Способ оповещения экипажа об утечке топлива на ла в полете

 

Изобретение относится к авиации. Способ заключается в том, что в некоторые моменты определяют показания топливомера и расходомера. Количество топлива, израсходованного с предыдущего момента, определяют по показаниям этих приборов отдельно. Из величины, определенной по топливомеру, вычитают величину, определенную по расходомеру, и сравнивают с возможным предельным значением. При обнаружении превышения его делают вывод о наличии утечки. Возможное предельное значение равно произведению коэффициента запаса, израсходованного количества топлива, определенного по расходомеру, и суммы относительных погрешностей топливомера и расходомера, выраженных в абсолютных величинах, или же сумме максимальных абсолютных погрешностей топливомера и расходомера, умноженной на коэффициент запаса. Моменты для определения показаний выбирают либо через равные промежутки, например равные частному возможной величины изменений показаний топливомера, вызванных случайными эволюциями, и минимального расхода топлива двигателями, либо так, что за каждый промежуток через расходомер проходит заданное количество топлива. Способ пригоден для маневренных самолетов с дополнительным определением наличия влияющих на показания перегрузок. Технический результат заключается в возможности своевременного выявления утечки топлива. 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области авиации и может быть использовано на военно-транспортных и десантных самолетах, а также самолетах-разведчиках и бомбардировщиках.

Известно множество способов определения герметичности топливных баков в процессе испытаний, например, при помощи специальных газов или жидкостей или путем измерения давления. Однако их недостатком является невозможность их применения в процессе движения транспортного средства.

Известен способ проверки на герметичность топливного бака моторного транспортного средства (патент США №6328022, F 02 M 33/02). Он предназначен для тестирования бака, снабжающего топливом двигатель внутреннего сгорания. Для реализации способа используется контейнер, поглощающий пары топлива и связанный вентиляционной линией с топливным баком и продувочной линией с входным патрубком двигателя. Контейнер имеет вентиляционную линию, связанную с атмосферой, причем линия перекрыта отсечным клапаном. Кроме того, имеются датчик давления, который определяет давление в топливном баке, и продувочный клапан, расположенный на продувочной линии, который открывается для пополнения паров топлива, хранимых в контейнере и для поддержания вакуума в вентиляционной системе бака. Топливный бак помещают в емкость, где создают специальное давление, по крайней мере, на время функционирования транспортного средства, и по окончании некоторого периода, который соответствует времени, в течение которого компенсационные процессы типа конденсации или испарения топлива закончатся, выполняется проверка герметичности в произвольный момент времени и в любом состоянии транспортного средства. Недостатком этого способа является то, что вокруг топливного бака необходимо создавать специальное давление.

Известен способ проверки герметичности топливного бака (заявка США №20020062820), в котором определяют давление внутри топливного бака и сравнивают его с изменением скорости транспортного средства. Этот способ основан на обнаруженном факте, что давление в топливном баке зависит от того, движется ли транспортное средство, постоянна ли его скорость или оно ускоряется или тормозится. Недостатком этого способа является невозможность его применения для летательного аппарата, т.к. в этом случае имеется множество параметров, кроме изменения скорости, влияющих на давление в топливном баке.

Что касается авиации, то сейчас экипаж летательного аппарата может узнать о потере герметичности (например, в результате поражения) топливных баков только по непрерывному и достаточно быстрому уменьшению показаний запаса топлива на борту. Однако отслеживание этих показаний затруднено, так как экипаж в это время решает боевые задачи, требующие концентрации внимания.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля герметичности изделий (а.с. СССР №1065709, G 01 M 3/26), заключающийся в том, что на входе и выходе изделия измеряют расходы газа, а по ним определяют величину утечки путем вычислений. Недостатком этого способа является то, что он не применим для топливных баков, т.е. когда в процессе расходования топлива не происходит наполнение бака. Имеющийся на борту ЛА расходомер измеряет только количество топлива, перетекающее в двигатель, т.е. на изменение количества топлива в баках вследствие течи не реагирует, и поэтому экипаж в этом случае лишен возможности контроля нештатного изменения количества топлива в баках.

