СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗОЛИРОВАНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ПРИ ЗАМЕРЕ ДАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ВОЗДУШНЫХ СИГНАЛОВ С НЕВЫСТУПАЮЩИМИ ПРИЕМНИКАМИ ДАВЛЕНИЯ (FADS) Российский патент 2013 года по МПК G01P13/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к авиационной технике, в частности к области системы замера давления системы воздушных сигналов с невыступающими приемниками давления (FADS), используемой в космических аппаратах. Настоящее изобретение, точнее говоря, относится к системе и способу для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях для отбора давления и датчиках давления системы измерения давления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы измерения давления, используемые системами воздушных сигналов с невыступающими приемниками давления (FADS) космических аппаратов, высокоскоростных летательных аппаратов и межпланетных зондов, обычно состоят из отверстий для отбора давления, пневматического трубопровода и датчиков давления. Датчики давления измеряют давление воздуха на поверхности от отверстий для отбора давления и обеспечения ввода данных по давлению в процессор FADS, который, в свою очередь, генерирует параметры воздушных данных, таких как угол атаки, угол скольжения, число Маха, и динамическое давление. Эти параметры воздушных данных являются критическими для системы наведения и управления аппаратом для управления в реальном времени и ослабления нагрузки от порыва ветра, для защиты систем аппарата от аэродинамического нагрева, для осуществления планирования производительности и для направления аппарата по желаемой траектории. Следовательно, необходимо поддерживать точность этих измерений давления для управления аппаратами.

Однако, при измерениях давления могут возникнуть неточности, в результате неисправностей в датчиках давления, или из-за закупоривания отверстий для отбора давления, вызванного обледенением или инородными частицами. Закупоренные отверстия для отбора давления и неисправные датчики давления порождают значительные отклонения расчетных параметров воздушных данных от их истинных значений, что может, в конечном счете, привести к потере управляемости и неисправности полета аппарата. Комиссия по расследованию инцидентов, изучающая причины катастрофы экспериментального летательного аппарата X-31 НАСА, произошедшей 19 января 1995 г., обнаружила, что накопление льда в или на ненагретой системе полного и статического давления летательного аппарата привело к подаче ложной информации о воздушной скорости на вычислитель управления полетом. Это привело к ложным показаниям о всех данных воздушного давления и вызвало неправильную автоматическую настройку системы управления полета летательного аппарата на снижение скорости. Летательный аппарат внезапно начал вибрировать по всем осям, у него задрался нос на угол атаки более 90 градусов, что привело к его выходу из-под контроля и крушению.

Более того, существует несколько других отчетов о закупоривании отверстий для отбора давления системы воздушных сигналов насекомыми или из-за охлаждения захваченной воды в пневматическом трубопроводе в ходе полета. Эти случаи могут поднять вопрос о вероятности взлета при ошибочных показаниях о воздушной скорости полета и о вероятности неадекватных действий экипажа, что приводит к высокоскоростному прерыванию взлета или к потере ориентированности в обстановке полета. Поэтому, часто бывает необходимо удалять закупоренные отверстия для отбора давления и/или поврежденные датчики из расчетов FADS для повышения точности и надежности оценки параметров воздушных данных FADS в космических аппаратах.

В стандартных технологиях обнаружения неисправностей и их изолирования (FDI) используются алгоритмы искусственного интеллекта, такие как нейронная сеть для идентификации закупоренных отверстий для отбора давления, которые являются непрямыми и сложными способами, в которых использованы инверсные модели. В таких существующих системах либо один, либо два датчика давления соединены с одним отверстием для отбора давления, что вызывает сложность при отделении закупорок отверстий от неисправностей датчиков давления. Кроме того, подача питания на один или два датчика осуществляют с использованием одного источника электропитания, что наносит ущерб всему измерению давления при возникновении отказов в системе питания.

В Патенте США № 7257470 описан способ изолирования неисправностей и устройство для системы воздушных сигналов на основе искусственного интеллекта, характерное для системы воздушных сигналов на основе искусственного интеллекта. Такой способ является инверсным способом, для которого требуются как многочисленные нейронные сети, так и множество отверстий для отбора давления. Способ в основном зависит от входных параметров FADS для обнаружения неисправностей в отверстиях для отбора давления, и, таким образом, для него требуется инверсная модель для решения проблемы неисправностей при измерении давления. Такая вычислений на основе инверсной модели требует выходного сигнала оценки давления на каждом отверстии для отбора давления в FADS, что приводит к вычислительно сложному и дорогому процессу.

