專(zhuān)利名稱(chēng)：分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)fadec系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，尤其涉及一種可實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)視功能的分布式管理的民用飛機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一類(lèi)高度復(fù)雜的、可修復(fù)的多部件系統(tǒng)，要求在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷等苛刻條件下長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)工作，容易出現(xiàn)故障，其任何功能故障都可能導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)生事故，甚至誘發(fā)災(zāi)難性后果。據(jù)最近10年全世界民航事故統(tǒng)計(jì)分析顯示，民航安全形勢(shì)極為嚴(yán)峻，未來(lái)民用發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性要求越發(fā)苛刻，這也對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)全權(quán)限數(shù)字電子控制器(FADEC, Full Authority Digital Electronic Controller)系統(tǒng)可靠性提出了更高的要求。FADEC系統(tǒng)是一種包括數(shù)字計(jì)算機(jī)即電子控制器(EEC, Electronic EngineControl)的系統(tǒng)，在航空領(lǐng)域用于控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的各個(gè)方面，具有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)測(cè)與健康管理、推力矢量控制，飛推綜合控制等功能。然而，航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為復(fù)雜可修的系統(tǒng)，維修成本高昂，直接影響著民航企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明全世界發(fā)動(dòng)機(jī)日常維護(hù)費(fèi)用占到了航空公司年維修費(fèi)的31%。因此，為提高發(fā)動(dòng)機(jī)效能和減少維護(hù)成本，發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)(EHMS)這一新概念被提出，是民用發(fā)動(dòng)機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，這要求FADEC系統(tǒng)具備較強(qiáng)的監(jiān)視能力，為發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和維護(hù)提供支持。當(dāng)前主流的商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，如CFM56-5B/7B等的控制功能和絕大部分監(jiān)視功能均通過(guò)FADEC系統(tǒng)的電子控制器(EEC)實(shí)現(xiàn)，其中，EEC通常通過(guò)ARINC429總線(xiàn)經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與飛機(jī)系統(tǒng)通信，同時(shí)輸出控制信號(hào)控制各執(zhí)行裝置的動(dòng)作。此外，CFM56-5B/7B發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)視功能采用獨(dú)立的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)視(EVM, Engine VibrationMonitoring)模塊通過(guò)ARINC429總線(xiàn)直接與飛機(jī)系統(tǒng)通信?？梢?jiàn)，現(xiàn)役航空發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)視功能均通過(guò)電子控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)電子控制器的功能要求很高，且已有的獨(dú)立監(jiān)視模塊僅針對(duì)單一監(jiān)視動(dòng)能。另外，在民用飛機(jī)領(lǐng)域尚未開(kāi)展過(guò)工程研究，對(duì)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)技術(shù)的掌握幾乎為空白。

發(fā)明內(nèi)容
為解決日益嚴(yán)格的發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性要求，以及日益增強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視功能需求問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種分布式民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思，所述分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)包括硬件上相互獨(dú)立但通過(guò)連接線(xiàn)路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的控制單元和監(jiān)視單元，所述監(jiān)視單元與多個(gè)監(jiān)視用傳感器連接以獲取監(jiān)視數(shù)據(jù)，所述控制單元與多個(gè)控制用傳感器連接以獲取控制數(shù)據(jù)，并結(jié)合經(jīng)由所述連接線(xiàn)路從所述監(jiān)視單元獲取的所述監(jiān)視數(shù)據(jù)對(duì)所述航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)控制和健康監(jiān)視控制。