一种用于评估飞机的热交换器的污染状态的方法和设备。获得与所述热交换器的操作有关的参数的训练传感器测量，并且将小波变换应用于所述训练传感器测量以获得小波数据。对所述小波数据进行数据缩减以获得指示所述训练传感器测量的代表特征。然后训练分类器来将合适的污染类别分配给所述代表特征。将所述受过训练的分类器用于来自所述热交换器的测试传感器测量以将污染类别分配给所述测试传感器测量以便评估所述热交换器的污染状态。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞机环境控制系统(ECS)并且具体地涉及用于评估ECS的热交换器的污染情况的系统和方法。
技术介绍
飞机的环境控制系统(ECS)具有两个基本功能：i)提供新鲜的客舱空气供应，并且ii)将热控制和空气压力传送到飞机客舱以便为乘务人员和乘客提供舒适感。ECS的一个部件是热交换器，所述热交换器通过对发动机排出空气进行适当冷却来保持以上两个功能。飞机热交换器可遭受由于称为污染的现象所导致的性能退化，当存在会污染热交换器翅片表面的外部物质、碎片和/或有机体的不期望的积聚时，发生所述污染。污染通过降低热效率、引起热通量减少以及增添热交换器的冷却机构上的应力来降低热交换器的性能。由于在污染发生的频率，通常安排热交换器进行定期维护，因此导致经济损失和飞机操作的不期望的中断。因此，需要开发实时诊断工具以用于对热交换器的污染进行现场检测和诊断。由于污染发生在复杂的环境中，在这些环境中，如海拔高度、环境温度以及乘客载荷的参数会变化，因此在地面上的维护操作期间诊断污染情况可能有难度。
技术实现思路
在一个方面，评估飞机的热交换器的污染状态的方法包括：获得与热交换器的操作有关的参数的训练传感器测量；将小波变换应用于
训练传感器测量以获得小波数据；对小波数据进行数据缩减以获得指示训练传感器测量的代表特征；训练分类器来将合适的污染类别分配给代表特征；以及将受过训练的分类器应用于来自热交换器的测试传感器测量以将污染类别分配给测试传感器测量以便评估热交换器的污染状态。在另一个方面，用于评估飞机的热交换器的污染状态的设备包括：热交换器的模型；一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置来获得与热交换器的模型的操作有关的参数的训练传感器测量；以及处理器，所述处理器被配置来：将小波变换应用于训练传感器测量以获得小波数据，对小波数据进行数据缩减以获得代表特征，训练分类器来将合适的污染类别分配给代表特征，并且将受过训练的分类器应用于来自热交换器的测试传感器测量以将污染类别分配给测试传感器测量以便评估热交换器的污染状态。附图说明在说明书结尾处的权利要求书中具体指出并明确要求被认为是本专利技术的主题。根据以下结合附图进行的详述，本专利技术的前述和其他特征和优点是显而易见的，在附图中：图1示出飞机的示例性环境控制系统(ECS)，可以使用本文所公开的方法对所述飞机进行诊断；图2示出适合于使用从图1的传感器获得的测量来评估ECS的污染情况的系统；图3A和图3B示出在本专利技术的一个实施方案中的示例性方法的示意图，所述示例性方法用于评估ECS的污染情况；并且图4示出用于热交换器模型的传感器数据的小波域中的各种小波表面图。具体实施方式本专利技术使用对来自ECS的模拟数据或训练数据的小波分析以及数据缩减方法来评估飞机的环境控制系统(ECS)的污染水平。本文所公开的方法使用分类器，使用从对时域测量的小波分析以及这种小波变换后的数据的数据缩减所获得的特征来训练所述分类器。分类器于是能够学习ECS的热交换器的模型在不同污染情况(包括没有污染的正常情况)下的行为。然后可将受过训练的分类器用于来自ECS的实时数据以确定ECS的污染水平。因此，本文所公开的方法可用来操作ECS并且监测且/或调节ECS的操作。图1示出飞机的示例性环境控制系统(ECS)100，可以使用本文所公开的方法对所述飞机进行诊断。ECS 100将加压的并且受热控制的空气传递到飞机的飞行客舱。ECS 100包括热交换器102、冷凝器(CND)104和空气循环机(ACM)106。热交换器102接收来自飞机发动机的排出空气以及冲压空气。在一个实施方案中，热交换器102是板翅式热交换器，所述板翅式热交换器由堆叠在彼此之上的一组平行铝板构成。这些板之间的空间主要由方形翅片室组成，所述方形翅片室用来在排出空气(热)和冲压空气(冷)之间传递热。加热的冲压空气然后通过热交换器102和ACM 106之间的第一流体线120循环，以便操作ACM 106。来自ACM 106的废流体通过第二流体线122返回到热交换器102。ACM 106是用于飞机的室内制冷单元并且使用冲压空气作为介质来冷却调节后的排出空气，所述排出空气最终用于客舱冷却。ACM106包括压缩机108、第一涡轮机110和第二涡轮机112。压缩机108用来压缩冲压空气以增加其温度和压力。第一涡轮机110和第二涡轮机112利用压缩后的冲压空气的热能来使压缩机108以及第一涡轮机110和第二涡轮机112所在的轴旋转。冷凝器104由于是用于将蒸气转换成液体的催化剂而促进热传
