Способ определения массового запаса топлива

 

Изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано для контроля массы топлива в каждом топливном баке топливной системы самолета и суммарной массы топлива на борту самолета. При осуществлении способа измеряют текущие значения параметров топлива: уровень топлива, температуру топлива, а также его характеристические параметры, например теплопроводность, диэлектрическую проницаемость и светопоглощение, в каждом топливном баке. Уровень топлива измеряется не менее чем в трех различных точках поверхности бака, не лежащих на одной прямой линии. По уровню топлива с учетом геометрических характеристик бака в бортовом вычислителе определяется объем топлива в баке. По характеристическим параметрам и температуре топлива в бортовом вычислителе определяются марка или соотношение различных марок топлив в каждом баке. По марке или смеси марок топлива и по температуре топлива в бортовом вычислителе определяется плотность топлива и с учетом вычисленного объема топлива в баке находят массу топлива в каждом баке и массу топлива на борту самолета. Изобретение позволяет повысить точность определения массового запаса топлива в каждом топливном баке топливной системы самолета и суммарной массы топлива на борту самолета для разных самолетов, при разбросе температур и марок топлива, находящихся в различных баках. 1 ил.

Изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано для контроля запаса топлива в топливных баках топливной системы самолета.

Известен способ определения запаса топлива на борту самолета, основанный на вычислении в бортовом вычислителе текущих значений запаса топлива в каждом топливном баке в функции измеряемого в процессе полета текущего значения уровня топлива в баке с учетом геометрических характеристик этого бака и с коррекцией вычисленного запаса топлива на борту самолета по измеренным текущим значениям углов крена и тангажа [Л.Б. Лещинер и др. Проектирование топливных систем, М., "Машиностроение", стр.30-32, 1991].

Недостатком этого способа является наличие значительной методической эволютивной погрешности определения запаса топлива на борту самолета, возникающей при пространственных эволюциях самолета, во-первых, вследствие того, что корректируют не текущий запас топлива в каждом отдельном топливном баке топливной системы самолета, а сразу весь запас топлива на борту самолета и, во-вторых, из-за того, что при эволюциях самолета углы наклона поверхности топлива в баке могут значительно отличаться от углов крена и тангажа самолета.

От этого недостатка частично свободен наиболее близкий к предлагаемому и принятый за прототип способ определения запаса топлива на борту самолета [Патент Российской Федерации 2156444, МКИ G 01 F 23/26, B 64 D 37/00, опубл. 2000] , основанный на вычислении в бортовом вычислителе текущих значений объемных запасов топлива в каждом баке топливной системы самолета в функции измеренного текущего значения уровня топлива в баке и измеренного текущего значения угла наклона поверхности топлива в этом баке с учетом геометрических характеристик бака. Однако этот способ характеризуется тремя недостатками, затрудняющими его осуществление на борту самолета.

В прототипе предусмотрена возможность определения массового запаса топлива на борту самолета путем коррекции вычисленного значения объемного запаса топлива на борту самолета по температуре и характеристическим параметрам топлива. Однако в известном способе температуру измеряют с помощью единственного датчика температуры, установленного только в одном из баков топливной системы самолета, а текущие значения характеристических параметров топлива вообще не измеряют, а вычисляют в бортовом вычислителе топливоизмерительной системы их постоянные значения при заправке самолета топливом на основании введенных в память вычислителя при предполетной подготовке самолета номинальных паспортных данных топлива, заправленного в топливную систему самолета, например, на основании номинальной плотности ρ_oi топлива марки М_i при температуре 20^oС.

В связи с этим известный способ характеризуется значительной методической погрешностью определения массового запаса топлива.

Указанный недостаток вызван двумя причинами.

Во-первых, определение средней температуры всего топлива, находящегося в нескольких баках топливной системы самолета, по температуре, измеренной только в одном из этих баков, связано со значительной погрешностью усреднения, вызванной реально существующим разбросом температур топлива между отдельными топливными баками. Разброс температуры топлива между отдельными баками топливной системы может достигать при эксплуатации самолета величины ±35^oС. Например, в случае нескольких последовательных дозаправок самолета, не полностью израсходовавшего запас топлива в предыдущем перелете, в аэропортах, расположенных в меридиональном направлении, с температурами заправляемого топлива -35^oС (в северном аэропорту) и +35^oС (в южном аэропорту), температуры топлива в различных баках могут отличаться между собой на 70^oС.

Во-вторых, определение фактической марки заправленного топлива в известном способе производится не на основе измеряемых текущих значений характеристических параметров фактически заправленного топлива, а по номинальным постоянным значениям этих параметров, указанным в сопроводительном паспорте на заправленное топливо, что также сопровождается значительной ошибкой, вызванной отклонением фактических значений параметров от номинальных. В качестве номинального параметра при определении массового запаса топлива путем коррекции вычисленного объемного запаса обычно используют характеристический параметр ρ_oi заправленного топлива - номинальную плотность заправленного топлива марки М_i при нормальной температуре.

