KR20160138019A - 항공기의 에너지 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리 방법 및 대응하는 장치 - Google Patents

항공기의 에너지 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리 방법 및 대응하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동력 설비의 복수의 아이템들을 구비하는 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 복수의 소정의 목표값들 중에서 적어도 하나의 최적화 목표값(19)을 선택하기 위한 모듈(40); 설비 데이터를 수신하기 위한 모듈(42); 항공기 데이터를 수신하기 위한 모듈(41); 및 적어도 하나의 선택된 최적화 목표값(19)을 달성하기에 적합한 설비 데이터(21)와 항공기 데이터(20)로부터 동력 설비의 작동 설정값(22)들을 결정하기 위한 모듈(43);을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

항공기의 에너지 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리 방법 및 대응하는 장치{METHOD OF OPTIMIZED GLOBAL MANAGEMENT OF AN ENERGY NETWORK OF AN AIRCRAFT AND CORRESPONDING DEVICE}
본 발명은 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따르는 방법을 구현하기에 적합한 장치에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 항공기는 추진식 엔진, 비추진식 엔진, 동력 공급장치, 동력 변환장치 및 동력 저장 장치와 같은 동력 설비에 관한 복수의 아이템들을 구비한다.
동력 설비에 관한 이 모든 아이템들은 항공기의 동력 네트워크를 형성한다. 전기 동력, 유체 동력, 공기 동력 및 기계 동력과 같이 상이한 형태를 취하는 다양한 유형의 동력이 존재한다.
대부분의 항공기에서, 특히 쌍발 엔진 헬리콥터에서, 엔진의 추진식 동력은 엔진의 균일한 마모를 위해서 상이한 엔진들 사이에 균일하게 분배된다.
삼발 헬리콥터에서, 조종사는 연료 소모를 줄이기 위하여 위태롭지 않은 비행 단계 동안 의도적으로 엔진을 대기상태로 설정하는 능력을 가진다.
환언하자면, 오늘날에는 엔진의 연료 소모나 엔진의 사용 수명을 최적화하도록 의도되어 있는 방법들이 있다.
즉, 최적화를 위한 이들 분야는 일부 특정 유형의 항공기로 제한되어 있다.
게다가, 항공기 내부에서의 소리의 무난함, 항공기의 은밀성, 항공기의 응답성, 항공기의 오염 배출물, 및 항공기를 특징짓는 일반적인 임의의 파라미터와 같은 다른 파라미터들을 최적화하는 것을 가능하게 하는 방법은 없다.
게다가, 항공기의 추진식 및 비추진식 동력의 최적화된 공동 관리를 허용하는 방법도 없다. 상이한 열기관, 전기 모터 또는 항공기의 추진 시스템의 다른 엔진 중의 동력을 최적화하는 방법도 없다.
따라서, 본 발명자들은 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 방법을 제공하는 것을 추구하고 있다.
본 발명은 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 방법을 제안하는 것을 목표로 한다.
본 발명은 임의의 유형의 항공기, 특히 헬리콥터에 적합하게 되어 있을 수 있는 그러한 방법을 제공하는 것을 특히 목표로 한다.
본 발명은 또한 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 장치를 제공하는 것을 목표로 한다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명은 동력 설비의 복수의 아이템들을 구비하는 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 방법에 관한 것으로서, 다음의 단계들, 즉:
- 복수의 소정의 목표값들 중에서 적어도 하나의 최적화 목표값을 선택하는 단계;
- 설비 데이터로 지칭되는 동력 설비의 상기 아이템들의 작동상태들을 표시하는 정보를 수신하는 단계;
- 항공기 데이터로 지칭되는 상기 항공기의 작동상태를 표시하는 정보를 수신하는 단계;
- 적어도 하나의 선택된 최적화 목표값을 달성하기에 적합한 상기 설비 데이터와 상기 항공기 데이터로부터 동력 설비의 상기 아이템들의 작동 설정값들을 결정하는 단계;
를 구비한다.
따라서, 본 발명에 따르는 방법은 복수의 소정의 목표값들 중에서 미리 선택된 최적화 목표값을 만족하도록 의도되어 있는 특정 작동 설정값들을 항공기의 동력 네트워크의 동력 설비의 상이한 아이템들에 제공하는 것을 가능하게 한다. 작동 설정값들의 결정은 항공기와 설비의 작동상태를 표시하는 정보에 좌우된다. 이는 설정값들이 비행의 안전을 위태롭게 하지 않는 것을 보장하는 것을 가능하게 한다. 게다가, 이는 설정값들을 임의의 주어진 순간에 항공기의 작동 환경에 적합하게 하는 것을 가능하게 한다.
환언하자면, 본 발명에 따르는 방법은, 예컨대 항공기의 조종사에 의해 선택된 하나 이상의 파라미터들을 구속조건 하에서 최적화하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 방법은 하나 이상의 최적화 목표값들을 달성하기 위하여 항공기의 동력을 설비의 상이한 아이템들 사이에 특정 방식으로(균일하거나 불균일하게) 분배하는 것을 가능하게 한다.
유리하게도 본 발명에 따르면, 설정값들을 결정하는 상기 단계는 다음과 같은 하위 단계들, 즉:
- 상기 항공기 데이터와 각각 선택된 목표값에 좌우되는 동력 설비의 상기 아이템들에 의해 관련되어 있는 구속조건들을 정의하는 하위 단계;
- 동력 설비의 각각의 아이템을 위하여 상기 구속조건들과 상기 설비 데이터에 좌우되는 가능성 있는 작동 모드들을 수집하는 하위 단계;
- 동력 설비의 각각의 아이템을 위하여 상기 가능성 있는 작동 모드들 중에서 하나의 작동 모드를 선정하는 하위 단계;
를 구비한다.