В Патенте Великобритании № 2432914A описано обнаружение неисправностей в системе воздушных сигналов на основе искусственного интеллекта, которое также характерно для системы воздушных сигналов на основе искусственного интеллекта. В этом способе также используют большое количество нейронных сетей для генерирования воздушных данных и обнаружения неисправностей датчиков давления. Основным недостатком систем согласно уровню техники является то, что они опираются на инверсную модель для оценки значений давления в отверстиях для отбора давления, что осложняет обнаружение неисправностей и их изоляцию (FDI). Также существующие системы требуют широкой проверки достоверности статистических характеристик, таких как дисперсия остаточных давлений.

Что касается стандартных способов, многочисленные нейронные сети используются для достижения генерирования воздушных данных и обнаружения неисправностей в отверстиях для отбора давления в системе измерения давления космических аппаратов. Однако, эти способы относятся к инверсной модели для обнаружения неисправностей, которая является очень сложной и вызывает затруднения для реализации обработки на FADS. Для преодоления вышеуказанных недостатков известных технических решений, требуется модель FDI со сниженной вычислительной нагрузкой и пригодностью с точки зрения применения на борту. Поэтому, существенно важным является обеспечение усовершенствованной системы и способа для обнаружения и изолирования недостатков в отверстиях для отбора давления и датчиках давления в системе измерения давления.

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение системы для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях для отбора давления и датчиках давления системы измерения давления, что повышает точность и надежность оценки давления FADS.

Другие задачи настоящего изобретения состоят в обеспечении системы для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях для отбора давления и датчиках давления системы измерения давления, которая достигает точного и надежного генерирования воздушных данных, что требуется для управления космическим аппаратом в реальном времени.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях для отбора давления и датчиках давления системы измерения давления, которая является прямой, простой, точной и обладающей защитой от неосторожного или неправильного обращения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному аспекту, настоящее изобретение, которое достигает своих целей, относится к системе для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях для отбора давления и датчиках давления системы измерения давления, содержащей набор отверстий для отбора давления, смонтированных заподлицо на носовом обтекателе космического аппарата в форме креста. Три датчика давления соединяют с каждым отверстием для отбора давления через пневматические трубы, для измерения давления на поверхности от отверстий для отбора давления. Отдельные блоки электропитания соединяют с тремя датчиками давления для подачи питания на датчики давления у каждого отверстия для отбора давления. Блок обработки сконфигурирован для сбора входных сигналов напряжения, соответствующих измеренному давлению на поверхности, полученных с датчиков давления. Блок обработки выполняет один или несколько уровней проверки неисправностей для обнаружения и изолирования отказов датчиков давления и закупоривания отверстий для отбора давления на основании входных сигналов напряжения. Таким образом, можно повысить точность и надежность оценки давления системой FADS.

Согласно другому аспекту, настоящее изобретение, которое достигает своих целей, относится к способу для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях для отбора давления и датчиков давления системы измерения давления, включающему в себя: различение связанных с закупориванием неисправностей отверстий для отбора давления, от отказов датчиков давления путем перекрестного сравнения давлений на поверхности, измеренных у отверстий для отбора давления. При этом, определяют, находятся ли измеренные давления на поверхности в пределах желаемого диапазона грубого уровня в каждый конкретный момент фазы полета. Постоянное давление и скорость изменения на измеренных давления на поверхности проверяют для идентификации полного или частичного закупоривания в отверстиях для отбора давления и внезапных отказов на датчиках давления. Структурированные наборы оценок угла атаки и угла бокового скольжения генерируют из предварительно заданных комбинаций отверстий для отбора давления, расположенных вдоль вертикальных и горизонтальных меридианов переднего обтекателя аппарата. Неисправности в отверстиях для отбора давления и датчиках давления по вертикальным и горизонтальным меридианам обнаруживают и локализуют на основании структурных наборов оценок угла атаки и угла бокового скольжения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение далее будет обсуждаться более подробно со ссылкой на прилагаемые фигуры.

