Настоящее изобретение относится к системе управления тормозами самолета, предназначенной для управления несколькими углеродсодержащими тормозами и к тормозной системе самолета, имеющей несколько углеродсодержащих тормозов, соединенных с этой системой управления.
Под термином углеродсодержащие тормоза следует понимать тормоза, имеющие фрикционные диски, выполненные из композиционного материала с углеродистой матрицей, армированного углеродными волокнами.
Способность остановить самолет достаточно быстро и экономично очень важна, поскольку огромное количество кинетической энергии должно быть рассеяно, чтобы остановить движущийся самолет, особенно в случае прерванного взлета. Скорость самолета может быть уменьшена и в связи с этим кинетическая энергия рассеивается с помощью сил лобового сопротивления, с помощью реверсов тяги двигателей и посредством включения колесных тормозов самолета. Силы лобового сопротивления могут быть увеличены за счет выдвижения воздушных или аэродинамических тормозов на крыльях самолета.
Однако использование очень высокой энергии торможения в ситуации прерванного взлета является, к счастью, редким случаем и поэтому играет небольшую роль, если вообще играет, в определении общих эксплуатационных экономических характеристик тормозов.
Установлено, что скорость износа углеродсодержащих тормозных дисков непропорциональна энергии, рассеянной во время торможения. Износ тормозов непропорционально высок, хотя подводимая к ним энергия является небольшой. Следовательно, выгодно приводить в действие только ограниченное число имеющихся в наличии тормозов, когда требуется сравнительно слабое торможение.
Концепция приведения в действие только ограниченного числа тормозов при рулежке самолета во время приземления, а не всех имеющихся тормозов, уже описана в GB 2216209B и US 4986610. Концепция описывает различные ситуации, такие как выключение из работы тормозов, избирательное приведение в действие тормозов или их выбор для торможения самолета во время рулежки.
В соответствии с одной особенностью настоящим изобретением предлагается тормозная система самолета, имеющая множество углеродсодержащих тормозов. Каждый вышеупомянутый тормоз снабжен средством для приведения его в действие в соответствии с входным управляющим сигналом. Каждый вышеупомянутый сигнал является функцией по меньшей мере действия (команды) летчика, благодаря чему предотвращается работа по меньшей мере одного тормоза, если уровень каждого из множества управляющих входных сигналов, подаваемых на управляющее средство, содержащее контроллер включения тормозов, превышает соответствующий заданный круговой уровень относительно требуемой степени торможения самолета. Управляющее средство срабатывает, чтобы ограничить число и/или соотношения тормозов, которые могут быть выключены по меньшей мере на одном этапе полета, который может включать в себя руление перед взлетом, посадку и руление после посадки. Управляющее средство срабатывает так, что число и/или соотношение выключенных тормозов является функцией контролируемых параметров, характеризующих состояние самолета в любое данное время, вследствие чего гарантируется полная безопасность самолета без риска.
В соответствии с другой особенностью изобретения работой системы управления тормозами самолета управляет, по меньшей мере частично, бортовое оборудование, которое приводится в действие с помощью наземных сигнальных средств.
Вышеуказанная система может быть использована для приведения в действие средства избирательного управления тормозами, соединенного с сигнальными средствами, размещенными на пересечении взлетно-посадочной полосы (ВПП) и вспомогательных рулежных полос. Представляется, что "кольцевое ограждение" или т. п. определяет границу части ВПП и что работа средства избирательного управления тормозами зависит от того, находится ли самолет в пределах обозначенной зоны ВПП.
Аэропорт, имеющий более одной ВПП, может быть снабжен вспомогательной управляющей системой для выбора из множества ограниченного числа удаленных сигнальных средств. Этот выбор может быть функцией того, обозначается или нет данная ВПП, как рабочая ВПП.
Вышеуказанные удаленные сигнальные средства могут быть использованы в сочетании с другими средствами избирательного управления тормозами.