Задачей изобретения является обеспечение своевременного обнаружения утечки топлива на летательном аппарате в процессе полета.

Задача решается с помощью способа обнаружения утечки топлива на летательном аппарате в полете, в котором в некоторые моменты времени определяют показания топливомера и расходомера, определяют количество топлива, израсходованного с предыдущего момента времени, отдельно по показаниям топливомера и по показаниям расходомера, из величины израсходованного количества топлива, определенной по показаниям топливомера, вычитают величину израсходованного количества топлива, определенную по показаниям расходомера, и сравнивают с возможным предельным значением, при обнаружении превышения этого значения делают вывод о наличии утечки топлива.

Упомянутое возможное предельное значение может быть выбрано как величина, равная произведению коэффициента запаса, израсходованного количества топлива, определенного по показаниям расходомера, и суммы относительных погрешностей топливомера и расходомера, выраженных в абсолютных величинах.

Упомянутое возможное предельное значение может быть равно сумме максимально возможных абсолютных погрешностей топливомера и расходомера, умноженной на коэффициент запаса.

Моменты времени, в которые, как упомянуто, определяют показания топливомера и расходомера, могут быть выбраны одним из следующих вариантов:

- через равные промежутки времени;

- через равные промежутки времени, длительность которых равна результату деления максимально возможной величины изменений показаний топливомера, вызванных случайными эволюциями летательного аппарата, на величину минимального расхода топлива двигателями;

- через промежутки времени, длительность которых такова, что за каждый промежуток времени между соседними моментами через расходомер проходит заданное количество топлива.

Способ может быть применен для маневренных самолетов, тогда в моменты определения показаний топливомера и расходомера дополнительно определяют наличие перегрузок, влияющих на эти показания, при наличии перегрузок продолжают в следующие моменты времени определять показания топливомера и расходомера и наличие перегрузок до тех пор, пока не будет обнаружено отсутствие перегрузок, после чего делают окончательный вывод о наличии утечки топлива.

Изобретение позволяет выявить факт утечки топлива не позднее чем через несколько минут после ее возникновения.

Реализация изобретения возможна благодаря одновременному существованию на борту современного летательного аппарата двух автономных систем топливоизмерения (топливомерной и расходомерной - а они для повышения надежности применяются как дублирующие (см., например, Домотенко и др. Авиационные силовые установки. Транспорт, 1976 г., стр. 179, 180). Топливомер измеряет уровень топлива в баках и на основании этой информации вычисляет запас топлива в баках. При использовании расходомера количество топлива, протекшего через датчик расхода в двигатель, вычитается из начального количества заправленного в баки топлива и тем самым определяется текущий запас топлива на борту.

Предлагаемый способ основан на следующих соображениях.

В идеальном случае, т.е. при отсутствии течи топлива, вызванной потерей герметичности топливных баков, показания топливомера и расходомера изменяются если не одинаково, то синхронно, т.е. изменение запаса топлива по расходомеру Δ Р за промежуток времени Δ τ равно изменению запаса топлива по топливомеру Δ T за тот же промежуток времени. Если же есть течь в баке, то изменение показаний топливомера опережает изменение показаний расходомера, т.е. Δ Т>Δ Р на величину потерь топлива

где q_теч - потери топлива в единицу времени (течь топлива).

Отличие от нуля величины Δ П является признаком наличия утечки топлива из топливных баков.

Реально значения Δ Т и Δ Р могут быть определены с заранее известными погрешностями m _т и m_P, зависящими от точности топливомера и расходомера:

где Δ G_т - количество топлива, фактически ушедшее из бака за время Δ τ ,

Δ G_р - количество топлива, фактически прошедшее через расходомер за время Δ τ .

С учетом погрешностей формула (2) преобразуется к виду:

где m_т и m_p - возможные погрешности измерения соответственно величины Δ G_т топливомером и величины Δ G_р расходомером в единицах массы.

