用于飞行器发动机的排放的机载箱的制作方法

用于飞行器发动机的排放的机载箱
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发明背景
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本公开涉及航空推进的领域，并且尤其是飞行器发动机的机载排放贮存器。
[0003]
在本公开的上下文中，“飞行器发动机”是指飞行器机载的用于飞行推进的推进器，尤其是燃气涡轮发动机，诸如举例而言涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机，但也包括活塞式发动机或电动机。
[0004]
通常，飞行器发动机包括经受高机械和热应力的活动部件。因此，通常重要的是为发动机的某些元件，特别是旋转轴支承轴承提供润滑液。另外，飞行器发动机还可包括液压致动器，其尤其可以将燃料用作液压流体和/或润滑剂。这些流体的一部分可以通过蒸发或流体流动而逃逸，并且代表可能的环境污染源。因此，为了减少或避免这种污染，特别是在国际专利申请公开wo2015/082833a1中，已经提出了机载贮存器，用于接收从发动机排出的流体，并容纳它们直到它们可控的排空。
[0005]
另外，为了监测发动机的状况，特别是其润滑液的状况，已知要对这种润滑液进行分析。然而，这通常需要收集发动机的润滑液的样本，并将其运送到分析设备上，这在发动机由飞行器机载携带时可能是困难的。
[0006]
最后，也知道将润滑液质量传感器直接集成到飞行器的润滑回路中。然而，由于需要保持润滑液在该回路中的循环，这一集成可能是困难的。
[0007]
发明的目标和概要
[0008]
本公开旨在通过以下来纠正这些缺点：提出了一种飞行器机载发动机排放贮存器，其允许借助于其工作流体的质量对发动机的状况进行持续监测(即使在飞行中)，具有准确性并且不干扰发动机内的这些流体的循环。
[0009]
根据第一方面，这一目标能够被实现是因为以下事实：该机载贮存器的至少一个第一隔室，其包括用于接收从发动机排出的流体的第一入口通道和第一可闭合排空通道，还包括用于检测从发动机排出的流体的至少一个质量参数的第一质量传感器组装件。该第一质量传感器组装件尤其可以包括光学传感器和/或声学传感器。这一光学或声学传感器可被配置成在一个或多个波长上测量机载贮存器中包含的流体的透射、吸收、反射和/或折射，特别是为了表征机载贮存器中该流体的成分、倾析和/或分层。此外，第一质量传感器组装件还可以包括电导传感器，特别是有助于检测从发动机排出的流体中的水和/或其他污染物。
[0010]
由于在机载贮存器的第一隔室中安装了第一质量传感器组装件，因此至少借助于从发动机自然排出的流体的质量来监测发动机的状况(并且尤其是但不仅是其润滑液的状况)是可能的，这因此无需进一步干扰发动机内的工作流体的循环。
[0011]
另外，第一隔室可以包括用于检测第一隔室中的流体液位的第一液位传感器。因此，不仅监测排出流体的质量，还监测其数量是可能的，从而允许标识其在发动机内的循环中的可能堵塞和/或泄漏，并可能触发超过预定流体液位的第一隔室的排空。
[0012]
贮存器还可以包括至少一个附加传感器，该传感器可以位于第一隔室外部，并且尤其是其上游，并且可以例如包括尤其是为了用于检测水和/或表征从发动机排出的流体
中悬浮的固体颗粒的粘度传感器和/或铁磁颗粒传感器。
[0013]
为了还避免第一隔室中的流体液位变得过高，第一隔室还可以包括第一溢流管。
[0014]
