ТОПЛИВОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ИДЕНТИФИКАЦИЕЙ МАРКИ ТОПЛИВА ПО ЕГО ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ Российский патент 2003 года по МПК B64D37/00 

Изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано для контроля запаса топлива в топливных баках топливной системы самолета.

Известна топливоизмерительная система, содержащая датчики уровня топлива в топливных баках самолета, блок преобразования и нормирования сигналов датчиков и бортовой вычислитель, содержащий устройство вычисления количества топлива в топливном баке в функции уровня топлива в баке с учетом геометрических характеристик этого бака и с коррекцией вычисленного в бортовом вычислителе запаса топлива на борту самолета по измеренным текущим значениям углов крена и тангажа самолета. [Л.Б.Лещинер и др. Проектирование топливных систем. М.: Машиностроение, стр.30-32, 1991].

Недостатком этой системы является наличие значительной методической эволютивной погрешности определения запаса топлива на борту самолета, возникающей при пространственных эволюциях самолета, во-первых, вследствие того, что в бортовом вычислителе корректируется не запас топлива в каждом отдельном топливном баке, а сразу весь запас топлива на борту самолета и, во-вторых, из-за того, что при пространственных эволюциях углы крена и тангажа самолета могут значительно отличаться от углов наклона поверхности топлива в баке.

От этого недостатка частично свободна наиболее близкая к предлагаемой и принятая за прототип топливоизмерительная система самолета [патент Российской Федерации 2156444, МКИ G 01 F 23/26, B 64 D 37/00, опубл. 2000], содержащая датчики уровня топлива и датчики углов наклона поверхности топлива, установленные в топливных баках самолета, датчик температуры топлива, установленный в одном из топливных баков самолета, блок преобразования и нормирования сигналов упомянутых датчиков, блок геометрических характеристик баков, суммирующее устройство и бортовой вычислитель, содержащий формирователь параметров топлива и устройство вычисления объема топлива в баке, состоящее из формирователя функции объема, формирователя функции наклона и блока выбора и сравнения, причем выход каждого из датчиков уровня топлива и углов наклона поверхности топлива, а также выход датчика температуры топлива соединен с соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, уровнемерные входы устройства вычисления объема топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, входы исходных данных этого устройства подключены к выходам блока геометрических характеристик баков, а температурный вход формирователя параметров топлива соединен с соответствующим выходом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков.

Однако известная топливоизмерительная система характеризуется тремя недостатками, затрудняющими ее использование на борту самолета.

В этой системе предусмотрена возможность определения массового запаса топлива на борту самолета путем коррекции в формирователе параметров топлива, входящем в состав бортового вычислителя, вычисленного значения объемного запаса топлива на борту самолета по температуре и характеристическим параметрам топлива. Однако операция коррекции объемного запаса топлива на борту самолета сопровождается значительной методической погрешностью, т.к. температура топлива в известной системе измеряется с помощью единственного датчика температуры, установленного только в одном из топливных баков самолета, а текущие значения характеристических параметров топлива в известной системе вообще не измеряются с помощью соответствующих датчиков, а вычисляются в формирователе параметров топлива на основании номинальных паспортных данных заправленного топлива, которые вводят в память формирователя при предполетной подготовке самолета, например на основании номинальной плотности ρ_oi топлива марки М_i при температуре 20^oС.

Первым недостатком известной системы является наличие значительной методической погрешности определения массового запаса топлива на борту самолета.

Указанный недостаток вызван двумя причинами.

Во-первых, определение средней температуры всего топлива, находящегося в нескольких баках топливной системы самолета, по температуре, измеренной только в одном из этих баков, связано со значительной погрешностью усреднения, вызванной реально существующим разбросом температур топлива между отдельными топливными баками. Разброс температуры топлива между отдельными баками топливной системы может достигать при эксплуатации самолета величины ±35^oС. Например, в случае нескольких последовательных дозаправок самолета, не полностью израсходовавшего запас топлива в предыдущем перелете, в аэропортах, расположенных в меридиональном направлении, с температурами заправляемого топлива -35^oС (в северном аэропорту) и +35^oС (в южном аэропорту), температуры топлива в различных баках могут отличаться между собой на 70^oС.

Во-вторых, определение фактических параметров заправленного топлива в бортовом вычислителе известной системы производится не на основе измеряемых текущих значений характеристических параметров топлива, а по номинальным значениям этих параметров, указанным в сопроводительном паспорте на заправленное топливо, что также сопровождается значительной ошибкой, вызванной отклонением фактических значений параметров от номинальных. В качестве номинального параметра при определении массового запаса топлива путем коррекции вычисленного объемного запаса обычно используется характеристический параметр ρ_oi заправленного топлива - номинальная плотность топлива марки М_i при нормальной температуре.

