(57)【要約】  開示事項はガス・タービン・エンジンの振動レベルをモニタリングするシステムと方法である。振動モニタリング・システムは、診断と予知の両方に役立つ形態で、エンジン構成部材の安定度を決定するために、エンジンから振動データを得て、データを高等アルゴリズムで処理する。この方法は、作動期間中の複数の回転構成部材に関する作動パラメーターとこれに対応する１組の振動振幅とを測定する工程と、設定された振幅限界を基礎にした、その組の測定された振動振幅をモニタリングする工程とを含む。その組の基準化された振幅データ・ポイントがパラメーター・ベースのデータ・ブロックに記憶される。このデータ・ブロックは、作動パラメーターの予め定められた範囲に渡って延在している。各データ・ブロックに関して、設定された振幅限界に到達するまでに残されている時間期間が、データ・ブロックに記憶された基準化された複数の振幅データ・ポイントの変化に基づいて推定される。次に警報設定が確立されるが、これは、各データ・ブロックに対して設定された振幅限界に到達するまでに残っている、推定された時間期間に基づいている。
2005514602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）回転構成部材に関して作動期間中に作動パラメーターと、対応する１組の振動振幅とを計測する工程と、
ｂ）１組の基準化された振動振幅データ点を規定するために、前記回転構成部材に関して設定された振幅限界に基づき前記１組の計測された振動振幅を規準化する工程と、ここで前記設定された振幅限界が前記構成部材の前記測定された作動パラメーターの関数であり、
ｃ）パラメーター・ベースのデータ・ブロック中に前記１組の基準化された振幅データ点を記憶する工程と、各データ・ブロックが前記作動パラメーターの予め定められた範囲に渡り延在し、
ｄ）各データ・ブロックに関して、前記作動期間に渡り前記データ・ブロックに記憶された前記基準化された振幅データ点の変化に基づいて、前記設定された振幅限界に到達するまでに残された時間期間を推定する工程と、
ｅ）各データ・ブロックに関して前記設定された振幅限界に到達するまでの前記推定された残存時間期間に基づいて警報設定を設定する工程と、
を含み、回転構成部材に関連する振動レベルをモニタリングするとともに前記回転構成部材に関する警報設定を確立する方法。
【請求項２】
前記構成部材の前記計測された作動パラメーターが、前記対応１組の振動振幅を計測するに先立ち予め定められたデータ収集期間に渡り一定であることを確保する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
対応１組の振動振幅を計測する工程が、前記構成部材に関して計測された振動加速度を、高速フーリエ変換を用いて調整する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの前記計測された振幅振動が確立振幅限界を越える場合に前記警報設定に基づいて警報信号を提供する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記方法が、作動期間中に前記構成部材の回転数を計測することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記方法が、前記構成部材の定格回転数の３％の範囲に渡り延在するパラメーター・ベースのデータ・ブロック中に前記１組の基準化された振幅データを記憶することを含み、前記データ・ブロックが前記定格回転数の１％のスペーシングを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記方法が、前記構成部材の回転トルクを計測することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記方法が、前記構成部材の定格トルクの１０％の範囲に渡り延在するパラメーター・ベースのデータ・ブロック中に前記１組の基準化された振幅データを記憶することを含み、前記データ・ブロックが前記定格トルクの５％のスペーシングを有する  、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記確立された振幅限界に到達するまでの残存時間を推定するために、前記パラメーター・ベースのデータ・ブロックの各々に記憶された前記基準化された振幅データ点を補間する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ａ）複数の回転構成部材の各々に関し作動パラメーターを計測する工程と、
ｂ）複数の回転構成部材の各々に関し作動期間中に対応１組の振動振幅を計測する工程と、
ｃ）前記複数の回転構成部材からモニタリングされる回転構成部材を選択する工程と、
ｄ）前記複数の構成部材において選択されない構成部材に対応する振動振幅を推定するために前記１組の振動振幅を調整するとともに、１組の残存振動振幅をつくる工程と、
ｅ）１組の基準化された振幅データ点をつくるために、前記選択された構成部材の確立された振幅限界に基づき前記１組の残存振動振幅を基準化する工程と、ここで前記確立された振幅限界が、前記選択された回転構成部材の前記計測された作動パラメーターの関数であり、
ｆ）各構成部材の前記１組の基準化された振幅データ点を関連組のパラメーター・ベースのデータ・ブロック中に記憶する工程と、各データ・ブロックが前記計測された作動パラメーターの予め定められた範囲に渡り延在し、
ｇ）各データ・ブロックに関し、前記作動期間に渡り前記組のパラメーター・ベースのデータ・ブロックに記憶された前記基準化された振幅データ点の変化に基づいて、前記確立された振幅限界に到達するまでに残された時間期間を推定する工程と、
ｈ）各データ・ブロックの前記確立された振幅限界に到達するまでに残された前期推定時間期間に基づき、前記選択された構成部材の警報設定を確立する工程と、
を含む、複数の回転構成部材に関連する振動振幅をモニタリングするとともに各構成部材に関する警報設定を確立する方法。
【請求項１１】
前記方法が、各構成部材の前記計測された作動パラメーターが、対応１組の振動振幅を計測するに先立ち予め定められたデータ収集期間に渡り一定であるということを確保する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
対応１組の振動振幅を計測する工程が、各構成部材の計測された振動加速度を、高速フーリエ変換を用いて調整することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記計測された振動振幅が設定された振動限界を越える場合に前記警報設定に基づいて警報信号を提供する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法が、作動期間中に前記構成部材の回転数を計測することを含む、請求項１０に記載の方法、
【請求項１５】
前記方法が、前記構成部材の定格回転数の３％の範囲に渡り延在するパラメーター・ベースのデータ・ブロック中に前記１組の基準化された振幅データ点を記憶することを含み、前記データ・ブロックが前記定格回転数の１％のスペーシングを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法が、前記構成部材の回転トルクを計測することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法が、前記構成部材の定格トルクの１０％の範囲を越えて延在するパラメーター・ベースのデータ・ブロック中に前記１組の基準化された振幅データ点を記憶することを含み、前記データ・ブロックが前記定格トルクの５％のスペーシングを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記確立された振幅限界に到達するまでの残存時間を推定するために、前記パラメーター・ベースのデータ・ブロックの各々に記憶された前記基準化された振幅データ点を補間する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
