Способ определения координат центра масс самолета

Изобретение относится к области аэрокосмической техники и может быть использовано для определения координат центра масс самолета в полете. При реализации способа выполняют измерения и вычисления, являющиеся исходными данными. В процессе выполнения заданных режимов полета измеряют продольную и нормальную перегрузку, остатки топлива в каждом топливном баке самолета, по значению отношения продольной и нормальной перегрузок вычисляют угол наклона свободной поверхности топлива в топливных баках самолета относительно строительной горизонтали фюзеляжа. По вычисленным углам наклона свободной поверхности топлива и измеренным значениям остатков топлива в топливных баках, используя тарировочную зависимость координат центров масс топлива в баках от значений остатков топлива в баках и значений угла наклона свободной поверхности топлива в баках, а также при известных значениях массы самолета и координат центра масс самолета при нулевом остатке топлива (масса самолета без топлива), вычисляют значения координат центра масс самолета в любой момент времени полета. Технический результат заключается в повышении точности вычисления координат центра масс самолета в любой момент времени полета.

 

Изобретение относится к области аэрокосмической техники и может быть использовано для определения координат центра масс самолета в полете.

Положение центра масс самолета является важным фактором, влияющим на летно-технические характеристики самолета. Взаимное расположение центра масс и фокуса самолета определяет статическую устойчивость самолета. Изменение положения центра масс (центровки) самолета приводит к изменению его характеристик устойчивости и управляемости, что оказывает влияние на летно-технические характеристики самолета, включая потребление топлива.

Значения координат центра масс самолета учитываются при определении характеристики устойчивости и управляемости, построении и пересчете балансировочных зависимостей, идентификации значений коэффициентов и производных коэффициентов аэродинамического момента тангажа самолета.

Из условий сохранения управляемости и устойчивости устанавливаются допустимые пределы изменений центровок: предельно передняя хпп, предельно задняя хПЗ,

xПП≤хДОП≤хПЗ

Значения предельных центровок для каждого типа самолетов приводятся в технических описаниях самолетов и в инструкциях по их эксплуатации и оказывают влияние на управляемость и устойчивость самолета в полете.

На современном самолете масса топлива может составлять до 50% взлетной массы самолета. В процессе полета самолета происходит выработка топлива, находящегося в топливных баках, которые расположены в разных частях самолета (фюзеляже, крыле, вертикальном и горизонтальном оперении), кроме того, самолет может быть оборудован подвесными топливными баками, в результате чего изменяется масса самолета и положение его центра масс. Ввиду сложной геометрии топливных баков, при изменении значений угла ϑТ наклона свободной поверхности топлива в баках относительно строительной горизонтали фюзеляжа (СГФ) самолета координаты центра тяжести самолета изменяются даже в случае постоянных значений остатков топлива в баках.

Известен расчетный способ, заключающийся в определении координат центра масс самолета на основании чертежей [В.С. Ведров, М.А.Тайц, «Летные испытания самолетов», Москва, 1951, с. 34…38]. С этой целью используют формулы механики (Ю.И. Снешко «Исследования в полете устойчивости и управляемости самолета», Москва, Машиностроение, 1971, с. 156-158):

где Xt, Yt - координаты центра масс самолета относительно произвольно выбранной системы осей, м;

Gi - масса отдельных частей, агрегатов и оборудования самолета, кг;

G - суммарная масса самолета, кг;

xi, yi - координаты центров масс частей и агрегатов, м.

Недостаток данного способа заключается в том, что он применим только на первоначальном этапе создания и сборки самолета для проверки компоновки его основных частей. Необходимо иметь чертежи самолета и ведомость веса частей и агрегатов, а также знать положение их центров масс на самолете.

Известен способ определения координат центра масс самолета посредством его взвешивания [М.Г. Котик, Л.В. Павлов, И.М. Пашковский, Н.Г. Щитаев, «Летные испытания самолетов», Машиностроение, Москва, 1968, с. 16…19]. Центровка после взвешивания определяется по формуле двухопорной балки.

Недостаток данного способа заключается в том, что он не учитывает фактически реализуемый в полете порядок выработки топлива из баков, который может отличаться от заданного порядка выработки. Кроме того, при неполных баках положения центров масс топлива в баках зависят от угла наклона свободной поверхности топлива в баках.

Наиболее близким аналогом является способ определения координат центра масс самолета с использованием центровочных зависимостей для заданного программного порядка выработки топлива в баках [«Справочник авиационного инженера», Москва, Транспорт, 1973 г., стр. 67-71]. Центровочные зависимости - это зависимости координат центра масс самолета от суммарного остатка топлива, представляемые в графической или табличной форме. Такие зависимости получают расчетным путем и проверяют экспериментально в процессе так называемых «проливок», когда самолет устанавливают на весы и регистрируют показания весов в процессе слива топлива в соответствии с программным порядком выработки топлива в баках.

