TWI625271B - Aircraft auxiliary power unit turbine efficiency monitoring method and device - Google Patents

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Abstract

本發明涉及飛機輔助動力單元渦輪效率監控方法和裝置。飛機輔助動力單元APU渦輪效率的性能檢測方法,包括:獲取一時間段內多個時間點上APU報文;根據所述APU報文獲取所述APU的啟動參數,所述啟動參數至少包括峰值EGT轉速;計算APU啟動時排氣溫度峰值時的轉速相對於APU正常運轉時轉速的占比NPA;計算所述時間段內的NPA的平均值;以及根據所述NPA的平均值確定所述APU渦輪效率處於穩定期、衰退期或故障期。

Description

飛機輔助動力單元渦輪效率監控方法和裝置
本發明涉及一種飛機部件性能的監控,特別是涉及一種飛機輔助動力單元渦輪效率的監控方法和裝置。
機載輔助動力單元(Airborne Auxiliary Power Unit),簡稱輔助動力單元APU,是安裝在飛機尾部的一台小型渦輪發動機。APU的主要功能是提供電源和氣源,也有少量的APU可以向飛機提供附加推力。具體來說,飛機在地面上起飛前,由APU供電來啟動主發動機,從而不需依靠地面電、氣源車來發動飛機。在地面時,APU還提供電力和壓縮空氣保證客艙和駕駛艙內的照明和空調。在飛機起飛時,APU可作為備用電源使用。在飛機降落後,仍由APU供應電力照明和空調。APU的功能決定了其運行的穩定性直接關係到飛機的飛行成本和服務品質。
既然APU是渦輪發動機,渦輪效率就是反映APU性能的重要指標。現有技術中沒有對APU的渦輪效率進行評估的有效手段,也就無法對APU的性能做出評估。本發明正是針對這一問題而提出的一種解決手段。
針對現有技術中存在的上述技術問題,根據本發明的一個方面,提出一種飛機輔助動力單元APU渦輪效率的性能檢測方法,包括:獲取一時間段內多個時間點上APU報文;根據所述APU報文獲取所述APU的啟動參數,所述啟動參數至少包括峰值EGT轉速;計算APU啟動時排氣溫度峰值時的轉速相對於APU正常運轉時轉速的占比NPA;計算所述時間段內的NPA的平均值;以及根據所述NPA的平均值確定所述APU渦輪效率處於穩定期、衰退期或故障期。
如上所述的方法,其中確定所述APU渦輪效率處於穩定期、衰退期或故障期的步驟包括:響應於所述時間段內的NPA的平均值接近第一門限值,確定所述APU渦輪效率處於衰退期;以及響應於所述時間段內的NPA的平均值接近第二門限值,確定所述APU渦輪效率處於故障期。
如上所述的方法,其中對於APS3200型APU,第一門限值為大約35%;第二門限值大約為32%,而“接近”為差距大約為1.5%之內。
如上所述的方法,其中對於 GTCP131-9A型APU,第一門限值為大約45%;第二門限值大約為40%,而“接近”為差距大約為2.5%之內。
如上所述的方法,其中在所述時間段內獲取大約10-20個APU報文。
如上所述的方法,進一步包括:對該段時間內全部NPA進行線性或非線性擬合,並線性外推擬合後的結果;如果線性外推的結果與第一門限值的相交點在大約1個月內,則確定APU的渦輪效率進入了衰退期;以及如果線性外推的結果與第二門限值的相交點在大約1個月內,則確定APU的渦輪效率進入了故障期。
如上所述的方法,進一步包括:在線性或非線性擬合後,計算NPA的信賴區間。
如上所述的方法,進一步包括:根據信賴區間的外推結果與所述第一門限值和所述第二門限值的交點。
如上所述的方法,進一步包括:估計APU的效率進入衰退期或故障期的時間範圍。
如上所述的方法,進一步包括:確定APU啟動時排氣溫度的峰值EGTP是否接近紅線值。
如上所述的方法,進一步包括:確定修正後的APU啟動時排氣溫度的峰值EGTP是否接近紅線值,修正公式如下: EGTP_COR=((EGTP+273.5)/THITA)-273.5; 其中,EGTP_COR 為修正後的EGTP,而EGTP為修正前的EGTP,THITA = e ^ (-((AltValue * CoverFt)/1000)/((8.51 * (273.15 + TATValue)) / (9.8 * 29)))。
如上所述的方法,進一步包括:確定啟動時間STA在正常的範圍內。
