УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ГЕРМОКАБИНЕ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2003 года по МПК B64D13/04 G05D16/20 

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования давления в гермокабине летательного аппарата и может быть использовано в системе кондиционирования воздуха летательного аппарата. Также устройство может применяться в различных отраслях промышленности при необходимости поддержания постоянного давления воздуха.

Известна система регулирования давления воздуха на летательном аппарате по а. с. СССР 900537 от 06.08.80 г., содержащая командный прибор, выпускной клапан - электропневмопереключатель, в котором один вход сообщен с командным прибором, второй вход - с атмосферой, выход - с выпускным клапаном, а привод связан с одним из выходов пускового устройства разгерметизации гермокабины, подключенным также к их приводу заслонки разгерметизации гермокабины и к приводу устройства отключения системы кондиционирования воздуха.

Использование в известной системе пневмогидравлического командного прибора без узлов дублирования определяет недостаточный ресурс работы системы, а также не обеспечивает ограничения скорости изменения давления в гермокабине, что приводит к ухудшению условий работы экипажа и пассажиров.

Известен регулятор давления по а.с. 1003035, содержащий установленный в трубопроводе исполнительный механизм, командный прибор, усилитель с нормально открытым клапаном и нормально закрытым клапаном, сообщенным с трубопроводом, причем выход - электропереключатель с нормально закрытым клапаном, связанным с трубопроводом - соединен с усилителем.

В данном регуляторе использование большого числа тяговых механических узлов и наличие гистерезиса в пневматических чувствительных элементах приводит к значительной статической ошибке регулирования давления, существенным динамическим отклонениям от заданных значений давления и, как следствие, высокой скорости изменения давления в гермокабине, что приводит к ухудшению условий работы экипажа и пассажиров.

Общим недостатком вышеназванных устройств является использование в пневмогидравлического командного прибора без узлов дублирования, что определяет недостаточный ресурс работы системы и не обеспечивает ограничения скорости изменения давления в гермокабине. Вышеуказанные устройства не приспособлены для интеграции в бортовой комплекс электронного оборудования и не обладают средствами автоматического самоконтроля. Не предусмотрена выдача информации о параметрах давления в кабине и о состоянии вышеуказанных устройств в бортовые системы верхнего уровня.

Известно устройство для регулирования давления а.с. 1674075 от 30.12.88, содержащее газовую магистраль с регулятором расхода газа, первый датчик давления, датчик температуры, подключенный к входу блока измерения температуры, блок управления, первый выход которого соединен с входом задатчика временных импульсов, формирователь управляющих команд, выходом подключенный к первому управляющему входу регулятора расхода газа, второй управляющий вход которого соединен со вторым выходом блока управления и последовательно соединенные преобразователь напряжения и аналогово-цифровой преобразователь.

Это устройство, наиболее близкое к предлагаемому, как и предыдущие, не приспособлено для интеграции в бортовой комплекс электронного оборудования и не обладает средствами автоматического самоконтроля, а также не предусмотрена выдача информации о параметрах давления в кабине и о состоянии известного регулятора в бортовые системы верхнего уровня. Использование в устройстве для реализации управляющего алгоритма заранее вычисленных усредненных коэффициентов аппроксимации не обеспечивает высокой точности регулирования при наличии технологических допусков изготовления и эксплуатационного износа. Использование баллонов со сжатым воздухом, ресиверной емкости, регулятора расхода с установленными дросселирующими элементами приводит к увеличению массы и объема, а также снижает общую надежность устройства.

Целью изобретения является повышение надежности устройства регулирования давления, интеграция устройства в радиоэлектронный комплекс бортовой аппаратуры и улучшение качества регулирования давления в гермокабине.

