專利名稱：用于確定航空器結構的荷載事故的方法和布置的制作方法
技術領域：
本發明有關于一種用于確定航空器結構的荷載事故發生(incidence)的方法和布置。
背景技術：
在航空器的情況下，出于安全原因，規定了對航空器在其使用壽命期間所經歷的所有損壞和超載事故的進行登記和歸檔。這些損壞事故特別地發生在跑道上在加油/加注燃料、加載和卸載期間以及在操縱時，且例如由于與貨物集裝箱或者與牽引車輛碰撞而造成。它們也由于在飛行的所有階段的超載事故而發生，特別是在所謂的硬著陸的情況下。在金屬構造的航空器的情況下，能借助于目測來記錄損壞事故。在纖維復合構造的航空器的情況下，另一方面，損壞事故常常僅表現為內部分層，其不能在外部被辨別，或者只是很難辨別。因此，一種已知技術的解決方案提出了極其可能受損壞的航空器結構的區域，諸如貨艙門區域，將要被設置一種包括許多電傳感器的傳感器場。但是，這種解決方案具有以下缺點:傳感器中的每一個可僅監視較窄地限定的區域，從而使得并不記錄在此區域之外出現的任何損壞事故。而且，傳感器而且特別是它們的電纜布線，導致很高的航空器重量，并且意味著高水平的額外安裝和組裝工作。而且，由于大量部件，傾向于降低可靠性并且增加錯誤報告的數量。
發明內容
本發明的目的在于創建一種用于確定航空器結構的至少一次荷載事故的方法，其排除了上文所提到缺點并且允許監視航空器結構的較大區域，本發明還涉及用于執行這種類型方法的布置。借助于具有權利要求1的步驟的方法和借助于具有權利要求6的特征的布置來實現這個目的。在用于確定航空器結構的至少一次荷載事故的本發明的方法中，在光學上記錄航空器結構的至少一個部段。然后比較該航空器結構部段的“實際”狀態與所存儲的“設計”狀態(目標狀態)。最后，基于“設計”與“實際”的對比，關于是否已發生航空器結構部段的至少一部分的超載事故進行了結構力學評估。本發明允許間接地確定損壞和因而可靠地監視航空器結構的至少一個部段的較大區域。與已知技術所規定的直接確定損壞相對照，光學監視不是僅限于在特定時間的個別局部結構區域，而是能在飛行中以及在跑道上總體地觀察所述航空器，并且隨后能局部地確定任何超載事故。能同時確定多種形式的荷載，諸如壓縮力、拉力/張力和力矩。此處，確定了至少一個暫時超載事故，且也確定了累積超載。在這里，暫時荷載事故應被理解為個別事件，其造成立即損壞。累積超載表示疲勞損壞，由于微小事件總和而積聚，微小事件中的每一個并不會個別地表示超載。此外，基于所計算的超載，能發起必需的修理和維護任務安排，從而使得:與常規解決方案相比，縮短了航空器的停機時間。通過特別地記錄飛行中，起飛和著陸荷載，航空器結構能被最佳地確定尺寸，這得到重量和成本方面的節省，且也得到延長的使用壽命。在實施例的優選示例中，航空器結構部段的數字化模型被用作“設計”狀態，并且基于所記錄的光學數據來編譯真實模型作為“實際”狀態。使所謂真正的現實與虛擬的現實疊加并且借助于對比兩種現實，確定了任何偏差，關于這種偏差對于結構力學方面的影響進行評價。用于航空器的虛擬模型的數據也可以用數字化數學模型的形式提供，從而使得能取得/訪問已經存在的而且已經檢驗過的數據資源。同時，也記錄對數據資源的任何修改，從而使得“設計”狀態總是基于當前數據而被編譯。作為對于光學記錄的補充，也可借助于聲學傳感器來對航空器結構部段和/或其環境進行聲學記錄。聲學傳感器允許實現精確的聲學檢測和編譯“實際”聲像(acousticimage)，將“實際”聲像與“設計”聲像進行比較。聲學記錄特別地用來確定用于歸檔和評價的起始信號。