본 발명의 이러한 양태에 따르면, 동력 설비의 작동 설정값들은 3개의 순차적인 단계들의 결과로서 결정된다.
제 1 단계(상기 구속조건들을 정의하는 하위 단계)는 항공기 데이터와 의도된 목표값에 의해 특징지어지는 항공기의 환경이 네트워크의 설비에 특정 구속조건을 부과하는 단계이다. 예를 들어, 항공기가 위태로운 비행 상태에 있는 경우라면, 정격 속도로 작동되어야만 하는 것과 같은 일부 특정 구속조건이 추진식 엔진에 부과된다.
제 2 단계(상기 수집하는 하위 단계)는 가능성 있는 작동 모드들의 한정된 리스트가 앞선 단계에서 부과된 구속조건 및 설비의 상태를 표시하는 데이터로부터 규정되는 단계이다. 예를 들어, 추진식 엔진이 그 한계 온도에 가까운 온도를 가지는 경우라면, 일부 작동 모드는 미리 선택될 수 없다.
제 3 단계(상기 선정하는 하위 단계)는 모드가 설비의 각각의 아이템을 위하여 상이한 작동 모드들 중에서 한정된 리스트로부터 선정되는 단계이다. 이 모드는 설비의 각각의 아이템을 위한 설정값들과 관련되어 있다. 상기 설정값들은 상이한 유형들을 가질 수 있다. 설정값들은, 예컨대 추진식 엔진의 동력, 토크 또는 속도의 수준에 관한 것일 수 있다. 설정값들은 엔진의 온도 설정값에 관한 것일 수도 있다. 설정값들은 특정 엔진 상황을 달성하기 위한 설정값에 관한 것일 수도 있다. 예를 들어, 헬리콥터의 터보샤프트 엔진의 경우에 있어서, 달성되어야 하는 상황은 약칭 MTOP(maximum take-off power; 최대 이륙 출력) 하에서 알려진 상황 또는 특정 대기 상황일 수 있고, 대체로 선택된 최적화 목표값을 달성하기에 적합한 임의의 엔진 상황일 수 있다.
유리하게도, 본 발명에 따르는 방법은 디폴트 목표값(default objective)에 대한 선택된 각각의 최적화 목표값(optimisation objective)의 이익(benefit; 비교 대상에 비해 더 나은 수치나 결과를 보이는 유리한 점 내지 장점 등을 포함하는 다소 광범위한 개념을 의미하며, 이는 명세서 전체로 동일함)을 표시하는 값을 계산하는 단계를 추가로 구비한다.
이 단계는 디폴트 목표값에 대한 의도된 최적화 목표값의 효과의 징후를 조종사에게 제공하는 것을 가능하게 한다.
유리하게도 이 변형예에 따르면, 상기 디폴트 목표값은 추진식 동력을 동력 설비의 상기 아이템들 사이에 요건에 따라 최적의 방식으로 분배하는 것을 목표로 한다.
디폴트 목표값은 종래 기술로부터의 방법에 의한 종래의 목표값이다. 따라서, 본 발명은 상이한 추진식 엔진들 사이에서의 동력의 최적화된 분배에 대한 선택된 작동 모드에 의해 획득되는 이익의 징후를 제공하는 것을 가능하게 한다.
유리하게도 본 발명에 따르면, 각각의 최적화 목표값은 소정의 기간을 위하여 의도되어 있다.
이 변형예에 따르면, 의도된 최적화 목표값들은 소정의 기간을 위하여 의도되어 있다.
유리하게도 본 발명의 변형예에 따르면, 상기 소정의 기간은 항공기의 최대한의 활용에 대응하는 지속시간을 위하여 항공기의 비행 동안의 특정 시점, 소정의 시간 간격, 항공기의 전체 비행에 대응하는 기간을 구비하는 그룹 중에서 선택된다.
이는 의도된 최적화의 지속시간을 선택하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 동력 네트워크의 성능의 순간적인 최적화를 추구하는 것이 가능하다. 또한, 항공기의 전체 임무에 걸쳐 전체적인 최적화를 목표로 하는 것이 가능하다. 또한, 항공기의 전체 이용 수명에 걸쳐 전제적인 최적화를 목표로 하는 것이 가능하다.
항공기의 전체 이용 수명이나 임무에 걸친 전체적인 관리의 경우, 방법에 의해 구현되는 알고리즘들은 임무 준비나 순식간의 관리를 위한 툴로 통합되는 것이 유리하다. 상기 툴은, 예컨대 항공기 통합장치(aircraft integrator), 항공기 조종사의 고객 편의시설에 설치되고, 또는 엔진 제조자 서비스를 위한 인터넷 포털을 통해서도 액세스가능하다.
유리하게도 본 발명에 따르면, 상기 복수의 소정의 목표값들은 최소한 다음에 오는 목표값들, 즉:
- 상기 동력 네트워크의 상기 설비에 의한 연료 소모를 최소화하는 목표값;
- 추진식 동력을 상기 동력 네트워크의 추진식 설비의 아이템들 사이에 요건에 따라 최적으로 분배하는 목표값;
- 상기 동력 네트워크의 상기 추진식 설비의 일시적인 성능을 극대화하는 목표값;
- 이륙 상태 유형의 짧은 지속 상태 동안 항공기의 성능을 극대화하는 목표값;
- 설비의 정상작동상태를 모니터링하기 위하여 조작의 정밀도를 향상시키는 목표값;
- 설비의 유지관리 비용을 최소화하는 목표값;
- 설비의 유지관리 조작을 변경시키는 목표값;
- 항공기에 의해 발생되는 외부 소음을 최소화하는 목표값;
- 항공기 내부의 소음을 최소화하는 목표값;
- 항공기의 표면 적외선을 최소화하는 목표값;
- 오염 배출물을 최소화하는 목표값;
- 진동 수준을 최소화하는 목표값;
을 구비한다.
