(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンおよび電気機械の健全性を推定するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】エンジンおよび電気機械の健全性を推定するためのシステム（３００）および方法（５００、６００）が提供される。したがって、システム（３００）および方法（５００、６００）は、電気機械が組み込まれたまたは連結された１つまたは複数のエンジンの１つまたは複数のエンジン（２００）および／または電気機械（２４６）の改善された健全性推定値（３６０）を提供する特徴を含む。特に、システム（３００）および方法（５００、６００）は、原動機（２００）および／またはそれに組み込まれたもしくは連結された電気機械（２４６）の健全性を推定するために、検出または測定された電気機械の動作パラメータ（３５０）および／または原動機（２００）の動作パラメータ（３５１）を利用するための特徴を含む。【選択図】図３
2019031967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機（２００）および前記原動機（２００）に連結された電気機械（２４６）の少なくとも一方の健全性を監視するための方法（５００）であって、
前記電気機械（２４６）のトルクの変化に対する応答（４０２）を測定するステップ（５０２）であって、前記応答（４０２）は前記原動機（２００）および前記電気機械（２４６）の少なくとも一方の１つまたは複数の動作パラメータ（３５０、３５１）の変化を示す、ステップ（５０２）と、
前記応答（４０２）に少なくとも部分的に基づいて、前記電気機械（２４６）および前記原動機（２００）のうちの少なくとも一方の健全性推定値（３６０）を決定するステップ（５０４）と
を含む方法（５００）。
【請求項２】
前記応答（４０２）を測定するステップ（５０２）の前に、前記方法は、
前記電気機械（２４６）のトルクの前記変化を誘起させるために、所定時間の間に前記電気機械（２４６）にパルス（４００）を加えるステップ
をさらに含む、請求項１に記載の方法（５００）。
【請求項３】
決定するステップ（５０４）の間に、前記方法は、
前記応答（４０２）をベースライン応答（４１１）と比較するステップと、
前記応答（４０２）と前記ベースライン応答（４１１）との間のデルタを決定するステップと
をさらに含み、
前記健全性推定値（３６０）は、前記応答（４０２）と前記ベースライン応答（４１１）との間の前記デルタに少なくとも部分的に基づいている、請求項１に記載の方法（５００）。
【請求項４】
前記１つまたは複数の動作パラメータ（３５０、３５１）の前記変化は、前記原動機（２００）の出力の変化を示す、請求項１に記載の方法（５００）。
【請求項５】
前記応答（４０２）は、前記原動機（２００）の燃料流量の変化を示す燃料流量応答（４１０）である、請求項１に記載の方法（５００）。
【請求項６】
前記原動機（２００）は、軸方向を規定し、前記軸方向の周りで回転可能な低圧シャフト（２２４）および高圧シャフト（２２２）を有するガスタービンエンジン（２００）であり、前記電気機械（２４６）は、前記低圧シャフト（２２４）および前記高圧シャフト（２２２）の少なくとも一方に連結され、前記軸方向の周りで少なくとも部分的に回転可能であり、前記応答（４０２）は、前記ガスタービンエンジン（２００）の前記低圧シャフト（２２４）および前記高圧シャフト（２２２）をそれぞれ示すＮ１速度応答（４２０）およびＮ２応答（４０２）の少なくとも一方である、請求項１に記載の方法（５００）。
【請求項７】
前記原動機（２００）は、軸方向を規定し、前記軸方向の周りで回転可能な低圧シャフト（２２４）および高圧シャフト（２２２）を含むガスタービンエンジン（２００）であり、前記電気機械（２４６）は、前記低圧シャフト（２２４）に連結され、前記軸方向の周りで少なくとも部分的に回転可能な第１の電気機械（２４７）であり、前記ガスタービンエンジン（２００）は、前記高圧シャフト（２２２）に連結され、前記軸方向の周りで少なくとも部分的に回転可能な第２の電気機械（２４９）をさらに含み、前記応答（４０２）は、前記ガスタービンエンジン（２００）の前記第２の電気機械（２４９）の出力を示す出力応答（４４０）である、請求項１に記載の方法（５００）。
【請求項８】
前記原動機（２００）はガスタービンエンジン（２００）であり、前記電気機械（２４６）は発電機（１０８）である、請求項１に記載の方法（５００）。
【請求項９】
半径方向および軸方向を規定するガスタービンエンジン（２００）であって、前記ガスタービンエンジン（２００）は、
直列の流れの順に配置され、コア空気流路（２２１）を少なくとも部分的に画定する圧縮機部（２１０，２１２）、燃焼部（２１４）、およびタービン部（２１６，２１８）と、
動作中に前記ガスタービンエンジン（２００）の１つまたは複数の動作パラメータ（３５１）を検出するための１つまたは複数のセンサと、
前記圧縮機部（２１０，２１２）の一部および前記タービン部（２１６，２１８）の一部の少なくとも一方と共に回転可能である回転部品と、
静止フレーム部材と、
前記回転部品と共に回転可能な電気機械（２４６）であって、前記静止フレーム部材に取り付けられた、または前記回転部品に連結された、あるいは前記静止フレーム部材に取り付けられ、かつ前記回転部品に連結された電気機械（２４６）と、
前記電気機械（２４６）および前記１つまたは複数のセンサと通信可能に結合された１つまたは複数のコンピューティングデバイス（３０２）を含む健全性監視システム（３００）と、を含み、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（３０２）は、１つまたは複数のプロセッサ（３０６）ならびに１つまたは複数のメモリデバイス（３０８）を含み、前記１つまたは複数のメモリデバイス（３０８）は、前記１つまたは複数のプロセッサ（３０６）によって実行された場合に、前記１つまたは複数のプロセッサ（３０６）に動作を実行させる命令を格納し、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（３０２）は、
前記電気機械（２４６）のトルクの変化に対する応答（４０２）を示す１つまたは複数の信号を前記１つまたは複数のセンサから取得し、前記応答（４０２）は前記ガスタービンエンジン（２００）の１つまたは複数の動作パラメータ（３５１）の変化を示し、
前記応答（４０２）をベースライン応答（４１１）と比較し、
前記応答（４０２）と前記ベースライン応答（４１１）との間のデルタを決定し、
前記応答（４０２）と前記ベースライン応答（４１１）との間の前記デルタに少なくとも部分的に基づいて、前記ガスタービンエンジン（２００）の健全性推定値（３６０）を決定する
ように構成される、ガスタービンエンジン（２００）。
【請求項１０】
前記１つまたは複数の動作パラメータ（３５１）の前記変化は、前記ガスタービンエンジン（２００）の出力の変化を示す、請求項９に記載のガスタービンエンジン（２００）。
【請求項１１】
前記燃焼部（２１４）は、燃料を供給するための燃料供給システム（２８２）を含み、前記応答（４０２）は、前記燃料供給システム（２８２）によって前記ガスタービンエンジン（２００）の前記燃焼部（２１４）に供給される燃料流量を示す燃料流量応答（４１０）である、請求項９に記載のガスタービンエンジン（２００）。
【請求項１２】
前記ガスタービンエンジン（２００）の前記回転部品は、前記軸方向の周りでそれぞれ回転可能な低圧シャフト（２２４）および高圧シャフト（２２２）の少なくとも一方を含み、前記電気機械（２４６）は、前記低圧シャフト（２２４）および前記高圧シャフト（２２２）の少なくとも一方に連結され、前記応答（４０２）は、前記ガスタービンエンジン（２００）の前記低圧シャフト（２２４）および前記高圧シャフト（２２２）をそれぞれ示すＮ１速度応答（４２０）およびＮ２応答（４０２）の少なくとも一方である、請求項９に記載のガスタービンエンジン（２００）。
【請求項１３】
前記ガスタービンエンジン（２００）は、
電源（３３８）をさらに含み、
前記電気機械（２４６）のトルクの変化に対する応答（４０２）を示す前記１つまたは複数の信号を取得する前に、前記コンピューティングデバイス（３０２）は、
所定時間の間に前記電気機械（２４６）にパルス（４００）を加えるために１つまたは複数の信号を前記電源（３３８）に送信するようにさらに構成される、請求項９に記載のガスタービンエンジン（２００）。
【請求項１４】
前記ガスタービンエンジン（２００）は、前記ガスタービンエンジン（２００）の動作中に１つまたは複数の動作パラメータ（３５１）を測定するために、前記コア空気流路（２２１）に沿って配置されたガス経路センサ（３３６）を含み、前記健全性推定値（３６０）を決定する間に、前記コンピューティングデバイス（３０２）は、前記ガスタービンエンジン（２００）および前記電気機械（２４６）の少なくとも一方の健全性推定値（３６０）を決定するために、前記センサによって測定された前記動作パラメータ（３５０）と併せて、前記ガス経路センサ（３３６）によって測定された前記動作パラメータ（３５１）を利用する、請求項９に記載のガスタービンエンジン（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般に、電気機械が組み込まれたまたは連結されたガスタービンエンジンに関し、より詳細には、そのようなガスタービンエンジンおよび電気機械の健全性監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な航空機推進システムは、１つまたは複数のガスタービンエンジンを含む。特定の推進システムでは、ガスタービンエンジンは、一般に、互いに流体連通して配置されたファンおよびコアを含む。ガスタービンエンジンは、一般に、直列の流れの順に、圧縮機部、燃焼部、タービン部、および排気部を含む。動作中、空気がファンから圧縮機部の入口に供給される。圧縮機部では、空気が燃焼部に達するまで、１つまたは複数の軸流圧縮機または遠心圧縮機が空気を徐々に圧縮する。燃料は、圧縮空気と混合され、燃焼部内で燃焼されて燃焼ガスを供給する。燃焼ガスは、燃焼部からタービン部に送られる。タービン部を通る燃焼ガスの流れは、タービン部を駆動し、その後排気部を通って、例えば大気中に送られる。
【０００３】
特定のガスタービンエンジンは、発電機、電動モータ、または発電機／電動モータの組み合わせであり得る、組み込まれたまたは連結された電気機械を含むことができる。このような発電機は、例えば電動ファンなどの補助推進システムに電力を供給するために使用することができるか、または他の航空機システムに電力を供給するために使用することができる。電動モータとして構成されているとき、または電動モータとして機能する場合には、そのような電気機械は、他の可能な用途のうちでも、とりわけガスタービンエンジン用の始動モータとして使用することができる。
【０００４】
ガスタービンエンジンおよびその中に組み込まれたまたは連結された電気機械は、それぞれの耐用年数にわたって劣化する。従来、エンジンの健全性および電気機械の健全性は、サービス時間または他の予測方法に基づいて予測および評価されてきた。しかし、すべてのサービス時間でエンジンと電気機械の摩耗量が同じになるわけではない。したがって、エンジンおよび電気機械の健全性を評価するための従来の方法では、精密ではなく時には不正確な健全性評価が行われることがある。さらに、このような精密ではないまたは不正確な評価に基づいて、エンジンおよび／または電気機械の整備を不必要にスケジュールするおそれがあり、または場合によってはすぐに予定を立てることもできない。さらに、多くの場合、エンジンおよび電気機械の健全性推定値は、一般にリアルタイムでは提供されないので、そのような劣化に対する調整はリアルタイムで行うことができず、最適なエンジンおよび／または電気機械の効率よりも低くなる。
【０００５】
したがって、これらの課題の１つまたは複数に対処するエンジンおよび電気機械の健全性を評価するための改良されたシステムおよび方法が有用であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０３２５６２９号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。
【０００８】
１つの例示的な態様では、原動機および原動機に連結された電気機械の少なくとも一方の健全性を監視するための方法が提供される。本方法は、電気機械のトルクの変化に対する応答を測定するステップであって、応答は原動機および電気機械の少なくとも一方の１つまたは複数の動作パラメータの変化を示す、ステップを含む。本方法はまた、前記応答に少なくとも部分的に基づいて、前記電気機械および前記原動機のうちの少なくとも一方の健全性推定値を決定するステップを含む。
【０００９】
いくつかの例示的な実施形態では、応答を測定するステップの前に、本方法は、電気機械のトルクの変化を誘起させるために、所定時間の間に電気機械にパルスを加えるステップをさらに含む。
【００１０】
いくつかの例示的な実施形態では、健全性推定値を決定するステップの後に、本方法は、原動機および電気機械の少なくとも一方の健全性推定値を示す情報をユーザに提供するステップをさらに含む。
【００１１】
いくつかの例示的な実施形態では、健全性推定値を決定するステップの後に、本方法は、決定された健全性推定値に応答して、原動機および電気機械の少なくとも一方についてのメンテナンス作業をスケジュールするステップをさらに含む。
【００１２】
別の例示的な態様では、原動機および原動機に連結された電気機械の少なくとも一方の健全性を監視するための方法が提供される。本方法は、原動機および電気機械の動作中に所定時間にわたって測定された電気機械の１つまたは複数の動作パラメータを示す動作データを取得するステップを含む。本方法はまた、動作データに少なくとも部分的に基づいてパラメータ関数を生成するステップであって、パラメータ関数は、経時的に傾向がある電気機械の動作パラメータのうちの少なくとも１つを示す、ステップを含む。さらに、本方法はまた、前記パラメータ関数に少なくとも部分的に基づいて、前記電気機械および前記原動機の少なくとも一方の健全性推定値を決定するステップを含む。
【００１３】
いくつかの例示的な実施形態では、本方法は、原動機および電気機械の動作中に所定時間にわたって測定された原動機の１つまたは複数の動作パラメータを示す動作データを取得するステップをさらに含む。本方法はまた、前記動作データに少なくとも部分的に基づいてパラメータ関数を生成するステップであって、前記パラメータ関数は、経時的に傾向がある前記原動機の前記動作パラメータのうちの少なくとも１つを示す、ステップを含む。さらに、決定するステップの間に、健全性推定値は、電気機械のパラメータ関数および原動機のパラメータ関数に少なくとも部分的に基づいて決定される。
【００１４】
いくつかの例示的な実施形態では、健全性推定値を決定するステップの後に、本方法は、原動機および電気機械の少なくとも一方の健全性推定値を示す情報をユーザに提供するステップをさらに含む。
【００１５】
