(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１２、１３）におけるエンジン性能をモニタする方法であって、
前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の運転及び性能に関連するデータを感知する段階と、
エンジン始動シーケンスの完了に先立って、前記感知データから選択データパラメータを連続してサンプリングする段階と、
規定の基準が満たされたかどうかを判定するために前記データパラメータを評価する段階と、
前記規定の基準が満たされているとき評価データを捕捉する段階と、
該評価データを用いてエンジン始動時における前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の温度状態を評価する段階と、
該評価データを用いて前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の特定の温度状態に対してエンジン性能データを正規化する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ガスタービンエンジン（１２、１３）におけるエンジン性能をモニタする方法であって、
複数のセンサ（２０、２１）を用いて前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の運転及び性能に関連するデータを感知する段階と、
前記ガスタービンエンジン（１２、１３）のエンジン始動シーケンスを開始させる段階と、
該エンジン始動シーケンスの完了に先立って、前記感知データから選択データパラメータを連続してサンプリングする段階と、
前記感知データからエンジン性能データパラメータを連続してサンプリングする段階と、
規定の基準が満たされたかどうかを判定するために前記選択データパラメータを評価する段階と、
前記規定の基準が満たされているとき評価データを捕捉する段階と、
該評価データを用いてエンジン始動時における前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の温度状態を評価する段階と、
該温度状態に対する前記エンジン性能データパラメータを正規化する段階と、
該正規化したエンジン性能データパラメータを前記ガスタービンエンジン（１２、１３）のパラメータ基準線と比較することにより、前記正規化したエンジン性能パラメータの傾向をみる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
前記選択データパラメータは、コア速度及び燃料流量のうちの１つ又はそれ以上を含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ガスタービンエンジン（１２、１３）は始動弁を含み、前記基準は、前記始動弁が開いていることを含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記基準は、コア速度が所定の値を超えていることを含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記基準は、燃料流量が停止されていることを含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記評価データは、オイル温度、高圧タービンシュラウド温度、周囲温度、排気ガス温度、及びコア速度のうちの１つ又はそれ以上を含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記正規化したエンジン性能データを前記ガスタービンエンジン（１２、１３）のパラメータ基準線と比較することにより、前記正規化したエンジン性能データの傾向をみる段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項９】
ガスタービンエンジン（１２、１３）におけるエンジン性能をモニタするシステム（１０）であって、
前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の運転及び性能に関連するデータを感知するための複数のセンサ（２０、２１）と、
エンジン始動シーケンスの完了に先立って、前記センサ（２０、２１）から選択データパラメータを連続してサンプリングするための手段（１６、１８、２６）と、
規定の基準が満たされたかどうかを判定するために前記データパラメータを評価するための手段（１６、１８、２６）と、
前記規定の基準が満たされているとき評価データを捕捉するための手段（１６、１８、２６）と、
該評価データを用いてエンジン始動時における前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の温度状態を評価し、前記評価データを用いて前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の特定の温度状態に対してエンジン性能データを正規化するための手段（１６、１８、２６）と、
を含むことを特徴とするシステム（１０）。
【請求項１０】
