СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВИЙ ПОПАДАНИЯ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ В ВОЗДУХОЗАБОРНИК ВОЗДУШНОГО СУДНА С ТУРБОРЕАКТИВНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2022 года по МПК G01P3/66 B64C1/00 

Изобретение относится к области самолетостроения и может быть использовано при разработке конструктивных мер по предупреждению попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна на этапах взлета и посадки, а также при исследовании и моделировании процессов вихреобразования и попадания посторонних предметов с поверхности взлетно-посадочной полосы в воздухозаборник.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ определения условий подхода снаряда к мишени и устройство для его осуществления (пат. 2518853 Рос. Федерация: МПК G01P 3/66 / Ефанов В.В., Мужичек С.М., Мелехов А.Е., Мелехов С.Е. заявитель и патентообладатель Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военный авиационный инженерный университет» (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации. Заявл. 13.09.11; опубл. 10.06.14. Бюл. №16), заключающийся в измерении скорости снаряда, в изготовлении датчиков в виде линеек фотоприемников, размещенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях, фиксации сработавших элементов фотоприемников первого и второго датчиков в момент пролета снаряда, определении координат движения метаемого тела, выдаче информации о скорости метаемого тела и координат его пролета относительно первого и второго датчиков, причем размещают первый и второй датчик на расстоянии - m₁, первый датчик и мишень на расстоянии - m₂, фиксируют динамику изменения координат снаряда и на этой основе определяют координаты попадания снаряда в мишень в виде выражений: где х₁, у₁, х₂, у₂ - координаты пролета снаряда относительно первого и второго датчиков, - коэффициент, определяют углы подхода снаряда к мишени в виде выражений: где X, Y - координаты вектора движения снаряда.

Основным недостатком прототипа является низкая информативность определения попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна с турбореактивным двигателем, поскольку при разработке конструктивных мер по предупреждению попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна на этапах взлета и посадки, а также при исследовании и моделировании процессов вихреобразования и попадания посторонних предметов с поверхности взлетно-посадочной полосы в воздухозаборник, помимо скорости, требуется определение ускорения постороннего предмета, что невозможно осуществить с помощью указанного способа-прототипа.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение информативности определения попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна с турбореактивным двигателем за счет определения методом наименьших квадратов скорости и ускорения постороннего предмета с помощью пространственно-разнесенных вертикальной и горизонтальной линеек излучающих диодов и фотоприемников первого и второго датчиков.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения условий подхода снаряда к мишени и устройстве для его осуществления, заключающемся в изготовлении двух датчиков в виде линеек фотоприемников, размещенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях, размещении горизонтальных линеек первого и второго датчиков на расстоянии m₁, а горизонтальной линейки первого датчика относительно мишени или плоскости выходной апертуры воздухозаборника на расстоянии m₂, определении координат движения постороннего предмета, выдаче информации о координатах его пролета относительно первого и второго датчиков, фиксации динамики изменения координат постороннего предмета и на этой основе определении координат попадания постороннего предмета в плоскость выходной апертуры воздухозаборника в виде выражений: где х₁, у₁, х₂, у₂ - координаты пролета постороннего предмета относительно первого и второго датчиков, - коэффициент условия размещения второго датчика и плоскости выходной апертуры воздухозаборника, определении углов подхода постороннего предмета к плоскости выходной апертуры воздухозаборника с помощью выражений: где X, Y - координаты вектора движения постороннего предмета, согласно предлагаемому изобретению, дополнительно размещают линейку в горизонтальной плоскости и линейку в вертикальной плоскости первого датчика на минимально возможном расстоянии m₂₁, линейку в горизонтальной плоскости и линейку в вертикальной плоскости второго датчика на минимально возможном расстоянии m₄₃, линейку в вертикальной плоскости первого датчика и линейку в горизонтальной плоскости второго датчика на максимально возможном расстоянии m₃₂, при этом расстояние от горизонтальной линейки первого датчика до горизонтальной линейки второго датчика составит m₃₁, от горизонтальной линейки первого датчика до вертикальной линейки второго датчика - m₄₁, от вертикальной линейки первого датчика до вертикальной линейки второго датчика - m₄₂, фиксируют сработавшие элементы горизонтальных и вертикальных линеек фотоприемников первого t₁, t₂ и второго t₃, t₄ датчиков в моменты пролета постороннего предмета, вычисляют методом наименьших квадратов оценки скорости и ускорения согласно выражению: где - операция нахождения обратной матрицы, - транспонирование матрицы, выдают информацию о скорости и ускорении постороннего предмета на дополнительный индикатор. За счет этого происходит повышение информативности определения попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна с турбореактивным двигателем.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно, размещают линейку в горизонтальной плоскости и линейку в вертикальной плоскости первого датчика на минимально возможном расстоянии m₂₁, линейку в горизонтальной плоскости и линейку в вертикальной плоскости второго датчика на минимально возможном расстоянии m₄₃, линейку в вертикальной плоскости первого датчика и линейку в горизонтальной плоскости второго датчика на максимально возможном расстоянии m₃₂, при этом расстояние от горизонтальной линейки первого датчика до горизонтальной линейки второго датчика составит m₃₁, от горизонтальной линейки первого датчика до вертикальной линейки второго датчика - m₄₁, от вертикальной линейки первого датчика до вертикальной линейки второго датчика составит m₄₂, фиксируют сработавшие элементы горизонтальных и вертикальных линеек фотоприемников первого t₁, t₂ и второго t₃, t₄ датчиков в моменты пролета постороннего предмета, вычисляют методом наименьших квадратов оценки скорости и ускорения согласно выражению: - операция нахождения обратной матрицы, - транспонирование матрицы, выдают информацию о скорости и ускорении постороннего предмета на дополнительный индикатор. Этим достигается указанный в изобретении результат.

Структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ определения попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна с турбореактивным двигателем, может быть представлена, например, по аналогии с прототипом на фиг. 1, где цифрами обозначены: 1,2 - первый и второй датчик, 3,4 - первый и второй измерительный прибор, 5, 6, 7, 8 - первый, второй, третий и четвертый элемент ИЛИ, 9, 10 - первый и второй блок логики, 11 - вычислитель условий подлета постороннего предмета к плоскости выходной апертуры воздухозаборника, 12 - индикатор углов подлета постороннего предмета к плоскости выходной апертуры воздухозаборника, 13 - индикатор координат попадания постороннего предмета на плоскость выходной апертуры воздухозаборника, 14 - излучающие диоды, 15 - фотоприемники, 16 - источник питания, 20 - индикатор скорости и ускорения постороннего предмета.

Назначение обозначенных цифрами 1-16 элементов структурной схемы ясно из их названия и соответствует описанию прототипа.

Работа заявляемого способа определения попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна с турбореактивным двигателем осуществляется следующим образом. При попадании постороннего предмета в воздухозаборник воздушного судна срабатывает горизонтальная линейка фотоприемников 15 первого датчика 1 вследствие прерывания оптической связи комбинации излучающих диодов 14 и фотоприемников 15. Достижение однозначности такой взаимосвязи излучающих диодов и принимающих фотоэлементов может быть достигнуто, например, за счет использования линз специальной формы. Сигналы с выходов горизонтальной линейки фотоприемников 15 датчика 1 поступают через первый элемент ИЛИ 5 на запуск первого 3 измерительного прибора и на первые входы первого 9 блока логики. Работа первого 9 и второго 10 блоков логики, состоящих из матриц 17 элементов И, матриц 18 триггеров и блоков 19 индикации, осуществляется аналогично прототипу. Момент времени t₁ пролета постороннего предмета через горизонтальную линейку фотоприемников 15 первого датчика 1 фиксируется первым измерительным прибором 3 и подается на третью группу входов вычислителя 11.

Минимально возможное расстояние между горизонтальной и вертикальной линейками фотоприемников 15 датчика 1 m₂₁ определяется исходя из технических характеристик излучающих диодов 14 и фотоприемников 15 для обеспечения однозначной оптической связи между ними и исключения одновременного срабатывания совокупности горизонтальных и вертикальных линеек, а также для возможности пренебрежения произвольным, чаще всего наклонным направлением движения постороннего предмета при определении его координат относительно первого 1 и второго 2 датчиков.