如果在聲學對比的過程中，在圖像和/或外來噪聲之間出現足夠的偏差，則表明已發生了結構荷載事故，并且進行光學“設計“實際”比較。特別地，不僅執行短期儲存，例如，在飛行的階段，諸如起飛和著陸和/或地面停止，而且也執行光學數據的長期歸檔用于評估目的。通過這種方式，與未過濾的存儲和歸檔的過程相比，顯著地減少了數據量。為了也能在隨后向荷載事故分配因果實體，有利地，記錄了荷載事故的發生時間。在一個實施例的示例中，借助于數字化記載來確定了速度和/或加速度以及分隔外來物體與目標物體(即，航空器)的距離，從而使得，利用對于這兩個參數的知識，能預測對目標物體的任何危險并且對這樣的危險進行歸類。在此方面，在實施例的此示例中，并不直接地測量諸如速度、加速度、分隔距離和/或方向這樣的參數，而是通過例如使用數學模型來評價光學數據而間接地測量。此外，如果外來物體的分隔距離足夠，則仍可能引入對策并且防止或減輕與航空器的碰撞和/或沖擊。用于執行這種類型的間接方法的本發明的布置具有:一種光學記錄系統，例如具有至少一個攝像機，一個激光單元和類似物，用于記錄航空器結構的至少一個部段的目的；以及一種評價系統，用于基于記錄系統的數據來識別航空器結構部段的至少一部分的超載。通過適當地選擇目標，至少一個攝像機允許記錄該結構的較大區域以及環境，而無需復雜的開環或閉環控制技術。在現代航空器的情況下，能利用已經安裝的攝像機，諸如在豎直尾翼單元或在起落架區域中，從而使得，取決于待觀察的結構部段，額外攝像機可以不是必需的。例如，安裝于升降舵單元中的攝像機允許記載在飛行中或在跑道上時機翼的荷載。如果所監視的航空器結構部段具備光學標記，則較容易進行光學記錄和特別地進行數字化模型與現實的對比，光學標記例如用于識別諸如車輛等物體，用于確定車輛重量、起始位置和/或基準位置和/或光學公差極限。在實施例的一個不例中，該布置還具有用于對航空器結構部段和/或其環境和荷載事故進行聲學記錄目的的聲學記錄系統。出于評價“實際”聲像的目的，“設計”聲像優選地被存儲于評價系統中。為了分配和/或索引荷載事故的時間的目的，能提供一種時間記錄系統，例如，借助于時間記錄系統，能將因果實體分配給損壞事故。本發明的實施例的其它有利示例為其它附屬權利要求的主題。
在下文中，借助于在很大程度上簡化的示意圖更詳細地闡述本發明的實施例的優選示例。在附圖中:
圖1和圖2示出了本發明的布置的實施例的第一示例，
圖3和圖4示出了本發明的布置的實施例的第二示例，
圖5和圖6不出了本發明的布置的實施例的第三不例，
圖7、圖8和圖9示出了用于確定分隔距離的本發明的方法的實施例的示例，
圖10、圖11和圖12示出了用于確定速度的本發明的方法的實施例的示例，
圖13和圖14示出了本發明的布置的實施例的第四示例，以及 圖15和圖16示出了本發明的布置的實施例的第五示例。附圖標記列表 I航空器
2a, b, c, d攝像機(翼根)
4側向機身部段 6側向機身部段 8機翼
10a, b, C，d記錄區域 12前緣 14后緣
16a, 16b攝像機(貨艙門)
18貨艙門 20貨艙門 22a, b記錄區域 24a, b重疊部段 26a, b攝像機(翼根)
26車輛
28機翼
30駕駛艙
32尾翼單元
34機身部段
36機身部段
38豎直尾翼單元
40攝像機(尾翼單元)
42記錄區域 44機身
46 a, b, c，d重疊部段 48攝像機(機身)
50機身區域 52記錄區域 54升降舵單元 56a, b攝像機(翼梢)