除了第一隔室，机载贮存器还可以包括至少一个第二隔室，该第二隔室具有用于从发动机排出的流体的第二入口通道、第二可闭合排空通道以及用于从发动机排出的流体的第二质量传感器组装件。因此，分开地接收和监测通过第一入口通道接收的流体和通过第二入口通道接收的流体是可能的，这些流体可以是不同类型的(例如，润滑剂和燃油)或来源于发动机的不同部分。第二质量传感器组装件的传感器也可以在前面针对第一质量传感器组装件提及的类型中选择，并且第二隔室还可以进一步包括其自身的液位传感器和/或溢流管。此外，机载贮存器还可以包括另一隔室，该另一隔室在第一和第二隔室的下游连接到第一和第二可闭合排空通道。因此，在对第一和第二贮存器中的流体进行单独分析后，可以将这些流体排空到这一另一隔室，将其存储直到可能的排空和/或用另一质量传感器组装件进行其他分析，其还可以包括在前面针对第一质量传感器组装件提及的类型中选择的一个或多个传感器，并且该另一隔室还可以进一步包括其自身的液位传感器、溢流管和/或可闭合排空通道。
[0015]
本公开的第二方面涉及一种用于监测飞行器发动机的流体的方法，包括将流体从发动机排放到机载贮存器的第一隔室的步骤，包括借助于至少一个第一入口通道将发动机中的流体排放到机载贮存器的第二隔室的步骤，借助于第一质量传感器组装件检测排放至机载贮存器的第一隔室的流体的至少一个质量参数的步骤，以及借助于第一可闭合排空通道排空机载贮存器的第一隔室的步骤。
[0016]
附图简述
[0017]
在阅读以下以非限制性示例的方式示出的实施例的详细描述之后，本发明将被更好地理解并且其优点将更加清楚地显示。该描述参考附图，附图中：
[0018]-图1示意性地解说了根据一个实施例的配备有带机载流体排放贮存器的航空发动机的飞行器，
[0019]-图2是图1的机载贮存器的示意解说，
[0020]-图3是根据第二实施例的机载贮存器的示意解说。
具体实施方式
[0021]
图1解说了配备有两个发动机101的飞行器100，这两个发动机尤其可以是燃气涡轮发动机，并且更具体而言是涡轮风扇发动机。如在所解说的实施例中，这两个发动机101中的每一者可配备有机载排放贮存器10，旨在接收从发动机101排出的流体，诸如举例而言，从发动机101的旋转轴支承轴承逸出的润滑剂和/或从发动机101的燃料供应回路和/或从使用这种燃料作为液压流体的致动器逸出的燃料。因此，这一贮存器10可以允许避免这些流体以不受控的方式逸出发动机外部，并且因此构成环境污染源。
[0022]
为此，贮存器10可以位于发动机101的下方，在其周围的机舱102中，并且具有第一隔室11，该第一隔室11例如在其顶点处具有用于从发动机101排出的流体的第一入口通道12。因此，从发动机101逸出并在重力作用下滴流入机舱102内的流体可通过这一第一入口通道12流入第一隔室11，该第一隔室可以是贮存器10的唯一隔室，如图2中所解说的。
[0023]
为了确保其受控排空，贮存器10还可以具有例如在第一隔室11底部的第一排空通
道13。该第一排空通道13还可以具有阀14，其具有连接至用于命令第一排空通道13的打开和关闭的控制单元50的致动器15。然而，可以替换地通过其他手段(诸如举例而言，简单的塞子)来获得第一排空通道13的关闭以将排出的流体保留在第一隔室11中。另外，为了避免第一隔室11的不受控的溢流，这还可以包括溢流管16。
[0024]
从发动机101排放到贮存器10中的流体的接收提供了借助于这些流体持续监测发动机101的状况的机会：事实上，其性质和其体积两者都可以指示这一状况。为了利用这一点，如在所解说的示例中，第一隔室11还可以不仅包括检测第一隔室中的流体液位并且因此检测从发动机101排出的流体量的第一液位传感器18，还包括检测从发动机101排出的流体的至少一个质量参数的第一质量传感器组装件17。第一流体质量传感器组装件16尤其可以包括电导传感器、以及光学传感器和/或声学传感器。光学或声学传感器可被配置成在一个或多个波长上测量机载贮存器中包含的流体的透射、吸收、反射和/或折射，尤其是为了表征机载贮存器中该流体的成分、倾析和/或分层。此外，位于第一隔室11中的第一液位传感器18和第一质量传感器组装件17可由至少一个附加传感器19来补充，诸如举例而言，位于第一隔室11外部并且尤其位于其上游的粘度传感器和/或铁磁颗粒传感器，诸如举例而言，在第一入口通道12中，与流体的动态流接触。无论怎样，也可以构想将粘度和/或铁磁颗粒传感器集成到第一隔室11中的第一质量传感器组装件17中或集成到附加于第一隔室11上的管道中。粘度传感器例如可以是电容式传感器。