Однако при перелете дальнемагистрального самолета с дозаправками в нескольких аэропортах топливами различных марок достоверно установить какое-либо конкретное значение плотности топлива в баке без измерения фактических характеристических параметров топлива в этом баке становится затруднительным, т. к. разные баки самолета могут оказаться заполненными топливами различных марок, а некоторые из баков - смесью топлив различных марок. При этом разброс плотности топлив различных марок, находящихся в различных баках самолета, даже при одинаковой температуре топлива может достигать ±4%, а при разбросе температур топлива в различных баках с учетом температурного коэффициента плотности топлива, составляющего около 0,1% на градус, может достигать в диапазоне температур от +35^oС до -35^oС величины ±7% [см., напр., справочник "Свойства авиационных топлив" ("Aviation fuel properties"). Atlanta, Georgia, 1988].

Т. к. сертификационные авиационные требования [Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов. Приложение 8,0; Специальные требования. П 8.8.10; п.2.1; - М., 1987] безусловно требуют измерения массового запаса топлива на борту самолета с погрешностью, не превышающей ±3,5% во всех условиях эксплуатации, и в том числе при любых, разрешенных для данного класса самолетов марках заправленного топлива или смеси топлив различных марок, то очевидно, что известная система фактически не может быть применена для определения массового запаса топлива на борту гражданского транспортного самолета, так как не соответствует сертификационным требованиям по точности измерения.

Вторым недостатком известной системы является невозможность определения массового запаса топлива в каждом отдельном баке топливной системы самолета.

Известная система позволяет определить только суммарный массовый запас топлива на борту самолета. Этот недостаток обусловлен тем, что определение массового запаса топлива в известной системе производится путем коррекции суммарного объемного запаса топлива на борту самолета, что не дает возможности определения массового запаса топлива в отдельном баке. Поскольку вышеупомянутые единые нормы летной годности самолетов безусловно требуют измерения массового запаса топлива в каждом отдельном топливном баке самолета, то известная система не отвечает сертификационным требованиям и не может быть использована на борту самолета.

Третьим недостатком известной системы является использование бортовых датчиков угла наклона поверхности топлива для измерения текущих значений угла наклона поверхности топлива в топливных баках самолета.

К сожалению, в описании изобретения к упомянутому патенту 2156444 на известную систему отсутствуют сведения, подтверждающие возможность осуществления бортового датчика угла наклона поверхности топлива в топливном баке самолета.

В известной технической литературе также отсутствуют сведения о применении таких датчиков на борту самолета. Известные датчики угла наклона, описанные в технической литературе и широко используемые на борту самолета, измеряют не углы наклона поверхности топлива, а углы наклона самого самолета в вертикальной и горизонтальной плоскостях (углы крена и тангажа самолета). Однако при пространственных эволюциях самолета углы крена и тангажа могут существенно отличаться от углов наклона поверхности топлива в баке.

Известные датчики угла наклона поверхности жидкости, описанные в технической литературе: буйковые датчики, содержащие плавающий на поверхности жидкости поплавковый буй с указателями углового положения буя, и жидкостные датчики, содержащие установленный в баке сосуд, представляющий собой уменьшенную геометрическую модель бака, заполненный постоянным количеством эталонной жидкости, с указателями углового положения поверхности этой жидкости, предназначены для использования в сугубо стационарных условиях, когда поверхность контролируемой ими жидкости находится в спокойном состоянии.

В нестационарных условиях показания этих датчиков характеризуются значительной погрешностью измерения, что затрудняет их использование в топливных баках самолета при пространственных эволюциях последнего. В связи с этим использование датчиков угла наклона поверхности топлива в известной бортовой топливоизмерительной системе самолета не только усложняет эту систему, но и вызывает существенную методическую эволютивную погрешность определения объемного запаса топлива в баке, а следовательно, и массового запаса топлива на борту самолета.

Для уменьшения влияния первого из отмеченных недостатков известной системы на точность определения массового запаса топлива на борту самолета в предлагаемом изобретении в отличие от известной системы, в которой массовый запас топлива на борту самолета определяется путем преобразования объемного запаса топлива на борту самолета, полученного суммированием в суммирующем устройстве объемов топлива в каждом отдельном баке, вычисленных в устройстве вычисления объема топлива в баке, входящем в состав бортового вычислителя, в массовый запас топлива на борту самолета путем коррекции объемного запаса топлива на борту самолета в формирователе параметров топлива, входящем в состав бортового вычислителя, на основе паспортных данных о номинальных значениях характеристических параметров топлива, заправленного в топливные баки при предполетной подготовке самолета, и текущих значений температуры топлива, измеряемой в процессе полета только в одном из топливных баков, предложена топливоизмерительная система, в которой массовый запас топлива на борту самолета определяется методом преобразования объемного запаса топлива в баке, вычисленного в устройстве вычисления объема топлива в баке, входящем в состав бортового вычислителя, путем коррекции объемного запаса в массовый запас топлива в этом баке на основе измеряемых в процессе полета текущих значений характеристических параметров и температуры топлива в каждом баке, с идентификацией в бортовом вычислителе марки фактически содержащегося в баке топлива по характеристическим параметрам топлива в каждом баке, определением в бортовом вычислителе фактической плотности топлива по идентифицированной марке топлива в каждом баке, коррекцией в формирователе параметров топлива фактической плотности топлива в баке по температуре топлива в этом баке и определением массового запаса топлива на борту самолета путем суммирования в суммирующем устройстве массовых запасов топлива в каждом отдельном баке.