いくつかの例示的な実施形態では、健全性推定値を決定するステップの後に、本方法は、決定された健全性推定値に応答して、原動機および電気機械の少なくとも一方についてのメンテナンス作業をスケジュールするステップをさらに含む。
【００１６】
さらに別の例示的な態様では、半径方向および軸方向を規定するガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、直列の流れの順に配置され、コア空気流路を少なくとも部分的に画定する圧縮機部、燃焼部、およびタービン部と、を含む。ガスタービンエンジンはまた、動作中にガスタービンエンジンの１つまたは複数の動作パラメータを検出するための１つまたは複数のセンサを含む。ガスタービンエンジンは、前記圧縮機部の一部および前記タービン部の一部の少なくとも一方と共に回転可能である回転部品をさらに含む。ガスタービンエンジンは、静止フレーム部材をさらに含む。ガスタービンエンジンはまた、回転部品と共に回転可能な電気機械であって、静止フレーム部材に取り付けられた、または回転部品に連結された、あるいは静止フレーム部材に取り付けられ、かつ回転部品に連結された電気機械を含む。ガスタービンエンジンは、電気機械および１つまたは複数のセンサと通信可能に結合された１つまたは複数のコンピューティングデバイスを含む健全性監視システムをさらに含み、１つまたは複数のコンピューティングデバイスは、１つまたは複数のプロセッサならびに１つまたは複数のメモリデバイスを含み、１つまたは複数のメモリデバイスは、１つまたは複数のプロセッサによって実行された場合に、１つまたは複数のプロセッサに動作を実行させる命令を格納し、１つまたは複数のコンピューティングデバイスは、電気機械のトルクの変化に対する応答を示す１つまたは複数の信号を１つまたは複数のセンサから取得し、応答はガスタービンエンジンの１つまたは複数の動作パラメータの変化を示し、応答をベースライン応答と比較し、応答とベースライン応答との間のデルタを決定し、応答とベースライン応答との間のデルタに少なくとも部分的に基づいて、ガスタービンエンジンの健全性推定値を決定するように構成される。
【００１７】
いくつかの例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンは、電源をさらに含む。電気機械のトルクの変化に対する応答を示す１つまたは複数の信号を取得する前に、コンピューティングデバイスは、所定時間の間に電気機械にパルスを加えるために１つまたは複数の信号を電源に送信するようにさらに構成される。
【００１８】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１９】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の様々な例示的な実施形態による航空機の上面図である。
【図２】図１の例示的な航空機の左側面図である。
【図３】本開示の例示的な態様によるガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図４】図３のガスタービンエンジンに組み込まれた電気機械の概略断面図である。
【図５】本開示の様々な例示的な実施形態によるコンピューティングデバイスの概略図である。
【図６】図３のガスタービンエンジンの燃焼部の概略断面図である。
【図７】本開示の様々な例示的な実施形態による流れ図である。
【図８】図３のガスタービンエンジンの特定の出力設定および動作範囲に対する時間の関数として、図３および図４の電気機械を流れる電流のプロットを示す図である。
【図９】ガスタービンエンジンの特定の出力設定および動作範囲について時間の関数として、図３のガスタービンエンジンのコア空気流路に沿った時間および温度の関数として、図３および図４の電気機械を流れる電流のプロットを示す図である。
【図１０】本開示の様々な例示的実施形態による流れ図である。
【図１１】本開示の例示的な実施形態による、時間の関数としての燃料流量応答のプロットを示す図である。
【図１２】本開示の例示的な実施形態による、時間の関数としての低圧シャフト（Ｎ１）速度応答のプロットを示す図である。
【図１３】本開示の例示的な実施形態による、時間の関数としての燃料流量応答のプロットを示す図である。
【図１４】本開示の例示的な実施形態による、時間の関数としてのＴ４５温度応答のプロットを示す図である。
【図１５】本開示の例示的な実施形態による例示的な方法の例示的なフローチャートを示す図である。
【図１６】本開示の例示的な実施形態による例示的な方法の別の例示的なフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数字および文字による符号を用いる。図面および説明の中で同じまたは類似の記号は、本発明の同じまたは類似の部品を参照するために使用されている。本明細書において使用されるとき、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、或る構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。「前方」および「後方」という用語は、ガスタービンエンジン内の相対的な位置を指し、前方はエンジンの入口に近い位置を指し、後方はエンジンノズルまたは排気部に近い位置を指す。「上流」および「下流」という用語は、流体の経路における流体の流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体が流れて来る方向を指し、「下流」は、流体が流れて行く方向を指す。
【００２２】
本出願は、一般的に、原動機および／またはその中に組み込まれもしくは連結された１つもしくは複数の電気機械の健全性監視のためのシステムおよび方法に関する。特に、本システムおよび方法は、原動機、その中に組み込まれたまたはそれに連結された電気機械、および／またはその部品の健全性を推定するために、検出されたまたは測定された電気機械の動作パラメータおよび／または原動機の動作パラメータを利用するための特徴を含む。
【００２３】
１つの例示的な態様では、原動機は、その中に組み込まれた１つまたは複数の電気機械を有する航空機用の推進システムの１つまたは複数のガスタービンエンジンであってもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のガスタービンエンジン内に組み込まれた１つまたは複数の電気機械の動作パラメータは、ガスタービンエンジンの動作中に経時的に検出される。検出されたデータは、電気機械および／またはガスタービンエンジンの健全性を予測または推定するために、収集され、正規化され、次に経時的に傾向付けられる。さらに他の実施形態では、電気機械の検出された動作パラメータは、ガスタービンエンジンの検出された動作パラメータと併せて使用することができる。このようにして、ガスタービンエンジンのエンジン健全性および／または電気機械の健全性は、ガスタービンエンジンおよびそれに組み込まれもしくはそれに連結された電気機械がどのように実際に動作しているかを示すデータに基づいて予測または推定することができる。このようなデータによって、電気機械および／またはガスタービンエンジンの改善された健全性推定値を提供することができる。
【００２４】
別の例示的な態様では、いくつかの例示的な実施形態では、所定時間（すなわち、電気機械にパルスを加えることができる）の間に、ガスタービンエンジン内に組み込まれた、または連結された１つまたは複数の電気機械にわたって増加した負荷を意図的に配置することができる。その後に、増加した負荷に対する応答が測定される。この応答は、ガスタービンエンジンおよび／またはそれに連結された別の電気機械の１つまたは複数の動作パラメータの変化を示す。この応答は、ガスタービンエンジン、電気機械、それに組み込まれたまたは連結された他の電気機械、および／またはそれらの部品の健全性に関する予測を行うために利用される。
【００２５】
原動機は、例えば、ガスタービンエンジン、蒸気タービンエンジン、往復動エンジン、航空転用エンジン、マイクロタービン、燃料電池、風力タービンなどの任意の適切な動力源であってもよいことが理解されよう。電気機械は、任意の適切なタイプの電力抽出システムであってもよい。例えば、原動機は風力タービンであってもよく、その中に組み込まれたまたはそれに連結された電気機械は発電機であってもよい。本明細書で開示される原動機および／または電気機械の特定の例は、例示のみの目的であり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図したものではないことが、さらに理解されよう。
【００２６】
ここで図面を参照すると、図１は、本主題の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な航空機１０の上面図を示す。図２は、図１に示す航空機１０の左側面図を示す。図１および図２に示すように、航空機１０は、それを通って延在する長手方向中心線１４と、垂直方向Ｖと、横方向Ｌと、前端部１６と、後端部１８と、を規定する。さらに、航空機１０は、航空機１０の前端部１６と後端部１８との間に延在する平均線１５を規定する。本明細書で使用する「平均線」とは、航空機１０の付属物（後述する翼部２０およびスタビライザなど）を考慮せずに、航空機１０の長さに沿って延在する中点線を指す。
【００２７】
さらに、航空機１０は、航空機１０の前端部１６から航空機１０の後端部１８に向かって長手方向に延在する胴体１２と、一対の翼部２０と、を含む。本明細書で使用される「胴体」という用語は、一般に、航空機１０の尾翼などの航空機１０の本体のすべてを含む。そのような翼部２０の第１のものは、胴体１２の左舷側２２から長手方向中心線１４に対して横方向外方に延在し、そのような翼部２０の第２のものは、胴体１２の右舷側２４から長手方向中心線１４に対して横方向外方に延在する。図示する例示的な実施形態の翼部２０の各々は、１つもしくは複数の前縁フラップ２６および１つもしくは複数の後縁フラップ２８を含む。航空機１０は、ヨー制御用のラダーフラップ３２を有する垂直スタビライザ３０と（図２）、ピッチ制御用のエレベータフラップ３６をそれぞれ有する一対の水平スタビライザ３４と（図１）、をさらに含む。胴体１２は、外面または外板３８をさらに含む。しかし、本開示の他の例示的な実施形態では、航空機１０は、垂直方向Ｖまたは水平／横方向Ｌに沿って直接延在してもよく、延在しなくてもよい、スタビライザの他の任意の適切な構成をそれに加えてまたはその代わりに含んでもよいことを理解されたい。
【００２８】
図１および図２の例示的な航空機１０は、本明細書では「システム１００」と呼ばれる推進システム１００を含む。例示的なシステム１００は、１つまたは複数の航空機エンジンと、１つまたは複数の電気推進エンジンと、を含む。例えば、図示した実施形態は、それぞれが航空機１０に、例えば一対の翼部２０のうちの一方などに取り付けられるように構成された複数の航空機エンジンと、電気推進エンジンと、を含む。より具体的には、図示した実施形態では、航空機エンジンは、ガスタービンエンジンとして、またはむしろ翼下構成で翼部２０の下に取り付けられ懸架されたターボファンジェットエンジン１０２、１０４として構成される。さらに、電気推進エンジンは、航空機１０の後端部に取り付けられるように構成され、したがって、図示する電気推進エンジンは、「後部エンジン」と呼ぶことができる。さらに、図示した電気推進エンジンは、航空機１０の胴体１２上の境界層を形成する空気を取り込み、消費するように構成される。したがって、図示した例示的な後部エンジンは、境界層摂取（ＢＬＩ）ファン１０６と呼ぶことができる。ＢＬＩファン１０６は、翼部２０および／またはジェットエンジン１０２、１０４の後方の位置で航空機１０に取り付けられる。具体的には、図示した実施形態では、ＢＬＩファン１０６は、後端部１８で胴体１２に固定されて接続され、そのようにしてＢＬＩファン１０６が後端部１８の尾部に組み込まれるか、または後端部と混合され、平均線１５がそれを通って延在するようになる。しかしながら、他の実施形態では、電気推進エンジンは、他の適切な方法で構成することができ、必ずしも後部ファンまたはＢＬＩファンとして構成する必要はないことを理解されたい。
【００２９】
図１および図２の実施形態をさらに参照すると、特定の実施形態では、推進システム１００は、例えばジェットエンジン１０２、１０４で動作可能な発電機１０８などの１つまたは複数の電気機械をさらに含む。例えば、ジェットエンジン１０２、１０４の一方または両方は、回転シャフト（ＬＰシャフトまたはＨＰシャフトなど）から発電機１０８へ機械的動力を提供するように構成することができる。特定の実施形態では、それぞれのジェットエンジン１０２、１０４の外部に概略的に示されているが、発電機１０８は、それぞれのジェットエンジン１０２、１０４内に配置されてもよい。さらに、発電機１０８は、機械的動力を電力に変換するように構成することができる。図示した実施形態では、推進システム１００は、各ジェットエンジン１０２、１０４のための発電機１０８を含み、また、電力調整器１０９およびエネルギー蓄積装置１１０を含む。発電機１０８は、電力調整器１０９に電力を送ることができ、電力調整器１０９は、電気エネルギーを適切な形に変換し、エネルギーをエネルギー蓄積装置１１０に蓄積するか、または電力をＢＬＩファン１０６に送ることができる。図示した実施形態では、発電機１０８、電力調整器１０９、エネルギー蓄積装置１１０、およびＢＬＩファン１０６はすべて、電気通信バス１１１に接続され、発電機１０８は、ＢＬＩファン１０６および／またはエネルギー蓄積装置１１０と電気的に通信し、発電機１０８がエネルギー蓄積装置１１０およびＢＬＩファン１０６の一方または両方に、あるいは他の航空機システムに電力を供給することができる。したがって、そのような実施形態では、推進システム１００は、ガス電気推進システムと呼ぶことができる。
【００３０】
しかしながら、図１および図２に示す航空機１０および推進システム１００は単なる例として提示しており、本開示の他の例示的な実施形態では、任意の他の適切な方法で構成された推進システム１００を有する任意の他の適切な航空機１０を提示することができることを理解されたい。例えば、様々な他の実施形態において、ＢＬＩファン１０６は、代わりに、航空機１０の後端部１８に近接する任意の適切な位置に配置されてもよいことを理解されたい。さらに、他の実施形態では、電気推進エンジンは、航空機１０の後端部に配置されていなくてもよく、したがって「後部エンジン」として構成されなくてもよい。例えば、他の実施形態では、電気推進エンジンを航空機１０の胴体に組み込み、したがって「ポッド付きエンジン」またはポッド設置エンジンとして構成することができる。さらに、さらに他の実施形態では、電気推進エンジンを航空機１０の翼部に組み込むことができ、したがって、「混合翼部エンジン」として構成することができる。さらに、他の実施形態では、電気推進エンジンは、境界層取り込みファンでなくてもよく、代わりに、フリーストリーム注入ファンとして航空機１０上の任意の適切な位置に取り付けてもよい。さらに、さらに他の実施形態では、推進システム１００は、例えば電力調整器１０９および／またはエネルギー蓄積装置１１０を含まなくてもよく、その代わりに発電機１０８がＢＬＩファン１０６および／または他の航空機システムに直接接続されてもよい。
