Результат интеллектуальной деятельности: ТОПЛИВОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано для измерения количества топлива в топливных баках летательного аппарата.

Известна топливоизмерительныая система [Авторское свидетельство СССР N 805741, МКИ G 01 F 15/02, опубл. 1980], предназначенная для измерения количества топлива в топливных баках летательного аппарата, содержащая электроемкостные датчики уровня топлива и сигнализаторы фиксированных уровней топлива, установленные в топливных баках, средства определения пространственного положения свободной поверхности топлива, блок измерения количества топлива, суммарный расходомер топлива и блок ввода поправок. Блок измерения количества топлива этой системы выполнен в виде самоуравновешенного моста и содержит элементы памяти для хранения параметров сорта топлива. Средство определения пространственного положения представляет собой сигнализатор эволюции зеркала топлива, сигнализаторы фиксированных объемов топлива выполнены в виде сигнализаторов опорожнения топливных баков. Блок ввода поправки представляет собой устройство, содержащее модуль коррекции показаний суммарного расходомера по сигналу от сигнализатора опорожнения топливного бака путем ввода поправки, представляющей собой разность между измеренным и фиксированным объемами топлива.

Приведенный аналог и другие известные системы, как правило, предназначены для использования на военных самолетах, заправляющихся на одном аэродроме одним сортом топлива, существенные для измерения параметры которого, например плотность и диэлектрическая проницаемость, постоянно хранятся в элементе памяти блока измерения количества топлива.

Недостатком указанных систем является наличие методической погрешности измерения, вызванной пространственными эволюциями самолета. Эта погрешность возникает вследствие грубого измерения пространственных углов эволюции сигнализатором эволюции зеркала топлива, формирующим только разовый сигнал об отклонении положения зеркала топлива от горизонтального и не измеряющим фактических значений пространственных углов.

Вторым недостатком является наличие методической погрешности измерения массы топлива, вызванной разбросом параметров топлива в пределах одного сорта. Этот разброс достигает ± 1,2% по плотности топлива и ± 0,8% по диэлектрической проницаемости и вызывает методическую погрешность измерения, относительное значение которой составляет ± 1,5%.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству и принятой за прототип является топливоизмерительная система (Патент США 5495745, МКИ G 01 F 17/00, опубл. 1996), содержащая электроемкостные датчики уровня топлива, установленные в топливном баке летательного аппарата и подключенные к блоку измерения количества топлива, блок вычисления массы топлива, содержащий элементы памяти, предназначенные для хранения данных об усредненных значениях параметров топлива, средства определения пространственного положения свободной поверхности топлива и элементы памяти для хранения поправок к измеренному объему топлива в зависимости от пространственного положения свободной поверхности топлива. Как правило, известная система применяется на гражданских самолетах для средних и дальних линий. Самолеты заправляются на различных аэродромах различными сортами топлива, усредненные параметры каждого из которых хранятся в элементе памяти блока измерения количества топлива. Известная система не содержит методической погрешности измерения количества топлива, вызванной изменением наклона свободной поверхности топлива относительно датчиков уровня топлива при пространственных эволюциях летательного аппарата. Однако данная система обладает недостатком, заключающимся в наличии другой методической погрешности измерения при определении массы топлива в топливных баках, вызванной изменением параметров топлива вследствие наличия в топливных баках смеси различных сортов топлива, образующейся при заправке летательного аппарата топливом в различных точках базирования при добавлении вновь заправляемого топлива к остатку топлива, не полностью израсходованному в предыдущем полете. Относительное значение этой погрешности может достигать величины ±2,5%.

В основу изобретения поставлена задача уменьшения методической погрешности измерения массы топлива, вызванной изменением параметров топлива.

Поставленная задача достигается тем, что в топливоизмерительную систему летательного аппарата, содержащую электроемкостные датчики уровня топлива, установленные в топливном баке, блок измерения объема топлива, блок вычисления массы топлива и средство определения пространственного положения свободной поверхности топлива, подключенное к одному из входов блока измерения объема топлива, второй вход которого соединен с электроемкостными датчиками уровня топлива, а выход - с первым входом блока вычисления массы топлива, согласно изобретению дополнительно введены сигнализаторы фиксированных уровней топлива, установленные в топливном баке, блок коррекции параметров топлива, блок хранения информации о фиксированных объемах топлива, блок минимизации погрешности и блок сравнения, один из входов которого соединен с выходом блока измерения объема топлива, другой - с выходом блока хранения информации о фиксированных объемах топлива, а выход - с первым входом блока минимизации погрешности, выход которого подключен ко входу блока коррекции параметров топлива, а второй вход блока минимизации погрешности - к одному из выходов блока коррекции пара метров топлива, второй выход которого соединен со вторым входом блока вычисления массы топлива и третьим входом блока измерения объема топлива, причем каждый из управляющих входов блока хранения информации о фиксированных объемах топлива соединен с одним из сигнализаторов фиксированных уровней топлива, а информационный вход подключен к средству определения пространственного положения свободной поверхности топлива.

Функциональная схема устройства показана на чертеже.

