JP4482206B2 - 埋込みエンジン診断システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
この発明は全般的にエンジン診断システム、特に、航空機に埋込まれていて、故障を検出するのに外部システムを必要としないエンジン診断システムに関する。米国合衆国空軍は現在、毎日の終わりに各々のＦ−１６からの任務データをダウンロードする。このデータがポータブルのデータ転送デバイスに転送され、その後地上支援システムにダウンロードされる。次に、このデータが前の任務データと比較され、傾向データに基づいて性能故障が判断される。支援装置のインフラストラクチュアは信頼性がなく、保守に費用がかかる。
【０００２】
このシステムは保守にかなりの人力資源を必要とし、地上システムの設備に関連する問題の為に、傾向としての故障が検出されない可能性にエンジン並びに航空機が曝される。更に、現存のシステムは、何回かの任務の後になることもあるような１日の終わりになるまで、傾向としての故障を明確にしない。展開シナリオによっては、支援設備を遠隔地点まで運んで、性能故障が存在するかどうかを判断しなければならない。
【０００３】
【発明の簡単な要約】
この発明の実施例は複数個のセンサを含むエンジン診断システムである。複数個のセンサの内の１つが、航空機速度を表す速度値を発生する速度センサである。プロセッサがセンサに結合され、速度値が予定の速度範囲内にあるとき、現在の任務データをデータ・メモリに記憶する。航空機の外部から見える故障表示器を設ける。プロセッサが、現在の任務データに応答して故障の有無を検出し、故障が存在することに応答して故障表示器を作動する。
【０００４】
この発明の別の実施例は、航空機の故障を検出する方法である。この方法は、航空機速度が予定の速度範囲内であるときを決定し、航空機速度がこの速度範囲内であることに応答して現在の任務データを求めることを含む。現在の任務データに応答して故障の有無が検出される。故障が存在することに応答して、故障表示器が作動される。
【０００５】
【発明の詳しい説明】
図１はこの発明の実施例による埋込みエンジン診断システムのブロック図である。埋込みエンジン診断システムが、図２Ａ及び２Ｂについて後で説明する診断プロセスを実行するプロセッサ２を含む。プロセッサ２は、現存のマイクロプロセッサを用いて実装することが出来る。センサ４がプロセッサ２に結合されて、（燃料速度のような）エンジン・パラメータ及び／又は（マッハ数のような）航空機パラメータの値をプロセッサ２に供給する。プログラム・メモリ１０は、プロセッサ２によって実行されるプログラムを持つ不揮発性メモリである。プログラム・メモリ１０は、プロセッサ２によって実行されるプログラムを更新することが出来るように、（ＥＥＰＲＯＭのような）電気的にプログラム可能なものであってよい。データ・メモリ１２が現在の任務データと、この明細書で述べるように故障を検出する為に使われる複数個の前の任務に対する前の任務データとを記憶している。データ・メモリ１２は公知の不揮発性メモリを用いて実装することが出来る。通信ポート８がプロセッサ２に結合されていて、形式データ（例えば航空機の形式、エンジンの形式等）をアップロードする為、又は形式データ及び任務データをデータ・メモリ１２からダウンロードする為に使われる。通信ポート８は、ＲＳ２３２のような現存の通信プロトコルを使うことが出来る。通信ポート８は、航空機の外部からアクセス可能であることが好ましい。
【０００６】
故障が検出されると、プロセッサが故障表示器６を作動する。故障表示器６はパイロットから見える表示器（例えば操縦室の中のＬＥＤ）及び航空機の外部から見える表示器（例えばホイール・ウエル支柱にあるＬＥＤ又は機械的な装置）を含むことが出来る。航空機の外部に故障の直接的な表示を設けることにより、故障を検出する為に、地上システムに任務データをダウンロードする必要がなくなり、毎回の任務に対して故障の検出が出来る。
【０００７】