ФИГ. 1 показывает систему для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях для отбора данных и датчиках давления системы измерения давления, в соответствии с примерным вариантом воплощения настоящего изобретения;

ФИГ. 2 иллюстрирует график, построенный между осями давления в отверстиях и числом Маха, в соответствии с принципами настоящего изобретения;

ФИГ. 3 иллюстрирует конфигурацию и схему нумерации отверстий для отбора давления, в соответствии с принципами настоящего изобретения; и

ФИГ. 4 иллюстрирует схему последовательности операций способа для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях для отбора давления и датчиках давления системы измерения давления, в соответствии с примерным вариантом воплощения настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обратимся теперь к ФИГ. 1, где проиллюстрирована система для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях 2 для отбора давления и датчиках 3 давления системы измерения давления, в соответствии с примерным вариантом воплощения настоящего изобретения. Такая система обнаруживает закупоренные отверстия 2 для отбора давления и неисправные датчики 3 давления в космических аппаратах. Система в качестве основных компонентов, наряду с другими компонентами, содержит девять отверстий 2 для отбора давления, пневматический трубопровод 4 и процессор 10 системы воздушных сигналов с невыступающими приемниками давления (FADS). Каждое из девяти отверстий 2 для отбора давления снабжено тремя датчиками 3 абсолютного давления, т.е., всего двадцатью семью датчиками давления в системе, для проведения измерений давления.

Отверстия 2 для отбора давления расположены в виде креста на носовом обтекателе 1 аппарата. Каждое отверстие 2 для отбора давления соединено с тремя датчиками давления 3 посредством системы пневматических трубопроводов 4. Один конец пневматической трубы 4 соединен с отверстиями 2 для отбора давления с использованием адаптера 5, тогда как другой конец соединен с датчиками 3 давления, закрепленными на стыковочном кронштейне 6. Пневматическая труба 4 «Инконель» должна обладать внутренним диаметром 1,75 мм, внешним диаметром 3,175 мм и длиной 600 +/-50 мм, чтобы соответствовать требованиям частотной характеристики собственной частоты более 50 Гц и постоянной времени затухания менее 20 миллисекунд при функционировании системы FADS в рабочем режиме полета.

Датчики 3 давления монтируют в одной сборке для измерения давления, а также для обеспечения возможности отделения отказов датчиков от отказов, связанных с закупориванием отверстий для отбора давления. Датчики 3 давления могут измерять давление на поверхности из отверстий 2 для отбора давления и выводить аналоговые входные сигналы напряжения на процессор 10 FADS аппарата, на основании давления на поверхности, измеренного из отверстий 2 для отбора давления. Три независимых источника электропитания 7, 8 и 9 используют, соответственно, для подачи питания на три датчика 3 давления у отверстий 2 для отбора давления, что позволяет предотвратить потери всех данных на отверстиях 2 для отбора давления, вызываемые отказом одного источника электропитания.

Кроме того, аналоговые напряжения от датчиков давления 3 попадают в процессор 10 цифровой обработки сигналов, работающий при тактовой частоте 32 МГц, через стыковочный кронштейн 6. 27 показаний давления, полученные в форме аналоговых напряжений, оцифровывают с использованием аналогово-цифрового преобразователя внутри процессора 10 FADS. Измерения давления принимаются процессором 10 FADS со скоростью 27 показаний давления за 25 миллисекунд. Точность датчиков давления 3 и аналогово-цифрового преобразователя подбирают таким образом, чтобы общая точность при измерении давления составляла более 100 паскалей. Впоследствии, осуществляют четыре уровня проверки неисправностей, с использованием этих показаний давления с датчиков 3 давления для обнаружения отказов датчиков 3 давления и/или закупоривания отверстий 2 для отбора давления.

Обратимся теперь к ФИГ. 4, где проиллюстрирована схема последовательности операций способа для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях 2 для отбора давления и датчиках давления 3 системы измерения давления, в соответствии с примерным вариантом воплощения настоящего изобретения. В способе обнаружения и изолирования неисправностей (FDI) использованы четыре уровня проверки неисправностей в отверстиях 2 для отбора давления и датчиках 3 давления. На первом уровне, проверку согласно FDI осуществляют как проверку логики тройного модульного резервирования (Triple Modular Redundant, TMR) по датчикам 3 давления у каждого отверстия 2 для отбора давления, как проиллюстрировано на этапе 405. Каждое отверстие 2 для отбора давления снабжено тремя датчиками 3 абсолютного давления, которые измеряют давление на поверхности в местоположении конкретного отверстия для отбора давления. Поскольку подачу питания на три датчика 3 давления осуществляют с использованием трех независимых источников электропитания 7, 8 и 9, отказ одного источника электропитания не сказывается на измерении давления.