根據本發明的另一個方面,提出一種飛機輔助動力單元APU渦輪效率的性能檢測裝置,包括:報文獲取單元,其獲取一時間段內APU報文;報文解析單元,其解析出所需要的APU啟動參數,所述啟動參數至少包括峰值EGT轉速;以及性能檢測單元,其根據NPA確定所述APU渦輪效率的性能處於穩定期,衰退期或故障期。
根據本發明的另一個方面,提出一種飛機輔助動力單元APU渦輪效率的性能檢測裝置,包括:處理器;以及與處理器相連的記憶體,其存儲電腦可讀代碼;所述電腦可讀代碼在所述處理器上運行以執行以下步驟:獲取一時間段內APU報文;根據所述報文解析出所述APU啟動參數,所述啟動參數至少包括峰值EGT轉速;以及確定所述APU渦輪效率的性能處於穩定期,衰退期或故障期。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚,下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本發明之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。
在以下的詳細描述中,可以參看作為本申請一部分用來說明本申請的特定實施例的各個說明書附圖。在附圖中,相似的附圖標記在不同圖式中描述大體上類似的組件。本申請的各個特定實施例在以下進行了足夠詳細的描述,使得具備本領域相關知識和技術的普通技術人員能夠實施本申請的技術方案。應當理解,還可以利用其它實施例或者對本申請的實施例進行結構、邏輯或者電性的改變。
圖1示出了根據本發明的一個實施例的飛機APU的結構示意圖。如圖所示,飛機APU主要包括功率部分100、負載部分200,以及附件部分300。其中,功率部分100主要包括功率壓氣機110、渦輪元件120,以及排氣組件130等;負載部分200主要包括負載壓氣機210;附件部分300主要包括附件齒輪箱310、渦輪效率320,以及發電機330等。進氣道進入的氣流分成兩股,一股進入功率壓氣機110和渦輪元件120,主要用來帶動APU旋轉,然後氣流通過排氣組件130排走;而另一股氣流進入負載壓氣機210,這部分氣流由負載壓氣機增壓,專門用於產生供飛機使用的壓縮空氣。在這股氣流的進口有流量調節閥門(進口導流葉片),它根據飛機對壓縮空氣的需求,即時的對閥門(葉片)開度進行調節,來控制進入負載壓氣機的空氣的多少。
APU開始啟動時,首先由起動機帶動渦輪轉動,當啟動轉速大於點火門限轉速時,APU開始供油,APU渦輪在啟動機和燃氣驅動渦輪的動力下加速轉動。例如,對於APS3200型APU而言,當APU的轉速為正常轉速的5%時,開始供油;對於GTCP131-9A型APU而言,當APU的轉速為正常轉速的7%時,開始供油。開始供油後,燃燒室內部開始由貧油狀態向富油狀態轉化,同時燃燒室的溫度也在不斷升高。APU啟動的開始階段,前端壓氣機因轉速較低而供氣量較小,容易導致熱量聚集,從而出現排氣溫度最高點,啟動階段排氣溫度峰值EGTP。隨著渦輪整體轉速提高,燃燒室的富油狀態也逐漸轉為正常,燃燒室溫度下降,APU完成啟動。
本申請的發明人發現,當APU的渦輪效率低時,在啟動階段達到排氣溫度EGT的峰值,即最高溫度時,渦輪轉速會比較低。這是因為渦輪效率低導致出現富油的情況會提前。例如,對於APS3200型 APU,如果啟動階段出現最高排氣溫度EGTP時的轉速只到達APU正常工作時的轉速的32%時,就已經說明APU渦輪性能衰退嚴重了。同樣地,對於 GTCP131-9A型APU,如果啟動階段出現最高排氣溫度EGTP時的轉速只到達APU正常工作時的轉速的40%,則說明APU渦輪性能衰退嚴重。
本申請的發明人進一步發現,APU渦輪效率的性能變化遵循一定規律:在使用前期和中期,渦輪效率較為穩定,而在後期會出現性能的退化,直至故障。
圖2為APU渦輪效率變化曲線的示意圖。從圖中可以看出,隨著使用時間的增加,由於飛機APU渦輪效率逐漸退化,衰退指數逐漸增加。當APU渦輪效率的衰退指數比較穩定時,其性能處於穩定期;當APU渦輪效率的性能衰退逐漸加快時,其性能進入衰退期;當超過某一個閾值時,其性能進入故障期,可能隨時出現故障。當APU渦輪效率進入故障期後,既影響APU的使用,對服務品質和飛行安全產生不利後果;又容易產生非計劃性的維修,造成航班的延誤和停飛。