58a, b記錄區域 60a, b, c, d 標記 62基準位置 el亞臨界分隔距離 e2臨界分隔距離 e3超臨界分隔距離 Vl亞臨界速度 v2臨界速度 v3超臨界速度。
具體實施例方式根據圖1和圖2，用于確定航空器I的結構的荷載事故目的的一種布置的實施例的第一發明示例具有在右舷側上的至少一個光學記錄系統；此系統具有至少兩個攝像機2a、2b，在每種情況下，用于光學記錄一種航空器結構部段4、6和在所述航空器結構部段周圍的環境，用于編譯航空器結構部段的“實際”狀態，即，真實模型。光學攝像機2a、2b位于航空器I右舷側上的機翼8的翼根區域的前緣和后緣處。前緣攝像機2a在飛行方向，S卩在航空器縱向上取向/定向。其限定了一種三維記錄區域10a，該三維記錄區域IOa在駕駛艙附近的側向機身部段4與例如機翼8的前緣12之間延伸。后緣攝像機2b在后機身的方向上，即在尾翼單元的方向上取向/定向，并且限定了一種三維記錄區10b，三維記錄區IOb在尾翼單元附近的側向機身部段6與后緣14之間延伸。因而，攝像機2a、2b允許在光學上記錄在飛行方向上在右舷機翼8和相對應側向機身部段4、6前方和后方的環境。根據圖3和圖4，一種用于確定航空器I的結構的荷載事故的布置的實施例的第二發明示例具有至少一個右舷側光學記錄系統，作為在機翼8的翼根區域中的兩個攝像機2a、2b的補充，其還在貨艙門18、19中每一個的區域中設置一種光學攝像機16a、16b。在貨艙門18、20的區域中的光學攝像機16a、16b能允許實現比翼根攝像機2a、2b更詳細地記錄在貨艙門18、20的區域中的移動，從而使得，例如，能準確地在光學上記錄貨艙門框區域的損壞事故。它們在每種情況下限定一種三維記錄區域22a、22b，三維記錄區域22a、22b從航空器I延伸呈圓錐形狀，并且與攝像機2a、2b的記錄區域10a、10b形成重疊部段24a、24b。根據圖5和圖6，用于確定航空器I結構的荷載事故的一種布置的實施例的第三發明示例具有一種光學記錄系統，其在右舷側和左舷側二者上在翼根的區域中設置前緣和后緣光學攝像機2a、2b、2c、2d,這些攝像機中的每一個使記錄區域10a、10b、10c、IOd成像，從而使得，在機翼8、28與駕駛艙(即，航空器30的機頭)之間，以及在機翼8、28與尾翼單元(即，后機身32)之間的環境分別在光學上被以三維方式記錄。此外，在航空器30的機頭與機翼8、28之間，以及在機翼8、28與航空器32的后部之間的側向機身部段4、6、34、36也在光學上被記錄。此外，光學攝像機40位于豎直尾翼單元38頂端處的前緣區域中。攝像機40在駕駛艙30的方向上取向/定向、且限定了光學記錄區域42，光學記錄區域42在駕駛艙30的方向上從尾翼單元32呈圓錐形狀以三維方式打開。以此方式，以鳥瞰圖記錄了機身44和至少機翼8、28的翼根區域，以及航空器I的環境。在每種情況下，圓錐形記錄區域42與其它記錄區域10a、10b、10c、IOd形成了重疊部段46a、46b、46c、46d。尾翼單元攝像機40的光學記錄區域42也可以呈圓錐形狀而被打開從而使得其記載了橫跨翼梢的航空器的整個寬度，從而使得這個攝像機40能例如記錄飛行中或跑道上的機翼8、28上的荷載。圖7、圖8和圖9指示了對于在航空器I或目標物體的橫向方向上靠近在駕駛艙30與機翼8之間的右舷區域的車輛26或外來物體，借助于根據圖5和圖6的本發明的布置，確定分隔距離，即，間接測量分隔距離。圖7中所示的車輛26，例如裝載車輛或運油車(fuel tanker),位于前緣攝像機2a的記錄區域IOa之外和尾翼單元攝像機40的記錄區域42之外。