ａ）複数の回転構成部材の各々の作動パラメーターを計測する手段と、
ｂ）作動期間中前記複数の回転構成部材の各々の対応１組の振動振幅を計測する手段と、
ｃ）前記複数の回転構成部材からモニタリングされる構成部材を選択する手段と、
ｄ）前記複数の構成部材の中で選択されなかった構成部材に対応する振動振幅を排除するために前記１組の振動振幅を調整し、且つ１組の残存振動振幅をつくる手段と、
ｅ）１組の基準化された振幅データ点をつくるために、前記選択された構成部材の確立された振幅限界に基づいて前記１組の残存振動振幅を基準化する手段と、ここで前記確立された振幅限界が前記選択された回転構成部材の前記計測された作動パラメーターの関数であり、
ｆ）各回転構成部材の前記１組の基準化された振幅データ点を関連する組のパラメーター・ベースのデータ・ブロック中に記憶する手段と、各データ・ブロックが前記計測された作動パラメーターの予め定められた範囲に渡り延在し、
ｇ）各データ・ブロックに関し、前記作動期間に渡り前記データ・ブロックに記憶された前記基準化された振幅データ点の変化に基づき、前記確立された振幅限界に到達するまでに残された時間期間を推定する手段と、
ｈ）各データ・ブロックの前記確立された振幅限界に到達するまでに残された推定時間期間に基づいて、前記選択された構成部材の警報設定を確立する手段と、
を備え、複数の回転構成部材に関連する振動レベルをモニタリングするとともに各回転構成部材に関する警報設定を確立するシステム。
【請求項２０】
作動期間中に複数の回転構成部材に関する１組の振動振幅を計測する手段が少なくとも１個の振動センサーを備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
作動期間中に複数の回転構成部材に関する１組の振動振幅を計測する手段が２個の振動センサーを備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
複数の回転構成部材の各々の作動パラメーターを計測する手段が、前記複数の回転構成部材の１つに関する回転数を検出して信号で送る少なくとも１個の回転数センサーを備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
対応１組の振動振幅を計測する手段が、各構成部材に関して計測された振動加速度を、高速フーリエ変換を用いて調整する手段を備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
前記計測された振動振幅の１つが確立された振幅限界を越える場合に警報信号を提供する手段を備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
前記計測された作動パラメーターが、前記選択された構成部材の回転数である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２６】
前記計測された作動パラメーターが、前記選択された構成部材の回転トルクである、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２７】
前記選択された構成部材が、エンジン軸、ベアリング又はギアーである、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
この出願は、２００１年１１月１６日に出願された、「ガス・タービン・エンジンの振動モニタリング・システム」と題する米国仮特許出願番号第６０／３３２，８９２号による利益を享受する。この出願は全体として参照により本明細書に組み入れる。
【０００２】
政府の権利の陳述
米国政府は、この発明の支払済みのライセンスと、特許権者に対して正当な条件に基づいて他者にライセンスすることを要求する、限定状況下の権利とを所有する。この条件は、米国陸軍部門により決定された、ＤＡＡＨ１０−９９−２−０００５条項に規定される。
【０００３】
発明の背景
１．発明の分野
開示主題は、航空機ガス・タービン・エンジンに使用する制御システムに関し、さらに具体的には、診断と予知の構成要素を有するリアルタイム振動モニタリング・システムを備えた制御システムに関する。
【０００４】
２．関連技術の背景
ガス・タービン・エンジンは、軸、ベアリング及びギアーのような同心に取り付ける構成部材を備え、各構成部材が少し異なった既知の回転数で回転する。ジェット航空機エンジンのような重い回転構成部材を有する機械類は軸、ベアリング及び／又はギアーの故障を経験することがある。さらに、これらの回転構成部材は、アンバランスになり、許容される仕様をかなりの程度に超えてベアリングとエンジン・ハウジングに負荷を負わせることがある。これらの問題は、種々の原因による結果であり、製造欠陥、設計欠陥、摩耗、使用ミス、偶発的な損傷等の原因による。飛行中の航空機の場合、これらのエンジン構成部材の故障はエンジン損失のみならず機体と乗組員の破滅的な損失に至る可能性がある。
【０００５】
振動の振幅とパターンは、ジェット・エンジン副構成部材の回転により引起され、副構成部材の劣化と信頼性低下を示している可能性がある。振動検出は、作動中のエンジンのモニターに用いる極めて貴重な安全ツールであるのみならず、エンジンの計画的整備手順に組み込まれてきた。種々の技法が、エンジン副構成部材の振動の振幅とパターンを検出して解析する技術に出現した。例えば、カパディア外（Kapadia et al）の米国特許第４，４８８，２４０号明細書はガス・タービン・エンジンの振動モニタリング・システムを開示し、このシステムはデータ処理機器で制御される非再帰的デジタル・フィルター・ネットワークを備えている。デジタル技法が、構成部材回転数の整数倍の頻度でタコメーター信号と一般サンプリング信号とを処理するために使用される。デジタル・フィルター・ネットワークの出力が、表示装置を動かすために使用される信号である。
【０００６】
カパディア外の特許明細書に開示されるようなシステムは、例えば、出力のマイクロ・プロサッサー、多重化装置、アナログ信号調整回路、アナログ信号からデジタル信号への変換機、デジタル・フィルター、デジタル信号からアナログ信号への変換機、及び種々のメモリ・チップのような種々のハードウェアと回路を備える。
【０００７】
代表的には、振動解析システムは、エンジンに設置された一般的な振動センサーに接続される解析モジュールからなる。さらに、解析モジュールは、比較と解析のためにエンジン仕様データにアクセスする必要がある。解析モジュールは作動中に振動をモニターするために航空機内に統合的に設置される。解析モジュールは、エンジン・ハウジング内に設置されても、航空機内のいずれか別のところに置かれてもよい。解析モジュールの位置の設計で配慮すべきことは、最適サンプリングの条件とスペースの制約である。
【０００８】