進(jìn)一步，所述控制單元可為電子控制器(EEC)，所述監(jiān)視單元可為發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置(EMU,Engine Monitoring Unit),其中，本發(fā)明所采用的所述電子控制器EEC有別于現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)中的電子控制器，本發(fā)明的EEC不再實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)視功能，而是采用硬件上相互獨(dú)立的所述發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置EMU實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能的監(jiān)視及反饋。進(jìn)一步，所述電子控制器可為雙通道設(shè)計(jì)，并通過(guò)雙余度ARINC664總線(xiàn)與所述FADEC系統(tǒng)進(jìn)行通信，而所述發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置可被設(shè)計(jì)為單通道設(shè)計(jì)。根據(jù)一種實(shí)施方式，所述發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置與所述發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)直接通過(guò)單余度ARINC664總線(xiàn)進(jìn)行通信。根據(jù)另一種可選實(shí)施方式，所述發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置可與發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)不直接通信，而是通過(guò)電子控制器與發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)進(jìn)行通信。可選地，所述控制單元和所述監(jiān)視單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的連接線(xiàn)路選自CAN總線(xiàn)、1553B總線(xiàn)和ARINC664總線(xiàn)。進(jìn)一步，所述監(jiān)視單元可包括信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、通信接口模塊、直流/交流變換模塊、溫度管理模塊、電源管理模塊和傳感器激勵(lì)模塊。進(jìn)一步，所述監(jiān)視用傳感器獲取的監(jiān)視數(shù)據(jù)包括振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、壓差、脈沖、液位、滑油金屬屑、離散量等數(shù)據(jù)。通過(guò)以上對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的描述，不難看出，本發(fā)明的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)至少具有以下技術(shù)效果:1、所有要實(shí)現(xiàn)的監(jiān)視功能在獨(dú)立于EEC的EMU上實(shí)現(xiàn)，能夠滿(mǎn)足未來(lái)不斷增強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理需求，同時(shí)減少了 EEC的尺寸、重量和功能要求；2、FADEC系統(tǒng)利用EEC和EMU實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)視功能的分布式管理，有利于系統(tǒng)靈活布置；3、本發(fā)明分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)中，EEC和EMU分別采用獨(dú)立的硬件實(shí)現(xiàn)，則EEC故障或EMU故障不會(huì)影響對(duì)方正常運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性，且由于EEC應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)等級(jí)為A級(jí)和EMU應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)等級(jí)為C級(jí)或E級(jí)，將EEC和EMU分開(kāi)設(shè)計(jì)有利于降低系統(tǒng)的復(fù)雜性；4、EEC可直接與飛機(jī)通信，還可通過(guò)EMU與飛機(jī)通信；同時(shí)，EMU可直接與飛機(jī)通信，也可通過(guò)EEC與飛機(jī)通信，這增加了 FADEC系統(tǒng)的通信余度，提高了 FADEC系統(tǒng)的可靠性；5、在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式中，EEC和EMU之間采用ARINC664總線(xiàn)進(jìn)行通信，提高了控制通道與監(jiān)視通道的通信速度和可靠性。


本發(fā)明的其它特征以及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述的優(yōu)選實(shí)施方式更好地理解，其中:圖1為根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)的不意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置EMU的原理圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明又一種實(shí)施方式的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)的不意圖；圖5為圖1所示實(shí)施方式的替代實(shí)施方式，其中，EMU與發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)不直接通信；圖6為圖3所示實(shí)施方式的替代實(shí)施方式，其中，EMU與發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)不直接通信；圖7為圖4所示實(shí)施方式的替代實(shí)施方式，其中，EMU與發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)不直接通信。