專利名稱：計(jì)算和評估發(fā)動(dòng)機(jī)排放的運(yùn)行支持系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行支持，更具體地，涉及計(jì)算和評估發(fā)動(dòng)機(jī)排放的運(yùn)行支持系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
確定和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行相關(guān)的排放是期望的。這些排放目前是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商提供的信息來估計(jì)，通常是針對發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況和運(yùn)行進(jìn)行估計(jì)?；蛘?，可以根據(jù)排氣系統(tǒng)中排放傳感器的采樣進(jìn)行估計(jì)。傳統(tǒng)的排放估計(jì)不夠精確。發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)排放和許多參數(shù)相關(guān)，包括燃料、運(yùn)行速度和其他運(yùn)行特征，以及各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)特征。常規(guī)的估計(jì)可能未捕獲所有的這些參數(shù)。如果飛行員能知道關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)排放的實(shí)時(shí)信息，那么驅(qū)動(dòng)飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行將得到明顯的改善。例如，知道所述排放可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行改變以改善排放、提供關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的健康信息、和/或能夠更好地符合環(huán)境規(guī)范。所以，期望能提供產(chǎn)生改進(jìn)的排放信息的改進(jìn)的運(yùn)行支持系統(tǒng)和方法。另外，通過后面結(jié)合附圖和背景技術(shù)對本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)描述以及權(quán)利要求，本發(fā)明的其他期望的特征和特質(zhì)會更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，一種發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行支持系統(tǒng)被提供。一個(gè)診斷單元被構(gòu)造為接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)并采用熱動(dòng)力模型根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)產(chǎn)生狀況指示，所述熱動(dòng)力模型基于和發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的部件映射。排放計(jì)算單元被連接到診斷單元并被構(gòu)造為根據(jù)所述狀況指示計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)排放信息。圖形用戶界面被連接到排放計(jì)算單元并被構(gòu)造為顯示所述排放信息。根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，提供一種支持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的方法。該方法包括收集發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采用基于與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的部件映射的熱動(dòng)力模型產(chǎn)生狀況指示；根據(jù)狀況指示產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)排放信息；在圖形用戶顯示器上顯示排放信息。


本發(fā)明將結(jié)合下面的附圖被詳細(xì)描述，圖中相同的數(shù)字表示相同的零件，其中:圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的飛行器系統(tǒng)的框圖；圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的支持和維持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的運(yùn)行支持系統(tǒng)的框圖；圖3是根據(jù)示例性實(shí)施例呈現(xiàn)在圖2的運(yùn)行支持系統(tǒng)的圖形用戶界面上的可視顯示的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面的詳細(xì)說明僅僅是本質(zhì)上的示范，并不表示限制本發(fā)明或者本發(fā)明的應(yīng)用與使用。另外，不受在前面背景技術(shù)或者后面詳細(xì)說明中出現(xiàn)的理論的約束。大致上本文所討論的示例性實(shí)施例涉及運(yùn)行支持系統(tǒng)和方法。特別地，該實(shí)施例包括從飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)接收發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)并采用熱動(dòng)力模型根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)生成發(fā)動(dòng)機(jī)排放信息的發(fā)動(dòng)機(jī)診斷單元。