従来技術の振動モニタリング・システムの欠点は、これが、貯えられたエンジン仕様データに対して種々の軸、ベアリング及びギアーに関して測定された振動振幅をリアルタイムで比較することができる診断の要素を含まないことである。加えて、従来技術のシステムは、構成部材の故障までの残存時間が構成部材の測定振動レベルと記憶されたエンジン仕様データとに基づいて予知される、予知の機能を備えていない。
【０００９】
それ故、診断と予知の構成要素を有すると共に、複数の構成部材に関し振動振幅において測定された変化をリアルタイムで評価することができる振動モニタリング・システムを備えた管理システムに対する必要性が存在する。
【００１０】
発明の概要
本出願の開示は、リアルタイムの診断と予知の構成要素を備えた、ガス・タービン・エンジンに使用する振動モニタリング・システムに関する。本明細書に開示される振動モニタリング・システムは、エンジン構成部材の安定度を決めるために、診断と予知の両方の形態において、エンジンから振動データを得ると共に、高等アルゴリズムでそのデータを処理するシステムの１つの可能な機器構成を示している。本出願が属する当業者は、本明細書に開示されたシステムが回転構成部材を備えた機械類のみならず他の種類の機構にも使用することができることに即座に気付くであろう。
【００１１】
本開示は、回転構成部材に関連する振動レベルをモニターすると共にそれに対する警報設定を確立する方法に向けられている。方法は、１組の基準化された振幅データ複数点を明確に定めるために、作動パラメーターと作動期間中の回転構成部材の対応する１組の振動振幅とを測定することと、回転構成部材の確立された振幅限界に基づいてその組の測定された振動振幅を基準化することと含む。設定された振幅限界は、構成部材に関して測定された作動パラメーターの関数である。好ましい実施例では、測定される作動パラメーターは構成部材の回転数である。代わりに、測定作動パラメーターは構成部材の回転トルクである。
【００１２】
方法は、さらに、パラメーター・ベースのデータ・ブロック中にその組の基準化された振幅データ点を記憶することを含み、各データ・ブロックは作動パラメーターの予め定められた範囲に渡って延在している。各データ・ブロックに関して、設定された振幅限界に至るまでに残されている時間期間が、データ・ブロックに記憶された基準化された振幅データ点における変化に基づいて評価される。各データ・ブロックに関して設定された振幅限界に至るまでに残されている時間期間に基づいて、警報設定が確立する。
【００１３】
好ましい実施例では、方法はさらに、対応する１組の振動振幅を測定するに先立ち予め定められたデータ集積期間に渡って構成部材に関し測定された作動パラメーターが略一定（即ち、定常状態）であることを確保することを含む。目下、対応する１組の振動振幅を測定する工程が、構成部材に関して測定された振動加速度を、高速フーリエ変換を用いて調整することを含むことが想像される。当業者は、他の変換が時間から頻度ドメインへのデータ変換に使用できることに即座に気付くであろう。
【００１４】
好ましくは、本明細書に開示される方法はさらに、少なくとも１つの測定された振動振幅が設定された振幅限界を超える場合に、警報設定に基づいてオペレーターに警報信号を提供する工程を含む。
【００１５】
代表的実施例では、１組の基準化された振幅データ点が、構成部材に関し定格回転数の約３％の範囲を超えて延在するパラメーター・ベースのデータ・ブロックに記憶されるととも、データ・ブロックは定格回転数の約１％のスペーシンングを有する。さらに、１組の基準化された振幅データ点を、構成部材の定格トルクの約１０％の範囲を超えて延在するパラメーター・ベースのデータ・ブロックに記憶することができるととも、データ・ブロックは定格トルクの約５％のスペーシングを有する。
【００１６】
好ましくは、各パラメーター・ベースのデータ・ブロックに記憶された基準化された１組の振幅データ点は、設定された振幅限界に至るまでに残された時間を推定するように組み入れられる。
【００１７】
本開示は、また、複数の回転構成部材に関連する振動振幅をモニターするとともに各構成部材に警報設定を確立する方法に向けられる。方法は、作動期間中の作動パラメーターと複数の回転構成部材の各々に関して対応する１組の振動振幅とを測定することを含む。モニターされる回転構成部材は複数の回転構成部材から選択されるとともに、対応する１組の振動振幅は、複数の構成部材の中で選択されなかった構成部材に関連した振動振幅を排除するように調整されて、１組の残りの振動振幅をつくる。
【００１８】
１組の残りの振動振幅が、１組の基準化振幅データ点をつくるように、選択された構成部材に関して設定された振幅限界に基づいて基準化される。設定された振幅限界は選択された回転構成部材に関して測定された作動パラメーターの関数である。各構成部材に関する１組の基準化振幅データ点が関連組のパラメーター・ベースのデータ・ブロック中に貯えられ、各データ・ブロックは予め定められた範囲の測定された作動パラメーターに渡り延在している。
【００１９】
さらに、方法は、各データ・ブロックに関し、作動期間に渡り複数組のパラメーター・ベースのデータ・ブロックに記憶された基準化された振幅データ点における変化に基づいて、設定された振幅限界に至るまでに残された時間期間を推定する工程を含む。選択された構成部材に関する警報設定は、次に、各データ・ブロックに関し設定された振幅限界に至るまでに残された、推定された時間期間に基づいて確立される。方法は、警報設定が下記構成部材に確立されるまで、複数の構成部材の各々に関し繰り返される。
【００２０】
本開示は、また、複数の回転構成部材に関連する振動レベルをモニターするとともに各構成部材に警報設定を確立するシステムに向けられる。システムは作動期間中の複数の回転構成部材の各々に関して作動パラメーターと、対応する組の振動振幅とを測定する機構を含む。システムはさらに、複数の構成部材における選択されない構成部材に対応する振動振幅を排除することにより１組の残りの振動振幅をつくるように、複数の回転構成部材からモニターされる構成部材と１組の振動振幅を調整する装置とを選択する機構を含む。選択される構成部材は、例えば、エンジンの軸、ベアリング、またはギアーである可能性がある。
【００２１】
さらに、なお、システムは、１組の基準化されたデータ点をつくるために、選択された構成部材に関し設定された振幅限界に基づいて１組の残りの振動振幅を基準化する機構を含む。設定された振幅限界は、選択された回転構成部材に関して測定された作動パラメーターの関数である。
【００２２】
代表的な実施例では、回転構成部材に関する、１組の基準化された振幅データ点を関連複数組のパラメーター・ベースのデータ・ブロック中に記憶する機構が含まれる。さらに、システムは、作動期間に渡りデータ・ブロックに記憶された基準化された振幅データ点における変化に基づいて、各データ・ブロックに関して、設定された振幅限界に至るまでに残された時間期間を推定する装置と、各データ・ブロックに関し確立された振幅限界に至るまでに残された推定時間期間に基づいて、選択された構成部材に関して警報設定を確立する機構とを含む。
【００２３】
好ましい実施例では、作動期間中の複数の回転構成部材に関する１組の振動振幅を測定する機構は少なくとも１つの振動センサーを含む。代表的実施例では、少なくも１つのセンサーが、複数の回転構成部材の１つに関する回転数を検出して信号で送る回転数センサーである。
【００２４】
１つの対応する組の振動振幅を測定する機構は、高速フーリエ変換を用いて各構成部材の測定された振動加速度を調整する手段を備えることができると想像される。
【００２５】
好ましくは、測定された作動パラメーターは選択された構成部材の回転数である。あるいは、測定された作動パラメーターは選択された構成部材の回転トルクであり得る。
