用于预测水平稳定器故障的方法 |
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| 申请号 | CN201410045042.7 | 申请日 | 2014-02-07 | 公开(公告)号 | CN103979113B | 公开(公告)日 | 2017-08-08 |
| 申请人 | 通用电气航空系统有限公司; | 发明人 | M.J.罗宾斯; C.J.卡特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种预测飞机中的 水 平稳定器系统故障的方法，其中方法(100)包括接收与飞行期间的飞机的 俯仰 的特性相关的数据(102)，将所接收数据与参考俯仰特性进行比较(104)，基于该比较来预测水平稳定器系统中的故障(106)，以及提供预测故障的指示(108)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种预测飞机中的水平稳定器系统故障的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 用于预测水平稳定器故障的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种预测飞机中的水平稳定器（horizontal stabilizer）系统故障的方法。 背景技术[0002] 当代飞机包括水平稳定器，以控制机头的上下或者俯仰运动。水平稳定器上的升降舵移动并且改变由尾翼面所生成的力的量。升降舵用于生成和控制飞机的俯仰运动。当前，航空公司和维护人员等到系统的故障或问题出现、然后在计划或者更可能地非计划维护期间尝试识别原因并且对其修复。故障发生还基于飞行员判断来手动记录。 发明内容[0003] 在一个实施例中，本发明涉及一种预测飞机中的水平稳定器系统故障的方法，包括接收与飞行期间的飞机的俯仰的特性相关的数据，将所接收数据与参考俯仰特性进行比较，基于该比较来预测水平稳定器系统中的故障，以及提供预测故障的指示。 [0004] 按照本公开的第一方面，提供一种预测飞机中的水平稳定器系统故障的方法，所述方法包括： [0005] 接收与飞行期间的所述飞机的俯仰的特性相关的数据； [0006] 将所述接收的数据与参考俯仰特性进行比较； [0007] 基于所述比较来预测水平稳定器系统中的故障；以及 [0008] 提供所述预测的故障的指示。 [0009] 按照第一方面的方法，其中，所述接收的数据与所述飞机的俯仰的变化速率相关。 [0010] 按照第一方面的方法，其中，所述数据在飞行的巡航阶段期间接收。 [0011] 按照第一方面的方法，其中，所述参考俯仰特性是最小可接受变化速率。 [0012] 按照第一方面的方法，其中，当所述接收的数据小于最小可接受变化速率时，预测所述故障。 [0013] 按照第一方面的方法，还包括确定对所述水平稳定器系统的输入，该输入控制飞行期间的所述飞机的俯仰的特性。 [0015] 按照第一方面的方法，其中，对所述水平稳定器系统的所述输入包括配平输入。 [0016] 按照第一方面的方法，其中，所述比较与自动驾驶仪向上配平和向下配平命令的数量之间的差相关。 [0017] 按照第一方面的方法，其中，所述参考俯仰特性是对来自自动驾驶仪的向上配平命令进行响应的所述飞机的俯仰的预定变化速率。 [0018] 按照第一方面的方法，其中，所述接收的数据是所述飞机的中值俯仰配平位置。 [0019] 按照第一方面的方法，其中，所述中值由从所述飞行的不同阶段所接收的数据来确定。 [0020] 按照第一方面的方法，其中，所述接收的数据是所述飞机的中值俯仰配平速率。 [0021] 按照第一方面的方法，其中，所述接收的数据包括俯仰配平异常值的计数。 [0022] 按照第一方面的方法，其中，所述参考俯仰特性包括历史数据。 [0023] 按照第一方面的方法，其中，所述历史数据包括与所述飞机的所述水平稳定器系统相关的历史数据。 [0024] 按照第一方面的方法，其中，所述历史数据包括多个其它飞机的历史数据。 [0025] 按照本公开的第二方面，提供一种用于监测飞机水平稳定器系统中的故障的方法，所述方法包括： [0026] 接收与多个飞行期间的所述飞机的俯仰的中值特性相关的数据； [0027] 将所述接收的数据与历史参考俯仰特性进行比较； [0028] 基于所述比较来预测水平稳定器系统中的故障；以及 [0029] 提供所述预测的故障的指示。 [0030] 按照第二方面的方法，其中，所确定的所述故障是飞行记录器故障、稳定性传感器故障、自动驾驶仪俯仰配平速率过低、自动驾驶仪俯仰配平速率过高、俯仰配平位置过低、俯仰配平位置过高以及稳定性配平不可操作中的至少一个。 [0032] 附图中： [0033] 图1是其中可实现本发明的实施例的飞机和地面站的透视图；以及 [0034] 图2是示出按照本发明的一个实施例、预测飞机中的水平稳定器故障的方法的流程图。 具体实施方式[0035] 图1示意示出飞机10的一部分，其可执行本发明的实施例，并且可包括耦合到机身14的一个或多个推进发动机12、定位在机身14中的驾驶舱16和从机身14向外延伸的机翼组件18。水平稳定器系统20包含在飞机10中，并且包括水平稳定器21，其是从机身后部部分延伸的固定机翼部分。对于水平稳定器21的每个存在升降舵22，其可包括在水平稳定器21后部的活动部分。升降舵22可通过铰链或其它机构在操作上耦合到固定水平稳定器21。 [0036] 控制机构24、例如配平杆（trim lever）可包含在驾驶舱16中，并且可由飞行员来操作以设置升降舵22的位置。控制机构24可向驱动器25提供输入，驱动器25可用于使升降舵22进入由控制机构24所设置的位置。如本描述所使用的术语“配平杆”并不局限于物理杆，它而是涉及用于设置升降舵的位置的控制装置。在航空的整个早期，这个控制装置是杆，以及术语“襟翼手柄（flap handle）”现在对用于设置升降舵位置的控制装置是普遍的，而不管控制装置是实际的杆还是触摸屏用户界面上的按钮。包括襟翼手柄的其它控制机构也可被包含，但是为了清楚起见而未示出。此外，传感器、例如控制机构传感器26或者其它适当机构可用于确定控制机构24的位置。此外，一个或多个传感器28可包含在水平稳定器系统20中，并且各可输出与飞行期间的飞机10的俯仰的特性相关的数据。例如，传感器28之一可包括倾斜传感器，以确定飞机10的俯仰。 [0037] 实现飞机10的正确操作的多个附加飞机系统29以及控制器30和具有无线通信链路32的通信系统也可包含在飞机10中。控制器30可在操作上耦合到多个飞机系统29，其中包括水平稳定器系统20。例如，水平稳定器驱动器25、控制机构24、控制机构传感器26和一个或多个传感器28可在操作上耦合到控制器30。 [0038] 控制器30还可与飞机10的其它控制器连接。控制器30可包括存储器34，存储器34可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器或者一个或多个不同类型的便携电子存储器，例如磁盘、DVD、CD-ROM等或者这些类型的存储器的任何适当组合。控制器30可包括一个或多个处理器36，其可运行任何适当的程序。控制器30可以是FMS的一部分，或者可在操作上耦合到FMS。 [0039] 信息的计算机可搜索数据库可存储在存储器34中，并且是处理器36可访问的。处理器36可运行可执行指令集，以显示数据库或者访问数据库。备选地，控制器30可在操作上耦合到信息的数据库。例如，这种数据库可存储在备选计算机或控制器上。将会理解，数据库可以是任何适当数据库，包括具有多个数据集的单个数据库、链接在一起的多个离散数据库或者甚至简单的数据表。预期数据库可结合多个数据库，或者数据库实际上可以是多个独立数据库。 [0040] 数据库可存储数据，其包括与参考俯仰特性相关的历史数据以及用于飞机10并且与飞机机队相关的历史水平稳定器数据。数据库还可包括参考值，其中包括飞机的配平速率以及对于那些配平速率的俯仰的预计变化。 [0041] 备选地，预期数据库可与控制器30分离，但是可与控制器30进行通信，使得它可由控制器30来访问。例如，预期数据库可包含在便携存储器装置上，并且在这种情况下，飞机10可包括用于接收便携存储器装置的端口，以及这种端口与控制器30进行电子通信，使得控制器30可以能够读取便携存储器装置的内容。还预期，数据库可通过无线通信链路32来更新，以及按照这种方式，实时信息、例如与历史机队范围的数据有关的信息可包含在数据库中，并且可由控制器30来访问。 [0042] 此外，预期这种数据库可位于飞机10之外的位置，例如航空公司运营中心、飞行操作部门控制或者另一个位置。控制器30可在操作上耦合到无线网络，通过无线网络可将数据库信息提供给控制器30。 [0043] 虽然示出商业飞机，但是预期本发明的实施例的部分可在任何位置实现，包括在地面系统42的计算机40中。此外，如上所述的数据库也可位于目的地服务器或计算机40中，其可位于并且包括所指定地面系统42。备选地，数据库可位于备选地面位置。地面系统42可经由无线通信链路44与其它装置(其中包括远离计算机40而定位的控制器30和数据库)进行通信。地面系统42可以是任何类型的通信地面系统42，例如航空公司控制或者飞行操作部门。 [0044] 控制器30和计算机40之一可包括计算机程序(其具有用于预测飞机10中的水平稳定器故障的可执行指令集)的全部或者一部分。这类故障可包括部件的不正确操作以及部件的故障。与控制器30或者计算机40是否运行用于预测故障的程序无关，该程序可包括计算机程序产品，其可包括机器可读介质，用于携带或者其上存储了机器可执行指令或者数据结构。这类机器可读介质可以是任何可用介质，其能够由通用或专用计算机或者具有处理器的其它机器来访问。一般来说，这种计算机程序可包括例程、程序、对象、部件、数据结构、算法等，其具有执行特定任务或者实现特定抽象数据类型的技术效果。机器可执行指令、关联数据结构和程序表示用于执行如本文所公开的信息交换的程序代码的示例。机器可执行指令可包括例如指令和数据，其使通用计算机、专用计算机或者专用处理机来执行某个功能或者某组功能。 [0045] 将会理解，飞机10和计算机40只表示两个示范实施例，其可配置成实现本发明的实施例或者实施例的部分。在操作期间，飞机10和/或计算机40均可预测水平稳定器故障。作为非限制性示例，在飞机10正被操作的同时，控制机构24可用于通过对升降舵22的位置向上配平或者向下配平，来设置升降舵22的位置。控制机构传感器26可输出信号，该信号指示控制机构24的位置以及它被指示是对飞机进行向上配平还是向下配平。此外，传感器28可输出与飞行期间的飞机10的俯仰的特性相关的数据。 [0046] 控制器30和/或计算机40可利用来自控制机构传感器26、传感器28和数据库的输入和/或来自航空公司控制或者飞机操作部门的信息，来预测水平稳定器故障。控制器30和/或计算机40尤其还可分析由控制机构传感器26和一个或多个传感器28随时间所输出的数据，以便确定水平稳定器系统20的操作中的漂移、趋势、步进或峰值。数据中的这类异常对日常比较可能过于细微而无法对故障进行这类预测。控制器30和/或计算机40还可分析水平稳定器数据，以便确定俯仰的预计变化与俯仰的实际变化之间的差。一旦预测了水平稳定器故障，则可在飞机10上和/或在地面系统42提供指示。预期水平稳定器故障的预测可在飞行期间进行，可在飞行后进行，或者可在任何飞行次数之后进行。无线通信链路32和无线通信链路44均可用于传送数据，使得故障可由控制器30和/或计算机40来预测。 [0047] 按照本发明的一个实施例，图2示出方法100，其可用于预测水平稳定器故障(其能够包括故障)。方法100在102开始于接收与飞行期间的飞机10的俯仰的特性相关的数据。这可包括接收来自传感器28的一个或多个的数据。还预期所接收数据可以是原始飞机数据，由其可得出或者以其它方式提取多种其它信息。例如，接收的原始数据可由日期时间、高度、襟翼手柄位置、俯仰配平位置、地面上/空中信息、手动配平命令和自动驾驶仪配平命令组成。由这个数据，可确定诸如俯仰的变化速率之类的信息。