TWI716370B - 機載空調系統測試裝置和測試方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種機載空調系統測試裝置，包括聲音接收設備以及聲音處理設備，其中聲音處理設備處理從聲音接收設備採樣的機載空調系統的運轉雜訊，評估機載空調系統的運轉狀態。

Description

機載空調系統測試裝置和測試方法
本發明涉及航空技術領域，特別地涉及一種機載空調系統測試裝置和測試方法。
機載空調系統直接影響到旅客乘坐飛機的舒適度。在飛機的日常維護工作中，特別是當機組報告空調出現問題以後，經常需要測試機載空調系統的工作狀態。
現有的測試機載空調性能的最直接方法是採集飛機機載空調系統各個關鍵部位的溫度，通過繪製逆卡諾圖或者採用差法判定機載空調系統的運轉性能。然而，溫度測量法只是一種理想化的測試方法，因為這種方法需要在機載空調系統的各個關鍵部位安裝溫度感測器和電力線路和/或信號傳輸線路。在實際生產中，機載空調系統的各個關鍵點的管道錯綜盤曲，溫度測量點非常難於接近。因此，得到準確的和標準化的測量結果是非常困難的。由於溫度測量法不但溫度採集系統佈置難度大，而且溫度感測器本身也需要維護，所以實施起來十分困難，在航空公司中並沒有被廣泛採用。
在實踐中，如何方便地測試機載空調系統的性能成為一直以來都沒有被解決的問題。
針對以上技術問題，本發明提出了一種機載空調系統測試裝置，包括：聲音接收設備以及聲音處理設備，其中聲音處理設備處理從聲音接收設備採樣的機載空調系統的運轉雜訊，評估機載空調系統的運轉狀態。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音接收設備是獨立麥克風或內建麥克風。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音接收設備安置在機載空調系統的出風口或者機艙中。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音接收裝置採樣機載空調系統不運轉時的環境雜訊。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音處理設備利用環境雜訊對運轉雜訊降噪。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音處理設備將運轉雜訊與機載空調系統的標準雜訊進行比較，確定運轉雜訊的變化。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音處理設備評估機載空調系統的故障來源。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音處理設備評估機載空調系統的故障原因。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音處理設備分析機載空調系統的運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者，提取機載空調系統中不同設備所對應的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音處理設備聯合使用多個設備的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者來確定故障來源或故障原因。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音處理設備評估機載空調系統中至少一個設備是否進入衰退期。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音處理設備將運轉雜訊與機載空調系統的歷史雜訊進行比較。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音處理設備分析機載空調系統上述至少一個設備運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者的變化趨勢的變化評估上述至少一個設備是否進入衰退期。
如上所述的機載空調系統測試裝置，其中聲音處理設備評估上述至少一個設備發生故障的時間。