前記評価データを用いて前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の特定の温度状態に対してエンジン性能データを正規化するための前記手段（１６、１８、２６）は、前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の温度状態を判定するための手段（１６、１８、２６）を含むことを特徴とする、請求項９に記載のシステム（１０）。
【請求項１１】
ガスタービンエンジン（１２、１３）の運転及び性能に関連する所定のパラメータ値を感知するための複数のセンサ（２０、２１）を有するコンピュータ利用システム（１０）を制御して方法を実行するための命令を含むプログラム記録媒体であって、該方法は、
エンジン始動シーケンスの完了に先立って、前記センサ（２０、２１）から選択データパラメータを連続してサンプリングする段階と、
規定の基準が満たされたかどうかを判定するために前記データパラメータを評価する段階と、
前記規定の基準が満たされているとき評価データを捕捉する段階と、
該評価データを用いてエンジン始動時における前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の温度状態を評価する段階と、
該評価データを用いて前記ガスタービンエンジン（１２、１３）の特定の温度状態に対してエンジン性能データを正規化する段階と、を含む、
ことを特徴とするプログラム記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、一般的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、かかるエンジンにおける温度状態をモニタすることに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンエンジンは、各種の航空、船舶、及び産業の用途に用いられる。一般的に、ガスタービンエンジンは、加圧空気を燃焼器に供給する圧縮機を含み、燃焼器中で空気は燃料と混合され、混合気が点火されて高温の燃焼ガスを発生する。これらのガスは、下流のタービンセクションに流れ、該タービンセクションがガスからエネルギーを取り出して、圧縮機を駆動し有用な仕事を行なう。多くの用途において、ガスタービンエンジンは、その通常運転の一部として様々な保守作業が日常的に行なわれる。かかる保守サービスの提供に役立つようにするために、多くの場合、モニタシステムを用いて、ガスタービンエンジンのモニタリング診断が行なわれる。一般的に、これらのシステムは、傾向を診断するために用いられる関連する傾向及び故障データを収集する性能モニタ装置を含む。傾向分析診断において、エンジン性能及び／又は状態全体を表わす所定のプロセスデータ（排気ガス温度、燃料流量、ロータ速度、及びこれに類するものなど）が、ガスタービンエンジンのパラメータ基準線と比較される。生の傾向データのパラメータ基準線からの偏りが少しでもあれば、保守を必要とする現在又は将来の状態を示している可能性がある。
【０００３】
例えば、民間航空路線で現在運航されている最新の航空機は、一般的に、モニタリング診断で用いるために飛行デジタルデータを収集するための機載のデータ取得システムを用いている。かかるシステムにおいては、航空機及びエンジン全体にわたって配置されている多くのセンサが、航空機及びそのエンジンの性能を表わすデータ信号を提供する。それらのデータは、機中で記録され、後で地上の整備要員によりアクセスすることが可能であり、又はそれに代えてリアルタイム処理のために飛行運航中に地上位置に遠隔送信することも可能である。
【０００４】
エンジン状態モニタリング技術は、一般的にスクリーニング処理を用いて、様々な運転段階を識別し、次に関心のある飛行段階の間の特定のデータを取り出す。現在、データ収集は、離陸、上昇、及び安定した巡航のような飛行段階の間に行なわれているが、その理由は、これらの段階がエンジンの異常が検知される可能性が最も高い段階だからである。離陸段階の間に収集されるデータは、エンジンの始動時におけるエンジンの温度状態に強く影響を受けている可能性がある。例えば、軸受及びロータ間隙は、一般的に高温の始動（例えば、ごく最近終了した飛行の後の始動）の間よりも低温のロータ始動（例えば、当日の最初の始動）の間の方が多く開いている。このことは、擦れ合い及びロータ湾曲が高温始動の間に起こり易いということを意味する。
【０００５】
従って、全体のエンジン性能特性を正規化するために、エンジン始動に先立ってガスタービンエンジンにおけるエンジン温度状態の特性をモニタできることが望ましい。
【特許文献１】
米国特許５，８４５，４８３号公報
【０００６】
【発明の概要】
上述の必要性は、複数のセンサを用いてガスタービンエンジンの運転及び性能に関連するデータを感知する、ガスタービンエンジンにおけるエンジン性能をモニタするための方法及びシステムを提供する本発明により満たされる。感知データからの選択データパラメータが、エンジン始動シーケンスの完了に先立って連続してサンプリングされる。次に、選択データパラメータは、規定の基準が満たされたかどうかを判定するために評価され、基準が満たされているときはいつでも評価データが捕捉される。評価データは、エンジンの特定の温度状態に対してエンジン性能データを正規化するために用いられる。次に、正規化したエンジン性能データは、それをガスタービンエンジンのパラメータ基準線と比較することにより傾向がみられる。