В качестве недостатков ближайшего аналога можно указать следующее:

- определяется зависимость координат центра тяжести самолета от суммарного остатка топлива, соответствующая заданному программному порядку выработки топлива в баках, которая может отличаться от фактически реализуемого распределения топлива по бакам;

- не учитывается зависимость положения центра тяжести от наклона поверхности топлива в баках, связанного с изменением вектора суммарной перегрузки, действующей на самолет в полете.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении точности вычисления координат центра масс самолета в любой момент времени полета.

Указанный технический результат достигается тем, что с помощью датчиков, установленных на самолете, измеряют в полете продольную и нормальную перегрузку самолета и датчиков, установленных в топливной системе, измеряют значения остатков топлива в каждом топливном баке самолета и, используя тарировочную зависимость координат центров масс топлива в баках от значений остатков топлива в баках и значений угла наклона свободной поверхности топлива в баках относительно СГФ, вычисляют значение координат центра масс самолета в любой момент времени полета.

Способ определения координат центра масс самолета заключается в следующем.

Для вычисления центра масс самолета учитывают дополнительное изменение координат центра масс, возникающее вследствие действия факторов, влияющих на положение центра масс самолета, для чего выполняют следующие измерения и вычисления, являющиеся исходными данными:

- в процессе выполнения заданных режимов полета измеряют:

- продольную nх и нормальную nу перегрузку,

- остатки топлива GtBk в каждом топливном баке самолета;

- по значению отношения продольной и нормальной перегрузок вычисляют угол наклона свободной поверхности топлива в топливных баках самолета ϑТ=arctan{nх/nу) относительно СГФ;

- по вычисленным углам наклона свободной поверхности топлива и измеренным значениям остатков топлива в топливных баках, используя тарировочную зависимость координат центров масс топлива в баках от значений остатков топлива в баках и значений угла наклона свободной поверхности топлива в баках, а также при известных значениях массы самолета и координат центра масс самолета при нулевом остатке топлива (масса самолета без топлива), вычисляют значения координат Xt(t) и Yt(t) центра масс самолета в любой момент времени полета

где k - номер топливного бака, k изменяется от 1 до kВ;

kВ - количество баков;

XtBk(t) - значения координаты X центра масс бака номер k, k изменяется от 1 до kВ;

YtBk(t) - значения координаты Y центра масс бака номер k, k изменяется от 1 до kВ;

GtBk(t) - значения остатков топлива в баках в момент времени t [кг];

XtBGt=0, YtBGt=0 - значения координат центра масс самолета при нулевом остатке топлива [м];

GtBсам_gt=0 - масса самолета при нулевом остатке топлива [кг] (масса пустого самолета).

Тарировочные зависимости координат центров масс топлива в баках от значений остатков топлива в баках и значений угла ϑT наклона свободной поверхности топлива в баках относительно СГФ (при горизонтальном полете с постоянной скоростью без крена или при стоянке на земле без крена угол наклона ϑТ соответствуют углу тангажа самолета), полученные расчетным путем или иным способом, определяются с использованием kВ зависимостей:

XtBk=ƒ _ XtBk __ tarir{GtBk, ϑT)

YtBk=ƒ _ YtBk _ tarir{GtBk, ϑT),

где k - номер топливного бака, k изменяется от 1 до kВ;

kВ - количество баков;

ϑT - угол наклона свободной поверхности топлива в баках относительно (СГФ), градусы;

GtBk - значения остатков топлива в баке номер k [кг];

XtBk, YtBk - значения координаты центра масс бака номер k [м].

Угол наклона свободной поверхности топлива в баках при небольших значениях поперечной перегрузки nz и при постоянных (медленно меняющихся) значениях отношения продольной и нормальной перегрузок, вычисляется по формуле:

ϑT=arctan(nx/nу).

Тарировочные зависимости координат центра масс топлива в баке от значений остатков топлива в баках и значений угла ϑT реализуются в виде функций и программируются, для вычисления массивов значений координат центров масс всех kВ баков на основе массива значений остатков топлива в баках и значения угла ϑT.

Точность вычисления значений координат центра масс самолета повышена за счет учета факторов, влияющих на положение центра масс самолета, для этого выполняются:

- измерение продольной nх и нормальной nу перегрузок и остатка топлива GtBk в каждом топливном баке самолета в процессе выполнения режимов полета;

- вычисление угла наклона свободной поверхности топлива в топливных баках самолета ϑT=arctan(nх/nу) относительно СГФ по значению отношения продольной и нормальной перегрузок.

Способ определения координат центра масс самолета с использованием тарировочных зависимостей, отличающийся тем, что измеряют значения остатка топлива в каждом топливном баке с помощью датчиков, установленных в каждом баке, измеряют продольную и нормальную перегрузки, действующие на самолет, с помощью датчиков ускорения вычисляют угол наклона свободной поверхности топлива в баках относительно строительной горизонтали фюзеляжа самолета, как арктангенс отношения продольной и нормальной перегрузок, по полученным исходным данным вычисляют значения координат центра масс самолета в любой момент времени полета, используя тарировочную зависимость координат центров масс топлива от значений остатков топлива в каждом баке и значений угла наклона свободной поверхности топлива, с учетом известных значений массы самолета и координат центра масс самолета при нулевом остатке топлива по формулам:

где k - номер топливного бака, k изменяется от 1 до kB;

kB - количество баков;

XtBk(t) - значения координаты X центра масс бака номер k, k изменяется от 1 до kB;

YtBk(t) - значения координаты Y центра масс бака номер k, k изменяется от 1 до kB;

GtBk(t) - значения остатков топлива в баках в момент времени t, кг;

XtBGt=0, YtBGt=0 - значения координат центра масс самолета при нулевом остатке топлива [м];

GtBсам_gt=0 - масса самолета при нулевом остатке топлива (масса пустого самолета), кг.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу определения эксплуатационной нагрузки на комплектующую деталь, в частности деталь тормоза рельсового транспортного средства. Способ отличаетуся следующими этапами: a) запись результатов измерений заданных измеряемых величин при эксплуатации комплектующей детали в по меньшей мере n, где n ≥ 2, отличающихся друг от друга заданных эксплуатационных режимах, где заданные измеряемые величины не равны искомой эксплуатационной нагрузке на комплектующую деталь; б) определение m действующих операндов от W1 до Wm, где m ≥ 2 и m ≤ n, в заданной зависимости от измеряемых величин для каждого из n эксплуатационных режимов; в) запись результатов измерений эксплуатационной нагрузки после эксплуатации комплектующей детали в каждом из n режимов эксплуатации; г) составление и решение системы n уравнений для получения m весовых коэффициентов от a1 до am и назначения веса для m действующих операндов от W1 до Wm, причем сумма взвешенных действующих операндов для каждого режима эксплуатации равна результату измерений эксплуатационной нагрузки для соответствующего режима эксплуатации; д) разработка правила расчета эксплуатационной нагрузки на комплектующую деталь с использованием полученных весовых коэффициентов.

Способ балансировки ротора компрессора в сборе, включающий: переднюю сварную конструкцию и заднюю сварную конструкцию; предварительную балансировку задней сварной конструкции ротора компрессора в сборе с дисками компрессора до установки по окружности дисков ротора компрессора его лопаток.

Способ относится к испытательной технике. При установке объекта испытания (далее по текста ОИ) на испытательный стенд четыре тензорезисторных весоизмерительных датчика передают сигналы давления опор в устройство считывания информации с датчиков весоизмерительных тензорезисторных, где вычисляется разность сумм дискретных кодов.
Изобретение относится к эксплуатации энергетического оборудования и может быть использовано при ремонте и виброналадке газоперекачивающих агрегатов. Способ включает измерение амплитуды и фазы вибрации, расчет массы и угла установки корректирующих грузов.

Изобретение относится к устройствам преобразования аналоговых сигналов в цифровое представление и может быть использовано в аппаратуре сбора и обработки вибрационных сигналов с датчиков вибрации, в частности с акселерометров.

Изобретение относится к устройствам преобразования аналоговых сигналов в цифровое представление и может быть использовано в аппаратуре сбора и обработки вибрационных сигналов с датчиков вибрации, в частности с акселерометров.

Изобретение относится к области авиации, в частности к устройствам балансировки и определения центров тяжести конструкций. Приспособление для измерения положения поперечного центра тяжести лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов содержит рычаг, одной стороной опирающийся призмой на неподвижную опору, второй стороной опирающийся призмой на весы.

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться при статической балансировке рам гиростабилизатора. При реализации способа измерение дисбаланса производится самим балансируемым гиростабилизатором при вращении его рам с постоянной угловой скоростью с помощью привода, включающего в себя датчик положения рамы и моментный двигатель, входящие в состав гиростабилизатора.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на площадках ремонтных предприятий при проверке технического состояния агрегатов. Реализуя способ, осуществляют плавный разгон ротора с начальной частоты вращения до номинальной с непрерывным контролем параметров вибрации, сравнивают полученные значения с пороговыми.

Изобретение относится к области метрологии, приборам контроля действительного положения координат центра масс и массы изделий. Cтенд для определения массоцентровочных характеристик изделий больших масс состоит из устройства массоцентровочных характеристик (МЦХ), корзины балансировочной, комплекса управляющего вычислительного.

Изобретение относится к области аэрокосмической техники и может быть использовано для определения координат центра масс самолета в полете. При реализации способа выполняют измерения и вычисления, являющиеся исходными данными. В процессе выполнения заданных режимов полета измеряют продольную и нормальную перегрузку, остатки топлива в каждом топливном баке самолета, по значению отношения продольной и нормальной перегрузок вычисляют угол наклона свободной поверхности топлива в топливных баках самолета относительно строительной горизонтали фюзеляжа. По вычисленным углам наклона свободной поверхности топлива и измеренным значениям остатков топлива в топливных баках, используя тарировочную зависимость координат центров масс топлива в баках от значений остатков топлива в баках и значений угла наклона свободной поверхности топлива в баках, а также при известных значениях массы самолета и координат центра масс самолета при нулевом остатке топлива, вычисляют значения координат центра масс самолета в любой момент времени полета. Технический результат заключается в повышении точности вычисления координат центра масс самолета в любой момент времени полета.

Наверх