根據本發明的另一個方面，提供一種機載空調系統測試方法，包括採樣機載空調系統的運轉雜訊，以及評估機載空調系統的運轉狀態。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括採樣機載空調系統不運轉時的環境雜訊。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括利用環境雜訊對運轉雜訊降噪。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括將運轉雜訊與機載空調系統的標準雜訊進行比較，確定運轉雜訊的變化。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括評估機載空 調系統的故障來源。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括評估機載空調系統的故障原因。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括分析機載空調系統的運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者，提取機載空調系統中不同設備所對應的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括聯合使用多個設備的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者來確定故障來源或故障原因。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括評估機載空調系統中至少一個設備是否進入衰退期。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括將運轉雜訊與機載空調系統的歷史雜訊進行比較。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括分析機載空調系統的一個或多個設備運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者的變化趨勢的變化評估上述至少一個設備是否進入衰退期。
如上所述機載空調系統測試的方法，進一步包括評估上述至少一個設備發生故障的時間。
下面將結合附圖對本發明的優選實施方式進行進一步詳細的說明。
100:機載空調
101:初級熱交換器
102:次級熱交換器
103:壓氣機
104:渦輪
105:風扇
106:氣體管路
107:氣體管路
108:水分離器
200:機載空調系統測試裝置
201:聲音接收設備
202:聲音處理設備
203:處理器
204:存儲媒體
4000:測試方法
4010:安置麥克風
4020:接收機載空調系統不運轉時的雜訊
4030:將雜訊標準化
4040:接收機載空調系統運轉時的雜訊
4050:將雜訊標準化
4060:利用不運轉時雜訊對運轉時的雜訊進行降噪處理
4070:與標準波形和頻譜進行比較
4080:確定整體性能是否正常
4090:確定故障來源和故障原因
4100:測量機載空調系統出風口溫度
4110:與歷史波形和頻譜進行比較
4120:確定變化趨勢是否發生變化
4130:確定進入衰退期的設備
4140:估計設備發生故障的時間
4150:結束測試
[第1圖]係習知之三輪式機載空調系統的結構示意圖。
[第2圖]係本發明一實施例之機載空調系統測試裝置的結構示意圖。
[第3圖]係本發明一實施例之機載空調系統測試方法的流程圖。
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。基於本發明中的實施例，所屬領域具通常知識者在沒有做出進步性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
機載空調系統有別於民用機載空調系統的關鍵點是系統中沒有使用製冷劑。機載空調直接使用飛機發動機引氣、輔助動力裝置(APU)引氣或單獨的壓氣機為機載空調系統提供高溫高壓空氣作為做功介質和致冷介質。因為沒有製冷劑，所以機載空調系統的致冷效率得到了提高。
第1圖是典型的三輪式機載空調系統的結構示意圖。如第1圖所示，機載空調100包括初級熱交換器101、次級熱交換器102、壓氣機103和渦輪104。為了提高系統在例如地面的工況下的運行效率，機載空調系統還包括了一個風扇105。
