensor data.
  • the monitoring unit 20 can also be supplied with the temperatures of the air at various points of the engine 1 via the data line 23, which can be taken into account as additional parameters in the characteristic field determination described below.
  • the binary sensor 16 reports a logical no to the monitoring unit 20 (the high-pressure valve 13 is at least not completely closed), while the binary sensor 17 outputs a logical yes, since the pressure control valve 14 is fully open in this operating state.
  • the monitoring unit 20 can use the sensor data from the two binary sensors 16, 17 to determine the operating state of the bleed air system 10 provided for the idling of the engine 1.
  • a map is provided to map the pressure in the supply line to the pressure control valve 14 as a function of the overpressure prevailing in the area of the tapping point 11 in the engine 1 compared to the environment.
  • the pressure in the supply line to the pressure control valve 14 is detected by the analog pressure sensor 18, while the pressure in question inside the engine 1, which corresponds to the pressure after the high-pressure compressor, is available via the data line 23 as analog sensor data.
  • the latter sensor data is recorded by an analogue sensor in engine 1.
  • the individual measured values are time-coded so that value pairs 31 can be formed from the sensor data from measured values recorded at the same point in time, which then results in a parameter point cloud 30 .
  • FIG. 3a shows a corresponding parameter point cloud 30 from a large number of value pairs 31 as an example.
  • the x-axis shows the overpressure relative to the environment at the tapping point 11, and the y-axis shows the pressure detected by the analog pressure sensor 18.
  • the monitoring unit 20 is designed to carry out precisely this check, with no warning being output via the output 22 in this case.
  • FIG. 3b shows a characteristic value point cloud 30 determined and displayed identically to FIG. 3a, whereby due to the considerable scattering of the value pairs 31 at higher pressures at the tapping point 11 (x-axis), there is a considerable deviation from the characteristic curve 35 - also due to the monitoring unit 20 - can be detected so that a warning can be issued via output 22.
  • the deviation shown in FIG. 3b indicates faulty behavior of the valve 16, so that troubleshooting can be limited to the valve 16 (e.g. mechanical wear or leaks) or its activation. More detailed statements about the cause of the error based solely on the deviations determined can be made if necessary through a corresponding comparison with previous similar deviations and their respective cause of the error.
  • the engine 1 When the aircraft is actually flying, the engine 1 is no longer idling and the bleed air supply system 10 is also in a different operating state. In this, there is regularly sufficient pressure for the bleed air supply at the tapping point 12 so that the high-pressure valve 13 is completely closed and the pressure is controlled exclusively via the pressure control valve 14 .
  • the Radiozu status can be determined by the monitoring unit 20 again solely via the sensor data from the binary sensors 16, 17, since the binary sensor 16 is a logical yes for a fully closed high-pressure valve 13 and the binary sensor
  • the characteristic map is provided for mapping the pressure downstream of the pressure control valve 14 as a function of the pressure upstream of the pressure control valve 14 .
  • the first-mentioned pressure is recorded by the analog pressure sensor 19, while the pressure in the supply line to the pressure control valve 14 by the analog pressure sensor
  • the individual measured values are each recorded at the same time, so that pairs of values 31 can be formed from measured values recorded at the same point in time from the sensor data, which then results in a parameter point cloud 30 .
  • FIG. 4a shows a corresponding parameter point cloud 30 from a large number of value pairs 31 by way of example.
  • the pressure detected by the analog pressure sensor 18 before the pressure control valve 14 is shown on the x-axis, and the pressure detected by the analog pressure sensor 18 after the pressure control valve 14 is shown on the y-axis.
  • a corresponding, predetermined characteristic curve 35 for the setpoint dependency of the two values is also shown in FIG. 4a.
  • the deviations of the parameter point cloud 30 from the characteristic curve 35 in FIG. 4a is still within the permissible tolerance range that can be checked by the monitoring unit using known mathematical methods, so that no warning has to or is issued in the example shown.
  • FIG. 4b shows a parameter point cloud 30 determined and displayed identically to FIG. 4a.
  • the characteristic value point cloud 30 is clearly "upward” compared to FIG A warning is issued via output 22.
  • the deviation shown in Figure 4b indicates incorrect behavior of valve 14, so that troubleshooting can be limited to valve 14 (e.g. mechanical wear or leaks) or its control Solely on the basis of the deviations determined, it may be possible to make a corresponding comparison with previous similar deviations and their respective cause of the error.
  • FIG. 5 shows a parameter point cloud 30 according to FIGS. 3a, b, in which the circled pattern of pairs of values 31 allows the conclusion that the binary sensor 16 is defective or is supplying incorrect sensor data.
  • the binary sensor 16 namely when the high-pressure valve 13 is actually closed, correctly output a logical yes, the pairs of values 31 in question, which reflect the pressure control by the pressure control valve 15, would not be recorded in this characteristic map, as shown in Figure 5 (cf. statements on Operating state for Figure 3a).
  • FIGS. 6a, b show further examples of classifiable deviations from the characteristic curve 35 in the case of parameter point clouds 30 according to FIGS. 4a, b.
  • the parameter point cloud 30 shown in FIG. 6a indicates that the actuation of the pressure control valve 14 is not working properly.
