САМОЛЁТ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ Российский патент 2003 года по МПК B64D47/00 G01M3/04 G01N21/00 

Изобретение относится к авиации,. к бортовому оборудованию, а именно к аппаратуре для исследования или анализа с помощью оптических средств, и может быть использовано для дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и газовых хранилищ за счет систематического диагностирования нарушений герметичности, повреждений и утечек с целью повышения производительности, оперативности и достоверности контроля.

Известны дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА) моделей "Эксперт", "Альбатрос", использующиеся для экологического контроля (журнал "Крылья Родины", 1998 г., 8, г. Москва).

Однако использование ДПЛА для контроля газовых магистралей не обладает достаточной достоверностью в силу недостаточно надежного пролета над трассой трубопровода и недостаточно надежного выдерживания требуемых с точки зрения аппаратуры условий диагностирования. Кроме того, возможны потери ДПЛА в силу возникновения непредвиденных обстоятельств.

Известно "Авиационное устройство для обнаружения утечек газа из трубопроводов" (см. патент РФ 2091759, кл. МПК 7 G 01 N 21/39, 1995 г.). Устройство содержит носитель-вертолет и диагностическую аппаратуру, включающую газоанализатор с двумя лазерами, тепловизор, обрабатывающую и регистрирующую аппаратуру.

Недостатком известного устройства является необходимость наличия на борту оператора, что приводят к увеличению себестоимости диагностики. Кроме того, использование вертолета на трассах с большой протяженностью трубопроводов приводит к значительным затратам полетного времени, что снижает оперативность и приводит к высокой стоимости контроля.

Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание такого авиационного средства диагностики газопроводов, которое позволяло бы проводить оперативный и достоверный контроль на значительных по протяженности трассах за счет точного выдерживания маршрута полета и полетных условий режимов диагностики.

Кроме того, средство должно обеспечивать низкую себестоимость диагностирования.

В соответствии с изобретением поставленная задача достигается тем, что самолет для диагностирования состояния магистральных трубопроводов, включающий силовую установку, планер с фюзеляжем, снабженным кабиной пилота и багажным отсеком, шасси, систему управления с автопилотом, снабженным цифровым вычислителем, и диагностическую аппаратуру, с регистратором, снабжен устройством определения нарушения условий диагностирования, звуковым и световым сигнализаторами, при этом, устройство определения нарушения условий диагностирования своим выходом соединено с входами звукового и светового сигнализаторов и регистратора.

Более того, устройство определения нарушения условий диагностирования выполнено на основе цифрового вычислителя автопилота, выполненного с программным блоком, формирующем сигналы нарушения режима диагностирования, связанным выходом последовательно с цифро-аналоговым преобразователем и усилителем мощности, образующим выход устройства.

Выполненный в соответствии с изобретением самолет позволяет проводить оперативную достоверную диагностику газопроводов с большой протяженностью, при высокой производительности и низкой стоимости.

Перечень фигур на чертежах
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
Фиг. 1 показывает блок-схему устройства определения нарушения условий диагностирования.

Фиг. 2 показывает блок-схему программного блока, формирующего сигналы нарушения режима диагностирования.

Фиг. 3 показывает допустимые области изменения скорости и высоты полета, обеспечивающие получение качественного изображения.

Фиг. 4 показывает допустимые области изменения суммарной угловой скорости, высоты полета, обеспечивающие качественное изображение.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Самолет представляет собой моноплан с верхнерасположенным крылом с подкосами. Двигатель расположен на раме, крепящейся к центроплану крыла. Винт - тянущий, трехлопастной.

Силовой каркас самолета представляет собой балку сложной формы, к которой крепятся центроплан крыла, кабина, хвостовая балка и шасси.

Кабина модульного типа, установленная на силовом каркасе под крылом, имеет две боковые двери и хорошее остекление. В правой половине кабины расположено кресло пилота, в левой - диагностическая аппаратура и блоки автопилота. В задней части кабины расположен небольшой багажный отсек. Самолет оборудован двойной системой органов управления. При необходимости диагностическая аппаратура может быть снята, а на ее место может быть установлено второе кресло для пассажира или второго пилота. Кабина - обогреваемая.

На хвостовой балке круглого сечения установлено хвостовое оперение. Вертикальное оперение оснащено рулем направления, горизонтальное - рулем высоты. На крыле прямоугольной формы установлены закрылки - элероны.

Шасси - трехколесное, переднее колесо - управляемое.