飛機APU渦輪效率的性能可以通過在APU啟動時排氣溫度EGT達到峰值EGTP時的渦輪轉速相對於APU正常工作時轉速的占比NPA來表徵。其中NPA的定義是在APU啟動階段當APU的排氣溫度EGT達到峰值時渦輪的轉速與APU正常運行時的恒定轉速的百分比(%RPM / APU RPM)。NPA可以反映渦輪的葉片效率。
現有技術中還沒有手段可以對APU渦輪效率是否進入衰退期進行檢測。而本發明的某些實施例可以實現這種檢測。對於衰退期的檢測有如下好處:當APU渦輪效率處於衰退期時,發生故障的概率仍然非常低。如果選擇在此時機對飛機進行檢修,飛行安全和服務品質是可以得到保障的。此時,航空公司可以適時地安排對飛機的檢修,從而避免了非計畫的維修,減少飛機的延誤。也同時避免了按固定時限進行檢修時造成的檢修成本的浪費。
多種方法可以用來獲取NPA。例如,由於各個類型的APU在正常工作時都是以恒定速率轉動的,所以可以通過獲得啟動階段峰值EGT轉速來計算NPA。而通過存儲在飛機黑匣子FDR或者快速存取記錄器QAR中的資料就可以獲得峰值EGT轉速資料。
通過飛機製造商提供的資料系統也可以方便地獲取上述資料,並實現地面即時檢測。例如,空客的Aircraft Condition Monitoring System(ACMS)系統以及波音公司的Aircraft Heath Monitor (AHM)系統都可以即時監測飛機的運行資料,並且,當滿足一定的觸發條件時,自動生成包含一系列資料資訊的報文。
根據本發明的一個實施例,APU的相關運行資料可以利用飛機資料系統(例如ACMS或AHM系統)獲取並體現在生成的相關報文中。這類報文資訊可以通過飛機通信定址與報告系統(ACARS Aircraft Communications Addressing and Reporting System)系統傳輸至地面,並進一步分發到不同航空公司的伺服器上。根據本發明的一個實施例,APU報文也可以通過航空電信網(ATN Aviation Telecommunication Network)的通信裝置或系統傳輸。
實際上,對於現有的飛行資料系統而言,APU的性能監視是已有的專案,因此,可以自動生成對應的APU報文,並通過ACARS或ATN傳輸到地面。但是,這些監視的資料並沒有被用於APU性能的衰退期檢測。例如,空客公司的A13報文,即(APU MES/IDLE REPORT),或者波音公司的APU報文就是這樣的APU報文的實例。在以下實施例中,以空客公司的A13報文為實例進行說明。波音公司APU報文的處理與此類似。
圖3示出了空客公司的A13報文的一個實施例。如圖所示,A13報文主要包含了4部分資訊,分別為:報頭、APU履歷資訊、啟動飛機發動機的運行參數及APU啟動參數。
報頭由CC和C1段組成,主要包含了飛機的航班資訊、報文產生航段階段、引氣閥門狀態、總溫(即外界溫度)等資訊。APU履歷資訊由E1段組成包括APU序號、執行時間和迴圈等資訊。啟動飛機發動機的運行參數由N1至S3段組成;其中N1、S1表示的是啟動第一台飛機發動機時的運行情況,N2、S2表示啟動第二台飛機發動機時的運行情況,N3、S3為APU啟動發動機完成後APU慢車時的情況。而APU的啟動參數包括:APU啟動時的啟動時間、EGT峰值、峰值EGT轉速、滑油溫度和負載壓氣機進口溫度。
由圖3可以看出,峰值EGT轉速這一APU運行參數包含在現有的A13號報文中。因此,利用該報文獲取的資料可以實現本發明的APU渦輪效率檢測。
圖4是根據本發明的一個實施例的APU渦輪效率的監控方法的流程圖。如圖所示,該APU渦輪效率的檢測方法400中,在步驟410,通過獲取一段時間內飛機APU啟動時的狀態數據,所述啟動狀態數據至少包括峰值EGT轉速。
根據本發明的一個實施例,步驟410中所需的資訊可以從例如A13報文的APU報文中獲取。例如,從國際航空電訊集團SITA網控制中心和中國民航資料通信公司ADCC網控制中心可以遠端即時獲取飛機APU運行的A13報文,通過報文解碼器將所述的飛機APU運行狀態A13報文解碼,得到所需要的飛機APU啟動狀態資訊。
在步驟420,根據所獲得的峰值EGT轉速和APU的恒定轉速,計算該時間段內NPA的平均值。
在步驟430,判斷該段時間內NPA的平均值是否接近第一門限值。如果NPA的平均值已經接近第一門限值,則在步驟440,確定APU的渦輪效率進入了衰退期。
在步驟450,判斷該段時間內NPA的平均值是否接近第二門限值。如果NPA的平均值已經接近第二門限值,則在步驟460,確定APU的渦輪效率進入了故障期。
