JP2017137859A

JP2017137859A - 航空機エンジンに対するダストの影響を評価するシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2017137859A
Application number: JP2017006380A
Authority: JP
Inventors: マイケル・ハワード・フィッシャー; Howard Fisher Michael; アンドリュー・スコット・ケシー; Scott Kessie Andrew; マゼン・ハモウド; Hammoud Mazen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2037-01-18
Also published as: JP6938075B2; EP3200039B1; CN107025327A; JP2022000580A; EP3709114B1; US20170217606A1; CN107025327B; EP3200039A1; CA2955424A1; US9718562B1; EP3709114A1

Abstract

【課題】航空機エンジンに対するダストの影響を評価するシステムを提供する。
【解決手段】不揮発性メモリに連結したプロセッサ、および該プロセッサと接続した非一時的媒体を含むシステムおよび方法であって、該プロセッサが、航空機に対して、２地点間の飛行経路、または出発地点および該地点からの該飛行経路における出発頻度のうちの１つを選択するように構成され、そこで、該飛行経路が少なくとも２つの段階を有し、および該飛行経路に沿った飛行、または出発が１つのサイクルを構成する該システムおよび方法。
【選択図】図５

Description

本発明は、航空機エンジンに対するダストの影響を評価するシステムに関する。

タービンエンジン、特にガスまたは燃焼タービンエンジンは、エンジンを通り抜ける多数のタービン動翼への燃焼ガスの流れからエネルギーを抽出するロータリエンジンである。ガスタービンエンジンは、陸上および航海上の移動ならびに電力生成に用いられてきたが、例えばヘリコプターを含む航空機等、航空上の応用に通常用いられている。航空機分野では、ガスタービンエンジンは、航空機の推進に用いられる。地上用途では、タービンエンジンは動力生成のためにしばしば使用される。

塵埃、ダスト、砂、火山灰および他の環境汚染物質等の微小粒子が、航空機環境に対しては運航可能時間もしくは「飛行時間（ｔｉｍｅ−ｏｎ−ｗｉｎｇ）」の減少、または地上用途においては「稼働時間（ｕｐｔｉｍｅ）」の減少をもたらし得る。この問題は、タービンエンジンが大量の浮遊微小粒子に晒される、世界中の特定の動作環境で悪化する。タービンの構成要素に供給される微小粒子は、該構成要素の流路および表面を塞ぎ、遮断し、または覆うことによって、該構成要素の寿命を減じる可能性がある。

米国特許第６０１３９２１号公報

一態様では、航空機エンジンに対するダストの影響を評価する方法が、少なくとも１つの航空機エンジンに対して、２地点間の飛行経路、または出発地点および該地点からの該飛行経路における出発頻度のうちの１つを選択することであって、そこで、該飛行経路が少なくとも２つの段階を有し、および該飛行経路に沿った飛行、または出発が１つのサイクルを構成する、該選択することと、該２地点もしくは該地点または出発地点の地上での平均ダスト濃度値を算出することと、該飛行経路の各段階の平均ダスト濃度値を算出することと、該少なくとも１つの航空機エンジンに対する該飛行経路の各段階での空気密度を算出することと、サイクルごとの該少なくとも１つの航空機エンジンを通るダスト流れを、該平均ダスト濃度値および該空気密度に基づいて算出することと、該少なくとも１つの航空機エンジンのサービスを、該ダスト流れに基づいて調整することと、を含む。

他の態様では、少なくとも１つのエンジンを有する航空機のメンテナンススケジュールを設定する方法が、該航空機に対して、２地点間の飛行経路、または出発地点および該地点からの該飛行経路における出発頻度のうちの１つを選択することであって、そこで、該飛行経路が少なくとも２つの段階を有し、および該飛行経路に沿った飛行、または出発が１つのサイクルを構成する、該選択することと、該２地点もしくは該地点または出発地点の地上での平均ダスト濃度値を算出することと、該飛行経路の各段階の平均ダスト濃度値を算出することと、該少なくとも１つの航空機エンジンに対する該飛行経路の各段階での空気密度を算出することと、サイクルごとの該少なくとも１つの航空機エンジンを通るダスト流れを、該平均ダスト濃度値および該空気密度に基づいて算出することと、該航空機のメンテナンスサービスを、該ダスト流れに基づいてスケジュール設定することと、を含む。

さらに他の態様では、少なくとも１つの航空機エンジンに対するダストの影響をモデル化するシステムが、地理的位置に基づくダストパラメータまたはダストの種類に関する少なくとも１つのデータベースを有する不揮発性メモリと、該不揮発性メモリに連結したプロセッサと、該プロセッサと接続した非一時的媒体とを含む。該プロセッサが、航空機に対して、２地点間の飛行経路、または出発地点および該地点からの該飛行経路における出発頻度のうちの１つを選択することであって、そこで、該飛行経路が少なくとも２つの段階を有し、および該飛行経路に沿った飛行、または出発が１つのサイクルを構成する、該選択をし、該２地点もしくは該地点または出発地点の地上での平均ダスト濃度値を算出し、該飛行経路の各段階の平均ダスト濃度値を算出し、該少なくとも１つの航空機エンジンに対する該飛行経路の各段階での空気密度を算出し、ならびにサイクルごとの該少なくとも１つの航空機エンジンを通るダスト流れを、該平均ダスト濃度値および該空気密度に基づいて算出するように構成される。

図面は、以下のとおりである。
従来技術の航空機用ガスタービンエンジンの概略的な断面図である。本明細書に記載される種々の態様のエンジンに対する微小粒子の影響を評価またはモデル化するシステムの例示的概略図を示す。記載される種々の態様のシステムのためのダスト負荷推定器の概略図である。本明細書に記載される種々の態様のエンジンに対する微小粒子の影響を評価またはモデル化する方法を説明した例示的フローチャート図である。本明細書に記載される種々の態様のエンジンに対する微小粒子の影響を評価またはモデル化する方法を説明した他の例示的フローチャート図である。