将会理解，与直接接收还是从所接收数据来得出数据无关，数据可被认为是所接收数据。所接收的数据可包括飞机的俯仰的变化速率、飞机的中值俯仰配平位置以及俯仰配平异常值的计数。可在多个不同状态期间接收数据。例如，可在整个飞行期间、在最长‘巡航’期间、对所有巡航期间、起飞、着陆等接收数据。例如，可由从飞机飞行的不同阶段所接收的数据来确定中值。 [0048] 在104，可将所接收数据与参考俯仰特性进行比较。参考俯仰特性可包括与水平稳定器系统20和飞机10相关的任何数量的参考俯仰特性。例如，参考俯仰特性可包括与最小可接受变化速率、对来自飞行员/自动驾驶仪的向上配平命令进行响应的飞机的俯仰的预定变化速率、对来自飞行员/自动驾驶仪的向下配平进行响应的飞机的俯仰的预定变化速率等相关的值。参考俯仰特性还可包括历史参考俯仰特性，其中包括例如与飞机的水平稳定器系统相关的历史数据或者多个其它飞机的历史数据。因此，所接收的数据可与从同一飞机的先前飞行所得到的结果进行比较以及相对整个飞机机队进行比较。此外，参考俯仰特性可包括在飞行期间例如通过接收传感器28之一的输出已经确定的值。这样，将会理解，参考俯仰特性可在操作期间定义。备选地，参考位置值可存储在如上所述的数据库之一中。 [0049] 这样，从传感器28所接收的位置信号可与参考值进行比较，以定义位置比较。例如，比较可包括确定自动驾驶仪向上配平与向下配平命令的数量之间的差。对飞机向上配平或者向下配平的次数可以是关于升降舵22如何执行的间接指示。在这种情况下，所接收数据可被认为是自动驾驶仪向上配平命令的数量，以及参考俯仰特性可以是向下配平命令的数量，其可在操作期间定义。 [0050] 备选地，可使用关于升降舵22如何执行的更直接指示，其中包括位置参数。例如，比较可包括将对向上配平或者向下配平命令进行响应的飞机10的俯仰的变化速率与参考俯仰特性进行比较。比较可包括比较俯仰响应来自自动驾驶仪的配平命令而变化的速率。比较可包括确定自动驾驶仪向上配平与向下配平命令的数量之间的差。比较可包括确定俯仰的预计变化(其可从手动和自动驾驶仪配平命令的数量和已知配平速率来计算)与巡航中对某个期间的俯仰的实际变化之间的差。例如，参考配平速率可包括下表1所示的速率。 [0051] 自动驾驶仪(单位/秒) 手动(单位/秒) 襟翼手柄向上 0.09 0.2 襟翼手柄向下 0.27 0.4 [0052] 表1：示范配平速率参考 [0053] 在106，水平稳定器系统中的故障可基于在104的预测来预测。例如，当比较指示所接收数据小于最小可接受变化速率时，可预测水平稳定器系统20中的故障。这样，控制器30和/或计算机40可确定比较结果是否可接受。当比较指示所接收数据满足预定阈值时，也可确定故障。术语“满足”阈值在本文中用于表示变化比较满足预定阈值，例如等于、小于或大于阈值。将会理解，这种确定可易于改变成通过肯定/否定比较或者真/假比较来满足。例如，当数据经过数值反转时，能够易于通过应用大于测试来满足小于阈值。 [0054] 可确定水平稳定器系统20中的任何数量的故障，包括飞行记录器故障、稳定性传感器故障、自动驾驶仪俯仰配平速率过低、自动驾驶仪俯仰配平速率过高、俯仰配平位置过低、俯仰配平位置过高以及稳定性配平不可操作。例如，飞行记录器或者稳定性传感器问题可通过俯仰配平异常值的数量、中值俯仰配平位置、中值俯仰配平速率和最小俯仰配平速率来确定。自动驾驶仪俯仰配平速率过低或者过高可通过中值俯仰配平速率来确定。俯仰配平位置过低或者过高可通过中值俯仰配平位置来确定。可通过最小俯仰配平速率、最长和所有巡航中的自动驾驶仪配平命令的数量的差以及预计俯仰变化与最长巡航中的实际俯仰变化之间的差，来确定稳定性配平不可操作。 [0055] 作为非限制性示例，飞机10的中值俯仰配平位置可从传感器28接收；中值俯仰配平位置则可与预定参考中值俯仰配平位置进行比较。如果所接收数据大于参考中值俯仰配平位置，则可预测俯仰配平位置过高，并且可提供与其有关的指示。 [0056] 作为第二非限制性示例，手动和自动驾驶仪向上和向下配平命令的数量连同预定参考俯仰配平速率一起可用于计算给定飞行时间范围中的俯仰的预计变化。