本發(fā)明大體上涉及一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。更確切地說，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)或多個(gè)變速箱的狀況的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括呈串行流順序的壓縮機(jī)段、燃燒段、渦輪機(jī)段和排氣段。在操作中，空氣進(jìn)入壓縮機(jī)段的入口，在此，一個(gè)或多個(gè)軸向壓縮機(jī)漸進(jìn)地壓縮空氣，直到氣體到達(dá)燃燒段。燃料與壓縮空氣混合并且在燃燒段內(nèi)燃燒，從而產(chǎn)生燃燒氣體。燃燒氣體從燃燒段流動(dòng)通過限定在渦輪機(jī)段內(nèi)的熱氣通道，然后經(jīng)由排氣段離開渦輪機(jī)段。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括傳輸軸和/或附件之間動(dòng)力的一個(gè)或多個(gè)變速箱。例如，渦輪機(jī)段的低壓部經(jīng)由低壓軸驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)段的低壓部。動(dòng)力變速箱或其它合適的減速箱可將動(dòng)力從低壓軸傳輸?shù)斤L(fēng)扇軸，從而驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。燃?xì)鉁u輪機(jī)中的動(dòng)力變速箱和其它變速箱可以包括各種齒輪、軸、閥、軸承、緊固件和/或其它機(jī)械部件。在此方面，需要監(jiān)控燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的各種變速箱，以確定是否必要進(jìn)行維護(hù)或修理。

可以使用一個(gè)或多個(gè)傳感器來監(jiān)控燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱的機(jī)械運(yùn)行狀況(mechanicalhealth)。在變速箱操作期間，這些傳感器記錄由變速箱操作發(fā)出的振動(dòng)聲發(fā)射(acousticemissionsofvibrations)所發(fā)射的特征頻率(即，頻譜)。當(dāng)不需要維護(hù)時(shí)，這些傳感器記錄變速箱操作期間的基線頻譜。然而，在需要維護(hù)的變速箱的操作期間，變速箱中達(dá)到維護(hù)要求的狀況(例如，磨損部件)可能產(chǎn)生突發(fā)型或連續(xù)型聲發(fā)射或振動(dòng)，或者導(dǎo)致聲發(fā)射或振動(dòng)幅度增大。這些狀況展示出不同于不需要維護(hù)的變速箱的特征頻率(“變速箱事件峰值”)。變速箱事件峰值的幅度隨時(shí)間的變化可以用于量化需要維護(hù)的程度。不幸的是，特征頻譜可從初始源開始迅速衰減。因此，通常需要將振動(dòng)傳感器定位成盡可能接近變速箱。在這方面，由于熱暴露、空間要求和電纜布線約束，振動(dòng)傳感器監(jiān)控某些變速箱和其它部件的能力受到限制。

此外，將特征頻率和振幅與其它聲發(fā)射隔離開來可能很困難。通常，由振動(dòng)傳感器產(chǎn)生的信號(hào)包含寬帶頻率內(nèi)容(即，分布在較寬頻率范圍內(nèi)的大量頻率)。特征頻率與寬帶內(nèi)容中的大量頻率相混合。在特征頻率處的變速箱事件峰值也不一定具有最高的幅度，并且通常是不明顯的。另外，發(fā)出特征變速箱頻率的其它振動(dòng)源可能導(dǎo)致誤檢測(cè)事件。例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的軸旋轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)可能導(dǎo)致這種失常。

相應(yīng)地，用于監(jiān)控變速箱的系統(tǒng)和方法能夠在不需要振動(dòng)傳感器的情況下可靠地從寬帶信號(hào)中檢測(cè)并隔離出變速箱中指示需要維護(hù)的狀況的特征頻率信號(hào)，將在技術(shù)中大受歡迎。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地在以下說明中闡明，或根據(jù)說明中的內(nèi)容來說顯而易見，或可以通過本發(fā)明的實(shí)施習(xí)得。

在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的聲信號(hào)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括發(fā)出聲信號(hào)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件。傳聲器感測(cè)聲信號(hào)并且產(chǎn)生指示聲信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)特性的傳聲器信號(hào)。控制器接收傳聲器信號(hào)并且配置成分析傳聲器信號(hào)以識(shí)別變速箱事件峰值。如果存在變速箱事件峰值，則控制器量化變速箱事件峰值的幅度?？刂破鲗⒆兯傧涫录逯档姆扰c閾值進(jìn)行比較，以確定燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件是否需要維護(hù)。