根據本發明的一個實施例,對於APS3200型 APU,第一門限值為大約35%;第二門限值大約為32%,而“接近”意味著差距大約為1.5%之內。同樣地,對於 GTCP131-9A型APU,第一門限值為大約45%;第二門限值大約為40%,而“接近”意味著差距大約為2.5%之內。
隨著時間的不但推移,在該時間段大小固定的情況下,NPA的平均值逐漸變好。這種用一段時間內不斷更新的資料分析變化趨勢的方法可以稱為移動視窗法。移動視窗的大小,即納入計算範圍的點的個數M的選擇取決於多種因素,例如,測量時間的間隔以及控制策略等。如果移動視窗越小,資料的波動率越容易受到正常波動的影響,從而出現過多的誤報,影響本發明的效果。如果移動視窗過大,雖然反映變化趨勢較為準確,但是這會降低本發明的時效性,無法及時準確地發出告警資訊。因此,移動視窗的大小對於本發明有著重要的影響。根據本發明的一個實施例,在每天測量2-3個點的前提下,M的取值約為20。根據本發明的另一個實施例,在每天測量低於或等於2個點的前提下,M的取值約為10。
根據本發明的一個實施例,因為不同溫度下獲得的轉速資料會存在差異。為了更好的反映APU的渦輪效率,根據轉速相似特性將溫度的影響折算,可以把NPA都折算到統一的環境下進行比較。修正公式如下:其中,Ncor是修正後的NPA,N為修正前的NPA,T0為折算溫度,T1為當前的溫度。這樣與門限值比較後的結果更為準確。
圖5是根據本發明的另一個實施例的APU渦輪效率的監控方法的流程圖。如圖所示,該APU渦輪效率的檢測方法500中,在步驟510,通過獲取一段時間內飛機APU啟動時的狀態數據,所述啟動狀態數據至少包括峰值EGT轉速。根據本發明的一個實施例,所述時間段大約為1-2個月。
根據本發明的一個實施例,步驟510中所需的資訊可以從例如A13報文的APU報文中獲取。例如,從國際航空電訊集團SITA網控制中心和中國民航資料通信公司ADCC網控制中心可以遠端即時獲取飛機APU運行的A13報文,通過報文解碼器將所述的飛機APU運行狀態A13報文解碼,得到所需要的飛機APU啟動狀態資訊。
在步驟520,根據所獲得的峰值EGT轉速和APU的恒定轉速,計算該時間段內全部的NPA。
在步驟530,對該段時間內全部NPA進行線性或非線性擬合,並線性外推擬合後的結果。
在步驟540,如果線性外推的結果與第一門限值的相交點在大約1個月內,則確定APU的渦輪效率進入了衰退期。
在步驟550,如果線性外推的結果與第二門限值的相交點在大約1個月內,則確定APU的渦輪效率進入了故障期。
根據本發明的一個實施例,對於APS3200型 APU,第一門限值為大約35%;第二門限值大約為32%,而“接近”意味著差距大約為1.5%之內。同樣地,對於 GTCP131-9A型APU,第一門限值為大約45%;第二門限值大約為40%,而“接近”意味著差距大約為2.5%之內。
根據本發明的一個實施例,在步驟540和550,在線性或非線性擬合後,計算NPA的信賴區間。根據信賴區間的外推結果與第一門限值和第二門限值的交點,估計APU的效率進入衰退期或故障期的時間範圍。
根據本發明的一個實施例,其他APU啟動參數也可以用來幫助判斷APU的渦輪效率進入衰退期。例如,APU啟動時排氣溫度的峰值EGTP。當渦輪的效率降低時,APU啟動時排氣溫度的峰值EGTP會接近其紅線值,即APU運行允許的最高排氣溫度。
由於EGTP也會受到外界溫度的影響。根據本發明的一個實施例,對於EGTP進行修正。修正公式如下: EGTP_COR=((EGTP+273.5)/THITA)-273.5; 其中,EGTP_COR 為修正後的EGTP,而EGTP為修正前的EGTP,THITA = e ^ (-((AltValue * CoverFt)/1000)/((8.51 * (273.15 + TATValue)) / (9.8 * 29))),其中AltValue為海拔(米), CoverFt為(英尺和米轉換常數),TATValue為溫度(攝氏度)。
圖6是根據本發明的一個實施例的APU渦輪效率變化的實例。其中在圖中實線的位置,APU的渦輪效率進行了更換。如圖6所示,在更換APU渦輪效率之前,NPA逐漸下降接近並超過第一門限值43%,並逐漸接近第二門限值40%。如果採用前文所述的方法就會發現,從而很快就會產生APU渦輪效率變壞,進入衰退期和故障期的警報。同時也需要注意到,啟動時間STA保持正常。而EGTA逐漸進入紅線值840度,修正後的EGTA_cor也接近其紅線值900度。