図２Ａ及び２Ｂは、この発明の実施例の埋込みエンジン診断システムによって行われる処理のフローチャートを示す。図２Ａ及び２Ｂに示す実施例では、埋込みエンジン診断システムは、離陸の際の故障を検出するようにプログラムされている。埋込みエンジン診断システムによってこの他のプロセスも実行することが出来ることを承知されたい。プロセスが工程２０から始まり、ここで航空機速度を監視して、航空機速度がある速度範囲内にあるときを検出する。一例の速度範囲は、約マッハ０．２２乃至約マッハ０．３３である。この速度範囲にあるとき、航空機は離陸過程にあり、エンジンは安定な状態にあって、正常な動作温度までになっている。航空機がこの速度範囲内にあるとき、埋込みエンジン診断システムが複数個（例えば４個）のデータ記録を逐次的に取得する。一様な条件（例えば予定の速度範囲内）でデータを取得することにより、故障の検出が一層正確になる。幾つかのデータ記録が標本化期間（例えば１／２秒）によって分離される。各々のデータ記録は、エンジン・パラメータ又は航空機パラメータを含むパラメータを表す値を持っている。一例のデータ記録が図３に示されており、この図はセンサ４で感知したパラメータと各々のパラメータに対する値を示している。
【０００８】
一旦幾つかのデータ記録が取得されたら、工程２２に進む前に、プロセスはある期間（例えば３分間）休止することが出来る。埋込みエンジン診断システムが、故障表示器６を通じて操縦室内で故障を表示する。航空機が離陸を完了するまで、故障表示器の作動を遅らせることが出来る。
【０００９】
工程２２で、値処理ルーチンを開始して、故障を検出する前に、工程２０で取得したセンサ・データを予め処理する。工程２４で、各々のデータ記録の値に対し、有効認定ルーチンが実施される。有効認定ルーチンは、標本化されたデータが故障を検出するのに適切であるかどうかを判断する為の種々の試験を適用することが出来る。目標は、各々のデータ記録の値が故障を検出するのに適していることを確認することである。埋込みエンジン診断システムが現在の任務データを前の任務データと比較して故障を発生するので、比較の正確さを保証する為に、現在の任務データの有効を認定する。一例の有効認定は、あるパラメータに対する値が、何回かの標本化に互って一定のま丶であったことを確認することである。例えば、過去の任務に対する正確な比較の為には、スロットル位置が全てのデータ記録に対して一定のま丶であることが必要になることがある。もう１つの有効認定の例は、あるパラメータに対する値が予定の範囲内にあると確認することである。データ記録の値が有効認定にならないと、プロセスを終了する。
【００１０】
一旦各々のデータ記録の値が有効と認定されると、工程２６で、１個の平均データ記録が発生される。平均データ記録は、各々のパラメータに対し、幾つかのデータ記録から導き出された平均値を持っている。工程２８で、必要な場合、平均値が適切な工学単位に変換される。センサ４は抽象的な単位（例えば電圧、毎秒カウント数）として信号を発生することがある。工程２８では、この発明の実施例に於ける故障の検出が工学単位に基づいて実施される為に、こういう抽象的な単位が工学単位（例えば圧力、速度等）に換算される。
【００１１】
一旦工程２８を完了すると、工程３０でフラグをセットして、取得した値が故障を検出する為の処理に適していることを表示する。工程３２で、平均データ記録にある各々のパラメータに対して、ベースライン差分値を決定する。ベースライン差分値は、センサからの平均値と、予測される新しいエンジンのベースライン値（例えばモデル又はその他の源から予測される）との間の差を示す。ベースライン差分値は、差（即ち、Ｘ感知−Ｘ予測）又は比（即ち、Ｘ感知／Ｘ予測）を含めた、種々の形で表すことが出来る。
【００１２】
工程３４で、エンジンが新しいかどうかを判断する。エンジンを新しいと選定すると、任務経歴カウンタＫＰＴＳをゼロにセットして、メモリに記憶されている前の任務データを故障の検出に使えないことを表示する。最初の取付け、保守、レトロフィット等を含む種々の条件に基づいて、エンジンを新しいと分類することが出来る。新しいエンジンが任務を完了したとき、前の任務データを保管する。前の任務データが利用出来るようになるまで、埋込みエンジン診断システムは、検出の為に前の任務データを必要としない限られた数の故障を検出する。