本發(fā)明的另一方面涉及一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括壓縮機(jī)段、燃燒段和渦輪機(jī)段。變速箱發(fā)出聲信號(hào)。傳聲器感測(cè)聲信號(hào)并且產(chǎn)生指示聲信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)特性的傳聲器信號(hào)?？刂破鹘邮諅髀暺餍盘?hào)并且配置成分析傳聲器信號(hào)以識(shí)別變速箱事件峰值。如果存在變速箱事件峰值，則控制器量化變速箱事件峰值的幅度?？刂破鲗⒆兯傧涫录逯档姆扰c閾值進(jìn)行比較，以確定變速箱是否需要維護(hù)。

本發(fā)明的又一方面涉及一種用于監(jiān)控燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的聲信號(hào)的方法。所述方法包括通過傳聲器感測(cè)由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件發(fā)出的聲信號(hào)。通過傳聲器產(chǎn)生指示聲信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)特性的傳聲器信號(hào)。使用控制器分析傳聲器信號(hào)以識(shí)別變速箱事件峰值。如果存在變速箱事件峰值，則通過控制器量化變速箱事件峰值的幅度。使用控制器將變速箱事件峰值的幅度與閾值進(jìn)行比較，以確定燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件是否需要維護(hù)。

技術(shù)方案1：一種用于監(jiān)控燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中聲信號(hào)的系統(tǒng)，包括：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其發(fā)出所述聲信號(hào)；

傳聲器，其感測(cè)所述聲信號(hào)并且產(chǎn)生指示所述聲信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)特性的傳聲器信號(hào)；以及

控制器，其接收所述傳聲器信號(hào)，所述控制器配置成：

分析所述傳聲器信號(hào)以識(shí)別變速箱事件峰值；

如果存在所述變速箱事件峰值，則量化所述變速箱事件峰值的振幅；以及

將所述變速箱事件峰值的所述幅度與閾值進(jìn)行比較，以確定所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件是否需要維護(hù)。

技術(shù)方案2：根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述傳聲器與所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件間隔開。

技術(shù)方案3：根據(jù)技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其中，所述傳聲器安裝至所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體。

技術(shù)方案4：根據(jù)技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其中，所述傳聲器直接安裝至所述控制器。

技術(shù)方案5：根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述傳聲器信號(hào)包括寬帶信號(hào)。

技術(shù)方案6：根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：聲共振裝置。

技術(shù)方案7：根據(jù)技術(shù)方案6所述的系統(tǒng)，其中，所述聲共振裝置直接安裝至所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件。

技術(shù)方案8：根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件包括變速箱。

技術(shù)方案9：根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器是fadec。

技術(shù)方案10：一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括：

壓縮機(jī)段；

燃燒段；

渦輪機(jī)段；

變速箱，其發(fā)出聲信號(hào)；

傳聲器，其感測(cè)所述聲信號(hào)并且產(chǎn)生指示所述聲信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)特性的傳聲器信號(hào)；以及

控制器，其接收所述傳聲器信號(hào)，所述控制器配置成：

分析所述傳聲器信號(hào)以識(shí)別變速箱事件峰值；以及

如果存在所述變速箱事件峰值，則量化所述變速箱事件峰值的振幅；以及

將所述變速箱事件峰值的所述幅度與閾值進(jìn)行比較，以確定所述變速箱是否需要維護(hù)。

技術(shù)方案11：根據(jù)技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其中，所述傳聲器與所述變速箱間隔開。

技術(shù)方案12：根據(jù)技術(shù)方案11所述的系統(tǒng)，其中，所述傳聲器與所述控制器安裝至所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體。

技術(shù)方案13：根據(jù)技術(shù)方案10所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括：聲共振裝置，其直接安裝至所述變速箱。

技術(shù)方案14：根據(jù)技術(shù)方案10所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述變速箱包括聯(lián)接低壓軸和風(fēng)扇軸的動(dòng)力變速箱。

技術(shù)方案15：一種用于監(jiān)控燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的聲信號(hào)的方法，包括：

通過傳聲器感測(cè)由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件發(fā)出的所述聲信號(hào)；

通過所述傳聲器產(chǎn)生指示所述聲信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)特性的傳聲器信號(hào)；

通過控制器分析所述傳聲器信號(hào)以識(shí)別變速箱事件峰值；

如果存在所述變速箱事件峰值，則通過所述控制器量化所述變速箱事件峰值的振幅；以及

通過控制器對(duì)所述變速箱事件峰值的所述幅度與閾值進(jìn)行比較，以確定所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件是否需要維護(hù)。

