Способ раннего обнаружения невыработки топлива из подвесных топливных баков
Изобретение относится к топливным системам самолетов. Способ заключается в том, что для каждого подвесного бака определяют базовое событие, предшествующее началу его выработки, и промежуток времени, началом которого является это событие, а длина промежутка такова, что выработка подвесного топливного бака должна начаться раньше его окончания, в момент окончания промежутка определяют первое показание топливомера внутреннего бака, затем периодически определяют текущие показания и сравнивают с первым показанием с учетом погрешности. При обнаружении уменьшения показаний прежде поступления сигнала “подвесной топливный бак пуст” делают вывод о наличии отказа “невыработка подвесного топливного бака”. Базовым событием может быть окончание выработки предыдущего бака. Дополнительно следят, чтобы мгновенный расход топлива двигателями не превышал темпа перекачки топлива из подвесного топливного бака, и определяют исправность топливомера и автоматики, обеспечивающей прохождение сигнала об окончании выработки подвесного топливного бака. Технический результат - своевременное определение отказа без введения дополнительных топливоизмерительных устройств в подвесном топливном баке. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области авиации, в частности к топливным системам самолетов.
На борту самолета для размещения топлива имеются различные топливные баки, которые располагаются как внутри крыла и фюзеляжа, так и на специальных подвесных устройствах (Авиация//Энциклопедия. Москва. Научное издательство “Большая Российская энциклопедия”, Центральный аэродинамический институт им. Н.Е.Жуковского, 1994, статьи “Топливная система” и “Топливный бак”, стр.568-570). При выполнении полетов на дальность, превышающую расчетную, используют подвесные топливные баки (ПТБ), которые сбрасываются сразу после опорожнения с целью уменьшения аэродинамического сопротивления самолета (там же, а также Лещинер Л.Б., Ульянов И.Е. Проектирование топливных систем самолетов. М.: Машиностроение, 1975, стр.325). Цель применения ПТБ - увеличение дальности и продолжительности полета.
В авиации контроль за расходом топлива осуществляется с помощью топливоизмерительных систем. Известны топливомерные системы, в которых значение запаса топлива устанавливается с помощью находящихся непосредственно в баках датчиков, и расходомерные системы, в которых запас топлива определяется через расход, измеряемый расходомерами, установленными в трубопроводах, подводящих топливо к двигателям (см., например, Домотенко Н.Т., Кравец А.С. и др. Авиационные силовые установки. М.: Транспорт, стр.178-180). Из-за низкой надежности этих систем применяются одновременно топливомерная и расходомерная системы, одна из которых является дублирующей.
Датчики топливомера размещаются, как правило, в фюзеляжных баках (Лещинер Л.Б., Ульянов И.Е. Проектирование топливных систем самолетов. М.: Машиностроение, 1975, стр.228), обязательно в расходном, практически во всех внутренних баках, но в подвесных топливных баках они не устанавливаются, так как эти баки вырабатываются в первую очередь и сбрасываются. Выработка из ПТБ осуществляется путем перекачки топлива на пополнение внутреннего бака на всех возможных режимах расхода топлива по профилю полета с ПТБ.
Если произошел отказ (невыработка ПТБ), а информация об этом своевременно не поступила, это предпосылка к летному происшествию - самолет может “недотянуть” до места посадки. Поэтому важно вовремя предупредить летчика о невыработке бака для принятия им соответствующего решения. Задача определения отказа усложняется, если ПТБ не один, а несколько.
Известно использование в качестве сигнализаторов фиксированных количеств топлива в ПТБ датчиков подвески и датчиков сброса ПТБ (полезная модель РФ №22463, B 64 D 37/14). Недостатком такого подхода является то, что датчики-сигнализаторы не дают информации о том, идет ли процесс перекачки топлива из ПТБ или остановился, а также сбрасываются вместе с ПТБ.
Существуют устройства для контроля за окончанием выработки топлива из ПТБ, остающиеся на самолете после сброса ПТБ, например, устройство, описанное в а.с. СССР №197409, B 64 D 37/28, которое выдает сигнал об окончании выработки топлива из ПТБ.