따라서, 본 발명에 따르는 방법은 연료 소모에 관한 파라미터들, 항공기의 작동 비용에 관한 파라미터들, 및 항공기의 배출물에 관한 파라미터들을 포함하여 특정 개수의 파라미터들을 최적화하는 것을 가능하게 한다.
유리하게도 본 발명에 따르면, 동력 설비의 상기 복수의 아이템들은 최소한 설비의 다음에 오는 아이템들, 즉:
- 항공기의 추진 엔진들;
- 비추진식 엔진들;
- 동력 공급장치들;
- 동력 변환장치들;
을 구비한다.
본 발명은 또한 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 장치에 관한 것으로서, 본 장치는:
- 복수의 소정의 목표값들 중에서 적어도 하나의 최적화 목표값을 선택하기 위한 모듈;
- 설비 데이터로 지칭되는 동력 설비의 상기 아이템들의 작동상태들을 표시하는 정보를 수신하기 위한 모듈;
- 항공기 데이터로 지칭되는 상기 항공기의 작동상태를 표시하는 정보를 수신하기 위한 모듈;
- 적어도 하나의 선택된 최적화 목표값을 달성하기에 적합한 상기 설비 데이터와 상기 항공기 데이터로부터 상기 동력 설비의 작동 설정값들을 결정하기 위한 모듈;
을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 걸쳐서, 모듈(module)이라는 용어는 소프트웨어 요소, 별개의 사용을 위하여 편집되거나 프로그램의 다른 모듈들과 연계되도록 편집될 수 있는 소프트웨어 프로그램의 서브 어셈블리, 또는 하드웨어 요소, 또는 하드웨어와 소프트웨어 서브 프로그램의 조합을 나타낼 수 있다. 이러한 유형의 하드웨어 요소는 응용 주문형 직접 회로(application-specific integrated circuit)(약칭 ASIC로 더욱 알려져 있음) 또는 프로그램가능한 소프트웨어 회로 또는 임의의 균등한 하드웨어를 구비할 수 있다. 일반적인 방법으로, 모듈은 어떤 기능을 제공하는 것을 가능하게 하는 (소프트웨어 및/또는 하드웨어)요소이다.
본 발명에 따르는 장치의 선택 모듈은 유리하게도 본 발명에 따르는 방법으로부터의 선택 단계를 구현하고, 본 발명에 따르는 방법으로부터의 선택 단계는 본 발명에 따르는 장치의 선택 모듈에 의해 구현되는 것이 유리하다.
마찬가지로, 항공기 데이터와 설비 데이터를 수신하기 위한 모듈들은 유리하게도 본 발명에 따르는 방법으로부터 항공기 및 설비 데이터를 수신하는 단계들을 구현하고, 상기 단계들은 본 발명에 따르는 장치의 수신용 모듈들에 의해 구현되는 것이 유리하다.
마찬가지로, 설정값들을 결정하기 위한 모듈은 유리하게도 본 발명에 따르는 방법으로부터의 설정값들을 결정하는 단계를 구현하고, 설정값들을 결정하는 단계는 본 발명에 따르는 장치의 결정 모듈에 의해 구현되는 것이 유리하다.
유리하게도, 본 발명에 따르는 장치는 오퍼레이터가 인간-기계 인터페이스를 이용하여 최적화 목표값을 선택할 수 있도록 상기 선택 모듈과 상호작용하기에 적합한 인간-기계 인터페이스를 구비한다.
유리하게도 본 발명에 따르면, 설정값들을 결정하기 위한 상기 모듈은:
- 상기 항공기 데이터와 각각의 선택된 목표값에 좌우되는 동력 설비의 상기 아이템들에 의해 관련되어 있는 구속조건들을 정의하기 위한 하위 모듈;
- 동력 설비의 각각의 아이템을 위하여 상기 구속조건들과 상기 설비 데이터에 좌우되는 가능성 있는 작동 모드들을 수집하기 위한 하위 모듈;
- 동력 설비의 각각의 아이템을 위하여 상기 가능성 있는 작동 모드들 중에서 하나의 작동 모드를 선정하기 위한 하위 모듈;
을 구비한다.
유리하게도, 본 발명에 따르는 장치는 디폴트 목표값에 대한 선택된 각각의 최적화 목표값의 이익을 표시하는 값을 계산하기 위한 모듈을 더 구비한다.
유리하게도 본 발명에 따르면, 상기 인간-기계 인터페이스는 상기 구속조건들 및/또는 상기 가능성 있는 작동 모드들 및/또는 상기 선정된 작동 모드 및/또는 상기 결정된 설정값들을 표시하는 정보, 및/또는 각각의 목적의 이익을 표시하는 상기 값을 오퍼레이터에게 제공하도록 구성되어 있다.
따라서, 인간-기계 인터페이스는 이들 목적들을 달성하기에 적합한 동력 설비의 상이한 아이템들의 작동 모드들을 정의하기 위하여 항공기 조종사와 같은 오퍼레이터가 항공기에 의해 부과되는 임의의 구속조건들과 함께 설정값들을 결정하기 위한 모듈에 의해 고려되어 있는 하나 이상의 최적화 목표값들을 선택하는 것을 허용한다.
유리하게도, 상기 인간-기계 인터페이스는 또한 설비의 작동 모드들을 표시하는 정보를 오퍼레이터에게 제공하는 것을 가능하게 한다.
