Способ и система регулирования давления воздуха на летательном аппарате

 

Изобретение относится к устройствам для автоматического контроля давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях летательного аппарата. Способ регулирования давления воздуха на летательном аппарате включает оптимизацию давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях воздействием на регулятор питания воздухом рабочей камеры выпускного клапана. Силовой сигнал на электропривод регулятора формируют соответствующим величинам рассогласования заданных и реальных значений и скорости изменения абсолютного давления воздуха в этих помещениях. Для этого используют цифровое электронно-вычислительное устройство, снабженное программным обеспечением для реализации алгоритма формирования команд управления силовым сигналом. Силовой сигнал формируют в соответствии с требуемым положением рабочего органа выпускного клапана. Значение сигнала вычисляют как сумму, где слагаемыми являются произведения соответствующих констант на значения рассогласований абсолютного и избыточного давлений и первой и второй производных абсолютного давления по времени, сложенную с произведением временного интеграла этой суммы на соответствующую константу. Силовой сигнал формируют в соответствии с характеристикой зависимости положения рабочего органа выпускного клапана от силового сигнала, абсолютного давления воздуха в вентилируемых помещениях и атмосферного давления снаружи летательного аппарата. Технический результат - улучшение компьютерной автоматизации регулирования. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для автоматического контроля давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях летательного аппарата.

Известные по заявке WO 02/44023 средства регулирования давления воздуха содержат выпускной клапан с рабочим органом, закрепленным на подвижной диафрагме, ограничивающей камеру переменного объема, и предусматривают оптимизацию давления воздуха воздействием на регулятор питания этой камеры.

Изобретение решает задачу компьютерной автоматизации регулирования.

Патентуемая система регулирования давления воздуха на летательном аппарате содержит выпускной клапан для сброса за борт отработанного воздуха из вентилируемых герметизированных помещений. Рабочий орган клапана закреплен на подвижной диафрагме, ограничивающей камеру переменного объема. Эта камера сообщена с вентилируемым помещением и забортным пространством летательного аппарата посредством регулятора питания. Устройство для управления приводом регулятора питания связано с датчиками давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях и атмосферного давления снаружи летательного аппарата. Согласно изобретению электропривод регулятора питания подключен к управляющему им цифровому электронно-вычислительному устройству через средства формирования силового сигнала, а датчики давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях и атмосферного давления снаружи летательного аппарата - через средства цифрового кодирования сигналов. Управляющее цифровое электронно-вычислительное устройство снабжено программным обеспечением для реализации алгоритма формирования команд управления силовым сигналом.

Патентуемый способ регулирования давления воздуха на летательном аппарате включает оптимизацию давления воздуха в его вентилируемых герметизированных помещениях, например кабине экипажа и грузопассажирском салоне, воздействием на регулятор питания воздухом рабочей камеры выпускного клапана. Согласно изобретению формируют силовой сигнал на электропривод регулятора питания воздухом рабочей камеры выпускного клапана, для чего используют цифровое электронно-вычислительное устройство, снабженное программным обеспечением для реализации алгоритма формирования команд управления силовым сигналом. Этот сигнал соответствует величинам рассогласования заданных и реальных значений абсолютного давления и избыточного давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях относительно атмосферного давления снаружи летательного аппарата и скорости изменения абсолютного давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях.

В большинстве случаев силовой сигнал формируют соответственно с требуемым положением рабочего органа выпускного клапана, значение которого вычисляют как сумму, где слагаемыми являются произведения соответствующих констант на значения рассогласований абсолютного и избыточного давлений и первой и второй производных абсолютного давления по времени, сложенную с произведением временного интеграла этой суммы на соответствующую константу.

Целесообразно, чтобы силовой сигнал был сформирован в соответствии с характеристикой зависимости положения рабочего органа выпускного клапана от силового сигнала, абсолютного давления воздуха в вентилируемых помещениях и атмосферного давления снаружи летательного аппарата.