本記載された開示は、航空機エンジンに対するダストの影響を評価またはモデル化する方法およびシステムに関し、ならびに航空機タービン動翼のメンテナンススケジュールを設定する方法に関する。説明を目的として、本発明は航空機のガスタービンエンジンに関して記載することとする。しかしながら、この発明は、それに制限されず、例えば他の移動体への応用および非移動体への工業的、商業的かつ居住的応用等、ダストが装置またはエンジンに影響を及ぼし得る航空機以外の応用での一般的適用性を有し得ることは理解されるであろう。

本明細書で使用される場合、用語「軸方向（ａｘｉａｌ）」または「軸方向（ａｘｉａｌｌｙ）」は、エンジンの縦軸に沿った、またはエンジン内に配置されている構成要素の縦軸に沿ったディメンションを表す。「軸方向（ａｘｉａｌ）」または「軸方向（ａｘｉａｌｌｙ）」と共に使用される用語「前方（ｆｏｒｗａｒｄ）」は、エンジン入口、または他の構成要素と比べてエンジン入口に相対的に近い構成要素に向かう方向への移動を表す。「軸方向（ａｘｉａｌ）」または「軸方向（ａｘｉａｌｌｙ）」と共に使用される用語「後方（ａｆｔ）」は、エンジン中心線に対してエンジンの後部または出口に向かう方向を表す。

本明細書で使用される場合、用語「半径方向（ｒａｄｉａｌ）」または「半径方向（ｒａｄｉａｌｌｙ）」は、エンジン、エンジン外周、またはエンジン内に配置されている環状または輪状の構成要素の中心縦軸の間に延びるディメンションを表す。用語「近接（ｐｒｏｘｉｍａｌ）」または「近接（ｐｒｏｘｉｍａｌｌｙ）」の単独での使用、または用語「半径方向（ｒａｄｉａｌ）」または「半径方向（ｒａｄｉａｌｌｙ）」を伴う使用は、中心縦軸、または他の構成要素と比べて中心縦軸に相対的に近い構成要素に向かう方向への移動を表す。

本明細書で使用される場合、用語「接線方向（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）」または「接線方向（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌｌｙ）」は、エンジンの縦軸またはエンジン内に配置されている構成要素の縦軸に対する放射状線に垂直に伸びるディメンションを表す。

全ての方句に関する言及（例えば、半径方向、軸方向、上部、下部、上方、下方、左、右、側方、前、後、先端部、底部、上側、下側、垂直、水平、時計回り、反時計回り）は、読者の本開示への理解を助けるために、ただ識別の目的で使用されており、特に本開示の位置、方向、または使用に関して、制限を設けるものではない。連結に関する言及（例えば、取付、結合、連結、及び、接合）は、広義に解釈されるべきであり、特に記載しない限り、素子群間の中間部材や素子間の相対移動を含み得る。このように、連結に関する言及は、２つの要素が直接的に連結し、互いに固定した関係にあることを必ずしも意味しない。例示的な図面は、説明のみを目的として提供され、添付の図面に反映される寸法、位置、順番、及び、相対的なサイズは変えられ得る。

図１は、従来技術の航空機用ガスタービンエンジン１０の概略的な断面図であり、これは、本開示の態様が関連する一例示的環境である。エンジン１０は、概して長手方向に延びる軸線または前方１４から後方１６へ延びる中心線１２を有する。エンジン１０は、下流への直列流れ関係で、ファン２０を含むファンセクション１８、ブースターまたは低圧（ＬＰ）圧縮機２４および高圧（ＨＰ）圧縮機２６を含む圧縮機セクション２２、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８、ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２、ならびに排気セクション３８を含む。

ファンセクション１８は、ファン２０を包囲するファンケーシング４０を含む。ファン２０は、中心線１２回りに放射状に配置される複数のファン動翼４２を含む。ＨＰ圧縮機２６、燃焼器３０およびＨＰタービン３４は、燃焼ガスを生成するエンジン１０のコア４４を形成する。コア４４は、ファンケーシング４０と一体となることが可能であるコアケーシング４６によって包囲される。

エンジン１０の中心線１２回りに同軸上に配置されるＨＰシャフトまたはスプール４８は、ＨＰタービン３４をＨＰ圧縮機２６と駆動的に連結する。より大きい直径の環状のＨＰスプール４８内でエンジン１０の中心線１２回りに同軸上に配置されるＬＰシャフトまたはスプール５０は、ＬＰタービン３６をＬＰ圧縮機２４およびファン２０と駆動的に連結する。スプール４８、５０のいずれかまたは双方に搭載されて、ともに回転するエンジン１０の部分を、個別にまたはまとめて回転子５１と称する。

ＬＰ圧縮機２４およびＨＰ圧縮機２６は、複数の圧縮機段５２、５４をそれぞれ含み、圧縮機段において、圧縮機動翼５６、５８の集合は、対応する静的な圧縮機静翼６０、６２（ノズルとも呼ばれる）の集合に対して回転して、上記段を通り抜ける流体の流れを圧縮または加圧する。１つの圧縮機段５２、５４において、多数の圧縮機動翼５６、５８は、環内に設けられることが可能であり、動翼プラットホームから動翼先端まで、中心線１２に対して半径方向に外側に延びることが可能である一方で、対応する静的な圧縮機静翼６０、６２が、動翼５６、５８にその下流に隣接して位置する。図１に示す動翼、静翼および圧縮機段の数は、説明の目的のためだけに選択されたものであり、他の数が可能であることに留意されたい。ある圧縮機段の動翼５６、５８は、ディスク５３に搭載可能であり、それは、その所有のディスクを有する各段を伴うＨＰおよびＬＰスプール４８、５０のうちの対応する１つに搭載される。静翼６０、６２は、回転子５１回りの円周方向配置のコアケーシング４６に搭載される。

ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６は複数のタービン段６４、６６をそれぞれ含み、そこでタービン動翼６８、７０の集合は、対応する静的なタービン静翼７２、７４（ノズルとも呼ばれる）の集合に対して回転して、上記段を通り抜ける流体の流れからエネルギーを抽出する。１つのタービン段６４、６６において、多数のタービン動翼６８、７０は、環内に設けられることが可能であり、動翼プラットホームから動翼先端まで、中心線１２に対して半径方向に外側に延びることが可能である一方で、対応する静的なタービン静翼７２、７４が、動翼６８、７０の上流に隣接して位置する。図１に示す動翼、静翼およびタービン段の数は、説明の目的のためだけに選択されたものであり、他の数が可能であることに留意されたい。

作動において、回転ファン２０は、ＬＰ圧縮機２４へ周辺空気を供給し、その後周辺空気をさらに加圧するＨＰ圧縮機２６へ加圧された周辺空気を供給する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気は、燃焼器３０において燃料と混合して点火され、それによって燃焼ガスを生成する。ＨＰタービン３４は、ある仕事量をこれらのガスから抽出し、ＨＰ圧縮機２６を駆動する。燃焼ガスは、ＬＰ圧縮機２４を駆動し、追加の仕事量を抽出するＬＰタービン３６へ排出され、排気ガスは、最終的に、排気セクション３８を経由してエンジン１０から排出される。ＬＰタービン３６の駆動がＬＰスプール５０を駆動し、ファン２０およびＬＰ圧縮機２４を回転させる。

エンジン１０の運転は、浮遊または地上に存在し得る塵埃、ダスト、砂、火山灰および他の環境汚染物質等の微小粒子を有する環境下となる場合がある。一例では、浮遊微小粒子の第１の群７６が、運転中のエンジン１０によって引き込まれ、吸引され、吸い込まれ、またはさもなければ受容され得る。他の例では、地上の微小粒子の第２の群７８が、運転中のエンジン１０によって、引き込まれ、吸引され、または撹拌され得、その結果、地上から巻き上げられ、およびさらに吸い込まれ、またはさもなければ受容される。運転中のエンジン１０によって受容される微小粒子７６、７８は、航空機環境に対しては運航可能時間もしくは「飛行時間」を減少させ、または地上用途においては「稼働時間」を減少させるという影響を及ぼし得る。例えば、微小粒子７６、７８は、エンジン１０の構成要素にダメージを与え、燃焼効率を低減させ、または該構成要素の流路および表面を塞ぎ、遮断し、もしくは覆い得ることで、該構成要素の寿命をさらに減ずる可能性がある。

エンジン１０の運転における異なる地理的位置は、異なる種類または組成の微小粒子７６、７８を伴い得る。加えて、異なる地理的位置は、異なる数量の微小粒子７６、７８を伴い得る。さらに他の例では、タキシング、離陸、上昇、下降、進入、および着陸等の異なる飛行段階は、異なる種類または組成の微小粒子７６、７８、ならびに異なる数量の微小粒子７６、７８を伴い得る。例えば、巡航高度での航空機のエンジン１０は、地上の微小粒子７８の群を吸い込むか、または受容するおそれがない。

図２は、少なくとも１つのエンジン１０に対する微小粒子７６、７８の影響を評価またはモデル化するシステム１００を示す。図示するように、システム１００は、ユーザーインターフェイス（ＵＩ）１０４およびコントローラモジュール１０６を有する端末１０２を含み得る。ＵＩ１０４は、ユーザー入力１０８を、例えばコンピュータのキーボード、コンピュータのマウス、またはタッチスクリーン装置を介して受信するように構成され得る。ユーザー入力１０８の代替として、またはユーザー入力１０８に加えて、非ユーザー入力１１０が、コントローラモジュール１０６により直接受信され得る。この点において、ユーザー入力１０８およびユーザーインターフェイス１０４、または非ユーザー入力１１０は、任意であってもよい。

他の例示的実施形態において、非ユーザー入力１１０は、ＵＩ１０４によって受信され得る。ユーザー入力１０８を受信するさらなる非制限的な例として、音声認識が挙げられ得る。非ユーザー入力１１０を受信するさらなる非制限的な例として、センサー出力、センサー値、または他のシステムからの出力を受信することが挙げられ得る。センサーまたは他のシステムの出力の例として、気象測定値もしくは示度（例えば、湿度、温度、風速等）、地理的位置センサー出力、汎地球測位システム出力、または飛行計画値が挙げられ得る。ユーザー入力１０８および非ユーザー入力１１０は、微小粒子７６、７８、エンジン１０、エンジン１０が運転される地理的位置、もしくは上述の開示に関連する任意の他の入力１０８、１１０を含み得るか、または、これらに関連し得る。

システム１００は、また、例えば分散コンピューティングシステム１２０、メンテナンススケジューリングシステム１３０、フライトスケジューラシステム１４０、またはこれらの組み合わせを任意に含み得る。端末１０２、分散コンピューティングシステム１２０、メンテナンススケジューリングシステム１３０、またはフライトスケジューラシステム１４０は、通信可能に相互接続され得（点線によって図示されるように）、または通信上、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、光ファイバーネットワーク、もしくはインターネット等のネットワークを介して接続され得る。さらなる通信可能な相互接続の例を含むこともできる。

コントローラモジュール１０６は、プロセッサ１１２およびメモリ１１４を含み得る。また、コントローラモジュール１０６またはプロセッサ１１２は、操作可能または通信可能にＵＩ１０４に連結され得、したがって、ＵＩ１０４で受信する情報もしくは入力を、操作可能に読み出し、解釈し、またはコントローラモジュール１０６もしくはプロセッサ１１２に伝達することができる。