【００３１】
図３は、本開示の例示的な実施形態による推進エンジンの概略断面図である。特定の例示的な実施形態では、推進エンジンは、本明細書で「ターボファンエンジン２００」と呼ばれる高バイパスターボファンジェットエンジンとして構成することができる。特に、少なくとも特定の実施形態では、ジェットエンジン１０２、１０４は、高バイパスターボファンジェットエンジンとして構成することもできる。様々な実施形態では、ターボファンエンジン２００は、ジェットエンジン１０２、１０４を表すことができる。しかしながら、代わりに、他の実施形態では、ターボファンエンジン２００は、他の適切な航空機１０または推進システム１００に組み込まれてもよい。
【００３２】
図３に示すように、ターボファンエンジン２００は、軸線方向Ａ１（基準となる長手方向中心線２０１に平行に延在する）、半径方向Ｒ１、および円周方向Ｃ１（軸線方向Ａの周りに延在する。図３には示さず）を画定する。一般に、ターボファンエンジン２００は、ファン部２０２と、ファン部２０２の下流に配置されたコアタービンエンジン２０４と、を含む。
【００３３】
図示した例示的なコアタービンエンジン２０４は、一般的に、環状入口２０８を画定する実質的に管状の外側ケーシング２０６を含む。外側ケーシング２０６は、連続する流れの関係にて、ブースタまたは低圧（ＬＰ）圧縮機２１０と高圧（ＨＰ）圧縮機２１２とを含む圧縮機部、燃焼部２１４、高圧（ＨＰ）タービン２１６と低圧（ＬＰ）タービン２１８とを含むタービン部、ならびにジェット排気ノズル部２２０を囲んでいる。圧縮機部、燃焼部２１４、およびタービン部は共に、環状入口２０８からＬＰ圧縮機２１０、ＨＰ圧縮機２１２、燃焼部２１４、ＨＰタービン部２１６、ＬＰタービン部２１８およびジェット排気ノズル部２２０を通って延在するコア空気流路２２１を画定する。高圧（ＨＰ）シャフトすなわちスプール２２２は、ＨＰタービン２１６をＨＰ圧縮機２１２に駆動可能に接続する。低圧（ＬＰ）シャフトすなわちスプール２２４は、ＬＰタービン２１８をＬＰ圧縮機２１０に駆動可能に接続する。
【００３４】
図３に示す実施形態では、ファン部２０２は、離間してディスク２３０に連結された複数のファンブレード２２８を有する可変ピッチファン２２６を含む。図示するように、ファンブレード２２８は、ほぼ半径方向Ｒに沿ってディスク２３０から外向きに延在する。各ファンブレード２２８は、ファンブレード２２８のピッチを同時にまとめて変化させるように構成された適切な作動部材２３２に動作可能に連結されたファンブレード２２８により、ピッチ軸Ｐを中心としてディスク２３０に対して回転することができる。ファンブレード２２８、ディスク２３０、および作動部材２３２は共に、動力ギヤボックス２３４を横切るＬＰシャフト２２４によって長手方向軸１２を中心として回転することができる。動力ギヤボックス２３４は、ＬＰシャフト２２４の回転速度をより効率的な回転ファン速度に低下させる複数のギヤを含む。
【００３５】
さらに図３の例示的な実施形態を参照すると、ディスク２３０は、複数のファンブレード２２８を通る空気流を促進するために空気力学的に輪郭づけされた回転可能なスピナーまたはフロントハブ２３６で覆われている。さらに、例示的なファン部２０２は、ファン２２６および／またはコアタービンエンジン２０４の少なくとも一部を円周方向に取り囲む環状のファンケーシングまたは外側ナセル２３８を含む。ナセル２３８は、複数の、円周方向に離間して配置された出口ガイドベーン２４０によってコアタービンエンジン２０４に対して支持されている。ナセル２３８の下流部２４２は、コアタービンエンジン２０４の外側部分との間にバイパス空気流路２４４を画定するように、コアタービンエンジン２０４の外側部分の上に延在する。
【００３６】
図３に示す例示的なターボファンエンジン２００は、単なる例として提供されており、他の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン２００は任意の他の適切な構成を有することができることを理解されたい。例えば、ターボファンエンジン２００は、ターボプロップエンジン、ターボジェットエンジン、異なる構成のターボファンエンジン、または任意の他の適切なガスタービンエンジンとして構成することができる。
【００３７】
さらに、図３に示すように、この実施形態では、ターボファンエンジン２００は、その中に組み込まれた複数の電気機械２４６を含む。具体的には、図示する実施形態では、ターボファンエンジン２００の電気機械２４６は、第１の電気機械２４７と第２の電気機械２４９とを含む。第１の電気機械２４７は、ファン２２６と共に回転可能である。より具体的には、第１の電気機械２４７は、ＬＰシャフト２２４と同軸に取り付けられ、ＬＰシャフト２２４と共に回転可能な発電機として構成されている（この実施形態では、ＬＰシャフト２２４はまた動力ギヤボックス２３４を介してファン２２６を回転させる）。第２の電気機械２４９は、ＨＰ圧縮機２１２およびタービン２１６と共に回転可能である。より具体的には、第２の電気機械２４９は、ＨＰシャフト２２２に同軸に取り付けられ、ＨＰシャフト２２２と共に回転可能な発電機として構成されている。特に、ターボファンエンジン２００が、図１および図２を参照して上述した推進システム１００に組み込まれる場合には、発電機１０８は、図３の電気機械２４６と実質的に同じ方法で構成することができる。
【００３８】
ここで図４を参照すると、図３のターボファンエンジン２００内に組み込まれた電気機械２４６の１つの拡大図が示されている。より詳細には、第１の電気機械２４７が示されている。この実施形態では、第１の電気機械２４７は、ターボファンエンジン２００のタービン部内に組み込まれ、より詳細には、第１の電気機械２４７は、上述のようにターボファンエンジン２００のＬＰシャフト２２４に取り付けられる。さらに、第１の電気機械２４７は、軸方向Ａに沿って少なくとも部分的にタービン部の内側または後方に配置される。
【００３９】
図４にさらに示すように、第１の電気機械２４７は、ロータ２４８およびステータ２５０を含む。ロータ２４８は、複数のロータ接続部材２５２を介してＬＰシャフト２２４に直接取り付けられており、ロータ２４８はＬＰシャフト２２４と共に回転可能である。対照的に、ステータ２５０は、１つまたは複数のステータ接続部材２５４を介してターボファンエンジン２００の静止フレーム部材に、より具体的にはターボファンエンジン２００の構造支持部材２５６に取り付けられる。構造支持部材２５６は前方に延びて後方ベアリング２６２を支持する。後方ベアリング２６２は、ＬＰシャフト２２４の後端部を回転可能に支持する。
【００４０】
図４にさらに示すように、ステータ接続部材２５４は、ターボファンエンジン２００の構造支持部材２５６から延在する環状／円筒状部材であってもよい。この実施形態では、ステータ接続部材２５４は、１つまたは複数のベアリングを介してロータ２４８およびロータ接続部材２５２の回転を支持する。より具体的には、前方電気機械ベアリング２６４は、電気機械２４６の前方に、半径方向Ｒに沿ってロータ接続部材２５２とステータ接続部材２５４との間に配置される。同様に、後方電気機械ベアリング２６６は、第１の電気機械２４７の後方に、半径方向Ｒに沿ってロータ接続部材２５２とステータ接続部材２５４との間に配置される。特に、この実施形態では、前方電気機械ベアリング２６４はローラー要素ベアリングとして構成され、後方電気機械ベアリング２６６は一対のベアリングを含み、この一対のベアリングはローラー要素ベアリングおよびボールベアリングとして構成されている。しかしながら、前方および後方の電気機械ベアリング２６４、２６６は、他の実施形態では他の適切な構成を有してもよく、本開示は示された特定の構成に限定されるものではないことを理解されたい。
【００４１】
特に、少なくとも特定の例示的な実施形態では、第１の電気機械２４７は、図１および図２の例示的な発電機１０８のうちの１つであってもよい。このような実施形態では、ステータ２５０に対するロータ２４８の回転は、電力を生成することができ、電力は電気通信バス１１１を介して電力を調整するための電力調整器１０９に伝送され、次いで、ターボファンエンジン２００の１つまたは複数のシステム、例えばエネルギー蓄積装置１１０、ＢＬＩファン１０６、または図４に概略的に示す他の航空機システムなどに伝送され得る。図４には示していないが、第２の電気機械２４９は、第１の電気機械２４７とＬＰシャフト２２４との連結に関して上述したのと同じまたは同様の方法でＨＰシャフト２２２と連結することができる。
【００４２】
再び図３を参照すると、この実施形態では、ターボファンエンジン２００は、ターボファンエンジン２００および／またはその中に組み込まれた電気機械２４６の健全性を監視するための健全性監視システム３００を含む。図示するように、健全性監視システム３００は、１つまたは複数のコンピューティングデバイス３０２（図３に１つだけ示されている）およびデータ、特にターボファンエンジン２００の動作パラメータおよび／または電気機械２４６の動作パラメータを収集するための様々なセンサを含む。
【００４３】
図３の図示した実施形態では、コンピューティングデバイス３０２はエンジンコントローラ３０４である。航空機１０の各ターボファンエンジン２００は、エンジンコントローラ３０４を含むことができ、エンジンコントローラ３０４は、任意の適切な有線および／または無線接続を介して、互いにおよび／または例えばミッションコンピュータ、飛行管理コンピュータなどの航空機１０の他のコンピューティングデバイス３０２と通信可能に結合することができる、各エンジンコントローラ３０４は、例えば、全機能デジタルエンジン制御（ＦＡＤＥＣ）システムの電子エンジンコントローラ（ＥＥＣ）またはデジタルエンジンコントローラ（ＤＥＣ）であってもよい。図示した実施形態では、エンジンコントローラ３０４は、外側ナセル２３８に沿って配置され、外側ナセル２３８と一体的であるか、またはこれに接続されている。しかし、エンジンコントローラ３０４は、ターボファンエンジン２００の任意の適切な部分または一部に配置または接続することができる。
【００４４】
図５は、図３のコンピューティングデバイス３０２の例示的な実施形態を示す。図示するように、各ターボファンエンジン２００のエンジンコントローラ３０４、より広義にはコンピューティングデバイス３０２は、１つまたは複数のプロセッサ３０６ならびに１つまたは複数のメモリデバイス３０８を含むことができる。１つまたは複数のプロセッサ３０６は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路、論理デバイス、および／または他の適切な処理デバイスなどの任意の適切な処理デバイスを含むことができる。１つまたは複数のメモリデバイス３０８は、非一時的コンピュータ可読媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、および／または他のメモリデバイスを含むが、これらに限定されない、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を含むことができる。
【００４５】
１つまたは複数のメモリデバイス３０８は、１つまたは複数のプロセッサ３０６によって実行することができるコンピュータ可読命令３１０を含む、１つまたは複数のプロセッサ３０６によってアクセス可能な情報を格納することができる。命令３１０は、１つまたは複数のプロセッサ３０６によって実行された場合に、１つまたは複数のプロセッサ３０６に動作を実行させる任意の命令セットであってもよい。いくつかの実施形態では、命令３１０は、１つまたは複数のプロセッサ３０６によって実行されて、１つまたは複数のプロセッサ３０６が、本明細書に記載するように、ガスタービンエンジン（または他の原動機）および／またはそれに組み込まれたもしくはガスタービンエンジンと動作可能に連結された１つまたは複数の電気機械の健全性を推定するための動作（例えば、方法（５００）、（６００））などの、コンピューティングデバイス３０２が実行するように構成されている、動作および機能のいずれかを実行することができる。命令３１０は、任意の適切なプログラミング言語で書かれたソフトウェアであってもよく、あるいはハードウェアで実現されてもよい。加えて、および／または代替的に、命令３１０は、プロセッサ３０６上の論理的および／または仮想的に別個のスレッドで実行することができる。
【００４６】
メモリデバイス３０８は、１つまたは複数のプロセッサ３０６によってアクセス可能なデータ３１２をさらに格納することができる。例えば、データ３１２は、エンジンおよび／または電気機械の健全性を計算するために使用することができるモデル、公式、飛行履歴、リフティングモデル、劣化モデルなどを含むことができる。データ３１２はまた、本明細書に示されおよび／または説明される他のデータセット、パラメータ、出力、情報などを含むことができる。
【００４７】
コンピューティングデバイス３０２はまた、例えば、航空機１０の他の構成要素と通信するために使用される通信インターフェース３１４を含む。通信インターフェース３１４は、例えば、送信器、受信器、ポート、コントローラ、アンテナ、および／または他の適切な構成要素を含む１つまたは複数のネットワークまたは電子部品とインターフェースするための任意の適切な構成要素を含むことができる。通信インターフェース３１４は、例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ＳＡＴＣＯＭネットワーク、ＶＨＦネットワーク、ＨＦネットワーク、Ｗｉ−Ｆｉネットワーク、ＷｉＭＡＸネットワーク、ゲートリンクネットワーク、ならびに／あるいは航空機１０との間の、または１つのエンジンコントローラ３０４から他のもしくは別のコンピューティングデバイス３０２へなどの航空機１０内のメッセージの送信のための任意の他の適切な通信ネットワークなどの、１つまたは複数のネットワークを介して他の電子デバイスと通信するために使用することができる。通信インターフェース３１４は、広範囲の通信プロトコルを使用して１つまたは複数のネットワークを介して通信することができる。通信インターフェース３１４は、コンピューティングデバイス３０２を他の電子デバイスと通信可能に結合するデータバスまたは有線および／または無線通信リンクの組み合わせを含むことができる。
【００４８】
図５にさらに示すように、健全性監視システム３００のコンピューティングデバイス３０２の少なくとも１つは、ターボファンエンジン２００および／またはその中に組み込まれたもしくは連結された電気機械２４６の１つまたは複数の健全性推定値を出力するための健全性監視モデル３２０を含む。健全性監視モデル３２０は、エンジンの健全性、電気機械の健全性、および／またはその１つまたは複数の部品の健全性を評価および監視するための、傾向、予測、および／または予兆論理を含むことができる。
【００４９】
