УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ИМЕЮЩЕГО ПОСТОЯННУЮ СТЕПЕНЬ СКОЛЬЖЕНИЯ, С ПОВЕРХНОСТЬЮ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ Российский патент 2001 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к устройствам и системам для оценки состояния поверхности искусственных взлетно-посадочных полос (ВПП) аэродромов.

Известен тормозной деселерометр, используемый для определения состояния ВПП. Он состоит из амортизируемого воздухом маятника, соединенного со стрелкой, показывающей отрицательное ускорение. Стрелка остается неподвижной до тех пор, пока не будет освобождена ручной кнопкой.

Для измерения коэффициента сцепления автомобиль разгоняется до установленной скорости, затем водитель нажимает на педаль ножного тормоза. Маятник деселерометра вместе с фиксирующей стрелкой отклоняется в направлении движения. Считывается величина отрицательного ускорения. Путем несложных вычислений определяется коэффициент сцепления.

Данное устройство имеет значительные погрешности в определении коэффициента сцепления.

(Устройство и работа деселерометра приведены в "Руководстве по эксплуатации гражданских аэродромов Российской Федерации". M.: Воздушный транспорт, 1995, с. 152).

Другим известным устройством является "Аэродромная тормозная тележка "АТТ-2.

АТТ-2 представляет собой комплект, состоящий из измерительной тележки и выносного блока визуальной регистрации. Коэффициент сцепления определяется в процессе движения. Оператор следит за показаниями стрелки по шкале микроамперметра и в блокноте фиксирует минимальные значения. Однако и данное устройство имеет значительные погрешности при вычислении числового значения коэффициента сцепления и не исключает ручного труда. (Устройство и работа "Аэродромной тормозной тележки" АТТ-2 приведены в "Руководстве по эксплуатации гражданских аэродромов Российской Федерации". М.: Воздушный транспорт, 1995, с. 154-157).

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по технической сущности является серийно выпускаемая Шведской фирмой Saab-Scania Компьютерная система измерения коэффициента сцепления "ASFT Computer System", Saab 900/9000, имеющая максимальное количество сходных существенных признаков с признаками заявляемого устройства и поэтому принятая за прототип. (Описание работы системы приведено в журнале "Hoverfoil News", 1977 г., 8 N 9-10.1 - определение коэффициента сцепления покрытий ВПП).

Известное устройство - прототип содержит (фиг. 1) датчик продольной силы 1, антенну связи 2, приемопередатчик 3, компьютер 4, пульт управления 5, дисплей 6, принтер 7, датчик вертикальной нагрузки 8, датчик скорости 9, компьютер измерений 10.

При этом датчик продольной силы 1, датчик вертикальной нагрузки 8 и датчик скорости 9 подключены соответственно к первому-третьему входам компьютера измерений 10, выход которого соединен с первым входом компьютера 4. Второй вход компьютера 4 подключен к пульту управления 5. Антенна связи 2 через приемопередатчик 3 подключена к третьему входу компьютера 4, причем данный вход является его первым выходом, второй и третий выходы компьютера 4 подключены соответственно к дисплею 6 и принтеру 7. Причем через антенну связи 2 осуществляется радиосвязь с аэродромными службами.

Известное устройство работает следующим образом.

ASFT представляет собой испытательное устройство, смонтированное на автомобиле. Оно использует пятое колесо, имеющее постоянную степень скольжения.

Датчиком 1 измеряется продольная сила Р_г, а датчиком 8 - вертикальная Р_В, действующие на измерительное колесо. Информация датчиков 1 и 8 поступает в компьютер измерений, где по полученным данным вычисляют коэффициент сцепления измерительного колеса с поверхностью взлетно-посадочной полосы
К_сц = Р_г/Р_В;
где Р_г - продольная сила, действующая на измерительное колесо;
Р_В - вертикальная сила, действующая на измерительное колесо.

По данным датчика 9 вычисляют в компьютере измерений 10 скорость движения автомобиля. Результаты математических вычислений из компьютера измерений 10 последовательным кодом передают в компьютер 4.

По разработанной стандартной программе, которую используют для измерения сцепления на поверхности взлетно-посадочной полосы и определения скорости начала аквапланирования, компьютером 4 осуществляют обработку и накопление информации, которую визуально отображают на дисплее 6 и регистрируют на бумажном носителе принтера 7.

