使高维护空气数据系统部件共同位于一个LRU内

摘要

本发明涉及使高维护空气数据系统部件共同位于一个LRU内。公开了用于使高维护空气数据系统部件共同位于一个LRU内的系统和方法。在至少一个实施例中，空气数据感测线路可替换单元(LRU)包括至少一个压力传感器以及耦合到至少一个压力传感器的至少一个探测器或端口。至少一个探测器或端口将位于空气数据感测LRU外的空气输导到至少一个压力传感器。另外，至少一个探测器或端口以及至少一个压力传感器通过永久连接而彼此连接。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年3月28日提交的美国临时专利申请序列号61/971,874的优先权，通过引用将其合并于此。

背景技术

现今的空气数据系统包括一个或多个常规的探测器(probe)或端口，例如静压口(static port)、皮托管(pitot tube)、皮托静压管(pitot-static tube)以及迎角(angle of attack，AoA)叶片。一个或多个探测器以及一个或多个端口将飞行器外的空气输导(conduit)到线路可替换单元(line-replaceable unit，LRU)，所述线路可替换单元包含一个或多个压力传感器以及电子设备二者。LRU然后将气动压力(pneumatic pressure)转换成飞行参数(诸如高度、空气速度、AoA、马赫数等)以供在飞行器的系统中使用。可替换地，LRU可使用空气数据模块(ADM)将气动压力转换成温度校正的数字表示以供飞行器上的其他系统消耗。

现今的系统的另一版本是一种包括一个或多个探测器或一个或多个端口、一个或多个压力传感器和电子设备的组合以形成一个LRU的系统。在该系统中，所有的感测、模数(A/D)转换和计算都在单个LRU中执行。更具体地，电子设备将一个或多个探测器或一个或多个端口输导给电子设备的气压转换成飞行参数，诸如空气速度和高度。该组合的LRU(其示例在美国专利号8,620,495中描述)感测静压、皮托管和AOA的任何组合，并在LRU中计算飞行参数，所述LRU将那些参数在飞行器总线上发送给其他系统。

发明内容

公开了用于使高维护空气数据系统部件共同位于(co-location)一个LRU内的系统和方法。在至少一个实施例中，空气数据感测线路可替换单元(LRU)包括至少一个压力传感器以及耦合到至少一个压力传感器的至少一个探测器或端口。至少一个探测器或端口将位于空气数据感测LRU外的空气输导到至少一个压力传感器。另外，所述至少一个探测器或端口和所述至少一个压力传感器通过永久(permanent)连接而彼此连接。

附图说明

应当理解，附图仅描绘示例性实施例，并且不因此被视为在范围上限制性的，将通过使用附图用附加的特征和细节描述示例性实施例，其中：

图1是包括使高维护空气数据系统部件共同位于一个LRU内的空气数据感测LRU的示例系统的框图。

图2A是用于在图1的系统中使用的示例探测器的图像。

图2B是用于在图1的系统中使用的示例压力传感器的图像。

图2C是用于在图1的系统中使用的示例空气数据模块(ADM)的图像。

图3是用于创建空气数据感测LRU的流程图的示例。

根据惯例，各种描述的特征不按比例绘制，而是被绘制以强调与示例性实施例相关的特定特征。

具体实施方式

在下述详细描述中，对形成其部分且其中通过图示的方式示出特定说明性实施例的附图进行参考。然而，应理解的是，可以利用其他实施例，并且可做出逻辑、机械以及电学改变。此外，附图和说明书中呈现的方法不被解释为限制可以以其执行单独的步骤的次序。因此，下述详细描述不在限制的意义上考虑。