圖7是根據本發明的一個實施例的飛機輔助動力單元APU渦輪效率監控裝置的結構示意圖。如圖7所示,APU渦輪效率監控裝置包括:報文獲取單元701,其獲取一時間段內APU報文;報文解析單元702,其解析出所需要的APU渦輪效率相關的運行資料;以及渦輪效率監控單元703,其根據所述渦輪效率運行資料確定所述APU渦輪效率的性能處於穩定期,衰退期或故障期。
根據本發明的一個實施例,一種飛機輔助動力單元APU渦輪效率的性能檢測裝置,包括:處理器;以及與處理器相連的記憶體,其存儲電腦可讀代碼;所述電腦可讀代碼在所述處理器上運行以執行以下步驟:獲取一時間段內APU報文;根據所述報文解析出所述APU渦輪效率有關的運行參數,所述運行參數包括NPA;確定所述APU渦輪效率的性能處於穩定期,衰退期,嚴重衰退期或故障期。
上述實施例僅供說明本發明之用,而並非是對本發明的限制,有關技術領域的普通技術人員,在不脫離本發明範圍的情況下,還可以做出各種變化和變型,因此,所有等同的技術方案也應屬於本發明公開的範疇。
100‧‧‧功率部分
110‧‧‧功率壓氣機
120‧‧‧渦輪元件
130‧‧‧排氣組件
200‧‧‧負載部分
210‧‧‧負載壓氣機
300‧‧‧附件部分
310‧‧‧附件齒輪箱
320‧‧‧渦輪效率
330‧‧‧發電機
步驟400‧‧‧APU渦輪效率的檢測方法
步驟410‧‧‧獲取一段時間內飛機APU啟動時的狀態數據
步驟420‧‧‧計算該時間段內NPA的平均值
步驟430‧‧‧NPA的平均值是否接近第一門限值
步驟440‧‧‧確定APU的渦輪效率進入了衰退期
步驟450‧‧‧NPA的平均值是否接近第二門限值
步驟460‧‧‧確定APU的渦輪效率進入了故障期
步驟500‧‧‧APU渦輪效率的檢測方法
步驟510‧‧‧獲取一段時間內飛機APU啟動時的狀態數據
步驟520‧‧‧計算該時間段內全部NPA
步驟530‧‧‧對全部NPA進行線性或非線性擬合,並線性外推擬合後的結果
步驟540‧‧‧線性外推的結果與第一門限值的相交點是否在大約1個月內
步驟550‧‧‧線性外推的結果與第二門限值的相交點是否在大約1個月內
700‧‧‧渦輪效率監控裝置
701‧‧‧報文獲取單元
702‧‧‧報文解析單元
703‧‧‧渦輪效率監控單元
[圖1] 是根據本發明的一個實施例的飛機APU的結構示意圖; [圖2] 是APU渦輪效率的統計趨勢圖; [圖3] 是空客公司的A13報文的一個實例; [圖4] 是根據本發明的一個實施例的APU渦輪效率的監控方法的流程圖; [圖5] 是根據本發明的另一個實施例的APU渦輪效率的監控方法的流程圖; [圖6] 是根據本發明的一個實施例的APU渦輪效率變化的實例;以及 [圖7] 是根據本發明的一個實施例的飛機輔助動力單元APU渦輪效率監控裝置的結構示意圖。

Claims (12)

  1. 一種飛機輔助動力單元(APU)渦輪效率的性能檢測方法,包括:獲取一時間段內多個時間點上的APU報文;根據該APU報文獲取該APU的啟動參數,該APU的啟動參數至少包括排氣溫度(EGT)峰值時的轉速;計算該APU啟動時排氣溫度峰值時的轉速相對於該APU正常運轉時轉速的占比NPA;計算該時間段內多個時間點上的NPA的平均值;以及根據該NPA的平均值確定該APU渦輪效率處於穩定期、衰退期或故障期。
  2. 如請求項1所述的方法,其中確定該APU渦輪效率處於穩定期、衰退期或故障期包括:若響應於該時間段內的多個時間點上的NPA的平均值接近一第一門限值,則確定該APU渦輪效率處於衰退期;以及若響應於該時間段內的多個時間點上的NPA的平均值接近一第二門限值,則確定該APU渦輪效率處於故障期。
  3. 如請求項2所述的方法,其中該APU為APS3200型APU,該第一門限值為35%;該第二門限值為32%,而接近為差距為1.5%之內。
  4. 如請求項2所述的方法,其中該APU為GTCP131-9A型APU,該第一門限值為45%;該第二門限值為40%,而接近為差距為2.5%之內。
  5. 如請求項1所述的方法,其中在該時間段內獲取10-20個APU報文。
  6. 如請求項1所述的方法,進一步包括:對該段時間內多個時間點上的全部NPA進行線性或非線性擬合,並線性外推擬合後的結果;如果線性外推的結果與第一門限值的相交點在1個月內,則確定APU的渦輪效率進入了衰退期;以及如果線性外推的結果與第二門限值的相交點在1個月內,則確定APU的渦輪效率進入了故障期;其中該第一門限值和該第二門限值為經驗值,且該第一門限值小於該第二門限值。