図３に戻って、図示した実施形態にさらに示すように、健全性監視システム３００は、ターボファンエンジン２００内に、またはそれに沿って配置された様々なセンサを含む。特に、この実施形態では、健全性監視システム３００は、電気機械センサ３３０を含み、特に、健全性監視システム３００は、第１の電気機械２４７と一体にまたは近接して配置された第１の電気機械センサ３３１と、第２の電気機械２４９と一体にまたは近接して配置された第２の電気機械センサ３３２と、を含む。健全性監視システム３００はまた、ターボファンエンジン２００の燃焼部２１４内に配置された燃料センサ３３３と、ＬＰシャフト２２４と一体にまたは近接して配置されたＬＰセンサ３３４と、ＨＰシャフト２２２と一体にまたは近接して配置されたＨＰセンサ３３５と、を含む。様々なセンサを使用して、動作中に電気機械２４６および／またはターボファンエンジン２００の動作パラメータを検出、測定、または収集することができる。さらに、図示するように、コンピューティングデバイス３０２は、各センサと通信可能に結合されている。このようにして、ターボファンエンジン２００および／または電気機械２４６の１つまたは複数の動作パラメータを示す１つまたは複数の信号を、センサが送信することができ、コンピューティングデバイス３０２がそれらを受信または取得することができる。さらに、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス３０２が１つまたは複数の信号を送信することができ、センサがコンピューティングデバイス３０２からそれらを受信または取得することができる。このようにして、コンピューティングデバイス３０２およびセンサは、通信可能に結合される。コンピューティングデバイス３０２およびセンサは、例えば、任意の適切な有線または無線接続など、任意の適切な方法で通信可能に結合することができる。健全性監視システム３００は、動作中にターボファンエンジン２００の様々な動作パラメータを測定または検出するための他の適切なセンサを含むことができることが理解されよう。健全性監視システム３００は、挙げられたセンサのすべてを含む必要はないことがさらに理解されよう。むしろ健全性監視システム３００は、センサの任意の適切な組み合わせを含むことができる。
【００５０】
図４に戻って、この実施形態に示すように、第１の電気機械センサ３３１は、第１の電気機械２４７と一体にまたは近接して配置され、ＬＰセンサ３３４は、ＬＰシャフト２２４と一体にまたは近接して配置される。さらに示すように、コンピューティングデバイス３０２は、第１の電気機械センサ３３１およびＬＰセンサ３３４と通信可能に結合され、コンピューティングデバイス３０２は、上述したように第１の電気機械センサ３３１およびＬＰセンサ３３４からの１つまたは複数の信号もしくは通信を受信することができる。第１の電気機械センサ３３１は、第１の電気機械２４７の電流、電圧、トルク出力、電力出力、または電力出力を示す他のパラメータ、ならびに他の動作パラメータを検出または測定することができる。さらに、同様の方法で、図４には示していないが、第２の電気機械センサ３３２は、第２の電気機械２４９の電流、電圧、トルク出力、電力出力、または電力出力を示す他のパラメータ、ならびに他の動作パラメータを検出または測定することができる。さらに、図４に示すように、ＬＰセンサ３３４を使用して、ＬＰシャフト２２４の回転速度を測定または検出することができる。同様に、図４には示していないが、ＨＰシャフト２２２と一体にまたは近接して配置されたＨＰセンサ３３５を使用して、ＨＰシャフト２２２の回転速度を測定または検出することができる。
【００５１】
図４にさらに示すように、電源３３８は、第１の電気機械２４７と電気的に連通することができる。この実施形態では、電源３３８はコンデンサ（例えば、フィルムフォイルコンデンサ）であるが、しかしながら、電源３３８は、第１の電気機械２４７（またはいくつかの実施形態では第２の電気機械２４９）に増加した負荷を加えることができる任意の適切な電源であってもよい。すなわち、電源３３８は、第１の電気機械２４７のトルクの変化を誘起させることができる任意の適切な電源であってもよい。第１の電気機械２４７が発電機であるか、または発電機として機能する場合に、トルクの変化は、カウンタトルク、すなわちロータ２４８およびＬＰシャフト２２４の回転に対抗するトルクである。第１の電気機械２４７の負荷の増加またはトルクの変化は、任意の適切な手段によって達成することができる。例えば、第１の電気機械２４７を流れる電流またはそれにかかる電圧を注入することによって、第１の電気機械２４７のトルクの変化（すなわち、カウンタトルク）を誘起させることができる。いくつかの実施形態では、電源３３８は、特定の間隔で、または要求に応じて（例えば、パイロットによって）第１の電気機械２４７にパルスを加えるように構成することができる。このパルスは、例えば、第１の電気機械２４７を流れる電流またはそれにかかる電圧に対する強度の任意の適切なタイプの増加であってもよい。いくつかの実施形態では、パルスはステップパルスであってもよい。他の実施形態では、パルスは、例えば時間の経過と共に強度が増す漸進的パルスまたは正弦波パルスなどの他の形態を取ることができる。
【００５２】
図４にさらに示すように、コンピューティングデバイス３０２は、電源３３８と通信可能に結合され、コンピューティングデバイス３０２は、１つまたは複数の信号を電源３３８に送信して、所定の時間、例えば、５秒、３０秒、２分などの間、第１の電気機械２４７にパルスを加えるように電源３３８に指示することができる。図４には示していないが、電源３３８は、第１の電気機械２４７に関して説明したのと同じまたは同様の方法で、第２の電気機械２４９と電気的に通信することができる。さらに、第２の電気機械２４９に対して、第１の電気機械２４７に関して説明したのと同じまたは同様の方法でパルスを加えることができる。
【００５３】
ここで図６を参照して、ターボファンエンジン２００の燃焼部２１４内に、またはそれに沿って配置された燃料センサ３３３について、さらに詳細に説明する。図６は、図３のターボファンエンジン２００の燃焼部２１４の断面側面図を示す。図６に示すように、燃焼部２１４は、環状の内側ライナー２７１と、環状の外側ライナー２７２と、内側ライナー２７１の上流端２７４と外側ライナー２７２の上流端２７５との間で半径方向に延在するほぼドーム状端部２７３と、を有する環状燃焼器２７０を含む。しかし、いくつかの実施形態では、燃焼部２１４は、代わりに、カニューレ型燃焼器、缶型燃焼器、または任意の他の適切な燃焼器を含むことができる。
【００５４】
図６に示すように、内側ライナー２７１は、軸方向中心線２０１に対して外側ライナー２７２から半径方向に離間され、それらの間にほぼ環状の燃焼室２７６を画定する。特定の実施形態では、内側ライナー２７１および／または外側ライナー２７２は、少なくとも部分的または全体的に、金属合金またはセラミックマトリクス複合（ＣＭＣ）材料から形成されてもよい。図６にさらに示すように、内側ライナー２７１および外側ライナー２７２は、燃焼器または外側ケーシング２７７内に収容される。外側流路２７８が、内側ライナー２７１および／または外側ライナー２７２の周りに画定される。内側ライナー２７１および外側ライナー２７２は、ドーム状端部２７３からタービンノズルまたは入口２７９に向かってＨＰタービン２１６（図３）まで延在して、燃焼器２７０とＨＰタービン２１６との間の高温ガス経路を少なくとも部分的に画定する。
【００５５】
図６に示す実施形態では、燃料ノズル２８０が、外側ケーシング２７７を貫通し、ドーム状端部２７３を少なくとも部分的に貫通して燃焼室２７６まで延在するように設けられている。燃料ノズル２８０は、燃料（または燃料／空気混合物）２８１を燃焼室２７６に供給する。図示していないが、燃焼部２１４は、ターボファンエンジン２００の円周方向Ｃ１（すなわち、軸方向Ａの周りに延びる方向、図示せず）にほぼ沿って離間した複数の燃料ノズル２８０を含むことを理解されたい。
【００５６】
燃焼部２１４は、燃料供給システム２８２をさらに含む。燃料供給システム２８２は、一般に、例えば１つまたは複数の燃料ポンプ、燃料計量バルブ、燃料タンクなどに流体接続された供給管２８３を含む。さらに、燃料供給システム２８２は、供給管２８３から燃料を受け取るために供給管２８３に流体接続された燃料マニホールド２８４と、燃料マニホールド２８４に流体接続され、複数の燃料ノズル２８０のうちの１つに流体接続するように構成されたピグテール燃料ライン２８５と、を含む。より詳細には、図示していないが、燃料供給システム２８２は、円周方向Ｃ１に沿って離間した複数のピグテール燃料ライン２８５を含み、各ピグテール燃料ライン２８５は、燃料マニホールド２８４と複数の燃料ノズル２８０のそれぞれの燃料ノズル２８０との間に延在し、燃料マニホールド２８４を複数の燃料ノズル２８０のそれぞれの燃料ノズル２８０に流体接続する。
【００５７】
図６をさらに参照すると、図示するように、燃焼部２１４は、ガスタービンエンジンの圧縮機部から圧縮空気２８６を受け取るように構成される。圧縮空気２８６は、燃焼部２１４のディフューザキャビティ２８７を通って燃焼部２１４に入り、そこで圧縮空気２８６はさらに加圧される。矢印２８６Ａによって概略的に示すように、圧縮空気２８６の第１の部分は、ディフューザキャビティ２８７から燃焼室２７６内に流れ、そこで燃料２８１と混合されて燃焼され、燃焼器２７０内に燃焼ガス２８８を生成する。特定の実施形態では、燃焼のために必要とされるよりも多くの圧縮空気がディフューザキャビティ２８７に供給される。したがって、矢印２８６Ｂによって概略的に示す圧縮空気２８６の第２の部分は、燃焼以外の様々な目的のために使用することができる。例えば、図６に示すように、圧縮空気２８６Ｂは、１つまたは複数の流路２７８に送られて、内側ライナー２７１および外側ライナー２７２に冷却を提供することができる。
【００５８】
図６にさらに示すように、燃料センサ３３３は、ターボファンエンジン２００の燃焼部２１４内に配置される。より具体的には、この実施形態では、燃料センサ３３３は、燃料ノズル２８０に近接して配置される。しかし、他の例示的な実施形態では、燃料センサ３３３は、ピグテール燃料ライン２８５に沿ったような任意の適切なポイントで、燃料供給システム２８２に沿って配置することができる。燃料センサ３３３は、燃焼部２１４を通る燃料流量を測定または検出するように構成され、より詳細には、燃料センサ３３３は、燃料供給システム２８２を通る燃料流量を測定または検出することができる。燃料センサ３３３は、経時的な燃料流量の変化を測定または検出するように構成することができる。図６にさらに示すように、コンピューティングデバイス３０２は、燃料センサ３３３と通信可能に結合されている。上述のように、これにより、燃料センサ３３３は、燃焼部２１４を通る燃料流量を示す１つまたは複数の通信または信号をコンピューティングデバイス３０２に送信することができる。さらに、コンピューティングデバイス３０２は、１つまたは複数の通信を燃料センサ３３３に送信することができる。
【００５９】
図３に戻って、この実施形態では、ターボファンエンジン２００は、動作中にターボファンエンジン２００の温度、圧力、および／または他の動作パラメータを測定するために使用される１つまたは複数のガス経路センサ３３６も含む。一例として、図３に例示した実施形態に示すように、ターボファンエンジン２００は、温度（すなわち、ステーション４５での温度）を測定するために、ＨＰタービン２１６の下流でかつＬＰタービン２１８の上流に配置された熱電対ガス経路センサ３３６を含む。図３では、１つのガス経路センサ３３６しか示していないが、ターボファンエンジン２００は、例えば、燃焼部２１４の入口に配置されたセンサ、ＬＰ圧縮機２１０の下流でかつＨＰ圧縮機２１２の上流に位置するセンサなどの他の適切なガス経路センサ３３６も含むことができることが理解されよう。
【００６０】
図３にさらに示すように、コンピューティングデバイス３０２（すなわち、エンジンコントローラ３０４）は、ガス経路センサ３３６と通信可能に結合される。このようにして、ガス経路センサ３３６は、動作中にターボファンエンジン２００の１つまたは複数の動作パラメータを示す１つまたは複数の通信または信号を送信することができ、コンピューティングデバイス３０２は、１つまたは複数の通信または信号を受信または取得することができる。さらに、コンピューティングデバイス３０２が１つまたは複数の信号または通信を送信することができ、ガス経路センサ３３６がコンピューティングデバイス３０２からそれらを受信することができる。
【００６１】
図７は、本開示の様々な実施形態による例示的なフローチャートを示す。具体的には、図７は、原動機および原動機に連結された電気機械の少なくとも一方の健全性、あるいは、この実施形態では、ターボファンエンジン２００、それに組み込まれた電気機械２４６、および／またはその部品のうちの少なくとも１つの健全性を監視するための例示的なフローチャートを示す。図７および付随するテキストでは、特に明記しない限り、電気機械は符号２４６を使用して説明および図示され、電気機械センサは符号３３０を使用して説明される。理解されるように、符号２４６は、第１および／または第２の電気機械２４７、２４９を記述するために使用され、符号３３０は、第１および／または第２の電気機械センサ３３１、３３２を記述するために使用することができる。
【００６２】
図７に示すように、電気機械２４６の電気機械センサ３３０は、ターボファンエンジン２００および電気機械２４６が所定の時間にわたって動作している間に、電気機械２４６の１つまたは複数の動作パラメータ３５０を取得し、検出し、測定し、または収集する。一例として、電気機械２４６の動作パラメータ３５０のうちの１つは、所定の時間にわたって電気機械２４６を流れる電流量であってもよい。電気機械２４６の他の例示的な動作パラメータ３５０は、電気機械２４６にかかる電圧、電気機械２４６のトルク（すなわち、電気機械２４６が連結されるシャフトの回転に対抗するカウンタトルク）などを含むことができる。
【００６３】
電気機械２４６の１つまたは複数の動作パラメータ３５０が所定時間にわたって電気機械センサ３３１によって検出された後に、所定時間にわたって測定された電気機械２４６の動作パラメータ３５０を示す動作データ３５４が、健全性監視システム３００のコンピューティングデバイス３０２に送信され、または送られる。コンピューティングデバイス３０２は、動作データ３５４を取得する。より詳細には、コンピューティングデバイス３０２の健全性監視モデル３２０は、動作データ３５４を取得する。
【００６４】
その後に、取得した動作データ３５４が正規化される。具体的には、電気機械２４６の動作パラメータ３５０を示す入力動作データ３５４は、例えば、ターボファンエンジン２００の出力設定、電気機械２４６の出力抽出レベルなどの、特定の動作条件での変化に対して正規化される。
【００６５】
動作データ３５４を正規化した後に、電気機械２４６の動作パラメータ３５０は、健全性監視モデル３２０によって経時的に傾向付けられる。
【００６６】