Информацию о величине коэффициента сцепления на поверхности взлетно-посадочной и скорость начала аквапланирования в реальном масштабе времени приемопередатчиком 3 через антенну связи 2 передают на диспетчерский пункт аэропорта.

Переключателями пульта управления 5 задают режимы работы компьютера 4.

Недостатками известного устройства являются: недостаточная точность в определении скорости движения автомобиля, коэффициента сцепления движения автомобиля и отсутствие на диспетчерском пункте постоянной объективной информации о местоположении устройства измерения. В известном устройстве скорость движения автомобиля определяется датчиком скорости 9, который для считывания скорости подключается к вращающимся деталям автомобиля, при этом не учитывается проскальзывание (пробуксовка) ведущих колес автомобиля, накачка шин автомобиля.

Следовательно, скорость и расстояние, вычисленные по информации с датчика 9, будут несколько отличаться от фактической скорости и пройденного расстояния.

Целью предлагаемого устройства является повышение точности в определении коэффициента сцепления, скорости и пройденного расстояния автомобилем, а также определение местоположения устройства измерения.

Поставленная цель в устройстве измерения коэффициента сцепления транспортного средства, имеющего постоянную степень скольжения с поверхностью взлетно-посадочной полосы, достигается тем, что в нем, как в прототипе содержится датчик продольной силы, действующей на указанное колесо со стороны поверхности взлетно-посадочной полосы, антенна связи, приемопередатчик, компьютер, пульт управления и дисплей, при этом антенна связи через приемопередатчик подключена к первым входу/выходу компьютера, второй выход которого соединен с дисплеем. Пульт управления подключен ко второму входу компьютера. Причем антенна связи предназначена для осуществления радиосвязи с аэродромными службами.

Дополнительно в устройство включены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), антенна GPS (глобальная система позиционирования), приемник GPS (глобальная система позиционирования), контроллер и переносной накопитель информации.

При этом датчик продольной силы через АЦП подключен к третьему входу компьютера.

Антенна GPS через приемник GPS соединена с четвертым входом компьютера, пятый вход которого через контроллер подключен к переносному накопителю информации, причем данный вход является третьим выходом, а четвертый выход компьютера предназначен для подключения персональной ЭВМ.

Антенна GPS предназначена для приема сигналов навигационных искусственных спутников Земли.

В известных технических решениях признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого устройства, не обнаружено, вследствие чего можно считать, что предлагаемое устройство соответствует изобретательскому уровню.

Использование данного устройства при его реализации позволит повысить безопасность при посадке летательных аппаратов путем: постоянной и достоверной информации о местонахождении устройства измерения и повышения точности в определении коэффициента сцепления авиашасси с поверхностью взлетно-посадочной полосы.

Сущность предлагаемого устройства для измерения коэффициента сцепления поясняется чертежами, где представлены:
на фиг. 1 - структурная схема прототипа;
на фиг.2 - структурная схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство для измерения коэффициента сцепления колеса транспортного средства, имеющего постоянную степень скольжения с поверхностью взлетно-посадочной полосы, как и прототип содержит датчик продольной силы 1, действующей на указанное колесо со стороны поверхности взлетно-посадочной полосы, антенну связи 2, приемопередатчик 3, компьютер 4, пульт управления 5 и дисплей 6. При этом антенна связи 2 через приемопередатчик 3 подключена к первым входу/выходу компьютера 4, второй выход которого соединен с дисплеем 6. Пульт управления 5 подключен ко второму входу компьютера 4. При этом антенна связи 2 предназначена для осуществления радиосвязи с аэродромными службами.

Дополнительно в устройство введены аналого-цифровой преобразователь 11, антенна GPS 12, приемник GPS 13, контроллер 14 и переносной накопитель информации 15.

При этом датчик продольной силы 1 через аналого-цифровой преобразователь 11 подключен к третьему входу компьютера 4. Антенна GPS 12 через приемник GPS 13 соединена с четвертым входом компьютера 4, пятый вход которого через контроллер 14 подключен к переносному накопителю информации 15, причем данный вход является третьим выходом, а четвертый выход компьютера 4 предназначен для подключения ПЭВМ.

Антенна GPS предназначена для приема сигналов навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Предлагаемое устройство размещается на транспортном средстве. При измерении коэффициента сцепления используется измерительное колесо, имеющее постоянную степень скольжения и вертикальную нагрузку. Датчиком 1 измеряют продольную силу, действующую на измерительное колесо во время движения транспортного средства.