Однако при перелете дальнемагистрального самолета с дозаправками в нескольких аэропортах топливами различных марок, достоверно установить какое-либо конкретное значение плотности топлива в баке без измерения фактических характеристических параметров топлива в этом баке становится затруднительным, т.к. разные баки самолета могут оказаться заполненными топливами различных марок, а некоторые из баков - смесью топлив различных марок. При этом разброс плотности топлив различных марок, находящихся в различных баках самолета, даже при одинаковой температуре топлива может достигать ±4%, а при разбросе температур топлива в различных баках с учетом температурного коэффициента плотности топлива, составляющего около 0,1% на градус, может достигать в диапазоне температур от +35 до -35^oС величины ±7% [См., напр., справочник "Свойства авиационных топлив" ("Aviation fuel properties"). Atlanta, Georqia, 1988].

Так как сертификационные авиационные требования [Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов. Приложение 8.0; Специальные требования. П. 8.8.10; п.2.1; - М., 1987] безусловно требуют измерения массового запаса топлива на борту самолета с погрешностью, не превышающей ±3,5% во всех условиях эксплуатации, и, в том числе при любых марках заправленного топлива или смеси топлив различных марок, то очевидно, что известный способ фактически не может быть применен для определения массового запаса топлива на борту гражданского транспортного самолета, так как не соответствует сертификационным требованиям по точности измерения.

Вторым недостатком известного способа является невозможность определения массового запаса топлива в каждом отдельном баке топливной системы.

Известный способ позволяет определить только массовый запас топлива на борту самолета. Этот недостаток известного способа обусловлен методом определения массового запаса топлива путем температурной коррекции вычисленного значения объемного запаса топлива на борту самолета, что не дает возможности определить массовый запас топлива в отдельном баке. Поскольку вышеупомянутые единые нормы летной годности самолетов безусловно требуют измерения массового запаса топлива в каждом отдельном топливном баке топливной системы самолета, то известный способ не отвечает сертификационным требованиям и не может быть осуществлен на борту самолета.

Третьим недостатком известного способа является использование операции измерения текущего значения угла наклона поверхности топлива в баке.

В известном способе для определения текущего значения объемного запаса топлива в баке при пространственных эволюциях самолета вводят в бортовой вычислитель измеренное текущее значение угла наклона поверхности топлива в этом баке. В топливоизмерительной системе, осуществляющей известный способ, для измерения текущих значений угла наклона поверхности топлива применены бортовые датчики угла наклона поверхности топлива.

К сожалению, в описании изобретения к упомянутому патенту 21564444 на известные способ и систему отсутствуют сведения, подтверждающие возможность осуществления бортового датчика угла наклона поверхности топлива в топливном баке самолета.

В известной технической литературе также отсутствуют сведения о применении таких датчиков на борту самолета. Известные датчики угла наклона, описанные в технической литературе и широко используемые на борту самолета, измеряют не углы наклона поверхности топлива, а углы наклона самого самолета в вертикальной и горизонтальной плоскостях (углы крена и тангажа самолета). Однако при пространственных эволюциях самолета углы крена и тангажа могут существенно отличаться от углов наклона поверхности топлива в баке.

Известные датчики угла наклона поверхности жидкости, описанные в технической литературе: буйковые датчики, содержащие плавающий на поверхности жидкости поплавковый буй с указателями углового положения буя, и жидкостные датчики, содержащие установленный в баке сосуд, представляющий собой уменьшенную геометрическую модель бака, заполненный постоянным количеством эталонной жидкости, с указателями углового положения поверхности этой жидкости, предназначены для использования в сугубо стационарных условиях, когда поверхность контролируемой ими жидкости находится в спокойном состоянии.

В нестационарных условиях показания этих датчиков характеризуются значительной погрешностью измерения, что затрудняет их использование в топливных баках самолета при пространственных эволюциях последнего. В связи с этим использование датчиков угла наклона поверхности топлива в известной бортовой топливоизмерительной системе самолета, равно как и применение операции измерения угла наклона поверхности топлива в баке в известном способе, не только усложняет известные систему и способ, но и вызывает существенную методическую эволютивную погрешность измерения объемного запаса топлива в баке, а следовательно, и массового запаса топлива на борту самолета.