來自例如飛機發動機的高溫高壓氣體分別沿氣體管路106和107輸運。在管路106中的氣體首先經過初級熱交換器101，溫度和壓力有所降低，然後進入壓氣機103被壓縮，重新變為高溫高壓氣體。高溫高壓氣體再次進入次級熱交換器102中，溫度和壓力再次所有下降。接下來，在渦輪104中，氣體絕熱膨脹溫度和壓力都大幅度的下降(可達到零下10 度)，成為冷卻氣體。冷卻氣體與來自管路107的高溫氣體混合，成為溫度適宜的氣體，再經過水分離器108除濕之後，進入機艙。
根據本發明的一個實例，測量機載空調系統進入機艙的出風口(如第1圖中位置A所示)溫度，瞭解機載空調系統的整體性能。這個方法比較簡單，然而，只能定性地瞭解機載空調系統的性能好壞，無法確定故障點。此方法可以作為本發明的機載空調測試方法的補充或者預測試方法。
第2圖是根據本發明的一個實施例的機載空調系統測試裝置的結構示意圖。如第2圖所示，機載空調系統測試裝置200包括聲音接收設備201和聲音處理設備202。聲音接收設備201用來獲取機載空調系統的運轉雜訊。聲音處理設備202用來處理從聲音接收設備201接收的機載空調系統的運轉雜訊，並確定機載空調系統的運轉狀態。根據本發明的一個實例，在機載空調系統發生故障的情況下，聲音處理設備202確定故障的來源。
根據本發明的一個實施例，聲音處理設備202分析機載空調系統的運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者，根據波形和頻譜至少其中之一者的變化，確定機載空調系統的運轉狀態和故障至少其中之一的來源。
在一個實例中，聲音處理設備202將從聲音接收設備201獲得的機載空調系統的運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者與運轉正常的機載空調系統的運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者，即標準的雜訊波形和頻譜至少其中之一者，進行比較，得出波形和頻譜至少其中之一者 的變化。舉例而言，運轉正常的機載空調系統的運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者來自於同一飛機的剛剛安裝後或正常運行了一段時間後的機載空調系統，或者來源於理論上的或者經過均值處理的雜訊的波形和頻譜。
根據本發明的一個實施例，聲音處理設備202分析機載空調系統的運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者，提取機載空調系統中不同設備所對應的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者，根據這些設備所對應的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者的變化來確定故障的來源。舉例而言，氣流流過熱交換器時的氣流聲與壓氣機的雜訊的頻率就明顯不同。再如，熱交換器堵塞時壓氣機運轉速度上升，壓氣機雜訊的頻率上升。而壓氣機自身的故障往往導致壓氣機運轉速度下降，從而引起雜訊頻率下降。因此，根據壓氣機雜訊頻率的上升和下降也可以推斷是熱交換器還是壓氣機自身的故障。
根據本發明的一個實例，即使對於同一設備，例如壓氣機，葉片斷裂與軸承磨損所引起雜訊的波形和頻譜至少其中之一者的變化就是不同的。葉片斷裂會導致壓氣機的雜訊頻率下降，波形振幅上升。而軸承磨損會導致壓氣機的雜訊頻率下降的同時，在高頻區域出現新的高頻雜訊。因此，根據機載空調系統的設備所對應的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者的變化不但可以確定故障的來源，還可以確定故障的原因。
根據本發明的一個實例，根據機載空調系統中多個設備的雜訊波形和頻譜至少其中之一者的變化聯合確定故障的來源以及故障的原因。
根據本發明的一個實施例，聲音接收設備201採集機載空調系統不運轉時的環境雜訊。聲音處理設備202將機載空調系統的運轉雜訊與機載空調系統不運轉時的環境雜訊反向疊加，從而從機載空調系統的運轉雜訊中去除環境雜訊的部分，最大可能地避免環境雜訊的幹擾。
機載空調系統中的雜訊主要來源於渦輪、壓氣機和風扇。在機載空調系統運轉時，由於這三個元件各不相同，所以它們的雜訊都有著自己的特徵波形和頻譜。在去除環境雜訊後，從剩餘的雜訊波形和頻譜中很容易就能識別出來源於渦輪、壓氣機和風扇的雜訊的特徵波形和頻譜。將渦輪、壓氣機和風扇的雜訊的特徵波形和頻譜與標準的渦輪、壓氣機和風扇的雜訊的特徵波形和頻譜進行比較，可以很容易發現渦輪、壓氣機和風扇的雜訊的特徵波形和頻譜的變化。具體而言，將渦輪、壓氣機和風扇的雜訊的特徵波形和頻譜與標準的渦輪、壓氣機和風扇的雜訊的特徵波形和頻譜反向疊加而得出的剩餘圖譜就反映出渦輪、壓氣機和風扇的雜訊的特徵波形和頻譜的變化。