メモリ１１４は、不揮発性メモリ、非一時的メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、もしくは、ディスク、ＤＶＤ、およびＣＤ−ＲＯＭ等の１つ以上の異なる種類の可搬型電子メモリ、または、こうした種類のメモリの任意の適切な組み合わせを含み得る。コントローラモジュール１０６またはプロセッサ１１２は、さらに、任意の適切なプログラムを実行するように構成され得る。例えば、コントローラモジュール１０６またはプロセッサ１１２を、航空機の他のコントローラ、プロセッサ、もしくはシステムとさらに接続することができ、または、航空機の別のコントローラ、プロセッサ、もしくはシステムの一部もしくはサブコンポーネントとして備えることができる、本開示の非限定的な実施形態を含み得る。

情報のコンピュータ検索可能データベース１１６は、メモリ１１４内に格納され、コントローラモジュール１０６またはプロセッサ１１２によってアクセス可能となり得る。コンピュータ検索可能データベース１１６が、エンジン１０が曝される可能性のある微小粒子７６、７８に関連したパラメータ群を備えることができる、本開示の実施形態を含み得る。データベース１１６のパラメータ群の非限定的な例として、微小粒子またはダストの種類、微小粒子の組成、種々の種類または組成に対する微小粒子の比率、微小粒子の濃度値、前述したパラメータに関連する平均値、前述したパラメータに対する高期待値もしくは低期待値または範囲、あるいはこれらの組み合わせが挙げられ得る。一例では、前述したパラメータの高い値または範囲は、砂あらし等の有害な、危険な、または荒天の状態によって受ける予測された微小粒子７６、７８への曝露を含み得る。データベース１１６のさらなる非限定的な例として、加えてまたは代わりに、人工微小粒子または合成微小粒子（すなわち合成ダスト）に関連した前述したパラメータ値が挙げられ得る。さらにデータベース１１６の他の非限定的な例において、本開示の実施形態は、地理的位置に基づき、関連し、または、地理的位置によって体系化された微小粒子７６、７８のパラメータを含み得る。

コントローラモジュール１０６またはプロセッサ１１２は、一連の実行可能な命令を実行し、データベース１１６を、例えばＵＩ１０４上に表示し、またはさもなければデータベース１１６にアクセスすることができる。データベース１１６は、複数のデータ群を有する単一データベース１１６、相互に関連した複数の個別のデータベース１１６、またはさらには簡易なデータテーブルを含む任意の適切なデータベース１１６であり得ると理解されるであろう。データベース１１６は多数のデータベース１１６を組み入れることができること、またはデータベース１１６は実際に多数の別個のデータベース１１６であり得ることが企図される。データベース１１６は、特に、エンジン１０、航空機についての、または保有する飛行機全てに関連した前述の微小粒子７６、７８のパラメータデータに関する過去のデータを含み得るデータを格納することができる。また、データベース１１６は、過去の値または総計値を包含する基準値を含み得る。

本開示の非限定的な実施形態は、例えば、分散コンピューティングシステム１３０が、プロセッサ２１２群、少なくともメモリ２１４、またはデータベース２１６を備えた構成を含むことができ、これは、前述したコントローラモジュール１０６の対応コンポーネントと類似し得る。この例では、分散コンピューティングシステム１２０は、コントローラモジュール１０６の演算機能に関連した、またはその代わりの一連の処理または演算機能を行うように構成され得る。この点において、コントローラモジュール１０６は、コンピュータプログラムの一部を実行するように、および分散コンピューティングシステム１２０と通信するように構成され得、そこで、該コンピュータプログラムのより複合的、効果的、またはリソース集約的である部分が実行され、以下に示す出力を生成し得る。分散コンピューティングシステム１２０のコンポーネント２１２、２１４、２１６は、任意にまたは機能的に、対応するコントローラモジュール１０６のコンポーネント１１２、１１４、１１６の機能を取替、代行、または複製することもできる。

コントローラモジュール１０６、またはプロセッサ１１２、２１２のうちの１つは、エンジン１０に対する微小粒子７６、７８の影響を評価またはモデル化するための実行可能命令セットを有するコンピュータプログラムの全てまたは一部を含み得る。該プログラムは、格納された機械実行可能命令またはデータ構造を伝送または保持するための機械読み取り可能な媒体を包含することができるコンピュータプログラム製品を含み得る。このような機械読み取り可能な媒体は、プロセッサを有する汎用または専用のコンピュータまたは他の機械によってアクセスすることができる任意の使用可能な媒体であり得る。一般的に、こうしたコンピュータプログラムは、特定のタスクを実行するまたは特定の抽象データ型をインプリメントする技術的作用を有するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、およびデータ構造等含み得る。機械実行可能命令、関連データ構造、およびプログラムは、本明細書に開示される情報の交換を実行するためのプログラムコードの例を表す。機械実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または専用処理機に特定の機能または機能群を実行させる命令およびデータを含み得る。

メンテナンススケジューリングシステム１３０は、エンジン１０、航空機、または保有するエンジン１０もしくは飛行機全てに対して、入力を受信するように、および、該入力に応答して、メンテナンスアクションもしくはサービスを作成、またはスケジュール設定するように構成された任意のシステムを含み得る。同様に、エンジン１０が航空機エンジン１０である本開示の実施形態において、フライトスケジューリングシステム１４０は、航空機または保有する飛行機全てに対して、入力を受信するように、および、該入力に応答して、運航、サービス、飛行計画、および経路情報等を作成、またはスケジュール設定するように構成された任意のシステムを含み得る。こうした点において、メンテナンススケジューリングシステム１３０およびフライトスケジューリングシステム１４０は、端末１０２、分散コンピューティングシステム１２０、コントローラモジュール１０６、またはプロセッサ１１２、２１２によって処理、作成、もしくは提供されるデータまたは情報に応答することができる。