상기 정보는, 예컨대 항공기 전자장치(aircraft avionics)를 통해 기구 패널들의 전용 구역 상에 디스플레이된다. 상기 정보는, 예컨대 오퍼레이터가 추진 엔진들이 그 유효한 정격 한계 범위 내에서 작동하는 것을 확인하는 것, 전기 모터와 같은 추진 엔진, 동력 저장 장치 및 제어 전자기기와 관련되어 있는 설비가 그 유효 정격 한계 범위 내에서도 작동하는지를 확인하는 것, 및 선택된 최적화와 관련된 이익에 관한 정보에 대해 액세스하는 것을 허용하는 모의 표시장치의 형태로 제공된다.
본 발명은 또한 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 방법, 및 앞서 기술되거나 이하에서 기술되는 특성들 모두나 일부에 의해 조합되어 특징지어지는 대응하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점은, 첨부의 도면들과 관련되어 있으면서 순수하게 제한없이 기초하여 제공되는 다음에 오는 발명의 상세한 설명을 읽는 즉시 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 방법이 개략적으로 나타나 있는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 장치가 개략적으로 나타나 있는 도면이다.
본 발명에 따르는 방법은 복수의 소정의 목표값들로부터 적어도 하나의 최적화 목표값을 선택하는 단계(10)를 구비한다.
상기 방법은 또한 동력 설비의 아이템들의 작동상태를 표시하는 설비 데이터(21)와 항공기의 작동상태를 표시하는 항공기 데이터(20)를 수신하는 단계(11)를 구비한다.
마지막으로, 방법은 선택된 최적화 목표값들을 달성하기에 적합한 동력 설비의 작동 설정값(22)들을 결정하는 단계(12)를 구비한다.
본 발명에 따르는 방법은 도 2에 나타나 있는 바와 같이 복수의 소정의 목표값들로부터 적어도 하나의 최적화 목표값을 선택하기 위한 모듈(40), 항공기 데이터(20)를 수신하기 위한 모듈(41), 설비 데이터(21)를 수신하기 위한 모듈(42), 및 동력 설비의 작동 설정값(22)들을 결정하기 위한 모듈(43)을 구비하는 본 발명에 따르는 장치에 의해 구현되는 것이 유리하다.
발명의 상세한 설명의 나머지에서, 문제되고 있는 항공기는 적어도 2개의 터보샤프트 엔진을 구비하는 헬리콥터이다. 각각의 터보샤프트 엔진은 자유 터빈을 가지는, 또는 가스 발생장치에 의한 회전운동으로 세팅되는 출력 샤프트에 단단히 연결되는 터빈을 가지는 가스 발생장치를 구비한다. 각각의 자유 터빈이나 연결되는 터빈의 출력 샤프트는, 예컨대 가변 피치를 가지는 블레이드 또는 다른 전기기계 부재나 유체 부재가 설비되어 있는 헬리콥터의 로터를 차례로 구동시키는 동력 전달 기어박스(power transmission gearbox; 이하에서는 약칭 PTG로 지칭됨) 운동으로 세팅하기에 적합하다. 헬리콥터의 동력 네트워크는 터보샤프트 엔진에 추가하여 동력 저장 장치, 변환장치 및 비추진식 엔진을 구비한다.
물론, 이러한 헬리콥터와 관련하여 이하에서 기술되는 실시예들은 필요한 변경을 가하여 다른 유형의 항공기에 적합하게 되어 있을 수 있다.
최적화 목표값을 선택하기 위한 모듈은 바람직하게는 조종사 또는 항공기의 비행을 담당하고 있는 현장에서의 엔지니어 등과 같은 오퍼레이터가 하나 이상의 최적화 목표값들을 선택하는 것을 허용하는 인간-기계 인터페이스이다. 예를 들어, 본 발명에 따르면, 디지털 스위치는 복수의 제안된 목표값들 중에서 하나의 목표값을 선택하는데 사용된다. 이 인터페이스는 또한 바람직하게는 오퍼레이터가 결정 모듈(43)에 의해 결정되는 설정값들에 주목하는 것을 허용하는 모의 표시장치의 형태로 정보(27)를 디스플레이하기 위한 스크린을 구비한다. 이 인터페이스는 또한 바람직하게는 항공기의 동력 네트워크의 동력 설비의 상이한 아이템들의 작동 상태에 관한 정보를 제공하는 것을 가능하게 한다.
도면의 실시예에 따르면, 설비 데이터(21)는 항공기의 동력 네트워크의 열기관(heat engine, 이하 명세서 전체로 동일)으로부터 유래한 데이터(21a), 항공기의 동력 네트워크의 전기 기계, 유체 기계, 공기 기계 및 불꽃 기계로부터의 데이터(21b), 및 동력 저장 장치로부터의 데이터(21c)를 구비한다.
모듈(43)에 의해 결정되는 설정값(22)들은 열기관을 위한 설정값(22a)들과 비열기관을 위한 설정값(22b)을 위한 설정값(22b)들을 구비한다.
게다가, 설정값들(22a, 22b)을 결정하기 위한 모듈(43)은 바람직하게는 항공기 데이터(20)와 각각의 선택된 목표값(19)에 좌우되는 항공기의 네트워크의 동력 설비에 의해 관련되어 있는 구속조건들을 정의하기 위한 하위 모듈(51)을 구비한다. 상기 하위 모듈(51)은 본 발명에 따르는 방법의 구속조건들을 정의하는 단계(14)를 구현한다.
이 모듈은 동력 설비의 각각의 아이템을 위하여 하위 모듈(43)에 의해 제공되는 구속조건(25)들과 설비 데이터(21a, 21b, 21c)에 좌우되는 가능성 있는 작동 모드들을 수집하기 위한 하위 모듈(52)을 더 구비한다. 상기 하위 모듈(52)은 본 발명에 따르는 방법의 가능성 있는 작동 모드를 수집하는 단계(15)를 구현한다.