いくつかの実施形態では、動作データ３５４を正規化した後に、動作データ３５４に少なくとも部分的に基づいてパラメータ関数が生成される。このような実施形態では、パラメータ関数は、経時的に傾向付けられた電気機械２４６の動作パラメータ３５０のうちの少なくとも１つを示す。パラメータ関数に少なくとも部分的に基づいて、電気機械２４６およびターボファンエンジン２００（すなわち、この実施形態では原動機）のうちの少なくとも一方の健全性推定値３６０を決定することができる。健全性推定値３６０（例えば、エンジンは１０のうちの８つであり、電気機械２４６は１００飛行時間（１００時間）の推定残存寿命を有するなど）を伝達するために、任意の適切なスケールまたは測定システムを使用することができる。健全性推定値３６０を決定した後に、コンピューティングデバイス３０２の健全性監視モデル３２０が健全性推定値３６０を出力する。出力された健全性推定値３６０は、パイロット、航空機乗員、サービスクルー、および／または保守もしくはサービススケジューリングコンピューティングデバイスに、リアルタイムで、または任意の他の適切な場所、デバイス、または人に伝達することができる。この実施形態では、図７に示すように、健全性推定値３６０は、図１および図２の航空機１０の操縦室内に配置された多機能ディスプレイなどの表示装置３５２を介して伝達される。
【００６７】
一例として、図８は、ターボファンエンジン２００の特定の出力設定および動作範囲について、電気機械２４６を通る電流の例示的なプロットを時間の関数として示す。図示するように、電気機械センサ３３０は、所定の時間にわたって電気機械２４６を流れる電流を示すデータを収集し、コンピューティングデバイス３０２は、電気機械２４６の動作パラメータ３５０を示す動作データ３５４を取得した。図８に示すように、電気機械２４６を通過する電流は、ターボファンエンジン２００および電気機械２４６の劣化のために、時間と共に減少する。特に、ターボファンエンジン２００の出力が特定の出力設定に対して減少すると、電気機械２４６のロータ２４８が接続されている回転部材の回転速度の減少によって、電気機械２４６を流れる電流が減少する。
【００６８】
図８にさらに示すように、パラメータ関数３７３は、動作データ３５４に少なくとも部分的に基づいて生成される。この例では、パラメータ関数３７３は、経時的に傾向がある電気機械２４６の動作パラメータ３５０のうちの少なくとも１つを示し、この実施形態では、経時的に電気機械２４６を流れる電流である。パラメータ関数３７３は、様々な適切な方法によって生成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、パラメータ関数３７３は、図８に示すように、現時点よりも前に、電気機械２４６の動作パラメータ３５０のデータ点に適合する最良適合線３７４によって生成することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも部分的に最良適合線３７４に基づいて、健全性監視モデル３２０は、パラメータ関数３７３が生成することができるように、経時的に電気機械２４６を通過する電流を予知することができる。さらに他の実施形態では、現在のプロファイル３７０とベースラインプロファイル３７１との間の経時的な変化率を決定することができ、この変化率に基づいて、健全性監視モデル３２０は、パラメータ関数３７３を生成することができるように、経時的に電気機械２４６を通過する電流を予知することができる。より具体的には、図８に示すように、現在のプロファイル３７０とベースラインプロファイル３７１との間のデルタ３７２は、現在のプロファイル３７０とベースラインプロファイル３７１との間の一連のデルタ（すなわち、Δ１、Δ２、Δ３、Δ４、およびΔ５）が決定されるように特定の間隔で決定することができる。ベースラインプロファイル３７１は、ターボファンエンジン２００および電気機械２４６がまったく劣化していないか、または劣化が無視できる程度である「新しい製品」であった場合に、電気機械２４６を通過した電流量を示す。いくつかの実施形態では、ベースラインプロファイル３７１は、解析に基づくか、または電気機械２４６が新しい製品である場合に電気機械２４６を通過すべき電流量に基づくことができる。デルタ３７２が決定されると、現在のプロファイル３７０とベースラインプロファイル３７１との間の経時的な変化率を決定することができ、変化率に基づいて、パラメータ関数３７３をコンピューティングデバイス３０２の健全性監視モデル３２０によって決定することができる。パラメータ関数３７３に少なくとも部分的に基づいて、電気機械２４６およびターボファンエンジン２００のうちの少なくとも一方の健全性推定値３６０を決定することができる。
【００６９】
いくつかの実施形態では、動作データ３５４を正規化した後に、動作データ３５４に少なくとも部分的に基づいてパラメータ関数が生成される。このような実施形態では、パラメータ関数は、経時的に傾向付けられた電気機械２４６の動作パラメータ３５０のうちの少なくとも１つを示す。そのような実施形態では、パラメータ関数が基づいている動作パラメータは、電気機械が、ＢＬＩファン１０６などの、電気機械に接続された負荷に所定の電力出力をもはや供給することができない値を示す所定のしきい値を規定する。そのような実施形態では、健全性推定値は、原動機および電気機械のうちの少なくとも一方の残りの有効寿命を示す。このような実施形態では、残りの有効寿命は、パラメータ関数と所定のしきい値との交点に少なくとも部分的に基づいて決定される。
【００７０】
例えば、図８に示すように、上述したように、電気機械センサ３３０によって測定される動作パラメータ３５０は、電気機械２４６を通過する電流量である。電気機械２４６を通過する電流が特定の値（この実施形態ではアンペア）に達すると、電気機械２４６は、必要なまたは所定の電力出力を、それに接続された負荷、例えばＢＬＩファン１０６または他の航空機システムなどにもはや供給することができなくなることが理解されよう。この量または値は、所定のしきい値３７５として特定の動作パラメータについて規定される。この実施形態では、残りの有効時間３６２は、現在時刻と交差点３７６との間の時間、またはパラメータ関数３７３が所定のしきい値３７５と交差する時点である。
【００７１】
いくつかの実施形態では、動作データ３５４を正規化した後に、電気機械２４６の電気機械センサ３３０から得られた動作データ３５４に少なくとも部分的に基づいてパラメータ関数が生成される。このような実施形態では、パラメータ関数は、経時的に傾向付けられた電気機械２４６の動作パラメータ３５０のうちの少なくとも１つを示す。さらに、図７に示すように、ターボファンエンジン２００および電気機械２４６の動作中に所定時間にわたって測定されたターボファンエンジン２００の１つまたは複数の動作パラメータ３５１を示す動作データ３５６が得られる。この動作データ３５６は、電気機械２４６の動作データ３５４と同じ方法で正規化することもできる。次いで、第２のパラメータ関数が、ターボファンエンジン２００から得られた動作データ３５６に少なくとも部分的に基づいて生成される。そのような実施形態では、第２のパラメータ関数は、経時的に傾向があるターボファンエンジン２００の動作パラメータ３５１のうちの少なくとも１つを示す。さらに、このような実施形態では、健全性推定値３６０を決定する際に、健全性推定値３６０は、電気機械２４６のパラメータ関数およびターボファンエンジン２００のパラメータ関数に少なくとも部分的に基づいて決定される。このようにして、電気機械２４６から抽出されたデータを使用して、ターボファンエンジン２００から抽出されたデータを補強し、エンジン健全性推定値を改善することができる。さらに、ターボファンエンジン２００から抽出されたデータを使用して、電気機械２４６から抽出されたデータを補強し、電気的健全性推定値を改善することができる。さらに、電気機械２４６から抽出されたデータおよびターボファンエンジン２００から抽出されたデータを使用して、電気機械２４６およびターボファンエンジン２００の両方の部品の健全性推定値を改善することができる。
【００７２】
一例として、図９は、時間の関数としての電気機械２４６を流れる電流と、ターボファンエンジン２００の特定の出力設定および動作範囲について時間の関数としてのターボファンエンジン２００のＴ４５の温度（すなわち、ＨＰタービン２１６とＬＰタービン２１８との間のコア空気流路２２１に沿った温度）と、のプロットを示す。図示するように、電気機械センサ３３０は、経時的に電気機械２４６を流れる電流を示すデータを収集し、ガス経路センサ３３６は、経時的にターボファンエンジン２００の温度データを収集した。ターボファンエンジン２００および電気機械２４６が経時的に劣化すると、電気機械２４６を通過する電流は、エンジンの特定の出力設定に対してターボファンエンジン２００の出力が減少するにつれて減少する。さらに、ターボファンエンジン２００が経時的に劣化するにつれて、Ｔ４５における温度は、特定の出力設定を達成するために、より暖かくなる。
【００７３】
図９にさらに示すように、パラメータ関数３９３は、コンピューティングデバイス３０２によって得られた動作データ３５４に少なくとも部分的に基づいて生成される。この例では、パラメータ関数３９３は、経時的に傾向がある電気機械２４６の動作パラメータ３５０のうちの少なくとも１つを示し、この実施形態では、電気機械２４６を流れる電流である。パラメータ関数３９３は、パラメータ関数３７３に関して上述した方法など、様々な適切な方法によって生成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、パラメータ関数３９３は、図９に示すように、現時点よりも前に、電気機械２４６の動作パラメータ３５０のデータ点に適合する最良適合線３９４によって生成することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも部分的に最良適合線３９４に基づいて、健全性監視モデル３２０は、パラメータ関数３９３が生成することができるように、経時的に電気機械２４６を通過する電流を予知することができる。さらに他の実施形態では、現在のプロファイル３９０とベースラインプロファイル３９１との間の経時変化率を決定することができ、この変化率に基づいて、健全性監視モデル３２０は、時間の経過と共に電気機械２４６を通過する電流を予知することができるパラメータ関数３９３を生成することができる。より具体的には、図９に示すように、現在のプロファイル３９０とベースラインプロファイル３９１との間のデルタ３９２は、現在のプロファイル３９０とベースラインプロファイル３９１との間の一連のデルタを決定できるように、特定の間隔で決定することができる。ベースラインプロファイル３９１は、ターボファンエンジン２００および電気機械２４６がまったく劣化していないか、または劣化が無視できる程度である「新しい製品」であった場合に、電気機械２４６を通過した電流の量を示す。いくつかの実施形態では、ベースラインプロファイル３９１は、解析に基づくか、または電気機械２４６が新しい製品である場合に電気機械２４６を通過すべき電流量に基づくことができる。デルタ３９２が決定されると、現在のプロファイル３９０とベースラインプロファイル３９１との間の経時的な変化率を決定することができ、変化率に基づいて、パラメータ関数３９３をコンピューティングデバイス３０２の健全性監視モデル３２０によって決定することができる。
【００７４】
図９にさらに示すように、パラメータ関数３８３は、コンピューティングデバイス３０２によって得られた動作データ３５６に少なくとも部分的に基づいて生成される。この例では、パラメータ関数３８３は、経時的に傾向があるターボファンエンジン２００の動作パラメータ３５１のうちの少なくとも１つを示しており、この実施形態では、ステーションＴ４５におけるコア空気流路２２１内の温度である。パラメータ関数３８３は、パラメータ関数３７３、３９３に関して上述した方法など、様々な適切な方法によって生成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、パラメータ関数３８３は、図９に示すように、現時点よりも前に、ターボファンエンジン２００の動作パラメータ３５１のデータ点に適合する最良適合線３８４によって生成することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも部分的に最良適合線３８４に基づいて、健全性監視モデル３２０は、パラメータ関数３８３が生成することができるように、経時的にＴ４５での温度を予知することができる。さらに他の実施形態では、現在のプロファイル３８０とベースラインプロファイル３８１との間の経時的な変化率を決定することができ、この変化率に基づいて、健全性監視モデル３２０は、パラメータ関数３８３を生成することができるように、経時的にＴ４５で温度を予知することができる。より詳細には、図９に示すように、現在のプロファイル３８０とベースラインプロファイル３８１との間のデルタ３８２は、現在のプロファイル３８０とベースラインプロファイル３８１との間の一連のデルタを決定できるように、特定の間隔で決定することができる。ベースラインプロファイル３８１は、ターボファンエンジン２００および電気機械２４６が劣化していないか、または劣化が無視できる程度である「新しい製品」であった場合のＴ４５での温度を示す。いくつかの実施形態では、ベースラインプロファイル３８１は、解析に基づくことができる。デルタ３８２が決定されると、現在のプロファイル３８０とベースラインプロファイル３８１との間の経時的な変化率を決定することができ、変化率に基づいて、パラメータ関数３８３をコンピューティングデバイス３０２の健全性監視モデル３２０によって決定することができる。現在のプロファイル３８０およびベースラインプロファイル３８１は、検出されたターボファンエンジン２００の動作パラメータ３５１に依存することが理解されよう。例えば、ガス経路センサ３３６が、ステーションＰ３でのコア空気流路２２１に沿った空気の圧力（すなわち、ＨＰ圧縮機２１２から排出される空気の圧力）を測定または検出するように構成されている場合には、現在のプロファイル３８０は、Ｐ３におけるコア空気流路２２１内の圧力を示し、ベースラインプロファイル３８１は、ターボファンエンジン２００および電気機械２４６が劣化していないか、または劣化が無視できる「新しい製品」であったときの、Ｐ３におけるコア空気流路２２１内の圧力を示す。
【００７５】
経時的に傾向がある電気機械２４６の動作パラメータ３５０のうちの少なくとも１つを示すパラメータ関数３９３と、経時的に傾向があるターボファンエンジン２００の動作パラメータ３５１のうちの少なくとも１つを示すパラメータ関数３８３と、が生成されると、電気機械２４６のパラメータ関数３９３は、エンジン健全性推定値を改善するためにターボファンエンジン２００から抽出されたデータと関連して、またはそれを補強するために使用することができる。さらに、ターボファンエンジン２００のパラメータ関数３８３を使用して、電気機械２４６から抽出されたデータを補強し、電気機械の健全性推定値を改善することができる。さらに、電気機械２４６から抽出されたデータおよびターボファンエンジン２００から抽出されたデータを使用して、電気機械２４６およびターボファンエンジン２００の両方の部品の健全性推定値を改善することができる。例えば、パラメータ関数３８３、３９３は、経時的に比較することができ、電気機械２４６、ターボファンエンジン２００、および／または電気機械２４６の１つまたは複数の部品および／またはターボファンエンジン２００の健全性の洞察を提供することができる。電気機械２４６がターボファンエンジン２００に対して経時的にどのように機能しているかについての洞察は、エンジン、電気機械、およびその部品の改善されたエンジンの健全性推定値を提供することができる。