В момент пролета постороннего предмета через вертикальную линейку фотоприемников 15 первого датчика 1 сигналы с выходов вертикальной линейки фотоприемников 15 датчика 1 поступают через второй элемент ИЛИ 6 на запуск второго 4 измерительного прибора и на вторые входы первого 9 блока логики. Момент времени t₂ пролета постороннего предмета через вертикальную линейку фотоприемников 15 первого датчика 1 фиксируется вторым измерительным прибором 4 и подается на третью группу входов вычислителя 11.

Максимально возможное расстояние m₃₂ между линейками в вертикальной плоскости первого датчика 1 и в горизонтальной плоскости второго датчика 2 определяется конструктивными особенностями воздухозаборника при обеспечении возможности размещения линеек в плоскости с минимальным искривлением.

В момент пролета постороннего предмета через горизонтальную линейку фотоприемников 15 второго датчика 2 происходит срабатывание следующей комбинации чувствительных элементов горизонтальной линейки фотоприемников 15. Сигналы с выходов горизонтальной линейки фотоприемников 15 второго 2 датчика поступают через третий элемент ИЛИ 7 на остановку первого измерительного прибора 3 и на первые входы второго 10 блока логики. Момент времени t₃ пролета постороннего предмета через горизонтальную линейку фотоприемников 15 второго датчика 2 фиксируется первым измерительным прибором 3 и подается на третью группу входов вычислителя 11.

В момент пролета постороннего предмета через вертикальную линейку фотоприемников 15 второго датчика 2 происходит срабатывание следующей комбинации чувствительных элементов горизонтальной линейки фотоприемников 15. Сигналы с выходов вертикальной линейки фотоприемников 15 второго 2 датчика поступают через четвертый элемент ИЛИ 8 на остановку второго измерительного прибора 4 и на вторые входы второго 10 блока логики. Момент времени t₄ пролета постороннего предмета через вертикальную линейку фотоприемников 15 второго датчика 2 фиксируется вторым измерительным прибором 4 и подается на третью группу входов вычислителя 11.

Код сигнала, поступающий на первые и вторые входы блока 9 логики, соответствует координатам пролета постороннего предмета относительно первого 1 датчика и обеспечивает срабатывание определенной комбинации матрицы 17 элементов И, сигналы с выхода которых обеспечивают срабатывание комбинации матрицы 18 триггеров, сигналы с выхода которых обеспечивают индикацию координат пролета постороннего предмета относительно первого датчика 1 блоком индикации 19.

Аналогично определяются координаты постороннего предмета относительно второго датчика 2.

Вычислитель 11 условий подлета постороннего предмета к плоскости выходной апертуры воздухозаборника может быть изготовлен, например, на основе микроконтроллера и обеспечивает определение углов подлета постороннего предмета к плоскости выходной апертуры воздухозаборника, координат его попаданий на эту плоскость, а также оценку скорости и ускорения постороннего предмета.

Для определения координат попаданий постороннего предмета на плоскость выходной апертуры воздухозаборника предварительно устанавливают горизонтальную линейку второго датчика 2 относительно горизонтальной линейки первого 1 на расстояние m₁, а горизонтальную линейку первого датчика относительно плоскости выходной апертуры воздухозаборника на расстояние m₂.

Сигналы, соответствующие координатам пролета постороннего предмета относительно первого 1 и второго 2 датчиков, поступают с выходов первого 9 и второго 10 блоков логики на первые и вторые входы вычислителя 11 условий подлета постороннего предмета к плоскости выходной апертуры воздухозаборника.

Вычислитель 11 определяет координаты попаданий постороннего предмета на плоскость выходной апертуры воздухозаборника в соответствии с приведенными выражениями:

и

где х₁, у₁, х₂, у₂ - координаты пролета постороннего предмета относительно горизонтальной и вертикальной линеек фотоприемников первого и второго датчиков соответственно, - коэффициент, определяющий условия размещения горизонтальной линейки второго датчика 2 и плоскости выходной апертуры воздухозаборника относительно горизонтальной линейки первого датчика 1.