微小粒子７６、７８を有する環境下、および該微小粒子７６、７８が運転中のエンジン１０によって引き込まれ、吸引され、吸い込まれ、またはさもなければ受容され得る環境下でのエンジン１０の運転中に、該運転中のエンジン１０によって受容されるダストまたは微小粒子７６、７８の一部が、圧縮機抽気ポートを含むがこれに限定されないポート群を介してエンジン１０から除去もしくは排出され得るか、またはエンジン１０から排気中に排出され得る。図示されたシステム１００は、少なくとも１つのエンジン１０に対するダストまたは微小粒子７６、７８の影響を評価またはモデル化するために、および該評価またはモデル化に応じて、エンジン１０に対するメンテナンスサービスもしくはフライトスケジューリング等のうちの少なくとも１つを、スケジュール設定または調整するために使用することができる。メンテナンスサービスまたはフライトスケジューリングが説明される一方で、本開示の実施形態を、例えば、特定のエンジン１０の履歴、あるいは同様の飛行経路または地域もしくは都市を有する保有飛行機のサブセットの履歴に基づいて、エンジン１０または保有航空機に対する現時点でのまたは今後の影響を推定または予測するために含むことができる。また、本開示の実施形態を、推進力、燃費、流量、圧力、および温度等のエンジン運転パラメータに基づいて、エンジン１０または保有航空機に対する現時点でのまたは今後の影響を推定または予測するために含むこともできる。エンジン１０に対する影響の推定または予測は、メンテナンスサービスまたはフライトスケジューリング等以外にも適用可能であり、エンジン１０の飛行時間または「寿命」の推定または予測を含むことができるが、これに限定されない。

図３は、エンジン１０のダスト負荷を推定するダスト負荷推定器１５０の概略図を示し、推定器１５０は、入力値群を受信するように構成された第１の部分１５２と、出力値群を提供するように構成された第２の部分１５４とを含む。ダスト負荷推定器１５０は、ＵＩ１０４に包含され得るか、またはメモリ１１４、２１４に格納されたデータの一部の表示となり得る。言い換えると、ダスト負荷推定器１５０は、ユーザー対話型表示として示されるが、ダスト負荷推定器１５０が、直接的な対話型ユーザーインターフェイスを有さない本開示の実施形態が含まれ得る。

第１の部分１５２は、ユーザー入力１０８または非ユーザー入力１１０からの入力を提供または受信するように構成され得る。入力の非限定的な例として、エンジンライン１５６もしくはエンジン１０の型式、エンジン１０が現存する、今後存する、もしくは運転されることが推定されている地理的地域１５８、航空機のオペレータ、メンテナンスオペレータ、もしくはクライアントオペレータ等の該エンジンのオペレータ１６０、微小粒子もしくはダストデータベース１６２、微小粒子もしくはダストの種類１６４、ダスト負荷演算用のエンジン１０のサイクル数１６６もしくは推定用のエンジン１０のサイクル数、またはこれらの組み合わせが挙げられ得る。前述の入力１５６、１５８、１６０、１６２、１６４、１６６のうちの少なくとも１つのサブセットは、ダスト負荷推定用に任意または必須の入力であってよく、および、フリーテキスト入力、ドロップダウンリスト、所定の選択可能な値、範囲値、値のルックアップテーブル、または入力値の検証を含むがこれらに限定されない任意の種類の入力を受信するように構成され得る。例えば、検証されるエントリーは、データベース１１６、２１６における既知のまたは所定のエントリーに相当する入力値に制限され得る。無効入力の場合、ユーザーまたはシステム１００に示すことができ、また、ダスト負荷推定に先立って、ユーザーまたはシステム１００に訂正を促し得る。

第２の部分１５４は、ダスト負荷推定に基づいた出力群を作成、計算、または操作可能に受信するように構成され得る。第２の部分１５４は、ユーザーのレビュー用に出力を表示することができ、または、メンテナンススケジューリングシステム１３０もしくはフライトスケジューリングシステム１４０に提供される出力値を保存することができる。前述したように、出力群を作成、計算、または操作可能に受信することは、コントローラモジュール１０６または分散コンピューティングシステム１２０によって実施され得る。

ダスト負荷出力値の非限定的な例として、ファンブースターの分離流線での値１６８、エンジンコアでの総計値１７０、可変抽気バルブでの値１７２、一連の飛行段階に関連する値の群１７４、圧縮機抽気での値１７６、高圧圧縮機出口での値１７８、燃焼器システムのダスト分離での値１８０、およびタービンシステムのダスト分離での値が挙げられ得る。一連の飛行段階でのダスト分離に関連する値の群１７４の例として、タキシングおよび地上アイドリング（ＧＩ）での値１８４、上昇での値１８８、下降での値１９０、進入での値１９２、逆推進（ＴＲ）での値１９４が挙げられ得るが、これらに限定されない。出力値の第２の部分１５４の少なくとも１つのサブセットは、１０００サイクル毎（例えば、１０００飛行毎）に受けるダスト負荷の重量計測で提供されるかまたは出力され、該重量計測は、例えば、キログラムまたはポンドの単位で計測される。本開示の代替の実施形態は、出力値が、体積、比率、および百分率等を含む、重量以外の計測で提供されるかまたは出力され得る構成を含むことができる。