所述熱動(dòng)力模型基于部件映射并可以根據(jù)標(biāo)量被修正。排放信息被用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行和/或減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放。圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的飛行器系統(tǒng)100的框圖。總體上，飛行器系統(tǒng)100包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)Iio和運(yùn)行支持系統(tǒng)120。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，比如飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)Iio包括給燃燒室供應(yīng)壓縮空氣的壓縮機(jī)。壓縮空氣在燃燒室內(nèi)和燃料混合并被點(diǎn)燃以產(chǎn)生燃燒氣體。燃燒氣體被導(dǎo)向抽取能量的高壓和低壓渦輪機(jī)例如以提供馬力?？傮w上，本文公開的所述系統(tǒng)100可以與任意的燃?xì)鉁u輪機(jī)配置一起使用。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110是飛行器比如直升機(jī)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。如下面詳細(xì)所述，運(yùn)行支持系統(tǒng)120被用于支持單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)比如一隊(duì)飛行器。運(yùn)行支持系統(tǒng)120通常支持并維持發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110的運(yùn)行。例如，運(yùn)行支持系統(tǒng)120處理來自發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)；為飛行員、維修組和其他感興趣方提供關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110的信息；任選地，控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110的運(yùn)行。如下面所述，運(yùn)行支持系統(tǒng)120還提供關(guān)于排放的信息，包括實(shí)時(shí)或當(dāng)前的排放信息和排放預(yù)測。通常，運(yùn)行支持系統(tǒng)120是機(jī)載設(shè)置。但是運(yùn)行支持系統(tǒng)120的任意部件可以替換地是非機(jī)載的，或者機(jī)載和非機(jī)載的組合。在一個(gè)不例性實(shí)施例中，運(yùn)行支持系統(tǒng)120被嵌載在飛行器上的全權(quán)限數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制(FADEC)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)或健康與使用監(jiān)視系統(tǒng)(HUMS)單元內(nèi)。圖2是圖1的運(yùn)行支持系統(tǒng)120更為詳細(xì)的框圖。如所示，運(yùn)行支持系統(tǒng)120包括多個(gè)功能單元或模塊 210，220，230，240，250，260，270，280 和 290。每個(gè)單元 210，220，230，240，250，260，270，280和290包含或者共享實(shí)現(xiàn)下面將詳細(xì)描述的各個(gè)和整體功能所必需的處理部件。作為一些例子，處理部件包括帶有合適邏輯回路、存儲器、軟件和通信總線的數(shù)字計(jì)算機(jī)或微處理器，從而能在下面所討論的單元內(nèi)儲存和處理模型。如下面所述，運(yùn)行支持系統(tǒng)120接收來自飛行器不同部分的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以由機(jī)載設(shè)備生成，或者接收自非機(jī)載的外部系統(tǒng)、飛行器或地面操作。具體地，運(yùn)行支持系統(tǒng)120可以接收來自例如駕駛艙、飛行員或其他系統(tǒng)的飛行器儀表數(shù)據(jù)和來自發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110(圖1)的發(fā)動(dòng)機(jī)儀表數(shù)據(jù)。運(yùn)行支持系統(tǒng)120還可以接受來自設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置上或附近的排放傳感器252的排放信息和來自GPS單元262的定位信息。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，運(yùn)行支持系統(tǒng)120包括診斷發(fā)動(dòng)機(jī)模型單元210，其接收作為輸入?yún)?shù)的飛行器儀表數(shù)據(jù)和發(fā)動(dòng)機(jī)儀表數(shù)據(jù)。例如，飛行器儀表數(shù)據(jù)和發(fā)動(dòng)機(jī)儀表數(shù)據(jù)可包括與發(fā)動(dòng)機(jī)或飛行器相關(guān)任何合適類型的數(shù)據(jù)，比如以下一種或多種:發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行小時(shí)；靜壓；總壓；發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110 (圖1)內(nèi)不同位置的溫度，比如壓縮機(jī)入口或出口、燃燒室和渦輪機(jī)；氣體產(chǎn)生器速度；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器電壓；耐油球的溫度；計(jì)量的燃料流。其他發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)可包括飛行器的標(biāo)定空氣速度，環(huán)境溫度和環(huán)境總壓。通常，這些系統(tǒng)110和120可用的任意和所有參數(shù)都能被模型單元210所用。診斷發(fā)動(dòng)機(jī)模型單元210通常評估輸入?yún)?shù)并生成診斷指示。