技術(shù)方案16：根據(jù)技術(shù)方案15所述的系統(tǒng)，其中所述傳聲器信號(hào)包括寬帶傳聲器信號(hào)。

技術(shù)方案17：根據(jù)技術(shù)方案16所述的方法，進(jìn)一步包括：

通過所述控制器對(duì)所述寬帶傳聲器信號(hào)進(jìn)行過濾以產(chǎn)生包括所述變速箱事件峰值的窄帶傳聲器信號(hào)。

技術(shù)方案18：根據(jù)技術(shù)方案15所述的方法，進(jìn)一步包括：

使用快速傅立葉變換分析技術(shù)通過控制器產(chǎn)生所述傳聲器信號(hào)的圖形顯示。

技術(shù)方案19：根據(jù)技術(shù)方案15所述的方法，進(jìn)一步包括：

如果所述變速箱事件峰值的所述幅度超過所述閾值，則通過所述控制器發(fā)出消息。

技術(shù)方案20：根據(jù)技術(shù)方案15所述的方法，其中所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件包括變速箱。

參考以下描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。附圖并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，展示了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，并與具體實(shí)施方式一起解釋本發(fā)明的原理。

附圖說明

本說明書參考附圖，針對(duì)所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，完整且可實(shí)現(xiàn)地揭示了本發(fā)明，包括其最佳模式，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明公開的實(shí)施例的示例性高旁通渦輪風(fēng)扇式燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性截面圖；

圖2是圖1所示的渦輪風(fēng)扇的一部分的放大截面圖，其示出了聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的某些部件的定位；

圖3是圖2中部分示出的聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖，其示出了聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的操作；

圖4是動(dòng)力變速箱的示意圖，示出了直接安裝在其上的聲共振裝置；

圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明公開的實(shí)施例的用于監(jiān)控由變速箱發(fā)出的聲信號(hào)的方法的流程圖；

圖6是由傳聲器產(chǎn)生的傳聲器信號(hào)的示例性圖形顯示，其檢測(cè)由變速箱發(fā)射的聲信號(hào)；以及

圖7是變速箱事件峰值隨時(shí)間的幅度的示例性圖形顯示。

本說明書和附圖中附圖標(biāo)記的重復(fù)使用旨在表示相同或類似的特征或元件。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的各項(xiàng)實(shí)施例，附圖中圖示本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例。每個(gè)實(shí)例均以解釋本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的方式提供。事實(shí)上，對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見的是，可以在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下對(duì)本發(fā)明做出各種修改和變化。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分進(jìn)行說明或描述的特征可用于其他實(shí)施例中，從而得到另一個(gè)實(shí)施例。因此，本發(fā)明應(yīng)涵蓋在所附權(quán)利要求書及其等效物的范圍內(nèi)的此類修改和變化。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“傳輸至”和“傳輸”是指可以通過有線方法、無線方法或其任何組合以電子方式執(zhí)行的任何類型的傳輸。在本發(fā)明的范圍內(nèi)的典型的電子傳輸可以通過各種遠(yuǎn)程電子傳輸方法來執(zhí)行，比如通過使用基于局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)(lan或wan)、基于因特網(wǎng)或基于網(wǎng)絡(luò)的傳輸方法，使用有線電視或無線電信網(wǎng)絡(luò)或任何其它合適的遠(yuǎn)程傳輸方法。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“軟件”是指任何形式的機(jī)器可讀的編程語(yǔ)言或指令(例如，對(duì)象代碼)，當(dāng)加載或以其他方式安裝時(shí)，它向能夠讀取這些指令的機(jī)器比如計(jì)算機(jī)或其他計(jì)算機(jī)程序讀取器提供操作指令。可用于本發(fā)明公開的實(shí)施例的軟件可以存儲(chǔ)或駐留在一個(gè)或多個(gè)cd-rom盤、硬盤或任何其它形式的合適的非易失性電子存儲(chǔ)介質(zhì)上，也可以從一個(gè)或多個(gè)cd-rom盤、硬盤或任何其它形式的合適的非易失性電子存儲(chǔ)介質(zhì)上加載或安裝?？捎糜诒景l(fā)明公開的實(shí)施例的軟件還可以通過下載或其他形式的遠(yuǎn)程傳輸來安裝。

本發(fā)明公開的用于監(jiān)控變速箱的系統(tǒng)和方法包括用于檢測(cè)由變速箱發(fā)射的聲信號(hào)的傳聲器(microphone)。所述傳聲器與變速箱間隔開(即，遠(yuǎn)離變速箱)。所述傳聲器產(chǎn)生指示聲信號(hào)的特性的傳聲器信號(hào)。全權(quán)數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制(fullauthoritydigitalenginecontrol)分析所述傳聲器信號(hào)以確定變速箱是否需要維護(hù)。在這方面，本發(fā)明公開的系統(tǒng)和方法在不需要振動(dòng)傳感器的情況下可靠地從寬帶聲信號(hào)中檢測(cè)并隔離出需要維護(hù)的變速箱中的狀況的特征頻率信號(hào)。