[0025]
第一液位传感器18、第一质量传感器组装件17和至少一个附加传感器19可被连接到控制单元50。控制单元50可被配置成基于由第一液位传感器18、由第一质量传感器组装件17以及由至少一个附加传感器19检测到的数据来不仅确定从发动机101排出的流体的质量，还确定其物理和/或化学特性，尤其是其悬浮污染物含量，包括水和/或颗粒物。此外，控制单元50可以包括用于存储这些数据并且被集成到和/或连接到飞行器100上机载的和/或位于地面上的发动机101的预后和健康管理(phm)系统150的集成存储器，从而允许取决于从发动机101排出的流体量及其物理和/或化学特性(如由控制单元50基于由液位传感器18、由第一质量传感器组装件17、以及由至少一个附加传感器19检测到的数据来确定的)，连同或结合其它因素来执行对发动机101的诊断以指导其预测性维护。预后和健康管理系统150尤其可以被配置成诊断发动机101内的密封故障和/或发动机101的活动部件的过度磨损，并且可能取决于该诊断来推荐立即或推迟的维护或检查操作和/或允许飞行器100起飞。
[0026]
因此，在操作中，从发动机101排出的流体在重力作用下可通过至少一个排放通道滴流入机舱102内直至第一入口通道12，它们通过该第一入口通道进入到机载贮存器10的第一隔室11。在该第一隔室11中，流体的至少一个质量参数，诸如举例而言其浊度和/或电导率，可以由第一质量传感器组装件17检测并传送到控制单元50。流体的至少一个其他附加质量参数，诸如举例而言其粘度或铁磁颗粒的存在，可以借助至少一个附加传感器19来检测并且也被传送到控制单元50。此外，还可以借助于第一液位传感器18检测第一隔室11中的液位并也将其传送到控制单元50。对第一隔室中的液位的这一测量可定期执行，以便确立流体随时间排出的体积流速。然后，可以在控制单元50中评估由第一质量传感器组装件17、至少一个附加传感器19和/或第一液位传感器18获得的数据，以确定流体的物理和/或化学特性，并且尤其是其悬浮污染物含量，包括水和/或颗粒物。然后，该信息可被传送到
预后和健康管理系统150，以便允许对发动机101的状况进行持续监测(甚至在飞行中)，并指导其预测性维护。
[0027]
因此，例如，由第一质量传感器组装件17检测到的数据可能与由至少一个附加传感器19检测到的数据相组合，可以允许标识从发动机101排出的流体中的润滑剂、燃料和水的比例。控制单元50通过将这些比例乘以可从由液位传感器18检测到的数据推断出的排出流体的总体积，可以获得从发动机101排放到第一隔室11的润滑剂、燃油和水的总体积。作为检测到排放系统中的润滑剂量过大的结果，发动机101的润滑部分的密封故障(它尤其会影响从发动机101收集的用于飞行器座舱的增压系统的空气质量)可由预后和健康管理系统150来诊断。另一方面，检测到排出的流体中的燃料量过大可允许预后和健康管理系统150诊断燃料供应回路和/或使用燃料作为液压流体的致动器中的密封故障。由第一质量传感器组装件17检测到的数据可能与由至少一个附加传感器19检测到的数据相组合，还可以允许标识从发动机101排放到第一隔室11的流体中的固体颗粒的数量和类型，尤其是区分铁磁颗粒和富含碳的颗粒。因此，作为借助于第一质量传感器组装件17和/或附加传感器检测到尺寸超过预定阈值的过量铁磁颗粒的结果，预后和健康管理系统150能够诊断出过度磨损，而作为检测到同一排放流体中的过量富含碳的颗粒的结果，发动机101的燃烧室内的不良燃烧可由预后和健康管理系统150来诊断出。作为这些诊断的结果，预后和健康管理系统150还可以取决于该诊断来推荐立即或推迟的维护或检查操作和/或允许飞行器100起飞。