Выпускной клапан может быть снабжен датчиком положения его рабочего органа, подключенным через средства цифрового кодирования сигналов к управляющему цифровому электронно-вычислительному устройству.

При этом силовой сигнал формируют соответствующим реальному положению рабочего органа выпускного клапана.

Силовой сигнал может быть сформирован дискретно с его величиной в каждом цикле, равной сумме сигнала в предыдущем цикле и сигнала, соответствующего требуемому изменению положения рабочего органа выпускного клапана.

Предпочтительно, чтобы сигнал, соответствующий требуемому изменению положения рабочего органа выпускного клапана, был сформирован в соответствии с рассогласованием между его требуемым и реальным положениями.

Кроме того, силовой сигнал может быть сформирован с учетом соотношения требуемого изменения положения рабочего органа выпускного клапана в предыдущем цикле и соответствующего ему реального изменения положения рабочего органа выпускного клапана.

При обжатом взлетно-посадочном шасси и наличии расхода воздуха, подаваемого на вентиляцию, силовой сигнал может быть сформирован соответствующим заданию на поддержание в вентилируемых помещениях абсолютного давления воздуха при посадке ниже, а при эксплуатации самолета на аэродроме и взлете - выше атмосферного давления на этом аэродроме.

В процессе полета силовой сигнал может быть сформирован в виде монотонной функции, соответствующей поддержанию в вентилируемых помещениях требуемого абсолютного давления воздуха в зависимости от атмосферного давления на аэродроме взлета, на высоте полета и аэродроме назначения.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображены:

фиг.1 - патентуемая система;

фиг.2 - структурно-логическая схема управления системой при реализации патентуемого способа, на которой сплошными линиями обозначены электрические связи, двойными - механические связи, а пунктирными - пневматические связи.

Патентуемые система и способ обеспечивают оптимизацию давления воздуха в герметизированных кабине 1 и грузопассажирском салоне 2 при всех режимах эксплуатации, предусматривающих их вентиляцию свежим забортным воздухом. Пройдя компрессор маршевого газотурбинного двигателя и средства кондиционирования и регулирования расхода (не показаны), этот воздух по магистралям 3 и 4 поступает в кабину 1 и салон 2. Сброс отработанного воздуха за борт осуществляется через выпускной клапан 5. При этом воздух из кабины 1 проходит через салон 2. Поддержание заданных давления и расхода воздуха достигается поддержанием или изменением давления воздуха в рабочей камере 6 переменного объема. Рабочий орган клапана закреплен на жестком центре диафрагмы 7, разгруженной от воздействия перепада между давлением в камере 6 и атмосферным давлением за бортом летательного аппарата. На подвижной диафрагме 7 и ее жестком центре, ограничивающих камеру 6, давление в камере сравнивают с давлением воздуха в салоне 2. Давление воздуха в камере 6 изменяют посредством регулятора 8 ее питания. Регулятор 8 выполнен в виде электропневматического преобразователя с шиберной заслонкой. Электропривод 9 этой заслонки обеспечивает ее перемещение. При перемещении шиберной заслонки регулятора 8 изменяется гидравлическое сопротивление воздуховодов 10 и 11, через которые камера 6 сообщена с салоном 2 и забортным пространством летательного аппарата. Вследствие изменения гидравлического сопротивления воздуховодов 10 и 11 изменяется давление воздуха в камере 6.

Управление электроприводом 9 осуществляют посредством цифрового электронно-вычислительного устройства 12. Устройство 12 через средства (не показаны) цифрового кодирования сигналов связано с датчиком 13 положения рабочего органа и диафрагмы 7 клапана 5, датчиком 14 атмосферного давления за бортом летательного аппарата и датчиком 15 абсолютного давления воздуха в кабине 1 и салоне 2. Через средства (не показаны) формирования силового сигнала устройство 12 подключено к электроприводу 9. Через средства цифрового кодирования сигналов устройство 12 связано также со средствами 16 ввода значения статического давления воздуха на аэродроме взлета и на аэродроме предстоящей посадки. Устройство 12 снабжено программным обеспечением для реализации алгоритма формирования команд управления силовым сигналом.