Для ввода в эксплуатацию предлагаемого устройства осуществляется его настройка (тарирование).

При настройке исходят из того, что при измерении коэффициента сцепления вертикальная нагрузка на измерительное колесо остается постоянной и известной.

Следовательно, при воздействии на датчик продольной силы 1 калиброванным усилием, на выходе датчика 1 получили напряжение прямо пропорциональное коэффициенту сцепления.

А так как вертикальная нагрузка величина постоянная и известная, то задавая определенное калиброванное усилие на датчике 1, можем вычислить значение коэффициента сцепления.

K_сцп = P_прод./P_верт.
где P_прод. - калиброванное усилие, создаваемое на датчике 1;
P_верт. - вертикальная нагрузка, величина известная и постоянная.

Следовательно, меняя калиброванное усилие на датчике продольной силы 1, определяют диапазон изменения напряжения и коэффициента сцепления. Напряжение датчика 1 (цифровой код) и соответствующий ему коэффициент сцепления запоминаются в постоянном запоминающем устройстве компьютере 4.

После проведения настройки устройство поступает в эксплуатацию.

В соответствии с разработанной программой устройство измерения коэффициента сцепления может работать в следующих режимах:
- измерения коэффициента сцепления;
- самоконтроля и калибровки;
- ручного ввода визуальной оценки состояния поверхности взлетно-посадочной полосы;
- вывода информации на ПЭВМ;
- настройки (тарировании) устройства.

Каждый из этих режимов работы устройства включается кнопками пульта управления 5, размещенными на лицевой панели устройства.

Измерение коэффициента сцепления.

Начало и конец режима измерения коэффициента сцепления определяется соответствующими кнопками пульта управления 5.

Во время движения транспортного средства датчик продольной силы 1 преобразует усилие измерительного колеса в напряжение. Величина напряжения будет зависеть от сцепления измерительного колеса с поверхностью ВПП.

Принцип работы предлагаемого устройства основан на опросе напряжения на выходе измерительного датчика продольной силы 1 и преобразовании аналоговых величин датчика 1 в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя 11. Цифровой код поступает в компьютер 4, где в соответствии с пришедшим цифровым кодом и данными, полученными при настройке, определяется коэффициент сцепления измерительного колеса с поверхностью ВПП.

В то же время через антенну GPS 12 в приемник GPS 13 поступают сигналы навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ): географические координаты местоположения транспортного средства (широта ϕ, долгота λ), скорость движения V и время t.

По географическим координатам определяется местоположение транспортного средства на территории аэропорта.

В соответствии с алгоритмом программы в компьютере 4 формируется массив данных, состоящих из числовых величин: коэффициента сцепления, географических координат местоположения транспортного средства, скорости движений и текущего времени. Массив данных отображается на экране дисплея 6 и регистрируется в переносном накопителе информации 15. Связь переносного накопителя информации 15 с компьютером 4 осуществляется через контроллер 14.

Информация массива данных может пополняться визуальной оценкой состояния поверхности ВПП, которая вводится в компьютер 4 кнопочными переключателями пульта управления 5.

Определение скорости начала аквапланирования основано на измерении и регистрации минимальной скорости транспортного средства, движущегося по участку поверхности, залитого водой, при которой измеряемый коэффициент сцепления равняется K_сцп ≤ 0,2.

Приемопередатчиком 3 через антенну 2 осуществляют передачу информации массива данных на персональные компьютеры наземных служб аэропорта, которые обеспечивают полеты и контролируют состояние ВПП.

В случае, если обмен радиосвязи по каким-либо причинам не состоялся, то полученные результаты измерений могут быть переписаны из переносного накопителя информации 15 через выход компьютера 4 в персональные компьютеры аэродромной службы. Но предусмотрен и второй вариант, когда переносной накопитель информации 15 может быть снят и включен в персональную ЭВМ.

Использование предлагаемого устройства измерения коэффициента сцепления колеса транспортного средства, имеющего постоянную степень скольжения с поверхностью взлетно-посадочной полосы, и его реализация позволяют повысить безопасность при посадке летательных аппаратов путем повышения точности определения местоположения транспортного средства на взлетно-посадочной полосе. На командно-диспетчерском пункте аэропорта методом совместной обработки цифрового информационного банка территории аэропорта и географических координат спутниковой навигационной системы осуществляется привязка транспортного средства к координатам ВПП. Измерение коэффициента сцепления осуществляется непосредственно на ВПП, следовательно, достоверная информация о местонахождении транспортного средства необходима при заходе летательного аппарата на посадку.