Погрешности M_T и m_p прямо пропорциональны изменениям показаний топливомера и расходомера:

где δ _т и δ _р - относительные погрешности (в процентах) соответственно топливомера и расходомера, значения которых указаны в техдокументации на топливомер и расходомер и обычно не превышают 3-4%.

Из формулы (5) видно, что при отсутствии течи (Δ G_т=Δ G_р) разность изменений показаний топливомера и расходомера будет принимать значения в диапазоне ± (m_т+m _р), соответствующем суммарной погрешности топливомера и расходомера. Если разность изменений показаний топливомера и расходомера станет положительной и превысит значение m_т +m_p, т.е. выйдет за диапазон ± (m_т +m_р), то это означает, что имеет место потеря (утечка) топлива. Т.о., условие наличия течи топлива может быть записано следующим образом:

где W - возможное предельное значение.

В соответствии с предлагаемым способом в некоторые моменты времени определяют показания топливомера Т и расходомера Р, вычисляют количество топлива, израсходованного с предыдущего момента времени, отдельно по показаниям топливомера (величина Δ T) и по показаниям расходомера (Δ Р), из величины израсходованного количества топлива Δ Т, вычисленной по показаниям топливомера, вычитают величину израсходованного количества топлива Δ Р, вычисленную по показаниям расходомера, и сравнивают с возможным предельным значением W, при обнаружении превышения этого значения делают вывод о наличии утечки топлива.

Величина W может быть принята равной сумме абсолютных погрешностей топливомера и расходомера, умноженной на некоторый коэффициент:

где k - коэффициент запаса, вводимый для исключения ложного определения факта утечки, вызванного изменениями показаний топливомера при случайных кратковременных отклонениях от режима горизонтального полета. Коэффициент запаса выбирают из диапазона 1,0-1,3 и уточняют по результатам летных испытаний. В условиях отсутствия течи

где q - расход топлива двигателями.

Складывая правые и левые части формул (6) и (7) и учитывая формулу (10), а также принимая, что Δ Gp≈ Δ Р (см. формулу (4)), из (9) получаем выражения для вычисления величины W:

Здесь δ _t и δ _р выражены в процентах. Величины δ _т/100 и δ _р/100 представляют собой относительные погрешности, выраженные в абсолютных величинах. Таким образом, в качестве возможного предельного значения может быть выбрана величина, равная произведению коэффициента запаса, израсходованного количества топлива, определенного по показаниям расходомера, и суммы относительных погрешностей топливомера и расходомера, выраженных в абсолютных величинах.

Из аэродинамического расчета самолета известны как минимальный расход топлива на двигатели q_min, так и максимальный расход топлива на двигатели q_max , т.е. весь возможный диапазон расходов. Из формул (6) и (7) с учетом (10) следует, что в условиях отсутствия течи абсолютные погрешности топливомера m_т и расходомера m_p максимальны при максимальном расходе топлива на двигатели q _max:

Тогда упомянутое возможное предельное значение W может быть заранее принято для всего диапазона расходов от q_min до q_max, равным сумме максимально возможных абсолютных погрешностей топливомера и расходомера, умноженной на коэффициент k запаса, т.е. делают вывод о наличии утечки топлива, если

Однако при таком выборе величины W_max утечка менее k· (m_{т max}+m_{p max}) нe распознается, поэтому чем меньше расход q топлива на двигатели (q_min <q<q_max), тем больше величина течи q_теч, которая может быть обнаружена по условию (14). Поэтому целесообразно применять условие (14) при небольшом диапазоне изменения возможных расходов топлива на двигатели (q_max /q_min≤ 10), так как в этом случае увеличение значения распознаваемой течи q_теч при малых расходах топлива на двигатели не существенно по числовому значению.

Выбор моментов времени для сравнения значений Δ T и Δ Р может оказать значительное влияние на результативность способа. Указанные моменты времени можно выбирать несколькими путями.

Один из них - через равные интервалы времени Δ τ . Для исключения возможности ложного выявления течи величина этого интервала должна быть выбрана такой, чтобы минимально возможное значение Δ T_min за время Δ τ превышало максимально возможную величину изменений показаний топливомера Δ Т_{эв макс}, вызванных случайными эволюциями самолета по тангажу и крену. Величина Δ Т_{эв макс} зависит от формы баков, количества и размещения в баках датчиков топливомера и может быть рассчитана заранее по градуировочным характеристикам топливомера конкретного самолета.