Управляющая система может включать в себя бортовой банк данных, в котором сохраниться информация о состоянии тех аэропортов, в которые самолет латает часто, и система управления избирательным торможением может принимать информацию от такого банка данных. Таким образом, практически, прежде чем самолет приземлится, может быть предварительно определена минимальная часть тормозов, подлежащая приведению в действие, с учетом постоянных параметров, например, длины взлетно-посадочной полосы, высоты расположения аэропорта и переменных параметров, таких как температура окружающей среды, состояние взлетно-посадочной полосы (сухая/влажная/обледенелая).
Кроме того, изобретением предполагается способ управления тормозами многоколесного шасси самолета при рулежке, где самолет имеет общее число N тормозов и в котором различное число тормозов n1, n2, ..... nx может быть избирательно приведено в действие, где N > nx > n2 > n1.
Вышеуказанный способ заключается в следующем:
- управляют самолетом во время рулежки с выбранным "n1" включенными тормозами и N-n1 выключенными тормозами;
- определяют состояние, которое по крайней мере потенциально, требует использования дополнительных тормозов;
- выбирают дополнительные тормоза, чтобы привести в действие дополнительное число тормозов n2 - n1 при этом число неработавших тормозов уменьшается с N-n1 до N-n2;
- определяют, продолжает ли существовать состояние (условие), требующее использования дополнительных тормозов;
- постепенно увеличивают от n2 до nx число тормозов, выбираемых для использования, когда продолжает существовать вышеупомянутое условие, требующее использования дополнительных тормозов.
Последовательное применение дополнительных тормозов является одним типом каскадной операционной (рабочей) системы. В основном, каскадная операционная система может использоваться для увеличения или уменьшения числа действующих тормозов при условии, что всегда обеспечивается безопасность работы самолета.
Изобретением предлагается также способ управления тормозной системой самолета, включающей в себя множество углеродсодержащих тормозных дисков. Вышеуказанный способ заключается в использовании средства для включения тормозов в ответ на сигнал управления и управляющего средства для блокировки любого числа тормозов, при этом управляющее средство чувствительно к требуемой степени торможения самолета, так что оно блокирует тормоза, выбранные в функции требуемой степени торможения.
Система управления тормозами по данному изобретению может быть запрограммирована для определения минимального числа n1 тормозов, которое требуется для безопасного управления самолетом. Избирательное торможение может ограничиваться, если при любой скорости самолета включается противоюзовый автомат, чтобы ограничить тормозное давление. Если вначале работают n1 тормозов из общего числа N тормозов самолета, то затем после приема сигнала, характеризующего, например, противоюзовые действия одного или более из вышеупомянутых n1 тормозов, число избирательно управляемых тормозов может быть увеличено до n2, где N > n2 > n1, при условии, что обеспечивается полная безопасность самолета. Аналогично, если противоюзовые действия одного или нескольких n1 тормозов продолжаются или начинаются противоюзовые действия дополнительных n2 - n1 тормозов, работающих избирательно, то число тормозов может быть увеличено до n3, где N > n3 > n2 > n1. В более общих чертах число избирательно действующих тормозов может быть постепенно увеличено от n1 до nx, где N > nx > n1, при этом n1 из nx тормозов должны работать в любое одно и то же время без противоюзовых действий.
Далее изобретение более подробно описывается на примерах его осуществления со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых изображены:
на фиг. 1 - блок-схема, иллюстрирующая тормозную систему самолета, выполненную в соответствии с изобретением, на которой для простоты показано только одно из многих колес и тормозов;
на фиг. 2 - схематический вид сверху обычного самолетного шасси или колесной тележки, которые могут быть использованы в соответствии с изобретением;
на фиг. 3 - диаграмма зависимости скорости вращения колеса и температуры тормоза на различных фазах спектра полета при обычном торможении, т.е. в случае отсутствия избирательного торможения;
на фиг. 4 - схематичный вид сверху аэропорта;
на фиг. 5 - схематически показаны конечные участки траекторий снижения самолета и эффект при минимальном числе тормозов, которые должны быть приведены в действие при посадке;
на фиг. 6 - блок-схема, иллюстрирующая автоматический контроллер безопасности, используемый изобретением; и
на фиг. 7 - блок-схема, иллюстрирующая триггерное устройство, относящееся к изобретению.