如上所解释的，在空气数据系统的一些常规实现方式中，探测器或端口与压力传感器和电子设备分离。探测器或端口与压力传感器之间的连接经由气动软管(hose)或管。气动软管或管是将探测器或端口连接到压力传感器的非永久连接。使用此类非永久连接是因为探测器或端口位于远离飞行器内的压力传感器，和/或因为探测器由与传感器不同的供应商提供。正因如此，探测器或端口与压力传感器分离地安装且软管/管用于将探测器或端口连接到压力传感器。所有这些都在现场完成，因此探测器或端口与压力传感器之间的连接(即软管/管)是能够在现场完成的连接。此类非永久连接的示例包括软管夹、螺旋式(screwtype)连接、快速连接、卡销(bayonet)、接套(swagelok)或者具有或不具有锁定机构的其他气动连接器。

由于这些非永久连接，这些常规的空气数据系统可能更易受压力泄露，这导致这些连接的安装和维修包括繁琐的故障排除(troubleshooting)测试，以确保整体系统完整性。此外，这些连接的安装和维护可能是时间消耗的，且导致操作者损失收益。

在其他常规的实现方式中，如上所讨论的，探测器或端口、压力传感器和电子设备组合到一个LRU中。这导致当维修任何组成部分(即探测器或端口、压力传感器和电子设备)时，必须将探测器或端口、压力传感器和电子设备作为一个单元来移除和潜在地替换。这可导致时间和费用浪费，因为探测器或端口和压力传感器具有相对低的平均故障间隔时间(MTBF)，而电子部件具有至少更大量级的MTBF。探测器或端口的低MTBF部分地归因于腐蚀、污垢、损坏(bug)和/或其他阻碍、损害(用梯子或登机道撞击探测器或端口)和彻底故障。压力传感器时常地具有归因于压力精度漂移(drift)以及引起错误测量的污染的低MTBF。在此类实现方式中，电子设备比所需要的更频繁地从飞行器断开，这导致对于操作者额外的时间和费用并且可能导致不必要的停机时间并损失收益。

在本公开中的实施例通过具有包括高维护项并排除低维护项的单个子组件(sub-assembly)而解决了常规实现方式的这两种类型的问题。该子组件在飞行器上容易替换而不需要故障排除。该子组件还包括传感器和探测器之间的永久连接，其相比于常规的非永久连接不太容易泄露。

图1是示例系统100的框图，所述示例系统100包括使高维护空气数据系统部件共同位于一个LRU 102内的空气数据感测LRU 102。空气数据感测LRU102在此还将被称为感测LRU 102或子组件102。感测LRU 102是包括耦合到至少一个压力传感器112的至少一个探测器或端口104的单个LRU，其中探测器或端口104将位于感测LRU 102外的空气输导到至少一个压力传感器112。作为该配置的结果，所有高维护项(即一个或多个探测器或一个或多个端口104、加热元件110和一个或多个压力传感器112)包含在一个LRU中以供容易移除和替换。在示例性实施例中，感测LRU 102可以从飞行器外维修以便大体上减少修理和/或替换时间。此外，在示例性实施例中，感测LRU 102可以在调度的基础上被替换，从而避免由于停机时间而引起的收益损失。因为许多压力传感器112缺乏长期精度稳定性，主动替换有效地从产生安全性危害中减少在飞行器上的复制品(replicate)之间未检测到的共模故障的可能性。在一些其他实施例中，在感测LRU 102中的部件104-113之一故障之后，感测LRU 102可以被替换。

