Система борьбы с обледенением и/или с запотеванием поверхности летательного аппарата, способ управления такой системой и летательный аппарат, оборудованный такой системой
Группа изобретений относится к технике предотвращения образования льда на внешних поверхностях летательного аппарата (ЛА) и их запотевания. Вблизи защищаемой поверхности находится температурный датчик, выполненный с возможностью генерирования температурной информации. Имеется вычислитель, выполненный с возможностью генерирования управляющей информации на основании температурной информации и передачи управляющей информации в компьютерную сеть ЛА. Система электрического питания находится в центральной электрической системе ЛА, выполнена с возможностью приема управляющей информации через компьютерную сеть и содержит выключатель, выполненный с возможностью переключения в зависимости от управляющей информации. Нагревательный элемент находится вблизи защищаемой поверхности и получает электрическое питание через упомянутый выключатель. В процессе управления заявленной системой определяют управляющую информацию на основании температурной информации, полученной от температурного датчика. Управляющую информацию передают в компьютерную сеть ЛА и получают ее системой электрического питания. В зависимости от управляющей информации осуществляют переключение выключателя, который находится в центральной электрической системе ЛА и через который подается электрическое питание на нагревательный элемент. Группа изобретений позволяет оптимизировать концепцию борьбы с обледенением и/или запотеванием поверхностей ЛА. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.
Объектом настоящего изобретения является система борьбы с обледенением и/или с запотеванием поверхности летательного аппарата, такой как окно кабины экипажа самолета, а также способ управления такой системой. Объектом изобретения является также летательный аппарат, оборудованный такой системой.
Защиту от обледенения и запотевания поверхностей летательного аппарата, как правило, осуществляют при помощи нагревательных элементов, например, таких как резисторы.
В известных технических решениях питание нагревательных элементов производится при помощи соответствующей системы, иногда называемой вычислителем нагрева (или WHC от английского "Window Heat Computer"), которая, кроме логической схемы управления работой, содержит выключатель, переключаемый таким образом, чтобы подавать на нагревательные элементы электрическую энергию, соответствующую необходимой интенсивности нагрева.
Таким образом, согласно этой концепции, соответствующая система постоянно получает питание от центральной электрической системы летательного аппарата и направляет электрическую энергию на нагревательные элементы в переменном количестве, определяемом в зависимости от температуры, измеренной датчиками, установленными на уровне предназначенной для обработки поверхности.
Кроме того, система выполняет функции контроля за током, который она направляет на нагревательные элементы, и за правильной работой датчиков.
Классическое решение предусматривает, чтобы различные элементы данной системы находились внутри одного комплекса, как правило, вблизи кабины, что отрицательно сказывается на габаритах и весе и, кроме того, требует, чтобы этот комплекс содержал все схемы, необходимые для его работы (в частности, выключатель мощности и логическую схему, в том числе вычислитель).
Чтобы избежать этих проблем и оптимизировать концепцию системы борьбы с обледенением и/или с запотеванием с целью использования существующих функциональных возможностей других систем летательного аппарата, настоящим изобретением предлагается система борьбы с обледенением и/или с запотеванием поверхности летательного аппарата, отличающаяся тем, что содержит:
- температурный датчик, находящийся вблизи упомянутой поверхности и выполненный с возможностью генерирования температурной информации;
- вычислитель, выполненный с возможностью генерирования управляющей информации на основании температурной информации и передачи управляющей информации в компьютерную сеть летательного аппарата;
- систему электрического питания, выполненную с возможностью приема управляющей информации через компьютерную сеть и содержащую выключатель, выполненный с возможностью переключения в зависимости от управляющей информации;
- нагревательный элемент, находящийся вблизи упомянутой поверхности и получающий электрическое питание через упомянутый выключатель.
Таким образом, переключение выключателя вынесено в систему электрического питания, то есть, как правило, на уровень центральной электрической системы самолета, что позволяет отказаться от коммутированного выключателя, находящегося обычно в кабине.
В настоящей заявке под выражением «вблизи поверхности» следует понимать: на поверхности или на таком от нее расстоянии, которое обеспечивает физическое взаимодействие с этой поверхностью.
Система электрического питания содержит, например, микропроцессор, соединенный с компьютерной сетью. Таким образом, микропроцессор может принимать управляющую информацию и управлять переключением выключателя в зависимости от управляющей информации. На практике, микропроцессор может управлять переключением выключателя при помощи сигнала, циклическое соотношение которого зависит от управляющей информации.
Согласно варианту выполнения, вычислитель получает температурную информацию от датчика через аналоговую связь.
Компьютерная сеть является, например, бортовой сетью типа Этернет.