現(xiàn)在參照附圖，其中，在所有附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖1是可結(jié)合本發(fā)明所公開實(shí)施例的示例性高旁通渦輪風(fēng)扇式燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10(“渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10”)的示意性截面圖。如圖1中所示，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10限定延伸穿過其中的縱向或軸向中心線軸線12，以供參考。大體上，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10可以包括設(shè)置在風(fēng)扇段16下游的核心渦輪機(jī)或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14。

核心渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)14大體上可以包括限定環(huán)形入口20的大體呈管狀的外殼18。外殼18可以由單個(gè)殼體或多個(gè)殼體形成。外殼18包圍具有增壓器或低壓壓縮機(jī)22(“l(fā)p壓縮機(jī)22”)和高壓壓縮機(jī)24(“hp壓縮機(jī)24”)的壓縮機(jī)段、燃燒段26、具有高壓渦輪機(jī)28(“hp渦輪機(jī)28”)和低壓渦輪機(jī)30(“l(fā)p渦輪機(jī)30”)的渦輪機(jī)段以及排氣段32，它們呈串行流關(guān)系。高壓軸或線軸34(“hp軸34”)驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接hp渦輪機(jī)28和hp壓縮機(jī)24。低壓軸或線軸36(“l(fā)p軸36”)驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接lp渦輪機(jī)30和lp壓縮機(jī)22。lp軸36還可以聯(lián)接至風(fēng)扇段16的風(fēng)扇線軸或軸38(“風(fēng)扇軸”)。在一些實(shí)施例中，lp軸36可以經(jīng)由動(dòng)力變速箱或減速齒輪39(“pgb39”)以間接驅(qū)動(dòng)或齒輪驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造聯(lián)接至風(fēng)扇軸38。在替代性構(gòu)造中，lp軸36可直接聯(lián)接至風(fēng)扇軸38(即，直接驅(qū)動(dòng)構(gòu)造)。

如圖1所示，風(fēng)扇段16包括聯(lián)接至風(fēng)扇軸38并且從風(fēng)扇軸38徑向向外延伸的多個(gè)風(fēng)扇葉片40。環(huán)形風(fēng)扇殼體或外罩42周向地包圍風(fēng)扇段16和/或核心渦輪機(jī)14的至少一部分。外罩42可以由多個(gè)周向間隔開的出口導(dǎo)向葉片44相對(duì)于核心渦輪機(jī)14支承。此外，外罩42的下游段46可以包圍核心渦輪機(jī)14的外部，以限定兩者之間的旁通氣流通道48。

如圖1所示，空氣50在渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行期間進(jìn)入渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10的入口部52。空氣50的第一部分54流入旁通流動(dòng)通道48中，而空氣50的第二部分56流入lp壓縮機(jī)22的入口20中。聯(lián)接至lp軸36的lp壓縮機(jī)靜葉(statorvane)70和lp壓縮機(jī)動(dòng)葉(rotorblade)72的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)級(jí)漸進(jìn)地壓縮空氣50的通過lp壓縮機(jī)22流向hp壓縮機(jī)24的第二部分56。接下來，聯(lián)接至hp軸34的hp壓縮機(jī)靜葉74和hp壓縮機(jī)動(dòng)葉76的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)級(jí)進(jìn)一步壓縮空氣50的流經(jīng)hp壓縮機(jī)24的第二部分56。這將壓縮空氣58提供給燃燒段26，壓縮空氣58在此與燃料混合并且燃燒以提供燃燒氣體60。

燃燒氣體60流經(jīng)hp渦輪機(jī)28，在渦輪機(jī)28中，聯(lián)接至hp軸34的hp渦輪靜葉66和hp渦輪動(dòng)葉68的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)級(jí)從燃燒氣體60中提取動(dòng)能和/或熱能的第一部分。所述能量提取為hp壓縮機(jī)24的操作提供支持。燃燒氣體60隨后流經(jīng)lp渦輪機(jī)30，在lp渦輪機(jī)30處，聯(lián)接至lp軸36的lp渦輪機(jī)靜葉62和lp渦輪機(jī)動(dòng)葉64的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)級(jí)從燃燒氣體60中提取熱能和/或動(dòng)能的第二部分。所述能量提取促使lp軸36旋轉(zhuǎn)，從而為lp壓縮機(jī)22的操作和/或風(fēng)扇軸38的旋轉(zhuǎn)提供支持。燃燒氣體60隨后通過其排氣段32離開核心渦輪機(jī)14。

核心渦輪機(jī)14與渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10一起用于類似的目的，并且在陸基燃?xì)鉁u輪機(jī)、渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和無涵道風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中具有類似的環(huán)境，其中，渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣50的第一部分54與空氣50的第二部分56的比率小于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣50的第一部分54與空氣50的第二部分56的比率，無涵道風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中風(fēng)扇段16沒有外罩42。在渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和無涵道發(fā)動(dòng)機(jī)的每一者中，可以在任何軸和線軸之間包括減速裝置(例如，pgb39)。例如，pgb39可以設(shè)置在lp軸36與風(fēng)扇段16的風(fēng)扇軸38之間。