  • the parameter point cloud 30 from FIG. 6b indicates a worn pressure control valve 13.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogramm Produkt zur Überwachung eines Zapfluftversorgungssystems (10) eines Flugzeugs. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Zapfluftversorgungssystems (10) eines Flugzeuges mit wenigstens zwei Analogsensoren (18, 19) zur Zustandsüberwachung des Zapfluftversorgungssystems (10) anhand der Sensordaten umfasst die Schritte : Ermitteln von wenigstens einer Kennfeld-Punktwolke (30) aus den zeitgleich erfassten Sensordaten von jeweils zwei Analogsensoren (18, 19) zum Zustand des Zapfluftversorgungssystems (10) über einen vorgegebenen Mindestzeitraum; Abgleich der Kennfeld-Punktwolke (30) mit dafür einer entsprechenden vorgegebenen Kennlinie (35) für den von der Kennfeld-Punktwolke (30) abgebildeten Zusammenhang der erfassten Sensordaten; und Bei Feststellung einer Abweichung der Kennfeld-Punkt wolke (30) von der vorgegebenen Kennlinie (35) über ein vorgegebenes Maß hinaus: Ausgeben einer Warnung. Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist zur Durchfüh rung dieses Verfahrens ausgebildet.

Description

Verfahren und Computerprograimnprodukt zur Überwachung eines Zapfluftversorgungssystems eines
Flugzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogramm produkt zur Überwachung eines Zapfluftversorgungssystems eines Flugzeugs.
Bei Flugzeugen, insbesondere Verkehrsflugzeugen, wird aus dem Turboverdichter eines Triebwerks verdichtete Luft abgezapft, um einen gewünschten Druck in einer Druckkabine oder in pneu matischen Systemen des Flugzeuges erzeugen bzw. aufrecht er halten zu können. Bei den Triebwerken kann es sich um Strahl triebwerke, Propellerturbinen oder Hilfsgasturbinen (APUs) handeln. Es ist üblich, dass jedes Triebwerk eines Flugzeuges mit einem separaten Zapfluftversorgungssystem auszustatten, u. a. auch um eine Redundanz zu gewährleisten.
Einem Triebwerk wird die Zapfluft durch ein Zapfluftversor gungssystem entnommen und den verschiedenen Verbrauchern zuge leitet. Das Zapfluftversorgungssystem verfügt grundsätzlich über verschiedene Stellglieder, insbesondere steuerbare oder selbstregulierende Ventile, Druck- und Temperatursensoren oder Aufnehmer sowie ggf. einer Steuerungseinheit, die in Abhängig keit der ermittelten Druck- und Temperaturwerte, sowie ggf. externer Steuerungssignale, die Stellglieder betätigen kann.
Es ist auch möglich, auf eine Steuerungseinheit zu verzichten, wobei dann eine rein pneumatische Regelung der einzelnen Stellglieder realisiert werden kann. In beiden Fällen kann ne ben der Einhaltung eines gewünschten Betriebsdrucks grundsätz lich auch die Temperatur der den verschiedenen Verbrauchern zur Verfügung gestellten Druckluft geregelt werden. Zapfluftversorgungssysteme weisen aufgrund der vielen mechani schen Komponenten, insbesondere bei rein pneumatischer Rege lung, eine geringe Zuverlässigkeit auf. Bei Auftreten einer Störung ist das Zapfluftversorgungssystem aus Sicherheitsgrün den grundsätzlich abzuschalten, auch wenn die häufigen Aus fälle teils erhebliche Störungen im Betrieb eines Flugzeugs, insbesondere eines Verkehrsflugzeugs, verursachen können.
Um Störungen eines Zapfluftversorgungssystems während eines Fluges erkennen zu können, lassen sich die von den Druck- und Temperatursensoren des Zapfluftversorgungssystems ermittelten Werte überwachen, wobei im Stand der Technik regelmäßig ledig lich eine Prüfung gegenüber vorgegebenen Schwellwerten mit zum Teil langen Bestätigungszeiten erfolgt. Wird bei einem solchen System ein Schwellwert durch einen Messwert überschritten, wird das gesamte Zapfluftversorgungssystem vorsorglich deakti viert. Diese Form der Überwachung ermöglicht weder eine Be rücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Komponenten noch eine aktive Beurteilung des Zustands des ZapfluftSystems.
Auch wenn diese Überwachung des Zapfluftversorgungssystems in der Lage ist, mögliche Störungen im Zapfluftversorgungssystem zu erkennen und das System bei Bedarf zu deaktivieren, liefern die aus dem Stand der Technik bekannten Überwachungseinrich tungen in den Störungsmeldungen keine detaillierten Informati onen zur möglichen Ursache einer Störung des Zapfluftversor gungssystems, sodass eine Störung regelmäßig aufwendige Feh lersuche- und Behebungsmaßnahmen erfordert.
Das Deaktivieren von Zapfluftversorgungssystem bei Störungen hat darüber hinaus den Nachteil, dass bei Deaktivierung eines Systems das oder die weiteren Zapfluftversorgungssysteme des Flugzeugs zusätzlich die Zapfluft des deaktivierten Zapfluft versorgungssystems bereitstellen müssen, was den Verschleiß und auch das Ausfallrisiko der weiteren Zapfluftversorgungs- systeme erhöht.