【０００７】
本発明及び従来技術に勝るその利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を読むことにより明らかになるであろう。
【０００８】
本発明と見なされる主題は、本明細書の冒頭部分に具体的に示しまた明確に請求している。しかしながら、本発明は、添付の図面の図に関連してなされる以下の説明を参照することにより最も良く理解することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
同一の参照符号が様々な図を通して同じ要素を表わしている図面を参照すると、図１は、航空機１４に搭載されたガスタービンエンジン１２、１３の性能をモニタするためのシステム１０のブロック線図を示す。図1には、2つのエンジン１２、１３を示しているが、航空機１４はそれに搭載される追加のエンジンを設けることができることに注目されたい。以下の説明から明らかなように、かかる追加のエンジンに対するデータ収集は、エンジン１２、１３に対するデータ収集と全く同じ方法で達成される。従って、エンジン１２、１３及び関連の装置のみをここでは説明することにする。さらに、システム１０は、単に実施例として、航空機に関して説明していることに注目されたい。航空用途に加えて、本発明は、船舶及び産業用途を含むガスタービンエンジンの他の用途に適用可能である。
【００１０】
システム１０は、全自動デジタルエンジン制御装置（ＦＡＤＥＣ）のような電子制御装置（ＥＣＵ）１６を含むが、各エンジン１２、１３及び機載の航空機データボックス１８と組み合わせて他の制御装置を用いることも可能である。通常のエンジンデータセンサ２０及び航空機データセンサ２１が、エンジン１２、１３及び／又は航空機１４の運転及び性能に関連する選択データパラメータを感知するために設けられる。エンジンデータセンサ２０及び航空機データセンサ２１は、関心のあるデータパラメータをモニタする任意のセンサ群を含むことができる。周囲温度、空気速度、及び高度のような航空機パラメータに加えて、エンジンパラメータには、一般的に、排気ガス温度、オイル温度、高圧タービンシュラウド温度などの構成部品温度、エンジン燃料流量、コア速度、圧縮機吐出圧力、タービン排気圧力、ファン速度等が含まれるであろう。
【００１１】
各ＥＣＵ１６は、業界では公知のように、対応するエンジンデータセンサ２０及び航空機データセンサ２１からの信号を受ける。各ＥＣＵ１６はまた、航空機パイロットにより制御される対応するスロットル２２からの推力要求信号を受ける。これらの入力に応じて、ＥＣＵ１６は、それぞれのエンジン１２、１３への燃料流量を計量する油圧機械式装置（ＨＭＵ）２４のようなエンジンアクチュエータを作動させる指令信号を発生する。ＨＭＵ２４は、当業者には周知の装置である。各ＥＣＵ１６はまた、データ信号を航空機データボックス１８に出力する。航空機データボックス１８は、飛行データ記録装置、高速アクセス記録装置、又は任意の他の形式の飛行中データ蓄積装置のような任意の通常の装置とすることができ、データ信号を記憶するための比較的大きなデータ記憶容量を有する。航空機データボックス１８はまた、飛行中のデータを分析して必要な保守メッセージを航空機の集中保守コンピュータ（図示せず）に単に送るだけの処理能力を備えるものとしてもよい。航空機データボックス１８はまた、航空機データセンサ２１から信号を受ける。
【００１２】
業界では公知のように、各エンジン１２、１３は、エンジンの歯車装置に取り付けられたエンジンのタービンスタータを有するエンジン始動装置を含む。エンジン始動シーケンスの間、高圧の補助空気がスタータに供給されて、歯車装置によってエンジンコアを回転させる。各ＥＣＵ１６は、燃料供給及び可変装置の調節をスケジュールして、エンジン始動シーケンスを完了させ、それぞれのエンジン１２、１３をアイドリング運転状態にする。一般的に、補助空気源は、航空機１４の尾部に通常設置される補助動力装置（ＡＰＵ）、地上のカート又は別のエンジンからのクロス抽気である。
【００１３】
システム１０は、エンジン性能特性をモニタするための、データ信号を処理するアルゴリズムを含む。モニタリング・アルゴリズムは、多くの方法で実行されることができる。例えば、モニタリング・アルゴリズムは、データ信号がＥＣＵ１６により受信されるとそれらを処理するＥＣＵ１６で実行されることができる。若しくは、モニタリング・アルゴリズムは、航空機データボックス１８で実行されることができる。この場合には、データ信号は、航空機データボックス１８に転送された後に処理されることになる。さらに別の方法は、パーソナルコンピュータ又は作業端末コンピュータのような地上ステーションのコンピュータ２６でモニタリング・アルゴリズムを実行することである。飛行中に航空機データボックス１８に記憶されたデータ信号は、処理するために地上ステーションのコンピュータにダウンロードされる。この転送は、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は他の光学式媒体、磁気テープ又は類似のもののような取り外し可能なコンピュータ可読媒体、或いは無線通信リンクの使用を含む任意の種類のリンク２８により、飛行後に行なうことができる。