Это устройство или аналогичные используются для реализации применяемого в настоящее время способа определения отказа “невыработка ПТБ”. Он заключается в том, что анализируют порядок поступления сигналов об опорожнении каждого из ПТБ и внутренних баков и в случае, если сигнал об опорожнении последующего по порядку выработки ПТБ или внутреннего бака проходит до сигнала об опорожнении невыработанного ПТБ, делают вывод о наличии отказа.
Недостаток этого способа состоит в том, что об отказе летчик узнает достаточно поздно (в момент прихода сигнала об опорожнении следующего бака), что в лучшем случае приведет к аварийной посадке. Этот способ является наиболее близким к предлагаемому.
Задачей изобретения является обеспечение своевременного определения факта отсутствия выработки подвесного топливного бака без введения дополнительных топливоизмеряющих датчиков в этих баках или другой дополнительной топливоизмеряющей аппаратуры.
Задача решается с помощью способа обнаружения невыработки топлива из подвесных топливных баков самолета, заключающегося в использовании устройств, обеспечивающих перекачку топлива из подвесных топливных баков во внутренний бак в определенном диапазоне уровня топлива во внутреннем баке и формирование сигнала “бак пуст”, отличающегося тем, что для каждого подвесного топливного бака предварительно определяют базовый момент времени или базовое событие, предшествующее началу выработки подвесного топливного бака, и промежуток времени, началом которого является базовый момент времени или базовое событие, а длина промежутка времени такова, что в течение этого промежутка выработка подвесного топливного бака должна начаться, но еще не должна закончиться, в процессе полета в момент окончания упомянутого промежутка времени определяют первое показание топливомера внутреннего бака, затем периодически определяют текущие показания топливомера внутреннего бака и сравнивают их с первым показанием с учетом погрешности, при обнаружении уменьшения показаний топливомера прежде поступления сигнала “подвесной топливный бак пуст” делают вывод о наличии отказа “невыработка подвесного топливного бака”.
В качестве базового события может быть выбрано прохождение сигнала об окончании выработки предыдущего по очередности бака.
При определении показаний топливомера дополнительно определяют наличие сигнала, подтверждающего исправность топливомера и автоматики, обеспечивающей прохождение сигнала об опорожнении подвесного топливного бака.
Предлагаемый способ позволяет без введения дополнительных топливоизмерительных устройств в ПТБ или в систему их выработки по показаниям общей топливоизмерительной аппаратуры определить отказ в выработке ПТБ практически сразу же после его возникновения, что обеспечивает безопасность полета и своевременное принятие решения летчиком.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена схема перекачки топлива из подвесных топливных баков во внутренний бак для частного случая трех подвесных баков, два из которых являются симметричными, с использованием известных устройств перекачки топлива и контроля окончания выработки топлива из ПТБ.
На фиг.2 показан в увеличенном масштабе струйный индикатор уровня, обеспечивающий перекачку топлива из подвесного топливного бака в определенном диапазоне уровня топлива во внутреннем баке.
Для осуществления способа используются известные устройства выработки (перекачки) топлива из подвесного топливного бака (1) или (12) во внутренний бак (3) в определенном диапазоне уровня топлива во внутреннем баке (3). Топливо перекачивается по трубе (2), соединяющей ПТБ (1) или (12) с внутренним баком (3), выход из которой перекрыт клапаном (4) с гидравлическим управлением от струйного индикатора уровня (СИУ) (5) или (10), расположенного в баке (3) на том уровне, при котором должен вырабатываться (т.е. опорожняться) данный ПТБ (1) или (12). В СИУ (5) или (10) имеются входной штуцер (6) и приемный штуцер (7). СИУ (5) или (10) установлено во внутреннем баке (3) по одному для каждого из ПТБ.
Для контроля окончания выработки топлива из ПТБ (1) или (12) во внутренний бак (3) путем формирования сигнала об окончании выработки “бак...пуст” имеются гильзы (8) и датчики-сигнализаторы (9). Они установлены во внутреннем баке (3) по одному для каждого из независимо вырабатываемых ПТБ (например, (1)) и по одному на пару симметричных синхронно вырабатываемых баков (например, (12)).
Во внутреннем баке (3) имеются также датчики (11) топливомера для контроля уровня топлива в баке (3).
На фиг.1 показан также расходный бак (13), в который перекачивается топливо из внутреннего бака (3), прежде чем поступить в двигатели.