Aus dem Dokument US 9,555,903 B2 ist ein Verfahren zum Diag nostizieren von Störungen des Zapfluftversorgungssystems be schrieben, bei dem diverse am Zapfluftversorgungssystem ange ordnete Sensoren ausgelesen und die jeweiligen Sensordaten auf Abweichungen von Vergleichswerten überprüft werden. Bei den Vergleichswerten kann es sich um fest vorgegebene Werte, aus Betriebsparametern des Triebwerks und des dazugehörigen Zapfluftversorgungssystems ermittelte Parameter, für das frag liche Zapfluftversorgungssystem in der Vergangenheit ermit telte (Durchschnitts-)Werte oder für sämtliche Zapfluftversor- gungssysteme einer Baureihe in der Vergangenheit ermittelte Durchschnittswerte handeln.
Die Interpretation evtl, festgestellter Abweichungen kann da bei flugphasenspezifisch erfolgen, also bspw. separat für die Start-, Steigflug-, Sinkflug- und Reiseflugphase. Es können dann in Einzelfällen bestimmte Abweichungen der Sensorwerte von den Vergleichswerten in vorgegebenen Flugphasen ggf. spe zifischen Störungen des Zapfluftversorgungssystems zugeordnet werden. Hingegen kann bspw. ein zu geringer Druck in der Steigflug- oder Reiseflugphase tatsächlich keiner Komponente oder zumindest einer kleinen Gruppe von Komponenten eindeutig zugeordnet werden. Zumindest bei einem Teil der Störungsmel dungen erfolgt auch bei dem Verfahren gemäß US 9,555,903 B2 keine tatsächliche Einschränkung der ggf. fehlerhaften Kompo nenten des Zapfluftversorgungssystems, womit die Fehlersuche in einem solchen Störungsfall sehr aufwendig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zur Überwachung eines Zapfluftver sorgungssystems eines Flugzeugs zu schaffen, welches gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Haupt anspruch sowie ein Computerprogrammprodukt bzw. ein Satz von Computerprogrammprodukten gemäß dem Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines Zapfluftversorgungssystems eines Flugzeuges mit
- wenigstens zwei Analogsensoren zur Zustandsüberwachung des Zapfluftversorgungssystems anhand der Sensordaten; mit den Schritten:
- Ermitteln von wenigstens einer Kennfeld-Punktwolke aus den zeitgleich erfassten Sensordaten von jeweils zwei Analogsensoren zum Zustand des Zapfluftversorgungssys tems über einen vorgegebenen MindestZeitraum;
- Abgleich der Kennfeld-Punktwolke mit einer vorgegebenen Kennlinie für den von der Kennfeld-Punktwolke abgebil deten Zusammenhang der erfassten Sensordaten; und
- Bei Feststellung einer Abweichung der Kennfeld-Punkt- wolke von der vorgegebenen Kennlinie über ein vorgege benes Maß hinaus: Ausgeben einer Warnung.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt oder einen Satz von Computerprogrammprodukten, umfassend Pro grammteile, welche, wenn geladen in einen Computer oder in un tereinander vernetzte Computer, zur Überwachung eines Zapfluftversorgungssystems eines Flugzeuges mit wenigstens zwei Analogsensoren zur Zustandsüberwachung des Zapfluftver sorgungssystems anhand der Sensordaten gemäß dem erfindungsge mäßen Verfahren ausgelegt sind. Zunächst werden einige in Zusammenhang mit der Erfindung ver wendete Begriffe erläutert.
Bei einem „Analogsensor" handelt es sich um einen Sensor, der einen physikalische Eigenschaften einer Komponente oder in seiner Umgebung als quantitative Messgröße erfassen kann. Die erfasste Messgröße wird als analoge oder - im Regelfall - di gitale Sensordaten zur Verfügung gestellt. Typische Beispiele für Analogsensoren sind Drucksensoren, Temperatursensoren oder Absolutwertgeber . Gegenteil von „Analogsensor" ist ein „Bi närsensor", der als Zustandssensor ausschließlich qualitativ das Vorliegen eines bestimmten definierten Zustandes bestätig ten kann, bspw. ob ein Ventil geschlossen ist oder nicht. Ent sprechende von einem Binärsensor feststellbare Zustandsinfor mationen („binäre Sensordaten") können auch an den Sensordaten eines Analogsensors durch Abgleich der quantitativen Sensorda ten mit einem Grenzwert abgeleitet werden, bspw. durch Ver gleich der durch einen Absolutwertgeber erfasste Ventilstel lung mit einem Grenzwert zur Feststellung, ob das Ventil ge schlossen ist.
In einem „Kennfeld" können grundsätzlich Zusammenhänge Sensor daten zweier verschiedener Analogsensoren abgebildet werde. Dabei können von den beiden Analogsensoren zu einem gleichen Zeitpunkt ermittelte Messwerte als Punkte mit den Messwerten als Koordinaten abgebildet. Werden über die Zeit mehrerer ent sprechender Punkt in einem Kennfeld abgebildet, ergibt sich eine „Kennfeld-Punktwolke".
Für Sensordaten zweier verschiedener Analogsensoren kann eine Soll-Relation in Form einer „Kennlinie" vorgegeben sein. Eine entsprechende Kennlinie gibt regelmäßig den im fehlerfreien Betrieb grundsätzlich zu erwartenden Zusammenhang der Sensor daten zweier Analogsensoren wieder. Die Kennlinie kann dabei aus einem theoretischen Modell des Zapfluftversorgungssystems oder aus historischen Daten einer oder mehrerer baugleicher Zapfluftversorgungssysteme gewonnen werden. Die Kennlinie kann durch - ggf. abschnittsweise - mathematische Funktionen oder durch einen über Koordinatenpaare vorgegebenen Polygonzug ab gebildet werden.