Дальнейшее описание ведется на примере, когда самолет снабжен 16 тормозами, из которых в начальный момент достаточно 4 тормоза для обеспечения необходимого торможения во время рулежки, а затем включается противоюзовый автомат. Если избирательная работа 8 тормозов будет обеспечивать безопасное управление самолетом, то целесообразно включать только 8 тормозов, а не все 16, поскольку избирательная работа 8 тормозов будет эффективно уменьшать общий износ тормозов самолета и увеличивать срок их службы. При отказе от режима последовательного избирательного включения все 16 тормозов сразу же включаются в случае юза или при других ситуациях.
В другом примере, когда управляющие сигналы характеризуют команды пилота, противоюзовые действия или определяют, что близость других транспортных средств или объектов изменяются так, что они находятся вне первого диапазона приемлемых мгновенных значений, не всегда необходимо включать все тормоза одновременно, т.е. прекращать режим избирательного торможения.
Данное изобретение извлекает оптимальную пользу из процедуры выборочного включения/выключения тормозов, при этом обеспечивается полная безопасность самолета. Для этой цели изобретение налагает ограничение на число и/или соотношение тормозов, которые могут быть заблокированы на всех этапах спектра полета, (т. е., разбег взлет, полет, приземление, руление и остановка), при этом обеспечивается коррекция этого числа в ответ на специфические условия, применимые к самолету в данный момент времени.
Система управления тормозами, обеспечивающая избирательную работу тормозов, может использовать системы с обратной связью для регулирования последовательности приведения в действие тормозов.
Как изображено на фиг. 1 и фиг. 7, система управления тормозами может быть соединена с органами управления воздушными тормозами и реверсом тяги двигателей, чтобы обеспечить общее торможение каждый раз, когда включаются эти органы управления.
При задании технических требований, предъявляемых к самолету, конструктор должен учитывать наихудший сценарий.
Конструктор должен учитывать возможность увеличения максимального взлетного веса, когда он разрабатывает новые версии данной модели самолета. Для увеличения максимального взлетного веса самолета на 10%, что является обычным, требуемая энергия на торможение должна быть увеличена на 20%, поскольку будет требоваться более высокая скорость взлета, чтобы увеличить подъемную силу.
Конструктор должен также предусмотреть возможность применения тормозов в экстремальных условиях, соответствующих, например, условиям, присущим аэропортам, которые расположены в жаркой местности на большой высоте, например в городах Мехико или Денвер в летнее время.
Конструктор должен также обеспечить возможность взлета и приземления самолетов в аэропортах со сравнительно короткими взлетно-посадочными полосами.
Следовательно, существует много примеров, когда условия приземления значительно проще, чем проектные требования. Тем более, что требования, предъявляемые к посадке, всегда значительно ниже, чем требования, предъявляемые к прерванному взлету, так как к концу полета объем самолетного топлива значительно уменьшается.
Другой целью изобретения является снижение общего износа тормозов во время послепосадочного пробега за счет использования не всех имеющихся тормозов при послепосадочном пробеге при условии, что сохраняется эксплуатационная безопасность. Средства для снижения износа рассматриваются ниже.
Прежде считалось (1) - что при превышении верхнего порога скорости, характеризующего максимальную скорость руления, все тормоза должны быть включены, чтобы обеспечить эксплуатационную безопасность, или (2) - что избирательное торможение можно продолжать при превышении максимальной скорости без достижения дополнительной безопасности, как в EP 0443213 A2 и (3) - только дополнительная безопасность будет обеспечена с помощью запасной системы ручного управления, как в US 5172960.
Система избирательного управления тормозами может работать и при других условиях, например при обычных параметрах полета. Поэтому система может быть блокирована (выключена), по крайней мере частично, если, например, скорость захода самолета на посадку или точка приземления не находится в пределах заданных границ. Может быть одна граница, за пределами которой система полностью блокируется, т. е. отключаются средства, блокирующие тормоза, чтобы обеспечить полное торможение. Может быть другой предел, требующий только частичной блокировки системы, когда большее число тормозов приводится в действие, но не все тормоза. Система позволяет определять параметры до приземления самолета и предварительно выбирать или предварительно определять, находятся или нет параметры полета и другие соответствующие параметры в пределах одной или более заданных границ.