  7. 如請求項6所述的方法,進一步包括:在線性或非線性擬合後,計算擬合結果中NPA的信賴區間。
  8. 如請求項7所述的方法,進一步包括:根據該信賴區間的外推結果與該第一門限值和該第二門限值的交點,估計該APU渦輪效率進入衰退期或故障期的時間範圍。
  9. 如請求項1所述的方法,進一步包括:確定修正後的該APU啟動時排氣溫度的峰值EGTP是否接近紅線值,其中,通過使用如下公式修正該EGTP: EGTP_COR=((EGTP+273.5)/THITA)-273.5;其中,EGTP_COR為修正後的EGTP,而EGTP為修正前的EGTP,THITA=e^(-((AltValue * CoverFt)/1000)/((8.51 *(273.15+TATValue))/(9.8 * 29))),以及其中AltValue為海拔(米),CoverFt為英尺和米轉換常數,TATValue為溫度(攝氏度)。
  10. 如請求項1所述的方法,其中:啟動時間(STA)保持正常。
  11. 一種飛機輔助動力單元APU渦輪效率的性能檢測裝置,包括一處理器以及一記憶體,該記憶體配置為存儲電腦可讀代碼,該電腦可讀代碼配置為指示所述處理器執行如下:一報文獲取單元,其配置為獲取一時間段內多個時間點上的APU報文;一報文解析單元,其配置為根據該APU報文解析出所需要的該APU的啟動參數,該APU的啟動參數至少包括排氣溫度(EGT)峰值時的轉速;以及一性能檢測單元,其配置為通過如下操作確定該APU渦輪效率的性能處於穩定期、衰退期或故障期:計算該APU啟動時排氣溫度峰值時的轉速相對於該APU正常運轉時轉速的占比NPA,計算該時間段內多個時間點上的NPA的平均值;以及根據該NPA的平均值確定該APU渦輪效率處於穩定期、衰 退期或故障期。
  12. 一種飛機輔助動力單元APU渦輪效率的性能檢測裝置,包括:一處理器;以及與該處理器相連的一記憶體,該記憶體配置為儲存一電腦可讀代碼;其中,該電腦可讀代碼在該處理器上運行以執行以下步驟:獲取一時間段內多個時間點上的APU報文;根據該APU報文解析出該APU的啟動參數,該APU的啟動參數至少包括排氣溫度(EGT)峰值時的轉速;以及確定該APU渦輪效率的性能處於穩定期、衰退期或故障期,該確定包括:計算該APU啟動時排氣溫度峰值時的轉速相對於該APU正常運轉時轉速的占比NPA,計算該時間段內多個時間點上的NPA的平均值;以及根據該NPA的平均值確定該APU渦輪效率處於穩定期、衰退期或故障期。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014005070A1 (en) * 2012-06-28 2014-01-03 Alaska Airlines, Inc. Robust systems and methods for improving passenger jet aircraft fuel economy
CN105114977B (zh) * 2015-09-02 2017-05-24 哈尔滨工业大学 一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法
CN110341986B (zh) * 2019-07-16 2021-07-20 哈尔滨工业大学 基于rbm优化elm的飞机辅助动力装置性能参数多步预测方法
CN111693180B (zh) * 2020-05-27 2021-07-23 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种辅助动力系统排气温度超温故障检测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070234734A1 (en) * 2004-11-23 2007-10-11 Honeywell International, Inc. System and method for turbine engine startup profile characterization