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)中，所有與控制有關(guān)的功能在EEC上實(shí)現(xiàn)，所有要實(shí)現(xiàn)的監(jiān)視功能則采用獨(dú)立于EEC的發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置EMU來(lái)實(shí)現(xiàn)。在飛機(jī)系統(tǒng)中，可包括各種功能模塊，例如振動(dòng)顯示(Vibration Display)模塊、ACARS模塊、風(fēng)扇配平平衡(Fan Trim Balance)模塊(用于風(fēng)扇葉片平衡計(jì)算，由航空公司根據(jù)計(jì)算結(jié)果采取相應(yīng)措施進(jìn)行故障識(shí)別和排除)、飛機(jī)服務(wù)器(Aircraft Server)模塊以及無(wú)線(xiàn)通信(Wireless Comms.)模塊等等。其中，由控制用傳感器獲取的測(cè)量信號(hào)進(jìn)入到EEC中用于發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，而監(jiān)視用傳感器獲取的測(cè)量信號(hào)(如圖2所示，例如包括振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、壓差、脈沖、液位、滑油金屬屑、離散量信號(hào)等)進(jìn)入EMU中，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣路參數(shù)、燃/滑油系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的健康監(jiān)視，同時(shí)，經(jīng)由EEC與EMU之間的連接線(xiàn)路，EEC從EMU中獲取監(jiān)視測(cè)量信號(hào)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)控制和健康監(jiān)視控制。如圖2所示，EMU為FADEC系統(tǒng)中的航線(xiàn)可更換組件，優(yōu)選采用的是單通道設(shè)計(jì)，并可包括信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、通信接口模塊、直流/交流變換模塊、溫度管理模塊、電源管理模塊和傳感器激勵(lì)模塊等等。由于FADEC系統(tǒng)對(duì)EEC的可靠性要求更高，其性能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，進(jìn)而可能導(dǎo)致災(zāi)難，因此，業(yè)內(nèi)對(duì)EEC優(yōu)選采用雙通道設(shè)計(jì)。相應(yīng)地，由于現(xiàn)有技術(shù)中，直接與飛機(jī)系統(tǒng)通信的ARINC429總線(xiàn)只能是一個(gè)信號(hào)源連接一條ARINC 429總線(xiàn)，隨著航空電子系統(tǒng)大規(guī)模綜合化要求越來(lái)越高，ARINC 429總線(xiàn)面臨著電纜重量和連接數(shù)量過(guò)多的問(wèn)題，且總線(xiàn)傳輸速率僅有l(wèi)OOKB/s。因此，根據(jù)目前飛機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)通信總線(xiàn)的要求，新型在研的飛機(jī)如B787、A380、C919等均要求其裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)采用ARINC664總線(xiàn)與飛機(jī)系統(tǒng)通信。因而，本發(fā)明中優(yōu)選將EEC雙通道分別采用雙余度ARINC664總線(xiàn)與飛機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。另外，從容易實(shí)現(xiàn)、低成本和更高總線(xiàn)傳輸速率的角度來(lái)選擇，在圖1所示的實(shí)施方式中，EEC與EMU之間采用已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)CAN總線(xiàn)(Controller Area Network,控制器局域網(wǎng))進(jìn)行通信。優(yōu)選地，根據(jù)該實(shí)施方式，EMU與飛機(jī)系統(tǒng)直接通信，并采用單余度ARINC664總線(xiàn)進(jìn)行通信。圖3示出的實(shí)施方式與圖1所示實(shí)施方式大致相同，不同之處在于:EEC與EMU之間采用1553B總線(xiàn)進(jìn)行通信。1553B總線(xiàn)作為軍用局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，性能與CAN總線(xiàn)相當(dāng)，雖然價(jià)格高，但可靠性更高，采用總線(xiàn)控制器進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，特別適合于集中控制的分布式處理系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于航空、坦克等軍用領(lǐng)域。圖4示出的實(shí)施方式與圖1或圖3所示實(shí)施方式大致相同，不同之處在于:EEC與EMU之間采用ARINC 664總線(xiàn)進(jìn)行通信。這是因?yàn)殡m然1553B總線(xiàn)可靠性高，但由于其采用總線(xiàn)控制器，這就潛在地有單點(diǎn)故障的可能性，一旦總線(xiàn)控制器失效，將造成整個(gè)總線(xiàn)系統(tǒng)的癱瘓。實(shí)際應(yīng)用中常增加一個(gè)備用總線(xiàn)，但1553B節(jié)點(diǎn)數(shù)不能超過(guò)31個(gè)，集中調(diào)度限制了系統(tǒng)升級(jí)和適應(yīng)多任務(wù)的能力。而作為新型總線(xiàn)技術(shù)，ARINC 664中沒(méi)有總線(xiàn)控制器，不存在1553B中的集中控制問(wèn)題；ARINC 664的傳輸速度可以達(dá)到lOOMbit/s甚至更高，傳輸介質(zhì)為銅制電纜或光纖；同時(shí)，ARINC 664采用接入交換和骨干交換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使它的覆蓋范圍和可以支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了 1553B總線(xiàn)。