【００７６】
さらに、図９に戻ると、いくつかの実施形態では、健全性推定値３６０は、ターボファンエンジン２００、電気機械２４６、ならびに／あるいはターボファンエンジン２００および／または電気機械２４６の１つもしくは複数の部品の残りの有効寿命であってもよい。この実施形態では経時的に電気機械２４６を通過する電流量である、電気機械２４６の生成されたパラメータ関数３９３と、この実施形態では経時的にターボファンエンジン２００のＴ４５における温度である、ターボファンエンジン２００の生成されたパラメータ関数３８３と、に基づいて、健全性監視モデル３２０は、ターボファンエンジン２００、電気機械２４６、ならびに／あるいはターボファンエンジン２００および／または電気機械２４６の１つもしくは複数の部品の残りの有効寿命を決定することができる。
【００７７】
一例として、図９に示すように、電気機械２４６の残りの有効時間３６４は、現在時刻と、パラメータ関数３９３が交差点３９６で所定のしきい値３９５と交差する時刻との間に延在する期間である。例えば、所定のしきい値３８５は、電気機械２４６がもはやそれに接続された負荷に必要なまたは所定の出力を供給することができない値に設定することができる。この量または値は、所定のしきい値３９５として特定の動作パラメータについて規定される。さらに、ターボファンエンジン２００の残りのエンジン有効時間３６６は、現在時刻と、パラメータ関数３８３が交差点３８６で所定のしきい値３８５と交差する時刻との間に延在する期間である。例えば、所定のしきい値３８５は、ＨＰタービン２１６またはＬＰタービン２１８のタービンロータブレードまたはステータベーンが壊滅的に故障し始める値（この実施形態ではＴ４５における温度）であってもよい。パラメータ関数３９３、３８３を利用し、所定のしきい値３９５、３８５を知ることによって、電気機械２４６および／またはターボファンエンジン２００の残りの有効寿命が決定される。
【００７８】
さらに、図９にさらに示すように、パラメータ関数３８３、３９３が予知されるか、または経時的に傾向がある場合には、ターボファンエンジン２００および／または電気機械２４６の整備をより良好にスケジュールすることができ、タイムオンウィング（ＴＯＷ）リミッタを決定することができる。例えば、図９の実施形態では、ターボファンエンジン２００は、その残りの有効寿命３６６が電気機械２４６の残りの有効寿命３６４よりも短いのでＴＯＷリミッタである。さらに、残りの有効寿命３６４、３６６が互いに時間的に比較的接近している場合には、ターボファンエンジン２００の有効寿命が切れたときにターボファンエンジン２００を整備し、その後、電気機械２４６の有効寿命が切れたときに電気機械２４６を整備する代わりに、電気機械２４６およびターボファンエンジン２００の決定された残りの有効寿命３６４、３６６は、ターボファンエンジン２００と共に電気機械２４６を整備するのがより有益であるか、あるいはこれらの有効寿命が切れた際に別々に整備することがより有益であるか、を決定する解析を助けることができる。
【００７９】
いくつかの実施形態では、特に、ガスタービンエンジンまたは原動機がそれに組み込まれたまたはそれに連結された２つ以上の電気機械を含む場合は、追加の電気機械の１つまたは複数の動作パラメータを所定の時間にわたって原動機（例えば、ガスタービンエンジン）の動作中に測定することができる。検出された動作パラメータを示す動作データは、健全性監視システムのコンピューティングデバイスによって取得することができる。その後に、例えば経時的にベースラインプロファイルと比較された最良適合線または現在のプロファイルの変化率を使用して、動作データに少なくとも部分的に基づいてパラメータ関数を生成することができる。パラメータ関数が生成されると、健全性推定値を決定することができる。
【００８０】
図１０は、本開示の様々な例示的実施形態による流れ図を示す。特に、図１０の流れ図は、ターボファンエンジン２００、電気機械２４６、および／またはその１つもしくは複数の部品の健全性を決定するための様々なプロセスの例示的な実施形態を示す。
【００８１】
図１０に示すように、本開示のいくつかの例示的な実施形態では、増加した負荷に対する応答が測定することができるように、増加した負荷を電気機械２４６に故意にまたは意図的に配置することができる。言い換えると、電気機械２４６のトルクの変化（すなわち、電気機械２４６が発電機を作動させているときまたは作動しているときの逆トルク）を誘起させるために、所定時間の間に電気機械２４６にパルスを加えることができ、そのパルスに対する応答を測定することができる。次に、測定された応答を利用して、エンジンの健全性および／または電気機械の健全性を予測または推定することができる。さらに、パルスが加えられている間、またはその後に、電気機械２４６からのデータ、例えば、パルスが加えられたときに電気機械２４６に及ぼされる実際のトルク（すなわち、カウンタトルク）、電気機械２４６を実際に流れる電流量、パルスが加えられている間の電気機械２４６にかかる電圧、およびパルス後のパルスに対する電圧応答などは、コンピューティングデバイス３０２に伝達することができる。このデータ４０４は、特定の応答４０２を限定するために使用され、パルス４００に対する応答４０２を解析するためのより良いデータ解析を提供することができる。
【００８２】
所定の間隔で、または要求に応じて、電気機械２４６は、図１０に示すようにプロセスを初期化するために、電源３３８によって、最初に矢印４００で示すようにパルスが加えられる。電気機械２４６上のトルクの変化を誘起させるために、所定時間の間に電気機械２４６にパルスが加えられる。電気機械２４６のパルスまたは増加した負荷（すなわち、パルス）は、任意の適切な手段によって達成することができる。例えば、電気機械２４６を通る電流強度の注入または電気機械２４６にかかる電圧の増加により、電気機械２４６にパルスを加えることができる。
【００８３】
次に、矢印４０２で示す、パルスに対する応答（すなわち、電気機械２４６のトルクの変化）が測定される。いくつかの実施形態では、応答４０２は、経時的なターボファンエンジン２００（すなわち、原動機）の１つまたは複数の動作パラメータ３５１の変化である。より詳細には、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の動作パラメータ３５１の変化は、この実施形態では原動機である、ターボファンエンジン２００の経時的な出力の変化を示す。それに加えてまたはその代わりに、いくつかの実施形態では、応答４０２は、ターボファンエンジン２００に組み込まれたまたは連結された別の電気機械の１つまたは複数の動作パラメータ３５０の経時的な変化である。例えば、図１０に示すように、第１の電気機械２４７にパルスが加えられると、第２の電気機械２４９の第２の電気機械センサ３３２は、第２の電気機械２４９の出力の変化を測定することができる。
【００８４】
電気機械２４６のパルス４００に対する応答４０２が測定された後に、応答４０２を利用して、応答４０２に少なくとも部分的に基づいてターボファンエンジン２００（すなわち、原動機）の健全性推定値３６０を決定することができる。いくつかの実施形態では、以下により完全に説明するように、健全性推定値３６０は、応答４０２をベースライン応答と比較し、次に応答４０２とベースライン応答との間のデルタを決定することによって決定され、応答４０２とベースライン応答との間のデルタに少なくとも部分的に基づいて、健全性推定値３６０を以下により詳細に説明するように決定することができる。
【００８５】
一例として、図１０を参照すると、電気機械２４６にトルクを誘起させるために、電気機械２４６に電源３３８によって所定時間の間にパルス４００が加えられる。このように、入力はｄＴｏｒｑｕｅ／ｄｔである。それに応答して、この例では、燃料センサ３３３は、パルス４００に対する応答４０２を測定する。応答４０２は、経時的なターボファンエンジン２００の１つまたは複数の動作パラメータ３５１の変化を示す。特に、この実施形態では、燃料センサ３３３は、経時的な燃料流量の変化を示す応答を測定する。したがって、応答はｄＦｕｅｌ／ｄｔである。このようにして、燃料センサ３３３は、電気機械２４６にパルスが加えられたときの燃料流量応答を測定する。電気機械２４６のパルスに対する応答４０２が測定された後に、応答４０２を利用して、ターボファンエンジン２００（すなわち、原動機）の健全性推定値３６０を決定する。
【００８６】
図１１に示すように、上記の例に続き、図１１は、の燃料流量応答４１０の例示的なプロットを時間の関数として示す。この実施形態では、燃料流量応答４１０は、電気機械２４６のトルクの関数である。さらに、この実施形態では、燃料流量応答４１０は、ある程度の無視できない劣化を有するターボファンエンジンについてのものである。図示するように、電気機械２４６にパルスが加えられると、燃料供給システム２８２を通る燃料流量は、燃焼器２７０への燃料流量を増加させて、電気機械２４６に加えられる負荷の増加（すなわち、電気機械２４６が連結されているターボファンエンジン２００の回転部材の回転に対抗するトルクの増加）によるターボファンエンジン２００の出力の損失（または知覚される損失）を説明する。ターボファンエンジン２００がその所望の出力に達すると、燃料流量応答４１０は、符号４１２で示す定常状態に達する。
【００８７】
図１１にさらに示すように、ターボファンエンジン２００がまったく劣化していないかまたは劣化が無視できる程度である「新しい製品」であった場合の燃料流量応答を示すベースライン応答４１１が、時間の関数として示されている。理解されるように、エンジンが劣化するにつれ、特定の動作範囲に対してターボファンエンジン２００が特定のレベルの出力または出力の変化を達成するためには、より多くの燃料が必要である。したがって、図示するように、「新しい製品」のターボファンエンジン２００のベースライン応答４１１は、ある程度の無視できない劣化を有するターボファンエンジンの燃料流量応答４１０よりも速く定常状態４１２を達成した。いくつかの実施形態では、ターボファンエンジン２００の健全性推定値３６０を決定するために、燃料流量応答４１０がベースライン応答４１１と比較される。すなわち、いくつかの実施形態では、燃料流量応答４１０が定常状態４１２に到達する時点が、ベースライン応答４１１が定常状態４１２に到達する時点と比較される。図１１に示すように、ベースライン応答４１１は、Ｔ１の時点で定常状態４１２に達し、燃料流量応答４１０は、Ｔ２の時点で定常状態４１２に達する。デルタ４１３、すなわち２つの時点Ｔ１、Ｔ２の差が決定される。デルタ４１３は、ターボファンエンジン２００のある程度の劣化を示す。デルタ４１３に少なくとも部分的に基づいて、ターボファンエンジン２００の健全性推定値３６０を決定することができる。
【００８８】
さらに別の例として、再び図１０を参照すると、電気機械２４６にトルクを誘起させるために、電気機械２４６に所定時間の間に最初にパルス４００が加えられる。その後に、ＬＰセンサ３３４は、パルスに対する応答４０２を測定する。応答４０２は、経時的なターボファンエンジン２００の１つまたは複数の動作パラメータ３５１の変化を示す。特に、この例では、ＬＰセンサ３３４は、ＬＰシャフト２２４の回転速度の経時的な変化、すなわちｄＮ１ｓｐｅｅｄ／ｄｔを示す応答を測定する。このようにして、ＬＰセンサ３３４は、電気機械２４６にパルスが加えられたときのＮ１速度応答を測定する。パルス４００に対する応答４０２が測定された後に、応答４０２を利用して、ターボファンエンジン２００（すなわち、原動機）の健全性推定値３６０を決定する。
【００８９】
図１２に示すように、上記の例に続き、図１２はＮ１速度応答４２０の例示的なプロットを時間の関数として示す。この実施形態では、Ｎ１速度応答４２０は、電気機械２４６のトルクの関数である。さらに、この例では、Ｎ１速度応答４２０は、ある程度の無視できない劣化を有するターボファンエンジンについてのものである。電気機械２４６にパルスが加えられると、上述のように、電気機械２４６の負荷が増加するので、ＬＰシャフト２２４の回転速度が減少する。電気機械２４６の負荷が増加すると、電気機械２４６に、ＬＰシャフト２２４の回転に対抗するカウンタトルクが誘起される。ＬＰシャフト２２４速度の減少は、ターボファンエンジン２００の出力の損失または知覚された損失をもたらす。出力の損失を説明するために、ターボファンエンジン２００は（例えば、燃焼器２７０への燃料流量を増加させることによって）その出力を増加させる。ターボファンエンジン２００がその出力を増加させると、図１２に示すように、ＬＰシャフト２２４の回転速度は時間と共に増加する。所望の出力に達すると、ＬＰシャフト２２４の回転速度は符号４２２で示される定常状態に達する。
【００９０】
図１２にさらに示すように、ターボファンエンジン２００がまったく劣化していないかまたは劣化が無視できる程度である「新しい製品」であった場合のＮ１速度応答を示すベースライン応答４２１が、時間の関数として示されている。エンジンが劣化するにつれて、ＬＰシャフト２２４が特定の回転速度に達するのにより長い時間がかかり、ターボファンエンジン２００が指定された動作範囲に対して特定の出力レベルまたは出力の変化を達成することができる。したがって、図示するように、「新しい製品」のターボファンエンジン２００のベースライン応答４２１は、ある程度の無視できない劣化を有するターボファンエンジンのＮ１速度応答４２０よりも速く定常状態４２２を達成した。いくつかの実施形態では、ターボファンエンジン２００の健全性推定値３６０を決定するために、Ｎ１速度応答４２０がベースライン応答４２１と比較される。すなわち、いくつかの実施形態では、Ｎ１速度応答４２０が定常状態４２２に達する時点が、ベースライン応答４２１が定常状態４２２に到達する時点と比較される。図１２に示すように、ベースライン応答４２１は、Ｔ１の時点で定常状態４２２に達し、Ｎ１速度応答４２０は、Ｔ２の時点で定常状態４２２に達する。デルタ４２３、すなわち２つの時点Ｔ１、Ｔ２の差が決定される。理解されるように、デルタ４２３は、ターボファンエンジン２００のある程度の劣化を示す。デルタ４２３に少なくとも部分的に基づいて、ターボファンエンジン２００の健全性推定値３６０を決定することができる。
【００９１】
理解されるように、ＨＰセンサ３３５は、ターボファンエンジン２００の健全性推定値３６０が最終的に、ＬＰセンサ３３４に関する上記の例に示すのと同じまたは同様の方法で決定することができるように、Ｎ２速度応答を決定するために利用することができる。
【００９２】
さらなる例として、再び図１０を参照すると、ガス経路センサ３３６を使用して、ターボファンエンジン２００またはその１つもしくは複数の部品の健全性を決定することができる。図１０に示すように、電気機械２４６にトルクを誘起させるために、電気機械２４６に所定時間の間に最初にパルス４００が加えられる。その後に、ガス経路センサ３３６は、パルス４００に対する応答４０２を測定する。応答４０２は、経時的なターボファンエンジン２００の１つまたは複数の動作パラメータ３５１の変化を示す。特に、この例では、ガス経路センサ３３６は、Ｔ４５（すなわち、ＨＰタービン２１６の下流であってＬＰタービン２１８の上流の位置）における経時的な温度の変化、すなわちｄＴ４５／ｄｔを示す応答４０２を測定する。このようにして、ガス経路センサ３３６は、電気機械２４６にパルスが加えられたときのＴ４５の温度応答を測定する。電気機械２４６のパルスに対する応答４０２が測定された後に、応答４０２を利用して、ターボファンエンジン２００（すなわち、原動機）の健全性推定値３６０を決定する。