В условиях безотказной работы датчиков 3 давления, все три показания давления на отверстиях 2 для отбора давления должны быть совпадать в пределах порогового значения. Отказ датчиков 3 давления может быть обнаружен путем перекрестного сравнения (TMR-логики) трех показаний давления на отверстии 2 для отбора давления. Эту процедуру следует выполнять для всех девяти отверстий 2 для отбора давления, как описано на этапе 410. При обнаружении отказа любого датчика давления, отказавший датчик 3 можно исключить из вычислений FADS, как показано на этапах 415 и 440. Однако, эта проверка логики TMR не может обнаружить полностью или частично закупоренные отверстия 2 для отбора давления или одновременный отказ двух датчиков 3 давления у отверстия 2 для отбора давления. Следовательно, следующий уровень проверки, а именно, проверку достоверности диапазона осуществляют на выполненных показаниях давления.

На втором уровне выполняют проверку достоверности диапазона для определения того, находятся ли измеренные давления, на очень грубом уровне, в пределах ожидаемого диапазона в конкретный момент фазы полета, как указано на этапе 420. На основании ожидаемых значений давления в космическом аппарате, как показано на ФИГ. 2, где отображен график, построенный между осью давления в отверстии и осью чисел Маха, для значений давлений около числа Маха равного 2, зафиксированы пороговые уровни 50000 Па и 2500 Па, т.е., иначе говоря, область, в которой число Маха составляет > 2, должна иметь значение <50000 паскаль, тогда как для области, где число Маха составляет <2, давления должны составлять >2500 Па, из чего следует вывод, что если значения давлений на соответствующих отверстиях 2 находятся за пределами этого диапазона, то отверстия 2 полностью закупорены. При обнаружении любом отказе датчика или отверстия для отбора давления путем проверки достоверности диапазона, отказавший датчик 3 или отверстие 2 можно исключить из вычислений системы FADS, как показано на этапах 425 и 440.

Согласно третьему уровню, проверку динамических характеристик осуществляют по измеренным давлениям, что включает в себя проверку постоянного давления и проверку скорости изменения, как проиллюстрировано на этапе 430. При проверке постоянного давления, запись показания самого высокого и самого низкого давления на каждом отверстии для отбора давления 2 осуществляют в течение продолжительности закупоривания отверстия каждые 100 секунд. Если разность между показаниями самого высокого и самого низкого давления во время любого закупоривания составляет менее чем указанный порог (типичное значение составляет <100 паскаль), то данное конкретное отверстие 2 исключают из вычислений FADS, как описано на этапах 435 и 440. Эту проверку постоянного давления следует отключать при полетах на крейсерском режиме. Аналогично, при проверке скорости изменения, определяют, изменилось ли показание на отверстии 2 для отбора давления более чем на пороговую величину (типичное значение - 5000 паскаль) в течение одного вычислительного цикла обновления данных, составляющего 25 миллисекунд. Если изменилось, то это отверстие 2 для отбора давления исключают из системы вычислений FADS. Проверка постоянного давления, наряду с проверкой скорости изменения, может облегчить идентификацию полностью или частично закупоренных отверстий 2 для отбора давления и внезапных отказов, возникающих в датчиках 3 давления.

Наконец, осуществляют четвертый уровень проверки на основе генерирования структурированных наборов оценок угла атаки и угла бокового скольжения. Неисправности в отверстиях 2 для отбора давления или в датчиках 3 давления в FADS вызывают отклонение оценок угла атаки и угла бокового скольжения в пределах «структурированного набора». Эти структурированные наборы генерируются из предварительно заданных сочетаний отверстий 2 для отбора давления, расположенных вдоль вертикального и горизонтального меридиана носового обтекателя 1 FADS аппарата. Неисправности в отверстиях для отбора давления 2 или в датчиках 3 давления, расположенных вдоль вертикального меридиана, обнаруживают и локализуют с использованием оценок угла атаки, тогда как неисправности в отверстиях 2 для отбора давления или в датчиках 3 давления, расположенных вдоль горизонтального меридиана, обнаруживают и изолируют с использованием оценок угла бокового скольжения.