圖2和圖3示出了用于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10中的聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100。更確切地說，圖2是渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10的一部分的放大截面圖，其示出了聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100的某些部件的定位。圖3是所述聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100的示意圖，其示出了所述聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100的操作。

下面將在監(jiān)控由pgb39產(chǎn)生的聲信號(hào)104的背景下描述聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100，其中，pgb39聯(lián)接lp軸36和風(fēng)扇軸38。聲信號(hào)104是pgb39在其操作期間發(fā)射的指示需要維護(hù)的任何噪聲、振動(dòng)或其他可聽信號(hào)。然而，在替代性實(shí)施例中，聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100可以監(jiān)控由渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10中的附件變速箱(未示出)或任何其它變速箱產(chǎn)生的聲信號(hào)。此外，聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100可以監(jiān)控由具有運(yùn)動(dòng)部件(例如軸承)的任何合適部件產(chǎn)生的聲信號(hào)。

參考圖2和圖3所示，聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100包括傳聲器102，其感測(cè)由pgb39發(fā)出的聲信號(hào)104。傳聲器102將聲信號(hào)104轉(zhuǎn)換為傳聲器信號(hào)106，傳聲器信號(hào)106是指示聲信號(hào)104的各種特性(例如，頻率、幅度等)的數(shù)字或模擬電子信號(hào)。在圖2所示的實(shí)施例中，傳聲器102在hp壓縮機(jī)24的前部附近安裝至外殼18。在替代性實(shí)施例中，傳聲器102可以安裝至外罩42。然而，傳聲器102可以安裝至渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10的任何合適部件。在任何方面，傳聲器102都與pgb39間隔開。這樣，傳聲器102能夠在不與pgb39直接接觸的情況下感測(cè)由pgb39產(chǎn)生的聲信號(hào)104。傳聲器102可以是任何合適類型的傳聲器(例如，壓電傳聲器)。

在一些實(shí)施例中，聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100可以包括用來放大聲信號(hào)104的聲共振裝置128。更確切地說，在某些實(shí)施例中，傳聲器102可能定位成離pgb39太遠(yuǎn)而不能可靠地感測(cè)聲信號(hào)104。在這方面，聲共振裝置128是無源機(jī)械裝置，其在一個(gè)或多個(gè)關(guān)注的特定頻率下放大聲信號(hào)104，從而允許傳聲器102可靠地感測(cè)聲信號(hào)104。在圖4所示的實(shí)施例中，聲共振裝置128是具有錐體130的揚(yáng)聲器。在其他實(shí)施例中，聲共振裝置128可以是叉狀的或其他合適的無源機(jī)械放大器。聲共振裝置128優(yōu)選地直接安裝至如圖4所示的pgb39。盡管如此，聲共振裝置128也可以安裝在任何合適的位置。一些實(shí)施例可以包括多個(gè)聲共振裝置128，而其他實(shí)施例可以不包括一個(gè)或多個(gè)聲共振裝置128。

聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100還包括從傳聲器102接收傳聲器信號(hào)106的全權(quán)數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制器或發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元108(“fadec108”)。fadec108包括處理器110、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器112(“ram112”)和非易失性存儲(chǔ)設(shè)備114(例如，硬盤、固態(tài)硬盤等)。fadec108可以利用處理器110實(shí)時(shí)地分析傳聲器信號(hào)106并將所述分析存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備114中。替代性地，fadec108可以將傳聲器信號(hào)106傳輸至遠(yuǎn)程系統(tǒng)(例如，當(dāng)飛行器仍在空中時(shí))或存儲(chǔ)傳聲器信號(hào)106以用于稍后傳輸和/或下載至遠(yuǎn)程系統(tǒng)(例如，在飛行器已著陸之后)。在一些實(shí)施例中，傳聲器信號(hào)106可以被傳輸或下載至便攜式計(jì)算機(jī)(未示出)。

處理器110可以包括設(shè)計(jì)和編程為執(zhí)行或促使執(zhí)行本文所述功能的數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)或其它可編程邏輯器件、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或其任何組合。處理器還可以包括微處理器或上述設(shè)備的組合(例如，dsp和微處理器的組合、多個(gè)微處理器、結(jié)合dsp核心的一個(gè)或多個(gè)微處理器或任何其它此類配置)。

