СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ КОНУСА-ДАТЧИКА АГРЕГАТА ЗАПРАВКИ ТОПЛИВОМ В ПОЛЕТЕ Российский патент 2014 года по МПК B64D39/00 

Изобретение относится к области авиации, в частности к агрегатам дозаправки летательных аппаратов топливом в полете по типу «шланг-конус».

В результате колебаний конуса-датчика агрегата заправки топливом в полете, вызванных турбулентностью потока, возмущениями, вызванными обтеканием самолета-заправщика и заправляемого самолета и колебанием заправочного шланга в возмущенном потоке, возникает усложнение процесса заправки.

Конус-датчик необходимо стабилизировать.

Известен способ стабилизации конуса-датчика агрегата заправки топливом в полете путем применения стабилизирующей аэродинамической юбки (ГОСТ 22488-77; патент US 2769604, приоритет 06.11.1956 г.; патент GB 98/00560, приоритет 04.03.1997 г.).

В этом способе стабилизация конуса-датчика осуществляется за счет обтекания и выстраивания по потоку узла контактирования, имеющего разрезную юбку в виде парашюта, что является недостаточно эффективным. В момент контакта конуса-датчика с приемником топлива требуются дополнительные затраты времени на стыковку, а также затраты сил и энергии летчиков, участвующих в заправке, что повышает психофизиологическую нагрузку на участников процесса.

Задачей изобретения является снижение времени стыковки и упрощение процесса заправки за счет стабилизации положения конуса-датчика до момента контакта его с приемником топлива.

Заявляемый способ заключается в том, что в трех перпендикулярных оси симметрии конуса-датчика направлениях выдуваются струи, интенсивность которых задается как линейная функция скорости и смещения конуса-датчика в соответствующем направлении, для определения которых устанавливаются акселерометры в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и микропроцессор, который по измеренным акселерометрами ускорениям вычисляет изменяющиеся во времени скорость и перемещение конуса, по которым определяет реактивные силы струй в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, необходимые для коррекции положения конуса, и в соответствии со значениями этих сил выдает сигнал на изменение параметров струй.

Заявляемый способ иллюстрируется фигурами 1 и 2. Фиг.1 представляет структурную схему способа стабилизации. Фиг.2 представляет схему направления управляющих сигналов. Акселерометры 1 (фиг.1) измеряют ускорения a_y и a_z, значения которых передаются, соответственно, в интеграторы 2, которые вычисляют значения относительных скоростей ν_y1 и ν_z1. Эти значения не равны фактическим скоростям конуса-датчика в направлениях соответствующих осей, так как работа интеграторов начинается в произвольный момент времени, когда начальные значения этих скоростей не известны, и поэтому принимаются равными нулю.

Значения относительных скоростей ν_y1 и ν_z1 передаются, соответственно, в интеграторы 3, которые вычисляют значения относительных смещений S_y1 и S_z1 конуса-датчика вдоль соответствующих осей. Эти смещения не являются отклонениями конуса-датчика от равновесного положения, так как неизвестны ни начальные значения этих смещений в момент начала работы интеграторов, ни начальные скорости.

Значения S_y1 и S_z1 передаются в делители 4, где они делятся на время t, прошедшее с момента начала работы интеграторов 3.

Все элементы схемы начинают работать одновременно, а процессы интегрирования выполняются синхронно в режиме реального времени.

Полученные в делителях 4 значения Δν_y и Δν_z передаются, соответственно, в двухвходовые сумматоры 5, где они вычитаются, соответственно, из относительных скоростей ν_y1 и ν_z1, а полученные в результате величины ν_y и ν_z стремятся со временем к истинным скоростям поперечных колебаний конуса-датчика в направлениях соответствующих осей, так как начальные скорости, соответствующие началу процесса интегрирования, равны предельным значениям величин - Δν_y и Δν_z при t→∞.

Величины скоростей ν_y и ν_z передаются в четырехвходовой логический коммутатор 13, управляющий параметрами струй в направлениях осей 1, 2 и 3 (фиг.2).

Кроме того, значения скоростей ν_y и ν_z передаются, соответственно, в интеграторы 6, которые вычисляют значения относительных смещений S_y2 и S_z2 конуса-датчика вдоль соответствующих осей. Эти смещения не равны фактическим отклонениям конуса-датчика от равновесного положения, так как в начале процесса интегрирования неизвестно начальное значение этого отклонения.

Значения S_y2 и S_z2 передаются, соответственно, в интеграторы 7, которые вычисляют значения площадей F_y1(t) и F_z1(t) между кривыми S_y2(t) и S_z2(t) и осями времени t, проведенными из начальных точек S_y2(0)=0 и S_z2(0)=0.