При оптимизации давления воздуха в кабине 1 и салоне 2 в устройстве 12 формируют следующие неаппаратные блоки:

блок 20 - “шасси обжато”,

блок 21 - “расход кондиционированного воздуха больше нулевого”,

блок 22 - “шасси обжато при посадке”,

блок 23 вычисления заданного в процессе полета значения давления воздуха в кабине 1 и салоне 2 по программной зависимости от атмосферного давления снаружи летательного аппарата, сформированной с учетом программного параметра, соответствующего давлению воздуха на аэродроме взлета или на аэродроме предстоящей посадки,

блок 24 запоминания введенного значения давления воздуха, равного давлению на аэродроме взлета, и формирования задания на поддержание давления воздуха в кабине 1 и салоне 2 выше этого значения,

блок 25 формирования заданного значения давления воздуха в кабине 1 и салоне 2, обеспечивающего их свободную вентиляцию после приземления,

блок 26 - “значение давления воздуха на аэродроме, введенное на земле, снято и введено его новое значение в качестве давления воздуха на аэродроме предстоящей посадки”,

блок 27 формирования программного параметра, соответствующего значению давления воздуха на аэродроме предстоящей посадки, равного введенному значению давления воздуха или превышающего его,

блок 28 формирования признака - “начало снижения”,

блок 29 ограничения значения программного параметра, соответствующего давлению воздуха на аэродроме предстоящей посадки, при отсутствии нового введенного значения давления воздуха после его снятия,

блок 30 формирования признака - “шасси выпущено”,

блок 31 формирования заданного значения давления воздуха в кабине 1 и салоне 2 перед приземлением при отсутствии нового введенного значения давления воздуха на аэродроме предстоящей посадки после его снятия,

блок 32 рассогласования заданного и реального значений абсолютного давления воздуха в кабине 1 и салоне 2,

блок 33 - “рассогласование заданного и реального значений абсолютного давления воздуха в кабине 1 и салоне 2 выходит за пределы заданной зоны нечувствительности средств регулирования”,

блоки 34 обнуления сигнала,

блок 35 - “скорость изменения давления воздуха в кабине 1 и салоне 2 больше заданного ограничения”,

блок 36 - “рассогласование заданного и реального значений абсолютного давления воздуха в кабине 1 и салоне 2 больше заданного ограничения при превышении заданного ограничения скорости изменения давления воздуха”,

блок 37 ограничения заданной величиной учитываемого рассогласования заданного и реального абсолютного давлений воздуха в кабине 1 и салоне 2,

блок 38 рассогласования заданного и реального значений избыточного давления воздуха в кабине 1 и салоне 2,

блок 39 - “рассогласование заданного и реального значений избыточного давления воздуха в кабине 1 и салоне 2 выходит за пределы заданной зоны нечувствительности средств регулирования”,

блок 40 формирования сигнала требуемого положения рабочего органа выпускного клапана как суммы, в которой слагаемыми являются произведения соответствующих констант на значения рассогласований абсолютного и избыточного давлений и первой и второй производных абсолютного давления по времени, сложенной с произведением временного интеграла этой суммы на соответствующую константу,

блок 41 формирования требуемого изменения положения рабочего органа выпускного клапана, соответствующего рассогласованию между его требуемым и реальным положениями,

блок 42 формирования сигнала соотношения требуемого изменения положения рабочего органа выпускного клапана в предыдущем цикле и соответствующего ему реального изменения положения этого органа,

блок 43 формирования силового сигнала управления электроприводом 9, равным сумме сигнала в предыдущем цикле и сигнала, соответствующего требуемому изменению положения рабочего органа выпускного клапана с учетом характеристики зависимости положения рабочего органа выпускного клапана от силового сигнала на электропривод регулятора питания, абсолютного давления воздуха в вентилируемых помещениях и атмосферного давления снаружи летательного аппарата и с учетом сигнала, сформированного блоком 42.