[0028]
最后，例如当飞行器10在地面排空站时，第一排空通道13的阀14的打开可以由控制单元50来命令，以便允许第一隔室11的受控排空。然而，在不具有溢流管的替代实施例中，也可以构想响应于来自第一液位传感器18的信号而激活该打开和排空，该信号指示第一隔室11中的排出流体过多。
[0029]
尽管在图2中解说的实施例中，第一隔室11是机载贮存器10的唯一隔室，但也可以设想将该机载贮存器10分为若干隔室11、21、31、41，如在图3中解说的示例中，尤其是用于在不同的隔室11、21、31中通过单独的进口通道12、22、32接收从发动机101的若干不同部分(例如通过单独的排空管道)排出的流体，以便借助于质量传感器组装件17、27、37、附加传感器19、29、39和相应的液位传感器18、28、38分开地检测从发动机101的这些部分中的每一部分排出的流体的体积和至少一个质量参数，以便向控制单元50传送关于发动机101的状况的更准确数据，用于其预后和健康管理。如在所解说的实施例中，机载贮存器10的第一、第二和第三隔室11、21、31中的每一者都可以类似于图2中解说的实施例的第一且唯一的隔室11，并且因此包括其自身的进口通道12、22、32，带有阀14、24、34的排空通道13、23、33，以及致动器15、25、35，溢流管16、26、36，质量传感器组装件17、27、37和液位传感器18、28、38。如所解说的，附加传感器19、29、39(诸如举例而言，粘度传感器和/或铁磁颗粒传感器)也可以分别与隔室11、21、31中的每一者相关联，并安装在它们的外部，尤其是这些隔室11、21、31中的每一者的上游，例如在它们各自的进口通道12、22、32中，或者替换地在下游，在相应的排空通道13、23、33中。然而，如在图1所示实施例的上下文中所解释的，也可以设想将粘度和/或铁磁性颗粒传感器集成到第一、第二和第三质量传感器组装件17、27、37中的第一、第二和第三隔室11、21、31中，或在附加到每一隔室的管道中。每一致动器15、25、35，质量传感器组装件17、27、37，附加传感器19、29、39和液位传感器18、28、38可被连接到控制单元
50。
[0030]
控制单元50可以被配置成基于由第一液位传感器18、由第一质量传感器组装件17和由至少一个附加传感器19检测到的数据来不仅确定从发动机101的不同部分排放到不同的相应隔室11、21、31的流体量，还确定排到每一隔室11、21、31的流体的物理和/或化学特性，并且尤其是其悬浮污染物含量，包括水和/或颗粒物。与图1的示例类似，该替换示例中的控制单元50还可以包括用于存储这些数据并且被集成到和/或连接到飞行器100机载携带和/或位于地面上的发动机101的预后和健康监测系统150中的集成存储器，从而允许对发动机101进行诊断以取决于从发动机101的每一部分排放到贮存器10的每一隔室11、21、31的流体的数量和物理和/或化学特性(如由控制单元50基于由液位传感器18、28、38，由质量传感器组装件17、27、37和由附加传感器19、29、39检测到的数据单独或结合其他因素所确定的)来指导其预测性维护。预防和健康监测系统150尤其可以被配置成诊断发动机101的特定区域中的活动部件的密封故障和/或过度磨损，并且可能取决于该诊断来推荐立即或推迟的维护或检查操作和/或允许飞行器100起飞。
[0031]
另外，如所解说的，除了这些并行布置的第一、第二和第三隔室11、21、31外，贮存器10还可包括以如下方式布置在其下游的附加隔室41：所有排空通道13、23、33(如第一、第二和第三隔室11、21、31的溢流管16、26、36)进入该附加隔室41。如所解说的，该附加隔室41还可以具有带阀44和致动器45的排空通道43、溢流管46、质量传感器组装件47和液位传感器48。附加隔室41的致动器45、质量传感器组装件47和液位传感器47也可以被连接到控制单元50。