因而，車輛26位于與航空器I相距亞臨界分隔距離el處。如果另一方面，如圖8中所示的車輛26靠近航空器1、和/或由應用了數學模型來進行的對光學數據的評價來確定了在車輛26與航空器I之間的分隔距離的減小，且其由此進入前緣攝像機2a的記錄區域10a，車輛26位于與航空器I相距臨界分隔距離e2處，且未圖示的一種評價系統評估了是否存在著針對于航空器I的潛在危險。為此目的，車輛26配備有標記，借助于標記來識別它。然后，基于所存儲的維修數據，關于所識別的車輛26是否被授權存在于記錄區域IOa中、或者關于其是否表示了針對航空器I的潛在危險，執行了自動檢查。如果未經授權就位于記錄區域IOa內，則車輛26表示了例如潛在危險。如果，如圖9中所示的車輛26繼續靠近航空器I,且由此進入尾翼單元攝像機40的記錄區域42，且因而進入兩個攝像機2a、40的重疊區域46a，則其現位于與機身側部段4相距超臨界分隔距離e3處，從而使得，取決于先前對車輛的評估，認為是必需的和不危險的，或者認為是危險的。如果其被認為是危險的，則開始了對于所記錄的“實際”數據的記載，并且指示出為了減輕損壞和/或危險的措施，諸如音頻信號。為了提供在“實際”狀態與“設計”狀態之間的進一步對比，則由應用了數學模型來進行的對光學數據的評價，可以與分隔距離的確定并行地執行間接速度測量，即，車輛26的速度的確定，如圖10、圖11和圖12中所示。車輛26位于超臨界分隔距離e3處，且因而車輛的至少某些部分位于在兩個記錄區域10a、42之間的重疊區域46a中。其以亞臨界速度vl (圖10)，臨界速度v2(圖11)或超臨界速度v3(圖12)靠近側向機身部段4。速度的確定、以及對于車輛重量的知曉允許了確定碰撞沖量、以及車輛26的動能，從而使得基于結構力學評估，確定了碰撞的嚴重性，并且如果機身部段4已經受超載，則能編譯損壞的相對應模式，以及必須要執行的修理和維護任務。用于維修航空器I所必需的車輛26的車輛重量作為“設計”數據而被存儲于評價系統中。關于哪個車輛26實際上靠近的確定是借助于如圖5、圖6和圖7中所描述的對于靠近車輛26的識別來進行。車輛26中每一個優選地具備用于識別車輛類型的光學標記；這些標記由光學記錄系統所記錄，且能得出關于車輛
重量的結論。如果車輛26仍然能夠在航空器I前方剎車并且因而將不用擔心與航空器I碰撞，則車輛26以亞臨界速度Vl靠近。如果不再能防止碰撞，但不會對機身部段4造成損壞，則車輛26以臨界速度v2靠近。如果不再能防止碰撞，且對于機身部段4所計算的損壞類型使得必須對受損壞的機身部段4執行檢查，則車輛26是以超臨界速度v3靠近，。根據圖13和圖14，用于確定航空器I的結構的荷載事故的一種布置的實施例的第四發明示例具有至少一個光學記錄系統，該光學記錄系統具有用于光學記錄所述尾翼單元和/或所述后機身32的一個攝像機48。光學攝像機48位于在機翼8、28之間的機身50區域中，且在尾翼單元32的方向上取向/定向。其限定了一種三維光學記錄區域52，該三維光學記錄區域52記錄了豎直尾翼單元38以及升降舵單元54 二者。這種記錄系統用于記載尾翼單元32在航空器的橫向I上的任何移動和/或側向偏轉。例如，在陣風情況下，發生這樣一種移動，且導致尾翼單元36的側向偏轉，這取決于其嚴重性，側向偏轉可導致航空器I在后部區域32中的超載。如果超過了尾翼單元32的特定偏轉水平，則開始歸檔，并且生成了開始隨后評估時的時間戳/時間標記(time stamp)。