Для устранения второго недостатка известной системы в бортовом вычислителе предлагаемой системы определяется массовый запас топлива в каждом баке.

С этой целью бортовой вычислитель системы содержит устройство вычисления массы топлива в баке на основании поступающей на входы этого устройства информации об объеме топлива в баке и о фактической плотности топлива в баке, определяемой по идентифицированной в бортовом вычислителе марке топлива в баке и по фактическому значению температуры топлива в этом баке.

Для уменьшения влияния третьего из отмеченных недостатков известной системы на точность определения запаса топлива в баке при пространственных эволюциях самолета в предлагаемом изобретении в отличие от известной топловоизмерительной системы, в которой объемный запас топлива в баке определяется на основе измеряемых текущих значений уровня топлива в баке с использованием измеряемых текущих значений углов наклона поверхности топлива в баке и, как исходных данных, геометрических характеристик бака, предложена топливоизмерительная система, в которой объемный запас топлива в баке определяется на основе текущих значений уровня топлива в баке, измеряемых не менее чем в трех различных точках поверхности топлива в баке, не лежащих на одной прямой линии, с использованием, как исходных данных, геометрических характеристик бака, что позволяет вычислять объем топлива в баке при пространственных эволюциях самолета без использования дополнительной информации о текущих значениях углов наклона поверхности топлива в баке и без учета влияния эволютивной погрешности измерения углов наклона поверхности топлива на точность определения запаса топлива в баке.

Таким образом, в основу предлагаемого изобретения поставлена задача повышения точности определения массового запаса топлива на борту самолета при пространственных эволюциях самолета, разбросе температур и марок топлива, находящегося в различных баках топливной системы самолета, а также задача определения массового запаса топлива в каждом топливном баке.

Поставленная задача достигается тем, что в топливоизмерительной системе, содержащей датчики уровня топлива в топливных баках самолета, датчик температуры топлива в топливном баке, блок преобразования и нормирования сигналов датчиков, блок геометрических характеристик баков, суммирующее устройство и бортовой вычислитель, содержащий устройство вычисления объема топлива в баке и формирователь параметров топлива, причем выход каждого из датчиков уровня топлива и выход датчика температуры топлива соединен с соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, уровнемерные входы устройства вычисления объема топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, входы исходных данных этого устройства подключены к выходам блока геометрических характеристик баков, формирователь параметров топлива снабжен температурным входом, соединенным с соответствующим выходом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, новым согласно изобретению является то, что в систему дополнительно введены датчики характеристических параметров топлива в топливных баках самолета: датчик диэлектрической проницаемости топлива, датчик теплопроводности топлива и датчик светопоглощения топливом, дополнительно для топливных баков, не содержащих датчиков температуры, введены датчики температуры топлива в баке, датчики уровня топлива установлены в топливном баке не менее чем в трех его различных точках, не лежащих на одной прямой линии, в бортовой вычислитель введены устройство вычисления массы топлива в баке и идентификатор марки топлива в баке, формирователь параметров топлива снабжен дополнительными температурными входами по числу дополнительно введенных датчиков температуры топлива в баке, при этом выход каждого датчика характеристического параметра топлива и каждого дополнительного датчика температуры топлива соединен с соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, параметрические и температурные входы идентификатора марки топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, выходы этого идентификатора подключены к идентификационным входам формирователя параметров топлива, снабженного дополнительными температурными входами, соединенными с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, выходы устройства вычисления объема топлива в баке подключены к первой группе входов устройства вычисления массы топлива в баке, вторая группа входов которого соединена с выходами формирователя параметров топлива, а выходы подключены ко входам суммирующего устройства.

Заявленное изобретение поясняется представленной на чертеже функциональной схемой предлагаемой топливоизмерительной системы.

Топливоизмерительная система содержит установленные в каждом из N топливных баков 1 топливной системы самолета датчики текущих параметров топлива: датчики 2 уровня (h) топлива, например электроемкостные датчики уровня, датчики 3, 4 и 5 соответственно первого, второго и третьего характеристических параметров (J) топлива и датчик 6 температуры (t) топлива, например терморезисторный датчик температуры. В каждом топливном баке 1 содержится не менее трех датчиков 2 уровня топлива, не лежащих на одной прямой линии, например, установленных, как это показано на виде "а" бака 1, в трех различных точках этого бака, не лежащих на одной прямой линии. В качестве датчика 3 первого характеристического параметра топлива применен датчик диэлектрической проницаемости (ε) топлива, в качестве датчика 4 второго характеристического параметра топлива применен датчик светопоглощения (k) топливом, а в качестве датчика 5 третьего характеристического параметра топлива - датчик теплопроводности (λ) топлива. Выходы датчиков 2, 3, 4, 5 и 6 каждого бака 1 подключены к одной из групп входов блока 7 преобразования и нормирования сигналов датчиков, предназначенного для приведения к единому нормализованному виду неунифицированных сигналов датчиков различных физических величин: уровня h, диэлектрической проницаемости ε, светопоглощения k, теплопроводности λ и температуры t.