Изобретением предлагаются и другие средства, например, на фиг. 6 и фиг. 7 показаны автоматические средства для включения дополнительных тормозов при избирательном торможении в ответ на сигналы датчиков, характеризующие по крайней мере одно из следующих внешних условий (1):
a) близость других транспортных средств;
b) скорость других транспортных средств или объектов относительно данного самолета;
c) коэффициенты сцепления пневматиков с землей;
d) местоположение самолета в пределах границ аэропорта;
e) любые другие значимые эксплуатационные условия;
f) средства внешней сигнализации.
(2) - взаимодействие между по крайней мере одним упомянутым сигналом, характеризующим внешнее условие, и сигналом датчика, определяющим по крайней мере одну характеристику самолета, такую как:
a) скорость самолета;
b) скорость вращения колеса;
c) общий вес самолета;
d) степень износа тормозного дискового узла.
Данные, касающиеся 1(a) и 1(b), могут быть получены с помощью программных средств обработки сигналов, использующих данные, поступающие от средств, таких как доплеровская РЛС с частотной модуляцией и инфракрасные лазеры.
Обычно износ тормоза контролируется посредством визуального осмотра механического индикатора, например изнашиваемого пальца. Используя датчик, измеряют количество изнашиваемого материала, оставшегося в нагретом тормозе, и тормоза, имеющие меньшие количества изнашиваемого материала, могут быть выключены из работы, т.е. они не будут избирательно включаться. Когда группы тормозов выбираются для обеспечения последовательного торможения, например четыре группы из четырех тормозов на самолете, имеющем 16 основных колес, то группа, содержащая один тормоз с максимальным износом, не будет выбираться для работы. Целесообразно изменять состав групп во время эксплуатации тормозов для того, чтобы минимизировать различие между общим износом отдельных тормозов.
Кроме того, суммируя или иначе анализируя сигналы датчиков, система может оценивать общий износ тормозов и регулировать максимально допустимое число тормозов, которые не используются в работе на любом этапе спектра полета.
Этот выбор выполняет сложная система ручного управления, которая может гарантировать, что каскадная операционная система работает только в режиме, который обеспечивает полную безопасность самолета в любое время.
Поэтому может быть выбрано и приведено в действие разное число тормозов, когда требуется торможение самолета. Число тормозов, которое должно быть использовано, не выбирается заранее, а может быть определено по рабочим параметрам самолета в конкретное время, когда требуется торможение самолета. Количество избранных тормозов может последовательно регулироваться в соответствии с одним или более разными параметрами, упомянутыми выше.
Соответствующее средство для определения сближения самолета, например показанное на фиг. 6, может вращаться, чтобы сканировать все необходимые направления.
Вышеупомянутые системы управления тормозами содержат электронные управляющие блоки, микропроцессоры или специализированные посадочные компьютеры, используемые для каскадного управления тормозами независимо от управления другими системами и устройствами самолета.
Ввиду возможного влияния ошибок системы на безопасность полета настоящим изобретением предлагается использовать распознающие средства (дискриминаторы), встроенные в систему избирательного торможения в качестве меры резервирования.
Различение (распознавание) посадки и руления может быть осуществлено средством, расположенным внутри или снаружи самолета.
Средство, схематично показанное на фиг. 7, для распознавания того, совершает самолет посадку или уже приземлился, может приводиться в действие, например, с помощью рулевых поверхностей, работа которых последовательно указывает на "неминуемую" посадку посредством выдвижения воздушных тормозов (тормозных щитков) или с помощью органов управления двигателями. Другое средство может реагировать на результаты работы вышеуказанных органов управления, то есть будет включаться, когда скорость снижения становится ниже пороговой величины, что указывает на приземление самолета; это средство может включаться одним или более датчиками скорости вращения колес, когда эта скорость превышает пороговую величину, что указывает на раскрутку колес при приземлении. "Надвигающаяся" посадка самолета может быть обнаружена с помощью предупреждающего/сигнализирующего устройства, указывающего на сближение с землей.