Согласно возможности применения, вычислитель включают в состав модуля управления нагревом, соединенного с компьютерной сетью. В этом случае модуль управления нагревом может содержать средства контроля за датчиком, выполненные с возможностью подачи тревожного сигнала в компьютерную сеть в случае неисправности датчика. Этот модуль, который может находиться в любом месте самолета (например, в бортовом отсеке самолета), управляет, таким образом, логической схемой управления системой вместо обычно используемой классической системы.
Кроме того, система электрического питания может содержать средства измерения силы тока, проходящего через выключатель, выполненные с возможностью управления размыканием выключателя и/или генерирования тревожного сигнала в компьютерной сети в случае превышения определенного порогового значения. Таким образом, функции выключения и контроля за правильной работой интегрированы в систему питания.
Система управления тревожными сигналами, соединенная с компьютерной сетью, в этих двух случаях может выводить сигнал на устройство отображения в кабине в случае получения такого тревожного сигнала.
Упомянутой поверхностью является, например, окно кабины экипажа летательного аппарата.
В соответствии с настоящим изобретением предложен также способ управления системой борьбы с обледенением и/или с запотеванием поверхности летательного аппарата, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:
- определение управляющей информации на основании температурной информации, полученной от температурного датчика, находящегося вблизи упомянутой поверхности;
- передача управляющей информации в компьютерную сеть летательного аппарата;
- получение управляющей информации системой электрического питания;
- в зависимости от управляющей информации - переключение выключателя, через который подается электрическое питание на нагревательный элемент, находящийся вблизи упомянутой поверхности.
Как правило, выключатель является частью системы электрического питания и расположен, таким образом, на уровне центральной электрической системы летательного аппарата.
Способ может содержать предварительный этап передачи датчиком температурной информации через аналоговую связь.
Если упомянутое переключение управляется микропроцессором системы электрического питания, способ может также содержать этап приема упомянутым микропроцессором управляющей информации.
Объектом настоящего изобретения является также летательный аппарат, в котором используют эти изобретения.
Другие отличительные признаки настоящего изобретения очевидны из нижеследующего описания, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - основные элементы системы борьбы с обледенением в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - блок-схема работы системы, показанной на Фиг.1, в нормальном режиме.
На Фиг.1 схематически показана кабина экипажа 2 самолета, которая содержит множество окон 4, через которые экипаж ведет наблюдение за окружающим пространством.
С каждым из этих стекол соединены нагревательные элементы 6 (из которых на Фиг.1 показан только один). Когда эти нагревательные элементы 6 активируются (то есть получают электрическое питание), они обеспечивают защиту окон 4 от обледенения (и следовательно, от запотевания).
На практике нагревательные элементы 6 выполнены, например, в виде резисторных цепей, которые выполнены в стекле 4 на уровне его поверхности; эти резисторные цепи могут быть расположены, например, между различные слоями стекол окна.
Далее следует описание работы только одного нагревательного элемента 6, поскольку другие нагревательные элементы работают аналогично.
Электрические цепи показаны на Фиг.1 в виде одного проводника, хотя на практике существует также обратная цепь прохождения тока (например, через массу).
Нагревательный элемент 6 питается от источника 10 напряжения через силовой переключатель 8, который позволяет регулировать электрическую мощность, подаваемую на нагревательный элемент 6, что будет описано ниже.
Источник 10 напряжения выполняют, например, путем объединения инвертора и выпрямителя. Речь идет о переменном напряжении (как правило, 115 VAC или 200 VAC), получаемом от электрогенерирующих средств летательного аппарата.
Силовой переключатель 8 содержит электрически управляемый выключатель 12 и микропроцессор 14, который содержит выход PWM для управления выключателем 12. Сигнал соответствующего значения на выходе PWM управляет замыканием и размыканием выключателя 12. Выключатель 12 подключен между источником 10 напряжения и нагревательным элементом 6.
Микропроцессор 14 содержит также контакт 15 для измерения тока I, проходящего через выключатель 12.
Микропроцессор 14 соединен через шину с другими электронными блоками, описанными ниже в связи с компьютерной сетью 18 (часто называемой бортовой сетью, работающей, например, по типу «Этернет», такой как сеть AFDX, описанная, например, в патентной заявке FR 2832011).
Силовой переключатель 8 и источник 10 напряжения, которые образуют систему электрического питания для нагревательного элемента 6, предпочтительно находятся на уровне центральной электрической системы самолета.
Многочисленные функциональные модули (часто называемые CPIOM от английского "Core Process Input Output Module") соединены с сетью 18. Среди этих функциональных модулей на Фиг.1 показаны только те, которые участвуют в работе системы борьбы с обледенением в соответствии с настоящим изобретением, а именно модуль 20 управления нагревом окон и модуль 22 управления тревожными сигналами.