Для определения фактических начальных значений смещений конуса-датчика от равновесного положения вычисляются функции F_y2(t) и F_z2(t), которые при достаточно больших значениях времени t стремятся к истинным значениям площадей между кривыми S_y(t) и S_z(t) и осями времени, проведенными через равновесные значения соответствующих смещений S_y=0 и S_z=0.

Для этого значения функций F_y1(t) и F_z1(t), соответственно, передаются в делители 8, где они делятся на время t, прошедшее с момента начала работы интеграторов. Полученные там значения ΔS_y1=F_y1/t и ΔS_z1=F_z1/t передаются в двухвходовые сумматоры 9, где они вычитаются из значений S_y2 и S_z2 соответственно. Полученные там значения S_y3 и S_z3 передаются, соответственно, в интеграторы 10, которые вычисляют значения площадей F_y2(t) и F_z2(t). Последние в свою очередь передаются в делители 11, где они 4 делятся на время t, а полученные в результате деления значения ΔS_y2=F_y2/t и ΔS_z2=F_z2/t передаются в двухвходовые сумматоры 12, где они вычитаются из значений S_y3 и S_z3.

Полученные в двухвходовых сумматорах значения S_y(t) и S_z(t) со временем стремятся к истинным значениям смещений конуса-датчика от равновесного положения. Они, так же, как и скорости ν_y(t) и ν_z(t), передаются в четырехвходовой логический коммутатор 13, управляющий параметрами струй.

Этот коммутатор вычисляет реактивные силы струй, необходимые для стабилизации конуса-датчика. Сначала вычисляются силы в направлении осей O_y и O_z по формулам T_y=k_νy+k_Ss, T_z=k_νν_z+k_Ss_z,

Устройство изменения параметров струи 14 выпускает воздух в направлении оси O_y.

Устройствам 14, 15 и 16 соответствуют силы T₁(t), T₂(t) и T₃(t)(фиг.2).

Степень изменения параметров струй выбирается из условий, обеспечивающих значения соответствующих реактивных сил:

1. если T_y>0 и T_z>0, то Т₃=0, T₂=T_z/cos(π/6)Т₁=T_y+T_ztg(π/6)

2. если T_y>0 и T_z<0, то T₂=0, T₃=-T_z/cos(π/6), T₁=T_y-T_ztg(π/6)

3. если T_y<0, то $$T_2=\frac{1}{2}\left[\frac{T_z}{\cos \left(\pi /6\right)}-\frac{T_y}{\sin \left(\pi /6\right)}\right]$$ , $$T_3=-\frac{1}{2}\left[\frac{T_z}{\cos \left(\pi /6\right)}+\frac{T_y}{\sin \left(\pi /6\right)}\right]$$ ,

T₁=0.

Таким образом, заявляемый способ позволяет стабилизировать положение конуса-датчика до момента контакта его с приемником топлива, что ведет к упрощению процесса заправки топливом в полете, сокращению времени заправки и уменьшению психофизиологических затрат летчиков при осуществлении процесса стыковки.

Изобретение относится к управляемым агрегатам заправки летательных аппаратов топливом в полете. При стабилизации конуса в трех перпендикулярных осях симметрии конуса направлениях выдуваются струи, интенсивность которых задается как линейная функция скорости и смещения конуса в соответствующем направлении. Для определения которых устанавливают акселерометры в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и микропроцессор, который по измеренным акселерометрами ускорениям вычисляет изменяющиеся во времени скорость и перемещение конуса, по которым определяет реактивные силы струй в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, необходимые для коррекции положения конуса и в соответствии со значениями этих сил выдает сигнал на изменение параметров струй. Достигается стабилизация конуса агрегата заправки.

Способ стабилизации конуса-датчика агрегата заправки топливом в полете за счет обтекания и выстраивания по потоку узла контактирования, имеющего разрезную юбку в виде парашюта, отличающийся тем, что в трех перпендикулярных осях симметрии конуса-датчика направлениях выдуваются струи, интенсивность которых задается как линейная функция скорости и смещения конуса-датчика в соответствующем направлении, для определения которых устанавливают акселерометры в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и микропроцессор, который по измеренным акселерометрами ускорениям вычисляет изменяющиеся во времени скорость и перемещение конуса, по которым определяет реактивные силы струй в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, необходимые для коррекции положения конуса, и в соответствии со значениями этих сил выдает сигнал на изменение параметров струй.