Спосіб визначення кількості палива в крильових паливних баках літака

Реферат: Спосіб визначення кількості палива в крилових паливних баках літака полягає в порушенні коливань бака й вимірюванні амплітуди коливань. Збуджують резонансні коливання нелінійного типу, виділяють максимальну амплітуду коливань і підтримують її постійною в часі шляхом регулювання величини енергії, що підводиться. Визначають частоту резонансних автоколивань, по якій визначають масу рідкої речовини - палива в баку. UA 77125 U (12) UA 77125 U UA 77125 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі авіаційної техніки, зокрема до експлуатації авіаційної техніки, а саме до способів визначення кількості палива в крилових паливних баках літального апарата (зокрема, літака), й може бути використана при підготовці авіаційної техніки до польотів, зокрема для визначення невироблюваних залишків палива в баках для проведення неруйнуючого контролю методом контролю частоти власних коливань та для контролю показань і тарування паливомірів і, таким чином, для підвищення безпеки польотів. Паливні баки сучасних літальних апаратів мають складну конфігурацію і різні лінійні розміри за своїми габаритами, що утруднює застосування поплавкових паливомірів/рівнемірів. Відомий спосіб визначення маси рідини в ємкостях, при якому збуджують коливання рідини лінійного типу в ємкості типу лоток/бак, вимірюють резонансну частоту й по резонансній частоті визначать масу речовини в зазначеній ємності [1]. До недоліків відомого способу відноситься те, що не можна досягти великої точності вимірювання частоти й, як наслідок, маси речовини в ємності тому, що рідина поводиться не як тверда приєднана маса, по формулі якої здійснюється перерахунок частоти в масу речовини, а характеризується впливом дисипативних сил від коливань рідкої речовини та її ударів по стінках ємності. До того ж не враховується, що при коливаннях системи з рідким наповнювачем, сили, що беруть участь у коливаннях, не пропорційні узагальненням переміщенням. Відомий спосіб визначення/вимірювання кількості рідкої або сипучої речовини в ємності/резервуарі, який полягає в тому, що збуджують коливання ємності/резервуара і вимірюють амплітуду коливань, по величині якої судять про масу рідкої речовини в ємності/резервуарі [2]. До недоліків відомого способу належить те, що пружні дисипативні сили від коливань рідкої/сипучої речовини (в ємності/резервуарі) мають нелінійний характер і непропорційні відповідним переміщенням об'єкта - ємності/резервуара, звідси величина амплітуди коливань у часі буде змінюватися залежно від ступеня заповнення ємності/резервуара (наприклад, крилового паливного бака літака), а отже і від маси рідкої речовини, що знаходиться в ємності/резервуарі (в баку). Таким чином, вимірювана в зазначеному способі амплітуда коливань буде мати нестабільну величину, що призведе до великих погрішностей у вимірюванні маси рідкої речовини, що знаходиться в ємності/резервуарі (в баку). До недоліків відноситься й те, що не враховується температура зовнішнього середовища, яка при своєму зменшенні до негативних величин впливає на в'язкість рідкої речовини, приводячи її до виду твердого тіла. Найбільш близьким технічним рішенням, як за суттю, так і за задачею, що вирішується, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), є спосіб визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, що полягає в порушенні коливань бака й вимірюванні амплітуди коливань, по якій визначають масу рідкої речовини - палива в баку, вбудованого в крило [3]. До недоліків відомого способу, який обрано за найближчий аналог (прототип), відноситься те, що пружні дисипативні сили від коливань рідкої речовини в баку мають нелінійний характер і непропорційні відповідним переміщенням об'єкта, звідси величина амплітуди коливань у часі буде змінюватися залежно від ступеня заповнення бака, а отже, і від маси речовини, що знаходиться в баку. Таким чином, вимірювана в зазначеному способі амплітуда коливань буде мати нестабільну величину, що призведе до великих погрішностей у вимірюванні маси