Die Erfindung hat erkannt, sich die Fehlerdiagnose und Fehler prognose bei einem Zapfluftversorgungssystem deutlich verbes sern lassen, wenn anstelle der aus dem Stand der Technik be kannten zeitlichen Beobachtung einzelner Zustandswerte eines Zapfluftversorgungssystems, auf ein oder mehrere Kennfelder aus jeweils Sensordaten von jeweils zwei Analogsensoren, die den Zustand des Zapfluftversorgungssystems überwachen, zurück gegriffen wird. Dabei können je nach Wahl der Analogsensoren für ein bestimmtes Kennfeld unterschiedliche Komponenten und/oder unterschiedliche Funktionen der Komponenten des Zapfluftversorgungssystems überwacht werden. Insbesondere kön nen dynamische Zustände des Zapfluftversorgungssystems, die bei Betrachtung von Messwerten in der Zeitreihe praktisch nicht auswertbar sind, über die Kennfelder einfach ausgewertet werden. Das ermöglicht eine genaue Überwachung insbesondere der dem Verschleiß besonders unterliegenden Ventile des Zapfluftversorgungssystems .
Die dazu verwendeten Analogsensoren können unmittelbar dem Zapfluftversorgungssystem zugeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass ein Analogsensor in einer dem Zapfluftversor gungssystem vor- oder nachgeschalteten Komponente des Flug zeugs angeordnet ist, bspw. dem Triebwerk. Wesentlich ist le diglich, dass der Analogsensor eine Messgröße erfasst, die un mittelbar Einfluss auf das Zapfluftversorgungssystem hat, bspw. der im Triebwerk herrschende Druck im Bereich einer Ab zapfstelle des Zapfluftversorgungssystems. Eine durch die Analogsensoren ermittelte Kennfeld-Punktwolke kann sich je nach Betriebszustand des Zapfluftluftventils oder des Flugzeugs, insbesondere dessen Triebwerk, stark variieren. So kann sich die Kennfeld-Punktwolke je nach Stellung unter schiedlicher Ventile des Zapfluftventils und/oder der Drehzahl des Triebwerks verändern. Um dennoch eine einfache Auswertung der Kennfelder, bspw. im Abgleich mit einer Kennlinie, zu er möglichen, ist es bevorzugt, wenn betriebszustandsabhängige Kennfelder ermittelt werden, wobei der Betriebszustand des Zapfluftversorgungssystems durch eine Steuerungseinheit des Zapfluftversorgungssystems oder des Flugzeugs vorgegeben und/oder durch Zustandssensoren am Zapfluftversorgungssystem oder am Flugzeug ermittelt wird.
Falls das Zapfluftversorgungssystem wenigstens ein Druckregel ventil umfasst, kann es bevorzugt sein, wenn dessen Aktivie rungszustand unterschiedliche Betriebszustände kennzeichnet, für die unterschiedliche Kennfelder ermittelt werden. Bei dem Aktivierungszustand kann es sich insbesondere um eine binäre Angabe, bspw., ob ein bestimmtes Ventil gesperrt ist, handeln. Bei dem binären Sperrzustand handelt es sich um binäre Sensor daten.
Bei Zapfluftversorgungssystemen wird häufig an wenigstens zwei unterschiedlichen Druckstufen des Verdichters eines Triebwerks Luft abgezapft, wobei dann an wenigstens einer Abzapfstelle ein gesondertes Druckregelungsventil vorgesehen ist. Der bi näre Sperrzustand dieses gesonderten Druckregelungsventils kann unterschiedliche Betriebszustände des Zapfluftversor gungssystems kennzeichnen.
Es ist weiterhin möglich, dass ein oder mehrere (auch be triebszustandsabhängige) Kennfelder parameterabhängig sind, also zusätzliche zu den beiden in Relation zu setzenden Sens- ordaten noch wenigstens ein weiterer Parameter bei der Kenn wert-Punktwolke sowie der vorgegebenen Kennlinie berücksich tigt wird. Bei dem wenigstens einen zusätzlichen Parameter kann es sich vorzugsweise um einen durch einen Analogsensor zur Zustandsüberwachung des Zapfluftversorgungssystems oder der Umgebung oder einen nicht-binären Betriebszustandswert des Flugzeugs handeln.
Bei dem Parameter für parameterabhängige Kennfelder kann es sich bspw. um die durch einen dafür vorgesehenen Analogsensor erfasste Durchflussmenge durch das Zapfluftversorgungssystem und/oder die durch einen dafür vorgesehenen Analogsensor im Zapfluftversorgungssystem oder im Triebwerk erfasste Lufttem peratur handeln. Auch die durch die Steuerung vorgegebene Soll-Drehzahl des Triebwerks oder der gemessene oder aus ande ren Größen abgeleitete Druck in vorgegebenen Bereichen inner halb des Triebwerks oder in der Umgebung kann als Parameter herangezogen werden. Auch kann als Parameter der Zapfluftver brauch und die damit verbundene Anforderung an das Zapfluft versorgungssystem berücksichtigt werden.