【００２６】
代表的なシステムでは、小さな加速度計が、振動のレベルまたは振幅を検知するために使用されるともに、このセンサーの性能特性が、インターフェース・フィルタリング及びエレクトロニクスと共生的な形態で作動するように具体的に規定され選択される。さらに、特定の信号処理又はフィルタリング／調整が、加速度計の性能を調和させるために設計される。この処理は、従来からのフィルタリングとともに同様のセンサーにより通常行われる範囲を超えて加速度計の回転数範囲を拡張する。フィルターの特別な組み合わせが、帯域幅の劣化を伴わずに抗エーリアシング（aliasing）・フィルター処理を提供するために使用される。
【００２７】
本明細書に開示される方法とシステムでは、振幅の傾向推移が、増幅する振動レベルを特定の振動数と特定の作動条件で追跡するために使用される。警戒と警報のレベルが、操縦者に問題又は差し迫っている問題について通報するときの限界値を提供するために使用される。振動振幅は、振動振幅を警報レベルで除することにより基準化され、その結果得られるデータが、回転数と作動条件との関数として特定の記録に記憶さｘれる。さらに、個別の回転構成部材で目標とされる診断と予知を展開するときに使用するための関連波形を特別に抽出できるように、回転数と同期して振動振幅を記録する方法が採用される。
【００２８】
高振動数構造共鳴から故障又は摩耗に関連するベアリング音調を抽出するために、特別の技法が使用される。高振動数は復調されて低振動数に変換され、ここでは基本的振動数が取除かれる。残った音調（残存部）が次に、増幅する振幅の信号、摩耗の徴候に関して吟味される。
【００２９】
好ましい実施例の詳細な記述
以下の本明細書に記述される振動モニタリング・システムは回転翼航空機エンジン・プラットフォームにおける用途に適合しているけれども、このシステムの発明的技術は海洋プラットフォーム（例えば、小型船又は大型船）、陸上プラットフォーム（例えば、自動車又は軌道走行乗物）、又は固定翼航空機プラットフォームに適用することができる。さらに、本明細書に開示される振動モニタリング・システムは、本明細書に開示される発明的本質から逸脱することなく、エンジン以外の機械類に適用することができる。
【００３０】
ここで図面を参照すると、図１に、２つの代表的航空機振動モニタリング・システム構成、完全確信デジタル・エンジン制御（Full Authority Digital Engine Control）（ＦＡＤＥＣ）ベース・システムと安定及び使用管理（Health and Usage  Management ）（ＨＵＭＳ）ベース・システムが示されており、これらのシステムは共通してそれぞれに参照番号５０及び１５０として示されている。
【００３１】
ＦＡＤＥＣシステムは、通常エンジン始動から最大の出力又はスラストまで全性能範囲にわたりエンジンの作動を制御する。ＦＡＤＥＣシステムは一般的に、電子的制御装置（ＥＣＵ）８０、燃料計量装置（即ち、流体力学的制御システム）、センサー、アクチュエーター、バルブ、オルタネ−ター、及び相互接続電機ハーネスからなる。航空機ＨＵＭＳは、航空機の主要なアセンブリの各々の作動、調整及び使用に関する情報を自動的に記録し、解析し、通信し、且つ記憶する。
【００３２】
図１に示すように、ＦＡＤＥＣベース振動モニタリング・システム５０とＨＵＭＳベース振動モニタリング・システム１５０は実質的に類似である。各システムは、他の構成要素の中に、航空機中央コンピュータ６０、航空機ＨＵＭＳ７０、エンジンＥＣＵ８０、エンジン８５、２つの加速度計９０ａと９０ｂ、エンジン振動モニタリング盤９２及び１つのデュアル・チャージ変換機又は調整ボックス９４を備える。システム構成は、エンジン振動モニタリング盤９２の構成要素と配置の間で主として相互関係において異なる。
【００３３】
ＦＡＤＥＣベース・システム５０では、ＥＣＵ８０はデータ母線８２を通して航空機中央コンピュータ６０とコミュニケートする。代表的には、ＥＣＵは航空機中央コンピュータへエンジンの電子的構成要素の状態と種々のエンジン・センサーから得られたデータとのような情報を提供する。航空機中央コンピュータ６０は、航空機の操縦面と動力設備の総括制御に責任がある。加えて、ＦＡＤＥＣベース・システムでは、加速度計９０ａと９０ｂ及び調整ボックス９４からのデータ信号が、ＥＣＵ８０内に設置されるエンジン振動モニタリング盤９２へアナログ・ハーネス９６により直接的に提供される。
【００３４】
ＨＵＭＳベース・システム１５０では、ＥＣＵ８０は、航空機中央コンピュータ６０とは直接的にコミュニケートしないが、データ母線１８２を通して航空機ＨＵＭＳとデータを交換する。加速度計９０ａと９０ｂ及び調整ボックス９４からのデータは、ＦＡＤＥＣベース・システムとは対照的に航空機ＨＵＭＳ７０とともに置かれている、エンジン振動モニタリング盤９２へアナログ・ハーネス１９６を通して直接的に提供される。さらに、ＦＡＤＥＣベース・システムと異なり、ＨＵＭＳベース・システム１５０は、測定されたガス・ジェネレータ回転数（ＮＨ）を調整ボックス９４に表す信号を提供する専用ＮＨセンサー１９８を必要とする。
【００３５】
システム構成の観点から、エンジン振動モニタリング盤の位置は重要ではないことに注目すべきである。エンジン振動モニタリング盤をＥＣＵ８０に設置することは、ＥＣＵ８０とＨＵＭＳ７０のエンジン８５への相対的位置によって付加的回転数ピックアップ（即ち、ＮＨセンサー）が必要とされなく、且つ短いアナログ・ハーネスが可能であるという点で有利である。加えて、振動モニタリング・システムに関する帯域幅とメモリの必要性によっては、振動モニタリング・システムに関する専用の高速処理機と盤が必要とされないことがある。
【００３６】
図２ａは、エンジン振動モニタリング、エンジンのＥＣＵ内の診断と予知を実施するための電子的ハードウェア・インターフェース線図である。デジタル信号処理盤（ＤＢＳ）又は振動モニタリング盤（ＶＭＢ）は、他のＥＣＵ処理とは独立して、スタンド・アローン回路盤として存在する。スタンド・アローンＶＭＢは、振動モニタリング・システム内の故障がエンジン制御の残りの部分に影響を与えないであろうということで有利である。さらに、ＶＭＢとＥＣＵ間の相互接続が限定されるであろう。その結果として、ラインが分離可能になり故障の拡大又は故障による影響が防止され、且つＶＭＢソフトウェアが、迅速でより効率的なソフトウェア増進の可能性へと展開することが可能になる。それぞれ５０と１５０のＦＡＤＥＣベースとＨＵＭＳベースの振動モニタリング・システムの両方において、加速度計９０ａと９０ｂはエンジン８５に機械的に接続される。加速度計９０ａと９０ｂは、取り付け位置で検知された振動を表すアナログ・ハーネス９６／１９６を通してアナログ信号を提供する。
【００３７】
当業者は、加速度計の数と位置、エンジン振動モニタリング盤の位置、及び構成部材間の相互コミュニケーションのような特徴が代表的であるのみであり、本開示の範囲を限定しようとするものではないことに容易に気付くであろう。
【００３８】
図２bはＦＡＤＥＣベース・振動モニタリング・システム５０の簡略化された正面図を提供する。図１に関して記述したように、ＥＣＵ８０は航空機中央コンピュータ（示されない）とデータ母線８２を通してコミュニケートする。さらに、加速度計９０ａと９０ｂ及び調整ボックス９４からのデータは、ＥＣＵ８０内に位置するエンジン振動モニタリング盤へアナログ・ハーネス９６により直接的に提供される。アナログ・ハーネス９６は、スタッフィング管により機体隔壁８１で接続される機体インターフェース・ケーブル９６ａとエンジン・インターフェース９６ｂを含む。