Повышается точность в определении скорости движении транспортного средства, на котором размещают устройство измерения коэффициента сцепления колеса транспортного средства, имеющего постоянную степень скольжения с поверхностью взлетно-посадочной полосы. Скорость движения определяется по информации навигационных искусственных спутников Земли, которая по точности выше, чем скорость, получаемая от датчиков автомобиля. Следовательно, улучшаются показатели в определении скорости начала аквапланирования и коэффициента сцепления измерительного колеса с поверхностью ВПП.

Повышается точность в определении коэффициента сцепления путем качественного тарирования с применением калиброванных устройств нагрузки на датчик 1 продольной силы. Предлагаемое устройство для измерения коэффициента сцепления может быть реализовано следующим образом.

Датчик 1 измерения продольной силы монтируется на транспортном средстве, которое снабжено измерительным колесом. В качестве датчика может использоваться тензометрический датчик, тип ЛХ-144.

Приемопередатчик 3, компьютер 4, пульт управления 5, дисплей 6, приемник GPS 13, контроллер 14 и переносной накопитель информации 15 размещаются в переносной ударопрочной пластмассовой коробке.

В специальном кармане пластмассовой коробки в транспортном (переносном) положении размещаются: антенна GPS 12, антенна связи 2 с кабелями и кабель для подключения компьютера 4 к датчику 1 измерения продольной силы.

Приемопередатчик 3 - радиомодем, выпускаемый отечественной промышленностью, тип радиомодема БКР. Или радиомодем иностранного производства Radio-modems, тип ДМ-70, выпускаемой фирмой MAXON.

Антенна связи 2 и антенна GPS 12 - штатные антенны соответственно радиомодема и приемной аппаратуры GPS 13.

Приемник GPS 13 - выпускаемая отечественной промышленностью комбинированная плата систем GPS/GLONASS или плата иностранного производства GPS.

Компьютер 4-микроЭВМ:
Переносной накопитель информации 15-плата памяти FLASH-CARD.

Контроллер 14-контроллер FLASH-CARD.

Пульт управления 15 - кнопки, размещенные на лицевой панели пластмассовой коробки.

Дисплей 6-тип LCD 4х40.

Изобретение относится к устройствам и системам для оценки состояния поверхности искусственных взлетно-посадочных полос (ВПП) аэродромов. Устройство для измерения коэффициента сцепления между колесом транспортного средства и ВПП аэродромов содержит датчик продольной силы, антенну связи, приемопередатчик, компьютер, пульт управления, дисплей, аналого-цифровой преобразователь, антенну GPS (глобальной системы позиционирования), приемник GPS, контроллер и переносной накопитель информации, соответствующим образом соединенные между собой. Данное изобретение позволяет повысить точность при определении коэффициента сцепления, скорости и пройденного расстояния автомобилем, а также определять местоположение объекта измерения на ВПП. 2 ил.

Устройство для измерения коэффициента сцепления колеса транспортного средства, имеющего постоянную степень скольжения, с поверхностью взлетно-посадочной полосы, содержащее датчик продольной силы, действующей на указанное колесо со стороны поверхности взлетно-посадочной полосы, антенну связи, приемопередатчик, компьютер, пульт управления и дисплей, при этом антенна связи через приемопередатчик подключена к первому входу/выходу компьютера, второй выход которого соединен с дисплеем, а пульт управления подключен к второму входу компьютера, причем антенна связи предназначена для осуществления радиосвязи с аэродромными службами, отличающееся тем, что в него дополнительно включены аналого-цифровой преобразователь, антенна GPS (глобальной системы позиционирования), приемник GPS (глобальной системы позиционирования), контроллер и переносной накопитель информации, при этом датчик продольной силы через аналого-цифровой преобразователь подключен к третьему входу компьютера, антенна GPS через приемник GPS соединена с четвертым входом компьютера, пятый вход которого через контроллер подключен к переносному накопителю информации, причем данный вход является третьим выходом, при этом
четвертый выход компьютера предназначен для подключения персональной ЭВМ, а антенна GPS - для приема сигналов навигационных искусственных спутников Земли.