Vorzugsweise werden Kennfeld-Punktwolken über diskrete, sich nicht überschneidende Zeitabschnitte ermittelt, sodass sich anhand zweier oder mehrere Kennfeld-Punktwolken für unter schiedliche Zeitabschnitte eine Trendanalyse durchführen lässt. In einer entsprechenden Trendanalyse können sich Ver schleißerscheinungen an Komponenten des Zapfluftversorgungs systems abbilden und eine ggf. verschlissene Komponente vo rausschauend ausgetauscht werden, bevor es zu einem ver schleißbedingten Ausfall der Komponente und ggf. des gesamten Zapfluftversorgungssystems kommt. Die Zeitabschnitte können entsprechend von dem Flugzeug durchgeführte tatsächliche Flüge gewählt werden, also vom Anlassen der Triebwerke vor dem Start bis zum Abschalten der Triebwerke nach der Landung. Es ist auch möglich, dass sich einen Zeitabschnitt über mehrere ent sprechende Flüge erstreckt.
Mögliche festgestellte Abweichungen der Kennfeld-Punktwolke von der vorgegebenen Kennlinie können auch klassifiziert wer den. Es hat sich nämlich gezeigt, dass unterschiedliche Verän derungen einer Kennfeld-Punktwolke, die zu Abweichungen von der dazugehörigen Kennlinie führen, auf unterschiedliche Ver schleißerscheinungen und/oder Fehler ggf. einer jeweils be stimmten Komponente hinweisen. Indem die festgestellte Abwei chung klassifiziert wird, kann häufig die tatsächliche Fehler ursache unmittelbar identifiziert werden.
Es ist bevorzugt, wenn das Zapfluftversorgungssystem wenigs tens einen Analogdrucksensor umfasst, dessen Sensordaten er fasst und bei der Ermittlung der Kennfeld-Punktwolke berück sichtigt werden. Insbesondere können auch wenigstens zwei Ana logdrucksensoren an unterschiedlichen Stellen des Zapfluftver sorgungssystems vorgesehen sein, deren Sensordaten gemeinsam eine Kennfeld-Punktwolke bilden.
Das Verfahren kann in dem erfindungsgemäßen Computerprogramm produkt oder Satz von Computerprogrammprodukten implementiert werden. Für die evtl. Klassifizierung festgestellter Abwei chungen kann ein Expertensystem vorgesehen werden.
Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungs form unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bei spielhaft beschrieben. Es zeigen:
Figur 1: eine Detaildarstellung eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten ZapfluftSystems;
Figur 2: eine schematische Darstellung des ZapfluftSystems aus Figur 1; Figur 3a, b: ein erstes Beispiel eines bei dem erfindungsgemä ßen Verfahren überprüften Kennfeldes;
Figur 4a , b: ein zweites Beispiel eines bei dem erfindungsge mäßen Verfahren überprüften Kennfeldes;
Figur 5: beispielhafte Darstellungen von klassifizierbaren Abweichungen von einer ersten vorgegebenen Kenn linie; und
Figur 6a, b: beispielhafte Darstellungen von klassifizierbaren Abweichungen von einer zweiten vorgegebenen Kenn linie.
In Figuren 1 und 2 ist ein zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens ausgebildetes Zapfluftversorgungssystem 10 am Triebwerk 1 eines Flugzeugs (nicht dargestellt) gezeigt, wobei Figur 1 das Zapfluftversorgungssystem 10 strukturell am Trieb werk 1 zeigt, während Figur 2 eine schematische Funktions skizze des Zapfluftversorgungssystems 10 ausschließlich in dem für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens relevan ten Umfang zeigt.
Das Zapfluftversorgungssystem 10 verfügt über zwei Abzapfstel len 11, 12 im Bereich der Verdichterstufen des Triebwerks 1, wobei die eine Abzapfstelle 11 im Bereich des Ausgangs des Hochdruckverdichters des Triebwerks 1 angeordnet ist, während die andere Abzapfstelle 12 in einem Bereich des Triebwerks 1 mit geringerem Druck angeordnet ist.
Der Abzapfstelle 11 im Bereich des Ausgangs des Hochdruckver dichters des Triebwerks 1 ist ein erstes Steuerventil 13, das Hochdruckventil, zugeordnet, dessen Ausgang mit der Abzapf stelle 12 verbunden ist. Die Abzapfstelle 12 und der Ausgang des Hochdruckventils 14 sind an ein weiteres Steuerventil 15, dem Druckregelventil, angebunden. Von dort aus gelangt die Zapfluft ggf. durch einen Wärmetauscher 15 (vgl. Figur 1) zur Abkühlung der Zapfluft zu den Verbrauchern bzw. in ein Druck luftversorgungsnetz (nicht dargestellt).
Bei den Steuerungsventilen 13, 14 kann es sich um selbst regu lierende Ventile oder um durch eine Steuerungseinheit (nicht dargestellt) über Steuerleitungen (nicht dargestellt) aktiv gesteuerte Ventile handeln. In beiden Fällen erfolgt die Zapfluftversorgung grundsätzlich in Abhängigkeit u. a. des Be triebszustandes des Triebwerks 1 sowie der Luftbedarf der di rekt oder über ein Druckluftversorgungsnetz angebundenen Ver braucher.
Zur Überwachung des Zapfluftversorgungssystems 10 ist eine Überwachungseinheit 20 vorgesehen, die einen Computer umfasst, auf der ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt geladen ist. Die Überwachungseinheit 20 kann unmittelbar am Zapfluft- versorgungssystem 10, davon entfernt an Bord des Flugzeuges o- der außerhalb des Flugzeugs am Boden angeordnet sein. Im letz ten Fall erfolgt die Übertragung der notwendigen Daten über eine Funkverbindung.