Приборное оборудование включает указатели высоты, приборной скорости, вертикальной скорости, авиагоризонт, комбинированный прибор, индицирующий параметры работы двигателя.

Автопилот трехканальный, стабилизирует заданные углы курса, крена, тангажа и высоту полета, снабжен цифровым вычислителем. На самолет установлена диагностическая аппаратура с регистратором, в состав которой входят тепловизор и телевизионная камера. Информация о световых (телевизионная аппаратура) и тепловых (тепловизионная аппаратура) контрастах на местности позволяет определить отклонения в состоянии газопроводов - разрушение его элементов - по световым контрастам и утечке газа - по тепловым контрастам. На самолете установлено устройство определения нарушения условий диагностирования с звуковым и световым сигнализаторами, фиг.1.

Устройство выполнено на основе цифрового вычислителя автопилота с программным блоком 1, связанным своим выходом последовательно с цифро-аналоговым преобразователем 2 и усилителем мощности 3, образующем выход устройства. Выход устройства связан с входами регистрирующего устройства диагностической аппаратуры 4, звуковым и световым сигнализаторами 5 и 6. Звуковой сигнализатор выполнен в виде наушников в системе радиосвязи, а световой сигнализатор выполнен в виде сигнальных лампочек и установлен на панели приборов. Цифровой вычислитель автопилота 1 выполнен с программным блоком формирования сигналов нарушения режима (фиг.2), работающим следующим образом. В штатном блоке цифрового вычислителя автопилота 1 вырабатываются сигналы высоты (Н), скорости (V), угловых скоростей ω_x и ω_z. В блоке 7 вырабатывается сигнал суммарной угловой скорости в соответствии с алгоритмом

В блок 8 из блока 1 поступает сигнал высоты полета и суммарной угловой скорости из блока 7. В блоке 8 в соответствии с алгоритмами
Н≥Нmin,
Н≤Нmax,
ω_Σ ≤ C-DH
производится сравнение параметров режима полета с заданными. Результаты сравнения: в виде сигналов типа "ДА-НЕТ" поступает в блок 9.

В блоке 10 по сигналам скорости и высоты полета, поступающим из блока 1, в соответствии с алгоритмами
V≥Vmin,
V≤Vmax,
V≤А+ВН,
Н≤Нmах
производится сравнение параметров режима полета, с заданными. Результаты сравнения в виде сигналов типа "ДА-НЕТ" поступают в блок 9.

Величины Hmin, Hmax, Vmin, Vmax и коэффициентов А, В, С, D задаются из условий проведения диагностики конкретных объектов.

В блоке 9 при наличии хотя бы одного сигнала "НЕТ" вырабатывается сигнал несоответствия режиму полета, поступающий на входы апериодических фильтров 11 и 12, вырабатывающих выходной сигнал в соответствии с алгоритмами

с различными постоянными времени Тф₁ и Тф₂.

Сигналы с выхода блоков 11 и 12 поступают на релейные элементы с зоной нечувствительности 13 и 14. Сигнал с выхода релейного элемента 13, соединенного с выходом блока 11, имеющего меньшую постоянную времени, поступает на вход блока 15, преобразующего его в импульсы, поступающие затем на переключатель 16 и далее на вход цифро-аналогового преобразователя 2, световые 6, звуковые 5 сигнализаторы и регистрирующее устройство диагностической аппаратуры 4.

Сигнал с выхода блока 12, имеющего большую постоянную времени, поступает на релейный элемент 14, выходной сигнал которого управляет переключателем 16, отключая сигнал с автопилота.

Достоверность оценок параметров состояния газопроводов определяется как характеристиками диагностической аппаратуры, так и параметрами движения летательного аппарата. На параметры движения летательного аппарата накладываются достаточно жесткие ограничения по высоте, скорости изменения углового положения. Характер изменения этих величин оказывает существенное влияние на качество полученного изображения (смаза) при движении летательного аппарата.