Для уменьшения влияния двух первых из отмеченных недостатков известного способа на точность определения массового запаса топлива на борту самолета в предлагаемом изобретении, в отличие от известного способа, основанного на преобразовании вычисленного объемного запаса топлива на борту самолета в массовый запас топлива на борту самолета на основе паспортных данных о номинальных значениях характеристических параметров топлива, заправленного в баки топливной системы при предполетной подготовке самолета, и текущих значений температуры топлива, измеряемой в процессе полета только в одном из топливных баков, предложен способ определения массового запаса топлива на борту самолета, основанный на преобразовании вычисленного объемного запаса топлива в баке в массовый запас топлива в этом баке с использованием измеряемых в процессе полета текущих значений характеристических параметров топлива в каждом баке и температуры топлива в каждом баке, с идентификацией марки фактически содержащегося в баке топлива по его характеристическим параметрам, определением плотности идентифицированного топлива, коррекцией плотности идентифицированного топлива по температуре топлива в баке и определением массового запаса топлива на борту самолета путем суммирования массовых запасов топлива в баках.

Для уменьшения влияния третьего из отмеченных недостатков известного способа на точность определения запаса топлива в баке при пространственных эволюциях самолета в предлагаемом изобретении, в отличие от известного способа вычисления объемного запаса топлива в баке на основе измеряемых текущих значений уровня топлива в баке с использованием измеряемых текущих значений углов наклона поверхности топлива в баке и, как исходных данных, геометрических характеристик бака, предложен способ вычисления объемного запаса топлива в баке на основе текущих значений уровня топлива в баке, измеряемых не менее, чем в трех точках поверхности топлива в баке, не лежащих на одной прямой линии, с использованием как исходных данных геометрических характеристик бака, что позволяет вычислять объем топлива в баке при пространственных эволюциях самолета без дополнительной информации о текущих значениях углов наклона поверхности топлива в баке и без учета влияния эволютивной погрешности измерения углов наклона поверхности топлива на точность определения запаса топлива в баке.

Таким образом, в основу предлагаемого изобретения поставлена задача повышения точности определения массового запаса топлива на борту самолета при пространственных эволюциях самолета, разбросе температур и марок топлива, находящегося в различных баках топливной системы самолета, а также задача определения массового запаса топлива в каждом топливном баке.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения запаса топлива, основанном на измерении текущих значений уровня топлива в каждом топливном баке самолета и текущих значений температуры топлива, на вычислении в бортовом вычислителе объемного запаса топлива в каждом баке с учетом измеренных текущих значений уровня топлива в баке, а также введенных в память бортового вычислителя исходных данных о геометрических характеристиках бака и функциональной зависимости объемного запаса топлива в баке от текущих значений уровня топлива в баке с учетом геометрических характеристик этого бака, определении массового запаса топлива на основе вычисленного значения объемного запаса, измеренных текущих значений температуры топлива, а также данных о характеристических параметрах топлива и определении запаса топлива на борту самолета путем суммирования запасов топлива в баках, новым согласно изобретению является то, что текущие значения уровня топлива в каждом топливном баке измеряют не менее, чем в трех различных точках поверхности топлива в баке, не лежащих на одной прямой линии, текущие значения температуры топлива измеряют в каждом баке, в память бортового вычислителя вводят функциональную зависимость объемного запаса топлива в баке от текущих значений уровня топлива в баке, определенных не менее чем в трех различных точках поверхности топлива в баке, не лежащих на одной прямой линии, дополнительно измеряют текущие значения характеристических параметров топлива в каждом баке, дополнительно вводят в память бортового вычислителя алгоритм идентификации марки топлива и идентифицируют марку топлива в баке или смесь топлив различных марок топлива в баке по измеренным текущим значениям характеристических параметров и температуры топлива в баке, определяют массовый запас топлива в баке на основе вычисленного значения объемного запаса топлива в баке, измеренных текущих значений температуры топлива в баке и идентифицированной марки топлива в баке и находят массовый запас топлива на борту самолета путем суммирования массовых запасов топлива в баках.

Для более полного раскрытия сущности изобретения на чертеже представлена функциональная схема топливоизмерительной системы, осуществляющей заявленный способ.

Топливоизмерительная система содержит установленные в каждом из N топливных баков 1 топливной системы самолета датчики текущих параметров топлива: датчики 2 уровня (h) топлива, например, электроемкостные датчики уровня, датчики 3, 4 и 5, соответственно первого, второго и третьего характеристических параметров (J) топлива и датчик 6 температуры (t) топлива, например, терморезисторный датчик температуры. В каждом топливном баке 1 содержится не менее трех датчиков 2 уровня топлива, не лежащих на одной прямой линии, например, установленных, как это показано на виде "а" бака 1, в различных точках этого бака, не лежащих на одной прямой. В качестве датчика 3 первого характеристического параметра топлива может быть применен датчик диэлектрической проницаемости (ε) топлива, в качестве датчика 4 второго характеристического параметра топлива может быть применен датчик светопоглощения (k) топливом, а в качестве датчика 5 третьего характеристического параметра топлива - датчик теплопроводности (λ) топлива. Выходы датчиков 2, 3, 4, 5 и 6 каждого бака 1 подключены ко входам блока 7 преобразования и нормирования сигналов датчиков, предназначенного для приведения к единому нормализованному виду неунифицированных сигналов датчиков различных физических величин: уровня h, диэлектрической проницаемости ε, светопоглощения k, теплопроводности λ и температуры t.