Вычислитель 11 определяет углы подлета постороннего предмета к плоскости выходной апертуры воздухозаборника с помощью выражений:

где X, Y - координаты вектора движения постороннего предмета. При этом координаты X, Y вектора движения постороннего предмета при условии Z=0 определяются в соответствии с выражением:

При этом длина вектора движения постороннего предмета при условии Z=0 определяется в соответствии с выражением:

Согласно предлагаемому изобретению, третья группа входов вычислителя 11 дополнительно соединена с выходами первого 3 и второго 4 измерительных приборов, благодаря чему на основе зафиксированных ими моментов пролета постороннего предмета t₁, t₂, t₃, t₄ вычислитель 11 определяет методом наименьших квадратов оценки скорости и ускорения постороннего предмета в соответствии с выражением:

где - операция нахождения обратной матрицы, - транспонирование матрицы.

С выходов вычислителя 11 сигналы поступают на соответствующие входы индикатора 12 углов подлета постороннего предмета к плоскости выходной апертуры воздухозаборника, индикатора 13 координат попадания постороннего предмета на плоскость выходной апертуры воздухозаборника и дополнительно индикатора 20 скорости и ускорения движения постороннего предмета.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение информативности определения попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна с турбореактивным двигателем.

Предлагаемый способ определения попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна с турбореактивным двигателем практически применим, так как для его реализации могут быть использованы типовые элементы, широко распространенные в области электротехники и электроники.

Изобретение относится к области самолетостроения и может быть использовано при разработке конструктивных мер по предупреждению попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна на этапах взлета и посадки, а также при исследовании и моделировании процессов вихреобразования и попадания посторонних предметов с поверхности взлетно-посадочной полосы в воздухозаборник. Техническим результатом изобретения является повышение информативности определения попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна с турбореактивным двигателем. Указанный технический результат достигается за счет определения методом наименьших квадратов скорости и ускорения постороннего предмета с помощью пространственно-разнесенных вертикальной и горизонтальной линеек излучающих диодов и фотоприемников первого и второго датчиков, а также выдачи значений оценок скорости и ускорения на дополнительно введенный индикатор. 1 ил.

Способ определения попадания посторонних предметов в воздухозаборник воздушного судна с турбореактивным двигателем, заключающийся в изготовлении двух датчиков в виде линеек фотоприемников, размещенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях, размещении горизонтальных линеек первого и второго датчиков на расстоянии m₁, а горизонтальной линейки первого датчика относительно мишени или плоскости выходной апертуры воздухозаборника на расстоянии m₂, определении координат движения постороннего предмета, выдаче информации о координатах его пролета относительно первого и второго датчиков, фиксации динамики изменения координат постороннего предмета и на этой основе определении координат попадания постороннего предмета в плоскость выходной апертуры воздухозаборника в виде выражений: где x₁, у₁, х₂, у₂ - координаты пролета постороннего предмета относительно первого и второго датчиков, - коэффициент условия размещения второго датчика и плоскости выходной апертуры воздухозаборника, определении углов подхода постороннего предмета к плоскости выходной апертуры воздухозаборника с помощью выражений: где X, Y - координаты вектора движения постороннего предмета, согласно предлагаемому изобретению, отличающийся тем, что дополнительно размещают линейку в горизонтальной плоскости и линейку в вертикальной плоскости первого датчика на минимально возможном расстоянии m₂₁, линейку в горизонтальной плоскости и линейку в вертикальной плоскости второго датчика на минимально возможном расстоянии m₄₃, линейку в вертикальной плоскости первого датчика и линейку в горизонтальной плоскости второго датчика на максимально возможном расстоянии m₃₂, при этом расстояние от горизонтальной линейки первого датчика до горизонтальной линейки второго датчика составит m₃₁, от горизонтальной линейки первого датчика до вертикальной линейки второго датчика - m₄₁, от вертикальной линейки первого датчика до вертикальной линейки второго датчика - m₄₂, фиксируют сработавшие элементы горизонтальных и вертикальных линеек фотоприемников первого t₁, t₂ и второго t₃, t₄ датчиков в моменты пролета постороннего предмета, вычисляют методом наименьших квадратов оценки скорости и ускорения согласно выражению: где

- операция нахождения обратной матрицы, - транспонирование матрицы, выдают информацию о скорости и ускорении постороннего предмета на дополнительный индикатор.