【００３９】
エンジン８５の前端部が矢印「Ｆ」で示されている。本明細書に開示される代表的実施例では、調整ボックス９４はエンジンの前端部に設置される。前部加速度計（冷）９０ａは、相対的に冷環境（２６０〜３１６℃（５００〜６００°Ｆ））の燃焼器８９の上部に取り付けられ、統合冷温度ライン９１ａを通って調整ボックス９４とコミュニケートする。後部加速度計（熱）９０ｂは、高温度環境（約６５０℃（１２００°Ｆ））の出力タービン出力８７の前部に取り付けられ、統合高温度ライン９１ｂを通って調整ボックス９４とコミュニケートする。高温度ライン９１ｂは、例えば鉱物仕上げステンレス・スチールであることができる。
【００４０】
加速度計９０ｂが設置される極端な高温環境のために、検出部、ハウジング、及び電気ケーブルの材料選択について厳しい制約が存在する。検出部は、例えば、非外来の天然水晶でなければならない。そのような環境に適する代表的装置は、バイブロメーター（       Vibro-meter）ＳＡにより提供される。このセンサーは、４５ｋＨｚの機械的共鳴を有し、６５０℃（１２００°Ｆ）以上の温度に耐えるようにつくられている。しかしながら、バイブロメーター・センサーは１ｐＣ／ｇの出力感度を有するに過ぎない。低出力感度のため、調整ボックス９４は好ましくは加速度計９０ｂに比較的接近して設置して電気ケーブルの迷容量の影響を最小にすべきである。それ故、専用調整ボックス９４が加速度計９０ｂに極めて近接してエンジン・ハウジングに取り付けられる。
【００４１】
統合高温度ライン９１ｂは、好ましくは、耐火ワイヤと熱電対接続部に使用される鉱物絶縁ケーブルである。そのようなケーブルは、物理的に剛直で均質であり、加速度計からのｐＣ信号の伝達に必要である、高インピーダンスで低ノイズの接続媒体を提供する。
【００４２】
調整ボックス９４は、冷と熱の両加速度計９０ａと９０ｂの信号を調整し、システムをケーブル・キャパシタンスへより少なく敏感にする。ケーブル・キャパシタンスは両加速度計にとって重要であるが、特に、上述のように１ｐＣ／ｇの出力を有するに過ぎない熱加速度計にとって重要である。電圧信号は、次に、調整ボックス９４を使用する場合に必要とされるであろう特別な適応なしに、ＥＣＵ８０に流すことができる。
【００４３】
ここで図３を参照すると、図３は、参照番号２００として共通して示される代表的エンジン軸振動モニタリング・トレンディング（ＶＭＴ）・システムを模式的に示す機能ブロック線図を提供する。エンジン軸ＶＭＴシステム２００は、データ獲得構成要素２２０、獲得したデータを警戒と警報のレベルに対し比較するための振幅比構成要素２４０、及びデータ記憶セグメント２６０を備える。軸ＶＭＴシステムはさらに、記録した振動レベルの変化を追跡する振幅トレンド部２８０、及び警報設定構成要素２９０を備える。エンジン軸ＶＭＴシステム２００は、エンジンに取り付けた加速度計の使用によって、高圧タービン（ＨＰＴ）スプール又は軸、低圧タービン（ＬＰＴ）軸及び出力タービン（ＰＴ）軸の振動レベルを計測する。期間中に計測された振幅レベルの変化に基づいて、エンジン軸ＶＭＴ２００は、警報設定（即ち、最大許容振動レベル）にいたるまでに残された時間を予告する。
【００４４】
作動中、エンジン軸ＶＭＴシステム２００のデータ獲得構成要素２２０は、高圧タービン軸回転数（ＮＨ）、低圧タービン軸回転数（ＬＨ）、出力タービン軸回転数（ＮＰ）及びエンジン軸トルク（ＱＳ）を示す、主エンジン制御から（例えば、図１のＦＡＤＥＣベース・システム５０のＥＣＵ８０）の信号を受け取る。各回転数とトルクの信号の１０個の試料が、加速度計データが取得されてメモリ２２２に記憶されるに先立つとともに直後に、採択される。以下の本明細書に記述されるように、加速度計データは、エンジンが定常状態に到達したと決定されるときに捕捉されるだけである。１０個の回転数とトルクのデータ試料が次に、データの範囲、率及び統計面の検査を通していかなる異常値をも排除する妥当性確認回路２２８に提供される。妥当性を確認されたデータは、変換機２３０からの出力として提供されるＮＨ、ＮＬ、ＮＰ、ＱＳの各平均を計算するために使用される。
【００４５】
エンジンが定常状態に到達したかどうかを決定するために、ガス・ジェネレータ回転数（ＮＤＯＴ）、出力タービン入口ガス温度（Ｔ4.5）、エンジン出力エクスカーション、ＮＤＯＴwin、及び時間（ｔ）の変化の率を示す信号が通常状態検出器２２４に提供される。ＮＤＯＴwinは、加速、減速、トルク及び温度に関連するエンジン作動限界に基づいている。２００１年９月２６日に出願された、「エンジン制御システム」と題する米国特許出願第０９／９６３，１８０号明細書はＮＤＯＴwinを決定する方法のより詳細な開示を提供している。この開示事項は参照により本明細書に取り込んでいる。
【００４６】
エンジンが、定常状態に至るに先立ち出力エクスカーションの大きさに基づいて好ましくは１〜１０秒の間で定常状態で作動しようとしている場合、加速度計９０ａ（図２参照）調整ボックス94を通してメモリ・ブロック２２６へ提供される信号を捕捉する。信号の６５ミリ秒スナップショットが１２５ｋＨｚ率で採取される。６５ミリ秒信号スナップショットは、各々１０２４データ点を含む各データの８ブロック中に分離される（１２５，０００サイクル／秒＊（０．０６５秒／８ブロック）≒１０２４サイクル又はデータ点）。妥当性確認回路２３２は次に、高速フーリエ・変換（ＦＦＴ）処理機２３４にデータを提供する前に、８ブロックの１０２４点からいかなる誤りデータ点をも排除する。ＦＦＴ処理機２３４は、８データ・ブロックを回転数ドメインに変換するとともに、ＨＰＴ、ＬＰＴ、及びＰＴに対応する回転数を含む回転数帯域幅に渡り振動振幅の尺度を提供する出力モデル２３６に帰着する。
【００４７】
変換機２３０から出力として提供されるＮＨ、ＮＬ、ＮＰ、及びＱＳの平均値データを用いて、ＨＰＴ、ＬＰＴ、及びＰＴに関する軸オーダー・ワン振幅が回路２３８でモデル２３６から抽出される。図３にＡHPT、ＡLPT、及びＡPTとして表示されるこれらの振幅を示す信号は、エンジン軸ＶＭＴ２００の振幅比構成要素２４０に提供される。エンジン軸ＶＭＴ２００の振幅比構成要素２４０は、論理ゲート２４５、２４６、及び２４７で、ＨＰＴ、ＬＰＴ、及びＰＴに関する振幅信号をエンジン軸モデル２４２、２４３、２４４ａ及び２４４ｂによって各々に対して設定された警戒と警告のレベルに対して比較する。エンジン軸モデルは、特定のエンジン設計に通常特有であり、エンジン製造業者により実験と経験を通して開発される。工場を離れる各エンジンは、エンジンの構造的伝達率における変動によって加速度計取り付け位置で著しく異なる振動振幅を発揮する。それ故、警戒と警報のレベルは、誤警報を排除するために各エンジンに特有である必要がある。エンジン受入れ試験で、振動レベルはＥＣＵによって記録することができ、警戒と警報のレベルがそれに応じて調整され、エンジン作動ライフ期間中にエンジンと共に存在するように不揮発性メモリに記憶される。警報又は警戒レベルに到達した又は越えた場合、適切なレベルを表す信号が主航空機コンピュータに提供される。
【００４８】
振幅比構成要素２４０はまた、振幅信号ＡHPT、ＡLPT及びＡPTを設定された警報レベルで除することによりこれらの信号を基準化する。得られた基準化信号ＡHPT、ＡLPT及びＡPTに、時計２６５を用いて時間の標識をつけ、エンジン軸ＶＭＴシステム２００のデータ記憶セグメント２６０に提供する。
【００４９】