рідкої речовини, що знаходиться в баку. Масу рідкої речовини у зазначеному способі визначають по резонансній частоті шляхом перерахування по формулах, що описують лінійний тип/характер коливань, де передбачається стабільність амплітуд коливань, а рідку речовину представлено у вигляді твердої маси, приєднаної до конструкції, що коливається. До недоліків відноситься й те, що не враховується температура зовнішнього середовища, яка при своєму зменшенні до негативних величин впливає на в'язкість рідкої речовини, приводячи її до виду твердого тіла при одній й тій же масі палива (та при всіх інших рівних умовах щодо жорсткості крила) частоти коливань будуть різні. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом збудження і вимірювання частот власних авторезонансних коливань забезпечити підвищення точності вимірювання маси палива, що знаходиться в крилових паливних баках літака. Рішення поставленої задачі досягається тим, що у відомому способі, який обрано за найближчий аналог (прототип), визначення рідкої речовини в баку, що полягає в порушенні коливань бака й вимірювання амплітуди коливань рідкої речовини, збуджують резонансні коливання нелінійного типу, виділяють максимальну амплітуду коливань і підтримують її постійною в часі шляхом регулювання величини енергії, що підводиться, а масу рідкої речовини, що знаходиться в баку, визначають по частоті власних авторезонансних коливань. Рішення поставленої задачі в способі визначення кількості палива в крилових паливних баках літака дійсно можливе тому, що: 1 UA 77125 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - шляхом збудження резонансних автоколивань конструкції забезпечують водночас і коливання рідкої речовини нелінійного типу, - шляхом виділення максимальної амплітуди коливань конструкції з рідкою речовиною забезпечують підвищення чутливості реєструючого пристрою - частотоміру; - шляхом підведення до силозбуджувачів, за допомогою яких здійснюють процес автоколивань, додаткової енергії, забезпечують підтримання амплітуди коливань на максимальному рівні постійною за часом, що позитивно впливає на постійні показники збуджених резонансних автоколивань конструкції; - шляхом контролю/вимірювання частот власних авторезонансних коливань забезпечують визначення маси рідкої речовини, що знаходиться в криловому баку. Таким чином, спосіб визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, що заявляється, відповідає критерію корисної моделі "новизна". Суть корисної моделі пояснюється за допомогою креслень, де на Фіг. 1 показано схему розміщення обладнання для здійснення способу визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, що заявляється, на Фіг. 2 показано блок-схему взаємозв'язків між собою обладнання, за допомогою якого здійснюється спосіб визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, що заявляється, та конструктивних елементів літака, з якими взаємодіє зазначене обладнання, на Фіг. 3 показано схему розміщення обладнання, за допомогою якого здійснюється спосіб визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, що заявляється, та конструктивних елементів літака, з якими взаємодіє зазначене обладнання, для збудження авторезонансних коливань крила літака із вбудованими паливними баками (із показом форм (амплітуд коливань) сигналів на виході з індукційного датчика, відповідно, на виході з підсилювача низької частоти і після стабілізації на вході в силозбуджувач), на Фіг. 4 показано схему розміщення літака із вбудованими в крило паливними баками, та обладнання, за допомогою якого здійснюється спосіб визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, що заявляється, з показом збудження авторезонансних коливань крила літака із вбудованими паливними баками та форм (амплітуд коливань) сигналів на виході з індукційного датчика, відповідно, на виході з підсилювача низької частоти і після стабілізації на вході в силозбуджувач), на Фіг. 5 показано графік залежності частоти власних авто резонансних коливань крила з наповненими паливом баками, від рівня наповнення бака, на Фіг. 6 показано