在這個始于時間戳的評估中，基于光學數據，從航空器1，即尾翼單元32而編譯了尾翼單元的真實模型。借助于真實尾翼單元模型與數字化虛擬尾翼單元模型的對比，確定了尾翼單元32的任何可能變形。此外，在結構力學方面，評估了偏轉。編譯了可能損壞的模式并且規定了檢查，包括待執行的任何修理和維護任務。根據圖15和圖16,用于確定航空器I的結構荷載事故的一種布置的實施例的第五發明示例具有至少一個光學記錄系統，該光學記錄系統具有用于對機身44進行光學記錄的兩個翼梢攝像機56a、56b。光學攝像機56a、56b朝向彼此定向、并且在每種情況下限定三維記錄區域58a、58b，三維記錄區域在機身44的方向上以圓錐形狀加寬、且基本上從駕駛艙30延伸到尾翼單元32。此外，這種記錄系統具有四個光學標記60a、60b、60c、60d,其中之一位于機身每一側上在駕駛艙附近和在尾翼單元附近。標記60a、60b —起限定了在航空器X的縱向方向上延伸的虛構直線或基準位置62。記錄系統主要用于在航空器I著陸期間記錄所述機身44的超載。借助于攝像機56a、56b記錄了標記60a、60b。如果超過了機身44的特定偏轉水平,則開始歸檔，并且生成開始隨后進行評估時的時間戳。在這個始于時間戳的評估中，基于光學數據，從航空器I，即機身32而編譯了航空器的真實模型。借助于真實航空器機身模型與數字化虛擬航空器機身模型的對比，確定了機身44的任何可能的變形。此外在結構力學方面，評估了偏轉。編譯了可能損壞的模式并且規定了檢查，包括待執行的任何修理和維護任務。因為在著陸過程中，由于機翼8、28彎曲的結果，攝像機56a、56b更改了它們的相對于直線62的位置，且因而不由相對于標記60a、50b的任何明確位置所限定，在機身偏轉的任何評估中必須考慮機翼8、28的彎曲。
根據圖1至圖16的本發明的布置在每種情況下配備有一種評價系統，如圖8、圖
10、圖16中所示，用于制備所述航空器I的至少一個數字化虛擬模型和因而“設計”狀態。同樣，用于對航空器I進行相應維修所必需的車輛26的數字化模型，包括它們的車輛數據，被存儲于評價系統中。此外，評價系統具有算法和/或數學模型，用于執行光學“設計“實際”對比，用于計算荷載事故和/或碰撞的位點，用于結構力學評估，用于編譯所述損壞模式，用于發起修理和維護任務，以及也用于指示為了避免或減輕荷載的對策。而且，評價系統具有一種存儲單元，特別地用于長期存儲已導致超載或危險的事件、或將這樣的事件歸檔，以及用于存儲已發生的結構損壞事故。此外，根據圖1至圖16的布置中的每一個具有時間記錄系統，時間記錄系統能被整合到評價系統中，且能利用所述評價系統，將超載針對時間和因而針對因果實體進行分配。根據圖1至圖16的布置中的每一個被補充以一種聲學記錄系統，其例如將麥克風分配給每個光學攝像機2a、2b、2c、2d、16a、16b、40、48、56a、56b用于記載噪聲來編譯“實際”聲像。比較“實際”聲像與所存儲的“設計”聲像，從而使得濾出了任何不熟悉的外來噪聲。造成損壞的事件，諸如與運油車、貨物集裝箱、鳥或類似物的碰撞，然后被接受為相關外來噪聲出現的原因，且開始了對用于評價的數據的歸檔，從而使得一方面，借助于這種選擇性長期存儲，能保持數據量較低。另一方面，防止了與損壞事故相關的光學記錄被重寫或刪除。同時，時間戳由于外來噪聲而分配給光學記錄；借助于時間戳，能在時間上定位所述損壞事件，且特別地能確定損壞的原因和/或因果實體。如果，例如，圖7至圖12中的車輛26與航空器I碰撞，則出現外來噪聲，借助于聲像的“設計“實際”對比來濾出一種外來噪聲。