마지막으로, 이 모듈은 동력 설비의 각각의 아이템을 위하여 하위 모듈(52)에 의해 전달되는 가능성 있는 작동 모드들의 리스트(26) 중에서 작동 모드를 선정하기 위한 하위 모듈(53)을 구비한다. 상기 하위 모듈(53)은 본 발명에 따르는 방법의 작동 모드를 선정하는 단계(16)를 구현한다.
상이한 변형예에 따르면, 일부 모듈들은 구속조건들을 결정하기 위한 알고리즘, 가능성 있는 작동 모드들을 수집하기 위한 알고리즘 및 선정하기 위한 알고리즘이 엔진 측이나 항공기 측에 조합될 수 있도록 단일의 모듈로 조합될 수 있다. 따라서, 상이한 구조들도 가능성이 있다.
게다가, 본 발명에 따르는 장치는 에너지의 균일한 분배의 디폴트 목표값에 대한 선택된 목표값(19)의 이익을 표시하는 값을 계산하기 위한 모듈을 구비한다. 이 계산 모듈은 바람직하게는 선택된 작동 모드를 인식하는 하위 모듈(53)이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 선택가능한 소정의 목표값들은 연료 소모와 관련되어 있는 목표값들, 항공기의 작동 비용과 관련되어 있는 목표값들, 및 항공기의 배출물들과 관련되어 있는 목표값들을 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 소모와 관련되어 있는 목표값들은 다음의 목표값(19)들, 즉: (ⅰ) 상기 동력 네트워크의 설비에 의한 연료 소모를 최소화하는 목표값; (ⅱ) 추진식 동력을 동력 네트워크의 추진식 설비의 아이템들 사이에 최적으로 분배하는 목표값; (ⅲ) 특히 이륙 상태 유형의 짧은 지속 상태 동안 동력 네트워크의 추진식 설비의 순간적인 성능을 극대화하는 목표값;을 구비한다.
(ⅰ) 연료 소모를 최소화하는 목표값 (Objective of minimising fuel consumption)
네트워크의 설비에 의한 연료 소모를 최소화하는 목표값을 선택하는 경우, 모듈들(41, 42)에 의해 수신되는 항공기 데이터(20)와 설비 데이터(21)는 다음과 같은 것들, 즉:
- 임무에 관하여 제공되는 프로파일(지속시간, 거리, 비행 고도/수준);
- 비행 조건들 (온도, 압력, 속도);
- 실시간 항공기 질량;
- 지면으로부터의 높이;
- 이륙 동력의 수준 (P3, 전기적인 것, 기계적인 것, 열적인 것);
- 조절을 위한 엔진 파라미터들;
- 정상작동상태를 모니터링하기 위한 파라미터들 (저장 장치의 충전 상태, 저장 장치들의 온도들, 시동 모터들의 온도들 등);
이다.
출력 설정값들을 결정하기 위한 모듈(43)은 다음에 오는 설정값들, 즉:
- 동력을 엔진들 사이에 분배하기 위한 설정값;
- 소정의 대기 상황에 따라 대기상태로 설정되는 엔진이나 엔진들의 rpm으로 되어 있는 속도 설정값으로서, 이러한 유형의 대기 상황은, 예컨대 출원인의 이름으로 출원된 특허 출원 FR13633에 기술되어 있는 대기 상황에 해당하는, 속도 설정값;
- 터보샤프트 엔진들의 대기 모드에 있는 전기 동력 보조 모터에 동력공급하기 위한 설정값과 같은 비추진식 시스템의 설비의 작동 설정값;
을 제공하도록 구성되어 있다.
게다가, 인간-기계 인터페이스(40)는 다음에 오는 정보, 즉:
- 작동 중인 열기관의 개수;
- 디폴트 목표값에 대응하는 대칭적인 관리 모드에 대한 선택된 관리 모드의 이익;
- 비행 속도 및 고도를 위한 권고사항;
- 상이한 엔진들 사이에서의 공기 및 전기 이륙 동력의 분배를 위한 권고사항;
을 조종사에게 제공하도록 구성되어 있다.
결정 모듈(43)에 의해 지정되는 작동 모드는, 예컨대 소모를 줄이기 위하여 이상적인 비행 속도를 제공하는 것, 및/또는 소모를 줄이기 위하여 이상적인 비행 고도를 제공하는 것(예컨대 엔진이 대기상태로 설정될 수 있도록 고도가 약간 내려가고, 엔진이나 엔진들을 사용하는 열적 수준을 증가시키기 위하여 고도가 약간 올라감)을 가능하게 한다.
(ⅱ) 추진 시스템의 순간적인 성능을 극대화하는 목표값 (Objective of maximising the transitional performance of the propulsion system)
예컨대 장애물들을 피한다는 측면에서 성능을 향상시키도록 항공기의 응답성을 향상시키기 위하여 순간적인 성능을 극대화하는 목표값을 선택하는 경우, 모듈들(41, 42)에 의해 수신되는 항공기 데이터(20)와 설비 데이터(21)는 다음과 같은 것들, 즉:
- 비행 조건들 (온도, 압력);
- 이륙 동력 수준 (P3, 전기적인 것, 기계적인 것, 열적인 것);
- 조절을 위한 내부 엔진 파라미터들;
- 정상작동상태를 모니터링하기 위한 파라미터들 (저장 장치의 충전 상태, 저장 장치들의 온도들, 시동 모터들의 온도들 등);
이다.
출력 설정값들을 결정하기 위한 모듈(43)은 다음에 오는 설정값들, 즉:
- 추진식 및 비추진식 동력을 엔진들 사이에 분배하기 위한 설정값;
- 대기상태에 있는 엔진이나 엔진들의 rpm으로 되어 있는 속도 설정값 (1차 및/또는 2차 샤프트);
- 비추진식 시스템의 설비의 작동 설정값(전기 및 공기 이륙 동력과 같은 하위 시스템의 관리);
을 제공하도록 구성되어 있다.
