[发明专利]用于环境排放控制和飞机联网的无线发动机监控系统

说明书

用于飞机发动机的无线发动机监控系统包含外壳和接收发动机数据的无线收发器，所述发动机数据包含与环境发动机排放物有关的发动机数据。处理器处理所述发动机数据，且在所述环境发动机排放物超过阈值时产生警报。

技术领域

本发明涉及飞机发动机和相关组件的实时监控，且更确切地说，本发明涉及用于飞机传感器联网的无线发动机监控系统，其符合排放标准且确定飞机发动机的维护计划表。

背景技术

Harris公司开发一种无线发动机监控系统(WEMS)模块，所述模块实时监控飞机发动机，而不用借助与许多飞机系统介接的较大地面数据链路单元。在共同转让的第6,943,699号；第7,456,756号；第7,595,739号；第7,755,512号；和第9,026,336号美国专利案中揭示WEMS模块；其揭示内容以全文引用的方式并入本文中。在一个实例中，WEMS模块将其发动机数据发射到座舱无线LAN单元(CWLU)以供驾驶舱进一步处理，或经由卫星发射到基于地面的发动机服务提供商。

在一个实例中，WEMS模块介接到全权数字发动机控制器(FADEC)/发动机控制单元(ECU)，且安装于发动机上，且可通过记录数百个发动机参数(取样频率例如为一秒或更小)，记录、存储、加密和发射“完整飞行”发动机数据。其具有优选的共形天线和RF收发器使用RF/802.11/蜂窝技术下载(和上传)数据，所述技术包含其它扩频技术(如非限制性实例)。

这种使用WEMS模块收集和存储“完整飞行”发动机数据的行为允许对发动机进行高级预测和诊断，且增加发动机“在翼时间”(TOW)，并降低发动机每小时的维护费用(MCPH)。在一个实例中，使用RF/(802.11)扩频/蜂窝信号将WEMS数据下载到机场服务器以供处理，和/或经由因特网、PSTN、蜂窝或其它通信网络传输到另一工作站以用于进行飞行后分析。也可将数据上传到WEMS模块，所述WEMS模块包含用于机载处理的算法。WEMS模块提供直接安装于发动机上的自动无线解决方案，其利用很大的兆字节文件记录大涡轮发动机和小涡轮发动机两者的完整飞行发动机数据，且使用高速数据链路进行提取。

近来，联邦航空管理局(FAA)同航空公司合作，以识别从飞机发动机排放的污染物，且研究其对环境和气候改变的影响。飞机发动机会排放二氧化碳(CO₂)、水蒸汽(H₂O)、氮氧化物(例如一氧化氮或二氧化氮)、硫氧化物、一氧化碳(CO)、部分燃烧或未燃尽的碳氢化合物(HC)、颗粒物质(PM)和其它化合物和污染物。许多这些化合物和污染物由飞机在靠近地球表面处(例如小于地平面上方3,000英尺)排放。在飞机发动机以其最低燃烧效率操作时，例如在开始起飞或着陆，轮子还在地面上时，会生成过量的一氧化碳和一些碳氢化合物。较大数量的飞机发动机排放物和污染物在机场排放，或就在着陆后或着陆前在机场排放。出于此原因，许多民用航空当局要求监控这些飞机发动机排放物。一些国家甚至建议，对飞机在其领域所排放的污染物超过阈值的飞机公司罚款。

与降低飞机排放物的这些问题有关的是飞机内容纳的众多传感器的安全相关应用，且确保在紧急情况下的冗余操作。飞机具有冗余布线，这会给飞机增重，从而又使从飞机发动机排放的污染物增加。由于大量冗余电线的存在，这又形成了一种故障点。出于所述原因，无线航空电子设备内部通信(WAIC)系统已发展出新的标准，其允许无线电台在单个飞机上的两个或大于两个点之间通信，同时也与飞机中的集成无线和/或安装组件(例如无线传感器)通信。WAIC是基于短程无线电技术，其距离通常小于100米，且低速率数据通信具有10毫瓦的低发射功率电平，且高速率数据应用具有50毫瓦的发射功率电平。WAIC系统提供相异的冗余、更少电线，且连接器接脚故障降低。这些系统也降低断裂绝缘和破损导体的风险，且准许在与无线传感器通信的网关网络节点(包含显示器和激励器)之间联网，且提供有线连接器失效的紧急情况下的通信冗余。布线的减少和所得飞机重量的减少也使得能够燃烧较少燃料，从而有助于减少排放物，并符合一些管辖区所要求的更严格的环境标准和阈值。WAIC系统也可通过减少老化布线数量，简化和减少飞机布线的寿命周期成本并利用新无线传感器从飞机系统和表面获得更多数据，来增加可靠性。