Для достижения указанной цели в устройство регулирования давления воздуха в гермокабине летательного аппарата, содержащее проточную часть, рабочий орган, выполненный в виде заслонки, управляемый приводной системой с электродвигателем, устройство обратной связи по положению рабочего органа, блок датчиков давления с чувствительными элементами абсолютного и избыточного давления в гермокабине, арбитр, связанный с приводной системой и узлами контроля исправности, введены резервный канал, соединенный с обоими чувствительными элементами блока датчиков давления, с узлом контроля исправности и с арбитром, два контроллера мультиплексного канала информационного обмена, два интеллектуальных канала, связанных друг с другом через служебный канал информационного обмена, причем каждый интеллектуальный канал связан с рабочим органом через устройство обратной связи по положению рабочего органа, с обоими чувствительными элементами блока датчиков давления, с узлом контроля исправности, с арбитром и при помощи контроллера мультиплексного канала информационного обмена через мультиплексный канал информационного обмена - с бортовыми системами верхнего уровня, а также приводная система дополнительно снабжена вторым электродвигателем, а устройство обратной связи по положению рабочего органа состоит из двух каналов обратной связи, соединенных по входу с рабочим органом, а по выходу подключенных к интеллектуальному каналу.

На чертеже схематично показано предлагаемое устройство. Устройство состоит из проточной части 1, обеспечивающей регулируемый расход воздуха из гермокабины в отсек сброса воздуха, рабочего органа 2, выполненного в виде заслонки, изменяющего проходное сечение проточной части 1, приводной системы 3, состоящей из двух электроприводов 4, 5 и связанной с рабочим органом 2. Рабочий орган 2 также связан с входами двух каналов обратной связи 6, 7 в составе устройства обратной связи по положению рабочего органа 8, блока датчиков давления 9, состоящего из чувствительного элемента 10, предназначенного для измерения абсолютного давления в гермокабине, и чувствительного элемента 11, предназначенного для измерения избыточного давления гермокабины, резервного канала 12, связанного с обоими чувствительными элементами 10, 11, с узлом контроля исправности 13 и арбитром 14, двух интеллектуальных каналов 15, 16, на вход каждого из которых поступает информация от соответствующего канала обратной связи 6, 7, информация от блока датчиков давления 9 об абсолютном и избыточном давлении в гермокабине и при помощи соответствующего контроллера мультиплексного канала информационного обмена 17, 18 через мультиплексный канал информационного обмена 19 - информация от систем верхнего уровня 20 о забортном атмосферном давлении. Интеллектуальные каналы 15, 16 обмениваются информацией между собой при помощи служебного канала информационного обмена 21. С выходов интеллектуальных каналов 15, 16 и резервного канала 12 выдаются команды управления в арбитр 14 и тестовые сигналы в соответствующие узлы контроля исправности 13, 22 и 23.

Устройство для регулирования давления работает следующим образом. Воздух с уровнем давления в отсеке сброса воздуха Р_H и воздух с уровнем давления в гермокабине Р_K поступают в чувствительный элемент 11 для измерения избыточного давления в кабине. Воздух с уровнем давления в гермокабине Рк также поступает в чувствительный элемент 10 для измерения абсолютного давления в гермокабине. Давление воздуха в сообщающемся с атмосферой отсеке сброса воздуха незначительно отличается от забортного атмосферного давления Р_ATM. Блок датчиков давления 9 преобразует уровни давления Р_H и Р_K в электрический информационный сигнал об уровне давления в гермокабине Р_K и в электрический информационный сигнал об уровне избыточного давления гермокабины ΔР_KH, равного разности абсолютных давлений в гермокабине и в отсеке сброса.

ΔР_KH=P_к-P_н.

Сигналы об уровнях ΔР_KH и Р_K транслируются параллельно в резервный канал (РК) 12 и в два дублирующих интеллектуальных канала (ИК) 15, 16.

На основании информации о текущих значениях абсолютного давления Р_K и избыточного давления ΔР_KH в гермокабине, получаемых от блока датчиков давления 9, информации о величине проходного сечения F проточной части 1, получаемой от соответствующего канала устройства обратной связи по положению рабочего органа 8 и информации о величине забортного атмосферного давления Р_ATM, получаемой каждым из ПК 15, 16 из бортовых систем верхнего уровня 20 по мультиплексному каналу информационного обмена (МКИО) 19 с помощью соответствующего контроллера МКИО 17 или 18, каждый из ИК 15, 16 независимо друг от друга вычисляет текущий расход G через проточную часть 1 как функцию
G=f(Р_K, ΔР_KH, F, Т_K),
где Т_K - температура воздуха в гермокабине.