リアルタイム処理をするために飛行運航中に地上ステーションのコンピュータ２６に直接データ信号を遠隔送信することも可能である。いずれの実行の場合でも、モニタリング・アルゴリズムは、装置（ＥＣＵ、航空機データボックス、又は地上ステーションのコンピュータ）に記憶されており、その装置によりアクセスすることができるか、又は別法としてモニタリング・アルゴリズムは、装置の適当なドライブ中に挿入された取り外し可能なコンピュータ可読媒体（プログラム記録媒体）によりアクセスすることもできる。モニタリング・アルゴリズムは、インターネット又は別のコンピュータネットワークを介してアクセスすることも可能である。ここに用いられる、「コンピュータ可読媒体」の用語は、それから記憶されたデータをコンピュータ又は類似の装置により読み取ることができる任意の媒体のことを一般的にいう。この用語には、前述のフロッピー（登録商標）ディスク及びＣＤ−ＲＯＭのような取り外し可能な媒体だけでなく、各ＥＣＵ１６、航空機データボックス１８、或いは地上ステーションのコンピュータ２６中のハードディスク又は集積回路記憶装置のような取り外しできない媒体も含まれる。
【００１４】
ここで図２を参照すると、モニタリング・アルゴリズムをより詳細に説明している。アルゴリズムは、エンジン始動シーケンスが開始されるときはいつでもスタートされる。ブロック１００で示す第１の段階は、エンジンデータセンサ２０及び航空機データセンサ２１の出力を連続してモニタすることである。次に、ブロック１０２において、データセンサ２０及び航空機データセンサ２１により感知された選択データパラメータが、連続してサンプリングされる。一般的に、データパラメータは、１５〜６０ミリセカンド毎のような高い頻度でサンプリングされて、大量のデータポイントを収集する。いずれのデータパラメータをサンプリングするかは、多くの要因に左右されて変わる可能性がある。ここでは、単に実施例として、モニタリング・アルゴリズムを、コア速度及び燃料流量を選択データパラメータとして説明する。しかしながら、本発明は、これらの特定のデータパラメータに限定されるのではなく、任意の適当なデータパラメータのセットを用いることができることに注目されたい。
【００１５】
次に、ブロック１０４及び１０６に示すように、各データサンプルは、規定の基準が満たされたかどうかを判定するために評価される。モニタリング・アルゴリズムのこの部分の目的は、各エンジン１２、１３について、エンジンの温度状態を判定しようとする、エンジン始動シーケンスの完了に先立つ特定の時間を識別することである。各場合において、基準がブロック１０４、１０６の両方において満たさていれば、その場合にはモニタリング・アルゴリズムはブロック１０８に進み、そこで選択エンジン及び航空機データと基準が満たされるときの時間とが、捕捉され記憶される。つまり、各特定の決定基準のセットが満たされると、その時のエンジン及び航空機データは、今後は「評価データ」と呼ばれ、対応するデータサンプリング時間と共に捕捉され記憶される。基準がブロック１０４、１０６のいずれかにおいて満たされなければ、その場合にはモニタリング・アルゴリズムはブロック１０２に戻るので、データパラメータは各ブロック１０４、１０６に対する基準が満たされるまで連続してサンプリングされる。
【００１６】
ここで再び、単に実施例として、データサンプルが決定基準のセットと対照して評価される２つの区分を用いることにより、モニタリング・アルゴリズムを説明する。データパラメータは、ブロック１０４において第１のエンジン１２に対する決定基準と対照して、またブロック１０６において第２のエンジン１３に対する決定基準と対照して評価される。
【００１７】
より具体的には、ブロック１０４の決定基準は、第１のエンジン１２のエンジン始動シーケンスが完了する前に、評価データが捕捉されるようになっている。例えば、決定基準は、１）始動弁が開いている、２）燃料流量が停止されている、及び、３）コア速度が最大コア速度の２５％より大きいか又はそれに等しい、とすることができる。これらの基準の全てが満たされ（エンジン始動シーケンスが開始されたが、まだ完了していないことを示す）ていれば、その場合にはその特定の時間における関連するエンジン及び航空機データがブロック１０８において捕捉され記憶される。
【００１８】
同様に、ブロック１０６の決定基準は、第２のエンジン１３のエンジン始動シーケンスが完了する前に、評価データが捕捉されるようになっている。例えば、決定基準は、１）始動弁が開いている、２）燃料流量が停止されている、及び、３）コア速度が最大コア速度の２５％より大きいか又はそれに等しい、とすることができる。これらの基準の全てが満たされ（エンジン始動シーケンスが開始されたが、まだ完了していないことを示す）ていれば、その場合にはその特定の時間における関連するエンジン及び航空機データがブロック１０８において捕捉され記憶される。
【００１９】