圖5至圖7示出了分別與圖1、圖3和圖4相類(lèi)似的實(shí)施方式，其中不同之處在于:EMU不直接與飛機(jī)系統(tǒng)通信，而是通過(guò)EEC傳遞給飛機(jī)系統(tǒng)。相比之下，EMU與飛機(jī)系統(tǒng)直接通信要求增加飛機(jī)通信接口，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)的通信余度得以增加；而通過(guò)EEC傳遞給飛機(jī)系統(tǒng)則要求EEC與飛機(jī)通信的總線(xiàn)性能更好，系統(tǒng)可靠性更高。在應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需求和設(shè)計(jì)成本按上述各種例示的實(shí)施方式選擇合適的通信方式和通信總線(xiàn)。以上已揭示本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)，然而可以理解，在本發(fā)明的創(chuàng)作思想下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)上述公開(kāi)的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)作各種變化和改進(jìn)，但都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。上述實(shí)施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求所確定。
權(quán)利要求
1.一種分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，其特征在于，包括硬件上相互獨(dú)立但通過(guò)連接線(xiàn)路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的控制單元和監(jiān)視單元，所述監(jiān)視單元與多個(gè)監(jiān)視用傳感器連接以獲取監(jiān)視數(shù)據(jù)，所述控制單元與多個(gè)控制用傳感器連接以獲取控制數(shù)據(jù)，并結(jié)合經(jīng)由所述連接線(xiàn)路從所述監(jiān)視單元獲取的所述監(jiān)視數(shù)據(jù)對(duì)所述航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)控制和健康監(jiān)視控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元為電子控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器為雙通道設(shè)計(jì)，并通過(guò)雙余度ARINC664總線(xiàn)與所述FADEC系統(tǒng)進(jìn)行通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視單元為發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置為單通道設(shè)計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置與所述發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)直接通過(guò)單余度ARINC664總線(xiàn)進(jìn)行通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元和所述監(jiān)視單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的連接線(xiàn)路選自CAN總線(xiàn)、1553B總線(xiàn)和ARINC664總線(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視單元包括信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、通信接口模塊、直流/交流變換模塊、溫度管理模塊、電源管理模塊和傳感器激勵(lì)模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視用傳感器獲取的監(jiān)視數(shù)據(jù)包括振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、壓差、脈沖、液位、滑油金屬屑、離散量等數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種分布式航空發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)，包括硬件上相互獨(dú)立但通過(guò)連接線(xiàn)路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的控制單元和監(jiān)視單元，所述監(jiān)視單元與多個(gè)監(jiān)視用傳感器連接以獲取監(jiān)視數(shù)據(jù)，所述控制單元與多個(gè)控制用傳感器連接以獲取控制數(shù)據(jù)，并結(jié)合經(jīng)由所述連接線(xiàn)路從所述監(jiān)視單元獲取的所述監(jiān)視數(shù)據(jù)對(duì)所述航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)控制和健康監(jiān)視控制。根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)中所有要實(shí)現(xiàn)的監(jiān)視功能在獨(dú)立于控制單元的監(jiān)視單元上實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)視功能的分布式管理，有利于系統(tǒng)靈活布置，并減少了控制單元的尺寸、重量和功能要求，提高了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)G05B19/418GK103116320SQ201110365048
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者呂曉武, 張樹(shù)彥, 殷鍇, 魯勁松, 鮑冬梅 申請(qǐng)人:中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司