Die Überwachungseinheit 20 umfasst mehrere Eingänge 21 für analoge und binäre Sensordaten, sowie Betriebszustandsinforma tionen vom Triebwerk 1, sowie einen Ausgang 22 zur Ausgabe evtl. Warnungen. Die von der Überwachungseinheit 20 ggf. gene rierten Warnungen können bspw. im Cockpit des Flugzeuges zur Anzeige gebracht werden oder sie werden an einen Wartungsbe trieb weitergeleitet, der daraufhin die Wartung des Zapfluft systems vorbereiten kann. Alternativ oder zusätzlich können über den Ausgang 22 grafische Kennfeld-Darstellungen, wie sie bspw. in Figuren 3 bis 6 gezeigt sind, zur weiteren Begutach tung durch einen Wartungstechniker ausgegeben werden. Mit den Eingängen 21 sind die an den Ventilen 13, 14 Bi närsensoren 16, 17 angeordnet, wobei der dem Hochdruckventil 13 zugeordnete Binärsensor 16 die Sperrsteilung des Hochdruck ventils 13 angibt, als logisch ja als Sensordaten ausgibt, wenn das Hochdruckventil 13 vollständig geschlossen ist. Die Sensordaten des Binärsensors 17 am Druckregelventil 14 sind logisch ja, wenn das Druckregelventil 14 vollständig geöffnet ist.
Darüber hinaus sind noch zwei Analogdrucksensoren 18, 19 an die Eingänge der Überwachungseinheit 20 angeschlossen. Mit dem Analogdrucksensor 18 wird der Druck in der Zuleitung vor dem Druckregelventil 14 aufgenommen, während der Analogdrucksensor 19 den geregelten Druck nach dem Druckregeventil 14 aufnimmt.
Die Überwachungseinheit 20 ist weiterhin über eine Datenlei tung 23 mit einer Steuerungs- und/oder Überwachungseinheit (nicht dargestellt) des Triebwerks 1 und/oder des Flugzeugs verbunden und erhält von dort weitere Betriebsdaten und Be triebsparameter des Triebwerks 1 und/oder des Flugzeugs. Im dargestellten Beispiel wird der Überwachungseinheit 20 der re lative Überdruck gegenüber der Umgebung innerhalb des Trieb werks im Bereich der Abzapfstelle 11, also hinter dem Hoch druckverdichter des Triebwerks 1, über die Datenleitung 23 als analoge Sensordaten zugeleitet. Darüber hinaus können der Überwachungseinheit 20 über die Datenleitung 23 noch die Tem peraturen der Luft an verschiedenen Stellen des Triebwerks 1 zugeleitet werden, die bei der nachfolgend beschriebenen Kenn feld-Ermittlung als zusätzliche Parameter berücksichtigt wer den können.
In Abhängigkeit der durch die Binärsensoren 16, 17 ablesbaren Betriebszustände des Zapfluftversorgungssystems 1 werden un terschiedliche Kennfelder verwendet. Befindet sich das Triebwerk 1 im Leerlauf, sodass an der Ab zapfstelle 12 keine Zapfluft mit ausreichendem Druck zur Ver fügung steht, wird auf die Abzapfstelle 11 hinter dem Hoch druckverdichter des Triebwerks 1 zurückgegriffen, an der auch im Leerlauf des Triebwerks 1 ausreichender Druck für die Zapfluftversorgung herrscht. In diesem Fall wird bei dem dar gestellten Ausführungsbeispiel das Druckregelventil 14 voll ständig geöffnet und die Druckregelung erfolgt allein über ge eignete Ansteuerung des Hochdruckventils 13.
In diesem Betriebszustand meldet der Binärsensor 16 also ein logisches Nein an die Überwachungseinheit 20 (das Hochdruck ventil 13 ist ja zumindest nicht vollständig geschlossen), während der Binärsensor 17 ein logische Ja ausgibt, da das Druckregelventil 14 in diesem Betriebszustand vollständig ge öffnet ist. Die Überwachungseinheit 20 kann anhand der Sensor daten der beiden Binärsensoren 16, 17 den für den Leerlauf des Triebwerks 1 vorgesehenen Betriebszustand des ZapfluftSystems 10 feststellen.
Für diesen Betriebszustand ist als Kennfeld vorgesehen, den Druck in der Zuleitung zum Druckregelventil 14 in Abhängigkeit des im Bereich der Abzapfstelle 11 in dem Triebwerk 1 herr schenden Überdrucks gegenüber der Umgebung abzubilden. Der Druck in der Zuleitung zum Druckregelventil 14 wird dabei vom Analogdrucksensor 18 erfasst, während der fragliche Druck im Innern des Triebwerks 1, der dem Druck nach dem Hochdruckver dichter entspricht, über die Datenleitung 23 als analoge Sens ordaten zur Verfügung steht. Letztere Sensordaten werden von einem Analogsensor im Triebwerk 1 erfasst. Die einzelnen Mess werte sind dabei zeitcodiert, sodass sich jeweils Wertepaare 31 aus zum gleichen Zeitpunkt erfassten Messwerte aus den Sen sordaten bilden lassen, womit sich dann eine Kennwert-Punkt- wolke 30 ergibt. In Figur 3a ist exemplarisch eine entsprechende Kennwert- Punktwolke 30 aus einer Vielzahl von Wertepaaren 31 darge stellt. Dabei ist auf der x-Achse der Überdruck gegenüber der Umgebung an der Abzapfstelle 11, auf der y-Achse der durch den Analogdrucksensor 18 erfasste Druck dargestellt.