此外，存儲(chǔ)器裝置通常可包括存儲(chǔ)元件，所述存儲(chǔ)器元件包括，但不限于，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram))、計(jì)算機(jī)可讀非易失性介質(zhì)(例如，閃存、eeprom、nvram或fram)、光盤只讀存儲(chǔ)器(cd-rom)、磁光盤(mod)、數(shù)字多功能光盤(dvd)，和/或其他合適的存儲(chǔ)器元件。存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)可由處理器訪問的信息，包括可以由處理器執(zhí)行的指令。例如，所述指令可以是軟件或當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)促進(jìn)處理器執(zhí)行運(yùn)算的任何指令集。對(duì)于某些實(shí)施例，所述指令包括配置成操作系統(tǒng)的軟件包，以例如執(zhí)行下面參照?qǐng)D5所示的pgb39。

在圖2所示的實(shí)施例中，fadec108在hp壓縮機(jī)24的前部附近安裝至外殼18。在此實(shí)施例中，fadec108安裝在傳聲器102附近以減少電聯(lián)接fadec108與傳聲器102所需的導(dǎo)線長(zhǎng)度。實(shí)際上，在一些實(shí)施例(圖4)中，傳聲器102可直接安裝至fadec108。然而，fadec108可以安裝至風(fēng)扇殼體42或渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10中的任何其它合適的部件。

在一些實(shí)施例中，聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100可以確定lp軸36和/或風(fēng)扇軸38的旋轉(zhuǎn)速度。在這方面，圖3所示的聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100的實(shí)施例包括lp軸速度傳感器114和風(fēng)扇軸速度傳感器116，其分別測(cè)量lp軸36和風(fēng)扇軸38的旋轉(zhuǎn)速度。lp軸速度傳感器114將指示lp軸36速度的lp軸速度信號(hào)118發(fā)送至fadec108。類似地，風(fēng)扇軸速度傳感器116將指示風(fēng)扇軸38速度的風(fēng)扇軸速度信號(hào)120發(fā)送至fadec108。lp軸速度傳感器114和風(fēng)扇軸速度傳感器116可以是任何合適的傳感器(例如，基于感應(yīng)的傳感器)。

由于傳聲器信號(hào)106是寬帶信號(hào)(例如，通常從0至約4000hz)，所以通常難以或不可能直接識(shí)別其中的用于pgb39的相關(guān)變速箱事件峰值。例如，傳聲器信號(hào)106中具有最高幅度的峰值不總是變速箱事件峰值。因此，fadec108通常將寬帶傳聲器信號(hào)106過濾至可能包括變速箱事件峰值的一個(gè)或多個(gè)窄帶寬頻率。所述窄帶寬通常更便于識(shí)別和量化變速箱事件峰值。寬帶和窄帶信號(hào)的范圍可以根據(jù)諸如pgb39中的移動(dòng)部件(例如，齒輪，軸承等)數(shù)量以及l(fā)p軸36和風(fēng)扇軸38的相對(duì)速度等各種相關(guān)因素向上或向下變化。

分別指示lp軸36和風(fēng)扇軸38速度的lp軸速度信號(hào)118和風(fēng)扇軸速度信號(hào)120有助于將寬帶信號(hào)過濾至與pgb運(yùn)行狀況相關(guān)的頻率。更確切地說，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)速度變化(即，瞬態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)速度條件)期間或在發(fā)動(dòng)機(jī)速度恒定或穩(wěn)定(即，穩(wěn)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)速度條件)期間收集傳聲器信號(hào)106。在瞬時(shí)和穩(wěn)態(tài)條件下收集的傳聲器信號(hào)106的分析可以用于判定pgb39是否需要維護(hù)。所述判定通常需要在一段時(shí)間內(nèi)收集和分析傳聲器信號(hào)106，以確保關(guān)于pgb39需要維護(hù)的判定是基于足夠數(shù)據(jù)采樣的重復(fù)性客觀判定，而不是異常現(xiàn)象。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明公開的實(shí)施例監(jiān)控由pgb39產(chǎn)生的聲信號(hào)104的方法(200)。

在步驟(202)中，傳聲器102感測(cè)由pgb39發(fā)出的聲信號(hào)104。步驟(202)可以包括分別用lp軸速度傳感器114和風(fēng)扇軸速度傳感器116感測(cè)lp軸36速度和/或風(fēng)扇軸38速度。

在步驟(204)中，傳聲器102產(chǎn)生指示聲信號(hào)104的一個(gè)或多個(gè)特性(例如，頻率、振幅等)的傳聲器信號(hào)106。步驟(204)可以包括利用lp軸速度傳感器114和風(fēng)扇軸速度傳感器116分別產(chǎn)生lp軸速度信號(hào)118和/或風(fēng)扇軸速度信號(hào)120。

在步驟(206)中，fadec108接收傳聲器信號(hào)106的采樣。在一些實(shí)施例中，fadec108也可以作為步驟(206)的一部分，接收l(shuí)p軸速度信號(hào)118和風(fēng)扇軸速度信號(hào)120的采樣。