Более того, геометрия отверстия для отбора давления типичной системы для алгоритма FDI показана на ФИГ. 3, где описана геометрия и схема нумерации отверстий 2 для отбора давления, в соответствии с принципами настоящего изобретения. С учетом данной системы, девять отверстий 2 для отбора давления расположены в виде креста вдоль вертикального и горизонтального меридианов. Отверстия 2 для отбора давления вдоль вертикального меридиана пронумерованы как 1, 2, 5, 8 и 9. Остальные четыре отверстия 2 для отбора давления вдоль горизонтального меридиана пронумерованы как 3, 4, 6 и 7.

Отказ отверстий 2 для отбора давления или датчиков 3 давления вдоль вертикального меридиана, т.е., отказ отверстий, пронумерованных как 1, 2, 5, 8 и 9, идентифицируют, с использованием структурированного набора оценок угла атаки, как описано на этапе 445. Структурированный набор состоит из десяти оценок угла атаки, где каждая оценка угла атаки формируется от трех отверстий 2 для отбора давления. Структурированный набор 1 из десяти оценок угла атаки, полученный с использованием отверстий 2 для отбора давления вдоль вертикального меридиана показан в Таблице 1. Обнаружение неисправностей в отверстиях 2 для отбора давления и/или датчиках 3 давления в вертикальном меридиане осуществляют путем проверки разброса резко выделяющихся значений от медианы структурированного набора.

При данной FDI-проверке отверстий, лежащих на вертикальном меридиане, десять оценок угла атаки из структурированного набора, показанные в Таблице 1, расположены в порядке возрастания или в порядке убывания, чтобы можно было найти медиану десяти оценок угла атаки. Если общее количество оценок является четным числом, то медианой является средняя величина двух центральных значений структурированного набора. Затем, идентифицируют резко выделяющееся значение во всем структурированном наборе путем нахождения оценки угла атаки, которая расположена дальше всего от медианы. Затем находят разность между значением оценки угла резко выделяющегося значения и медианой.

Набор 1

Таблица 1
Структурированный набор 1 оценок угла атаки для изолирования неисправностей вертикальных отверстий для отбора давления Угол атаки оценка № Отверстия, по данным о которых формируется оценка 1 1,2,5 2 1,2,8 3 1,2,9 4 1,5,8 5 1,5,9 6 1,8,9 7 2,5,8 8 2,5,9 9 2,8,9 10 5,8,9

Если разность в величине между резко выделяющимся значением и медианой находится в пределах порога, то все пять отверстий вдоль вертикального меридиана исправны. Если разность между резко выделяющимся значением и медианой больше заданного порога, то неисправно одно из трех отверстий, которые дают резко выделяющееся значение. Эти три отверстия идентифицируются как находящиеся в перечне неисправных отверстий, при этом остальные два отверстия, расположенные на вертикальном меридиане, исправны. Затем формируют второй набор из трех структурированных оценок, с использованием этих двух исправных отверстий и каждого одного отверстия из перечня неисправных отверстий. Наконец, вне этого второго структурированного набора, две оценки могут совпадать в рамках порога, а отверстие, резко выбивающееся из второго структурированного набора, взятого из перечня неисправных отверстий, объявляется как неисправное. Если обнаруживается отказ какого-либо отверстия, расположенного на вертикальном меридиане, то данные по отказавшему отверстию исключаются из вычислений, как показано на этапах 450 и 465.

Аналогично, отказ остальных четырех отверстий 2 для отбора давления или датчиков 3 вдоль горизонтального меридиана, т.е., отказ отверстий, пронумерованных как 3, 4, 6 и 7, идентифицируют с использованием структурированного набора оценок угла бокового скольжения, как проиллюстрировано на этапе 455. Структурированный набор состоит из четырех наборов, каждый из которых содержит десять оценок угла бокового скольжения, где каждая оценка образована из данных по трем отверстиям 2 для отбора давления. Сочетания из трех отверстий в каждом из четырех структурированных наборов, указанных выше, выбирают таким образом, чтобы они удовлетворяли условиям, при которых все десять оценок в структурированном наборе имеют, по меньшей мере, одно отверстие вне вертикального меридиана на горизонтальном, общем для них, а, по меньшей мере, два из отверстий 2 в оценке угла бокового скольжения образованы из отверстий 2, расположенных на вертикальном меридиане.