診斷發(fā)動(dòng)機(jī)模型單元210的診斷模型發(fā)展出針對每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要發(fā)動(dòng)機(jī)部件的標(biāo)量。診斷標(biāo)量被收集、分析趨勢和被統(tǒng)計(jì)地以及以其他方式評估從而產(chǎn)生針對每個(gè)部件的大范圍標(biāo)量，這些標(biāo)量此時(shí)表示該部件的真實(shí)的各個(gè)方面。這些部件通常是但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110 (圖1)的空氣動(dòng)力學(xué)旋轉(zhuǎn)部件，它們在發(fā)動(dòng)機(jī)模型內(nèi)以基本形式由映射表示。在一個(gè)實(shí)施例中，診斷發(fā)動(dòng)機(jī)模型單元210提供信號調(diào)節(jié)比如范圍內(nèi)和信號有效性檢查，單位轉(zhuǎn)換，縮放比例，過濾/采樣和穩(wěn)態(tài)檢測。診斷發(fā)動(dòng)機(jī)模型單元210提供診斷指示給數(shù)據(jù)趨勢和儲存單元240，如下面更詳細(xì)所述。來自診斷發(fā)動(dòng)機(jī)模型單元210的診斷指示還被提供給發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220。發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220包括用于穩(wěn)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)診斷的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110 (圖1)的高保真數(shù)學(xué)表達(dá)。該數(shù)學(xué)表達(dá)被稱為發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型。來自診斷發(fā)動(dòng)機(jī)模型單元210的診斷指示通過發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型的處理生成診斷標(biāo)量(或狀況指示/發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù))，如下面所述。如上所述，診斷標(biāo)量在診斷發(fā)動(dòng)機(jī)模型中被開發(fā)。診斷標(biāo)量被用于發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220時(shí)，該單元與診斷發(fā)動(dòng)機(jī)模型單元210相似但是沒有該模型的診斷能力，當(dāng)產(chǎn)生診斷標(biāo)量時(shí)該模型成為發(fā)動(dòng)機(jī)特有的模型。換句話說，此時(shí)該模型是一種發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型并且僅代表在那個(gè)時(shí)點(diǎn)的特定發(fā)動(dòng)機(jī)。通常，發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型嵌入運(yùn)行支持系統(tǒng)120以連續(xù)地監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的健康和/或其他類型的發(fā)動(dòng)機(jī)屬性。通過在診斷模型內(nèi)將作為診斷標(biāo)量的具體部件參數(shù)適應(yīng)到測量的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)診斷。在發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220的一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)量是預(yù)期的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)和實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)之間的差。這些差可能是發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的不同和/或發(fā)動(dòng)機(jī)部件侵蝕所造成的。在一個(gè)實(shí)施例中，這些標(biāo)量可表示渦輪葉片的侵蝕。這些標(biāo)量可以被用作系數(shù)、偏差和加法器以用于調(diào)節(jié)模型空氣-熱動(dòng)力學(xué)表達(dá)。作為一個(gè)實(shí)施例，這些標(biāo)量能縮放發(fā)動(dòng)機(jī)部件的空氣流和效率從而和所測量的數(shù)據(jù)匹配。所述的匹配過程通過執(zhí)行自適應(yīng)算法來完成，該算法使用所述標(biāo)量迭代地調(diào)整或適應(yīng)額定的發(fā)動(dòng)機(jī)部件效率。所以，熱動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)模型精確反映了隨時(shí)間的實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)性能，該模型被改進(jìn)作為發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型。