게다가, 인간-기계 인터페이스(40)는 다음에 오는 정보, 즉:
- 조종사 정보 (작동 중인 엔진의 개수);
- 대칭적인 관리 모드에 대한 관리 모드의 이익;
를 조종사에게 제공하도록 구성되어 있다.
이는, 예컨대 하나 이상의 터빈 엔진들에서의 전기 이륙 동력 때문에 가스 발생장치에서의 기계 이륙 동력의 순간적인 분산(shedding)을 보장하는 것을 가능하게 한다. 이는 하나 이상의 터빈 엔진들에서의 공기 이륙 동력의 순간적인 분산 또는 공급의 연속성을 보장하기 위해서 이 기간 동안 전기 저장 장치의 사용을 허용한다. 이는 이 기간 동안 이로써 동력공급되는 무난한 기능을 제거하는 것을 가능하게 한다. 이는 또한 과속을 최소화하기 위하여 가스 발생장치의 감속을 보조하는 것을 가능하게 한다.
쌍발 엔진 헬리콥터의 경우, 설정값들은 저장 장치로부터 엔진의 가스 발생장치 쪽으로의 기계 동력의 주입을 제공하도록 의도되어 있을 수 있다. 2개의 대형 엔진과 하나의 소형 엔진을 구비하는 삼발 엔진 헬리콥터의 경우, 이러한 설정값들은 소형 엔진(및/또는 저장 장치)으로부터 대형 엔진들의 가스 발생장치 쪽으로의 기계 동력의 주입을 제공하도록 의도되어 있을 수 있다. 상기 주입은 또한 대형 엔진들의 가스 발생장치들로부터 소형 엔진의 자유 터빈 또는 저장 장치 쪽으로의 동력의 주입일 수 있다.
(ⅲ) 이륙 상태 유형의 짧은 지속 상태 동안의 항공기의 성능을 극대화하는 목표값 (Objective of maximising the performance of the aircraft during short-duration phases of the take-off phase type)
(이륙 상태 동안과 같이)추진식 설비의 순간적인 성능을 극대화하는 목표값을 선택하는 경우, 모듈들(41, 42)에 의해 수신되는 항공기 데이터(20)와 설비 데이터(21)는 다음과 같은 것들, 즉:
- 비행 조건들 (온도, 압력, 속도);
- 실시간 항공기의 질량;
- 지면으로부터의 높이;
- 이륙 동력의 수준 (P3, 전기적인 것, 기계적인 것, 열적인 것);
- 조절을 위한 엔진들의 내부 파라미터들;
- 정상작동상태를 모니터링하기 위한 파라미터들 (저장 장치의 충전 상태, 저장 장치들의 온도들, 시동 모터들의 온도들 등);
이다.
출력 설정값들을 결정하기 위한 모듈(43)은 다음에 오는 설정값들, 즉:
- 추진식 및 비추진식 동력을 엔진들 사이에 분배하기 위한 설정값;
- 특정 AEO(all engines operative; 모든 엔진들이 작동되고 있는) 상황 또는 OEI(one engine inoperative; 한쪽 엔진이 오작동되고 있는) 상황의 엔진 제어에 의한 허용치 (authorisation)(release; 방출량);
- 비추진식 시스템의 설비의 작동 설정값;
을 제공하도록 구성되어 있다.
게다가, 인간-기계 인터페이스(40)는 다음에 오는 정보, 즉:
- 작동 중인 엔진의 개수 및 각각의 열기관을 위하여 허용되는 상황들;
- 대칭적인 관리 모드에 대한 관리 모드의 이익;
을 조종사에게 제공하도록 구성되어 있다.
이 목표값은, 예컨대 저장 장치나 APU에 의해 동력공급되는 전기 모터를 이용한 가스 발생장치 쪽으로의 동력 주입, 또는 직접 열기관들 중 하나를 이용한 다른 쪽으로의 동력 주입을 5초 내지 30초 동안 초래한다. 이는 또한 저장 장치나 APU에 의해 동력공급되는 전기 모터를 이용한 자유 터빈 쪽으로의 동력 주입, 또는 직접 열기관들 중 하나를 이용한 다른 쪽으로의 동력 주입을 5초 내지 30초 동안 초래할 수 있다. 이는 또한 헬리콥터의 임무의 유형에 따라 활성화될 수 있는 각각의 엔진을 위한 상이한 상황 구조들을 정의하는 것을 가능하게 한다.
연료 소모의 최적화에 관한 다른 유형의 목표값들도 가능성이 있다. 예를 들어, 엔진들의 정상작동상태를 모니터링하기 위하여 조작의 정밀도를 향상시키는 목표값을 제공하는 것이 가능하다. 이러한 목표값은 엔진 정상작동 모니터링의 정밀도를 향상시키기 위하여 이 조작을 문제되는 엔진에서 충분히 빠른 속도로 실행함으로써 그리고 공기 추출 유형(air bleed type)에 의한 비추진식 이륙 또는 다른 엔진으로 전환될 수 있는 전기/기계 동력에 의한 이륙과 같은 부정밀한 요인들을 제거함으로써 엔진들 사이에서의 동력의 분배를 수정할 수 있도록 의도되어 있다. 엔진 정상작동 모니터링 조작은 또한 진동의 정상여부를 모니터링한다는 측면에서 상기 엔진들을 특정 상황들로 설정하거나 상황들의 스캔을 실행하기 위하여 엔진들을 다르게 정렬하는 것(de-align)을 가능하게 하는 작동 모드를 이용하여 강화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 작동 비용을 최소화하는 것에 관한 목표값들은: (ⅳ) 작동 비용을 최소화하는 목표값;을 구비한다.