Для получения допустимого сдвига изображения малоконтрастных деталей он должен составлять не более 0,6 от разрешения в изображении, полученном при отсутствии взаимных перемещений аппаратуры и объектов съемки. На фиг.3, 4 показаны виды допустимых областей изменения скорости полета и суммарной угловой ω_Σ скорости от высоты полета, угловой скорости крена, угловой скорости тангажа, обеспечивающих качественное изображение объекта. На фигурах 3 и 4 по оси абсцисс отложено значение высоты полета, а по оси ординат-скорость полета и значение суммарной угловой скорости летательного аппарата, соответственно. Первой и второй линиями на фиг.3, 4 показаны минимальная, максимальная скорости полета и минимальная, максимальная высота полета, соответственно, а третьей линией показана граница, обеспечивающая получение допустимого смаза изображения. На режимах диагностирования полет должен проходить на небольшой высоте (от 50 до 250 м). Выдерживание заданных параметров полета несколько часов, особенно в условиях турбулентной атмосферы, при ручном пилотировании практически невозможно. Таким образом, на самолете используют автоматическую систему управления, а на отдельных участках полета, в течение ограниченного времени, летчик берет управление на себя, чтобы обеспечить соблюдение заданных параметров полета.

Определение заданных условий полета летчику провести достаточно сложно, поэтому на борту самолета установили устройство определения нарушения условий диагностирования.

Устройство работает следующим образом
Для диагностирования состояния магистральных газопроводов летчик по показаниям системы спутниковой навигации и наземным ориентирам (при их наличии) выводит самолет на начальный пункт маршрута, устанавливает необходимые параметры полета (скорость, высоту, угол курса), включает автопилот и диагностическую аппаратуру.

В случае кратковременного нарушения условий диагностирования сигнал в программном блоке 1 преобразуется в импульсы, поступающие на переключатель и далее на вход последовательно связанных цифро-аналогового преобразователя и усилителя мощности 2 и 3, а затем поступают на световые сигнальные лампы на панели приборов 6, звуковые устройства - наушники системы радиосвязи 5 и на регистрирующее устройство диагностической аппаратуры 4. Летчику подаются импульсные звуковые и световые сигналы, предупреждающие о нарушении условий диагностирования. В случае продолжения нарушения условий диагностирования сигнал, имеющий большую постоянную времени, отключает импульсный элемент 9 и поступает на сигнализаторы 5, 6 и регистрирующее устройство 4.

Летчику подаются непрерывные звуковые и световые сигналы, по которым он принимает решение о переходе на ручное управление, если и после этого сигналы не прекращаются, он принимает решение о прекращении полета. При послеполетной обработке записи от системы диагностирования участки, где нарушались условия его проведения (отмеченные сигналами, выработанными компьютером), анализируются особенно тщательно и принимается решение о необходимости проведения полетов в этом районе.

Использование легкомоторного самолета в качестве носителя диагностической аппаратуры существенно повышает экономичность проведения диагностики состояния газопроводов за счет:
- низкой стоимости летательного аппарата (порядка 1,2 млн.руб);
- низких эксплуатационных расходов (низкая стоимость обслуживания за счет его простоты, малых расходов горючего).

Использование устройства определения условий диагностирования позволяет повысить достоверность полученной информации, оперативно решать вопрос о повторном проведении диагностирования участков газопроводов, где были нарушены условия диагностирования (по решению летчика в полете или результатам послеполетного анализа).

Изобретение относится к области авиации. Самолет включает силовую установку, планер с фюзеляжем, систему управления с автопилотом и диагностическую аппаратуру с регистратором. Самолет снабжен устройством определения нарушения условий диагностирования, звуковым и световым сигнализаторами. Упомянутое устройство выполнено на основе цифрового вычислителя автопилота с программным блоком. Программный блок формирует сигналы нарушения условий диагностирования и связан выходом последовательно через цифро-аналоговый преобразователь с усилителем мощности, который образует выход устройства. При этом устройство своим выходом соединено с входами звукового и светового сигнализаторов и регистратора. Изобретение направлено на повышение оперативности и достоверности диагностики состояния магистральных газопроводов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Самолет для диагностирования состояния магистральных газопроводов, включающий силовую установку, планер с фюзеляжем, снабженным кабиной пилота и багажным отсеком, шасси, систему управления с автопилотом, снабженным цифровым вычислителем, и диагностическую аппаратуру с регистратором, отличающийся тем, что он снабжен устройством определения нарушения условий диагностирования, звуковым и световым сигнализаторами, при этом устройство определения нарушения условий диагностирования своим выходом соединено с входами звукового и светового сигнализаторов и регистратора. 2. Самолет для диагностирования состояния магистральных газопроводов по п. 1, отличающийся тем, что устройство определения нарушения условий диагностирования выполнено на основе цифрового вычислителя автопилота, выполненного с программным блоком, формирующим сигналы нарушения режима диагностирования, связанным выходом последовательно с цифроаналоговым преобразователем и усилителем мощности, образующим выход устройства.