在一些实施例中，感测LRU 102可以包括一个探测器或端口104；并且在一些实施例中，感测LRU 102可以包括多于一个的探测器或端口104。术语“探测器或端口”104在此将用于表示探测器、端口或者探测器和端口二者。此外，包括探测器或端口104的感测LRU 102也可以包括其他探测器或端口。在一些实施例中，在感测LRU 102中的探测器或端口104可以包括一个或多个静压口105、皮托管106、皮托静压管107和迎角(AoA)叶片108。可以包括这些一个或多个探测器或一个或多个端口104的任何组合。静压口105是本质上与将外气压输导到压力传感器112的空气孔表面(airport skin)齐平的一系列孔口。皮托管106是延伸到气流中且与机身对准以使得其随着飞行器穿越大气而对冲击压力进行采样的管。皮托管106将冲击压力输导给压力传感器112。皮托静压管107将皮托管106和静压口105组合到一个设备中。AoA叶片108是确定当气流经过飞行器时的气流方向的装置。由于这些部件遭受沙、灰尘、大气颗粒物和其他环境条件，例如雨、雪、冰等，它们比将压力转换成数字表示的电子设备更快易受磨损。感测LRU 102中的部件可以具有少于20,000小时的可用寿命，其中将压力转换成数字表示的电子设备具有至少十倍的可用寿命。在图2A中示出示例皮托管106的图像。

感测LRU 102中的探测器或端口104通过永久连接111连接到压力传感器112。通过永久连接111将压力传感器112固定(secure)到探测器或端口104的益处之一是减少的泄露的可能性。此类永久连接111不意图在现场断开。永久连接111的示例包括但不限于：焊接(welding)、钎焊(brazing)或粘合(bonding)。粘合的示例包括使用环氧树脂来做出永久连接111。通过使用永久连接111将压力传感器112连接到探测器或端口104，减少了执行泄露检查的需求。

如上所提及的，探测器或端口104将外部气压输导到压力传感器112。在一些实施例中，压力传感器112可以包括一个压力传感器。在其他实施例中，压力传感器112可以包括多于一个压力传感器。在示例性实施例中，可以存在针对每一个探测器或端口104的压力传感器112。术语“压力传感器”112在此将用于表示一个或多个压力传感器。压力传感器112包括用来将探测器或端口104输导到压力传感器112的空气转换成电信号的电子设备，所述电信号被发送给飞行器的电子设备115-116。在一些实施例中，电信号可以是小模拟电压和/或比较器的输出，其中比较器的输出可以用于形成被传递到飞行器的电子设备115-116的门信号的基础。

此外，压力传感器112包括校准存储器113，其包含与压力传感器112的校准有关的信息。在一些实施例中，校准可在工厂中完成；而在一些实施例中，校准可在现场完成。

虽然压力传感器112通常不易受导致磨合探测器或端口104的元件的影响，其因为趋向漂移而具有比飞行器的电子设备低的MTBF。结果是，FAA学习测高系统误差并预期改变针对这些产品的周期性精度测试和维护需求，其对于原始设备制造商(OEM)是每两年。通过将压力传感器112集成到感测LRU 102中，在潜在地新FAA规则下，它们可以容易地替换和维修。在图2B中示出示例压力传感器112的图像。

除了探测器或端口104之外，感测LRU 102还可以包含一个或多个加热元件110。加热元件110被配置为保持探测器或端口104免于积冰和/或被配置为在已经形成冰的情况下对探测器或端口104除冰。已知加热元件110具有低MTBF，并且是常见的故障源，且随后无计划从飞行器移除。结果是，在一些实施例中，加热元件可以位于空气数据感测LRU 102中。

如系统100中所示，压力传感器112和校准存储器113可以耦合到飞行器的电子系统115-116中的一个或多个。在一些实施例中，将压力传感器112和校准存储器113连接到电子设备115-116的耦合可以是同轴电缆或双绞屏蔽对。由压力传感器112和校准存储器113内容生成的电信号通过该介质中继给飞行器的电子系统115-116。飞行器的电子系统115-116不被包括在包含探测器或端口104和压力传感器112的LRU 102中。替代地，在一些实施例中，如图1所示，电子系统115-116可以位于它们自己的高MTBF LRU 114中。或者，在一些其他实施例中，电子系统115-116可以被包括在更大的计算系统中。