發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220的模型在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110 (圖1)的整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)是完整的。該模型忠實(shí)于實(shí)際燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110(圖1)的工作，相對于被認(rèn)為是“額定的”發(fā)動(dòng)機(jī)的部件級以及發(fā)動(dòng)機(jī)級性能改變的顯現(xiàn)都優(yōu)于經(jīng)驗(yàn)的基于算法的模型。相比之下，經(jīng)驗(yàn)的基于算法的模型的相互作用很容易變得偏離或者失真于“真實(shí)”性能，但在分析來自這樣系統(tǒng)的模型所生成的結(jié)果時(shí)這種失真本質(zhì)上并不是顯而易見的。部件級的基于映射的空氣-熱動(dòng)力學(xué)物理模型在發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命跨度中要穩(wěn)健和準(zhǔn)確的多，并產(chǎn)生保真度更聞的部件的表不?？偟膩碚f，發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220采用一個(gè)或者多個(gè)部件級的基于映射的空氣-熱動(dòng)力學(xué)模型來獲得表征特定發(fā)動(dòng)機(jī)的部件級映射標(biāo)量，這進(jìn)而生成發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型，該模型是發(fā)動(dòng)機(jī)自身的高保真表示。該發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220給數(shù)據(jù)趨勢和儲存單元240提供發(fā)動(dòng)機(jī)診斷標(biāo)量，如下面更詳細(xì)所述。該發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220可以和采用數(shù)學(xué)等式來試圖開發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)參數(shù)和一個(gè)或多個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系的基于算法的系統(tǒng)形成對比。這些常規(guī)模型在發(fā)動(dòng)機(jī)隨著時(shí)間流逝偏離“額定”狀態(tài)或者進(jìn)入更加極端的操作，遠(yuǎn)離算法的開發(fā)基礎(chǔ)時(shí)會失去準(zhǔn)確度。相比而言，發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220的模型以與基于映射的部件專用模型相同的方式表示發(fā)動(dòng)機(jī)中真實(shí)的空氣-物理關(guān)系。因?yàn)椴考成渥钤缡抢酶弑Ｕ嬖O(shè)計(jì)實(shí)踐和工具進(jìn)行研發(fā)，然后在部件的整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)在嚴(yán)格受控“設(shè)備”中進(jìn)行廣泛地測試，后來通過多次高度儀表化、高度受控的發(fā)動(dòng)機(jī)級測試在發(fā)動(dòng)機(jī)中得多確認(rèn)，所以基于映射的部件能提供有利的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)及其相關(guān)性能的表示。預(yù)測單元230接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220的發(fā)動(dòng)機(jī)診斷標(biāo)量，然后用類似于發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220的模型的熱動(dòng)力學(xué)模型評估這些標(biāo)量，除了預(yù)測單元230的熱動(dòng)力學(xué)模型不會對發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)做出反應(yīng)。所以，預(yù)測單元230可具有類似于發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220的模型，但是這個(gè)模型是預(yù)測性的。具體來說，預(yù)測單元230分析部件標(biāo)量的整體趨勢，并將診斷標(biāo)量從現(xiàn)在投射到將來的某個(gè)時(shí)間，從而建立發(fā)動(dòng)機(jī)專用預(yù)測模型來預(yù)報(bào)在用戶提供條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)性能來作為預(yù)報(bào)指示。在“預(yù)測”模式下，該模型不再是“發(fā)動(dòng)機(jī)專用”，而是“未來發(fā)動(dòng)機(jī)專用”模型。所以，預(yù)測單元230的模型被用于預(yù)測在特定的額定條件下(例如入口溫度，高度，功率，安裝構(gòu)造等等)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，從而產(chǎn)生預(yù)報(bào)指示。來自預(yù)測單元230的預(yù)測發(fā)動(dòng)機(jī)性能還被提供給數(shù)據(jù)趨勢和儲存單元240。被分析趨勢的輸出包括發(fā)動(dòng)機(jī)輸出性能，比如溫度，燃料流，速度和功率，以及特定部件效率，空氣流和壓比。