ファンブースターの分離流線での値１６８は、エンジン１０のファン２０で受容されるダストもしくは微小粒子７６、７８の量に関連する値、または該量を示す値、および、エンジンコア４４によって吸い込まれずに、エンジンコア４４をバイパスするダストの値または示度を含み得る。エンジンコアでの総計値１７０は、ＬＰ圧縮機２４を介してエンジンコア４４で受容され、もしくはエンジンコア４４に吸い込まれるダストもしくは微小粒子７６、７８の量に関連する値、または該量を表す値を含み得る。同様に、可変抽気バルブでの値１７２、圧縮機抽気での値１７６、または高圧圧縮機出口での値１７８は、それぞれの構成要素もしくはポートを介してコア４４から排出もしくは除去される、またはコア４４内に分配もしくは「分離（ｓｐｌｉｔｕｐ）」されるダストもしくは微小粒子７６、７８の量に関連する各値、または該量を示す各値を含み得る。一連の飛行段階に関連する値の群１７４は、各飛行段階１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、１９４のそれぞれの間またはエンジン運転中に、受容もしくは排出されるダストもしくは微小粒子７６、７８の量に関連する値、または該量を示す値を含み得る。燃焼器システムのダスト分離での値１８０、およびタービンシステムのダスト分離での値１８２は、燃焼セクション２８もしくはタービンセクション３２または燃焼システムもしくはタービンシステムのそれぞれから、吸い込まれるもしくは排出されるダストもしくは微小粒子７６、７８の量に関連する各値、または該量を示す各値を含み得る。

図４は、エンジン１０に対する微小粒子７６、７８の影響を評価またはモデル化する方法２００を説明する一例示的なフローチャート示す。方法２００は、２０２にて、前述した入力１５６、１５８、１６０、１６２、１６４、１６６に関連したユーザー入力１０８または非ユーザー入力１１０を受信することを含む。図示するように、ユーザー入力１０８または非ユーザー入力１１０は、都市ペアリングデータ２０４、すなわち、飛行計画に関連するデータ、または出発都市および頻度データ２０６を含み得る。都市ペアリングデータ２０４または出発都市および頻度データ２０６は、データベース１１６、２１６から受信され、選択され、または読み出されるパラメータ群を含み得る。また、方法２００は、２０８にて、地上での平均ダスト濃度を、該パラメータ、データベース１１６、２１６、および実行可能なコンピュータプログラムに従って計算することができる。方法２００は、次いで２１０にて、ダスト濃度を、一連の前述の飛行段階のそれぞれに対する高度ごとに、該パラメータ、データベース１１６、２１６、および実行可能なコンピュータプログラムに従って計算することができる。

ステップ２１０に続いて、方法２００は、２１３にて、異なる飛行段階での空気密度を、エンジンラインの入力１５６に基づいて、および該パラメータ、データベース１１６、２１６、および実行可能なコンピュータプログラムに従って計算することができる。続いて、方法２００は、２１５にて、飛行段階ごとのダスト流れを、該パラメータ、データベース１１６、２１６、および実行可能なコンピュータプログラムに従って計算することができる。方法２００は、次いで２１７にて、サイクルごとの全ダスト流れを、該パラメータ、データベース１１６、２１６、および実行可能なコンピュータプログラムに従って計算することができる。２１７でのサイクルごとのダスト流れの計算に基づいて、方法２００は、続いてエンジン１０に流入するダストの量、数量、または重量をそれぞれ計算するが、これは、２１８にてサイクルごとにブースターに流入するダストを計算すること、２２０にて全サイクル数においてブースターに流入する全ダストを計算すること（例えば、サイクル数の入力１６６に基づいて）、２２２にてコアポート可変抽気バルブに吸い込まれるダストの量、数量、または重量を計算すること、および／または最後に、段間抽気でのダスト除去の次にまたは後に、２２４にてコアから流出する全ダストを計算することを含むがこれらに限定されない。前述した計算値は、ＵＩ１０４またはメモリ１１４、２１４の第２の部分１５４に提供され得、およびそれぞれの計算ステップの完了時に、または方法２００の全てのステップの完了後に提供され得る。

図５は、エンジン１０に対する微小粒子７６、７８の影響を評価またはモデル化する他の方法３００を示す。方法３００は、３０２にて、少なくとも１つの航空機エンジン１０に対して、２地点間の１つ以上の飛行経路、または出発地点および該地点からの該飛行経路における出発頻度を選択すること含み、そこで該飛行経路は少なくとも２つの段階を有し、および該飛行経路に沿った飛行または出発は１つのサイクルを構成する。方法３００は、次いで３０４にて、該２地点もしくは該地点または出発地点の地上での平均ダスト濃度値を算出することができ、その後に３０６にて該飛行経路の各段階の平均ダスト濃度値を算出することができる。方法３００は、続いて３０８にて、少なくとも１つの航空機エンジン１０に対する該飛行経路の各段階での空気密度を算出することができる。次に、方法３００は、３１０にて、サイクルごとの少なくとも１つの航空機エンジン１０を通るダスト流れを、該平均ダスト濃度値および該空気密度に基づいて算出することができる。種々の計算をした後に、方法３００は、計算値または算出値を、メンテナンススケジューリングシステム１３０またはフライトスケジューリングシステム１４０のうちの少なくとも１つに提供し、３１２において、少なくとも１つの航空機エンジン１０のサービスを、該ダスト流れに基づいて、それぞれ調整またはスケジュール設定することができる。例えば、方法３００は、メンテナンススケジュールまたはフライトスケジュールを、それぞれメンテナンススケジューリングシステム１３０またはフライトスケジューリングシステム１４０を介して、該方法の結果に基づいて調整することができる。

図示した順序は、単に説明の目的のためであり、方法２００、３００をいかなる様にも限定することを意図するものでなく、方法２００、３００の一部が異なる論理順序で実行されてもよく、追加的なもしくは介在的な部分が含まれてもよく、該方法の記載された部分が多数の部分に分割されてもよく、または該方法の記載された部分が、記載された方法２００、３００を損なうことなく省略されてもよいことが理解される。上記の図に示されたものに加えて、多くの他の実施可能な実施形態および構成が、本開示によって想定される。例えば、任意の方法２００、３００のステップが、飛行経路に対するダストの種類を、ダストデータベース入力１６２、ダストの種類入力１６４、都市ペアリングデータ２０４、出発都市および頻度データ２０６、またはデータベース１１６、２１６のパラメータに基づいて算出することを含み得る。