データ記憶セグメント２６０は、連続的に集積されたデータを即座に回転数帯域中に記憶する機能を有する。振幅データを基準化することにより、即ち、任意の与えられた点のデータのその点に対する警報レベルに対する比を取ることにより、隣接管理体制「ウインドウズ（windows）」又は帯域に記憶可能である示度読み取り値がつくられる。単独データ点が３つの重複回転数ウインドウズと同様に多数で記憶される。重複ウインドウズの目的は、より少ない数の大きなウインドウズを有することにより獲得される分解度を失うことなく、１つのウインドウにより多くのデータを集積する機会を提供することである。本明細書に開示される代表的実施例では、トルク・ウインドウズは５％の間隔を置いて配置され、回転数ウインドウズは１％の間隔を置いて配置される。トルク・ウインドウの幅は定格トルクの１０％であり、各回転数ウインドウの幅は定格回転数の３％である。結果として、各回転数振幅データ点は３つの隣接するウインドウズ中に配置され、各トルク振幅データ点は少なくとも２つの、多分３つの隣接ウインドウズ中に配置される。
【００５０】
本明細書に開示される実施例では、トルク帯域２６２は０から１３０％ＱＳの範囲の２５の帯域に分離される。ＮＰ回転数帯域２６４は２つの帯域、静ロータ帯域と正規ロータ帯域を有する。ロータ帯域によって、ＡPTratioデータが、２つの重複不揮発性メモリ・リング・バッファの１つ、又はデータ・メモリ・セル２７０ａ又は２７０ｂに記憶される。静ロータ条件が存在するとき、採取されたデータはデータ・メモリ・セル２７０ｂに記憶される。
【００５１】
回転数帯域２６６と２６８は、それぞれ、０から１１２％ＮＬとＮＨの範囲の５０ウインドウズに分離される。各ウインドウのＡNLratioとＡNHratioデータはデータ・メモリ・セル２７２と２７４に記憶される。メモリ・セル２７０ａ、２７０ｂ、２７２及び２７４からの、時間標識をつけられ記憶されたデータはエンジン軸ＶＭＴシステム２００の振幅トレンディング部２８０に提供される。各アップデート化したＱＳ（静ローター(quiet rotor)）、ＱＳ（正規ローター(normal rotor)）、ＮＬ帯域及びＮＨ帯域に関するデータの図式表示が、それぞれ、性能マップ２８２、２８４、２８６及び２８８に提供される。振幅トレンディング部２８０は、回転数とトルクの帯域の各々のデータに対して多項曲線適合を行うとともに、曲線の傾斜を計算する。曲線の傾斜の外挿に基づいて、曲線と警報レベルの各回転数又はトルクの帯域に対する交点が決定する。交点の位置に基づいて、回転数又はトルクの帯域の各々に関して警報状態に至るまでに残っている時間が概算される。
【００５２】
各帯域に関して警報状態に至るまでに残っている時間は、警報設定構成要素２９０に提供され、不揮発性メモリに記憶される。各帯域に関して、警報設定が、エンジン時計２６５と警報状態に至るまでに残っている予知時間とに基づいて決定される。ＬＰ軸、ＨＰ軸、及びＰＴ軸に関する警報設定の最低値が、次に、警報設定構成要素２９０からの出力として提供される。
【００５３】
ここで図４を参照すると、図４は、参照番号３００として共通して示される代表的エンジン・ギアー振動モニタリング及びトレンディング（ＶＭＴ）・システムに関する機能ブロック線図を提供する。ギアーＶＭＴシステム３００は、獲得したデータと、選択したギアーに関する最低警報設定を確立するトレンディング及び警報セグメント３８０とから残留スペクトル応答を発現するために、データ獲得及び記憶構成要素３２０、データ変換構成要素３４０を備える。エンジン・ギアーＶＭＴシステム３００は、エンジンに取り付けた加速度計の使用によって、いくつかのエンジン・ギアーの振動レベルを計測するとともに、振動レベルの変化に基づいて、警報設定に至るまでに残っている時間を予報する。ギアーの代表的リストは以下を含む。
【００５４】
・＃１及び＃２タワー・ギアー
・＃１〜＃３アイドラ−・ギアー
・＃１燃料ポンプ駆動ギアー
・＃１始動／ジェネレータ駆動ギアー
・＃１及び＃２オイル・ポンプ駆動ギアー
・燃料ポンプ・ベーン・ステージ・ギアー
エンジン・ギアー振動データはエンジン軸ＶＭＴシステム２００に関して記述されたことと同様に獲得される。作動中に、エンジン・ギアーＶＭＴシステム３００のデータ獲得構成要素３２０は主エンジン制御から高圧タービン軸回転数（ＮＨmain）信号を受け取る。４０個の回転数信号試料が採取される一方、加速度計データがランダム・アクセス・メモリ３２２に捕捉され、記憶される。以下の本明細書に記述されるように、加速度計と回転数のデータは、エンジンが定常状態に到達したときに採取されるに過ぎない。４０個の回転数試料は次に、範囲、率及び統計面の検査のような種々の手段によりいかなる異常読み値またはデータをも排除する妥当性確認回路３２８に提供される。妥当性確認を受けたデータが、変換機３３０からの出力として提供される平均ＮＨを計算するために使用される。ＮＨ軸は付属のギアー・ボックスを駆動する、それ故、軸回転数がギアー期間（Ｔ）とパッシング周期（ｆpass）の決定に必須であることが分かる。
【００５５】
エンジンが定常状態に到達したか否かを決定するために、データ獲得構成要素３２０は、ガス・ジェネレータ回転数（ＮＤＯＴ）、出力タービン入口ガス温度（Ｔ4.5）、エンジン出力エクスカーション、ＮＤＯＴwin、及び時間の変化率を示す信号を、定常状態検出器３２４中に、受け取る。ＮＤＯＴwinは、加速、減速、トルク及び温度に関連するエンジン作動限界に基づいている。
【００５６】
定常状態検出器３２４が、定常状態に到達するに先立ち出力エクスカーションの大きさによって、好ましくは１〜１０秒の間に、エンジンが定常状態になったことを決定する場合、加速度計９０ａ（図１参照）は調整ボックス９４を通してメモリ・ブロック３２６へ信号を提供する。さらに、高圧タービンの未加工正弦回転数波形（ＮＨraw）が検知され、回路３２７に提供される。加速度計信号とＮＨrawの４秒スナップショットは１２５ｋＨｚで採取される。４秒スナップショットは５０％出力で最低速の軸の２００回転を得るために必要である。例えば、ギアー・チャート３４２では、最低速軸はオイル・ポンプ駆動軸＃１と＃２であり、各々は１０．２×１０3秒／回転の周期を有する。それ故、５０％出力で周期が２倍になり、２００回転が４.０８秒で完了する。
【００５７】
４秒スナップショットの間に、ＮＨrawと振動の５００，０００試料（１２５ｋＨｚ＊４秒＝５００，０００）が採取される。データは次にメモリに記憶され、妥当性確認回路３３２と３３４で妥当性が確認される。妥当性確認回路３３２と３３４は次に、範囲、率及び統計面の検査を実施して、データを回路３３６aに提供する前の５００，０００試料からいかなる誤りデータ点をも排除する。回路３３６ａは、回転数検知車輪の個々のギアー歯の通過を示すデータ点を識別する。次の回路３３６ｂは、各ゼロ時間を決めるために交差データ点間に補間し、結果をメモリ３３６ｃに記憶する。
【００５８】
チャート３４２は、ギアーＶＭＴ２００によりモニターすることができる１０個のエンジン・ギアーの代表的リストを提供する。期間（Ｔ）、ギアー歯通過周波数、歯の数が各ギアーに提供され、不揮発性メモリに記憶される。期間と通過周期に関するデータは１００％定格回転数を表す。１回転当たりの再試料点の数は選択されたギアーの１２５ｋＨｚ試料率と期間に基づいて決められる。平均回転数ＮＨは、データ獲得構成要素３２０により決められ、定格回転数のパーセンテージに基づいて期間と通過周期を調節するために使用される。関連の第１ギアーが選択され、通過周波数（ｆpass）と期間（Ｔ）がチャート３４２からの出力として提供される。再試料または選択率が、Ｔを偶数のインクレメント、通常２５６に分割することで決められる。データは初めに、各２００回転に関するデータ組にグループ分けされる。データは次に、インターバルの開始で回転数信号ゼロ交差で始まり、ＳＴインターバルで継続し、且つ期間Ｔで終了する未加工のデータ組から選択される。この処理が繰り返され、幅ＳＴの各連続したウインドウに関し１組のデータ点を集積する。２００データ組の最小値が集められ、各々が関連のギアーの１完全回転に同期される。２００データ組の１つの表示がデータ・チャート３４４に示される。