ブロック１０８において捕捉した評価データパラメータは、ブロック１０２においてサンプリングされたデータと必ずしも同じではないが、同じデータパラメータの１つ又はそれ以上を両方の段階で用いることができる。データパラメータのセットが異なっていてもよい理由は、データが異なる理由で用いられるからである。ブロック１０２においてデータをサンプリングする目的は、その後の使用のための評価を収集する時間を識別することである。ブロック１０８においては、その目標は、エンジン温度状態を評価してエンジン性能データを正規化するのに用いられる評価データを捕捉することである。従って、ブロック１０８において捕捉される好ましい評価データパラメータの実施例には、オイル温度、高圧タービン（ＨＰＴ）シュラウド温度、周囲温度、排気ガス温度（ＥＧＴ）、及びコア速度が含まれる。本発明は、これらのデータパラメータに限定されず、これらのデータパラメータは単に実施例として示していることを指摘しておく。
【００２０】
ブロック１１０において、アルゴリズムは、捕捉したデータを用いて、エンジン始動シーケンスの完了に先立ち各エンジンの温度状態を評価する。このことは、一組の論理を評価データに適用することにより行われる。例えば、オイル温度が周囲温度に等しいことは、エンジンが長時間停止されていたということを示す。従って、エンジンは始動時に低温の温度状態にあったと判定される。同様に、高圧タービンシュラウド温度が周囲温度に等しいことは、エンジンが長時間停止されていたことを示す。オイル及び高圧タービンシュラウド温度が、周囲温度よりも高ければ、前回のエンジン停止以来の時間を温度低下特性のモデルにより判定することができる。同様の論理がＥＧＴ測定にも適用できる。
【００２１】
また、ブロック１１２において、データセンサ２０及び航空機データセンサ２１により感知されたエンジン性能データパラメータが、連続してサンプリングされる。これらのデータパラメータはまた、一般的に、１５〜６０ミリセカンド毎のような高い頻度でサンプリングされるので、大量のデータポイントを収集する。ブロック１１２においてサンプリングされるデータパラメータは、エンジン性能に関連しており、エンジン性能をモニタするための傾向分析診断に最終的に用いられる。例えば、ブロック１１２においてサンプリングされるデータパラメータには、ファン速度、コア速度、ＥＧＴ、エンジン燃料流量、高度、周囲圧力、全体温度、マッハ数、圧縮機入口及び出口温度、圧縮機出口圧力、エンジン圧力比、オイル温度、高圧タービンシュラウド温度、アクティブ・クリアランス・コントロール弁位置、エンジン顧客抽気設定、及びＥＣＵの内部で計算される全てのパラメータのようなデータを含むことができるが、この段階はこれらの特定のデータパラメータに限定されるものではない。
【００２２】
次に、ブロック１１２において収集された各データサンプルは、ブロック１１４に示すように、特定の温度状態に対して正規化される。正規化は、ブロック１１０においてなされた各エンジン１２、１３の温度状態の評価に基づいている。特に、エンジン始動性能データが、始動に先立つ対応する温度状態に対して正規化されるので、データは、エンジンが始動に先立ち異なる温度状態を有していた飛行時に収集された基準データと比較されることができる。従って、このことにより、始動時の異なる軸受、ロータ間隙、又は類似の影響がその後に収集されるエンジン性能データに及ぼすであろう影響を排除する。
【００２３】
次に、ブロック１１６に示すように、正規化したエンジン性能データは、エンジン性能をモニタするために基準データと対照して傾向をみられる。各エンジン１２、１３の正規化したデータは、以前の飛行から得られた類似のデータから導き出されるパラメータ基準線と比較される。エンジン性能データは正規化されているので、履歴データが、エンジンが始動時に異なる温度状態になっていた以前の飛行から得られたとしても問題ない。現在の正規化したデータが過去の値から偏ることは、エンジン性能が潜在的に劣化している徴候である可能性がある。
【００２４】
上述のことは、エンジン始動に先立ってエンジンの温度状態とは無関係にエンジン性能をモニタするための方法及びシステムを説明してきたものである。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載するような本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく、実施形態に対する種々の変更をなし得ることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  エンジン始動に先立ってエンジンの温度状態特性をモニタするためのアルゴリズムを含む、ガスタービンエンジンにおけるエンジン性能をモニタするシステムの概略線図。
【図２】  エンジン始動に先立ってエンジン温度状態の特性をモニタするためのアルゴリズムを示すフローチャート。
【符号の説明】
１０  エンジン性能をモニタするシステム
１２  第１のガスタービンエンジン
１３  第２のガスタービンエンジン
１４  航空機
１６  電子制御装置（ＥＣＵ）
１８  航空機データボックス
２０  エンジンデータセンサ
２１  航空機データセンサ
２２  航空機パイロットにより制御されるスロットル
２４  油圧機械式装置
２６  地上ステーションのコンピュータ
２８  リンク
【図１】
0004171609.tif 000002
【図２】
0004171609.tif 000003