Выходной силовой сигнал, формируемый блоком 43, соответствует требуемому положению рабочего органа выпускного клапана 5. Сигнал, соответствующий требуемому положению рабочего органа выпускного клапана 5, формируется блоком 40 с учетом рассогласований по абсолютному и избыточному давлениям, скорости и ускорения изменения абсолютного давления, а также суммы интегрально накопленных малых изменений переменных параметров. Силовой сигнал корректируется блоком 43 с учетом характеристики зависимости положения рабочего органа клапана 5 от силового сигнала на электропривод регулятора 8, абсолютного давления воздуха в вентилируемых помещениях и атмосферного давления снаружи летательного аппарата. Для корректировки силового сигнала в соответствии с характеристиками регулятора 8 и клапана 5 при формировании силового сигнала блоком 43 в каждом цикле вычислений учитывается также сформированное блоком 42 соотношение значения требуемого изменению положения рабочего органа выпускного клапана 5 в предыдущем цикле вычислений и соответствующего ему значения реального изменения.

Перед началом полета блоком 24 запоминается введенное значение давления воздуха, равное атмосферному давлению на аэродроме взлета, с учетом которого, как программного параметра, блоком 23 формируется программная зависимость для регулирования давление в кабине и салоне в процессе полета. При рулении и разбеге на аэродроме взлета в кабине экипажа и салоне задается давление с положительным смещением программы для обеспечения парирования изменения давления при динамических колебаниях расхода вентилирующего воздуха на увеличение.

После взлета выполняется сформированная программа регулирования давления в кабине и салоне в зависимости от атмосферного давления снаружи летательного аппарата с возможными отклонениями вследствие ограничения скорости изменения абсолютного давления за счет ограничения блоком 37 сигнала рассогласования программного и реального значений абсолютного давления воздуха в кабине. На высоте полета, близкой к максимальной, обеспечивается ограничение избыточного давления воздуха в кабине и салоне в зависимости от рассогласования реального и заданного значений избыточного давления, формируемого блоком 38. На определенном удалении от аэродрома взлета введенное значение давления воздуха автоматически снимается.

После того как в полете экипажем получено и введено новое значение давления воздуха, равное давлению на аэродроме предстоящей посадки, блоком 27 задается это давление в качестве программного параметра. С целью гарантированного превышения абсолютного давления в кабине и салоне над атмосферным давлением до момента посадки в блоке 27 вводится положительное смещение значения давления. Блоком 23 формируется новая программная зависимость с учетом значения программного параметра для регулирования давления в кабине и салоне в процессе дальнейшего полета и снижения. Полет завершается в соответствии со скорректированной программой и возможными отклонениями от нее вследствие указанного выше ограничения скорости изменения абсолютного давления. При необходимости занятия эшелона “ниже нижнего” экипажем в полете вводится новое значение давления воздуха, соответствующее высоте этого эшелона, и происходит соответствующая корректировка программы.

После посадки заданное значение абсолютного давления в кабине и салоне получает в блоке 24 отрицательное смещение для выполнения медленной разгерметизации кабины и салона в процессе торможения и движения летательного аппарата по земле.

В случае начала снижения при снятии и непоступлении нового введенного значения давления воздуха блоком 29 программному параметру присваивается значение, близкое максимальному атмосферному давлению. Дальнейшее снижение выполняется со скорректированной программной зависимостью, реализуемой блоком 23, до момента выпуска шасси, после чего блоком 31 задается в качестве программного параметра значение атмосферного давления снаружи летательного аппарата с введением положительного смещения давления на величину несколько больше ожидаемой разницы давления на высоте выпуска шасси и на уровне земли. Соответственно скорректированная программная зависимость реализуется блоком 23 и действует до момента обжатия шасси при посадке.