Перекачка, например, из ПТБ (1) осуществляется следующим образом (см. фиг.1).
Из подвесного топливного бака (ПТБ) (1) топливо через трубу (2) поступает на управляемый клапан (4) во внутреннем баке (3). В СИУ (5) топливо от постороннего источника подается под давлением во входной штуцер (6) и проходит в приемный штуцер (7), если полость между штуцерами (6) и (7) не заполнена топливом. В этом случае под давлением струи клапан (4) открывается, и топливо из ПТБ (1) поступает во внутренний бак (3). При этом уровень топлива в баке (3) поднимается и заполняет полость между штуцерами (6) и (7). Давление струи падает, и клапан (4) закрывается. При некотором опорожнении бака (3) (вследствие перекачки топлива из бака (3) в расходный бак (13)) уровень топлива в баке (3) вновь падает, и цикл снова повторяется: СИУ (5) открывает клапан (4) и топливо снова перекачивается из ПТБ (1), его уровень поднимается, СИУ (5) закрывает клапан (4) и перекачка прекращается. Такие циклы повторяются до опорожнения ПТБ (1).
Пока ПТБ (1) не пуст, топливо (так называемое “сигнальное топливо”) поступает в гильзу (8) и заполняет ее. При этом всплывает поплавок установленного в ней датчика-сигнализатора (9) и размыкает его контакты. Когда топливо из ПТБ (1) полностью перекачано, оно перестает поступать в гильзу (8), поплавок в датчике (9) опускается и замыкает контакты, посылая сигнал окончания выработки топлива “бак...пуст”.
После опорожнения ПТБ (1) уровень топлива в баке (3) продолжает опускаться (вследствие перекачки топлива из бака (3) в расходный бак (13)), пока не достигнет уровня, где установлено следующее СИУ (10), которое управляет выработкой из следующего подвесного топливного бака или пары симметричных ПТБ (12), соединенных для обеспечения синхронной перекачки трубопроводом (14)).
В процессе выработки из ПТБ (1) уровень сравнительно стабилен. Причинами некоторых колебаний уровня топлива могут быть описанное выше циклическое функционирование СИУ (5) и эволюции самолета.
Процесс перекачки топлива из очередного ПТБ (12) происходит аналогично: он начинается, когда уровень топлива в баке (3) достигает уровня расположения СИУ (10), соответствующего этому ПТБ или паре симметричных ПТБ, а затем на период выработки ПТБ (12) уровень топлива в баке (3) примерно стабилизируется (как описано выше).
Эти обстоятельства позволяют осуществить более раннее, чем в случае прототипа, обнаружение отказа как при наличии одного, так и нескольких подвесных баков.
Способ заключается в следующем.
Каждый подвесной топливный бак (1) и (12) снабжают устройствами, обеспечивающими выработку (перекачку) топлива из каждого ПТБ (1) или (12) во внутренний бак (3) в определенном диапазоне уровня топлива во внутреннем баке (3), а также формирование сигнала окончания выработки топлива из ПТБ во внутренний бак “бак...пуст” для каждого из независимо вырабатываемых ПТБ (1) и каждой пары симметричных синхронно вырабатываемых подвесных топливных баков (12). Не обязательно, чтобы эти устройства были выполнены так, как описано выше, но они должны выполнять эти функции. Все они уже имеются на современных самолетах.
Кроме того, для осуществления предлагаемого способа необходим топливомер, датчики которого размещены во внутреннем баке (3), в который вырабатываются ПТБ (1) или (12). Этот топливомер является штатным для всех современных самолетов. Других топливоизмерительных датчиков или систем не требуется.
Для каждого подвесного топливного бака (1) или (12) предварительно определяют базовый момент времени или базовое событие, после которого должна начаться выработка подвесного топливного бака (1) или (12), и промежуток времени, началом которого является базовый момент времени или базовое событие, такой длины, что в течение этого промежутка должна начаться выработка данного подвесного топливного бака (1) или (12), но еще не должна закончиться.
В качестве базового события, после которого должна начаться выработка ПТБ (1) или (12), может быть выбран, например, сигнал об опорожнении предыдущего по порядку выработки бака (либо внутреннего, либо подвесного). Для ПТБ, выработка которых начинается на различных уровнях, эти события различны.