Модуль 20 управления нагревом окон может взаимодействовать с микропроцессором 14 силового переключателя 8 и с модулем 22 управления тревожными сигналами через компьютерную сеть 18.
Кроме того, модуль 20 управления нагревом окон получает температурную информацию ТРТ в аналоговой форме от датчика 5, расположенного на уровне окна 4 (как правило, внутри окна 4), которое содержит нагревательный элемент 6. (Как и в случае элемента 6, для упрощения чертежа показан только один датчик 5).
Модуль 20 управления нагревом окон выполняет следующие функции, которые подробнее будут описаны ниже:
- отслеживание температурной информации ТРТ, поступающих от датчика 5 (и одновременно контроль за достоверностью этих данных, то есть за нормальной работой датчика 5);
- управление регулированием нагревательного элемента 6 в зависимости от измеренной температуры, то есть на практике определение управляющей информации, предназначенных для схемы силового переключателя 8, на основании температурной информации ТПТ, поступающих от датчика 5;
- передача тревожного сигнала в систему 22 управления тревожными сигналами в случае обнаружения неисправности в работе, например, на уровне датчика 5.
Следует отметить, что для генерирования управляющей информации, в случае необходимости, можно использовать и другие параметры, например, такие как скорость самолета или режим (ручной или автоматический) управления мощностью, причем эта задача облегчается за счет того, что модуль 20 находится в бортовой сети.
Как было упомянуто выше, система 22 управления тревожными сигналами может взаимодействовать с другими функциональными модулями (в частности, с модулем 20 управления нагревом окон) и с силовым переключателем 8 через компьютерную сеть 18.
Модуль 22 управления тревожными сигналами может также управлять необходимыми действиями одного из других блоков в случае поступления тревожного сигнала. Он может, например, вывести символ, обозначающий соответствующий тревожный сигнал, на устройство 24 отображения, находящееся в кабине 2.
Функциональные модули 20, 22 могут находиться в любом месте летательного аппарата, поскольку они взаимодействуют с другими элементами через сеть 18. Предпочтительно функциональные модули 20, 22 группируют в соответствующем месте самолета, называемом бортовым отсеком.
Далее со ссылками на Фиг.2 следует описание работы системы борьбы с обледенением в нормальном режиме.
В модуль 20 управления нагревом окон поступают температурная информация ТРТ от датчика 5 (этап Е102), и на основании этих данных он определяет, в частности, команду CMD, предназначенную для силового переключателя 8 (этап Е104).
Управляющую информацию CMD получают, например, в зависимости от температурной информации ТРТ и от заданного значения температуры (записанного, например, в память модуля 20 с возможностью корректировки) при помощи таблиц соответствия, хранящихся в памяти модуля 20.
Управляющую информацию CMD отображают, например, количество номинальной мощности нагревательного элемента, которое должно быть высвобождено для приближения к заданной температуре. В варианте, речь может идти о циклическом соотношении, при котором выключатель должен поочередно размыкаться или замыкаться.
Управляющая информация CMD передаются модулем 20 управления нагревом окон в компьютерную сеть 18 (этап Е106) в цифровом виде.
Управляющая информация CMD могут, таким образом, поступать в микропроцессор 14 силового переключателя 8 (этап Е108).
На основании управляющей информации CMD микропроцессор 14 определяет циклическое соотношение командного сигнала PWM, предназначенного для передачи на контакт управления выключателем 12 (этап Е110), чтобы на уровне нагревательного элемента 6 получить высвобождение требуемой мощности нагрева (то есть соответствующей командным данным CMD).
В нормальном режиме взаимодействие описанных выше различных элементов позволяет регулировать температуру на уровне окна 4 и, следовательно, обеспечивать его защиту от обледенения (а также от запотевания).
Далее следует описание нескольких примеров выходов в нормальном режиме.
Как было указано выше, микропроцессор 14 содержит контакт 15, который позволяет контролировать ток I, проходящий через выключатель 12. Если микропроцессор 14 определяет, что ток I является слишком сильным (например, из-за неисправности выключателя 12 или в результате превышения напряжения на уровне источника 10 напряжения), он подает команду на размыкание выключателя 12. Таким образом, силовой переключатель 8 выполняет также функцию прерывателя.
В случае обнаружения аномалии в измерении тока, проходящего через выключатель 12, микропроцессор 14 может также передать соответствующий тревожный сигнал в модуль 22 управления тревожными сигналами, при этом экипаж узнает об аномалии при помощи устройства 24 отображения.
Другой тип тревожного сигнала в описанной выше системе борьбы с обледенением относится к неисправности в работе датчика 5.
Как было упомянуто выше, система 20 управления нагревом окон принимает не только температурную информацию ТРТ, но также определяет информацию о правильной работе путем контроля за датчиком 5.