Блок 7 имеет N групп входов (по числу N баков 1). Датчики 2, 3, 4, 5 и 6 каждого бака 1 подключены к группе входов блока 7, номер которой соответствует номеру этого бака, например датчик 6 температуры топлива, установленный в первом баке 1, подключен к одному их входов первой группы входов - входу Вхt₁ блока 7, а датчик 2 уровня топлива, установленный в точке "2" N-ого бака 1, подключен к одному из входов N-ой группы входов - входу Вхh_N2 блока 7. Выходы блока 7 соединены со входами бортового вычислителя 8, в состав которого входят электронные модули: устройство 9 вычисления объема топлива в баке, идентификатор 10 марки топлива в баке, формирователь 11 параметров топлива и устройство 12 вычисления массы топлива в баке; кроме того, в состав системы входят блок 13 геометрических характеристик баков и суммирующее устройство 14.

Устройство 9 вычисления объема топлива в баке содержит группу уровнемерных входов и группу входов исходных данных. Уровнемерные входы Вхh₁₁, Вхh₁₂, Вхh₁₃,... Вхh_N1, Bxh_N2, Вхh_N3 устройства 9 соединены с соответствующими выходами блока 7, а входы Вх(b_1i, b_2j, b_3k)₁... Вх(b_1i, b_2j, b_3k)_N исходных данных - с выходом блока 13 геометрических характеристик бака.

Идентификатор 10 марки топлива в баке содержит группу параметрических входов и группу температурных входов. Параметрические входы Bxε₁, Bxk₁, Bxλ₁,. . . Bxε_N, Bxk_N, Bxλ_N, идентификатора 10, предназначенные для приема нормализованных значений характеристических параметров топлива в баках, и температурные входы Bxt₁, . .. Bxt_N идентификатора 10, предназначенные для приема нормализованных значений температуры топлива в баках, соединены с соответствующими выходами блока 7.

Выходы идентификатора 10 подключены к идентификационным входам BxM₁,... ВхМ_N формирователя 11 параметров топлива, выходы которого соединены со входами второй группы входов Bxρ(t)₁,... Вхρ(t)_N устройства 12 вычисления массы топлива в баке. Температурные входы Bxt₁,... Bxt_N формирователя 11 подключены к соответствующим выходам блока 7, а первая группа входов BxV₁,... BxV_N устройства 12 соединена с выходами устройства 9.

Выходы устройства 12, предназначенные для выдачи во внешние системы самолета информации о массовом запасе топлива в каждом баке топливной системы самолета, соединены также и со входами Bxm₁... Bxm_N суммирующего устройства 14, выход Выхm которого предназначен для выдачи во внешние системы самолета информации о суммарном массовом запасе топлива на борту самолета.

Датчик 3 первого характеристического параметра топлива представляет собой датчик диэлектрической проницаемости топлива, выполненный, например, в виде диэлектрометрической ячейки, содержащей конденсатор, величина выходного информативного параметра которого - электрической емкости - зависит от диэлектрической проницаемости ε топлива, находящегося между электродами конденсатора. Датчик 4 второго характеристического параметра топлива представляет собой датчик светопоглощения, выполненный, например, в виде оптометрической ячейки, содержащий два диода: светодиод, излучающий постоянный световой поток в инфракрасном диапазоне спектра, и фоточувствительный диод, величина выходного информативного параметра которого - силы фототока - определяется интенсивностью светового потока, зависящей при прочих равных условиях от показателя k поглощения света топливом, через слой которого проходит световой поток светодиода.

Датчик 5 третьего характеристического параметра топлива представляет собой датчик теплопроводности топлива, выполненный, например, в виде мерной ячейки теплопроводности, содержащей подогреваемый током терморезистор, температура которого при прочих равных условиях определяется теплопроводностью окружающей среды; при погружении мерной ячейки в топливо величина выходного информативного параметра терморезистора - его электросопротивления - зависит от теплопроводности λ топлива.

При работе предлагаемой топливоизмерительной системы предварительно в бортовой вычислитель 8 и в блок 13 геометрических характеристик баков вводят исходные данные, алгоритмы преобразования и функциональные зависимости, необходимые для вычисления массового запаса топлива. Исходные данные вводят в память идентификатора 10, формирователя 11 и блока 13. Алгоритмы преобразования вводят в память идентификатора 10 и формирователя 11, математические зависимости вводят в память устройств 9 и 12, а также в память формирователя 11.