如前所述，標準的渦輪、壓氣機和風扇的雜訊的特徵波形和頻譜來源於同一飛機的剛剛安裝後或正常運行了一段時間後的機載空調系統。當然，也可以採用同一機型的其他飛機剛剛安裝後或正常運行了一段時間後的機載空調系統的雜訊的特徵波形和頻譜，或者理論上的或者經過均值的雜訊的特徵波形和頻譜。但是，顯然來自於同一飛機的標準渦輪、壓氣機和風扇的雜訊的特徵波形和頻譜更為準確。
根據本發明的一個實施例，聲音接收設備201包括麥克風，特別是帶有降噪功能的麥克風。舉例而言，麥克風可以是普通的獨立麥克 風；設備的內建麥克風，例如筆記型電腦內建的麥克風；能採集的更寬音訊範圍的電容式麥克風；或者，能適於惡劣的測試現場環境。根據本發明的一個實例，聲音接收設備201包括兩個或兩個以上的麥克風。
根據本發明的一個實施例，聲音處理設備202可以實施為硬體電路。根據本發明的一個實例，聲音處理設備202包括處理器203或其它處理裝置。具體而言，聲音處理設備202可以包括處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用積體電路(ASIC)、現場可程式設計閘陣列(FPGA)或經設計以執行本文所述的功能的其它可程式設計邏輯裝置、離散門或電晶體邏輯、離散硬體元件或其任何組合來實施或執行。處理器可以是微處理器，但在替代方案中，處理器可以是任何常規處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器還可實施為計算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器的組合、一個或多個微處理器與DSP核心的聯合，或任何其它此配置。
聲音處理設備202包括存儲媒體204，其包括隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體、唯讀記憶體(ROM)、電可程式設計ROM(EPROM)、電可程式設計ROM(EEPROM)、寄存器、硬碟、可裝卸磁片、CD-ROM或所屬領域中已知的任何其它形式的電腦可讀媒體中。存儲媒體可以耦合到處理器，使得處理器可從存儲媒體讀取資訊並將資訊寫入到存儲媒體。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體式。
根據本發明的一個實施例，聲音接收設備201與聲音處理設備202可以是各自分離的設備，以有線或者無線的方式通信。通信可以是單向的，即，聲音接收設備201將接收到的雜訊信號傳輸到聲音處理設備 202。通信也可以是雙向的，聲音處理設備202指示聲音接收設備201的開始工作和停止工作，或喚醒聲音接收設備201和使聲音接收設備201進入休眠狀態。
根據本發明的一個實例，聲音接收設備201是一個無線麥克風，而聲音處理設備202是包括如上的處理器和存儲媒體的專用設備，例如手持設備。聲音處理設備202也可以是筆記型電腦、平板電腦、手機、PDA、個人電腦、伺服器等通用設備。或者，上述的通用設備通過運行能夠完成聲音處理設備202的功能的程式碼而成為用於機載空調測試的專用設備。無線麥克風與聲音處理設備通過藍牙、紅外、Wifi、WLan等無線通訊方式通信。
根據本發明的一個實例，作為聲音接收設備201的無線麥克風可以安裝到機載空調的出風口(例如第1圖中A所示的位置)，或者安裝在機艙內靠近機載空調的位置，或者其他預先規定的位置(請詳細描述可能安裝的其他位置)。這一位置最理想與獲得標準機載空調系統雜訊的位置相同。
根據本發明的一個實施例，聲音接收設備201與聲音處理設備202整合在一起。舉例而言，聲音處理設備202可以是筆記型電腦而聲音接收設備201是內建在聲音處理設備202的麥克風。或者，機載空調系統測試裝置200是一種手持裝置，其內建有麥克風、處理器以及存儲媒體。