Блок 7 имеет N групп входов (по числу N баков 1). Датчики 2, 3, 4, 5 и 6 каждого бака 1 подключены к группе входов блока 7, соответствующей этому баку, например, датчик 6 температуры t₁ топлива, установленный в первом баке 1, подключен к одному их входов первой группы входов - входу Вх t₁ блока 7, а датчик 2 уровня h_N2 топлива, установленный в точке "2" N-ого бака 1, подключен к одному из входов N-ной группы входов - входу Вх h_N2 блока 7. Выходы блока 7 соединены со входами бортового вычислителя 8, в состав которого входят электронные модули формирования промежуточной информации: модуль 9 вычисления объема топлива в баке, формирователь 10 геометрических характеристик бака, идентификатор 11 марки топлива в баке, корректор 12 плотности топлива в баке, а также электронный модуль формирования выходной информации - модуль 13 вычисления массы топлива в баке и загрузчик 14 численных исходных данных; кроме того, в состав системы входит сумматор 15.

Модуль 9 вычисления объема топлива содержит группу измерительных входов и вход численных исходных данных. Измерительные входы Вхh₁₁, Вхh₁₂, Bxh₁₃,.. .Bxh_N1, Bxh_N2, Вхh_N3 модуля 9 соединены с соответствующими выходами блока 7, а вход численных исходных данных - с шинным выходом Вых (b_1i, b_2j, b_3k)_n формирователя 10 геометрических характеристик бака. Загрузчик 14 численных исходных данных содержит три шинных выхода, один из которых - выход Вых (1, 2, ...n...N); Вых (b_1i, b_2j, b_3k) подключен ко входу формирователя 10.

Идентификатор 11 марки топлива содержит две группы измерительных входов и вход численных исходных данных. Измерительные входы Bxε₁, Bxk₁, Bxλ₁,...Bxε_N, Bxk_N, Bxλ_N первой группы входов идентификатора 11, предназначенные для приема нормализованных значений характеристических параметров топлива в баке, и измерительные входы Bxt₁,...Bxt_N второй группы входов идентификатора 11, предназначенные для приема нормализованных значений температуры топлива в баке, соединены с соответствующими выходами блока 7, а вход исходных данных соединен с шинным выходом Вых (а_i); Вых (М_i) загрузчика 14.

Выходы идентификатора 11 подключены ко входу первой группы входов BxM₁,. . . ВхМ_N корректора 12 плотности топлива, выходы которого соединены со входами первой группы входов Bxρ(t)₁,... Bxρ(t)_N модуля 13 вычисления массы топлива. Вторая группа входов Bxt₁,...Bxt_N корректора 12 подключена к соответствующим выходам блока 7, а вход численных исходных данных - к шинному выходу Вых (с_i) загрузчика 14. Вторая группа входов BxV₁,... ВхV_N модуля 13 подключена к выходам модуля 9.

Выходы модуля 13 вычисления массы топлива в баке, предназначенные для выдачи во внешние системы самолета информации о массовом запасе топлива в каждом баке топливной системы самолета, соединены также и со входами Bxm₁... Bxm_N сумматора 15, выход Выхm которого предназначен для выдачи во внешние системы самолета информации о суммарном массовом запасе топлива на борту самолета.

Датчик 3 первого характеристического параметра топлива может представлять собой датчик диэлектрической проницаемости топлива, выполненный, например, в виде диэлектрометрической ячейки, содержащей конденсатор, величина выходного информативного параметра которого - электрической емкости - зависит от диэлектрической проницаемости ε топлива, находящегося между электродами конденсатора. Датчик 4 второго характеристического параметра топлива может представлять собой датчик светопоглощения, выполненный, например, в виде оптометрической ячейки, содержащий два диода: светодиод, излучающий постоянный световой поток в инфракрасном диапазоне спектра, и фоточувствительный диод, величина выходного информативного параметра которого - силы фототока - определяется интенсивностью светового потока, зависящей, при прочих равных условиях, от показателя k поглощения света топливом, через слой которого проходит световой поток светодиода.