电子系统的一个示例包括空气数据模块115(ADM)。如在此使用的ADM115将压力传感器112和校准存储器113生成的电子信号转换成原始压力和温度或温度校正的压力的数字表示。温度校正的压力的数字表示可被飞行器空气数据惯性参考单元(ADIRU)、模块化航空电子单元(MAU)或飞行控制计算机(FCC)118用来将温度校正的压力的数字表示转换成高度、空气速度、AoA、马赫数和被各种飞行器的系统(例如，飞行控制系统、引擎、座舱压力系统等)使用的其他参数。

电子系统的另一个示例包括空气数据计算机(ADC)116。ADC 116将由压力传感器112和校准存储器113生成的电子信号转换成高度、空气速度、AoA、马赫数等以供各种飞行器的系统使用。

在示例性实施例中，ADM 115和/或ADC 116具有使得其能够在感测LRU102已经被移除之后从飞行器外被维修的形状。图2C中示出了示例ADM 115和/或ADC 116的图像。如图像中所见，ADM 115/ADC 116被定形成使得它能够在感测LRU 102被移除之后从飞行器外移除。

如上所述，在一些实施例中，ADM 115可以被耦合到飞行器的ADIRU/MAU/FCC 118。连接二者的接口可以是标准接口，诸如ARINC 429、ARINC 629、RS 232或RS 485。然而，这些连接仅仅是示例并不意为是限制性的。在这些实施例中，温度校正的压力的数字表示和ADM 115的健康状况可以被发送给ADIRU/MAU/FCC 118以便计算高度、空气速度和关于飞行器的其他信息。

类似地，在一些实施例中，ADC 116可以使用标准接口(诸如ARINC 429、ARINC 629、RS 232或RS 485)耦合到飞行器ADIRUMAU/FCC 118。在一些实施例中，ADC 116可以使用标准接口(诸如ARINC 429、ARINC 629、RS 232或RS 485接口)耦合到飞行器的主飞行显示器(PFD)119。然而，与上述类似，这些连接仅仅是示例并不意为是限制性的。

在一些实施例中，ADIRU/MAU/FCC 118也可以使用标准接口(诸如ARINC429、ARINC 629、RS 232或RS 485接口)耦合到PFD 119。

图3是用于创建空气数据传感器LRU的方法300的示例流程图。方法300包括提供至少一个探测器或端口以及至少一个压力传感器，其中至少一个探测器或端口将位于至少一个探测器或端口外的空气输导到至少一个压力传感器(方框302)。在一些实施例中，探测器或端口和压力传感器可以具有以上在图1中讨论的探测器或端口104和压力传感器112的部分或全部特征。例如，探测器或端口可以包括，但不限于以下各项中至少一个：一个或多个静压口、一个或多个皮托管、一个或多个皮托静压管或者一个或多个迎角叶片。在一些实施例中，空气数据感测LRU还可以包括耦合到探测器的加热元件。

方法300还包括将至少一个探测器或端口永久连接到至少一个压力传感器以形成单个空气数据感测LRU(方框304)。在一些实施例中，至少一个探测器或端口和至少一个压力传感器可以使用以上在图1中描述的技术来永久连接，例如，将二者粘合、钎焊或焊接到一起。如以上关于图1所讨论的，该方法相对于常规实现方式提供相同的益处。

示例实施例

示例1包括一种空气数据感测线路可替换单元(LRU)，其包括：至少一个压力传感器；以及耦合到至少一个压力传感器的至少一个探测器或端口，其中至少一个探测器或端口将位于空气数据感测LRU外的空气输导到至少一个压力传感器，且其中至少一个探测器或端口以及至少一个压力传感器通过永久连接而彼此连接。

示例2包括示例1的空气数据感测LRU，其中至少一个探测器或端口包括以下各项中的至少一个：一个或多个静压口、一个或多个皮托管、一个或多个皮托静压管或者一个或多个迎角叶片。