Формула изобретения

1. Способ регулирования давления воздуха на летательном аппарате, включающий оптимизацию давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях воздействием на регулятор питания воздухом рабочей камеры выпускного клапана, отличающийся тем, что формируют силовой сигнал на электропривод регулятора питания воздухом рабочей камеры выпускного клапана, соответствующий величинам рассогласования заданных и реальных значений абсолютного давления и избыточного давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях относительно атмосферного давления снаружи летательного аппарата и скорости изменения абсолютного давления воздуха в этих помещениях, для чего используют цифровое электронно-вычислительное устройство, снабженное программным обеспечением для реализации алгоритма управления силовым сигналом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что силовой сигнал формируют дискретно с его величиной в каждом цикле, равной сумме сигнала в предыдущем цикле и сигнала, соответствующего требуемому изменению положения рабочего органа выпускного клапана.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что сигнал, соответствующий требуемому изменению положения рабочего органа выпускного клапана, формируют как сумму, в которой слагаемыми являются произведения соответствующих констант на значения рассогласований абсолютного и избыточного давлений и первой и второй производных абсолютного давления по времени, сложенную с произведением временного интеграла этой суммы на соответствующую константу.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что сигнал, соответствующий требуемому изменению положения рабочего органа выпускного клапана, формируют в соответствии с характеристикой зависимости положения рабочего органа выпускного клапана от силового сигнала на электропривод регулятора питания, абсолютного давления воздуха в вентилируемых помещениях и атмосферного давления снаружи летательного аппарата.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что силовой сигнал формируют соответствующим положению рабочего органа выпускного клапана.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что силовой сигнал формируют соответствующим соотношению требуемого изменения положения рабочего органа выпускного клапана в предыдущем цикле, и соответствующего ему реального изменения положения рабочего органа выпускного клапана.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что при формировании силового сигнала учитывают сигнал отрицательной обратной связи реального положения рабочего органа выпускного клапана с коэффициентом усиления, находящимся в обратной зависимости от требуемого изменения положения рабочего органа выпускного клапана.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что при обжатом взлетно-посадочном шасси и наличии расхода воздуха, подаваемого на вентиляцию, силовой сигнал формируют соответствующим заданию на поддержание в вентилируемых помещениях абсолютного давления воздуха при посадке ниже, а при эксплуатации самолета на аэродроме и взлете - выше атмосферного давления на этом аэродроме.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в процессе полета силовой сигнал формируют в виде монотонной функции, соответствующей поддержанию в вентилируемых помещениях требуемого абсолютного давления воздуха в зависимости от атмосферного давления на аэродроме взлета, на высоте полета и аэродроме назначения.

10. Система регулирования давления воздуха на летательном аппарате, содержащая выпускной клапан для сброса за борт отработанного воздуха из вентилируемых герметизированных помещений, рабочий орган которого закреплен на подвижной диафрагме, ограничивающей камеру переменного объема, сообщенную с вентилируемым помещением и забортным пространством летательного аппарата посредством регулятора питания, а также устройство для управления приводом регулятора питания, связанное с датчиками давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях и атмосферного давления снаружи летательного аппарата, отличающаяся тем, что электропривод регулятора питания подключен к управляющему им цифровому электронно-вычислительному устройству через средства декодирования и формирования силового сигнала, а датчики давления воздуха в вентилируемых герметизированных помещениях и атмосферного давления снаружи летательного аппарата - через средства цифрового кодирования сигналов, причем управляющее цифровое электронно-вычислительное устройство снабжено программным обеспечением для реализации алгоритма формирования команд управления силовым сигналом.

11. Система по п.10, отличающаяся тем, что выпускной клапан снабжен датчиком положения его рабочего органа, подключен через средства цифрового кодирования сигналов к управляющему цифровому электронно-вычислительному устройству.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2