Датчик 5 третьего характеристического параметра топлива может представлять собой датчик теплопроводности топлива, выполненный, например, в виде мерной ячейки теплопроводности, содержащей подогреваемый током терморезистор, температура которого при прочих равных условиях определяется теплопроводностью окружающей среды; при погружении мерной ячейки в топливо величина выходного информативного параметра терморезистора - его электросопротивления - зависит от теплопроводности λ топлива.

Ниже приводится пример осуществления заявленного способа.

Пример Предварительно в перепрограммируемую память модулей 10, 11 и 12, а также в постоянную память модулей 9, 10, 11, 12 и 13 вводят численные исходные данные, алгоритмы преобразования и функциональные зависимости, используемые при осуществлении способа. Численные исходные данные вводят в перепрограммируемую память модулей 10, 11 и 12 через шинные выходы загрузчика 14. Алгоритмы преобразования в постоянную память модулей 10 и 11 и математические зависимости в постоянную память модулей 9, 12 и 13 вводят непосредственно в микросхемы постоянной памяти этих модулей.

В перепрограммируемую память идентификатора 11 марки топлива в баке вводят два массива численных исходных данных: массив (а_i) характеристических констант топлива и массив (М_i) марок топлива в функции одного из характеристических параметров J_i топлива, например параметра λ_i, при значении t_i температуры топлива. В перепрограммируемую память формирователя 10 геометрических характеристик бака вводят два массива численных исходных данных: массив (1, 2, . ..n, ... N) номеров топливных баков и массив (b_1i, b_2i, b_3i) констант для любого из N баков, ставящих в соответствие каждой паре значений (h_1i, h_2j) уровня топлива в точках "1" и "2" этого бака одно значение V_n объема топлива в баке. В перепрограммируемую память корректора 12 плотности топлива в баке вводят массив численных исходных данных (с_i) о значениях номинальных плотностей ρ_i топлива и температурных коэффициентов β_i плотности топлива для группы топлив известных марок, используемых на данном классе самолетов, и для смесей топлив различных известных марок. В постоянную память модулей 10 и 11 вводят алгоритмы преобразования численных исходных данных в выходные сигналы этих модулей. В постоянную память модулей 9, 12 и 13 вводят функциональные зависимости, необходимые для осуществления способа.

В процессе полета с выходов датчиков 2, 3, 4, 5 и 6, установленных в топливных баках 1, на входы блока 7 поступают сигналы о текущих значениях уровней, характеристических параметров и температуры топлива в каждом из топливных баков 1. В блоке 7 эти сигналы преобразуются к нормализованному виду и с соответствующих выходов блока поступают на соответствующие входы электронных модулей 9, 11 и 12 бортового вычислителя 8. Нормализованные сигналы о текущих значениях трех различных уровней топлива в каждом баке, измеренных в трех точках бака, не лежащих на одной прямой линии, поступают с выходов блока 7 на измерительные входы Вхh₁₁, Вхh₁₂, Bxh₁₃,...Bxh_N1, Bxh_N2, Вхh_N3 модуля 9 вычисления объема топлива в баке, нормализованные сигналы о текущих значениях каждого их трех характеристических параметров ε_i, k_i и λ_i топлива в каждом из баков 1 поступают с выходов блока 7 на измерительные входы Bxε₁, Bxk₁, Bxλ₁,...Bxε_N, Bxk_N, Bxλ_N первой группы измерительных входов идентификатора 11 марки топлива в баке, а нормализованные сигналы о температуре топлива в каждом баке 1 - с выходов блока 7 на измерительные входы Bxt₁,... Bxt_N второй группы измерительных входов этого идентификатора и на входы Bxt₁,...Bxt_N второй группы входов корректора 12 плотности топлива в баке.

В модуле 9 производится вычисление объема V_n топлива в n-м топливном баке 1 на основании поступающих на входы модуля 9 нормализованных сигналов о текущих значениях уровней топлива, измеренных в трех различных точках бака, и данных о геометрических характеристик этого бака в соответствии с введенной в постоянную память модуля 9 функциональной зависимостью (1) V_n=F(h_1i, h_2j, h_3k; b_1i, b_2j, b_3k)_n, где функция F ставит в соответствие каждой тройке (h_1i, h_2j, h_3k) текущих значений аргументов одно и только одно значение объема V_n топлива в n-м баке, геометрические характеристики которого заданы массивом констант (b_1i, b_2i, b_3k)_n. Зависимость (1) может быть выражена, например, линейным полиномом (2) V_n=(b_1ih_1i+b_2jh_2j+b_3kh_3k)_n, где коэффициенты b_1i, b_2j, b_3k характеризуют геометрию n-го бака, а уровни h_1i, h_2j и h_3k топлива измеряются в точках "1", "2" и "3" этого бака, не лежащих на одной прямой линии.