【００９３】
図１３に示すように、上記の例に続き、図１３はＴ４５温度応答４３０の例示的なプロットを時間の関数として示す。この実施形態では、Ｔ４５温度応答４３０は、電気機械２４６上のトルクの関数である。さらに、この実施形態では、Ｔ４５温度応答４３０は、ある程度の無視できない劣化を有するターボファンエンジンについてのものである。電気機械２４６にパルスが加えられると、上述したように、電気機械２４６の負荷が増加するので、ターボファンエンジン２００の出力または知覚される出力が減少する。出力の損失または知覚された出力の損失を説明するために、ターボファンエンジン２００は（例えば、燃焼器２７０への燃料流量を増加させることによって）その出力を増加させる。ターボファンエンジン２００がその出力を増加させるにつれて、Ｔ４５の温度は時間と共に増加する。所望の出力に達すると、Ｔ４５の温度は符号４３２で示される定常状態に達する。
【００９４】
図１３にさらに示すようにターボファンエンジン２００がまったく劣化していないかまたは劣化が無視できる程度である「新しい製品」であった場合のＴ４５温度応答を示すベースライン応答４３１が、時間の関数として示されている。エンジンが劣化するにつれて、Ｔ４５における温度が定常状態４３２に達するのに長い時間がかかる。したがって、図示するように、「新しい製品」のターボファンエンジン２００のベースライン応答４３１は、ある程度の劣化を有するターボファンエンジンのＴ４５温度応答４３０よりも速く定常状態４３２を達成した。いくつかの実施形態では、ターボファンエンジン２００の健全性推定値３６０を決定するために、Ｔ４５温度応答４３０がベースライン応答４３１と比較される。すなわち、いくつかの実施形態では、Ｔ４５温度応答４３０が定常状態４３２に達する時点が、ベースライン応答４３１が定常状態４３２に達する時点と比較される。図１３に示すように、ベースライン応答４３１は、Ｔ１の時点で定常状態４３２に達し、Ｔ４５温度応答４３０は、Ｔ２の時点で定常状態４３２に達する。デルタ４３３、すなわち２つの時点Ｔ１、Ｔ２の差が決定される。デルタ４３３は、ターボファンエンジン２００のある程度の劣化を示す。デルタ４３３に少なくとも部分的に基づいて、ターボファンエンジン２００の健全性推定値３６０を決定することができる。
【００９５】
ガス経路センサ３３６は、例えば、排気ガス温度センサ、コア空気流路２２１に沿った特定の位置にある圧力センサ、またはターボファンエンジン２００の出力を検出または測定することができる他の適切なセンサなどの、ターボファンエンジン２００のコア空気流路２２１に沿って配置された他のガス経路センサを含んでもよいし、または他のガス経路センサであってもよい。
【００９６】
さらに、コア空気流路２２１に沿ったガス経路センサの位置に依存して、パルスに対する応答を用いて、ガス経路センサに隣接して配置された１つまたは複数のエンジン部品の健全性を決定することができる。例えば、Ｔ４５に配置されたガス経路センサを使用して、Ｔ４５ステーションの上流に位置するＨＰタービン２１６の健全性を決定することができる。さらに、例えば、Ｔ４５における温度を測定するためのＴ４５センサおよびＰ３における圧力を測定するためのＰ３センサなどの、２つ以上のガス経路センサがある場合には、電気機械のパルス印加に対するこれらのセンサによって測定された応答は、経時的に追跡することができ、それらの間の関係を決定することができる。そのような関係に基づいて、ガスタービンエンジンの１つまたは複数の部品についての健全性推定値を決定することができる。例えば、Ｐ３での圧力は正常な傾向があるが、Ｔ４５での温度は異常に高い傾向があるという関係を仮定する。そのような例では、ＨＰタービン２１６はある程度の劣化を経験している可能性があり、Ｔ４５温度の傾向からのずれに基づいて、ＨＰタービン２１６の健全性推定値を決定することができる。
【００９７】
図１０を再び参照すると、例として、ターボファンエンジン２００が、ＬＰシャフト２２４に連結された第１の電気機械２４７と、ＨＰシャフト２２２に連結された第２の電気機械２４９と、を含むいくつかの例示的な実施形態では、第１の電気機械２４７にトルクを誘起するために、第１の電気機械２４７に所定時間の間パルス４００が加えられる。その後に、第２の電気機械センサ３３２は、パルス４００に対する応答４０２を測定する。応答４０２は、経時的な第２の電気機械２４９の１つまたは複数の動作パラメータ３５０の変化を示す。具体的には、この例では、第２の電気機械センサ３３２は、第２の電気機械の出力の経時的な変化、すなわちｄＰｏｗｅｒ／ｄｔを示す応答４０２を測定する。出力は計算値であるので、第２の電気機械２４９の出力に影響する任意のパラメータを使用することができる。例えば、第２の電気機械２４９のロータ２４８のＲＰＭ、ＨＰシャフト２２２によって第２の電気機械２４９に加えられるトルク入力（すなわち、カウンタトルクではない）などは、第２の電気機械１４９の出力を示すパラメータである。このようにして、第２の電気機械センサ３３２は、第１の電気機械２４７にパルスが加えられたときに出力応答を決定できるように、任意の適切なパラメータを測定する。電気機械２４６のパルス４００に対する応答４０２が測定された後に、応答４０２を利用して、ターボファンエンジン２００（すなわち、原動機）の健全性推定値３６０を決定する。
【００９８】
図１４に示すように、上記の例に続き、図１４は出力応答４４０の例示的なプロットを時間の関数として示す。この実施形態では、出力応答４４０は、第１の電気機械２４７のトルクの関数である。さらに、この例では、出力応答４４０は、ある程度の無視できない劣化を有する第２の電気機械２４９についてのものである。第１の電気機械２４７にパルスが加えられると、第１の電気機械２４７の負荷が増加するので、第２の電気機械２４９の出力が減少し、燃料流量、ＬＰシャフト２２４の回転速度、ＨＰシャフト２２２の回転速度、Ｔ４５における温度などに影響を及ぼすことがある。特に、ＨＰシャフト２２２の回転速度が影響され、第２の電気機械２４９のロータ２４８の回転速度にも影響を及ぼす。出力の損失または知覚された出力の損失を説明するために、ターボファンエンジン２００は（例えば、燃焼器２７０への燃料流量を増加させることによって）その出力を増加させる。ターボファンエンジン２００がその出力を増加させると、ＨＰシャフト２２２の回転速度が徐々に増加し、ターボファンエンジン２００は所望の出力レベルを達成することができる。所望の出力に達すると、ＨＰシャフト２２２の回転速度は定常状態に達する。しかしながら、少なくともいくつかの例では、ＨＰシャフト２２２が定常状態に達してから、第２の電気機械２４９が符号４４２で示される定常出力に達する時点までのタイムラグが存在する。図１４の出力応答４４０は、タイムラグ、すなわちＨＰシャフト２２２が定常状態の回転速度に達した後に、第２の電気機械２４９が定常状態の出力に達するのにかかる時間を示す。
【００９９】
図１４にさらに示すように、ターボファンエンジン２００および第２の電気機械２４９が、劣化が無視できる「新しい製品」であったときの出力応答を示すベースライン応答４４１が、時間の関数として示されている。エンジンおよび第２の電気機械２４９が劣化すると、ＨＰシャフト２２２が定常状態の回転速度に達した後に、第２の電気機械２４９の出力が定常状態４４２に達するのにより長い時間がかかる。したがって、図示するように、第２の電気機械２４９のベースライン応答４４１は、劣化が無視できない程度である第２の電気機械２４９の出力応答４４０よりも速く定常状態４４２を達成した。いくつかの実施形態では、ターボファンエンジン２００の健全性推定値３６０を決定するために、出力応答４４０がベースライン応答４４１と比較される。すなわち、いくつかの実施形態では、出力応答４４０が定常状態４４２に達する時点が、ベースライン応答４４１が定常状態４４２に達する時点と比較される。図１４にさらに示すように、ベースライン応答４４１は、Ｔ１の時点で定常状態４４２に達し、出力応答４４０は、Ｔ２の時点で定常状態４４２に達する。デルタ４４３、すなわち２つの時点Ｔ１、Ｔ２の差が決定される。デルタ４４３は、ターボファンエンジン２００および／または第２の電気機械２４９のある程度の劣化を示す。デルタ４４３に少なくとも部分的に基づいて、ターボファンエンジン２００および／または第２の電気機械２４９の健全性推定値３６０を決定することができる。
【０１００】
理解されるように、いくつかの例示的な実施形態では、第２の電気機械２４９は、第２の電気機械２４９にパルスを加えることができるように、電源３３８と電気的に通信することができる。このような実施形態では、ターボファンエンジン２００および／または第１の電気機械２４９の健全性推定値３６０は、上記に従って決定することができる。
【０１０１】
再び図１０を参照すると、さらに他の例示的な実施形態では、電気機械２４６にパルスを加える必要はない。むしろ、ターボファンエンジン２００の通常の動作中に、電気機械２４６のトルク（すなわち、電気機械２４６が発電機であるか、または発電機として機能しているときのカウンタトルク）が経時的に測定される。これらの経時的なトルクの変化に対応して、応答が測定される。この応答は、ターボファンエンジン２００（すなわち原動機）および電気機械２４６のうちの少なくとも一方の１つまたは複数の動作パラメータ３５１、３５０の変化を示す。例えば、上述したように、応答は、燃料流量の変化、ＬＰシャフト２２４の回転速度の変化、ＨＰシャフト２２２の速度の変化、コア空気流路２２１に沿った１つまたは複数の位置（例えば、Ｔ４５）における温度の変化、および２つの電気機械２４６（すなわち、第１および第２の電気機械２４７、２４９）を含む実施形態では、電気機械の一方の出力を示すことができる。その後に、上記のようにして、応答に少なくとも部分的に基づいて、電気機械２４６（すなわち第１および第２の電気機械２４７、２４９の一方または両方）および原動機（すなわち、ターボファンエンジン２００）の少なくとも一方について健全性推定値３６０を決定することができる。
【０１０２】
図１５は、本開示の例示的な実施形態による、原動機および原動機と連結された電気機械の少なくとも一方の健全性を監視するための例示的な方法（５００）の流れ図を示す。方法（５００）の一部または全部は、本明細書に開示する健全性監視システム３００によって実施することができる。さらに、図１５は、図示および説明の目的のために特定の順序で方法（５００）を示す。例示的な方法（５００）は、本主題の範囲から逸脱することなく、様々な方法で変更、適合、拡張、再構成および／または省略することができることが理解されよう。
【０１０３】
ステップ（５０２）において、例示的な方法（５００）は、電気機械２４６のトルクの変化に対する応答４０２を測定するステップを含む。応答４０２は、例えば図３のターボファンエンジン２００などの原動機および電気機械２４６の少なくとも一方の１つまたは複数の動作パラメータ３５１、３５０の変化を示す。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の動作パラメータの変化は、原動機の出力または出力の変化を示す。
【０１０４】
ステップ（５０４）において、例示的な方法（５００）は、応答に少なくとも部分的に基づいて、電気機械および原動機の少なくとも一方の健全性推定値を決定するステップを含む。
【０１０５】
いくつかの例示的な実施では、応答を測定するステップの前に、例示的な方法（５００）は、電気機械のトルクの変化を誘起させるために電気機械に所定時間の間パルスを加えるステップをさらに含む。
【０１０６】
いくつかの例示的な実施形態では、健全性推定値を決定する際に、例示的な方法（５００）は、応答をベースライン応答と比較するステップと、応答とベースライン応答との間のデルタを決定するステップと、をさらに含み、応答とベースライン応答との間のデルタに少なくとも部分的に基づいて、健全性推定値が決定される。
【０１０７】
図１６は、本開示の例示的な実施形態による、原動機および原動機と連結された電気機械の少なくとも一方の健全性推定値を推定するための例示的な方法（６００）の流れ図を示す。方法（６００）の一部または全部は、本明細書で開示される健全性監視システム３００によって実施することができる。さらに、図１６は、図示および説明の目的のために特定の順序で方法（６００）を示す。例示的な方法（６００）は、本主題の範囲から逸脱することなく、様々な方法で修正、適合、拡張、再構成および／または省略することができることが理解されよう。
【０１０８】
ステップ（６０２）において、例示的な方法（６００）は、原動機および電気機械の動作中に所定時間にわたって測定された電気機械の１つまたは複数の動作パラメータを示す動作データを取得するステップを含む。
【０１０９】
ステップ（６０４）において、例示的な方法（６００）は、動作データに少なくとも部分的に基づいてパラメータ関数を生成するステップを含み、パラメータ関数は、経時的に傾向がある電気機械の動作パラメータのうちの少なくとも１つを示す。
【０１１０】
ステップ（６０６）において、例示的な方法（６００）は、パラメータ関数に少なくとも部分的に基づいて、電気機械および原動機の少なくとも一方の健全性推定値を決定するステップを含む。
【０１１１】
本明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
原動機（２００）および前記原動機（２００）に連結された電気機械（２４６）の少なくとも一方の健全性を監視するための方法（５００）であって、
前記電気機械（２４６）のトルクの変化に対する応答（４０２）を測定するステップ（５０２）であって、前記応答（４０２）は前記原動機（２００）および前記電気機械（２４６）の少なくとも一方の１つまたは複数の動作パラメータ（３５０、３５１）の変化を示す、ステップ（５０２）と、
前記応答（４０２）に少なくとも部分的に基づいて、前記電気機械（２４６）および前記原動機（２００）のうちの少なくとも一方の健全性推定値（３６０）を決定するステップ（５０４）と
を含む方法（５００）。
［実施態様２］
前記応答（４０２）を測定するステップ（５０２）の前に、前記方法は、
前記電気機械（２４６）のトルクの前記変化を誘起させるために、所定時間の間に前記電気機械（２４６）にパルス（４００）を加えるステップ
をさらに含む、実施態様１に記載の方法（５００）。
［実施態様３］
決定するステップ（５０４）の間に、前記方法は、
前記応答（４０２）をベースライン応答（４１１）と比較するステップと、
前記応答（４０２）と前記ベースライン応答（４１１）との間のデルタを決定するステップと
をさらに含み、
前記健全性推定値（３６０）は、前記応答（４０２）と前記ベースライン応答（４１１）との間の前記デルタに少なくとも部分的に基づいている、実施態様１に記載の方法（５００）。