递。第一涡轮机110可将气体或蒸汽提供到冷凝器104以便冷凝。可将冷凝热存储在收集单元114中，所述冷凝热可从所述收集单元114循环到与冷凝器104热连通的再热器116。然后可在第二涡轮机112处使用再加热的蒸汽。热交换器102、压缩机108以及两个涡轮机110和112以各种方式退化。热交换器102由于表面污染而遭受污染。由于生物体在热交换器102的表面上的生长或者由于非生物物质(可以是有机或无机物质)的沉积，发生污染。污染的影响包括热交换器表面的污染，所述污染进而减少通过板翅片的冲压空气的流量，从而减少热传递的量。这种退化影响热交换器102的热效率以及通过热交换器102的热通量。将传感器在各种位置处连接到ECS 100以测量与ECS 100和/或热交换器102有关的各种参数。压力传感器Pin测量传到热交换器102的排出空气的输入压力。温度传感器THX1测量初级热交换器输出温度，即，从热交换器102循环到压缩机108的气体的温度。温度传感器THX2测量二级热交换器温度，即，从压缩机108循环到热交换器102的废气体的温度。温度传感器TCND测量冷凝器入口温度。温度传感器TOUT测量在ACM 106的输出处的温度。角速度传感器ωACM测量ACM 106(即，ACM 106的轴)的角速度。图2示出适合于使用从图1中的传感器获得的测量来评估ECS 100的污染情况的系统200。系统200包括控制单元202，所述控制单元202包括处理器204和存储器存储装置206。存储器存储装置206可包括非暂时性计算机可读介质，如固态存储器装置。存储器存储装置206可具有存储在其中的程序或指令208，所述程序或指令在由处理器204读取时，允许处理器204评估ECS 100的污染情况。处理器204接收从图1的传感器获得的测量并且将对ECS 100的污染情况的诊断输出到监测器210以便显示。例如，飞机的飞行员可以看见诊断，从而允许飞行员安排维护程序或者采取合适的飞行中的行动。在下文
进一步讨论本专利技术的用于评估污染情况的方法。图3A和图3B示出在本专利技术的一个实施方案中的示例性方法的示意图300，所述示例性方法用于评估ECS 100的热交换器102的污染情况。方法包括训练阶段(图3A中示出)和测试阶段(图3B中示出)。训练阶段使用一组训练传感器数据，所述训练传感器数据可以是从热交换器102的模型产生的模拟传感器数据或者来自实验室或受控设置中的热交换器102的操作的数据。训练阶段产生受过训练的分类器316，所述受过训练的分类器然后在测试阶段中与从热交换器102获得的实时传感器数据一起使用。可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种评估飞机的热交换器的污染状态的方法，其包括：获得与所述热交换器的操作有关的参数的训练传感器测量；将小波变换应用于所述训练传感器测量以获得小波数据；对所述小波数据进行数据缩减以获得指示所述训练传感器测量的代表特征；训练分类器来将合适的污染类别分配给所述代表特征；以及将所述受过训练的分类器应用于来自所述热交换器的测试传感器测量以将污染类别分配给所述测试传感器测量以便评估所述热交换器的所述污染状态。
【技术特征摘要】
2015.04.17 US 14/6894671.一种评估飞机的热交换器的污染状态的方法，其包括：获得与所述热交换器的操作有关的参数的训练传感器测量；将小波变换应用于所述训练传感器测量以获得小波数据；对所述小波数据进行数据缩减以获得指示所述训练传感器测量的代表特征；训练分类器来将合适的污染类别分配给所述代表特征；以及将所述受过训练的分类器应用于来自所述热交换器的测试传感器测量以将污染类别分配给所述测试传感器测量以便评估所述热交换器的所述污染状态。2.如权利要求1所述的方法，其中所述热交换器是包括在环境控制系统中，所述环境控制系统具有空气循环机，并且所述参数还包括以下中的至少一个：(i)热交换器输出温度；(ii)冷凝器入口温度；(iii)环境控制系统输出温度；(iv)环境控制系统输入压力；以及(v)空气循环机的角速度。3.如权利要求1所述的方法，其中所述热交换器的所述污染类别是先验已知的。4.如权利要求3所述的方法，其还包括使用模式分类算法对所述代表特征进行分类。5.如权利要求4所述的方法，其中训练所述分类器还包括应用交叉验证算法来测试所述分类器正确地对所述代表特征进行分类的能力。6.如权利要求1所述的方法，其还包括在不同的污染情况下从所述热交换器的模型获得所述训练传感器测量。7.如权利要求6所述的方法，其中训练所述分类器还包括建立污染分类种类。8.如权利要求1所述的方法，其还包括评估所述分类器的性能以减少错误报警和漏检的数目。9....
【专利技术属性】
技术研发人员：AA西尔瓦，NA纳加，S古普塔，PM德奥尔兰多，RD瓦尔萨尔，
申请(专利权)人：哈米尔顿森德斯特兰德公司，康涅狄格大学，
类型：发明
国别省市：美国;US
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