在步驟(208)中，fadec106執(zhí)行初始查詢以判定采樣是否是在適當(dāng)?shù)乃矐B(tài)條件下獲得的。如果采樣不是在適當(dāng)?shù)乃矔r(shí)條件下獲得的(即，步驟(208)中“合格瞬態(tài)？”的答案為“否”)，則fadec108在步驟(210)中執(zhí)行另一詢問以判定所述采樣是否是在適當(dāng)?shù)姆€(wěn)態(tài)條件下獲得的。如果采樣是在適當(dāng)?shù)乃矔r(shí)條件下獲得的(即，步驟(208)中對(duì)“合格瞬態(tài)？”的答案為“是”)，則fadec108根據(jù)步驟(214)處理所述采樣，詳情如下。如果采樣不是在適當(dāng)?shù)姆€(wěn)態(tài)條件下獲得的(即，步驟(210)中“合格穩(wěn)定狀態(tài)”的答案為“否”)，則fadec108將不在步驟(214)中進(jìn)一步處理采樣，因?yàn)樗霾蓸訉⒉荒芴峁┛煽炕蚩杀容^的結(jié)果。如果采樣是在適當(dāng)?shù)姆€(wěn)態(tài)條件下獲得的(即，步驟(210)中“合格穩(wěn)定狀態(tài)？”的答案為“是”)，則fadec108根據(jù)步驟(212)進(jìn)一步處理所述采樣。

在步驟(212)中，fadec108使用快速傅里葉變換(“fft”)分析技術(shù)分析采樣以產(chǎn)生傳聲器信號(hào)106的頻譜或圖形顯示。寬帶周期信號(hào)比如傳聲器信號(hào)106通常包括來自許多頻率的貢獻(xiàn)。fft分析提供了寬帶信號(hào)內(nèi)存在的各個(gè)頻率的頻譜并且指示每個(gè)頻率的貢獻(xiàn)的強(qiáng)度。

通常，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10的正常fft包括可預(yù)測(cè)的內(nèi)容，比如對(duì)應(yīng)于lp軸36和風(fēng)扇軸38速度的頻率的整數(shù)和特定非整數(shù)諧波，以及固定頻率現(xiàn)象?；谧兯傧涞膸缀涡螤詈洼S速度，一個(gè)或多個(gè)特征頻率通常是可預(yù)測(cè)的。然而，特征頻率可能由于齒輪磨損或pgb39中的其它情況而變化。此外，特征頻率可以包含幅度高于主特征頻率的頻率邊帶。這樣，通常有必要評(píng)估特征頻率范圍，所述特征頻率范圍包括特征頻率以及預(yù)期的變化和可能的邊帶。然后提取fft的在特征頻率范圍內(nèi)的部分用于進(jìn)一步評(píng)估。圖6示出了示例性fft的圖形顯示，其中，具有以122指示的最高幅度的峰對(duì)應(yīng)于變速箱事件峰值。然而，并非總是如此。

在這方面，fadec108在步驟(216)中對(duì)寬帶傳聲器信號(hào)106進(jìn)行過濾以產(chǎn)生包括一個(gè)或多個(gè)變速箱事件峰值的窄帶傳聲器信號(hào)。更確切地說，在變速箱事件峰值的幅度低于其他頻率分量的情況下，fadec108將變速箱事件峰值與其他頻率隔離。相應(yīng)地，fadec108在步驟(216)中從fft中去除或過濾掉所有與pgb39無關(guān)的可預(yù)測(cè)內(nèi)容(例如，與lp和風(fēng)扇軸速度對(duì)應(yīng)的頻率的整數(shù)和特定非整數(shù)諧波、固定頻率現(xiàn)象等)，以提供包括變速箱事件峰值頻率的窄帶寬頻率范圍。

在步驟(216)中濾除已知的與變速箱無關(guān)的頻率之后，fadec108在步驟(218)中分析窄帶傳聲器信號(hào)以識(shí)別一個(gè)或多個(gè)變速箱事件峰值。fadec108然后在步驟(220)中測(cè)量特征頻率范圍中的最高剩余峰值的幅度和頻率，以確定變速箱事件峰值的幅度。步驟(220)可以包括將幅度記錄為變速箱事件峰值，將頻率記錄為特征頻率。在量化變速箱事件峰值的幅度之后，fadec108可以匯編量化結(jié)果并且將量化結(jié)果存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置114中。