US20070260390A1 (en) * 2006-05-04 2007-11-08 Honeywell International Inc. System and method for turbine engine fault detection using discrete event system modeling
US20100303611A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Honeywell International Inc. Methods and systems for turbine line replaceable unit fault detection and isolation during engine startup
CN102416821A (zh) * 2011-07-27 2012-04-18 中国国际航空股份有限公司 飞机系统数据处理方法
CN102866014A (zh) * 2011-07-07 2013-01-09 中国国际航空股份有限公司 辅助动力单元的性能检测方法
TW201307156A (zh) * 2011-07-07 2013-02-16 Air China Ltd 一種檢測飛機部件的性能進入衰退期的方法、其檢測參數的檢測方法及其飛機維修方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6466858B1 (en) * 2000-11-02 2002-10-15 General Electric Company Methods and apparatus for monitoring gas turbine engine operation
US6470258B1 (en) * 2001-05-18 2002-10-22 General Electric Company System and method for monitoring engine starting systems
US7487029B2 (en) * 2004-05-21 2009-02-03 Pratt & Whitney Canada Method of monitoring gas turbine engine operation
CN102095572A (zh) * 2010-12-06 2011-06-15 广州市熠芯节能服务有限公司 基于标杆产品比对的产品性能测试方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070234734A1 (en) * 2004-11-23 2007-10-11 Honeywell International, Inc. System and method for turbine engine startup profile characterization
US20070260390A1 (en) * 2006-05-04 2007-11-08 Honeywell International Inc. System and method for turbine engine fault detection using discrete event system modeling
US20100303611A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Honeywell International Inc. Methods and systems for turbine line replaceable unit fault detection and isolation during engine startup
CN102866014A (zh) * 2011-07-07 2013-01-09 中国国际航空股份有限公司 辅助动力单元的性能检测方法
TW201307156A (zh) * 2011-07-07 2013-02-16 Air China Ltd 一種檢測飛機部件的性能進入衰退期的方法、其檢測參數的檢測方法及其飛機維修方法
CN102416821A (zh) * 2011-07-27 2012-04-18 中国国际航空股份有限公司 飞机系统数据处理方法

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