Für denselben Zusammenhang ist eine betriebszustandsabhängige Kennlinie 35 vorgesehen, welche die ideale Abhängigkeit der beiden betrachteten Werte abbildet.
Wie in Figur 3a zu sehen, ergibt sich - unter Berücksichtigung üblicher Messungenauigkeiten und Toleranzen - eine ausrei chende Übereinstimmung der Kennwert-Punktwolke 30 mit der Kennlinie 35, sodass im dargestellten Beispiel keine Warnung ausgegeben werden muss. Die Überwachungseinheit 20 ist dabei dazu ausgebildet, eben diese Überprüfung durchzuführen, wobei in diesem Fall keine Warnung über den Ausgang 22 ausgegeben wird.
In Figur 3b ist eine zur Figur 3a identisch ermittelte und dargestellte Kennwert-Punktwolke 30 gezeigt, wobei aufgrund der erheblichen Streuung der Wertepaare 31 bei höheren Drücken an der Abzapfstelle 11 (x-Achse) eine erhebliche Abweichung von der Kennlinie 35 - auch durch die Überwachungseinheit 20 - festgestellt werden kann, sodass eine Warnung über den Ausgang 22 ausgegeben werden kann. Die in Figur 3b gezeigte Abweichung zeugt von einem fehlerhaften Verhalten des Ventils 16, sodass sich die Fehlersuche auf das Ventil 16 (bspw. mechanischer Verschleiß oder Leckagen) bzw. dessen Ansteuerung beschränken kann. Detailliertere Aussagen über die Fehlerursache allein auf Basis der ermittelten Abweichungen können ggf. durch ent sprechenden Vergleich mit vorherigen ähnlichen Abweichungen und deren jeweilige Fehlerursache getroffen werden. Beim eigentlichen Flug des Flugzeugs läuft das Triebwerk 1 nicht mehr im Leerlauf und auch das Zapfluftversorgungssystem 10 befindet sich ein einem anderen Betriebszustand. In diesem liegt an der Abzapfstelle 12 regelmäßig ausreichender Druck für die Zapfluftversorgung vor, sodass das Hochdruckventil 13 vollständig geschlossen ist und die Druckregelung ausschließ lich über das Druckregelungsventil 14 erfolgt. Der Betriebszu stand kann von der Überwachungseinheit 20 erneut allein über die Sensordaten der Binärsensoren 16, 17 festgestellt werden, da nämlich der Binärsensor 16 ein logisches Ja für ein voll ständig geschlossenes Hochdruckventil 13 und der Binärsensor
17 ein logisches Nein für ein nicht vollständig geöffnetes Druckregelungsventil 14 ausgibt.
Für diesen Betriebszustand ist als Kennfeld vorgesehen, den Druck nach dem Druckregelventil 14 in Abhängigkeit des Drucks vor dem Druckregelventil 14 abzubilden. Der erstgenannte Druck wird dabei vom Analogdrucksensor 19 erfasst, während der Druck in der Zuleitung zum Druckregelventil 14 vom Analogdrucksensor
18 erfasst wird. Die einzelnen Messwerte werden jeweils zeit gleich erhoben, sodass sich jeweils Wertepaare 31 aus zum gleichen Zeitpunkt erfassten Messwerte aus den Sensordaten bilden lassen, womit sich dann eine Kennwert-Punktwolke 30 ergibt.
In Figur 4a ist exemplarisch eine entsprechende Kennwert- Punktwolke 30 aus einer Vielzahl von Wertepaaren 31 darge stellt. Dabei ist auf der x-Achse der durch den Analogdruck sensor 18 erfasste Druck vor dem Druckregelventil 14, auf der y-Achse der durch den Analogdrucksensor 18 erfasste Druck nach dem Druckregelventil 14 dargestellt.
Auch ist eine entsprechende, vorgegebene Kennlinie 35 für die Soll-Abhängigkeit der beiden Werte in Figur 4a dargestellt. Die Abweichungen der Kennwert-Punktwolke 30 von der Kennlinie 35 in Figur 4a liegt noch im zulässigen und von der Überwa chungseinheit mit bekannten mathematischen Methoden überprü fenbaren Toleranzbereich, sodass im dargestellten Beispiel keine Warnung ausgegeben werden muss bzw. wird.
In Figur 4b ist eine zur Figur 4a identisch ermittelte und dargestellte Kennwert-Punktwolke 30 gezeigt. In diesem Bei spiel ist die Kennwert-Punktwolke 30 im Vergleich zu Figur 4a jedoch deutlich „nach oben" verschoben, wodurch dich eine deutliche Abweichung zur Kennlinie 35 ergibt. Diese Abweichung wird von der Überwachungseinheit 20 als über ein vorgegebenes Toleranzmaß hinaus erkannt und folglich eine Warnung über den Ausgang 22 ausgegeben. Die in Figur 4b gezeigte Abweichung zeugt von einem fehlerhaften Verhalten des Ventils 14, sodass sich die Fehlersuche auf das Ventil 14 (bspw. mechanischer Verschleiß oder Leckagen) bzw. dessen Ansteuerung beschränken kann. Detailliertere Aussagen über die Fehlerursache allein auf Basis der ermittelten Abweichungen können ggf. durch ent sprechenden Vergleich mit vorherigen ähnlichen Abweichungen und deren jeweilige Fehlerursache getroffen werden.