Промежуток времени t0, через который, начиная с базового момента времени или базового события, обязательно должна начаться выработка ПТБ (1) или (12), может быть рассчитан так:
Gбаз [кг] - количество топлива во внутреннем баке (3), в который вырабатывается ПТБ (1) или (12), в базовый момент (в момент базового события);
gПТБ [кг] - количество топлива во внутреннем баке (3) в период выработки ПТБ (1) или (12) (теоретически, без учета эволюции самолета);
g [кг/сек] - минимальный расход топлива на участке полета с ПТБ (1) или (12);
t - некоторая добавка для компенсации возможных влияний незначительных факторов (t может составлять, например, 5 минут).
Это означает, что за время t0 из внутреннего бака (3) должно быть выработано количество топлива, соответствующее разнице между уровнем топлива, соответствующим Gбаз, и уровнем выработки из данного ПТБ (1) или (12). Если топливо расходуется с большей скоростью, выработка начнется раньше, но даже в этом случае к моменту завершения промежутка времени t0 ПТБ (1) или (12) выработается незначительно и наверняка не успеет опорожниться, т.к. продолжительность выработки ПТБ (1) или (12) составляет обычно 1-3 часа. После окончания промежутка времени t0 начнется выявление отказа.
Для ПТБ, выработка которых начинается на различных уровнях, длительность этих промежутков времени может быть разная.
В процессе полета в момент окончания упомянутого промежутка времени t0 определяют первое показание топливомера внутреннего бака (3). Далее через некоторый период времени 
определяют следующее показание топливомера и сравнивают с первым с учетом погрешности. Погрешность обусловлена колебаниями уровня топлива при циклической работе клапана (4) или возможными эволюциями самолета. Она должна быть рассчитана предварительно, исходя из конструкции внутреннего бака (3).
Если показания топливомера уменьшились с учетом погрешности, делают вывод о том, что имеет место отказ, заключающийся в том, что выработка данного подвесного топливного бака (1) или (12) не идет или ее темпы не достаточны.
Если обнаруживают, что показания топливомера стабильны, делают вывод, что идет выработка подвесного топливного бака (1) или (12). В таком случае продолжают с периодом определять текущие показания топливомера внутреннего бака (3) и сравнивать с первым показанием. При стабильности показаний при каждом сравнении делают вывод о нормальном ходе выработки ПТБ (1) или (12).
Оптимальная величина периода времени может быть определена из условия
где G - минимальное изменение уровня топлива, которое может быть обнаружено топливомером (чувствительность топливомера). Величина является запозданием, с которым может быть выявлен отказ “невыработка ПТБ”. Она составляет примерно 2-6 мин, что мало влияет на безопасность полета.
Если при описанном отслеживании показаний топливомера обнаруживают уменьшение текущего показания по сравнению с первым ранее поступления сигнала “подвесной топливный бак пуст”, делают вывод о возникновении отказа “невыработка подвесного топливного бака”. Обнаружение отказа происходит с ничтожным запозданием по отношению к моменту измерения показаний топливомера.
Поступление сигнала “подвесной топливный бак пуст” ранее обнаружения уменьшения показаний топливомера по сравнению с зафиксированными показаниями свидетельствует о нормальном завершении выработки данного подвесного топливного бака (1) или (12).
После нормального завершения выработки ПТБ, например (1), этот способ повторяют для следующего ПТБ, если такой имеется, например (12).
Предлагаемый способ позволяет правильно интерпретировать ситуацию при условии, что во время выработки ПТБ (1) или (12) отбор топлива из внутреннего бака (3) к двигателю полностью компенсируется расходом топлива из ПТБ (1) или (12). Это выполняется при обычном режиме полета, но использование этого способа при повышенном расходе топлива двигателем (более расчетного для полета с ПТБ, например, при форсаже) может привести к ложной идентификации отказа, т.е. к прохождению ложного сигнала об отказе. Поэтому при определении показаний топливомера дополнительно обращают внимание на то, чтобы мгновенный расход топлива двигателями не превышал темпа перекачки топлива из подвесного топливного бака (1) или (12). Если мгновенный расход топлива больше темпа перекачки топлива из ПТБ (1) или (12), приостанавливают отслеживание показаний топливомера и возобновляют их при уменьшении мгновенного расхода топлива (т.е. по окончании форсажа).