(ⅳ) 작동 비용을 최소화하는 목표값 (Objective of minimising the operating costs)
항공기의 작동 비용을 최소화하는 목표값을 선택하는 경우, 모듈들(41, 42)로부터 수신되는 항공기 데이터(20)와 설비 데이터(21)는 다음과 같은 것들, 즉:
- 비행 조건들 (온도, 압력, 속도);
- 실시간 항공기의 질량;
- 승객의 인원수나 탑재하중;
- 조절을 위한 엔진들의 내부 파라미터들;
- 정상작동상태를 모니터링하기 위한 파라미터들 (저장 장치의 충전 상태, 저장 장치의 온도, 시동 모터의 온도 등);
- 데미지 카운터 (damage counter);
- 저 사이클 피로(low-cycle fatigue)를 위한 사이클 카운터 (cycle counter);
이다.
출력 설정값들을 결정하기 위한 모듈(43)은 다음에 오는 설정값들, 즉:
- 동력을 엔진들 사이에 분배하기 위한 설정값;
- 대기상태에 있는 엔진이나 엔진들의 rpm으로 되어 있는 속도 설정값 (1차 샤프트 및/또는 2차 샤프트);
- 비추진식 시스템의 설비의 작동 설정값 (회전 모드에 있는 전기 모터에 동력공급하기 위한 설정값);
을 제공하도록 구성되어 있다.
게다가, 인간-기계 인터페이스(40)는 다음에 오는 정보, 즉:
- 대칭적인 관리 모드에 대한 관리 모드의 이익;
- 비행 속도와 고도를 위한 권고사항;
을 조종사에게 제공하도록 구성되어 있다.
이 목표값은, 예컨대 사이클의 개수를 최소화하도록 의도되어 있을 수 있고, 또는 터빈 엔진들의 특정 내부 온도들을 초과하지 않도록 의도되어 있을 수 있다.
비용을 최소화하는 것과 관련한 다른 유형의 목표값들도 가능성이 있다. 예를 들어, 항공기나 엔진들의 직접 작동 비용(유지관리 비용과 연료 비용의 조합)을 최소화하는 것을 추구하는 것이 가능하다. 엔진이나 헬리콥터 유지관리 조작을 변경시키는 것도 가능한데, 엔진들 사이에서의 비대칭적인 작동 모드들의 이용은 동일한 항공기에 설치된 엔진들 사이의 사이클들에서의 상이한 소모와 손상을 유발한다. 엔진들 중 하나에서의 유지관리 조작을 지연하는 것(예컨대 유지관리 조작을 필요로 하는 제한들 중 하나에 가까운 것)이 요구되는 경우라면, 유지관리 조작의 측면에서 보다 여유있는 엔진들에게 유리하도록 이 엔진을 예비상태로 유지하는 로직(logic)을 생각해보는 것도 가능하다. 유사한 모드는 상이한 엔진들에 대응하는 상이한 출력들 사이의 비대칭 수준에 따라 상이하게 노후화될 수 있는 헬리콥터의 PTG를 예비상태로 유지하기 위하여 제안될 수 있다.
본 발명은 또한 배출물을 최적화하기 위한 로직들을 제공할 수 있다. 특히, 비대칭인 작동은 항공기와 그 엔진들의 여러 가지 신호(signature)들을 최소화하기 위해서 하나 이상의 자유도를 제공한다(엔진들 사이에서의 동력의 분배를 이용함).
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부 소음을 최소화하는 목표값이 제공되어 있다. 상이한 엔진과 항공기 발원지로부터의 소리의 특성들과 주변 지면의 작도법에 관한 지식에 기초하여, 주어진 지점에서 감지되는 소음을 최소화하도록 엔진들 사이에서의 동력의 분배를 임의의 순간에 결정하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부 소음을 최소화하는 목표값이 제공되어 있다. 상이한 엔진과 항공기 발원지로부터의 소리의 특성들과 항공기의 이동 특성에 기초하여, 항공기 내부에서 감지되는 소음을 최소화하도록 엔진들 사이에서의 동력의 분배를 결정하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면 적외선(surface infrared; SIR)을 최소화하는 목표값이 제공되어 있다. 엔진 실행 모델들과 배출물의 특성 곡선을 이용하여, 각각의 비행 상태에 있는 엔진들 사이에서의 동력의 분배를 조정함으로써 최소화될 수 있는 SIR 측정장치를 구성하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 오염 배출물(CO2, CO, NOx, 불완전연소 연료 등)을 최소화하는 목표값이 제공되어 있다. 엔진 오염 배출물의 모델들을 이용하여, 각각의 비행 상태에 있는 엔진들 사이에서의 동력의 분배를 조정함으로써 최소화될 수 있는 순간적인 오염 물질을 평가하는 것이 가능하다. 오염 물질에 세금부과하기 위하여 어떤 시스템이 도입되는 경우라면, 경제 모델은 그 임무를 수행하는 경우 오퍼레이터에 의해 지불되는 세금액을 평가하도록 개발될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 진동 수준을 최소화하는 목표값이 제공되어 있다. 항공기의 여기상태와 엔진의 상이한 발원지에 관한 진동 특성 및 항공기의 이동 특성에 기초하여, 항공기 상의 주어진 지점에서의 진동 수준을 최소화하도록 엔진들 사이에서의 동력의 분배를 결정하는 것이 가능하다.
본 발명은 기술된 실시예들로만 제한되지 않는다. 특히, 다른 최적화 목표값들과 관련 로직들은 본 발명에 따르는 장치와 방법에 통합될 수 있다.