【００５９】
２００データ組は次に、１つを別の頂部にというように波形を有効に重ねて、データ・グラフ３４６に示すように、似た点同志で平均される。関連の周期性を示さない信号は、各点の大きくランダムなエクスカーションとして出現し、それ故ゼロに達する一方、周期の値が特定の値に付加し平均を示す。
【００６０】
このフィルター処理されたデータは次にスペクトル応答３５０を引き出すためにＦＦＴ３４８で処理される。軸回転数、ギアー通過周波数及び高い調和のような差し迫った欠陥に相関しないスペクトル構成要素が知られているので、これらの「予期される」構成要素がスペクトル・エンベロープから排除され、「残留スペクトル」３５２と称されるものまたは潜在的問題に対応する残留周波数を与える。逆ＦＦＴが実施され、残留スペクトル３５３と残留構成部材の振幅がＲＭＳ平均され、単独振幅ＡRMSを与える。この振幅ＡRMSは時間標識され（エンジン時間の項目で）、不揮発性メモリ・バッファーに回転数の関数として記憶され、時間の関数として傾向推移し、傾向線の傾斜が、時間残存予知指示計値を計算するために警報レベルに対し比較される。この処理は、図３に記述したものに同様の傾向がある１０個の個別の指示計全部の各ギアーに関して繰り返される。
【００６１】
振幅トレンディング回路３８０は、エンジン軸ＶＭＳの振幅トレンディング部２８０により実施されたと同様に、選択されたギアーに関する最低警報設定を決定する。振幅トレンディング回路３８０は、各ポイント・オーバータイムで採取されたデータに関して多項曲線適合を実施し、曲線の傾斜を推定する。曲線の傾斜に基づいて、各ギアーに関して警報状態までに残された時間が予測される。
【００６２】
各ギアーの警報状態までに残された時間は不揮発性メモリに記憶される。各ギアーに関して警報設定は、エンジン時計２６５と警報状態までに残された時間とに基づいて決定される。各ギアーの最低アラーム設定は次に、警報設定構成要素３８０からオークショニング回路５１０（図６参照）の出力として提供される。
【００６３】
この技法により、ギアー保全に関する強力な評価が得られる、即ち、残留ＲＭＳ振幅は、問題が存在するとき劇的に変化する傾向を示す。それ故、警報レベルの設定は、振動伝達率のエンジン間変動に鈍感であるべきである。
【００６４】
ここで図５を参照すると、図５は、共通して参照番号４００として示される代表的エンジン・ベアリング振動モニタリング・トレンディング（ＶＭＴ）システムの機能ブロック線図を提供する。ギアーＶＭＴ３００と同様に、ベアリングＶＭＴシステム４００は、データ獲得・記憶構成要素４２０、獲得データをフィルター処理してそれからスペクトル応答をつくるデータ変換構成要素４４０、及び各ベアリングの最低警報設定を推定するトレンディング警報セグメント４８０を備える。
【００６５】
エンジン・ベアリングＶＭＴシステムは、エンジンに取り付けた加速度計を用いることによって、いくつかのエンジン・ベアリングの振動レベルを計測し、振動レベルの変化に基づいて、警報設定に到達するまでの残存時間を予告する。ベアリングの代表的リストがチャートに含まれる。
【００６６】
ベアリングは軸又はギアーよりも本来的にモニタリングが困難である。この理由は、ベアリングが正常作動中のみならず破損時にも静かであるためである。静かで低い振幅は、検知が困難であるのみならず、他の構成部材の高い振幅により覆い隠される傾向にある。総括的なスペクトルからベアリングの信号を抽出するためには、革新的な技法を使用する必要がある。この目的に、所定の技法を使用すると、高次高調波ベアリング周波数、典型的には５次、が、高次高調波により励起される構造共振から抽出される。構造共振により、ベアリング振動が増幅され従って振動センサーにより「聴取」され得る手段が提供される。
【００６７】
図５は、参照番号４００として示されるエンジン・ベアリングＶＭＴシステムの機能ブロック線図を提供する。本明細書に開示される代表的実施例では、ベアリングはエンジンの全域に設置され、それ故、いずれのベアリングが評価されるかによってデータは前部と後部の加速度計から得られる。エンジン・ベアリング振動データは、エンジン軸ＶＭＴシステム２００に関して記述されたと同様に獲得される。
【００６８】
作動中は、データ獲得構成要素４２０は主エンジン制御からいくつかの回転数とトルクの信号を収受する。４０個の試料が採取される一方、加速度計データが捕捉され、ランダム・アクサス・メモリに記憶される。エンジンが定常状態検出器に指示されるように定常状態にある場合、広域組の未加工振動データが４秒に渡り１２５ｋＨｚ率で捕捉される。これは５００，０００データ点を表す。３つの軸、即ちＮＨ、ＮＰ及びＮＬの回転数もまた４秒に渡り試料採取され、各軸の平均回転数がメモリ４３０に記憶される。未加工の振動データが時間標識され、後処理によりメモリ４３２と４３４に記憶される。
【００６９】
チャート４４２は、いずれの軸が特定のベアリングを駆動するかのみならず、いずれの加速度計、熱９０ｂ又は冷９０ａ、が選択されたベアリングから構造由来のノイズを検出するかをも示している。例えば、ＨＰ軸は＃４ベアリングを駆動し、このベアリングに関連した振動が熱加速度計９０ｂにより検出される。それ故、スイッチ４３６の位置は、モニタリングされる選択ベアリングに基づいており、いずれの加速度計がトレンディング警報セグメント４８０にデータ信号を提供するかを決定する。
【００７０】
各データ点が、範囲、率、および統計面の検査により種々の手段により妥当性を確認される。選択された加速度計の未加工データはフィルター処理され、「復調され」、且つ１６のデータ・ブロック４４８にグループ化される。復調は、高周波担体から振幅復調された可聴信号を抽出して、関連の低周波信号を与えることとして単純に記述することができる。この場合、可聴信号はベアリング音調であり、高周波担体はベアリング音調の５次高調波に対応するエンジン構造共振である。
【００７１】
ＦＦＴ４５０が次にスペクトル応答４５２を引き出すために復調された信号につき採取される。各ベアリングが、ボールの数と大きさ及び内側と外側の軌道輪の大きさに関して、その固有で特定の幾何学的形状を有するので、各ベアリングに関して得られた特徴的周波数はメモリに記憶され、ベアリング・データベースとして参照に供される。データベースは、チャート４４２に示され、各ベアリングに関する４個の特徴的周波数、即ち、内側軌道輪通過周波数（ｆｉ）、外側軌道輪通過周波数（ｆｏ）、保持器周波数（ｆｃ）、及びローラー／ボール・スピン周波数（ｆｓ）を周波数スペクトルから抽出するために使用される。これらの各ベアリング音調の振幅、４個の振幅と交差対計測のＲＭＳ平均化総計につき、残存時間予知指示値を計算するために先に記述したのようにその傾向を求める。この処理は、代表的エンジンに関して傾向を求めるために潜在的に必要である２１×６＝１２６の指示計の全てに関して各ベアリングに対して繰り返す。
【００７２】