Одно или более запускающих (пусковых) средств, приведенных в предыдущем параграфе и показанных на прилагаемых чертежах, может использоваться в сочетании с устройством задержки времени, чтобы блокировать работу системы избирательного торможения при рулежке и таким образом обеспечить завершение послепосадочного пробега самолета дол ее включения.
В другом исполнении системы запускающее средство может приводить в действие устройство, чувствительное к скорости самолета, которое блокирует работу системы избирательного торможения до тех пор, пока скорость не падает ниже пороговой величины. В этом случае система будет срабатывать при постоянной скорости. Скорость самолета может быть определена путем измерения скорости вращения колес самолета известным в технике способом.
Запускающие средства, описанные и проиллюстрированные выше, могут работать независимо или в комбинации (этим самым увеличивается общая надежность) и могут быть дополнительно использованы в комбинации со средством различения режима приземления/руления и известным средством блокировки работы тормозов.
Рабочее состояние самолета может контролироваться с помощью датчика давления, установленного в или на самолете, который измеряет атмосферное давление снаружи самолета. Это позволяет применять избирательное торможение во время послепосадочного пробега самолета только в случае, если атмосферное давление превышает пороговую величину. Поэтому избирательное торможение не может быть применено при приземлении самолета в аэропортах/аэродромах, расположенных на большой высоте. Это может быть особенно желательной дополнительной характеристикой безопасности.
Соответственно, рабочее состояние самолета может контролироваться с помощью датчика температуры, который измеряет температуру за бортом самолета, так что избирательное торможение во время послепосадочного пробега самолета может быть применено только в случае, если температура превышает пороговую величину, например 0oC.
Для большей детализации обратимся теперь к чертежам: на фиг. 1 колесо самолета 42 и тормоз 44, снабженные датчиками температуры, скорости вращения колеса и износа тормоза (50, 48 и 46 соответственно), соединены с источником рабочей жидкости 40; тормозное давление регулируется через электрогидравлический клапан 38 с помощью контроллера включения тормозов 36. Контроллер включения тормозов определяет количество тормозов, подлежащих включению, из множества тормозов, которые имеет самолет. Контроллер 36 принимает входные сигналы от монитора состояния воздушных тормозов 10, монитора состояния реверсов тяги двигателей 12, банка данных аэропорта 14, монитора внешних условий 16, сигнализатора команд пилота 24, дистанционного наземного устройства сигнализации 26, контроллера эксплуатационной безопасности 28, дискриминатора стадий спектра полета 32, противоюзового автомата 34, датчика скорости вращения колеса 48, температурного датчика 50 и датчика износа 46. Выход датчика скорости вращения колеса соединен также с противоюзовым автоматом 34 и дискриминатором режимов приземления/рулежки 30. Выход температурного датчика 50 соединен также с дискриминатором режимов приземления/руления 30 и дискриминатором 32. Выходные сигналы запускающего устройства 22 подаются на два дискриминатора 30, 32.
На практике вышеуказанные функции 10 - 36 может выполнять один компьютер.
Фиг. 2 показывает шестиколесную тележку шасси, содержащую колеса 110, 112, 114, 116, 118 и 120, от каждого из которых сигналы датчиков 48 и 50 подаются линиям 52 - 76 на контроллер включения тормозов 36 (для простоты датчик 48 и датчик 50 показаны только на колесе 110).
Фиг. 3 схематически показывает, что при отсутствии избирательного торможения при приземлении скорость вращения колеса является высокой, и температура тормоза повышается, когда самолет замедляется, так что в режиме руления, хотя скорость является низкой, однако тормоза остаются горячими. При разбеге тормоза холодные, так что скорость вращения колеса и температура тормоза низкие, и при нормальном взлете температура тормоза остается низкой, так как скорость вращения колеса увеличивается до максимума при отрыве от земли.