Claims (13)

  1. 동력 설비의 복수의 아이템들을 구비하는 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 방법으로서,
    - 복수의 소정의 목표값들 중에서 적어도 하나의 최적화 목표값(19)을 선택하는 단계;
    - 설비 데이터(21)로 지칭되는 동력 설비의 상기 아이템들의 작동상태들을 표시하는 정보를 수신하고, 항공기 데이터(20)로 지칭되는 상기 항공기의 작동상태를 표시하는 정보를 수신하는 단계(11);
    - 적어도 하나의 선택된 최적화 목표값(19)을 달성하기에 적합한 상기 설비 데이터(21)와 상기 항공기 데이터(20)로부터 상기 동력 설비의 작동 설정값(22)들을 결정하는 단계(12);
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    설정값들을 결정하는 상기 단계(12)는:
    - 상기 항공기 데이터(20)와 각각 선택된 목표값(19)에 좌우되는 동력 설비의 상기 아이템들에 의해 관련되어 있는 구속조건들을 정의하는 하위 단계(14);
    - 동력 설비의 각각의 아이템을 위하여 상기 구속조건들과 상기 설비 데이터(21)에 좌우되는 가능성 있는 작동 모드들을 수집하는 하위 단계(15);
    - 동력 설비의 각각의 아이템을 위하여 상기 가능성 있는 작동 모드들 중에서 하나의 작동 모드를 선정하는 하위 단계(16);
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    디폴트 목표값에 대한 선택된 각각의 최적화 목표값의 이익을 표시하는 값을 계산하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디폴트 목표값은 추진식 동력을 동력 설비의 상기 아이템들 사이에 요건에 따라 최적의 방식으로 분배하는 것을 목표로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 최적화 목표값(19)은 소정의 기간을 위하여 의도되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 소정의 기간은 항공기의 최대한의 활용에 대응하는 지속시간을 위하여 항공기의 비행 동안의 특정 시점, 소정의 시간 간격, 항공기의 전체 비행에 대응하는 기간을 구비하는 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 소정의 목표값들은 최소한 다음에 오는 목표값들, 즉:
    - 상기 동력 네트워크의 상기 설비에 의한 연료 소모를 최소화하는 목표값;
    - 추진식 동력을 상기 동력 네트워크의 추진식 설비의 아이템들 사이에 요건에 따라 최적으로 분배하는 목표값;
    - 상기 동력 네트워크의 상기 추진식 설비의 일시적인 성능을 극대화하는 목표값;
    - 이륙 상태 유형의 짧은 지속 상태 동안 항공기의 성능을 극대화하는 목표값;
    - 설비의 정상작동상태를 모니터링하기 위하여 조작의 정밀도를 향상시키는 목표값;
    - 설비의 유지관리 비용을 최소화하는 목표값;
    - 설비의 유지관리 조작을 변경시키는 목표값;
    - 항공기에 의해 발생되는 외부 소음을 최소화하는 목표값;
    - 항공기 내부의 소음을 최소화하는 목표값;
    - 항공기의 표면 적외선을 최소화하는 목표값;
    - 오염 배출물을 최소화하는 목표값;
    - 진동 수준을 최소화하는 목표값;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동력 설비의 상기 복수의 아이템들은 최소한 설비의 다음에 오는 아이템들, 즉:
    - 항공기의 추진 엔진들;
    - 비추진식 엔진들;
    - 동력 공급장치들;
    - 동력 변환장치들;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 동력 설비의 복수의 아이템들을 구비하는 항공기의 동력 네트워크의 최적화된 포괄적인 관리를 위한 장치로서,
    - 복수의 소정의 목표값들 중에서 적어도 하나의 최적화 목표값(19)을 선택하기 위한 모듈(40);
    - 설비 데이터(21a, 21b, 21c)로 지칭되는 동력 설비의 상기 아이템들의 작동상태들을 표시하는 정보를 수신하기 위한 모듈(42);
    - 항공기 데이터(20)로 지칭되는 상기 항공기의 작동상태를 표시하는 정보를 수신하기 위한 모듈(41);
    - 적어도 하나의 선택된 최적화 목표값(19)을 달성하기에 적합한 상기 설비 데이터(21a, 21b, 21c)와 상기 항공기 데이터(20)로부터 동력 설비의 상기 아이템들의 작동 설정값들(22a, 22b)을 결정하기 위한 모듈(43);
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    오퍼레이터가 인간-기계 인터페이스를 이용하여 최적화 목표값(19)을 선택할 수 있도록 상기 선택 모듈(40)과 상호작용하기에 적합한 인간-기계 인터페이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    설정값들을 결정하기 위한 상기 모듈은:
    - 상기 항공기 데이터(20)와 각각의 선택된 목표값(19)에 좌우되는 상기 동력 설비에 의해 관련되어 있는 구속조건(25)들을 정의하기 위한 하위 모듈(51);
    - 동력 설비의 각각의 아이템을 위하여 상기 구속조건(25)들과 상기 설비 데이터(21a, 21b, 21c)에 좌우되는 가능성 있는 작동 모드들을 수집하기 위한 하위 모듈(52);
    - 동력 설비의 각각의 아이템을 위하여 상기 가능성 있는 작동 모드들 중에서 하나의 작동 모드를 선정하기 위한 하위 모듈(53);
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    디폴트 목표값에 대한 선택된 각각의 최적화 목표값(19)의 이익을 표시하는 값을 계산하기 위한 모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항에 따르는 장치로서,
    상기 인간-기계 인터페이스는 상기 구속조건들 및/또는 상기 가능성 있는 작동 모드들 및/또는 상기 선정된 작동 모드 및/또는 상기 결정된 설정값들을 표시하는 정보(27), 및/또는 각각의 목적의 이익을 표시하는 상기 값을 오퍼레이터에게 제공하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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