В память идентификатора 10 марки топлива в баке вводят два массива исходных данных: массив (а_i) характеристических констант топлива и массив (М_i) марок топлива в функции одного из характеристических параметров J_i топлива, например параметра λ_i, при конкретном значении t_i температуры топлива. В память блока 13 геометрических характеристик бака вводят два массива исходных данных: массив (1, 2... n,... N) номеров топливных баков и массив (b_1i, b_2i, b_3i) констант для каждого бака, ставящих в соответствие любой паре значений (h_1i, h_2j) уровня топлива в точках "1" и "2" этого бака одно значение V_n объема топлива в баке. В память формирователя 11 параметров топлива вводят массив исходных данных (с_i) о значениях номинальных плотностей ρ_i топлива и температурных коэффициентов β_i плотности топлива для группы топлив известных марок, используемых на данном классе самолетов, и для смесей топлив этих марок. Кроме того, в память идентификатора 10 и формирователя 11 вводят алгоритмы преобразования исходных данных в выходные сигналы этих электронных модулей. В память устройств 9 и 12, а также в память формирователя 11 вводят функциональные зависимости, необходимые для вычисления объема и массы топлива в баке.

В процессе полета с выходов датчиков 2, 3, 4, 5 и 6, установленных в топливных баках 1, на входы Вхh₁₁, Bxh₁₂, Bxh₁₃, Bxε₁, Bxk₁, Bxλ₁, Bxt₁,... Bxh_N1, Вхh_N2, Вхh_N3, Bxε_N, Bxk_N, Bxλ_N, Bxt_N блока 7 поступают сигналы о текущих значениях уровней, характеристических параметров и температуры топлива в каждом из топливных баков 1. В блоке 7 эти сигналы преобразуются к нормализованному виду и с соответствующих выходов блока поступают на соответствующие входы электронных модулей 9, 10 и 11 бортового вычислителя 8. Нормализованные сигналы о текущих значениях трех различных уровней топлива в каждом баке, измеренных в трех точках бака, не лежащих на одной прямой линии, поступают с выходов блока 7 на уровнемерные входы Вхh₁₁, Bxh₁₂, Bxh₁₃,. . . Вхh_N1, Bxh_N2, Вхh_N3 устройства 9 вычисления объема топлива в баке, нормализованные сигналы о текущих значениях каждого их трех характеристических параметров ε_i, k_i и λ_i топлива в каждом из N баков 1 поступают с выходов блока 7 на параметрические входы Bxε₁, Bxk₁, Bxλ₁,... Bxε_N, Bxk_N, Bxλ_N идентификатора 10 марки топлива в баке, а нормализованные сигналы о температуре топлива в каждом баке - с выходов блока 7 на температурные входы Bxt₁,... Bxt_N этого идентификатора и на температурные входы Bxt₁,... Bxt_N формирователя 11 параметров топлива.

В устройстве 9 вычисляется объем V_n топлива в n-ом топливном баке 1 на основании поступающих на уровнемерные входы этого устройства нормализованных сигналов о текущих значениях уровней топлива, измеренных в трех различных точках бака, и исходных данных о геометрических характеристиках этого бака, поступающих с выходов блока 13 на входы Вх(b_1i, b_2j, b_3k)₁,... Вх(b_1i, b_2j, b_3k)_N исходных данных устройства 9 в соответствии с введенной в память устройства 9 функциональной зависимостью
V_n=F(h_1i, h_2j, h_3k; b_1i, b_2j, b_3k)_n, (1)
где функция F ставит в соответствие каждой тройке (h_1i, h_2j, h_3k) текущих значений аргументов одно и только одно значение объема V_n топлива в n-ом баке, геометрические характеристики которого заданы массивом исходных данных констант (b_1i, b_2i, b_3k)_n. Зависимость (1) может быть выражена, например, линейным полиномом
V_n=(b_1ih_1i+b_2jh_2j+b_3kh_3k)_n, (2)
где коэффициенты b_1i, b_2j, b_3k характеризуют геометрию n-ого топливного бака, а уровни h_1i, h_2j и h_3k топлива измеряются в точках "1", "2" и "3" этого бака, не лежащих на одной прямой линии.

Полином (2) может быть задан для каждого из N топливных баков, например, в численной форме, с помощью d квадратных численных матриц. Каждая из таких матриц содержит d строк и d столбцов, причем каждая из строк, в свою очередь, содержит d численных значений объема топлива, соответствующих значениям h_1i,... h_1d уровня топлива в точке "1" n-ого бака, и d столбцов, каждый из которых содержит d численных значений объемов топлива, соответствующих значениям h_2i,... h_2d уровня топлива в точке "2" n-ого бака. При этом каждая из d квадратных матриц соответствует одному из d значений уровня h_3i,... h_3d топлива в точке "3" n-ого бака. В целом, совокупность d квадратных матриц представляет собой кубическую матрицу размерности d, содержащую d³ дискретных численных значений объема топлива в каждом из 1, 2,... n... N топливных баков 1. В качестве примера численной матрицы ниже приведена матрица (3) (см. в конце описания), содержащая d² численных значений V₁₁... V_dd объема топлива в топливном баке 4 в функции уровней h_1i и h_2j топлива соответственно в точках "1" и "2" этого бака.