【００１３】
工程３６で、ＫＰＴＳカウンタをインクレメントし、前の任務データをインクレメントして、現在の任務データに対する場所を作る。事実上、前の任務データは、過去の３０回の任務を超える任務データがメモリから取出されるような先入れ先出し形式で記憶される。工程３６でメモリを一旦シフトさせたら、現在の任務データ（即ち、平均値及びベースライン差分値）を工程３８で記憶する。
【００１４】
一旦前の任務データを更新して、前の３０回の任務を超える任務データを取除き、現在の任務データを記憶したら、埋込みエンジン診断システムは、工程４０に示すように、故障検出プロセスを開始する。工程４２で、利用し得る全ての前の任務データ（即ち、各々のパラメータに対する前の平均値及び前のベースライン差分値）を検索する。工程４４で、各々のパラメータに対する現在の平均値及び現在のベースライン差分値を検索する。工程４６で、この前の任務データ及び現在の任務データを処理して故障を検出する。現在の任務データ及び前の任務データに応答して、埋込みエンジン診断システムによって種々の故障を検出することが出来る。例えば、圧縮機抽出圧力が相次ぐ２回の飛行で２５ ｐｓｉより多く降下すれば、圧縮機配管の洩れが検出される。タービン出口温度（Ｔ４Ｂ）が予定の速度より速く高くなれば、流路の劣化が検出される。種々の故障を検出出来ること、そしてこの発明がここに示した例に制限されないことを承知されたい。
【００１５】
図４はベースライン差分値に基づく故障の検出を示す。図４は、タービン出口温度（ＤＴ４Ｂ）に対し、任務の番号に対して、ベースライン差分値（平均値と予測した新しいエンジンのベースライン値との間の差として示されている）を示している。図４に示すように、ベースライン差分値ＤＴ４Ｂは任務に互って変化する。故障を検出する為に使われる１つの方式は、ベースライン差分値のグラフの勾配を計算することである。大きな勾配は故障を表すことがある。故障を検出する為に使われる別の方式は、Ｔ４Ｂ及び補正動作点（ＰＨＩ）の両方のベースライン差分値のグラフの勾配を計算することである。両方の勾配が大きいことは、現実の故障の確率が一層高いことを示す。平均値が閾値を超えるというように、故障を検出する為のこの他の公知の故障の判断基準を用いることが出来る。この他の公知の方式を使って、任務データに基づいて故障を検出することが出来る。虚偽の故障の表示が発生することを少なくする為の現存の方式を使うことが出来る。
【００１６】
図２に戻って、一旦工程４６で故障検出が実施されると、故障の有無を表す故障データがデータ・メモリ１２に記憶される。故障の発生を記録する一例の方式は、故障に対応するメモリの場所に、１又は０を記憶することである。このメモリの場所に１が記憶される場合、これは対応する故障が検出されたことを表す。工程５０で、記憶された故障データを検査して、故障が存在することを判定する。工程５０は、どれか１つの故障により、故障表示器６が作動されるように、故障メモリの場所にある値に対する論理的ＯＲ操作を行うことが出来る。故障が検出された場合、工程５２で故障表示器６が作動され、そうでなければルーチンが工程６４から出ていく。前に述べたように、故障表示器６はパイロットに対する操縦室内の可視表示器（例えばＬＥＤ）及び航空機の外側から見える可視表示器（例えばＬＥＤ又は機械的な装置）を含むことが出来る。故障の特定の原因は、データ転送及び表示装置（例えばポータブル・コンピュータ）を使うことにより、直接的に航空機の隣りで検出することが出来る。
【００１７】
埋込みエンジン診断システムは、毎日、各々の航空機からデータをダウンロードする必要をなくする。埋込みエンジン診断システムは各任務を通じて、故障を連続的に監視し、地上システムの設備の不良によって劣化することがない。
【００１８】