Минимально возможное значение Δ Т_min за время Δ τ соответствует минимальному расходу топлива двигателями q _min, т.к. при отсутствии течи

Из этих соображений величина интервала времени Δ τ , при котором обеспечивается минимальное запаздывание в обнаружении утечки топлива из баков, может быть выбрана как результат деления максимально возможной величины изменений показаний топливомера, вызванных случайными эволюциями летательного аппарата, на величину минимального расхода топлива двигателями:

Сравнение Δ Т и Δ Р может производиться не через равные интервалы времени, а так, что за каждый промежуток времени между соседними моментами через расходомер проходит заданное количество топлива (Δ Р=const, Δ Р>Δ Т_{эв макс}). В этом случае суммарная абсолютная погрешность топливомера и расходомера m_т+m_р за промежуток времени не зависит от интенсивности расхода топлива, а интервал времени между двумя циклами сравнения Δ Т и Δ Р уменьшается с увеличением расхода топлива на двигатели, поэтому время обнаружения потери герметичности топливных баков также уменьшается с увеличением расходов топлива на двигатели.

При применении предлагаемого способа для высокоманевренных самолетов (истребителей), у которых показания топливомера могут значительно изменяться при эволюциях самолета, целесообразно во время эволюции, характеризуемых определенными значениями перегрузок, действующих на самолет, блокировать выдачу экипажу сообщения о поражении топливных баков. Для этого в моменты определения показаний топливомера и расходомера дополнительно определяют наличие перегрузок, влияющих на эти показания, при наличии перегрузок продолжают в следующие моменты времени определять показания топливомера и расходомера и наличие перегрузок до тех пор, пока не будет обнаружено отсутствие перегрузок, после чего делают окончательный вывод о наличии утечки топлива.

С целью упрощения можно, учитывая условия, при которых сформировался сигнал о утечке топлива из баков и кратковременность выполнения эволюции, ввести указание экипажу о необходимости проверки прохождения сигнала об утечке топлива в установившемся режиме полета.

Формула изобретения

1. Способ обнаружения утечки топлива на летательном аппарате в полете, в котором в некоторые моменты времени определяют показания топливомера и расходомера, количество топлива, израсходованного с предыдущего момента времени, определяют отдельно по показаниям топливомера и по показаниям расходомера, из величины израсходованного количества топлива, определенной по показаниям топливомера, вычитают величину израсходованного количества топлива, определенную по показаниям расходомера, и сравнивают с возможным предельным значением, при обнаружении превышения этого значения делают вывод о наличии утечки топлива.

2. Способ по 1, отличающийся тем, что упомянутое возможное предельное значение равно произведению коэффициента запаса, израсходованного количества топлива, определенного по показаниям расходомера, и суммы относительных погрешностей топливомера и расходомера, выраженных в абсолютных величинах.

3. Способ по 1, отличающийся тем, что упомянутое возможное предельное значение равно сумме максимально возможных абсолютных погрешностей топливомера и расходомера, умноженной на коэффициент запаса.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что моменты времени для определения показаний топливомера и расходомера выбирают через равные промежутки времени.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что длительность упомянутых промежутков времени равна результату деления максимально возможной величины изменений показаний топливомера, вызванных случайными эволюциями летательного аппарата, на величину минимального расхода топлива двигателями.

6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что моменты времени для определения показаний топливомера и расходомера выбирают так, что за каждый промежуток времени между соседними моментами через расходомер проходит заданное количество топлива.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что его применяют для маневренных самолетов и в моменты определения показаний топливомера и расходомера дополнительно определяют наличие перегрузок, влияющих на эти показания, при наличии перегрузок продолжают в следующие моменты времени определять показания топливомера и расходомера и наличие перегрузок до тех пор, пока не будет обнаружено отсутствие перегрузок, после чего делают окончательный вывод о наличии утечки топлива.