CN103797347A - 用于监视涡轮喷气发动机引擎的测量链的*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监视被布置成收集与航空器的涡轮喷气发动机引擎（13）有关的随着时间推移的测量量的测量链（3）的方法和***，该***包括处理装置（21），其被配置成基于限定相应接续测量量的有效性分数的接续正常字之间的计数转变构建所述测量链的正常指示器。

Description

用于监视涡轮喷气发动机引擎的测量链的***

技术领域

本发明涉及监视航空器引擎的测量链的领域,且更特别涉及用于监视测量链间断接触的***的领域。

背景技术

一般来说，测量链具有两个冗余部分，其被布置成收集与航空器的涡轮喷气发动机引擎有关的随着时间推移的物理测量量。这些测量量可以是温度、压力、速度、LVDT（线性差动变压器）测量量，等等。每个测量部分均具有经由连接器和线束连接到控制涡轮喷气发动机引擎的计算机的探针。

因而，由于不适时的地回路或者间断地断路而引起的间断接触可能随着时间推移而发生在连接器处、线束处或者发生在探针本身内。间断接触可以由强烈振动、和/或由低保持力、和/或由污染的存在、和/或由连接点处的腐蚀等生成。这些间断接触可能依赖于测量量的类型和所使用的滤波技术、用于测量递增测量链的信号的偏移、干涉或峰型缺陷而产生。

目前，除了对由具有驱动引擎的功能的规范（regulation）所提供的故障状况的处理之外，没有用于监视间断接触的解决方案。在本发明的范围之内以及在整个说明书中，通过"规范"它意味着由计算机实施输入分析以便检验测量量是否是异常的。在计算机软件级实行的此分析包括可能性和偏差测试。

可能性测试（或者区域测试）可适用于所有非离散测量量。此测试基于具有最小阈限和最大阈限的输入与指示输入处于可能性范围内或者外的有效性字的性能的比较。

偏差（或交叉检验）测试通常包括三个测试：测量链两个冗余部分之间的第一偏差测试，第一路径（本地路径）和对应模型（就测量的模型是获得而言，这并不总是这样）之间的第二偏差测试，以及第二路径（其它路径）的测量量和对应模型之间的第三偏差测试。将注意到：如果没有针对测量量的模型，则可以相对于参考测量量（例如航空器压力测量量）来实施偏差测试。当没有模型且没有参考时，仅实施路径之间的偏差测试。

当相对于可能性测试，两个路径的两个测量量是可靠的时，计算机实施它们之间的偏差测试。实际上，可能的是：这些测量量从电角度来讲是可靠的，并且它们包括在它们的可能性范围中，但是它们彼此是偏离的。在这种情况下，计算机试图检测此偏差，这是因为它意味着两个测量量中的一个是有问题的（或者甚至两个都是有问题的）。然而，对这些测量量之间偏差的检测不允许故障测量量得以定位。因而，为了定位到该缺陷，计算机在每个路径的测量量和预设的对应模型之间实施偏差测试。

当可能性或偏差测试无效时，提高维持字，也就是其位切换至1。将注意到，总的来说，在定期检验（检验A）期间或者在要求对引擎的故障检修的可能故障期间仅取到不影响引擎的可操作性的大多数维持字。

此外，在每次获取测量量，计算机根据路径之间或者相对于该模型的偏差测试和不同可能性的有效性确定选择字（或者SST，对于Selection STatus（选择状态）而言）。

举例来说，图6是针对涡轮喷气发动机引擎的冗余测量量的选择表。

第一和第二列分别表示与针对第一和第二路径的可能性测试有关的有效性状态。第三列表示该模型的状态。第四、第五和第六列分别表示与第一和和第二路径之间的偏差测试有关的有效性状态、与第一路径和该模型之间的偏差测试有关的有效性状态和与第二路径和该模型之间的偏差测试有关的有效性状态。第七列（阴影）表示计算机所选择的路径或值以及最后一列表示指示选择状态的SST选择字。

应当注意，依据所考虑的引擎，SST选择字可以为选择表的不同输入假定相同的值。将注意到，此特定情况未关系到所有的涡轮喷气发动机引擎并且可以依据引擎制造者而变化。

例如，在选择表的第一行中，所有的测试都是有效的，计算机取两个路径测量量的平均且SST选择字为1。在第七和第八行，路径之一的可能性测试是false，计算机选择有效路径，且SST选择字也为1。因而，在不改变SST选择字的值的情况下，可能性和路径之间的偏差测试之一可以是无效的，这于是保持在其通常值1处。

SST选择字的值的此非唯一性不允许关于测量链的准确信息得以给出，此唯一性出现在最不可能故障的情况中（无效偏差测试但是可能定位故障路径，或者对该路径的无效可能性测试但是保证另一路径是正常的）。