На фиг. 4 взлетно-посадочные полосы 77, 78 и рулежная полоса 80 ограничиваются датчиками 82, а сами взлетно-посадочные полосы (ВПП) опознаются устройствами местоположения/сигнализации 84 и 86, которые уникальны для каждой полосы. ВПП снабжены устройствами позиционирования 88, 90, 92, которые передают сигнал об оставшейся длине ВПП на контроллер включения тормозов 36. Датчики устройства 82 - 92 включают в себя дистанционные наземные средства сигнализации 26 (см. фиг. 1), и их работа будет описана со ссылкой на фиг. 5.
Датчики 82 обеспечивают идентификацию перехода от режима приземления на режим руления. Устройства 92 устанавливаются на краю защитной зоны приземления. Если самолет перелетает эту зону приземления, то выбирается большее число тормозов для торможения во время послепосадочного пробега и, если самолет перелетает другие датчики 90 и 88, то все тормоза должны быть приведены в действие. Если самолет приземляется в промежуточном месте, тогда промежуточное число тормозов будет достаточным для торможения.
На фиг. 6 показан автоматический контроллер эксплуатационной безопасности 28, который принимает сигналы от устройства определения близости 94, монитора скорости сближения 96, устройства определения местоположения самолета 98, регистратора веса 100, из банка данных аэропорт 14 и от мониторов сцепления пневматиков с землей 102. Контроллер безопасности обрабатывает эти сигналы и подает на контроллер включения тормозов сигнал, характеризующий минимальное число включаемых тормозов, которые должны обеспечить безопасное приземление.
На фиг. 7 показан дискриминатор режимов приземления/руления, который принимает сигналы от устройства 104, монитора командных рычагов 106, монитора выдвижения воздушных тормозов 108, монитора органов управления двигателями 122, монитора скорости снижения 124, и от одного или более датчиков скорости вращения колес 48. Дискриминатор опознает либо режим приземления, либо режим руления и передает на контроллер включения тормозов 36 выходной сигнал, характеризующий либо режим приземления или режим руления.
Перевод надписей к фиг. 1
10 - монитор состояния аэродинамических тормозов;
12 - монитор состояния реверсеров тяги двигателей;
14 - блок данных аэропорта;
16 - монитор внешних условий;
18 - монитор температуры окружающей среды;
20 - монитор атмосферного давления;
22 - запускающее устройство;
24 - устройство передачи команды летчика;
26 - дистанционное наземное устройство сигнализации (передачи сигналов);
28 - автоматический контроллер эксплуатационной безопасности;
30 - дискриминатор режимов посадки/руления;
32 - дискриминатор стадий спектра полета;
34 - противоюзовый автомат;
36 - контроллер включения тормозов;
38 - клапан;
40 - источник рабочей жидкости.
Перевод надписей к фиг. 6
14 - банк данных аэропорта;
28 - автоматический контроллер эксплуатационной безопасности;
36 - выходной сигнал к контроллеру включения тормозов;
94 - устройство определения близости (датчик расстояния);
96 - монитор скорости сближения;
98 - устройство определения местоположения самолета;
100 - регистратор веса самолета;
102 - монитор сцепления пневматиков.
Перевод надписей к фиг. 7
22 - запускающее устройство;
36 - выходной сигнал к контроллеру включения тормозов;
48 - датчик скорости вращения колеса;
103 - монитор состояния аэродинамических тормозов;
104 - устройство определения близости земли;
106 - монитор органов управления полетом;
122 - монитор органов управления двигателями;
124 - монитор скорости снижения.
Изобретение относится к авиации, в частности к средствам последовательного избирательного управления тормозами самолета. Согласно изобретению, непрерывно контролируется требуемая степень торможения самолета. Блокируется та часть общего количества углеродсодержащих тормозов, где имеется наименьшее количество изнашиваемого материала. При этом количество тормозов, приводимых в действие, корректируется постоянно или с частыми интервалами так, что это количество достаточно для требуемого торможения. Изобретение позволяет оптимизировать ресурс тормозной системы при обеспечении ее высокой надежности. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.
| US 4986610 A, 1991.01.22 | |||
| US 5172960 A, 1992.12.22 | |||
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ | 2000 |
|
RU2165904C1 |
| Дифференцирующе-сглаживающее устройство | 1975 |
|
SU610115A1 |