Устройство содержит электроемкостные датчики 1 уровня топлива и сигнализаторы 2 фиксированных значений уровней топлива, установленные в топливном баке 3, блок 4 измерения объема топлива, блок 5 вычисления массы топлива, блок 6 хранения информации о фиксированных объемах топлива, блок 7 сравнения, блок 8 минимизации погрешности, блок 9 коррекции параметров топлива и средство 10 определения пространственного положения свободной поверхности топлива.

Датчики 1 соединены между собой параллельно и подключены ко второму входу блока 4 измерения объема топлива, выход которого подключен к первому входу блока 5 вычисления массы топлива, второй вход которого соединен со вторым выходом блока 9 коррекции параметров топлива. Каждый из сигнализаторов 2 подключен к одному из управляющих входов блока 6 хранения информации о фиксированных объемах топлива, выход которого соединен со вторым входом блока 7 сравнения, первый вход которого подключен к выходу блока 4, а выход - к первому входу блока 8 минимизации погрешности. Второй вход блока 8 соединен с первым выходом блока 9 коррекции параметров топлива, а выход - со входом последнего. Информационный вход блока 6 и первый вход блока 4 подключены каждый к средству 10 определения пространственного положения свободной поверхности топлива. Кроме того, третий вход блока 4 соединен со вторым выходом блока 9.

Устройство работает следующим образом.

При изменении уровня топлива в топливном баке 3 летательного аппарата формируется сигнал с выхода электроемкостных датчиков 1 о текущем значении уровня топлива, поступающий на второй вход блока 4 измерения объема топлива. На первый вход блока 4 поступает сигнал о значениях пространственных углов, характеризующих положение свободной поверхности топлива, формируемый средством 10 определения пространственного положения. В результате обработки этих сигналов блок 4 формирует информацию об объеме топлива, поступающую с его выхода на первый вход блока 5, в котором, на основе хранящейся в блоке 5 информации об усредненных значениях параметров топлива каждого из возможных сортов, вычисляется масса m топлива, имеющегося в баке 3.

Однако, поскольку эта масса вычислена без учета фактических параметров находящегося в баке топлива, ее значение вычислено в блоке 5 с методической погрешностью.

Информация об усредненных значениях параметров топлива каждого из возможных сортов хранится также в блоке 4.

При дальнейшем изменении уровня топлива в баке 3 срабатывает один из сигнализаторов 2 фиксированного уровня топлива, сигнал от которого поступает на управляющий вход блока 6, выдающего в блок 7 сравнения сигнал о значении фиксированного объема V₁, соответствующего сработавшему сигнализатору 2 и пространственным углам, сигналы о значениях которых поступают из блока 10 на информационный вход блока 6 в момент срабатывания сигнализатора 2. В блоке 7 производится сравнение значения фиксированного объема V₁ и измеренного в блоке 4 значения объема V и определяется их разность
ΔV = V-V₁,
вызванная отклонением фактических параметров топлива, находящегося в баке 3, от усредненных параметров, значения которых хранятся в блоках 4 и 5. Сигнал о значении разности ±ΔV поступает на первый вход блока 8 минимизации погрешности, на второй вход которого поступает сигнал из блока 9 коррекции параметров топлива. В зависимости от знака разности ±ΔV блок 8 формирует сигнал об увеличении или уменьшении численного значения параметра топлива (например, плотности), поступающий на вход блока 9. Под воздействием этого сигнала блок 9 корректирует значение параметра топлива, сигнал о котором поступает на третий вход блока 4 измерения объема топлива и на второй вход блока 5 вычисления массы топлива и заменяет ранее хранившееся в них значение этого параметра. В результате с выхода блока 4 поступает на блок 7 грубо скорректированное значение объема топлива, что приводит к грубому уменьшению разности ΔV, сигнал о новом значении которой поступает на первый вход блока 8, осуществляющего повторную, более точную минимизацию разности. Этот процесс повторяется несколько раз на основе критерия минимума разности ΔV:
ΔV = ΔV_min,
где ΔV_min минимально возможная погрешность измерения. При этом, на основе скорректированного значения параметров топлива, в блоке 5 вычисляется более точное значение массы топлива m, находящегося в баке.

При дальнейшем уменьшении объема топлива в баке 3 срабатывает сигнализатор 2 следующего уровня и процесс коррекции повторяется.

Таким образом, в предложенном устройстве, происходит сравнение значений измеренных объемов топлива с их образцовыми значениями, выполняемое в моменты срабатывания сигнализаторов 2 фиксированных значений уровней топлива, и в блоках 7, 8 и 9 определяются отклонения фактических параметров топлива в баке 3 от заложенных усредненных параметров. На основе критерия минимума погрешности устанавливаются и используются при вычислении в блоке 5 массы топлива откорректированные значения параметров топлива, что приводит к уменьшению методической погрешности определения массы топлива, вызванной изменением параметров топлива.

Эффективность предложенного устройства проверена путем испытаний на натуральном продукте - смесях авиационных топлив марок ТС-1 (ГОСТ 10227-62); PT (ГОСТ 16564-710), Jet A и ASTM.

Сравнительные испытания показали, что погрешность вычисления массы топлива, вызванная изменением сорта топлива или использованием его произвольных смесей, находится ниже инструментально обнаруживаемых значений.