В случае обнаружения аномалии в работе датчика 5 модулем 20 управления нагревом окон, последний передает соответствующий тревожный сигнал в компьютерную сеть 18 и в систему 22 управления тревожными сигналами. Таким образом, эта система может предупредить экипаж о неисправности датчика 5 путем вывода соответствующего символа на дисплейное устройство 24.
В случае обнаружения неисправности в работе датчика 5 модуль 20 управления нагревом окон может также придать командным данным CMD значение, которое обеспечивает надежную работу независимо от действительной температуры (то есть предположительно не определенной) на окне 4, а именно, например, управляющая информация CMD, которые приводят к отключению нагрева или, в варианте, к нагреву при мощности нагревательного элемента 6, определенной в зависимости от других параметров, измеряемых на борту самолета.
Описанный выше пример представляет собой только возможный вариант выполнения изобретения, который не ограничивает его объема.
1. Система борьбы с обледенением и/или с запотеванием поверхности (4) летательного аппарата, отличающаяся тем, что содержит
температурный датчик (5), находящийся вблизи упомянутой поверхности (4) и выполненный с возможностью генерирования температурной информации (ТРТ);
вычислитель (20), выполненный с возможностью генерирования управляющей информации (CMD) на основании температурной информации (ТРТ) и передачи управляющей информации (CMD) в компьютерную сеть (18) летательного аппарата;
систему (8) электрического питания, находящуюся в центральной электрической системе летательного аппарата, выполненную с возможностью приема управляющей информации (CMD) через компьютерную сеть и содержащую выключатель (12), выполненный с возможностью переключения в зависимости от управляющей информации (CMD);
нагревательный элемент (6), находящийся вблизи упомянутой поверхности (4) и получающий электрическое питание через упомянутый выключатель (12).
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что система (8) электрического питания содержит микропроцессор (14), соединенный с компьютерной сетью (18).
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что микропроцессор (14) выполнен с возможностью приема управляющей информации (CMD) и управления переключением выключателя (12) в зависимости от управляющей информации (CMD).
4. Система по п.3, отличающаяся тем, что микропроцессор (14) управляет переключением выключателя (12) при помощи сигнала, циклическое соотношение которого зависит от управляющей информации (CMD).
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что вычислитель (20) получает температурную информацию (ТРТ) от датчика (5) через аналоговую связь.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что вычислитель включен в состав модуля (20) управления нагревом, соединенного с компьютерной сетью (18).
7. Система по п.6, отличающаяся тем, что модуль (20) управления нагревом содержит средства контроля за датчиком (5), выполненные с возможностью подачи тревожного сигнала в компьютерную сеть (18) в случае неисправности в работе датчика (5).
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что система (8) электрического питания содержит средства (15) измерения силы тока (I), проходящего через выключатель (12), выполненные с возможностью генерирования тревожного сигнала в компьютерной сети (18) в случае превышения определенного порогового значения.
9. Система по п.7 или 8, отличающаяся тем, что система (22) управления тревожными сигналами соединена с компьютерной сетью (18) и выполнена с возможностью вывода сигнала на устройство (24) отображения кабины в случае получения упомянутого тревожного сигнала.
10. Система по п.1, отличающаяся тем, что система (8) электрического питания содержит средства (15) измерения силы тока (I), проходящего через выключатель (12), выполненные с возможностью управления размыканием выключателя (12) в случае превышения определенного порогового значения.
11. Система по п.1 или 3, отличающаяся тем, что компьютерная сеть (18) является бортовой сетью типа Этернет.
12. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутой поверхностью является окно (4) кабины экипажа летательного аппарата.
13. Способ управления системой борьбы с обледенением и/или с запотеванием поверхности (4) летательного аппарата, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:
определение (Е104) управляющей информации на основании температурной информации (ТРТ), полученной от температурного датчика (5), находящегося вблизи упомянутой поверхности (4);
передачу (Е106) управляющей информации (CMD) в компьютерную сеть (18) летательного аппарата;
получение (Е108) управляющей информации (CMD) системой (8) электрического питания;
в зависимости от управляющей информации (CMD) - переключение (Е110) выключателя (12), который находится в центральной электрической системе летательного аппарата и через который подается электрическое питание на нагревательный элемент (6), находящийся вблизи упомянутой поверхности (4).
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что содержит этап (Е106) передачи датчиком (5) температурной информации (ТРТ) через аналоговую связь.
15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что, поскольку упомянутое переключение управляется микропроцессором (14) системы (8) электрического питания, способ содержит этап (Е108) приема упомянутым микропроцессором (14) управляющей информации (CMD).
16. Летательный аппарат, отличающийся тем, что содержит систему по п.1.
17. Летательный аппарат, отличающийся тем, что содержит средства, выполненные с возможностью применения способа по п.13.