隨著使用時間的增加，所有的機載空調系統性能都會逐漸變差，即衰退指數逐漸增加。機載空調系統性能的衰退指數比較穩定時，機載空調系統性能處於穩定期。當機載空調系統的性能衰退逐漸加快時，機 載空調系統的性能進入衰退期。當超過某一個閾值時，機載空調系統的性能進入故障期，可能隨時出現故障。當機載空調系統進入故障期後，既影響機載空調系統的使用，對服務品質產生不利後果。又容易產生非計劃性的維修，造成航班的延誤和停飛。現有技術中還沒有手段可以對機載空調系統的性能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：第一，當機載空調系統處於衰退期時，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。第二，當檢測到機載空調系統處於衰退期後，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。也同時避免了按硬時限進行檢修時造成的檢修成本的浪費。當然，本發明的實施例也可以適用於故障期的檢測。
根據本發明的一個實施例，聲音處理設備202分析一段時間內的機載空調系統的雜訊變化，根據機載空調系統的雜訊變化的趨勢來確定機載空調處於穩定器、衰退期還是故障期。更進一步地，如果機載空調系統處於衰退期，估計機載空調系統可能發生故障的時間。多種方法可以用來判斷機載空調系統是否已經從穩定期過渡到衰退期。例如，觀察機載空調系統中一個設備的特徵波形或頻率的變化趨勢。如果出現變化趨勢的突然變化，例如振幅的突然加大或者頻率的突然上升，則很有可能機載空調系統的這一設備已經進入了衰退期。
本發明採用了測量機載空調系統運行噪音波形和頻譜至少其中之一者的方法，不需要測試裝置與機載空調系統有任何交聯，就可以 實現機載空調系統的性能測試。不但實施簡便，而且成本低廉。而且，由於機載空調系統中的每個部件的運轉雜訊都有其特定的波形和頻率特徵，本測試方法不但可以測試出機載空調系統整體性能的好壞，還能檢測出機載空調系統中的出現故障或性能衰退的設備，準確定位到故障所在。
第3圖是根據本發明的一個實施例的測試機載空調系統方法的流程圖。如第3圖所述，測試方法4000包括：在步驟4010，安置用於接收機載空調系統雜訊的麥克風。舉例而言，麥克風可以安置在機載空調系統的出風口。如果可能，也可以安置在機載空調系統的內部，例如靠近壓氣機和熱交換器的位置。如前所述，麥克風也可以安置在機艙內靠近機載空調系統的地方。這樣可以使測試更為方便。
在步驟4020，接收機載空調系統不運轉時的環境雜訊。接收的環境雜訊可以保存在存儲媒體中。例如，錄製的音訊檔是可以存檔為標準的wav或MP3格式檔。舉例而言，錄製的時間可以使5-10秒或者3-6分鐘。對環境雜訊的採樣可以採用常規的軟體，例如，ADOBE® Audition軟體，也可以採用專門的軟體。接下來，在步驟4030，將接收的環境雜訊標準化。即，統一到相同的音訊電頻。這樣，每一個測試結果都具有一個相對的標準參照，從而可以方便後續與標準的或歷史的雜訊波形和頻譜至少其中之一者進行比較。
同樣地，在步驟4040，接收機載空調系統運轉時的機載空調系統雜訊。接收的機載空調系統雜訊可以保存在存儲媒體中。例如，錄製的音訊檔是可以存檔為標準的wav或MP3格式檔。舉例而言，錄製的時間可以使5-10秒或者3-6分鐘。對機載空調系統雜訊的採樣也可以採用常 規的軟體，例如，ADOBE® Audition軟體，也可以採用專門的軟體。接下來，在步驟4050，將接收的機載空調系統雜訊標準化。即，統一到相同的音訊電頻。這樣，每一個測試結果都具有一個相對的標準參照，從而可以方便後續與標準的或歷史的雜訊波形和頻譜至少其中之一者進行比較。
所屬領域具通常知識者應當理解，步驟4020和4030與步驟4040和4050的順序不分先後。即，對環境雜訊和機載空調系統雜訊的採樣不分先後，雖然先採樣機載空調系統雜訊的做法更為推薦。
在步驟4060，利用不運轉時雜訊對運轉時的雜訊進行降噪處理，濾除測試現場的環境噪音。具體而言，可以將採樣的環境噪音與機載空調系統雜訊的波形反向疊加，從而從機載空調系統雜訊中去掉環境噪音的影響。
在步驟4070，將經過步驟4060降噪後的機載空調系統的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者與標準波形和頻譜至少其中之一者進行比較。在步驟4080，根據機載空調系統的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者相對於標準波形和頻譜至少其中之一者的變化來確定機載空調系統的整體性能是否正常。根據本發明的一個實例，在步驟4080中，也可以參考來自步驟4100的機載空調系統出風口的測量溫度。