Полином (2) может быть задан для каждого из N топливных баков, например в численной форме, с помощью d квадратных численных матриц. Каждая из таких матриц содержит d строк и d столбцов, причем каждая из строк, в свою очередь, содержит d численных значений объема топлива, соответствующих значениям h_1i, ...h_1d уровня топлива в точке "1" n-го бака, и d столбцов, каждый из которых содержит d численных значений объемов топлива, соответствующих значениям h_2j,... h_2d уровня топлива в точке "2" n-го бака. При этом каждая из d квадратных матриц соответствует одному из d значений уровня _3i,... h_3d топлива в точке "3" n-го бака. В целом совокупность d квадратных матриц представляет собой кубическую матрицу размерности d, содержащую d³ дискретных численных значений объема топлива в каждом из 1, 2,... n,... N топливных баков 1. В качестве примера численной матрицы ниже приведена матрица (3) (см. в конце описания), содержащая d² численных значений V_ll... V_dd объема топлива в топливном баке 4 в функции уровней h_li и h_2j топлива, соответственно, в точках "1" и "2" этого бака.

Данная матрица является одной из d квадратных матриц, каждая из которых соответствует одному из d численных значений h₃₁,... h_3k... h_3d уровня топлива в точке "3" топливного бака 4. Матрица позволяет для любых двух значений (h_1i, h_2j) уровня топлива, измеренных, соответственно, в точках "1" и "2" четвертого бака, указать однозначно соответствующее им значение объема топлива в этом баке. Например, значениям (h₁₃, h₂₄) уровня топлива отвечает значение V₃₄ объема топлива. Третье значение h_3k уровня топлива в точке "3" четвертого бака необходимо для выбора той из d квадратных матриц, которая соответствует значению h_3k уровня, а именно матрицы с номером k. Выбор матрицы с номером k позволяет определить уточненное по значению h_3k уровня топлива значение V_34k объема топлива в топливном баке 4. Данное значение объема вычисляют в модуле 9 в соответствии с полиномом (2) V₄=(b_1ih_1i+b_2jh_2j+b_3kh_3k)₄.

Таким образом, в d матрицах типа (3) содержится d³ дискретных значений объема V₄ топлива в топливном баке 4, что позволяет вычислить объем топлива в этом баке с точностью до одного из d³ численных дискретных значений объема. Аналогичным образом вычисляют объем топлива и в любом другом баке 1 топливной системы самолета. Поскольку величина погрешности δ_d дискретизации объема топлива в баке с помощью функции F, заданной кубической численной матрицей размерности d, определяется неравенством где V_{n max} - объем топлива в полностью заполненном баке с номером n, то, задаваясь числом d, можно обеспечить любую требуемую точность вычисления объема топлива в баке 1.

Массив (b_1i, b_2i, b_3k)_n коэффициентов, характеризующих геометрию каждого из N топливных баков, можно получить, например, на основе заданных в ТЗ на проектирование топливоизмерительной системы геометрических обводов топливного бака, как трехмерного тела, пересеченного плоскостью, пространственное положение которой задано тремя точками "1", "2" и "3", расположенными внутри топливного бака и не лежащими на одной прямой. Координаты этих точек относительно бака соответствуют точкам отсчета уровней h₁, h₂ и h₃ топлива в баке. Численно определив значение объема бака, лежащее ниже секущей плоскости, и используя полином (2), можно найти для каждого дискретного значения объема соответствующие ему значения коэффициентов b_1i, b_2j, b_3k полинома для d³ различных положений секущей плоскости. Число d³ устанавливают, исходя из заданной величины погрешности δ_d дискретизации объема топливного бака. Например, если заданная величина погрешности дискретизации составляет
δ_d≤1%,
то d³≥100, что соответствует размерности числовой матрицы (3) d=5, если
δ_d≤0,5%,
то d³≥200, что соответствует размерности числовой матрицы (3) d=6.

Значения вычисленных в модуле 9 объемов V_n топлива в каждом из N баков топливной системы передаются с выходов модуля 9 на входы BxV₁... ВхV_N второй группы входов модуля 13, в котором вычисляются значения m₁, m₂,... m_n,... m_N массы топлива в каждом из N топливных баков 1 в соответствии с известной зависимостью
(4) m_n=V_nρ(t)_n,
где ρ(t)_n - фактическая плотность топлива в n-м баке при температуре t. Вычисление фактической плотности топлива, находящегося в n-м топливном баке, выполняют методом идентификации в идентификаторе 11 фактической марки топлива M_i, содержащегося в этом баке, по характеристическим параметрам ε_i, k_i и λ_i топлива, измеренным при температуре t_j топлива с последующим определением в корректоре 12 плотности топлива, соответствующей идентифицированной марке топлива, и коррекцией этой плотности топлива по фактической температуре.