номограму визначення кількості палива в крилових паливних баках літака по частоті власних авторезонансних коливань від кількості палива в баках та з урахуванням температури зовнішнього середовища і тиску повітря в пневматиках шасі, на Фіг. 7 показано схему розміщення обладнання для здійснення способу визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, що заявляється, на літаку типу Л-39 (у якому контролюється кількість палива, що знаходиться у крилових паливних баках), на Фіг. 8. показано схему збудження вигинних коливань крила (із вбудованими паливними баками та паливом у них) за допомогою динамічного віброзбуджувача (силозбуджувача). Здійснення способу визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, що заявляється, пояснюється за допомогою пристрою [4], показаного на Фіг. 1. Пристрій [4], за допомогою якого здійснюється спосіб визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, що заявляється, виконано у вигляді динамічного віброзбуджувача (позиція "ДВ") (силозбуджувача), що містить електровібратори 1 (закріплені на силовій опорі, наприклад, на літаковому підйомнику див. схеми на Фіг. 1, 3, 4 і на Фіг. 7), силопередаючий пристрій 2, індукційний електромагнітний датчик 3, підсилювач 4 низької частоти, постійний магніт 5 та електронно-рахунковий частотомір 6 (див., відповідно, схеми на Фіг. 1-4). Принцип дії зазначеного динамічного вібровозбуджувача (позиція "ДВ") засновано на утворенні самозбудного замкненого контуру, що складається із крила (позиція 7) із вбудованим паливним баком (позиція "Б"), індукційних електромагнітних датчиків 3, підсилювача 4 низької частоти та електровібраторів 1. Спосіб визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, що заявляється, реалізовано на крилі (позиція 7) літального апарата (позиція "Л") за допомогою зазначеного вище пристрою [4] таким чином (див. блок-схему на Фіг. 2). Крило (позиція 7) із вбудованим паливним баком (позиція "Б") у цьому контурі є частотновибірною ланкою, що дозволяє збуджувати коливання крила (позиція 7) тільки з авторезонансною частотою. Для підтримання амплітуди А коливань на максимальному рівні, пристрій [4] постачено блоком 8 виділення активної потужності і мікро-ЕОМ (позиція 9) (або використовується бортова цифрова електронна обчислювальна машина (БЦЕОМ) літака позиція "Л"). Для перемикання ланцюгів комутація при стабілізації амплітуди А коливань 2 UA 77125 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 передбачений блок 10 узгодження сигналів, який керується за допомогою мікро-ЕОМ (позиція 9). Всі електронні пристрої, що входять до складу динамічного віброзбуджувача (позиція "ДВ"), з'єднано з джерелом електроживлення (позиція 11), яке представляє собою або літаковий акумулятор (позиція "ЛА") (до якого приєднуються конструктивні елементи пристрою [4]), або зовнішнє джерело живлення (з відповідною напругою постійного току ±27 В) - див. блок-схеми та, відповідно, схеми на Фіг. 1-4, 7-8. Суть корисної моделі в способі визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, який заявляється, пояснюється проведеними дослідженнями. Спочатку, з метою одержання залежності частоти f власних авторезонансних коливань від маси m рідкої речовини (12) в баку (позиція "Б"), визначалася частота fк власних авторезонансних коливань конструкції (насамперед крила - позиція 7) з порожніми ("сухими") баками (позиція "Б"). При цьому, вивід системи на режим власних авторезнансних коливань здійснюється таким чином. Крилу (позиція 7) з баком (позиція "Б") надається первісний імпульс коливань (наприклад, натискаючи на крило 7 рукою у бік постійного магніту 5). Крило 7 прогинається. Індукційний електромагнітний датчик 3, рухаючись разом із крилом 7, перетинає магнітне поле постійного магніту 5 (N/S) і в ньому наводиться сигнал у вигляді електрорушійної сили (е.р.с.) індукції. З індукційного датчика 3 сигнал у вигляді е.р.