排放計(jì)算單元250接收來自排放傳感器252的排放數(shù)據(jù)，來自發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220的發(fā)動(dòng)機(jī)診斷標(biāo)量，以及來自預(yù)測模型單元230的預(yù)報(bào)指示。然后，排放計(jì)算單元250計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)HO的實(shí)時(shí)排放。所嵌入的排放計(jì)算可以憑經(jīng)驗(yàn)建立以使用相關(guān)的氣體路徑參數(shù)，從而準(zhǔn)確地計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)排放。例如，排放計(jì)算可以在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的范圍上使用合適的氣體性質(zhì)，氣體分子成分，氣體溫度和壓力以及流量，以及燃料流量，溫度和性質(zhì)。排放的準(zhǔn)確計(jì)算可以使用來自前述單元210，220，230的溫度、壓力、流量和燃料流量。該模型可更容易地適合于采用這些模型生成的信息來進(jìn)行準(zhǔn)確排放計(jì)算。如果有新的信息可用，這些排放計(jì)算的編碼可以被升級或修改。如上所述，運(yùn)行支持系統(tǒng)120還接收來自排放傳感器252的排放數(shù)據(jù)，排放傳感器可以被視為或者可以不被視為運(yùn)行支持系統(tǒng)的一部分。排放傳感器可包括檢測例如Ν0Χ，CO, C02，顆粒物，未燃燒烴的傳感器，這些傳感器最通常地用于對發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流進(jìn)行采樣。排放計(jì)算單元250還可以在排放計(jì)算中利用來自排放傳感器252的排放采樣來重新標(biāo)定排放計(jì)算單元250的排放計(jì)算例程，從而使得計(jì)算精確，和/或作為針對計(jì)算得到的排放的有效性檢查。這種標(biāo)定可發(fā)生在飛行設(shè)備設(shè)置或地面設(shè)備設(shè)置中，在維護(hù)期間，或其他任何種類的工作臺測試設(shè)備。在有些實(shí)施例中，排放傳感器252可以省略，所述標(biāo)定可以通過其他機(jī)構(gòu)獲得。排放計(jì)算單元250還可以估計(jì)未來發(fā)動(dòng)機(jī)使用的排放，例如，通過使用來自預(yù)測單元230的預(yù)報(bào)指示。排放計(jì)算單元250給數(shù)據(jù)趨勢和儲存單元240提供實(shí)時(shí)排放和預(yù)測排放。例如，排放信息可以連同飛行器航電設(shè)備或其他定位系統(tǒng)被考慮，從而在整個(gè)實(shí)際飛行航線上追蹤排放輸出。雖然示出的是作為一種分離的單元，但在其他實(shí)施例中，排放計(jì)算單元250可以和發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220整合成一體。排放信息還被提供給排放限制單元260。排放限制單元260將預(yù)測的和/或?qū)崟r(shí)的排放與關(guān)于這種排放的合適的規(guī)則、法律和規(guī)定(例如，通常是“標(biāo)準(zhǔn)”)進(jìn)行比較。在一個(gè)示意性實(shí)施例中，排放限制單元260還接收來自GPS單元262的飛行器當(dāng)前位置或預(yù)測位置，GPS單元可以視為或者不視為運(yùn)行支持系統(tǒng)120的一部分。所以，排放限制單元260可以將預(yù)測的和/或?qū)崟r(shí)的排放與具體位置的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生排放符合信息。來自排放限制單元260的排放符合信息被提供給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元270。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元270可以評估該排放符合信息從而確定是否修改發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行以降低排放和/或遵守適用的排放標(biāo)準(zhǔn)。例如，利用關(guān)于當(dāng)前排放的信息，通過采用可用發(fā)動(dòng)機(jī)可控變量來執(zhí)行對這些排放的控制，從而在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)輸出需求和/或調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的同時(shí)改變發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)行修改包括改變發(fā)動(dòng)機(jī)速度、可變幾何尺寸、發(fā)動(dòng)機(jī)放氣、燃料流量、燃料選擇、排氣參數(shù)和/或環(huán)境變化。另外，如下面所述，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元270可以自動(dòng)地進(jìn)行這些調(diào)整和/或建議飛行員干涉或選擇發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元270可以改變發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的多個(gè)變量中的一個(gè)，直到達(dá)到所需的排放水平，同時(shí)仍然保持重要邊界，比如輸出功率，發(fā)電機(jī)頻率，放氣流量等等。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元270在評估和/或?qū)嵤┻m當(dāng)?shù)捻憫?yīng)時(shí)也考慮來自GPS單元262的定位。排放信息和排放符合信息可以被提供給例如，設(shè)置在飛行器駕駛艙內(nèi)的圖形用戶界面(⑶I) 290供飛行員考慮。