［実施態様４］
前記１つまたは複数の動作パラメータ（３５０、３５１）の前記変化は、前記原動機（２００）の出力の変化を示す、実施態様１に記載の方法（５００）。
［実施態様５］
前記応答（４０２）は、前記原動機（２００）の燃料流量の変化を示す燃料流量応答（４１０）である、実施態様１に記載の方法（５００）。
［実施態様６］
前記原動機（２００）は、軸方向を規定し、前記軸方向の周りで回転可能な低圧シャフト（２２４）および高圧シャフト（２２２）を有するガスタービンエンジン（２００）であり、前記電気機械（２４６）は、前記低圧シャフト（２２４）および前記高圧シャフト（２２２）の少なくとも一方に連結され、前記軸方向の周りで少なくとも部分的に回転可能であり、前記応答（４０２）は、前記ガスタービンエンジン（２００）の前記低圧シャフト（２２４）および前記高圧シャフト（２２２）をそれぞれ示すＮ１速度応答（４２０）およびＮ２応答（４０２）の少なくとも一方である、実施態様１に記載の方法（５００）。
［実施態様７］
前記原動機（２００）は、軸方向を規定し、前記軸方向の周りで回転可能な低圧シャフト（２２４）および高圧シャフト（２２２）を含むガスタービンエンジン（２００）であり、前記電気機械（２４６）は、前記低圧シャフト（２２４）に連結され、前記軸方向の周りで少なくとも部分的に回転可能な第１の電気機械（２４７）であり、前記ガスタービンエンジン（２００）は、前記高圧シャフト（２２２）に連結され、前記軸方向の周りで少なくとも部分的に回転可能な第２の電気機械（２４９）をさらに含み、前記応答（４０２）は、前記ガスタービンエンジン（２００）の前記第２の電気機械（２４９）の出力を示す出力応答（４４０）である、実施態様１に記載の方法（５００）。
［実施態様８］
前記原動機（２００）はガスタービンエンジン（２００）であり、前記電気機械（２４６）は発電機（１０８）である、実施態様１に記載の方法（５００）。
［実施態様９］
原動機（２００）および前記原動機（２００）に連結された電気機械（２４６）の少なくとも一方の健全性を監視するための方法（６００）であって、前記方法は、
前記原動機（２００）および前記電気機械（２４６）の動作中に所定時間にわたって測定された前記電気機械（２４６）の１つまたは複数の動作パラメータ（３５０）を示す動作データ（３５４）を取得するステップ（６０２）と、
前記動作データ（３５４）に少なくとも部分的に基づいてパラメータ関数（３７３、３８３、３９３）を生成するステップ（６０４）であって、前記パラメータ関数（３７３、３８３、３９３）は、経時的に傾向がある前記電気機械（２４６）の前記動作パラメータ（３５０）のうちの少なくとも１つを示す、ステップ（６０４）と、
前記パラメータ関数（３７３、３８３、３９３）に少なくとも部分的に基づいて、前記電気機械（２４６）および前記原動機（２００）の少なくとも一方の健全性推定値（３６０）を決定するステップ（６０６）と
を含む方法（６００）。
［実施態様１０］
前記原動機（２００）および前記電気機械（２４６）の動作中に所定時間にわたって測定された前記原動機（２００）の１つまたは複数の動作パラメータ（３５１）を示す動作データ（３５６）を取得するステップと、
前記動作データ（３５６）に少なくとも部分的に基づいてパラメータ関数（３７３、３８３、３９３）を生成するステップであって、前記パラメータ関数（３７３、３８３、３９３）は、経時的に傾向がある前記原動機（２００）の前記動作パラメータ（３５１）のうちの少なくとも１つを示す、ステップと
をさらに含み、
決定するステップの間に、前記健全性推定値（３６０）は、前記電気機械（２４６）の前記パラメータ関数（３７３、３８３、３９３）および前記原動機（２００）の前記パラメータ関数（３７３、３８３、３９３）に少なくとも部分的に基づいて決定される、実施態様９に記載の方法（６００）。
［実施態様１１］
前記パラメータ関数（３７３、３８３、３９３）が基づいている前記動作パラメータ（３５０）は、前記電気機械（２４６）が前記電気機械（２４６）に接続された負荷に所定の出力をもはや供給することができない値を示す所定のしきい値を規定し、前記健全性推定値（３６０）は、前記原動機（２００）および前記電気機械（２４６）の少なくとも一方の残りの有効寿命（３６４、３６６）を示し、前記残りの有効寿命（３６４、３６６）は、前記パラメータ関数（３７３、３８３、３９３）と前記所定のしきい値との交点に少なくとも部分的に基づいて決定される、実施態様９に記載の方法（６００）。
［実施態様１２］
前記１つまたは複数の動作パラメータ（３５０）は、前記電気機械（２４６）を流れる電流、前記電気機械（２４６）の両端の電圧、および前記電気機械（２４６）のトルクのうちの少なくとも１つを含む、実施態様９に記載の方法（６００）。
［実施態様１３］
生成するステップの前に、前記方法は、
前記１つまたは複数の動作データ（３５４、３５６）を正規化するステップと、
前記原動機（２００）および前記電気機械（２４６）の少なくとも一方の健全性推定値（３６０）を示す情報をユーザに提供するステップと
をさらに含む、実施態様９に記載の方法（６００）。
［実施態様１４］
正規化するステップの間に、前記１つまたは複数の動作パラメータ（３５１）は、動作条件の変化および前記原動機（２００）の出力設定に対して正規化される、実施態様１２に記載の方法（６００）。
［実施態様１５］
半径方向および軸方向を規定するガスタービンエンジン（２００）であって、前記ガスタービンエンジン（２００）は、
直列の流れの順に配置され、コア空気流路（２２１）を少なくとも部分的に画定する圧縮機部（２１０，２１２）、燃焼部（２１４）、およびタービン部（２１６，２１８）と、
動作中に前記ガスタービンエンジン（２００）の１つまたは複数の動作パラメータ（３５１）を検出するための１つまたは複数のセンサと、
前記圧縮機部（２１０，２１２）の一部および前記タービン部（２１６，２１８）の一部の少なくとも一方と共に回転可能である回転部品と、
静止フレーム部材と、
前記回転部品と共に回転可能な電気機械（２４６）であって、前記静止フレーム部材に取り付けられた、または前記回転部品に連結された、あるいは前記静止フレーム部材に取り付けられ、かつ前記回転部品に連結された電気機械（２４６）と、
前記電気機械（２４６）および前記１つまたは複数のセンサと通信可能に結合された１つまたは複数のコンピューティングデバイス（３０２）を含む健全性監視システム（３００）と、を含み、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（３０２）は、１つまたは複数のプロセッサ（３０６）ならびに１つまたは複数のメモリデバイス（３０８）を含み、前記１つまたは複数のメモリデバイス（３０８）は、前記１つまたは複数のプロセッサ（３０６）によって実行された場合に、前記１つまたは複数のプロセッサ（３０６）に動作を実行させる命令を格納し、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（３０２）は、
前記電気機械（２４６）のトルクの変化に対する応答（４０２）を示す１つまたは複数の信号を前記１つまたは複数のセンサから取得し、前記応答（４０２）は前記ガスタービンエンジン（２００）の１つまたは複数の動作パラメータ（３５１）の変化を示し、
前記応答（４０２）をベースライン応答（４１１）と比較し、
前記応答（４０２）と前記ベースライン応答（４１１）との間のデルタを決定し、
前記応答（４０２）と前記ベースライン応答（４１１）との間の前記デルタに少なくとも部分的に基づいて、前記ガスタービンエンジン（２００）の健全性推定値（３６０）を決定する
ように構成される、ガスタービンエンジン（２００）。
［実施態様１６］
前記１つまたは複数の動作パラメータ（３５１）の前記変化は、前記ガスタービンエンジン（２００）の出力の変化を示す、実施態様１５に記載のガスタービンエンジン（２００）。
［実施態様１７］
前記燃焼部（２１４）は、燃料を供給するための燃料供給システム（２８２）を含み、前記応答（４０２）は、前記燃料供給システム（２８２）によって前記ガスタービンエンジン（２００）の前記燃焼部（２１４）に供給される燃料流量を示す燃料流量応答（４１０）である、実施態様１５に記載のガスタービンエンジン（２００）。
［実施態様１８］
前記ガスタービンエンジン（２００）の前記回転部品は、前記軸方向の周りでそれぞれ回転可能な低圧シャフト（２２４）および高圧シャフト（２２２）の少なくとも一方を含み、前記電気機械（２４６）は、前記低圧シャフト（２２４）および前記高圧シャフト（２２２）の少なくとも一方に連結され、前記応答（４０２）は、前記ガスタービンエンジン（２００）の前記低圧シャフト（２２４）および前記高圧シャフト（２２２）をそれぞれ示すＮ１速度応答（４２０）およびＮ２応答（４０２）の少なくとも一方である、実施態様１５に記載のガスタービンエンジン（２００）。
［実施態様１９］
前記ガスタービンエンジン（２００）は、
電源（３３８）をさらに含み、
前記電気機械（２４６）のトルクの変化に対する応答（４０２）を示す前記１つまたは複数の信号を取得する前に、前記コンピューティングデバイス（３０２）は、
所定時間の間に前記電気機械（２４６）にパルス（４００）を加えるために１つまたは複数の信号を前記電源（３３８）に送信するようにさらに構成される、実施態様１５に記載のガスタービンエンジン（２００）。
［実施態様２０］
前記ガスタービンエンジン（２００）は、前記ガスタービンエンジン（２００）の動作中に１つまたは複数の動作パラメータ（３５１）を測定するために、前記コア空気流路（２２１）に沿って配置されたガス経路センサ（３３６）を含み、前記健全性推定値（３６０）を決定する間に、前記コンピューティングデバイス（３０２）は、前記ガスタービンエンジン（２００）および前記電気機械（２４６）の少なくとも一方の健全性推定値（３６０）を決定するために、前記センサによって測定された前記動作パラメータ（３５０）と併せて、前記ガス経路センサ（３３６）によって測定された前記動作パラメータ（３５１）を利用する、実施態様１５に記載のガスタービンエンジン（２００）。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  航空機
１２  胴体
１４  長手方向中心線
１５  平均線
１６  前端部
１８  後端部
２０  翼部
２２  左舷側
２４  右舷側
２６  前縁フラップ
２８  後縁フラップ
３０  垂直スタビライザ
３２  ラダーフラップ
３４  水平スタビライザ
３６  エレベータフラップ
３８  外板
４５  ステーション
１００  推進システム
１０２  ターボファンジェットエンジン
１０４  ターボファンジェットエンジン
１０６  ＢＬＩファン
１０８  発電機
１０９  電力調整器
１１０  エネルギー蓄積装置
１１１  電気通信バス
１４９  第２の電気機械
２００  ターボファンエンジン、原動機
２０１  長手方向中心線
２０２  ファン部
２０４  コアタービンエンジン
２０６  外側ケーシング
２０８  環状入口
２１０  ＬＰ圧縮機
２１２  ＨＰ圧縮機
２１４  燃焼部
２１６  ＨＰタービン
２１８  ＬＰタービン
２２０  ジェット排気ノズル部
２２１  コア空気流路
２２２  ＨＰシャフト
２２４  ＬＰシャフト
２２６  可変ピッチファン
２２８  ファンブレード
２３０  ディスク
２３２  作動部材
２３４  動力ギヤボックス
２３６  フロントハブ
２３８  外側ナセル
２４０  出口ガイドベーン
２４２  下流部
２４４  バイパス空気流路
２４６  電気機械
２４７  第１の電気機械
２４８  ロータ
２４９  第２の電気機械
２５０  ステータ
２５２  ロータ接続部材
２５４  ステータ接続部材
２５６  構造支持部材
２６２  後方ベアリング
２６４  前方電気機械ベアリング
２６６  後方電気機械ベアリング
２７０  環状燃焼器
２７１  内側ライナー
２７２  外側ライナー
２７３  ドーム状端部
２７４  上流端
２７５  上流端
２７６  燃焼室
２７７  外側ケーシング
２７８  外側流路
２７９  入口
２８０  燃料ノズル
２８１  燃料
２８２  燃料供給システム
２８３  供給管
２８４  燃料マニホールド
２８５  ピグテール燃料ライン
２８６  圧縮空気
２８６Ａ  矢印
２８６Ｂ  矢印
２８７  ディフューザキャビティ
２８８  燃焼ガス
３００  健全性監視システム
３０２  コンピューティングデバイス
３０４  エンジンコントローラ
３０６  プロセッサ
３０８  メモリデバイス
３１０  コンピュータ可読命令
３１２  データ
３１４  通信インターフェース
３２０  健全性監視モデル
３３０  電気機械センサ
３３１  第１の電気機械センサ
３３２  第２の電気機械センサ
３３３  燃料センサ
３３４  ＬＰセンサ
３３５  ＨＰセンサ
３３６  ガス経路センサ
３３８  電源
３５０  動作パラメータ
３５１  動作パラメータ
３５２  表示装置
３５４  動作データ
３５６  動作データ
３６０  健全性推定値
３６２  残りの有効時間
３６４  残りの有効寿命、有効時間
３６６  残りの有効寿命、有効時間
３７０  現在のプロファイル
３７１  ベースラインプロファイル
３７２  デルタ
３７３  パラメータ関数
３７４  最良適合線
３７５  所定のしきい値
３７６  交差点
３８０  現在のプロファイル
３８１  ベースラインプロファイル
３８２  デルタ
３８３  パラメータ関数
３８４  最良適合線
３８５  所定のしきい値
３８６  交差点
３９０  現在のプロファイル
３９１  ベースラインプロファイル
３９２  デルタ
３９３  パラメータ関数
３９４  最良適合線
３９５  所定のしきい値
３９６  交差点
４００  パルス
４０２  応答
４１０  燃料流量応答
４１１  ベースライン応答
４１２  定常状態
４１３  デルタ
４２０  Ｎ１速度応答
４２１  ベースライン応答
４２２  定常状態
４２３  デルタ
４３０  Ｔ４５温度応答
４３１  ベースライン応答
４３２  定常状態
４３３  デルタ
４４０  出力応答
４４１  ベースライン応答
４４２  定常状態
４４３  デルタ
５００  方法
６００  方法
【図１】
2019031967.tif 000003
【図２】
2019031967.tif 000004
【図３】
2019031967.tif 000005
【図４】
2019031967.tif 000006
【図５】
2019031967.tif 000007
【図６】
2019031967.tif 000008
【図７】
2019031967.tif 000009
【図８】
2019031967.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2019031967.tif 000014
【図１３】
2019031967.tif 000015
【図１４】
2019031967.tif 000016
【図１５】
2019031967.tif 000017
【図１６】
2019031967.tif 000018
【外国語明細書】
2019031967000001.pdf