В дополнение, каждый из четырех структурированных наборов (наборы 2 - 5) содержат десять оценок углов бокового скольжения, а отверстия 2 для отбора давления, из которых они образованы, приведены в Таблице 2. Неисправности в отверстиях 2 для отбора давления и/или в датчиках 3 давления, расположенных на горизонтальном меридиане, обнаруживают путем проверки абсолютной величины медианы из структурированного набора. При данной FDI-проверке отверстий на горизонтальном меридиане, операцию выполняют на одном наборе оценок угла бокового скольжения, показанных в Таблице 2, за раз. Оценки угла бокового скольжения расположены в порядке возрастания или в порядке убывания, и тогда определяют медиану из десяти оценок угла бокового скольжения. Если общее количество оценок представляет собой четное число, то медиана является средним от двух центральных значений структурированного набора.

Таблица 2
Структурированные наборы 2-5 оценок угла бокового скольжения для изолирования неисправностей горизонтальных отверстий для отбора давления Набор 2 Угол бокового скольжения
Оценка № Отверстия, по данным о которых формируется оценка 1 1,3,9 2 2,3,9 3 5,3,9 4 5,3,8 5 5,3,2 6 5,3,1 7 1,3,2 8 9,3,8 9 2,3,8 10 1,3,8 Набор 3 Угол бокового скольжения
Оценка № Отверстия, по данным о которых формируется оценка 11 1,7,9 12 2,7,9 13 5,7,9

14 5,7,8 15 5,7,2 16 5,7,1 17 1,7,2 18 9,7,8 19 2,7,8 20 1,7,8 Набор 4 Угол бокового скольжения
Оценка № Отверстия, по данным о которых формируется оценка 11 1,4,9 22 2,4,9 23 5,4,9 24 5,4,8 25 5,4,2 26 5,4,1 27 1,4,2 28 9,4,8 29 2,4,8 30 1,4,8 Набор 5 Угол бокового скольжения
Оценка № Отверстия, по данным о которых формируется оценка 31 1,6,9 32 2,6,9 33 5,6,9 34 5,6,8 35 5,6,2 36 5,6,1 37 1,6,2 38 9,6,8 39 2,6,8 40 1,6,8

Затем можно выполнить проверку того, является ли абсолютная величина идентифицированной медианы меньшей, чем заданный порог. Если абсолютная величина идентифицированной медианы меньше заданного порога, то отверстие, общее для десяти оценок угла бокового скольжения, в заданном структурированном наборе является исправным. При этом, если абсолютная величина идентифицированной медианы больше, чем заданный порог, то отверстие, общее для десяти оценок угла бокового скольжения, в заданном структурированном наборе является неисправным. Вышеуказанные этапы повторяют для всех четырех структурированных наборов для обнаружения и изолирования любого неисправного отверстия 2 и/или датчика 3 давления на горизонтальном меридиане. Как только в структурном наборе обнаружена неисправность, сразу осуществляют изолирование неисправного отверстия или датчика через логическое рассуждение, как указывалось на этапах 460 и 465. Затем, как описывалось на этапе 470, вышеуказанные процессы повторяют в течение следующего цикла вычислений FADS.

Например, предположим, что идентифицированное резко выделяющееся значение представляет собой оценку номер 5 в Таблице 1, которая является иллюстративным примером для обнаружения неисправности отверстий в вертикальном меридиане. Поскольку эта оценка была получена с использованием отверстий номер 1, 5 и 9, эти отверстия находятся в перечне неисправностей, что означает, что отверстия номер 2 и 8 исправны. Затем, формируют второй набор структурированных оценок, с использованием сочетаний отверстий, таких как отверстия номер 2, 8, 1, отверстия номер 2, 8, 5, и отверстия номер 2, 8, 9. Перекрестное сравнение этого второго набора структурированных оценок угла атаки осуществляют для идентификации значения, резко выделяющегося из набора. Первая, вторая или третья оценка могут являться резко выделяющимся значением, в зависимости от того, является ли отверстие под номером 1, 5 или 9 неисправным отверстием. Таким образом, неисправность в одном отверстии вдоль вертикального меридиана можно обнаружить и исключить из вычислений в системе FADS.