⑶1290通常包括顯示本文描述的信息的任何合適的顯示設(shè)備以及和運(yùn)行支持系統(tǒng)120相互作用的輸入設(shè)備。所述顯示可包括為給飛行員或其他飛行機(jī)組成員提供能可視化地表現(xiàn)彩色或單色飛行信息的任何合適類型的顯示媒體，比如，各種CRT和平板顯示系統(tǒng)(例如，CRT顯示器，IXD顯示器，OLED顯示器，等離子顯示器，投影顯示器，HDDs，HUDs等)。⑶1290可以作為主飛行顯示器和/或多功能顯示單元的一部分。如上所述，數(shù)據(jù)趨勢和儲存單元240可以接收來自多個(gè)源的數(shù)據(jù)，包括來自發(fā)動(dòng)機(jī)(例如發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110)的輸入?yún)?shù)，來自診斷發(fā)動(dòng)機(jī)模型單元210的診斷指示，來自發(fā)動(dòng)機(jī)專用模型單元220的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，來自預(yù)測模型單元230的預(yù)報(bào)指示，和來自排放計(jì)算單元250的排放信息。數(shù)據(jù)趨勢和儲存單元240提供這種數(shù)據(jù)的分箱和儲存，以及用于歷史分析或隨時(shí)間的排放性能的統(tǒng)計(jì)分析和趨勢分析。例如，來自GPS單元262的飛行器定位被用作可趨勢分析的參數(shù)。排放計(jì)算的數(shù)據(jù)趨勢分析被用來提高這些數(shù)字的置信度。作為歷史單元，系統(tǒng)120不僅提供發(fā)動(dòng)機(jī)在任意選定時(shí)間的排放率的證明，還提供在選定的時(shí)間段比如耗費(fèi)在特定地點(diǎn)(例如機(jī)場)的時(shí)間內(nèi)累計(jì)排放的證明。通過排放的歷史記錄、針對時(shí)間的趨勢分析、使用等級、和地點(diǎn)，可以預(yù)測未來的排放水平。通過這種方式，發(fā)動(dòng)機(jī)在違反排放規(guī)定前被指示需要維護(hù)動(dòng)作，或者被選擇用于其他用途。數(shù)據(jù)的趨勢分析還提供了如果被確定為異常而去除某些數(shù)據(jù)或預(yù)測的機(jī)會。通過合適的以往發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放的數(shù)據(jù)庫，可以對這些歷史進(jìn)行任意次數(shù)的投射和使用。在一個(gè)實(shí)施例中，維護(hù)單元280可考慮在數(shù)據(jù)趨勢和儲存單元240中進(jìn)行的對運(yùn)行支持系統(tǒng)120所收集和生成的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，從而確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否需要維護(hù)。例如，這些數(shù)據(jù)可以導(dǎo)致地面班組調(diào)整飛行器的維護(hù)計(jì)劃表和/或采取關(guān)于排放問題的矯正行動(dòng)。圖3是根據(jù)一個(gè)示意性實(shí)施例呈現(xiàn)在⑶1290上的可視化顯示300?？梢暬@示300包括前面所討論的參數(shù)，輸入和/或輸出中任一個(gè)，包括健康指示，發(fā)動(dòng)機(jī)輸入數(shù)據(jù)，診斷標(biāo)量，維護(hù)信息等等。在該實(shí)施例中，可視化顯示300包括排放信息310。排放信息310包括水平軸表示的時(shí)間和垂直軸表示的數(shù)量(例如，C02的磅數(shù))。如上所述，排放信息310基于GPS單元262所提供的定位和排放限制單元260提供的標(biāo)準(zhǔn)。如所示，隨著時(shí)間計(jì)算排放，如線320所表示。如上所述，排放信息可根據(jù)飛行器的位置和適當(dāng)?shù)呐欧艠?biāo)準(zhǔn)被繪制，如用線312，314，和316所表示。在所示的實(shí)施例中，當(dāng)飛行器在US和國際空域飛行時(shí)，在航程的起始階段排放被估計(jì)在適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。但是，當(dāng)飛行器進(jìn)入EU時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，當(dāng)前的排放就超出該實(shí)施例中適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。當(dāng)目前的排放超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)給飛行員或用戶提供警告340。在圖3中，目前的時(shí)間由線318表示，排放信息310進(jìn)一步估計(jì)未來的排放(虛線330表示)，從而提供關(guān)于飛行器未來性能的指示。如圖3所示，可期望排放在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)316以下。在其他實(shí)施例中，所建議的或自動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制修正(例如由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元270提供)被顯示在顯示器300上。所述信息的例子包括“減少供油”、“調(diào)整速度”和/或“修正航線”。所以，通過連續(xù)地給飛行員顯示排放狀況，防止無意的排放，而且能實(shí)現(xiàn)排放的符合或減少排放，運(yùn)行支持系統(tǒng)120能改善發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。這減少了飛行員或機(jī)組的工作負(fù)擔(dān)，減少了排放，并提聞了對周圍環(huán)境的認(rèn)知。