さらに、種々の構成要素の設計や配置が、多くの異なるインライン構成が実現されるように再構成され得る。

本明細書で開示される実施形態は、エンジンに対するダストの影響を評価またはモデル化する方法およびシステムを提供する。その技術的効果は、上述の実施形態が、評価またはモデル化した結果に基づいて、運航またはメンテナンスサービス等の業務の調整またはスケジュール設定を可能にすることである。上記の実施形態で実現され得る１つの利点は、上述の実施形態が、エンジンが受ける地理的または微小粒子に基づく環境課題を効率的に知ることができるということである。他の利点として、エンジンの問題に対して、従来のシステムもしくは方法よりも前もってもしくはより早く確認または対処することによって、メンテナンスまたはサービス作業の低減、およびエンジンのダウンタイムの低減等をもたらすことが挙げられ得る。さらに他の利点として、エンジンの設置もしくは運転に先立ち、エンジンの微小粒子への耐久性をテストもしくは評価すること、または予測される付随のメンテナンスコストもしくはサービスコストを評価もしくはモデル化することが挙げられ得る。

既述されていない範囲で、種々の実施形態の異なる特徴および構造を、所望通りに互いに組み合わせて使用することができる。ある特徴が実施形態の全ておいて図示されるとは限らないが、これは、それが存在し得ないと解釈されることを意図するものではなく、記述の簡潔さのためになされている。したがって、異なる実施形態の種々の特徴は、所望通りに混成および組み合わされ、特に明記されているか否かにかかわらずに新規の実施形態を形成することができる。さらに、種々の要素「群」が記載されているが、「群」は、単に１つの要素を含めた、それぞれの要素の任意の数を含み得ることが理解されるであろう。本明細書に記載される特徴の組み合わせまたは並べ換えは、本開示によって網羅される。

記載したこの記述は、例を用いて、最良の形態を含む本発明の実施形態を開示し、かつ、いかなる当業者に対しても、任意の装置またはシステムを製作し用いることおよび任意の統合された方法を実行することを含む本発明の実施形態を実施することを可能にする。特許を受けることができる本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の実施例を含みうる。そうした他の実施例は、特許請求の範囲の字義どおりの用語と異なるものではない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の字義どおりの用語と実体のない差異をもつ同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。

１０ガスタービンエンジン
１２長手方向軸（中心線）
１４前方
１６後方
１８ファンセクション
２０ファン
２２圧縮機セクション
２４低圧（ＬＰ）圧縮機
２６高圧（ＨＰ）圧縮機
２８燃焼セクション
３０燃焼器
３２タービンセクション
３４ＨＰタービン
３６ＬＰタービン
３８排気セクション
４０ファンケーシング
４２ファン動翼
４４コア
４６コアケーシング
４８ＨＰシャフト／ＨＰスプール
５０ＬＰシャフト／ＬＰスプール
５２圧縮機段
５４圧縮機段
５６圧縮機動翼
５８圧縮機動翼
６０圧縮機静翼（ノズル）
６２圧縮機静翼（ノズル）
６４タービン段
６６タービン段
６８タービン動翼
７０タービン動翼
７２タービン静翼
７４タービン静翼
７６微小粒子の第１の群
７８微小粒子の第２の群
１００システム
１０２端末
１０４ユーザーインターフェイス
１０６コントローラモジュール
１０８ユーザー入力
１１０非ユーザー入力
１１２プロセッサ
１１４メモリ
１１６データベース
１２０分散コンピューティングシステム
１３０メンテナンススケジューリングシステム
１４０フライトスケジューラシステム
１５０ダスト負荷推定器
１５２第１の部分
１５４第２の部分
１５６エンジンライン入力
１５８地理的地域入力
１６０オペレータ入力
１６２ダストデータベース入力
１６４ダストの種類入力
１６６サイクル数入力
１６８ファンブースターの分離流線での値
１７０コアでの総計値
１７２可変抽気バルブでの値
１７４値の群
１７６圧縮機抽気での値
１７８高圧圧縮機出口での値
１８０燃焼器システムのダスト分離での値
１８２タービンシステムのダスト分離での値
１８４タキシングおよびＧＩでの値
１８６離陸での値
１８８上昇での値
１９０下降での値
１９２進入での値
１９４ＴＲでの値
２００方法
２０２受信ステップ
２０４都市ペアデータ
２０６出発都市および頻度データ
２０８地上での平均ダスト濃度を計算する
２１０高度ごとにダスト濃度を計算する
２１２プロセッサ
２１３飛行段階での空気密度を計算する
２１４メモリ
２１６データベース
２１４飛行段階ごとのダスト流れを計算する
２１６サイクルごとのダスト流れを計算する
２１８サイクルごとのブースターに流入するダストを計算する
２２０全サイクル数においてブースターに流入する全ダストを計算する
２２２コアポートＶＢＶに吸い込まれるダストを計算する
２２４コアから流出する全ダストを計算する
３００方法
３０２飛行経路を選択する
３０４出発地点の平均ダスト濃度値を算出する
３０６飛行段階での平均ダスト濃度値を算出する
３０８飛行段階での空気密度を算出する
３１０ダスト流れを算出する
３１２ダスト流れに基づいてサービスを調整またはスケジュール設定する