示例3包括示例1-2中任一个的空气数据感测LRU，其中通过将至少一个探测器或端口焊接到至少一个压力传感器而形成永久连接。

示例4包括示例1-3中任一个的空气数据感测LRU，其中通过将至少一个探测器或端口粘合到至少一个压力传感器而形成永久连接。

示例5包括示例1-4中任一个的空气数据感测LRU，其中通过将至少一个探测器或端口钎焊到至少一个压力传感器而形成永久连接。

示例6包括示例1-5中任一个的空气数据感测LRU，其中至少一个压力传感器将至少一个探测器或端口输导到至少一个压力传感器的空气转换成电信号。

示例7包括示例6的空气数据感测LRU，其中至少一个压力传感器耦合到空气数据模块以将电信号转换成数字信号。

示例8包括示例6-7中任一个的空气数据感测LRU，其中至少一个压力传感器耦合到空气数据计算机，其中空气数据计算机从电信号计算以下各项中至少一个：空气数据感测LRU的高度、空气数据感测LRU的空气速度或LRU的迎角。

示例9包括一种用于构造空气数据感测LRU的方法，其包括：提供至少一个探测器或端口和至少一个压力传感器，其中至少一个探测器或端口将位于至少一个探测器或端口外的空气输导到至少一个压力传感器；以及将至少一个探测器或端口永久连接到至少一个压力传感器以形成单个空气数据感测LRU。

示例10包括示例9的方法，其中至少一个探测器或端口包括以下各项中的至少一个：一个或多个静压口、一个或多个皮托管、一个或多个皮托静压管或一个或多个迎角叶片。

示例11包括示例9-10中任一个的方法，其中将至少一个探测器或端口永久连接到至少一个压力传感器包括将二者焊接在一起。

示例12包括示例9-11中任一个的方法，其中将至少一个探测器或端口永久连接到至少一个压力传感器包括将二者粘合在一起。

示例13包括示例9-12中任一个的方法，其中将至少一个探测器或端口永久连接到至少一个压力传感器包括将二者钎焊在一起。

示例14包括一种系统，其包括：空气数据感测LRU，其包括：至少一个探测器，至少一个压力传感器，其中至少一个探测器将系统外的空气输导到至少一个压力传感器，其中至少一个压力传感器将至少一个探测器输导到至少一个压力传感器的空气转换成电信号，且其中至少一个探测器和至少一个压力传感器彼此永久连接；以及耦合到空气数据感测LRU的电子系统，其中电子系统从至少一个压力传感器接收电信号，且其中电子系统将电信号转换成以下各项中的至少一个：数字信号、空气数据感测LRU的高度、空气数据感测LRU的空气速度或LRU的迎角。

示例15包括示例14的系统，其中通过将至少一个探测器或端口焊接到至少一个压力传感器而形成永久连接。

示例16包括示例14-15中任一个的系统，其中通过将至少一个探测器或端口粘合到至少一个压力传感器而形成永久连接。

示例17包括示例14-16中任一个的系统，其中通过将至少一个探测器或端口钎焊到至少一个压力传感器而形成永久连接。

示例18包括示例14-17中任一个的系统，其中电子系统是空气数据模块，其中空气数据模块将电信号转换成数字信号。

示例19包括示例14-18中任一个的系统，其中电子系统是空气数据计算机，其中空气数据计算机将模拟电信号转换成以下各项中的至少一个：空气数据感测LRU的高度、空气数据感测LRU的空气速度或LRU的迎角。

示例20包括示例18-19中任一个的系统，其中空气数据模块耦合到以下各项中的至少一个：空气数据惯性参考单元或模块化航空电子单元，其中空气数据惯性参考单元或模块化航空电子单元将数字信号转换成以下各项中的至少一个：空气数据感测LRU的高度、空气数据感测LRU的空气速度或LRU的迎角。

虽然已经在此说明和描述了特定实施例，但本领域普通技术人员将认识到，预计达到相同目的的任何布置可以代替所示的特定实施例。因此，显然意图在于仅仅通过权利要求及其等同物来限制本发明。