с. індукції надходить на підсилювач низької частоти 4. Посилений у підсилювачі 4 сигнал подається на обмотки електровібраторів 1 (які виконано у вигляді електромагнітних котушок), створюючи електромагнітне поле, яке, впливаючи на силопередавальний пристрій 2, жорстко закріплений на закінцівці крила 7 (як варіант закріплення), викликає його коливальний рух, а разом з ним і коливальний рух крила 7. Таким чином крило 7 з баком (позиція "Б") виходить на режим автоколивань. Заміряна за допомогою електронно-рахункового частотоміра 6 частота власних авторезонансних вигинних коливань крила 7 з "сухими" баками (позиція "Б") приймається за першу еталонну частоту fмакс. (див. графік на Фіг. 5). Потім у крилові паливні баки (позиція "Б") заливалися i-ті порції палива за масою m (кГ) кожна. Після заливання чергової i-тої порції палива (позиція 12) реєструвалися показання електронно-рахункового частотоміра 6 (частота fi коливань) і проводився огляд амплітуд А коливань за допомогою мікро-ЕОМ (позиція 9). Таким чином при заливанні кожної i-тої порції палива (позиція 12) фіксувалися величини частот fi власних авторезонансних коливань і амплітуд А коливань, що відповідають фактичній i-тій кількості (масі Мі) палива 12 у баку (позиція "Б"). Дані по кількості (масі) палива 12 й відповідним масі Мі частотам f і амплітудам А власних авторезонансних коливань (за часом) вводилися у пам'ять мікро-ЕОМ (позиція 9) (або БЦЕОМ літака - позиція "Л"), при цьому заповнення баків (позиція "Б") проводилося до їхнього максимального наповнення (Mжмакс. - див. графік на Фіг. 5), а заміряна частота/власних авторезонансних коливань крила 7 з повними баками (рівень наповнення бака - 100 %) приймалася за другу еталонну частоту - fмін. У всіх випадках збудження в системі "крило-бакпаливо" власних авторезонансних коливань за допомогою динамічного віброзбуджувача (позиція "ДВ"), вплив дисипативних сил палива 12 (що коливається в баку) на частоту f власних авторезонансних коливань основного тону, відбувалося за певним законом в залежності від рівня й, відповідно, маси Мі залитого в бак (позиція "Б") палива 12 (рідкої речовини). Максимальний вплив дисипативних сил коливної рідкої речовини (палива) на частоту f власних авторезонансних коливань системи відбувається в областях до 25…30 % або більше 75 % заповнення об'єму бака (в районі 85…95 %). У цих зонах заповнення бака (позиція "Б") амплітуда А коливань є нестабільною (див. позиції "а" і "б" на Фіг. 4), що, у свою чергу, призведе до нестабільності й частоти f власних авторезонансних коливань. Нестабільність амплітуди коливань системи "крило-бак-паливо" (див. схему на Фіг. 3 та позиції "а" і "б" на Фіг. 4, що показують нестабільність коливань) полягає в тому, що сили, які беруть участь у коливаннях бака (позиція "Б") з рідким наповнювачем (речовиною типу паливо - авіаційний гас), не пропорційні узагальненим переміщенням, а пружні дисипативні сили мають нелінійний характер. При виході системи на авторезонансний режим коливань, за допомогою мікро-ЕОМ (позиція 9) здійснювався огляд амплітуд А коливань за часом. В пам'ять мікро-ЕОМ (позиція 9) (або БЦЕОМ літака - позиція "Л") вводилися дані по величинах піків амплітуд А коливань за період від одного максимуму до наступних й здійснювалося порівняння з еталонними. За даними вимірювань мікро-ЕОМ (позиція 9) видавала команду на блок 8 виділення активної потужності, який, у свою чергу, зміною енергії, що підводиться, стабілізував амплітуду А коливань по її максимальній величині (Амакс). Одночасно мікро-ЕОМ (позиція 9) (або БЦЕОМ 3 UA 77125 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 літака - позиція "Л") подавала сигнал на блок 10 узгодження сигналів, який перемикав ланцюг "підсилювач низької частоти - електровібратори" (ланцюг подачі посиленого сигналу) на ланцюг, що зв'язує блок 8 виділення активної потужності з електровібраторами 1 (електромагнітами). При цьому форма сигналу, що подавався на електровібратори 1 (електромагніти), відповідала синусоїдальній - позиція "в" (див. схеми на Фіг. 3 та на Фіг. 4). При стабілізації процесу коливань по амплітуді (позиція "в" - див. схеми на Фіг. 3-4) й частоті, за допомогою електронно-рахункового частотоміра 6 здійснюється вимірювання частоти f власних