Aus bestimmten Abweichungen einer Kennwert-Punktwolke 30 von der dazugehörigen Kennlinie 35 lassen sich unmittelbar Rück schlüsse auf die Art des Defektes herleiten. Die festgestell ten Abweichungen werden dazu - bspw. auch unmittelbar von der Überwachungseinheit 20 - klassifiziert, wobei bei einer aus reichend eindeutigen Klassifizierung durch die Überwachungs einheit 20 von dieser ein entsprechender Hinweis über den Aus gang 22 ausgegeben werden kann.
In Figur 5 ist eine Kennwert-Punktwolke 30 gemäß Figuren 3a, b gezeigt, bei der das eingekreisten Muster von Wertepaaren 31 den Rückschluss zulässt, dass der Binärsensor 16 defekt ist bzw. fehlerhafte Sensordaten liefert. Würde der Binärsensor 16 nämlich bei tatsächlich geschlossenem Hochdruckventil 13 kor rekt ein logisches Ja ausgeben, würden die fraglichen Werte paare 31, welche die Druckregelung durch das Druckregelventil 15 widerspiegeln, nämlich nicht in diesem Kennfeld, wie es in Figur 5 dargestellt ist, erfasst werden (vgl. Ausführungen zum Betriebszustand zur Figur 3a).
In Figur 6a, b sind weitere Beispiele von klassifizierbaren Abweichungen von der Kennlinie 35 bei Kennwert-Punktwolken 30 gemäß Figur 4a, b gezeigt. Die in Figur 6a gezeigte Kennwert-Punktwolke 30 deutet darauf hin, dass die Ansteuerung des Druckregelungsventils 14 nicht ordnungsgemäß arbeitet. Die Kennwert-Punktwolke 30 aus Figur 6b weist auf ein verschlissenes Druckregelventil 13 hin.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung eines Zapfluftversorgungssystems (10) eines Flugzeuges mit
- wenigstens zwei Analogsensoren (18, 19) zur Zustands überwachung des Zapfluftversorgungssystems (10) anhand der Sensordaten; mit den Schritten:
- Ermitteln von wenigstens einer Kennfeld-Punktwolke (30) aus den zeitgleich erfassten Sensordaten von jeweils zwei Analogsensoren (18, 19) zum Zustand des Zapfluft versorgungssystems (10) über einen vorgegebenen Min destzeitraum;
- Abgleich der Kennfeld-Punktwolke (30) mit dafür einer entsprechenden vorgegebenen Kennlinie (35) für den von der Kennfeld-Punktwolke (30) abgebildeten Zusammenhang der erfassten Sensordaten; und
- Bei Feststellung einer Abweichung der Kennfeld-Punkt- wolke (30) von der vorgegebenen Kennlinie (35) über ein vorgegebenes Maß hinaus: Ausgeben einer Warnung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass betriebszustandsabhängige Kennfelder ermittelt werden, wo bei der Betriebszustand des Zapfluftversorgungssystems (10) durch eine Steuerungseinheit des Zapfluftversorgungssystems (10) oder des Flugzeugs vorgegeben und/oder durch Zustands sensoren (16, 17) am Zapfluftversorgungssystem (10) oder am Flugzeug ermittelt wird.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Zapfluftversorgungssystem (10) wenigstens ein Druckre gelventil (14) umfasst, dessen Aktivierungszustand, vor zugsweise dessen binärer Sperrzustand, unterschiedliche Be triebszustände kennzeichnet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parameterabhängige Kennfelder ermittelt werden, wobei der Parameter vorzugsweise ein durch einen Analogsensor zur Zu standsüberwachung des Zapfluftversorgungssystems (10) oder der Umgebung oder einen nicht-binären Betriebszustandswert des Flugzeugs abbildet.
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass
Parameter für parameterabhängige Kennfelder die durch einen dafür vorgesehenen Analogsensor erfasste Durchflussmenge durch das Zapfluftversorgungssystem (10) und/oder die durch einen dafür vorgesehenen Analogsensor im Zapfluftversor gungssystem (10) oder im Triebwerk (1) erfasste Lufttempe ratur sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten weit Kennfeld-Punktwolken (30) über diskrete, sich nicht überschneidende Zeitabschnitte ermittelt werden und eine Trendanalyse anhand entsprechend erfasster Kenn feld-Punktwolken (30) für unterschiedliche Zeitabschnitte durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass festgestellte Abweichungen der Kennfeld-Punktwolke (30) von der vorgegebenen Kennlinie (35) klassifiziert werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zapfluftversorgungssystem (10) wenigstens einen Ana logdrucksensor (18, 19) umfasst, dessen Sensordaten erfasst und bei der Ermittlung der Kennfeld-Punktwolke (30) berück sichtigt werden.
9. Computerprogrammprodukt oder Satz von Computerprogrammpro- dukten, umfassend Programmteile, welche, wenn geladen in einen Computer oder in untereinander vernetzte Computer, zur Überwachung eines Zapfluftversorgungssystems (10) eines Flugzeuges mit wenigstens zwei Analogsensoren (18, 19) zur
Zustandsüberwachung des Zapfluftversorgungssystems (10) an- hand der Sensordaten gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt sind.
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