除此之外，将注意到，对偏差阈限定大小以便不使引擎的操纵灵活性和推力劣化且尤其是不触发故障警报。

特别地，可能性测得的界限是传感器测量量范围的界限，其由安全阈限增加到的整个测量链的准确度来加宽。

关于偏差测试，通常通过取两倍半的测量链全标度准确度来计算阈限值。为了保持鲁棒性，因而此测试有意是宽泛的且允许测量量在宣布其状态为无效之前的大漂移。

因此，由规范提供的诊断测试不允许测量链的间断现象得以相关地监视。

本发明的目的是提供一种用于监视涡轮喷气发动机引擎的测量链上的间断接触和噪声以便检测或预测可能导致故障的劣化。

发明内容

本发明由一种用于检测被布置成收集与航空器涡轮喷气发动机引擎有关的测量量的测量链的***所确定的，所述***包括处理装置，其被配置成基于限定相应接续测量量的有效性分数的接续正常字之间的计数转变构建所述测量链的正常指示器。

这允许间断演变现象得以观测以便预测长期或短期的崩溃。

依据第一实施例，该***包括获取装置，其用于获取由测量链收集的随着时间推移的所述测量量；以及处理装置，其被配置成通过使用所述测量链冗余路径之间的可能性和偏差测试构建所述正常字，所述可能性和偏差测试依据具体针对监视所述测量链而选择的参数化阈限来限定。

这增加了监视***的灵活性并且允许在优化对间断现象的监视时为所述测量量构建一般正常字。

有利地，处理装置被配置成根据测量链所测量的可观测量来改变参数化阈限的值。

因而，可以对阈限值进行修改和变窄以便相对于找到的信息是相干的。

依据第二实施例，该***包括用于从连接到所述测量链的计算机取得所述正常字的获取装置，所述与选择字（SST）对应的正常字已经由所述计算机根据可能性测试的有效性、根据所述测量链冗余路径之间的偏差、以及根据相对于所述路径的模型的偏差计算得出。这允许设计负载得以减小。

依据第三实施例，该***包括用于从连接到所述测量链的计算机取得所述正常字的获取装置，所述与维持字对应的正常字预先由所述计算机根据无效的可能性或偏差测试确定。这还允许在适用于所述目标时设计负载得以减小。

有利地，该处理装置被配置成为包括在所述测量链中的每个冗余路径计算方差指示器。这允许关于测量链每个冗余路径的正常的信息得以给出。

有利地，处理装置被配置成分析飞行正常指示器的飞行中演变以便检测测量链的间断接触。

有利地，在检测到间断接触的情况中，处理装置被配置成分析飞行方差指示器的飞行中演变以便定位到故障路径。

本发明的目的还针对一种航空器涡轮喷气发动机引擎，其包括至少一个测量链和依据前面特性中任何一个的一个监视***。

本发明的目的还针对一种用于检测被布置成收集与航空器涡轮喷气发动机引擎有关的测量量的测量链的方法，所述方法包括基于限定相应接续测量量的有效性分数的接续正常字之间的计数转变构建所述测量链的正常指示器的步骤。

附图说明

图1概略地图示了依据本发明的用于监视航空器涡轮喷气发动机引擎的测量链的***；

图2是图示依据本发明优选实施例的用于监视航空器涡轮喷气发动机引擎的测量链的方法；

图3是示出依据本发明优选实施例的正常字的构建的配置表；

图4图示了依据本发明的正常指示器的给定表；

图5A和5B图示了依据本发明其它实施例的用于监视航空器涡轮喷气发动机引擎的测量链的方法的框图；以及

图6是示出针对涡轮喷气发动机引擎的冗余测量量的选择字的构建的选择表。

具体实施方式

引起本发明的思想是从涡轮喷气发动机引擎的测量链提取正常指示器以便观测特定于测量链的间断和演变现象。

图1概略地图示了依据本发明的用于监视航空器引擎或涡轮喷气发动机引擎的测量链的***。

所图示的测量链3包括两个冗余路径3a、3b，它们意图收集与涡轮喷气发动机引擎有关的随着时间推移的物理测量量。这些测量量可以对应于以下可观测量：温度、压力、速度、LVDT等之中的参数或可观测量。

第一路径3a包括通过第一系列连接器9a和线束11a连接到计算机7的第一探针（或传感器）5a。第二路径3b包括通过第二系列连接器9b和线束11b连接到计算机7的第二探针5b。计算机7（例如，FADEC）被布置成处理由测量链提供的测量量以便控制引擎或涡轮喷气发动机引擎13。