Температура Т_K для гермокабины является параметром, относительное изменение величины которого в предложенном устройстве является незначительным, поэтому для предложенного устройства Т_K принята равной усредненной константе. Таким образом, в предложенном устройстве расход воздуха из гермокабины через проточную часть 1 вычисляется обоими ИК как функция от трех изменяющихся параметров
G=f(P_K, ΔP_KH, F)
Оба ИК независимо друг от друга по двум последовательно измеренным за интервал времени Δt значениям абсолютного давления в гермокабине Р_K(i-1) и Р_K(i) и вычисленному значению расхода из гермокабины G вычисляют текущий расход воздуха, подаваемого в гермокабину G_ПОД, как
G_ПОД=G+[(P_K(i-1)-P_K(i))V/(ΔtRT)],
где R - универсальная газовая постоянная, V - объем гермокабины.

По полученной от систем верхнего уровня 20 информации о величине забортного атмосферного давления Р_ATM ИК 15, 16 вычисляют требуемое абсолютное давление в гермокабине Р_Kтреб, а по значениям Р_Kтреб, Р_Н и G_ПОД вычисляют требуемую величину проходного сечения проточной части 1 и оценивают непревышение предельной скорости изменения давления в гермокабине, после чего ИК 15, 16 выдают команды управления одновременно обоими электроприводами 4, 5 приводной системой 3 в соответствии с принятым законом регулирования давления. РК 12 по сигналам от блока датчиков давления 9 также выдает команды управления приводной системой 3. Арбитр 14 по информации о работоспособности ИК 15, 16 и РК 12, получаемой с помощью соответствующих узлов контроля исправности 13, 22 и 23, выбирает один ведущий на данный момент канал и преобразует его команды управления в сигналы управления электроприводами 4, 5.

Использование в качестве ИК 15, 16 цифровых устройств повышает качество регулирования давления в гермокабине.

При отказе электропривода 4 или 5 приводная система 3 обеспечивает требуемое для перемещения рабочего органа 2 усилие с помощью исправного электропривода 5 или 4 соответственно.

При отказе соответствующего канала обратной связи 6 или 7 и/или отказе узлов обработки информации в составе ИК 15 или ИК 16 от блока датчиков давления 9, и/или отказе соответствующего контроллера МКИО 17 или 18, т.е. при отсутствии полностью или частично необходимой для работы такого ИК информации о давлениях Р_K, ΔР_KH, Р_АТМ и проходном сечении F, такой ИК 15 или ИК 16 получает недостающую информацию об этих параметрах от ИК 16 или ИК 15 соответственно через служебный канал информационного обмена 21.

Так как давление Р_H в связанном с атмосферой отсеке сброса воздуха незначительно отличается от Р_ATM, то при отказе чувствительного элемента 10 ИК 15, 16 обеспечивают косвенное вычисление давления Р_K по сумме известных ΔР_KH и Р_АТМ:
Р_K≈Р_АТМ+ΔР_KH.

При этом выполняется заданный закон регулирования давления. При отказе по выдаче системами верхнего уровня 20 информации об атмосферном давлении Р_ATM ИК 15, 16 обеспечивают косвенное вычисление Р_ATM по разнице между Р_K и ΔР_KH:
Р_АТМ≈Р_K-ΔР_KH.

При этом выполняется заданный закон регулирования. Отказ чувствительного элемента 11 не требует косвенного вычисления избыточного давления ΔР_KH, т.к. этот параметр непосредственно не используется в предложенном устройстве.

При одновременном отказе ИК 15 и 16 узлы контроля исправности 22, 23 выдают соответствующие сигналы в арбитр 14, а РК 12 при исправности чувствительных элементов 10 и 11 поддерживает заранее заданное избыточное давление в гермокабине в зависимости от давления в отсеке сброса воздуха путем выдачи команд управления приводной системой 3 через арбитр 14.

Устройство регулирования давления при помощи РК 12 и арбитра 14 обеспечивает автоматическое перекрытие выхода воздуха из гермокабины при одновременном отказе обоих ИК 15, 16, одновременном с этим отказе одного из чувствительных элементов 10, 11 и/или одновременном с этим отказе одного из электродвигателей 4, 5.