ＮＨ、ＮＬ、ＮＰ、ＱＳ及び時間（ｔ）が、エンジン軸ＶＭＳの振幅トレンディング部８０により実施されたと同様に選択ベアリングに関して最低警報設定を決定する振幅トレンディング回路４８０に提供される。振幅トレンディング回路４８０は、各点の採取されたデータに関して多項曲線適合を実施し、曲線の傾斜を推定する。曲線の傾斜とデータ点の外挿に基づいて、各回転数とトルクの帯域に関する警報状態までに残された時間が予告される。
【００７３】
各ベアリングに対して警報設定が、エンジン時計と警報状態までに残された予告時間とに基づいて決定される。各ベアリングに対する警報設定の最低値が次に、警報設定要素４８０からオークション回路５１０への出力として提供される（図６）。
【００７４】
この技法により、ベアリング保全の強力な評価が与えられる、即ち、ベアリング音調振幅が、問題が存在するときに劇的に変化する傾向を示す。それ故、警報レベルを設定することは、振動伝達率においてエンジン振動に鈍感であるべきである。
【００７５】
図６を参照すると、図６は、航空機エンジンに関して機械的故障までの残存時間を推定する代表的方法を示す機能ブロック線図を提供する。エンジン軸ＶＭＴシステム２００、ギアーＶＭＴシステム３００、及びベアリングＶＭＴシステム４００により決定される最低警報設定は、オークション回路５１０に提供される。最低警報設定はオークション回路５１０から加算ジャンクション５１２への出力として提供される。
【００７６】
エンジンが動いている場合、時計５１４は、毎秒アップデートされ、エンジンの累積的量が作動したことを追跡し、且つ毎分この時間を不揮発性メモリに記憶する。加算ジャンクション５１２では、累積的作動時間が最低警報設定から抽出されるとともに、機械的故障までの残存時間がエンジン作動時間にて決定される。機械的故障までの残存時間を表す信号が、何時保守を計画すべきかを決定するパイロット又は整備員を支援するデータ・ディスプレイを駆動するために使用可能である。
【００７７】
ここで図７を参照すると、図７は、補償型加速度計振動信号に関する対応曲線の図式表示を提供する。エンジン構成部材の潜在的高回転数を与えられた場合、加速度計は３７ｋＨｚの最小帯域幅を示す必要がある（フラットとして＋／−５％以内までの帯域幅の定義に基づいて）。この帯域幅は多くの加速度計の可能出力を越えているが、４５ｋＨｚの機械的共鳴を有する加速度計を用いてこの可能出力を生み出す、周波数補償に関する技法が開発された。このことによって、関連の最高周波数の検出が可能になる。本明細書に開示される実施例では、これらにより、付属ギアー・ボックスを駆動するタワー軸のギアー歯の故障と、ベアリング周波数の５次高調波を励起するベアリングの故障とが表示される。５次高調波は重要である、これは、技法が、エンジンのより主要な軸とギアーの周波数振幅から相対的低エネルギーのベアリング振幅を分離するために使用されるからである。
【００７８】
補償型信号に関する対応曲線が図７に示される。補償ネットワークはまた、抗エーリアシングのための重複２極フィルター（トータル４極）、始めにバターワース（Butterworth）、次にチェビシェブ（Chebyshev）を備える。補償ネットワークと２つのフィルターが、得られる出力に望ましいフラットネストを与えるために共に作動するように設計される。このグラフの曲線は、要素のみを感知する加速度計に対するのみならず抗エーリアシング・フィルターとの補償された信号にも対する、反応を示す。この実施例は、２５ｋＨｚの共振を示す加速度計の補償に基づいているが、結果は、使用される任意の回路に比例する。基本的曲線は、＋０．４ｄＢ（＋５％）の基準線曲線の誤差が、２５ｋＨｚの機械的共振への道のりの単に２２％、５．５ｋＨｚの周波数で起きることを示す。補償型信号はしかしながら、共振周波数の８０％である、２０ｋＨｚで同じ＋０．４ｄＢ内でフラットである。上述のように、概念は、４５ｋＨｚの機械的共振に関して共振が３７ｋＨｚで＋７％誤差で３６ｋＨｚ（＋４％）にフラットにされ得るように、任意の周波数に応じて決めることができる。
【００７９】
モンテカルロ法を用いて実施された許容誤差の検討により、調整回路と加速度計の両方に合理的な構成要素間の変動が与えられた場合、望ましい反応曲線が達成されることが示される。この補償ネットワークとフィルターは、チャージ変換機モジュール内の増幅器に容易に付加可能である。
【００８０】
本発明は好ましい実施例に関して記述されているけれども、当業者は、付属の特許請求の範囲により記述されるように、本発明の本質又は範囲から逸脱することなしに種々の変更及び／又は修正が本発明に対して為され得ることを容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
本出願が関連する当業者が製造方法と使用方法を即座に理解するように、図面が参照として示される。
【図１】２つの振動モニター・システム構成の模式表示である。即ち、ＦＡＤＥＣベースのシステムとＨＵＭＳベースのシステムである。
【図２Ａ】開示主題の振動モニタリング・システムと関連する電子的ハードウェアがエンジンの電子的制御装置（ＥＣＵ）とどのようにインターフェースするかを示す略線図である。
【図２Ｂ】本開示の代表的振動モニタリング・システムの簡略正面図であり、エンジン・ハウジングに設置された第１（冷）加速度計と第２（熱）加速度計を示している。
【図３】図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃの配置図である。
【図３Ａ】、
【図３Ｂ】及び
【図３Ｃ】エンジン軸の診断／予知に関する警報設定を決めるために主エンジン制御装置からの加速度計入力とデジタル・データを利用するための方法を示す機能ブロック線図を提供する。
【図４】図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃの配置図である。
【図４Ａ】、
【図４Ｂ】及び
【図４Ｃ】いくつかのエンジン・ギアーに関する振動モニタリングと診断／予知の取り組みを示す機能ブロック線図を提供する。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄの配置図である。
【図５Ａ】、
【図５Ｂ】、
【図５Ｃ】及び
【図５Ｄ】いくつかのエンジン・ベアリングに関する振動モニタリングと診断／予知の取り組みを示す機能ブロック線図を提供する。
【図６】いつくかのエンジン回転構成部材に関して確立された警報設定に基づいて機械的故障までに残されている時間を評価する方法を示す論理図である。
【図７】補償された加速度計周波数信号に関する対応曲線のグラフ表示を提供する。
【００８２】
開示主題に関するこれらの及び他の特徴は、好ましい実施例の詳細な記述から等業者にさらに即座に明らかになるであろう。
【図１】
2005514602.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年7月7日(2004.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
2005514602.tif 000028
【図４Ａ】
2005514602.tif 000029
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
2005514602.tif 000032
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2005514602.tif 000039
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