监视***1包括获取装置15，其用于从测量链3和/或计算机7获取关于涡轮喷气发动机引擎13的数据；存储装置17；输出装置19；以及装置21，其用于处理用于运行包括程序代码指令（存储在存储单元17中且被设计成用于执行对测量链3的监视）的一个或多个计算机程序的信息。

依据本发明，处理装置21被配置成基于限定针对相应接续测量量的有效性分数（或者权重）的接续正常字之间的计数转变构建测量链3的正常指示器。

更特别地，正常指示器对应于包括在飞行期间接续正常字转变的出现比例的矩阵。

可以把这些不同的飞行期间的正常指示器注册到例如存储在存储装置17中的数据库中，以在此后从趋势分析的观点考虑进行再编译以便预报测量链3的故障情况并且定位到对错误测量量负责的设备。

图2是图示依据本发明优选实施例的用于监视航空器涡轮喷气发动机引擎的测量链的方法。

在框E1中，获取装置21被配置成获取测量链3的冗余路径3a、3b（框E12、E13）所收集的随着时间推移的测量量（框E11）。此外，处理装置21被配置为通过使用测量链3的可能性测试（框E15、E16）和冗余路径之间的偏差测试（框E17），依据可以由图3中图示的特定配置表表达的逻辑（框E18）构建正常字（框E14）。

图3中所图示的表的第一和第二列分别表示与第一路径3a和第二路径3b的可能性测试有关的有效性状态。第三列表示与路径3a和3b之间的偏差测试有关的有效性状态。第四列表示由在5个数字中选择的整数限定的正常字。例如，当所有的测试都有效时，正常字为1。相反，当两个可能性测试无效时，正常字为5。

因而，不像规范那样，仅使用两个路径3a、3b的可能性测试E15、E16和路径3a和3b之间的偏差测试E17来构建正常字。与可能性模型或外部测量量的比较与监视间断接触是不相干的。

这允许以简单且一般的方式来针对所有的测量量来构建正常字的配置表，而不像特定于每个可观测量或测量类型且包括多个输入的规范的选择表那样（见图6）。

除此之外，根据具体针对监视测量链3而选择的参数化阈限来限定可能性E15、E16和偏差E17测试。依据本发明的参数化阈限的网格是三元组，其包括可能性测试的下阈限、可能性测试的上阈限和偏差测试的阈限。此网格以变窄方式创建直至达到路径之间偏差的自然方差。因而，以变窄的方式选择这些阈限而不是针对规范设置的那些。

实际上，通过观测飞行中稳定阶段测量量的演变，注意到路径之间的偏差大约比该规范的偏差测试的阈限低两倍的幅度量级。强瞬态产生非常偶尔的更显著偏差，但是后者保持低于规范设定的偏差阈限的一个幅度量级。因而，从鲁棒性观点考虑对于规范设定的阈限（特别对于路径之间的偏差测试）是非常宽的。

由于对测量链3的间断接触的监视与规范既不具有相同的目的又不具有相同的约束，所以有利地使这些阈限变窄以便相对于找到的信息而言更相关。

有利地，处理装置21被配置成根据测量链3所测量的可观测量来改变参数化阈限的值。

此外，对于每个可观测量可以与若干参数化网格相关联。实际上，对于偏差测试阈限，可以选择包括在起始于测量量的自然噪声直至规范阈限的区间中的任何值。

在框E2中，处理装置21从框E1中在飞行期间创建的正常字提取测量链3的正常指示器。

图4图示了用于构建正常指示器的表。后者是5-量级“计数”方矩阵，其系数对应于飞行期间创建的接续正常字之间的转变的数目。

更具体地，行（i=1至i=5）表示在时刻t正常字的权重（分别为1至5）以及列（j=1至j=5）表示在下面时刻t+1正常字的权重（分别为1至5）。因而，每个系数a_ij是指示飞行期间具有权重i的正常字和具有权重j的正常字之间的接续转变的数目的计数器。

在飞行开始，计数矩阵是空的（也就是说，空矩阵）并且逐渐地，（也就是说，在每个时刻t），对应系数的计数器递增。由于并非所有的可观测量都以相同的频率测量，所以此递增取决于所测量的可观测量。

例如，在可靠的测量链3的情况下，飞行期间将仅瞬时存在具有值1的正常字朝着值1的正常字转变。这形成了除了系数a₁₁之外所有的系数都为0的矩阵，系数a₁₁将等于飞行持续时间乘以测量量的获取频率。除此之外，将注意到，对于给定可观测量（温度、压力、速度等等），可以构建若干计数矩阵：对于每个参数化网格的矩阵。