Аналогично, давайте будем считать, что заданный порог равен 15, что является иллюстративным примером для обнаружения неисправности в отверстиях, расположенных на горизонтальном меридиане. Согласно Таблице 2, если горизонтальное отверстие номер 3 неисправно, то медиана в структурированном наборе 2 может иметь абсолютную величину больше, чем 15, что указывает на то, что отверстие, общее для этого структурированного набора, т.е., отверстие номер 3, является неисправным. Абсолютная величина медианы в наборах 3, 4 и 5 представляет собой величину меньшую, чем 15, что указывает на то, что эти отверстия являются работоспособными. Таким образом, неисправности в отверстиях, расположенных вдоль горизонтального меридиана, можно обнаруживать и исключать из вычислений FADS.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к системе измерения давления системы воздушных сигналов. Система содержит набор крестообразно расположенных отверстий для отбора давления, смонтированных заподлицо на носовом обтекателе летательного аппарата. Три датчика давления соединены с каждым отверстием для отбора давления через пневматические трубы для измерения давления на поверхности от отверстий для отбора давления. Отдельные блоки электропитания соединены с тремя датчиками давления для энергоснабжения датчиков давления у каждого отверстия для отбора давления. Блок обработки данных сконфигурирован для приема входных данных напряжения, соответствующих измеренному давлению на поверхности от датчиков давления. Блок обработки данных выполняет один или несколько уровней проверки неисправностей для обнаружения и изоляции неисправностей датчиков давления и неисправностей, связанных с закупориванием отверстий для отбора давления, исходя из входных данных напряжения. Техническим результатом является повышение точности и надежности оценки давления в воздушной подушке в соответствии с системой FADS. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система для обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях для отбора давления и в датчиках давления системы замера давления системы воздушных сигналов с невыступающими приемниками давления (Flush Air Data system, FADS), содержащая:
- множество отверстий для отбора давления, смонтированных заподлицо на носовом обтекателе космического аппарата в форме креста;
- по меньшей мере, три датчика давления, соединенные с каждым отверстием для отбора давления через множество пневматических труб для измерения давления на поверхности, от упомянутого множества отверстий для отбора давления;
- по меньшей мере, один блок электропитания, соединенный по отдельности с упомянутыми, по меньшей мере, тремя датчиками давления для подачи питания, по меньшей мере, на упомянутые три датчика давления у каждого отверстия для отбора давления; и
- блок обработки, сконфигурированный для приема входных сигналов напряжения, соответствующих измеренному давлению на поверхности, от упомянутых, по меньшей мере, трех датчиков давления, причем упомянутый блок обработки выполняет один или несколько уровней проверки неисправностей для обнаружения и изолирования отказов датчиков давления и закупоривания упомянутого множества отверстий для отбора давления на основании входных сигналов напряжения.

2. Система по п.1, в которой упомянутый блок обработки сконфигурирован для приема входных сигналов напряжения от упомянутых, по меньшей мере, трех датчиков давления через стыковочный кронштейн.

3. Система по п.1, в которой упомянутые, по меньшей мере, три датчика давления каждого отверстия для отбора давления смонтированы в одной сборке.

4. Система по п.1, в которой упомянутые один или несколько уровней проверки неисправностей выполняют в виде логики тройного модульного резервирования (Triple Modular Redundant, TMR), достоверности диапазона, динамических характеристик и генерирования структурированных наборов оценок угла атаки и угла бокового скольжения.