Claims

航空機エンジン（１０）に対するダスト（７６、７８）の影響を評価する方法（２００、３００）であって、
少なくとも１つの航空機エンジン（１０）に対して、２地点間の飛行経路、または出発地点および前記地点からの前記飛行経路における出発頻度のうちの１つを選択すること（２０２、３０２）であって、そこで前記飛行経路が少なくとも２つの段階を有し、および前記飛行経路に沿った飛行、または出発が１つのサイクルを構成する、前記選択すること（２０２、３０２）と；
前記２地点もしくは前記地点または出発地点の地上での平均ダスト濃度値を算出すること（２０８、３０４）と；
前記飛行経路の各段階の平均ダスト濃度値を算出すること（２１０、３０６）と；
前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）に対する前記飛行経路の各段階での空気密度を算出すること（２１３、３０８）と；
サイクルごとの前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）を通るダスト流れを、前記平均ダスト濃度値および前記空気密度に基づいて算出すること（２１７、３１０）と；
前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）のサービスを、前記ダスト流れに基づいて調整すること（３１２）と、を含む前記方法（２００、３００）。
前記飛行経路の各段階が、タキシング、離陸、上昇、下降、進入、または着陸のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）の個々の構成要素を通るダスト流れを算出することをさらに含む、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
前記個々の構成要素が、可変抽気バルブ、高圧圧縮機（２６）、圧縮機抽気、タービンシステム（３２）、または燃焼器（３０）のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法（２００、３００）。
前記飛行経路に対するダストの種類を算出することをさらに含む、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
前記飛行経路に対する前記ダストの種類を前記算出することが、ダスト微小粒子の組成、ダスト微小粒子の比率、ダスト微小粒子の濃度値、平均のダスト微小粒子の組成、またはダスト微小粒子の組成の範囲のうちの少なくとも１つを算出することをさらに含む、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
サイクルごとの前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）に対する全ダスト負荷を算出することをさらに含む、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
少なくとも１つのエンジン（１０）を有する航空機のメンテナンススケジュールを設定する方法（２００、３００）であって、
前記航空機に対して、２地点間の飛行経路、または出発地点および前記地点からの前記飛行経路における出発頻度のうちの１つを選択すること（２０２、３０２）であって、そこで前記飛行経路が少なくとも２つの段階を有し、および前記飛行経路に沿った飛行、または出発が１つのサイクルを構成する、前記選択すること（２０２、３０２）と；
前記２地点もしくは前記地点または出発地点の地上での平均ダスト濃度値を算出すること（２０８、３０４）と；
前記飛行経路の各段階の平均ダスト濃度値を算出すること（２１０、３０６）と；
前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）に対する前記飛行経路の各段階での空気密度を算出すること（２１３、３０８）と；
サイクルごとの前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）を通るダスト流れを、前記平均ダスト濃度値および前記空気密度に基づいて算出すること（２１７、３１０）と；
前記航空機のメンテナンスサービスを、前記ダスト流れに基づいてスケジュール設定すること（３１２）と、を含む前記方法（２００、３００）。
前記飛行経路の各段階が、タキシング、離陸、上昇、下降、進入、または着陸のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法（２００、３００）。
前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）の個々の構成要素を通るダスト流れを算出することをさらに含む、請求項８に記載の方法（２００、３００）。
前記個々の構成要素が、可変抽気バルブ、高圧圧縮機（２６）、圧縮機抽気、タービンシステム（３２）、または燃焼器（３０）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法（２００、３００）。
前記飛行経路のダスト濃度を算出することをさらに含む、請求項８に記載の方法（２００、３００）。
サイクルごとの前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）に対する全ダスト負荷を算出することをさらに含む、請求項８に記載の方法（２００、３００）。
少なくとも１つの航空機エンジン（１０）に対するダスト（７６、７８）の影響をモデル化するシステム（１００）であって、
地理的位置に基づくダストパラメータまたはダストの種類の少なくとも１つのデータベース（１１６）を有する不揮発性メモリ（１１４）と；
前記不揮発性メモリ（１１４）に連結したプロセッサ（１１２）と；
前記プロセッサ（１１２）と接続した非一時的媒体であって、前記プロセッサ（１１２）が、航空機に対して、２地点間の飛行経路、または出発地点および前記地点からの前記飛行経路における出発頻度のうちの１つを選択すること（２０２、３０２）であって、そこで、前記飛行経路が少なくとも２つの段階を有し、および前記飛行経路に沿った飛行、または出発が１つのサイクルを構成する、前記選択をし（２０２、３０２）；前記２地点もしくは前記地点または出発地点の地上での平均ダスト濃度値を算出し（２０８、３０４）；前記飛行経路の各段階の平均ダスト濃度値を算出し（２１０、３０６）；前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）に対する前記飛行経路の各段階での空気密度を算出し（２１３、３０８）；ならびにサイクルごとの前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）を通るダスト流れを、前記平均ダスト濃度値および前記空気密度に基づいて算出する（２１７、３１０）ように構成される、前記非一時的媒体と、を含む前記システム（１００）。
前記飛行経路の各段階が、タキシング、離陸、上昇、下降、進入、または着陸のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載のシステム（１００）。
前記プロセッサ（１１２）が、前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）の個々の構成要素を通るダスト流れを算出するようにさらに構成される、請求項１４に記載のシステム（１００）。
前記個々の構成要素が、可変抽気バルブ、高圧圧縮機（２６）、圧縮機抽気、タービンシステム（３２）、または燃焼器（３０）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のシステム（１００）。
前記プロセッサ（１１２）が、前記飛行経路に対するダストの種類を算出するようにさらに構成される、請求項１４に記載のシステム（１００）。
前記プロセッサ（１１２）が、サイクルごとの前記少なくとも１つの航空機エンジン（１０）に対する全ダスト負荷を算出するようにさらに構成される、請求項１４に記載のシステム（１００）。
ダストパラメータまたはダストの種類の前記データベース（１１６）が、ダスト微小粒子の組成、ダスト微小粒子の比率、ダスト微小粒子の濃度値、平均のダスト微小粒子の組成、またはダスト微小粒子の組成の範囲のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１４に記載のシステム（１００）。