При определении марки топлива в идентификатор 11 через первую группу измерительных входов поступают нормализованные сигналы об измеренных текущих значениях характеристических параметров ε_i, k_i и λ_i топлива в n-м баке и через вторую группу измерительных входов - нормализованные сигналы об измеренных текущих значениях температуры t_j топлива в этом баке. Идентификацию марки топлива выполняют, например, с использованием D-этапного селективного алгоритма, где D - число характеристических параметров топлива, используемых в поэтапном селективном процессе идентификации марки топлива; в данном примере D=3.

На этапе I идентификации по значению одного из характеристических параметров J_i топлива, например параметра k_i, при температуре t_j топлива в этом баке производят грубую селекцию марки идентифицируемого топлива по признаку "тяжелые топлива - легкие топлива", например, на основании системы неравенств

где а_i - характеристическая константа топлива, массив (а_i) которых введен в перепрограммируемую память идентификатора 11 в качестве массива численных исходных данных. Массив (а_i) можно получить, например, экспериментально установив соответствие между топливами группы легких топлив и значением k_i характеристического параметра топлива для этой группы при постоянной температуре t_j для нескольких значений температуры, а также между топливами группы тяжелых топлив и значением k_i характеристического параметра топлива для этой группы топлив при постоянной температуре t_i для нескольких значений температуры и выразив результат установленного соответствия в форме массива (а_i) численных исходных данных.

При попадании идентифицируемого топлива в группу, например, легких топлив, содержащую топлива марок M₁, М₂,... M_q с относительно низкой плотностью, выполняют следующий этап II селекции, минимизируя число различных марок топлива в выявленной группе легких топлив. Алгоритм минимизации может быть задан, например, квадратной численной матрицей (см. матрицу (6) в конце описания), содержащей d строк d столбцов, заполненных индексами марок топлива, причем каждая из строк матрицы отвечает одному из d значений неиспользованного в предыдущем этапе характеристического параметра топлива, например, параметра λ_i, а каждый из столбцов - одному из d значений температуры t_j топлива в баке.

Массив (М_i) численных исходных данных, представляющий собой совокупность чисел, отвечающих маркам топлива, каждая из которых соответствует одной из пар значений (λ_i, t_j), вводят в перепрограммируемую память идентификатора 11 с помощью задатчика 14. Массив (М_i) можно получить, например, экспериментально установив соответствие между маркой М_i исследуемого топлива и значением λ_i его характеристического параметра при данной температуре t_j для ряда значений температуры и выразив результаты эксперимента в форме массива (М_i) численных исходных данных.

Так как в матрице (6) каждой паре значений может отвечать не обязательно одна марка топлива, то этап II селекции не всегда достаточен для окончательной идентификации. Для однозначного определения фактической марки топлива в баке или смеси топлив известных марок проводят этап III селекции, в ходе которого анализируют узкую группу топлив, например группу (М₂, М₄), содержащую две марки топлива, с целью окончательной идентификации марки топлива или смеси топлив различных марок в n-м баке. Анализ выполняют на основе неиспользованного в предыдущем этапе характеристического параметра ε_i топлива и температуры t_j топлива в баке с помощью алгоритма, заданного, например, системой неравенств

где а_i - характеристическая константа топлива, массив (а_i) которых введен в память идентификатора 11 в качестве массива численных исходных данных. Константы а_i можно определить по данным, опубликованным в известной литературе, например в вышеупомянутом справочнике.

При идентификации известной марки топлива в n-м баке, например марки М₂, числовой индекс, соответствующий этой марке, передается с выхода идентификатора 11 на n-й вход первой группы входов BxM₁,... ВхМ_N корректора 12. При идентификации смеси топлив в n-м баке, например смеси топлив марок М₂ и М₄ в соотношении 1: 2, этой смеси присваивается условный числовой индекс M_j, который также передается с выхода идентификатора 11 на вход корректора 12. В корректоре 12 определяются значение ρ_oi плотности топлива и значение β_i температурного коэффициента плотности топлива, соответствующие марке М_i топлива или смеси марок топлива в n-м баке, и вычисляется фактическое значение ρ(t)_n плотности топлива в этом баке при температуре t_j топлива в баке в соответствии с известной функциональной зависимостью
(8) ρ(t)_n = ρ_oi(1+β_it_j),
где значения ρ_oi и β_i для известных марок топлива, а также для смесей топлив известных марок, например, для смеси топлив двух различных марок в соотношениях 1:2, 1:1 и 2:1, задаются массивом (с_i) констант, которые вводят в перепрограммируемую память корректора 12 из загрузчика 14. Константы с_i получают по данным, приведенным в справочной литературе, например, в вышеупомянутом справочнике. С выходов корректора 12 вычисленные значения фактических текущих плотностей топлива в каждом из N баков поступают на входы Bxρ(t)₁. . . Bxρ(t)_N первой группы входов модуля 13, в котором определяются значения m₁,... m_n,... m_N масс топлива в каждом из N баков в соответствии с известной функциональной зависимостью
(9) m_n=ρ(t)_nV_n,
где m_n - масса топлива в n-м баке.