進一步地，如果機載空調系統的整體性能不正常，在步驟4090，根據機載空調系統的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者相對於標準波形和頻譜至少其中之一者的變化來確定機載空調系統的故障來源和故障原因。經過降噪處理得到的機載空調系統運轉噪音的波形和頻譜至少其中之一者圖攜帶了機載空調系統中各個設備的運轉特性。例如，流過熱交 換器的氣流聲和流出壓氣機的氣流聲頻率有顯著差別。這會體現在頻譜上具有一定的分離度。進一步地，也可以通過這種波形和頻譜至少其中之一者的變化來確定機載空調系統的故障原因。例如，熱交換器堵塞時壓氣機運轉速度上升，壓氣機聲音頻率上升。因此，可以判斷機載空調系統的故障原因。
根據本發明的一個實例，步驟4090可以包括如下步驟：
a.從經過降噪處理得到的機載空調系統運轉噪音的波形和頻譜至少其中之一者圖中識別機載空調系統中設備的特徵波形和頻譜至少其中之一者；例如氣流流經熱交換器的聲音、壓氣機運轉的聲音、渦輪運轉的聲音和風扇運轉的聲音。
b.將機載空調系統中設備的特徵波形和頻譜至少其中之一者與標準波形和頻譜至少其中之一者中對應設備的波形和頻譜至少其中之一者進行比較，得出機載空調系統中設備的雜訊的振幅、頻率等特徵的變化模式。例如，振幅突然下降或者頻率突然上升。
c.根據機載空調系統中設備的雜訊的振幅、頻率等特徵的變化模式中的一個或幾個，確定機載空調系統中出現故障來源和故障原因。 由於很多故障可能引起連鎖的反應，因此採用機載空調系統中幾個設備的聯合變化模式能夠更為準確地定位故障來源和故障原因。
在本發明應用的一個實例中，將麥克風置於被測試飛機的機載空調系統出風口位置。開啟被測機載空調系統，使其進入運轉模式，待運轉平穩開始錄音每個工況錄製一定時長(5~10秒)。然後，關閉機載空調系統，再次開始錄製現場環境聲音。接下來，將兩次得到的音訊檔進行 標準化操作；然後，將錄製的音訊檔進行降噪處理。保存經過降噪處理後的波形檔和頻譜檔，並經將得到的圖形與標準圖形進行對比分析，發現熱交換器雜訊頻率降低，振幅降低，而壓氣機雜訊的頻率上升。由此，確定機載空調系統的熱交換器可能堵塞。這是機載空調系統中最為常見的故障之一。
在步驟4110，將經過步驟4060降噪後的機載空調系統的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者與歷史波形和頻譜至少其中之一者進行比較。在步驟4120，根據機載空調系統的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者相對於歷史波形和頻譜至少其中之一者的變化來確定機載空調系統某一設備的變化趨勢是否發生變化。
進一步地，如果機載空調系統的某一設備的變化趨勢發生了變化，在步驟4130，根據機載空調系統的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者相對於歷史波形和頻譜至少其中之一者變化趨勢的變化評估該至少一個設備是否進入衰退期。
經過降噪處理得到的機載空調系統運轉噪音的波形和頻譜至少其中之一者圖攜帶了機載空調系統中各個設備的運轉特性。如果長期監控某一設備的雜訊的變化趨勢，就可以根據這種變化趨勢的變化來判斷該設備是否已經進入了衰退期。
根據本發明的一個實例，步驟4130可以包括如下步驟：
a.從經過降噪處理得到的機載空調系統運轉噪音的波形和頻譜至少其中之一者圖中識別機載空調系統中設備的特徵波形和頻譜至少其中之一者。例如氣流流經熱交換器的聲音、壓氣機運轉的聲音、渦輪 運轉的聲音和風扇運轉的聲音。
b.將機載空調系統中設備的特徵波形和頻譜至少其中之一者與歷史波形和頻譜至少其中之一者中對應設備的波形和頻譜至少其中之一者進行比較，得出機載空調系統中設備的雜訊的振幅、頻率等特徵的變化趨勢；例如，振幅下降的速度或者頻率上升的速度明顯加快。
c.根據機載空調系統中設備的雜訊的振幅、頻率等特徵的變化趨勢中的一個或幾個，確定機載空調系統中的該設備的變化趨勢是否進入了衰退期。同樣地，由於很多故障可能引起連鎖的反應，因此採用機載空調系統中幾個設備的聯合變化模式能夠更為準確地做出判斷。
在步驟4140，估計設備發生故障的時間。如果機載空調系統中的某一設備已經進入了衰退期，則估計該設備可能發生故障的時間。
根據本發明的一個實例，步驟4140包括以下步驟：
a.確定設備發生故障時機載空調系統中一個或多個設備的特徵雜訊的振幅或頻率的極限值。