在步驟(222)中，fadec108將變速箱事件峰值的幅度與閾值進(jìn)行比較，以判定pgb39是否需要維護(hù)。在一個(gè)實(shí)施例中，fadec108判定變速箱事件峰值的幅度是否以恒定的特征頻率達(dá)到或超過閾值預(yù)定次數(shù)。這通常包括示出總是達(dá)到或超過所述閾值的反復(fù)判定。如果總是達(dá)到或超過閾值頻率標(biāo)準(zhǔn)(即，步驟(222)的答案為“是”)，則在步驟(224)中發(fā)出消息(例如，警報(bào))，以采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作(例如，維護(hù)或修復(fù)pgb39)。如果沒有總是達(dá)到或超過閾值頻率標(biāo)準(zhǔn)(即，步驟(222)的答案為“否”)，則方法(200)在步驟(212)中終止。如果需要，根據(jù)步驟(224)中的維護(hù)需要的程度，fadec108可以包括用于不同級(jí)別的消息(例如，報(bào)警)的多個(gè)步驟。

通常，fadec108分析方法(200)中的許多采樣，以獲得在一段時(shí)間內(nèi)變速箱事件峰值的幅度值的曲線圖。圖7示出了示例性圖形曲線，其包括各種閾值標(biāo)準(zhǔn)線，以指示需要維護(hù)的程度、適當(dāng)?shù)木S護(hù)動(dòng)作以及何時(shí)應(yīng)該執(zhí)行所述動(dòng)作。例如，由124表示的線代表警告閾值(例如，pgb39可能需要相對(duì)較快地維護(hù)或修理)，而由126表示的線表示警報(bào)閾值(例如，pgb需要立即維護(hù)或修理)。事實(shí)上，隨時(shí)間繪制幅度值可以對(duì)變速箱維護(hù)趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)控，從而提供關(guān)于何時(shí)采取適當(dāng)校正動(dòng)作的充分警告。

如上面的詳細(xì)討論，fadec108監(jiān)控pgb39的狀況并且判定何時(shí)建議或立即需要維護(hù)或修理。在一些實(shí)施例中，fadec108可以在步驟(224)中顯示消息，指示是否已經(jīng)達(dá)到或超過用于執(zhí)行特定維護(hù)操作的閾值。fadec108還可以發(fā)出已收集或處理的數(shù)據(jù)(例如，傳聲器信號(hào)106)已經(jīng)被下載或發(fā)送至另一系統(tǒng)(例如，便攜式計(jì)算機(jī))的消息。替代性地，fadec108僅可存儲(chǔ)所收集或處理的數(shù)據(jù)(即，如步驟(108)中那樣)。隨后可以下載或發(fā)送所收集或處理的數(shù)據(jù)以用于進(jìn)一步分析，以判定潛在的趨勢(shì)，從而預(yù)測(cè)何時(shí)可能達(dá)到或超過閾值標(biāo)準(zhǔn)(即，步驟(218))以及何時(shí)應(yīng)該發(fā)出一個(gè)或多個(gè)級(jí)別的維護(hù)或維修信息(即，步驟(220))。例如，維護(hù)人員可以將收集或處理的數(shù)據(jù)下載至便攜式計(jì)算機(jī)以便在其上進(jìn)行分析。維護(hù)人員可以將此數(shù)據(jù)與從其他fadec下載的其他數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以比較不同飛行器或發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)需求。通過比較來自多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)和/或飛行器的數(shù)據(jù)，維護(hù)人員可能能夠更好地預(yù)測(cè)維護(hù)需求。

聲信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)100可以包括可下載或可安裝的軟件，以在fadec108上安裝和使用來執(zhí)行方法(200)。所述軟件可以隨附或關(guān)聯(lián)一套關(guān)于在fadec108上下載或安裝所述軟件并且/或者結(jié)合fadec108使用所述軟件的說明，所述說明寫在或打印在一張或多張紙上、多頁(yè)手冊(cè)中、用于遠(yuǎn)程下載或安裝該軟件的位置(例如，基于服務(wù)器的網(wǎng)站)中、提供或銷售該軟件的包裝上或內(nèi)部以及/或者從中加載或安裝軟件的電子介質(zhì)(例如，cd-rom磁盤)上，或者適用于提供關(guān)于如何加載、安裝和/或使用該軟件的說明的任何其他合適方法。

雖然在監(jiān)控飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的變速箱是特別有用的，但是本發(fā)明公開的方法和系統(tǒng)也可以用于監(jiān)控安裝在與其他機(jī)器比如蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、直升機(jī)變速箱、燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)、泵、電動(dòng)機(jī)、往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)等一起使用的旋轉(zhuǎn)軸上的變速箱和其他裝置，其中傳聲器定位成遠(yuǎn)離被監(jiān)控的變速箱。

本說明書使用各個(gè)實(shí)例來揭示本發(fā)明，包括最佳模式，同時(shí)也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的可獲專利范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括所屬領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其他實(shí)例。如果其他此類實(shí)例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實(shí)例包括的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義無實(shí)質(zhì)差別，則此類實(shí)例也屬于權(quán)利要求書的范圍。