5. Способ обнаружения и изолирования неисправностей в отверстиях для отбора давления и в датчиках давления системы замера давления, включающий в себя:
- различение связанных с закупориванием отверстий для отбора давления отказов от отказов датчиков давления путем перекрестного сравнения давлений на поверхности, измеренных у множества отверстий для отбора давления;
- определения того, находятся ли измеренные давления на поверхности в пределах желаемого диапазона грубого уровня в конкретный момент фазы полета;
- проверку постоянного давления и скорости изменения на измеренных давлениях на поверхности для идентификации полного или частичного закупоривания в упомянутом множестве отверстий для отбора давления и внезапных отказов на множестве датчиков давления;
- генерирование одного или нескольких структурированных наборов оценок угла атаки и угла бокового скольжения из заданных сочетаний упомянутого множества отверстий для отбора давления, расположенных на вертикальном и горизонтальном меридианах носового обтекателя аппарата; и
- обнаружение и изолирование неисправностей в упомянутом множестве отверстий для отбора давления и упомянутом множестве датчиков давления на вертикальном и горизонтальном меридианах на основании упомянутого одного или нескольких структурированных наборов оценок угла атаки и угла бокового скольжения.

6. Способ по п.5, в котором проверка постоянного давления включает в себя обнаружение и изолирование закупоренного отверстия для отбора давления и отказавшего датчика давления, если разность между самыми высокими и самыми низкими показаниями давления на поверхности в течение заданной продолжительности закупоривания меньше желаемой пороговой величины.

7. Способ по п.5, в котором проверка скорости изменения включает в себя обнаружение и изолирование закупоренного отверстия для отбора давления и отказавшего датчика давления, если в течение одного вычислительного цикла обновления данных измеренные давления на поверхности больше желаемой пороговой величины.

8. Способ по п.5, в котором неисправности в упомянутом множестве отверстий для отбора давления и в упомянутом множестве датчиков давления на вертикальном меридиане обнаруживают и локализуют путем проверки разброса резко выделяющегося значения от медианы одного или нескольких упомянутых структурированных наборов оценок угла атаки.

9. Способ по п.5, в котором неисправности в упомянутом множестве отверстий для отбора давления и в упомянутом множестве датчиков давления на горизонтальном меридиане обнаруживают и локализуют путем проверки абсолютной величины медианы упомянутого одного или нескольких структурированных наборов оценок угла бокового скольжения.

10. Способ по п.5, в котором упомянутый один или несколько структурированных наборов оценок угла атаки и угла бокового скольжения сконфигурированы от, по меньшей мере, трех отверстий для отбора давления из упомянутого множества отверстий для отбора давления.

11. Способ по п.5, в котором закупоренное отверстие для отбора давления и отказавший датчик давления изолируют от вычислений путем логических операций.

12. Способ по п.8, в котором проверка разброса резко выделяющихся значений от медианы упомянутого одного или нескольких структурированных наборов оценок угла атаки дополнительно включает в себя:
- определение медианы оценок угла атаки после расположения оценок угла атаки в порядке возрастания или убывания;
- идентификацию резко выделяющегося значения в упомянутом одном или нескольких структурированных наборах путем нахождения оценок угла атаки, которые расположены дальше всего от медианы оценок угла атаки;
- определение разности между резко выделяющимся значением и медианой оценок угла атаки; и
- представление упомянутого множества отверстий дня отбора давления в резко выделяющемся значении в качестве неисправных отверстий, если разность между резко выделяющимся значением и медианой больше, чем заданный порог; и
- формирование второго структурированного набора оценок угла атаки с использованием остальных отверстий для отбора давления и одного из неисправных отверстий и изолирование отверстия для отбора давления в резко выделяющемся значении из упомянутого второго структурированного набора.

13. Способ по п.9, в котором проверка разброса резко выделяющихся значений от медианы упомянутого одного или нескольких структурированных наборов оценок угла бокового скольжения дополнительно включает в себя:
- определение медианы оценок угла бокового скольжения после расположения оценок угла бокового скольжения в порядке возрастания или убывания;
- проверку того, является ли абсолютная величина определенной медианы оценок угла бокового скольжения меньшей, чем желаемый порог; и
- изолирование отверстия для отбора давления общего для упомянутого одного или нескольких структурированных наборов оценок угла бокового скольжения, если абсолютная величина определенной медианы оценок угла бокового скольжения больше желаемого порога.

14. Способ по п.13, в котором упомянутый один или несколько структурированных наборов оценок угла бокового скольжения сформирован при наличии, по меньшей мере, одного отверстия для отбора давления на горизонтальном меридиане, общем для упомянутого множества отверстий для отбора давления, а остальные отверстия в структурированном наборе взяты из вертикального меридиана.