b.根據該一個或多個設備雜訊的振幅或頻率的變化趨勢外推振幅或頻率的變化。
c.根據外推的結果，估計該一個或多個設備雜訊的振幅或頻率達到極限值的時間。
由此，本發明通過機載空調系統運轉時的雜訊來反映機載空調系統的性能，不但可以通過與標準雜訊的波形和頻譜至少其中之一者比較實現機載空調系統的短期故障的檢測也可以通過與歷史雜訊的波形和頻譜至少其中之一者比較實現長期健康的監控，並且本發明不需要在難以 接觸的機載空調系統的內部安裝溫度感測器，結構簡單，可以方便地在飛機上實施。
為了更好地獲得反映飛機空調運行時產生的雜訊，減少背景雜訊對於測量的影響，根據本發明的一個實施例，可以採取如下措施：
1.選擇在機場比較安靜的時間繼續測量。例如：由於晚上起降的飛機、停場的飛機和車輛較少或沒有，選擇在夜晚進行測量能夠降低部分環境雜訊。
2.選擇比較安靜的地點進行測量。例如，在機庫測量或者在飛機較少的小機場進行測量也可以減少外界的影響。
3.在關閉APU採取廊橋取電的情形下進行測量，去除APU運行的雜訊。
4.將用於獲取空調運行聲音信號的聲音獲取裝置佈置在盡可能靠近空調的位置。根據本發明的一個實施例，麥克風可以佈置在空調系統內部，以獲得最為真實的空調運行的聲音。為了更為方便地使用本發明的方法和裝置，而不必對飛機本身進行改動的情況下，用於獲取空調運行聲音的麥克風可以佈置在機腹下方的靠近空調排風口的位置。可選地，麥克風也可以佈置在機腹下方靠近空調進風口的位置。當然，由於空調的進風口和排風口位置上相互靠近，因此，麥克風也可以佈置在空調的進風口和排風口之間。
5.如之前所介紹的，本發明的方法可以在不開空調的情況下首先進行背景雜訊的測量。然後在測量完成後，其他條件不變的情況下，開啟空調，進行空調運行雜訊測量。然後在空調運行時的雜訊測量結 果中減去背景雜訊測量的結果，從而得出降噪後的空調系統雜訊。因為背景雜訊一般是連續譜，在背景雜訊測量後可以對其波形或頻譜進行平滑化處理，以更為準確地模擬背景雜訊的結果。
6.在非相同時間進行的多次測量中，要保持相同的基準狀態。即，保持統一的空調狀態，例如負載水準和溫度要求等，以方便進行對比。
一般而言，空調系統的常見故障包括：1.熱交換器堵塞2.壓氣機葉片出現異物附著3.壓氣機葉片損傷或軸承損傷4.壓氣機或者渦輪性能出現衰減。
根據本發明的一個實施例，本發明的方法和裝置可以用於飛機空調系統的故障識別。舉例而言，當空調系統的熱交換器出現堵塞時，渦輪會出現超轉，渦輪的轉速增加，由於渦輪葉片與空氣的摩擦而產生的雜訊頻率會上升。由於渦輪的旋轉速度非常高，是空調系統雜訊的主要來源，因此渦輪葉片與空氣摩擦而產生的雜訊識別度非常高。空調的另一個主要雜訊來源是熱交換器與空氣摩擦產生的雜訊，也具有高識別度。當熱交換器出現堵塞時，熱交換器與空氣摩擦產生的雜訊頻率會下降，反映能量的振幅會升高。
如果壓氣機的渦輪葉片出現了異物附著，那麼渦輪旋轉的阻力會增加，渦輪葉片與空氣的摩擦而產生的雜訊頻率會下降。如果異物是灰塵等細小的物質，雜訊頻率開始的下降不會非常明顯。然而，隨著時間的推移，灰塵等異物越來越多的情況下，雜訊頻率的下降就是可觀察的。
如果異物附著影響了渦輪的高速旋轉狀態，渦輪的旋轉會不 穩定，渦輪葉片與壓氣機的殼體接近，而渦輪的空氣軸承也會與其座體接近。這時在空調的雜訊頻譜中會出現低頻的高能振動。如果這種不穩定的狀態會持續變壞，渦輪葉片可能由於與殼體接觸而產生損傷，或者，空氣軸承與其支座接觸而發生損傷。這時空調的雜訊頻譜中渦輪葉片與空氣的摩擦而產生的雜訊頻率會降低，並出現高頻高能的新雜訊。本發明的方法能夠通過雜訊的波形和頻譜識別出渦輪旋轉的不穩定狀態，從而避免出現渦輪葉片或者空氣軸承的損傷，節省高額的維修費用。
如果壓氣機或者渦輪的性能下降，通常的情況是出現渦輪轉速降低，從而引起空調的雜訊頻譜中渦輪葉片與空氣的摩擦而產生的雜訊頻率會降低。然而，這是一個緩慢的過程，通過不同時間間隔的雜訊頻譜比較可以容易發現其衰減規律，從而在進入故障期之前對其進行維修。這種視情況進行維修的方式也能夠節省很多的維修費用。
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，有關所屬領域具通常知識者，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，所有等同的技術內容也應屬於本發明揭示的範疇。
4000:測試方法
4010:安置麥克風
4020:接收機載空調系統不運轉時的雜訊
4030:將雜訊標準化