如上所述，運(yùn)行支持系統(tǒng)120結(jié)合飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)被描述。但是，也能提供其他類型發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用?？捎玫陌l(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用包括，但不限于，飛機(jī)推進(jìn)(風(fēng)扇，渦輪噴射器，渦輪軸，渦輪推進(jìn)器)，直升機(jī)推進(jìn)(渦輪軸)和飛行器輔助動(dòng)力單元，地面動(dòng)力單元，發(fā)電機(jī)組，船載動(dòng)力系統(tǒng)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)。雖然在前面的描述中已經(jīng)展示了本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)明白還存在大量的變型。應(yīng)當(dāng)明白所述的一個(gè)實(shí)施例或者多個(gè)實(shí)施例僅是示范性的，并不表示以任何方式限制本發(fā)明的范圍，應(yīng)用或構(gòu)造。相反地，前面的詳細(xì)描述給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供了實(shí)施本發(fā)明示意性實(shí)施例的常規(guī)路徑。應(yīng)當(dāng)明白在不脫離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的前提下還可以對實(shí)施例中所描述的元件布置和功能作出多種改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的運(yùn)行支持系統(tǒng)(120)，包括: 診斷單元(210)，其被構(gòu)造為接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采用熱動(dòng)力學(xué)模型生成狀況指示，所述熱動(dòng)力學(xué)模型基于與發(fā)動(dòng)機(jī)(110)相關(guān)聯(lián)的部件映射； 排放計(jì)算單元(250)，其連接到診斷單元(210)并被構(gòu)造為基于所述狀況指示計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的排放信息(310)； 圖形用戶界面(290)，其連接到排放計(jì)算單元(250)并被構(gòu)造為顯示所述排放信息(310)。
2.—種支持發(fā)動(dòng)機(jī)(110)運(yùn)行的方法,包括: 收集發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)； 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)使用基于與發(fā)動(dòng)機(jī)(110)相關(guān)聯(lián)的部件映射的熱動(dòng)力學(xué)模型生成狀況指示； 根據(jù)狀況指示生成發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的排放信息(310);以及 在圖形用戶顯示器(300)上顯示排放信息(310)。
3.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行支持系統(tǒng)(120)，包括: 診斷單元(210)，其被構(gòu)造為接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采用熱動(dòng)力學(xué)模型生成狀況指示，所述熱動(dòng)力學(xué)模型基于與發(fā)動(dòng)機(jī)(110)相關(guān)聯(lián)的部件映射； 排放計(jì)算單元(250)，其連接到診斷單元并被構(gòu)造為基于所述狀況指示計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的排放信息(310)； gps單元(262)，其被構(gòu)造為確定發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的位置； 排放限制單元(260)，其被構(gòu)造為確定與發(fā)動(dòng)機(jī)(110)相關(guān)聯(lián)的排放標(biāo)準(zhǔn)；以及圖形用戶界面(290)，其連接到排放計(jì)算單元(250)、gps單元(262)和排放限制單元(260)，并被構(gòu)造為顯示(300)作為所述位置和排放標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)的所述排放信息(310)。
全文摘要
本發(fā)明涉及計(jì)算和評估發(fā)動(dòng)機(jī)排放的運(yùn)行支持系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行支持系統(tǒng)。一個(gè)診斷單元，其被構(gòu)造為接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采用熱動(dòng)力學(xué)模型生成狀況指示，所述熱動(dòng)力學(xué)模型基于與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的部件映射。一個(gè)排放計(jì)算單元，其連接到診斷單元并被構(gòu)造為基于所述狀況指示計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的排放信息。一個(gè)圖形用戶界面，其連接到排放計(jì)算單元并被構(gòu)造為顯示所述排放信息。
文檔編號F02C9/00GK103161580SQ20121059840
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者K·梅克利, R·凌 申請人:霍尼韋爾國際公司