С выходов модуля 13 значения m_n масс топлива в каждом баке поступают на входы Bxm₁, ... Вхm_N сумматора 15 и на выходы Bыхm₁,... Выхm_N вычислителя 8 для передачи во внешние системы самолета.

В сумматоре 15 производится определение массового запаса m топлива на борту самолета в соответствии с известным выражением

Информацию о значении массового запаса m топлива на борту самолета передают с выхода Вых m сумматора 15 потребителям соответствующей информации.

Предложенный способ дает возможность достаточно точно определять массовый запас топлива как в отдельном баке топливной системы самолета, так и на борту самолета в целом. При этом точность измерения обеспечивается и в тех случаях, когда отдельные баки самолета заполнены топливами различных марок или смесями топлив различных марок, а температуры топлива, заполняющего отдельные баки, значительно отличаются между собой.

Предложенный способ также позволяет достаточно точно определять массовый запас топлива при пространственных эволюциях самолета без использования дополнительной аппаратуры для измерения углов наклона поверхности топлива в баке и без учета влияния дополнительных погрешностей измерения, вызванных использованием такой аппаратуры.

Методическая погрешность определения массы m_n топлива в баке, заполненном топливом одной марки, в соответствии с предложенным способом составляет незначительную величину, не превышающую ±0,3%. Незначительность погрешности объясняется тем, что массу m_n топлива в баке вычисляют с учетом температуры топлива в этом баке и фактической марки топлива, идентифицированной в данном баке по текущим значениям характеристических параметров и температуры топлива в баке.

В случае, когда бак заполнен смесью топлив двух различных марок, дополнительная методическая погрешность определения массы топлива в баке составляет не более ±0,3%.

Дополнительная эволютивная погрешность определения массы топлива в баке с учетом погрешности дискретизации составляет при числе d³=6³=216 дискретных значений объема топлива в баке незначительную величину, не превосходящую 0,5%, а при числе d>6 составляет меньшую величину.

Таким образом, с учетом дополнительных погрешностей, предложенный способ дает возможность определять массовый запас топлива в баке с суммарной методической погрешностью, не превышающей ±0,7% (при среднеквадратической оценке погрешности).

Это позволяет определять массовый запас топлива в баке с суммарной погрешностью, учитывающей инструментальную погрешность датчиков и воздействие реальных условий эксплуатации, не более ±1,5% во всех условиях эксплуатации, в том числе - при разбросе температур и марок топлива в различных баках топливной системы, а также при ускорениях и пространственных эволюциях самолета, и массовый запас топлива на борту самолета с суммарной погрешностью не более ±1,2% во всех условиях эксплуатации (при среднеквадратической оценке погрешности).

Формула изобретения

Способ определения массового запаса топлива, основанный на измерении текущих значений уровня топлива в каждом топливном баке самолета и текущих значений температуры топлива, на вычислении в бортовом вычислителе объемного запаса топлива в каждом баке с учетом измеренных значений уровня топлива в баке, а также введенных в память бортового вычислителя исходных данных о геометрических характеристиках бака и функциональной зависимости объемного запаса топлива в баке от текущих значений уровня топлива в баке с учетом геометрических характеристик этого бака, определении массового запаса топлива на основе вычисленного значения объемного запаса, измеренных текущих значений температуры топлива, а также данных о характеристических параметрах топлива и определении запаса топлива на борту самолета путем суммирования запасов топлива в баках, отличающийся тем, что текущие значения уровня топлива в каждом топливном баке измеряют не менее чем в трех различных точках поверхности топлива в баке, не лежащих на одной прямой линии, текущие значения температуры топлива измеряют в каждом баке, в память бортового вычислителя вводят функциональную зависимость объемного запаса топлива в баке от текущих значений уровня топлива в баке, определенных не менее чем в трех различных точках поверхности топлива в баке, не лежащих на одной прямой линии, дополнительно измеряют текущие значения характеристических параметров топлива в каждом баке, дополнительно вводят в память бортового вычислителя алгоритм идентификации марки топлива и идентифицируют марку топлива в баке или смесь топлив различных марок топлива в баке по измеренным текущим значениям характеристических параметров и температуры топлива в баке, определяют массовый запас топлива в баке на основе вычисленного значения объемного запаса топлива в баке, измеренных текущих значений температуры топлива в баке и идентифицированной марки топлива в баке и находят массовый запас топлива на борту самолета путем суммирования массовых запасов топлива в баках.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3