那么，其被歸因于在車輛26與航空器I之間的接觸，向光學監視記載分配了時間戳，并且執行了數據的歸檔。隨后進行評估，始于例如時間戳，其中在碰撞后的真實航空器模型與涉及相關結構部段的虛擬航空器模型相疊力口。此處，關于在真實航空器模型(即航空器結構部段)與虛擬航空器模型(即，航空器結構部段)之間是否存在任何偏差進行了調查研究，并且局部地限定了任何這樣的偏差。為了進行光學記錄，也能基于時間戳，借助于維修記載，來識別車輛26或外來物體、和因而因果實體，例如，即使在沒有圖7、圖8和圖9中所援引的標記的情況下。而且，基于可用的車輛數據，諸如重量、速度和撞擊角，在結構力學方面，對相關航空器結構部段進行調查研究，因此，以及其它因素，則可以確定不可見的損壞事故，諸如分層。最后，關于航空器結構部段的狀態，生成了報告，且生成了諸如修理措施這樣的指令。此外，部署了光學和聲學記錄系統，分隔距離的確定和速度的確定，來用于監視航空器I是否有第三方侵入的任何事故。這是例如若航空器被停放的情況。本發明披露了用以確定航空器結構的荷載事故的方法和布置，其中至少一個航空器結構部段的真正的現實是與航空器結構部段的虛擬的現實相疊加的，且借助于兩種現實的對比來確立了任何偏差；參考其在結構力學方面的影響來評價了這種偏差。
權利要求
1.一種利用以下步驟來確定航空器結構的至少一次荷載事故的方法: -所述航空器結構的至少一個部段(4，6)的光學記錄，用于確定所述航空器結構部段(4，6)的“實際”狀態， -對比所述航空器結構部段(4，6)的“實際”狀態與存儲的“設計”狀態， -關于所述航空器部段的至少一部分是否已出現超載的結構力學評估。
2.根據權利要求1所述的方法，其中， 所述航空器結構部段(4，6)的數字化模型用作所述“設計”狀態，且基于所記錄的數據來編譯真實模型作為“實際”狀態。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中， 已經確定的外來聲學信號用作評價的起點。
4.根據權利要求1，2或3所述的方法，其中， 記錄所述荷載事故的發生時間。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中， 相對于所述航空器(I)來確定外來物體(26)的速度和分隔距離。
6.一種用于執行根據前述權利要求中任一項所述的方法的布置，具有 -用于記錄所述航空器結構(4，6)的至少一個部段的光學記錄系統， -用于基于所述記錄系統的數據來識別至少一個航空器結構部段(4，6)的至少一次超載的評價系統。
7.根據權利要求6所述的布置，其中， 存儲著光學標記(60a，60b, 60c, 60d)，用于識別物體(26)、基準位置、公差極限等。
8.根據權利要求6或7所述的布置，其中， 提供聲學記錄系統用于對所述荷載事故進行聲學記錄。
9.根據權利要求6、7或8中任一項所述的布置，其中， 提供時間記錄系統以用于向所述荷載事故分配時間。
全文摘要
本發明公開了用以確定航空器結構的荷載事故的方法和布置，其中至少一個航空器結構部段的真正的現實與航空器結構的虛擬的現實相疊加，并且借助于對比兩種現實來確立了任何偏差；參考其在結構力學方面的影響來評價這種偏差。
文檔編號B65D45/00GK103180210SQ201180051533
公開日2013年6月26日 申請日期2011年9月27日 優先權日2010年10月26日
發明者J.賴特曼, R.梅斯納 申請人:空中客車德國運營有限責任公司