如果俯仰的实际变化与这个时间范围期间的俯仰的预计变化中的差的幅值大于预定阈值，则这可以是水平稳定器不可操作故障的征兆，并且可提供与其有关的指示。 [0057] 在实现中，参考俯仰特性和比较可转换成预测水平稳定器系统20中的故障的算法。这种算法可转换成包括可执行指令集的计算机程序，可执行指令集可由控制器30和/或计算机40来运行。对计算机程序的附加输入可包括高度、襟翼手柄位置、俯仰配平位置、飞机是在空中还是在地面、自动驾驶仪向下配平命令、自动驾驶仪向上配平命令、手动向下配平命令以及手动向上配平命令。 [0058] 在108，控制器30和/或计算机40可提供关于在106所预测的水平稳定器系统20中的故障的指示。指示可按照任何适当方式、在任何适当位置来提供，其中包括在驾驶舱16中以及在地面站42。例如，如果控制器30运行程序，则适当指示可在飞机10上提供，和/或可上传到地面系统42。备选地，如果计算机40运行程序，则指示可上传到或者以其它方式转发给飞机10。备选地，可转发指示，使得它可在诸如航空公司控制或者飞行操作部门之类的另一个位置来提供。 [0059] 将会理解，预测水平稳定器故障的方法是灵活的，并且所示方法只是为了便于说明。例如，所示的步骤序列仅为了便于说明，而不是要以任何方式来限制方法100，因为要理解，步骤可按照不同的逻辑顺序进行，或者可包含附加或中间步骤，而没有背离本发明的实施例。作为非限制性示例，方法100还可包括确定对水平稳定器系统20的输入，其控制飞行期间的飞机10的俯仰的特性。例如，对水平稳定器系统的输入可包括襟翼手柄位置和/或配平输入。此外，该方法可包括接收与多次飞行期间的飞机的俯仰的中值特性相关的数据。预期不同的故障可使用对多次飞行的比较结果来检测。将会理解，飞行次数和所设置的各种阈值全部是可配置的。 [0060] 上述实施例的有益效果包括，飞行期间由飞机所采集的数据可用于预测水平稳定器故障。这允许这类预测故障在其发生之前被矫正。当前，故障发生的记录是任意的，并且要求将故障手动输入到数据库中，这是高成本的，并且可能没有得到所有相关信息。此外，当前不存在预测水平稳定器的故障的方式。上述实施例允许自动预测、记录、诊断并且向用户通知故障。上述实施例允许进行与水平稳定器系统故障有关的精确预测。通过预测这类问题，在这类故障发生之前可允许充分时间进行修复。通过降低维护成本、重新计划成本，并且使操作影响为最小、包括使飞机停飞的时间为最小，这允许成本节省。此外，通过自动化这类故障的记录，人为误差减少，并且给定飞机的历史将更精确，其在将来维护中会有帮助。 [0061] 本书面描述使用示例来公开本发明，其中包括最佳模式，以及还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构要素，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构要素，则它们意在落入权利要求的范围之内。 [0062] 附图标记说明 [0063] 10 飞机 [0064] 12 推进发动机 [0065] 14 机身 [0066] 16 驾驶舱 [0067] 18 机翼组件 [0068] 20 水平稳定器系统 [0069] 21 水平稳定器 [0070] 22 升降舵 [0071] 24 控制机构 [0072] 25 驱动器 [0073] 26 控制机构传感器 [0074] 28 传感器 [0075] 29 飞机系统 [0076] 30 控制器 [0077] 32 无线通信链路 [0078] 34 存储器 [0079] 36 处理器 [0080] 40 计算机 [0081] 42 地面系统 [0082] 44 无线通信链路 [0083] 100 方法 [0084] 102 接收数据 [0085] 104 比较 [0086] 106 预测故障 [0087] 108 提供指示。 |
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