[发明专利]自主飞行器健康系统和方法

说明书

本公开涉及飞行器和飞行器飞行控制系统、方法和设备。一种状况感知飞行器被配置为基于最新信息自主制定飞行中的决策，以在动态状况下执行任务，同时还向维护单位和站点提供原位反馈，以便协调所需和即将到来的维护。

政府利益的声明

本发明是在政府支持下以由美国空军小企业创新研究(SBIR)计划授予的合同第FA8501-15-C-0026号进行。政府拥有本发明的某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月15日提交的标题为“Autonomous Aircraft HealthSystems and Methods(自主飞行器健康系统和方法)”的美国临时专利申请序列第62/519,989号在35U.S.C.§ll9(e)下的权益，该申请的内容由此以引用方式并入。

技术领域

本公开涉及飞行器和飞行器飞行控制系统、方法和设备的领域。

背景技术

许多生物(包括人类)都根据例如疼痛、能量水平、环境等采用反馈来调整其行为。例如，炎热天的跑步者会减速以免过度劳力和疲劳。膝盖酸痛的人会将重量转移到另一只腿上，以减轻膝盖的压力，直至其痊愈。如果意外的障碍物封闭了小径，则远足者将寻找替代路径。

同样有利的是提供一种状况感知飞行器，该飞行器能够使用传感器收集有关其自身及其周围环境的信息以进行智能响应。例如，飞行器可被配置为连续响应实时事件和劣化。因此，需要一种飞行器，其能够感测系统异常，从而允许飞行器以其最大潜力运行，并在检测到异常时更自主地依靠健康系统来安全地完成任务。

发明内容

本公开针对飞行器和飞行器飞行控制系统、方法和设备；更具体地说，针对状况感知飞行器，其被配置为基于最新信息自主做出飞行中的决策，以在动态条件下执行任务，同时还向维护单位和站点提供原位反馈，以便协调所需和即将到来的维护。

根据第一方面，用于飞行器的健康监测系统具有飞行控制系统、主要结构和推进系统，该监测系统包括：多个传感器，其被配置为动态地监测主要结构和推进系统的一个或多个参数；和处理器，其与飞行控制系统、多个传感器和存储装置可操作地耦合，其中处理器被配置为：至少部分地基于一个或多个参数经由处理器生成主要结构的结构模型，其中结构模型反映主要结构的动态结构完整性；至少部分地基于一个或多个参数经由处理器生成推进系统的推进器模型，其中推进器模型反映推进系统的动态效能状况；至少部分地基于主要结构的动态结构完整性和推进系统的动态效能状况，计算自我感知型性飞行器的飞行路径和机动性能；至少部分基于飞行路径和机动性能生成飞行命令；并将飞行命令传送给飞行控制系统。

在某些方面中，多个传感器被配置为至少测量推进系统的热力学参数和主要结构的机械参数。

在某些方面中，多个传感器包括嵌入在主要结构中的应变传感器或电阻传感器中的至少一个。

在某些方面中，多个传感器包括与推进系统集成在一起的温度传感器或压力传感器中的至少一个。

在某些方面中，多个传感器中的至少一个被配置为经由无线发射器或无线收发器与处理器无线通信。

在某些方面中，处理器被配置为响应于多个传感器中的一个或多个在主要结构内检测到的结构变化而动态地生成更新的飞行命令。

在某些方面中，处理器被配置为将用于推进系统部件的所计算效能与可用传感器信号进行比较，以便估计推进系统部件的健康状态。

在某些方面中，处理器被配置成至少部分地基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)理论经由推进器模型估计推进系统的健康状态或剩余使用寿命。