上に述べたように、この発明は、コンピュータで実施されるプロセス並びにこのプロセスを実施する装置の形で実施することが出来る。この発明は、フロッピ・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハード・ドライブ又はその他の任意のコンピュータで読取り可能な記憶媒質のような有形媒質として構成された命令を含むコンピュータ・プログラム・コードの形でも実施することが出来、このコンピュータ・プログラム・コードがコンピュータにロードされて実行されるとき、コンピュータがこの発明を実施する装置になる。この発明は、例えば、記憶媒質に記憶されていても、コンピュータにロードされ並びに／又は実行されても、又は電気配線やケーブル、光ファイバ、又は電磁放射等の何らかの伝送媒質を通じて伝送されるものであっても、コンピュータ・プログラム・コードの形でも実施することが出来、このコンピュータ・プログラム・コードがコンピュータにロードされて実行されるとき、コンピュータがこの発明を実施する装置になる。汎用マイクロプロセッサで実施されるとき、コンピュータ・プログラム・コードのセグメントが、特定の論理回路を作り出すようにマイクロプロセッサを構成する。
【００１９】
この発明を実施例について説明したが、当業者であれば、この発明の範囲を逸脱せずに、この実施例やその部分に種々の変更を加え、均等物に置き換えることが出来ることが理解されよう。更に、この発明の本質的な範囲を外れることなく、この発明の考えに、特定の場合又は材料を合わせるように色々な変更を加えることが出来る。従って、この発明がこの発明を実施する為に開示された特定の実施例に制限されるのではなく、この発明が特許請求の範囲に含まれる全ての実施例を含むことを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の埋込みエンジン診断システムのブロック図。
【図２Ａ】この発明の実施例の埋込みエンジン診断システムによって実施される処理のフローチャート。
【図２Ｂ】この発明の実施例の埋込みエンジン診断システムによって実施される処理のフローチャート。
【図３】一例のデータ記録を表す図。
【図４】エンジン・パラメータに対するベースライン差分値を任務番号に対してプロットしたグラフ。

Claims (6)

1. 複数個のセンサ（４）を有し、該複数個のセンサの内の１つは、航空機速度を表す速度値を発生する速度センサであり、更に、データ・メモリ（１２）と、前記センサに結合されていて、前記速度値が予定の速度範囲内にあるとき、現在の任務データを前記データ・メモリに記憶するプロセッサ（２）と、航空機の外部から見える故障表示器（６）とを有し、前記プロセッサは、前記現在の任務データに応答して故障の有無を検出すると共に、故障が存在することに応答して前記故障表示器を作動するエンジン診断システム。
2. 前記現在の任務データが、パラメータの値及び該パラメータに対するベースライン差分値を含む請求項１記載のエンジン診断システム。
3. 前記パラメータが航空機パラメータ及びエンジン・パラメータを含み、前記値が平均値を含む請求項２記載のエンジン診断システム。
4. 前記データ・メモリが前の任務データを持っており、前記プロセッサは、前記現在の任務データ及び前記前の任務データに応答して、故障の有無を検出する請求項１記載のエンジン診断システム。
5. 航空機の故障を検出する方法に於て、速度センサ（４）により、航空機速度を表す速度値を発生させ、前記センサに結合されているプロセッサ（２）により、航空機速度が予定の速度範囲内にあるとき、現在の任務データをデータ・メモリに記憶させ、さらに、前記プロセッサにより、現在の任務データに応答して故障の有無を検出すると共に、故障が存在することに応答して、航空機の外部から見える故障表示器（６）を作動させる工程を含む方法。
6. エンジン診断システムを備える航空機の故障を検出する為の機械で読取り可能なコンピュータ・プログラム・コードで符号化されていて、コンピュータに請求項５に記載の航空機の故障を検出する方法を実行させる命令を含んでいる記憶媒質。

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