[0032]
因此，在操作中，从发动机101的不同部分排出的流体在重力的作用下通过独立的排放管滴流入机舱102内直至入口通道12、22和32，并通过这些通道进入机载贮存器10的相应隔室11、21、31。在这些第一、第二和第三隔室11、21和31中的每一者中，至少一个质量参数(诸如举例而言，源自发动机不同部分的流体的电导率)可以借助相应的质量传感器组装件17、27、37来检测并传送到控制单元50。排放到每个隔室11、21、31的流体的至少一个其他附加质量参数(诸如举例而言，其粘度或是否存在铁磁颗粒)可以借助于附加传感器19、29、39来被检测并且也可以被传送到控制单元50。此外，第一、第二和第三隔室11中的每一者中的液位也可以借助相应的液位传感器18、28、38来检测并也被传送到控制单元50。第一、第二和第三隔室中的液位测量可以定期进行，以确立发动机各部分随时间排出的流体的体积流速。因此，由质量传感器组装件17、27、37，附加传感器19、29、39和/或液位传感器18、28、38获得的数据随后可以在控制单元50中被评估以确定其物理和/或化学特性，尤其是其悬浮污染物含量，包括水和/或颗粒物。然后，该信息可被传送到预后和健康管理系统150，以便允许对发动机101的不同部分的状况进行持续监测(即使是在飞行中)，并指导其预测性维护，类似于针对图1的示例所描述的情况。
[0033]
第一、第二和第三排空通道13、23、33的每个阀14、24、34的打开可由控制单元50定期命令以将第一、第二和第三隔室11、21、31中包含的排出流体排空到附加隔室41，从而防止其溢流。溢流管16、26、36在任何情况下都可以防止这种溢流，即使排至第一、第二或第三隔室11、21、31中的一者的流体液位过高以至于在命令打开相应的阀14、24、34之前充满。然而，在其中第一、第二或第三隔室11、21、31不具有溢流管的替代实施例中，也可以构想响应于相应的液位传感器18、28、38的指示相应的隔室11、21、31中排出的流体过多的信号来激
活这一打开和排空。
[0034]
通过排空通道13、23、33或溢流管16、26、36离开第一、第二和第三隔室11、21、31中的每一者的流体可被接收到附加隔室41中，该附加隔室41具有更大的容量用于容纳所有排出的流体，直到下一次在地面上排空机载贮存器10。同样在该附加隔室41中，流体的至少一个质量参数(诸如举例而言其浊度和/或电导率)可以被质量传感器组装件47检测并被传送到控制单元50。此外，附加隔室41中的液位也可以由液位传感器48检测，并且也可以传送到控制单元50。还可以定期对附加隔室中的液位进行测量以便确立随时间排出的流体的体积流速。因此，由质量传感器组装件47和/或液位传感器48获得的数据也可以在控制单元50中进行评估，并传送到预后和健康管理系统150，以有助于对发动机101的状况进行持续监测。
[0035]
最后，例如当飞行器10在地面上的排空站时，控制单元50可以命令排空通道13、23、33、43的阀14、24、34和44的打开，以便允许机载贮存器10的所有隔室11、21、31和41的受控排空。然而，在附加隔室41不具有溢流管46的替换实施例中，也可以构想响应于来自液位传感器48的、指示附加隔室41中的排出流体的过高液位的信号来命令阀44打开并从而激活附加隔室41的排空。
[0036]
虽然参考特定示例性实施例描述了本发明，但明显的是，可以执行对这些实例的不同更改和变更而不背离由权利要求书限定的本发明的一般范围。另外，提及的不同的实施例的个体特征可被组合到附加实施例中。因此，说明书和附图必须以解说性的而不是限制性的意义来考虑。