4040:接收機載空調系統運轉時的雜訊
4050:將雜訊標準化
4060:利用不運轉時雜訊對運轉時的雜訊進行降噪處理
4070:與標準波形和頻譜進行比較
4080:確定整體性能是否正常
4090:確定故障來源和故障原因
4100:測量機載空調系統出風口溫度
4110:與歷史波形和頻譜進行比較
4120:確定變化趨勢是否發生變化
4130:確定進入衰退期的設備
4140:估計設備發生故障的時間
4150:結束測試

Claims (20)

  1. 一種機載空調系統測試裝置，包括：一聲音接收設備；以及一聲音處理設備，其中該聲音處理設備處理從該聲音接收設備採樣的一機載空調系統的一運轉雜訊，評估該機載空調系統的運轉狀態；其中該聲音處理設備將該運轉雜訊與該機載空調系統的一歷史雜訊進行比較，分析該機載空調系統的至少一個設備運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者的變化趨勢是否出現突然變化，評估該至少一個設備是否進入衰退期。
  2. 如請求項1所述的機載空調系統測試裝置，其中該聲音接收設備是一獨立麥克風或一內建麥克風。
  3. 如請求項1所述的機載空調系統測試裝置，其中該聲音接收設備安置在該機載空調系統的一出風口或者一機艙中。
  4. 如請求項1所述的機載空調系統測試裝置，其中該聲音接收設備採樣該機載空調系統不運轉時的一環境雜訊。
  5. 如請求項4所述的機載空調系統測試裝置，其中該聲音處理設備利用該環境雜訊對該運轉雜訊降噪。
  6. 如請求項1所述的機載空調系統測試裝置，其中該聲音處理設備將該運轉雜訊與該機載空調系統的一標準雜訊進行比較，確定該運轉雜訊的變化。
  7. 如請求項1所述的機載空調系統測試裝置，其中該聲音處理設備評估該機載空調系統的故障來源。
  8. 如請求項7所述的機載空調系統測試裝置，其中該聲音處理設備評估該機載空調系統的故障原因。
  9. 如請求項7所述的機載空調系統測試裝置，其中該聲音處理設備分析該機載空調系統的該運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者，提取該機載空調系統中不同設備所對應的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者。
  10. 如請求項9所述的機載空調系統測試裝置，其中該聲音處理設備聯合使用多個設備的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者來確定故障來源或故障原因。
  11. 如請求項1所述的機載空調系統測試裝置，其中該聲音處理設備評估該至少一設備發生故障的時間。
  12. 一種機載空調系統測試方法，包括：採樣一機載空調系統的一運轉雜訊；評估該機載空調系統的運轉狀態；以及將該運轉雜訊與該機載空調系統的一歷史雜訊進行比較，分析該機載空調系統的至少一個設備運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者的變化趨勢是否出現突然變化，評估該至少一個設備是否進入衰退期。
  13. 如請求項12所述的機載空調系統測試方法，進一步包括採樣該機載空調系統不運轉時的一環境雜訊。
  14. 如請求項13所述的機載空調系統測試方法，進一步包括利用該環境雜訊對該運轉雜訊降噪。
  15. 如請求項13所述的機載空調系統測試方法，進一步包括將該運轉雜訊與該機載空調系統的一標準雜訊進行比較，確定該運轉雜訊的變化。
  16. 如請求項13所述的機載空調系統測試方法，進一步包括評估該機載空調系統的故障來源。
  17. 如請求項13所述的機載空調系統測試方法，進一步包括評估該機載空調系統的故障原因。
  18. 如請求項13所述的機載空調系統測試方法，進一步包括分析該機載空調系統的該運轉雜訊的波形和頻譜至少其中之一者，提取該機載空調系統中不同設備所對應的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者。
  19. 如請求項13所述的機載空調系統測試方法，進一步包括聯合使用多個設備的雜訊的波形和頻譜至少其中之一者來確定故障來源或故障原因。
  20. 如請求項14所述的機載空調系統測試方法，進一步包括評估該至少一個設備發生故障的時間。
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