При одновременном отказе чувствительных элементов 10 и 11 РК 12 и каждый исправный в данный момент ПК 15, 16 выдает в арбитр 14 команду на полное закрытие рабочего органа 2, при этом постоянное избыточное давление в гермокабине должно обеспечиваться внешними по отношению к предложенному устройству агрегатами, например аварийным предохранительным клапаном в составе системы кондиционирования воздуха.

ИК 15, 16 реализуют функции оконечного устройства МКИО 19 с бортовыми системами верхнего уровня 20, при этом каждый ИК выдает в системы верхнего уровня 20 через МКИО 19 информацию о состоянии самого предложенного устройства и информацию о давлении в гермокабине и в отсеке сброса воздуха и принимает от систем верхнего уровня 20 информацию, необходимую для обеспечения заданного закона регулирования давления. Узлы контроля исправности 13, 22 и 23 обеспечивают автоматический непрерывный контроль предложенного устройства с последующей выдачей сигналов о результатах контроля в арбитр 14 и в ИК 15, 16. Выдача в системы верхнего уровня 20 информации о результатах контроля производится ИК 15, 16.

При полном отказе связи обоих ИК 15, 16 с системами верхнего уровня 20 устройство переходит в автономный режим работы, что не влияет на качество регулирования давления в гермокабине.

Таким образом, перекрестное дублирование по информационным сигналам для обоих ИК и по управляющим сигналам от ИК через арбитр к приводной системе приводит к повышению общей надежности устройства, а отказ любого узла в устройстве регулирования давления в гермокабине летательного аппарата и несовпадающие одновременно для разных ИК отказы различных узлов не приводит к отказу предложенного устройства.

Предложенное устройство имеет интегрированные в одном корпусе все узлы, необходимые для выполнения заданного закона регулирования давления. Каждый из ИК способен автономно обеспечить заданный алгоритм регулирования давления. Полный отказ одного из ИК не приводит к отказу предложенного устройства.

Таким образом, отличительные признаки предложенного устройства обеспечивают повышение надежности устройства регулирования давления в гермокабине летательного аппарата, улучшают качество регулирования давления в гермокабине и обеспечивают интеграцию устройства в радиоэлектронный комплекс бортовой аппаратуры.

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования и может быть использовано в системе кондиционирования воздуха летательного аппарата. Устройство регулирования давления воздуха в гермокабине содержит заслонку, управляемую электродвигателем, устройство обратной связи по положению заслонки, блок датчиков давления, интеллектуальные каналы для вычисления требуемого давления в гермокабине, узел контроля исправности каналов, арбитр для выбора ведущего канала, резервный канал, контроллеры мультиплексного канала информационного обмена с бортовыми системами. Изобретение позволяет повысить надежность системы регулирования давления, а также улучшить качество регулирования. 1 ил.

Устройство регулирования давления воздуха в гермокабине летательного аппарата, содержащее проточную часть, рабочий орган в виде заслонки, управляемый приводной системой с электродвигателем, устройство обратной связи по положению рабочего органа, блок датчиков давления с чувствительными элементами, арбитр, связанный с приводной системой и узлами контроля исправности, отличающееся тем, что введены резервный канал, соединенный с обоими чувствительными элементами блока датчиков давления, с узлом контроля исправности и с арбитром, два контроллера мультиплексного канала информационного обмена, два интеллектуальных канала, связанных друг с другом через служебный канал информационного обмена, причем каждый интеллектуальный канал связан с рабочим органом через устройство обратной связи по положению рабочего органа, с обоими чувствительными элементами блока датчиков давления, с узлом контроля исправности, с арбитром и при помощи контроллера мультиплексного канала информационного обмена через мультиплексный канал информационного обмена - с бортовыми системами верхнего уровня, а также приводная система дополнительно снабжена вторым электродвигателем, а устройство обратной связи по положению рабочего органа состоит из двух каналов обратной связи, соединенных по входу с рабочим органом, а по выходу подключенных к интеллектуальному каналу.