经由输出装置19正常指示器可以容易地传送到地面。将注意到，计数矩阵相对小（例如，5x5）,这减小了包括不同可观测量的正常指示器的消息的传输费用。

在框E3中，处理装置21被配置成分析飞行正常指示器的飞行中演变以便检测测量链3的间断接触。

实际上，在每个当前飞行期间提取的每个正常指示器均可以注册在存储装置17中。这允许监视测量量演变的趋势，给定间断现象从飞行到飞行地生成允许短期或长期地预测故障的特定劣化签名。

在框E4中，如果针对若干次飞行确认了劣化的预测，则触发警报。这防止了发射错误的警报。

将注意，在仅偏差测试无效的情况中，单独在框E3中提取的正常指示器不允许定位到故障路径。

因而，在框E6中，处理装置21被配置成根据测量量（框5）计算针对测量链3的每个冗余路径3a、3b的另一方差指示器。该方差指示器可以对应于关于当前飞行的标准偏差的最大值，或者通过在监控字转变期间的滑动标准偏差所取的值。

在检测到间断接触的情况中（E4），处理装置21被配置成分析飞行方差指示器的飞行中演变以便定位到故障路径（框E7）。特别地，在框E7中分析来自框E4和E5的消息以便确定故障路径。实际上，具有很大方差（也就是说，非常多样的或者非常嘈杂的路径）的路径确认了在此路径处的间断接触的问题。

图5A和5B图示了依据本发明第二和第三实施例的用于监视航空器涡轮喷气发动机引擎的测量链的方法的框图。

通过正常字的性质和起源，图5A和5B的实施例可以仅仅是区别于图2的实施例。

实际上，在图5A中，除了由框E101代替的框E1之外，所有的框都类似于图2的那些框。

在框E101中，获取装置15被配置成从连接到测量链3的计算机7取得正常字。依据此第二实施例，正常字对应于规范的SST选择字，其已经由计算机依据可能性测试的有效性、测量链3的冗余路径之间的偏差测试和相对于模型的偏差测试（见图6）而计算得出。将注意到，针对SST选择字的构建表特定于每个可观测量。

在图5b的实施例中，除了由框E102代替的框E1之外，所有的框都等同于图2的那些框。

在框E102中，获取装置15被配置成从连接到测量链3的计算机7取得正常字。依据此第三实施例，正常字对应于计算机7预先根据可能是有效的或非有效的可能性或偏差测试而确定的维持字。

图5A和5B的实施例允许计算时间得以减少,假设正常字已经由该规范给出。然而，由于正常字来自于示出更窄的阈限的测试，所以在损害准确性损失的情况下取得了此计算时间节省的效果。

因而，在这三个实施例之间的选择可以根据可获得的数据和准确性、计算时间或者传输费用约束来做出。

Claims (7)

1.一种用于监视测量链（3）的***，所述测量链（3）被布置成收集与航空器涡轮喷气发动机引擎（13）有关的随着时间推移的测量量，其特征在于，它包括：

处理装置（21），其被配置成基于限定对应接续测量量的有效性分数的接续正常字之间的计数转变构建所述测量链的正常指示器，以及

获取装置（15），用于获取由所述测量链（3）收集的随着时间推移的所述测量量，

以及在于，所述处理装置（21）被配置成通过使用所述测量链（3）的冗余路径之间的可能性和偏差测试构建所述正常字，所述可能性和偏差测试依据具体针对监视所述测量链而选择的参数化阈限来限定。

2.依据权利要求1所述的***，其特征在于，所述处理装置（21）被配置成根据所述测量链所测量的可观测量来改变参数化阈限的值。

3.依据前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于，所述处理装置（21）被配置成针对包括在所述测量链中的每个冗余路径计算方差指示器。

4.依据前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于，所述处理装置（21）被配置成分析所述飞行正常指示器的飞行中演变以便检测所述测量链的间断接触。

5.依据权利要求4所述的***，其特征在于，在检测到间断接触的情况中，所述处理装置（21）被配置成分析所述飞行方差指示器的飞行中演变以便定位到故障路径。

6.一种航空器涡轮喷气发动机引擎，其包括至少一个测量链和依据前面权利要求中任一项的一个监视***。

7.一种用于监视测量链（3）的方法，所述测量链（3）被布置成收集与航空器涡轮喷气发动机引擎（13）有关的随着时间推移的测量量，其特征在于，所述方法包括：基于限定对应接续测量量的有效性分数的接续正常字之间的计数转变构建所述测量链的正常指示器的步骤；以及通过使用所述测量链（3）冗余路径之间的可能性和偏差测试构建所述正常字的步骤，所述可能性和偏差测试依据具体针对监视所述测量链而选择的参数化阈限来限定。

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