Данная матрица является одной из d квадратных матриц, каждая из которых соответствует одному из d численных значений h₃₁,... h_3k... h_3d уровня топлива в точке "3" топливного бака 4. Матрица позволяет для любых двух значений (h_1i, h_2j) уровня топлива, измеренных соответственно в точках "1" и "2" четвертого бака, указать однозначно соответствующее им численное значение объема топлива в этом баке. Например, значениям (h₁₃, h₂₄) уровня топлива отвечает значение V₃₄ объема топлива. Третье значение h_3k уровня топлива в точке "3" четвертого бака необходимо для выбора той из d квадратных матриц, которая соответствует значению h_3k уровня, а именно матрицы с номером k. Выбор матрицы с номером k позволяет определить уточненное по значению h_3k уровня топлива значение V_34k объема топлива в топливном баке 4. Данное значение объема вычисляют в модуле 9 в соответствии с полиномом (2):
V₄=(b_1ih_1i+b_2j+h_2j+b_3kh_3k)₄.

Таким образом, в d матрицах типа (3) содержится d³ дискретных значений объема V₄ топлива в топливном баке 4, что позволяет вычислить объем топлива в этом баке с точностью до одного из d³ численных дискретных значений объема. Аналогичным образом вычисляют объем топлива и в любом другом баке 1 топливной системы самолета. Поскольку величина погрешности δ_d дискретизации объема топлива в баке с помощью функции F, заданной кубической численной матрицей размерности d, определяется неравенством

где V_nmax - объем топлива в полностью заполненном баке с номером n,
то, задаваясь числом d, можно обеспечить любую требуемую точность вычисления объема топлива в баке 1.

Массив (b_1i, b_2i, b_3k)_n коэффициентов, характеризующих геометрию каждого из N топливных баков, можно получить, например, на основе заданных в ТЗ на проектирование топливоизмерительной системы самолета геометрических обводов топливного бака, как трехмерного тела, пересеченного плоскостью, пространственное положение которой задано тремя точками "1", "2" и "3", расположенными внутри топливного бака и не лежащими на одной прямой. Координаты этих точек относительно бака соответствуют точкам отсчета уровней h₁, h₂ и h₃ топлива в баке. Численно определив значение объема бака, лежащее ниже секущей плоскости, и используя полином (2), можно найти для каждого дискретного значения объема соответствующие ему значения коэффициентов b_1i, b_2j, b_3k полинома (2) для d³ различных положений секущей плоскости. Число d³ устанавливают, исходя из заданной величины погрешности δ_d дискретизации объема топливного бака. Например, если заданная величина погрешности дискретизации составляет
δ_d≤1%,
то d³≥100, что соответствует размерности числовой матрицы (3) d=5, если
δ_d≤0,5%,
то d³≥200, что соответствует размерности числовой матрицы (3) d=6.

Значения вычисленных в устройстве 9 объемов V_n топлива в каждом из N баков топливной системы передаются с выходов этого устройства на входы BxV₁. . . BxV_N первой группы входов устройства 12, в котором вычисляются значения m₁, m₂, ... m_n,... m_N массы топлива в каждом из N топливных баков 1 в соответствии с известной зависимостью
m_n=V_nρ(t)_n, (4)
где ρ(t)_n - фактическая плотность топлива в n-ом баке при температуре t.

Вычисление фактической плотности топлива, находящегося в n-ом топливном баке, выполняют методом идентификации в идентификаторе 10 фактической марки топлива М_i, содержащегося в этом баке, по характеристическим параметрам ε_i, k_i и λ_i топлива, измеренным при температуре t_j топлива с последующим определением в формирователе 11 плотности топлива, соответствующей идентифицированной марке топлива в баке, и с коррекцией этой плотности по фактической температуре топлива в баке.

Определение марки топлива в идентификаторе 10 выполняется на основе поступающих на его параметрические входы нормализованных сигналов об измеренных текущих значениях характеристических параметров ε_i, k_i и λ_i/ топлива в n-ом баке и поступающих на его температурные входы нормализованных сигналов об измеренных текущих значениях температуры t_j топлива в этом баке. Идентификация марки топлива выполняется, например, на основе D-этапного селективного алгоритма, где D - число характеристических параметров топлива, используемых в поэтапном селективном процессе идентификации марки топлива; в данном случае D=3.

На этапе I идентификации по значению одного из характеристических параметров J_i топлива в баке, например параметра k_i, при температуре t_j топлива в этом баке производится грубая селекция марки идентифицируемого топлива по признаку "тяжелые топлива - легкие топлива", например, на основании системы неравенств

где а_i - характеристическая константа топлива, массив (а_i) которых введен в память идентификатора 10 в качестве массива численных исходных данных. Массив (а_i) можно получить, например, экспериментально установив соответствие между топливами группы легких топлив и значением k_i характеристического параметра топлива для этой группы при постоянной температуре t_j для нескольких значений температуры, а также между топливами группы тяжелых топлив и значением k_i характеристического параметра топлива для этой группы топлив при постоянной температуре t_j для нескольких значений температуры и выразив результат установленного соответствия в форме массива (а_i) численных исходных данных.