авторезонансних коливань крила 7 з баками (позиція "Б"), по якій визначають масу рідкої речовини, а саме палива 12 в баку (див. номограму f=f(m) - номограму визначення кількості палива в крилових паливних баках літака по частоті власних авторезонансних коливань від кількості палива в баках та з урахуванням температури зовнішнього середовища і тиску повітря в пневматиках шасі - Фіг. 6). Спосіб визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, може бути реалізований на будь-якому типі літального апарата, переважно літака (див. схеми на Фіг. 7-8). Наприклад, діагностується кількість палива 12 у крилових паливних баках (позиція "Б") літака типу Л-39 - див. схему на Фіг. 7. Для цього на закінцівку крила 7 закріплюється силопередаючий пристрій 2, при цьому зазначений пристрій (позиція 2) закріплюється своєю поздовжньою віссю уздовж осі жорсткості (позиція "ОЖ") крила (див. схеми на Фіг. 7, 8). Після цього на опорі закріплюють електровібратори 1 (які виконано у вигляді електромагнітів). Зазначені електровібратори 1 підводяться до силопередавального пристрою 2 таким чином, щоб його пластина 13 була розташована симетрично відносно торцевих частин електровібраторів 1 (з однаковим зазором 5 між верхнім і нижнім електровібраторами 1 (див. схему на Фіг. 8). Блок електровібраторів 1 закріплюється до опори за допомогою, наприклад, гвинтів 14 (див. схеми на Фіг. 7, 8). Після цього на крилі 7 закріплюють індукційний електромагнітний датчик 3 (переважно на максимальному віддаленні від закладення крила 7 у фюзеляж 15 літака "Л"), а під ним розташовують постійний магніт 5 (із зазором між ними) - див. схеми на Фіг. 7, 8. Далі з'єднують між собою всі конструктивні елементи, що входять до складу динамічного віброзбуджувача (позиція "ДВ"), а саме - позиції 1, 3 та 4, та конструктивні елементи, що входять до складу системи збудження коливань, а саме - позиції 6, 8-11 (згідно блок-схем, показаних на Фіг. 1-4, та схем, показаних на Фіг. 7, 8). При подачі електричного струму з джерела 11 електричного живлення на відповідні пристрої (позиції 4, 6, 8-10) система збудження коливань починає роботу (як описано вище) (після надання початкового імпульсу коливань). Підвищення ефективності способу визначення кількості палива в крилових паливних баках літака, який заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається шляхом збудження і вимірювання частот власних авторезонансних коливань крила із вбудованими паливними баками (з паливом), що забезпечує підвищення точності вимірювання маси палива, яке знаходиться в крилових паливних баках літака. Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2196966 від 2003 р. "Датчик для измерения уровня жидкости", опубл. БИ № 2, 2003 р. - аналог. 2. Авторське свідоцтво СРСР № 1137327, МПК (6) G01G11/16 від 30.01.1983 р. - аналог. 3. Авторське свідоцтво СРСР № 282687, МПК (6) G01G3/16 від 1969 р. - прототип. 4. Авторське свідоцтво СРСР № 733443, МПК (6) G01М7/00 від 1980 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Спосіб визначення кількості палива в крильових паливних баках літака, який полягає в порушенні коливань бака й вимірюванні амплітуди коливань, який відрізняється тим, що збуджують резонансні коливання нелінійного типу, виділяють максимальну амплітуду коливань і підтримують її постійною в часі шляхом регулювання величини енергії, що підводиться, визначають частоту резонансних автоколивань, по якій визначають масу рідкої речовини палива в баку. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як резонансні коливання нелінійного типу збуджують власні авторезонансні коливання конструкції - крила літака. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що масу рідкої речовини - палива в баку - визначають по номограмі залежності частоти власних авторезонансних коливань крила літака із 4 UA 77125 U вбудованими паливними баками, заповненими паливом, від маси палива в баку з урахуванням температури зовнішнього середовища і тиску повітря в пневматиках шасі. 5 UA 77125 U 6 UA 77125 U 7 UA 77125 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8