Чтобы избежать ситуации невыдачи сигнала об отказе или выдачи ложного сигнала отказа “невыработка ПТБ” по причине неисправности топливомера, при определении показаний топливомера дополнительно определяют наличие сигнала, подтверждающего исправность топливомера и его устройств (в том числе автоматики, обеспечивающей прохождение сигнала об опорожнении подвесного топливного бака). Такой сигнал, в соответствии с действующими требованиями к топливоизмерительной аппаратуре, обязательно генерируется топливомером и посылается в бортовую аппаратуру. При отсутствии этого сигнала следует приостановить выполнение способа.
Пример применения способа для частного случая выработки сначала одного, например, подфюзеляжного ПТБ (1) и затем двух симметричных совместно вырабатываемых подкрыльевых подвесных топливных баков (12) (прим.: на фиг.1 показан момент, когда подфюзеляжный ПТБ (1) уже выработан, а подкрыльевые ПТБ (12) - еще нет).
1-й этап: предварительно (до полета) определяют базовые события, промежутки времени, к моменту окончания которых должна начаться выработка соответствующих ПТБ (1) и (12), но еще не должна закончиться, и допустимые для реализации способа погрешности в определении уровня топливомера. В качестве базового события для подфюзеляжного ПТБ (1) определяют, например, момент, когда уровень топлива во внутреннем баке (3) достиг определенной величины, о чем формируется соответствующий сигнал. В качестве базового события для симметричных подкрыльевых ПТБ (12) выбирают, например, момент окончания выработки подфюзеляжного ПТБ (1).
2-й этап: выработка одного подфюзеляжного бака (1). В момент окончания определенного для ПТБ (1) промежутка времени (см. формулу (1)) определяют первое показание топливомера внутреннего бака (3). После этого периодически определяют текущие показания топливомера и сравнивают их с первым с учетом погрешности. Если происходит уменьшение показаний топливомера за пределы погрешности, а сигнала “ПТБ пуст” нет, делают вывод о наличии отказа и принимают соответствующие меры. Если сигнал об окончании выработки ПТБ (1) поступает прежде уменьшения показаний топливомера за пределы погрешности, делают вывод о нормальном завершении выработки данного ПТБ (1) и переходят к ожиданию начала выработки следующих ПТБ (12).
3-й этап: синхронная выработка симметричных ПТБ (12). В момент окончания определенного для ПТБ (12) промежутка времени определяют первое показание топливомера внутреннего бака (3). После этого периодически определяют текущие показания топливомера и сравнивают их с первым с учетом погрешности. Если происходит уменьшение показаний топливомера за пределы погрешности, а сигнала об окончании выработки из подкрыльевых ПТБ (12) нет, делают вывод о наличии отказа и принимают соответствующие меры. Если сигнал об окончании выработки подкрыльевых ПТБ (12) поступает прежде уменьшения показаний топливомера за пределы погрешности, делают вывод о нормальном завершении выработки подкрыльевых ПТБ (12), что является окончанием использования способа.
Формула изобретения
1. Способ обнаружения невыработки топлива из подвесных топливных баков самолета, заключающийся в использовании устройств, обеспечивающих перекачку топлива по меньшей мере из одного подвесного топливного бака во внутренний бак в определенном диапазоне уровня топлива во внутреннем баке и формирование сигнала “Подвесной топливный бак пуст”, отличающийся тем, что для каждого подвесного топливного бака предварительно определяют базовый момент времени или базовое событие, предшествующее началу выработки подвесного топливного бака, и промежуток времени, началом которого является базовый момент времени или базовое событие, а длина промежутка времени такова, что в течение этого промежутка выработка подвесного топливного бака должна начаться, но еще не должна закончиться, в процессе полета в момент окончания упомянутого промежутка времени определяют первое показание топливомера внутреннего бака, затем периодически определяют текущие показания топливомера внутреннего бака и сравнивают их с первым показанием с учетом погрешности, при обнаружении уменьшения показаний топливомера прежде поступления сигнала “Подвесной топливный бак пуст” делают вывод о наличии отказа “Невыработка подвесного топливного бака”.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении показаний топливомера дополнительно определяют наличие сигнала, подтверждающего исправность топливомера.