При попадании идентифицируемого топлива в группу, например, легких топлив, содержащую топлива марок M₁, М₂,... M_q с относительно низкой плотностью, выполняется следующий этап II селекции путем минимизации числа различных марок топлива в выявленной группе легких топлив. Алгоритм минимизации может быть задан, например, квадратной численной матрицей, содержащей d строк d столбцов, заполненных индексами марок топлива, причем каждая из строк матрицы отвечает одному из d значений неиспользованного в предыдущем этапе характеристического параметра топлива, например параметра λ_i, а каждый из столбцов - одному из d значений температуры t_j топлива в баке.

Массив (М_i) численных исходных данных, представляющий собой совокупность числовых индексов, отвечающих маркам топлива, каждая из которых соответствует одной из пар значений (λ_i, t_j), вводят в память идентификатора 10. Массив (М_i) можно получить, например, экспериментально установив соответствие между маркой М_i исследуемого топлива и значением λ_i его характеристического параметра при данной температуре t_j для ряда значений температуры и выразив результаты эксперимента в форме массива (М_i) численных исходных данных.

Т. к. в матрице (6) (см. в конце описания) каждой паре значений (λ_i, t_j) может отвечать не обязательно одна марка топлива, то этап II селекции не всегда достаточен для окончательной идентификации марки топлива. Для однозначного определения фактической марки топлива в баке или смеси топлив известных марок проводится этап III селекции, в ходе которого анализируется узкая группа топлив, например группа (М₂, М₄), содержащая две марки топлива, с целью окончательной идентификации марки топлива или смеси топлив различных марок в n-ом баке. Анализ выполняется на основе неиспользованного в предыдущем этапе характеристического параметра ε_i топлива и температуры t_j топлива в баке с помощью алгоритма, заданного, например, системой неравенств

где а_i - характеристическая константа топлива, массив (а_i) которых введен в память идентификатора 10 в качестве массива численных исходных данных. Константы а_i можно определить по данным, опубликованным в известной литературе, например в вышеупомянутом справочнике.

После идентификации известной марки топлива в n-ном баке, например марки М₂, числовой индекс, соответствующий этой марке, передается с выхода идентификатора 10 на n-ый вход первой группы входов BxM₁,... ВхМ_N формирователя 11. При идентификации смеси топлив в n-ом баке, например смеси топлив марок М₂ и М₄ в соотношении 1:2, этой смеси присваивается условный числовой индекс М_j, который также передается с выхода идентификатора 10 на вход формирователя 11. В формирователе 11 определяются значение ρ_oi плотности топлива и значение β_i температурного коэффициента плотности топлива, соответствующие марке М_i топлива или смеси марок топлива в n-ом баке, и вычисляется фактическое значение ρ(t)_n плотности топлива в этом баке при температуре t_j топлива в баке в соответствии с известной функциональной зависимостью
ρ(t)_n = ρ_oi(1+β_it_j), (8)
где значения ρ_oi и β_i для известных марок топлива, а также для смесей топлив известных марок, например для смеси топлив двух различных марок в соотношениях 1: 2, 1:1 и 2:1, задаются массивом (с_i) констант, введенных в память формирователя 11. Константы с_i получают на основании данных, приведенных в справочной литературе, например в вышеупомянутом справочнике.

С выходов формирователя 11 вычисленные значения фактических текущих плотностей топлива в каждом из N баков поступают на входы Bxρ(t)₁... Bxρ(t)_N второй группы входов устройства 12, в котором определяются значения m₁, . . . m_n, ... m_N массы топлива в каждом из N баков в соответствии с известной функциональной зависимостью
m_n=ρ(t)_nV_n, (9)
где m_n - масса топлива в n-ом баке.

С выходов устройства 12 значения m_n масс топлива в каждом баке поступают на входы Bxm₁,... Вхm_N суммирующего устройства 14 и на выходы Bыxm₁,... Bыxm_N вычислителя 8 для передачи во внешние системы самолета.

В суммирующем устройстве 14 производится определение массового запаса m топлива на борту самолета путем суммирования масс m_n в соответствии с известным выражением

Информация о значении массового запаса m топлива на борту самолета передается с выхода Выхm суммирующего устройства 14 ее потребителям. Предложенная топливоизмерительная система достаточно точно определяет массовый запас топлива как в отдельном баке топливной системы самолета, так и на борту самолета в целом. При этом точность измерения обеспечивается и в тех случаях, когда отдельные баки самолета заполнены топливами различных марок или смесями топлив различных марок, а температуры топлива, заполняющего отдельные баки, значительно отличаются между собой.

Предложенная система достаточно точно определяет массовый запас топлива при пространственных эволюциях самолета без использования дополнительных датчиков измерения углов наклона поверхности топлива в баке и без учета влияния дополнительных погрешностей измерения, вызванных использованием таких датчиков.

Методическая погрешность определения массы m_n топлива в баке, заполненном топливом одной марки, составляет для предлагаемой системы незначительную величину, не превышающую ±0,3%. Незначительность погрешности объясняется тем, что масса m_n топлива в баке вычисляется с учетом температуры топлива в этом баке и фактической марки топлива, идентифицированной в данном баке по текущим значениям характеристических параметров и температуры топлива в баке.

В случае, когда бак заполнен смесью топлив двух различных марок, дополнительная методическая погрешность определения массы топлива в баке составляет не более ±0,3%.

Дополнительная эволютивная погрешность определения массы топлива в баке с учетом погрешности дискретизации объема топлива составляет при числе d³= 6³= 216 незначительную величину, не превосходящую 0,5%, а при числе d>6 составляет меньшую величину.

Таким образом, с учетом упомянутых дополнительных погрешностей предложенная топливоизмерительная система дает возможность определять массовый запас топлива в топливном баке самолета с суммарной методической погрешностью, не превышающей ±0,7% (при среднеквадратической оценке погрешности).

Это позволяет определить массовый запас топлива в баке с суммарной погрешностью, учитывающей инструментальную погрешность датчиков и воздействие реальных условий эксплуатации, не превышающей ±1,5% во всех условиях эксплуатации, в том числе при разбросе температур и марок топлива в различных баках топливной системы, а также при ускорениях и пространственных эволюциях самолета, и массовый запас топлива на борту самолета с суммарной погрешностью не более ±1,2% во всех условиях эксплуатации (при среднеквадратической оценке погрешности).

Изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано для контроля массы топлива в каждом топливном баке топливной системы самолета и суммарной массы топлива на борту самолета. С помощью датчиков, установленных в топливных баках самолета, топливоизмерительной системой измеряются текущие значения параметров топлива: уровень и температура топлива, а также его характеристические параметры (теплопроводность, диэлектрическая проницаемость и светопоглощение) в каждом топливном баке. Уровень топлива измеряется не менее чем в трех различных точках поверхности бака, не лежащих на одной прямой линии. По уровню топлива с учетом геометрических характеристик бака в бортовом вычислителе определяется объем топлива в баке. По характеристическим параметрам и температуре топлива в бортовом вычислителе определяется марка или соотношение различных марок топлив. По марке или смеси марок топлива и по температуре топлива в формирователе параметров топлива, входящем в состав бортового вычислителя, определяется плотность топлива в баке. По плотности и объему топлива в баке, вычисленного в устройстве вычисления объема топлива, входящем в состав бортового вычислителя, в устройстве вычисления массы топлива, входящем в состав бортового вычислителя, определяется масса топлива в баке. Затем в суммирующем устройстве находится общая масса топлива на борту самолета. Изобретение позволяет повысить точность определения массового запаса топлива в каждом топливном баке топливной системы самолета и суммарной массы топлива на борту самолета для разных самолетов при разбросе температур и марок топлива, находящихся в различных баках. 1 ил.

Топливоизмерительная система, содержащая датчики уровня топлива в топливных баках самолета, датчик температуры топлива в топливном баке, блок преобразования и нормирования сигналов датчиков, блок геометрических характеристик баков, суммирующее устройство и бортовой вычислитель, содержащий устройство вычисления объема топлива в баке и формирователь параметров топлива, причем выход каждого из датчиков уровня топлива и выход датчика температуры топлива соединены с соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, уровнемерные входы устройства вычисления объема топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, входы исходных данных этого устройства подключены к выходам блока геометрических характеристик баков, формирователь параметров топлива снабжен температурным входом, соединенным с соответствующим выходом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены датчики характеристических параметров топлива в топливных баках самолета: датчик диэлектрической проницаемости топлива, датчик теплопроводности топлива и датчик светопоглощения топливом, дополнительно для топливных баков, не содержащих датчиков температуры, введены датчики температуры топлива в баке, датчики уровня топлива установлены в топливном баке не менее чем в трех его различных точках, не лежащих на одной прямой линии, в бортовой вычислитель введены устройство вычисления массы топлива в баке и идентификатор марки топлива в баке, формирователь параметров топлива снабжен дополнительными температурными входами по числу дополнительно введенных датчиков температуры топлива в баке, при этом выход каждого датчика характеристического параметра топлива и каждого дополнительного датчика температуры топлива соединен с соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, параметрические и температурные входы идентификатора марки топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, выходы этого идентификатора подключены к идентификационным входам формирователя параметров топлива, снабженного дополнительными температурными входами, соединенными с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, выходы устройства вычисления объема топлива в баке подключены к первой группе входов устройства вычисления массы топлива в баке, вторая группа входов которого соединена с выходами формирователя параметров топлива, а выходы подключены ко входам суммирующего устройства.