Способ оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата и соответствующее устройство
Устройство управления энергетической сетью летательного аппарата, включающей множество единиц энергетического оборудования, содержит модуль (40) выбора по меньшей мере одной цели (19) оптимизации из множества заданных целей, модуль (42) приема данных об оборудовании, модуль (41) приема данных о летательном аппарате и модуль (43) определения, исходя из данных (21) об оборудовании и данных (20) о летательном аппарате, установочных рабочих параметров (22) энергетического оборудования, подходящих для достижения по меньшей мере одной выбранной цели (19) оптимизации. Обеспечивается оптимизированное глобальное управления энергетической сетью летательного аппарата. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.
1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата. Изобретение относится также к устройству, приспособленному для осуществления способа по изобретению.
2. Уровень техники
Как известно, летательный аппарат содержит множество единиц энергетического оборудования, таких как, например, тяговые двигатели, нетяговые двигатели, источники энергии, преобразователи энергии и аккумуляторы энергии.
Совокупность этого энергетического оборудования образует энергетическую сеть летательного аппарата. Эта энергия может быть разной и включать различные виды энергии, например, электрическую, гидравлическую, пневматическую и механическую энергию.
На большинстве летательных аппаратов, в частности, двухмоторных вертолетах, тяговая мощность двигателей равномерно распределена между разными двигателями, чтобы уровнять износ двигателей.
На трехмоторном вертолете пилот имеет возможность по собственному желанию переводить один двигатель в режим ожидания при некритических фазах полета в целях снижения расхода топлива.
Другими словами, в настоящее время существуют способы, направленные на оптимизацию либо расхода топлива двигателями, либо срока службы двигателей.
Тем не менее, эти направления оптимизации ограничены несколькими конкретными типами летательных аппаратов.
Кроме того, не существует способов, позволяющих оптимизировать другие параметры, такие, например, как комфортные акустические условия внутри летательного аппарата, малозаметность летательного аппарата, быстрота реакции летательного аппарата, выбросы загрязняющих веществ летательным аппаратом, и, вообще, оптимизировать любой параметр, характеризующий летательный аппарат.
Кроме того, не существует также способов, позволяющих осуществлять одновременное оптимизированное управление тяговыми и нетяговыми видами энергии летательного аппарата. Не существует также способов энергетической оптимизации между разными тепловыми, электрическими или другими двигателями силовой установки летательного аппарата.
Поэтому авторы изобретения стремились разработать способ оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата.
3. Задачи изобретения
Изобретение направлено на то, чтобы предложить способ оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата.
Задача изобретения состоит, в частности, в том, чтобы разработать такой способ, который может быть применим к любым типам летательных аппаратов, в частности, к вертолетам.
Задачей изобретения является также разработка устройства оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата.
4. Сущность изобретения
С учетом вышесказанного, изобретение относится к способу оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата, содержащего множество единиц энергетического оборудования, характеризующемуся тем, что он включает в себя:
- этап выбора по меньшей мере одной цели оптимизации из множества заданных целей,
- этап приема репрезентативных сведений о работе упомянутого энергетического оборудования, называемых данными об оборудовании,
- этап приема репрезентативных сведений о работе упомянутого летательного аппарата, называемых данными о летательном аппарате,
- этап определения, исходя из упомянутых данных об оборудовании и упомянутых данных о летательном аппарате, установочных параметров работы упомянутого энергетического оборудования, подходящих для достижения по меньшей мере одной выбранной цели оптимизации.
Таким образом, способ по изобретению позволяет предоставить для разного энергетического оборудования энергетической сети летательного аппарата конкретные установочные параметры работы, направленные на достижение заранее выбранной цели оптимизации из множества заданных целей. Определение установочных параметров работы зависит от репрезентативных сведений о работе оборудования и о летательном аппарате. Это позволяет гарантировать, что установочные параметры не поставят под угрозу безопасность полета. Кроме того, это позволит адаптировать установочные параметры к рабочей среде летательного аппарата в данный момент времени.
Другими словами, способ по изобретению позволяет оптимизировать при ограничениях один или более параметров, выбранных, например, пилотом летательного аппарата. Так, способ позволяет перераспределить энергетическую мощность летательного аппарата особым образом (равномерно или неравномерно) между разными единицами оборудования, чтобы добиться одной или нескольких целей оптимизации.
Согласно изобретению упомянутый этап определения установочных параметров предпочтительно включает:
- подэтап задания ограничений, которые должны соблюдаться упомянутым энергетическим оборудованием и которые зависят от упомянутых данных о летательном аппарате и от каждой выбранной цели,
- подэтап сбора, для каждой единицы энергетического оборудования, возможных режимов работы, которые зависят от упомянутых ограничений и упомянутых данных об оборудовании,
- подэтап выбора, для каждой единицы энергетического оборудования, одного режима работы из упомянутых возможных режимов работы.
Согласно этому аспекту изобретения определение установочных параметров работы энергетического оборудования является результатом трех последовательных этапов.
Первый этап (упомянутый подэтап задания ограничений) является этапом, на котором среда летательного аппарата, характеризуемая данными о летательном аппарате и намеченными целями, накладывает определенные ограничения на оборудование сети. Например, если летательный аппарат находится в критической фазе полета, на тяговые двигатели накладываются некоторые особые ограничения, такие как, например, обязанность работать в номинальном режиме.
Второй этап (упомянутый подэтап сбора) является этапом, на котором устанавливают ограниченный список возможных режимов работы, исходя из наложенных на предыдущем этапе ограничений и репрезентативных данных о состоянии оборудования. Например, если тяговый двигатель имеет температуру, близкую к его предельной температуре, некоторые режимы работы невозможно будет заранее выбрать.
Третий этап (упомянутый подэтап выбора) является этапом, на котором для каждой единицы оборудования выбирают режим из ограниченного списка различных режимов работы. Этот режим связан с установочными параметрами для каждой единицы оборудования. Эти установочные параметры могут быть разных типов. Это может быть, например, уровень мощности, крутящего момента или скорости вращения тягового двигателя. Речь может идти также об установочном параметре температуры двигателя. Речь может также идти об инструкции, как достичь конкретного режима двигателя. Например, в случае турбодвигателя вертолета целевым режимом может быть режим, известный под аббревиатурой PMD (максимальная взлетная тяга), или особый режим ожидания и вообще любой режим двигателя, подходящий для достижения выбранных целей оптимизации.
Предпочтительно, способ по изобретению дополнительно включает этап расчета характерной величины выгоды от каждой выбранной цели оптимизации по сравнению с целью по умолчанию.
Этот этап позволяет, например, дать пилоту указание на эффект от искомой цели оптимизации по сравнению с целью по умолчанию.
Предпочтительно и согласно этому варианту, упомянутая цель по умолчанию состоит в том, чтобы оптимальным образом распределить, в соответствии с потребностью, тяговую энергию между упомянутыми единицами энергетического оборудования.
Цель по умолчанию представляет собой обычную цель, которой добиваются способами уровня техники. Таким образом, изобретение позволяет дать указание на преимущество, обеспечиваемое выбранным режимом работы, по сравнению с оптимальным перераспределением мощности между разными тяговыми двигателями.
Предпочтительно и согласно изобретению, каждая цель оптимизации преследуется в течение заданного промежутка времени.
Согласно этому варианту, цели оптимизации являются искомыми в течение заданного промежутка времени.
Предпочтительно и согласно данному варианту изобретения, упомянутый заданный промежуток времени предпочтительно выбран из группы, содержащей точный момент времени, заданный временной интервал в ходе полета летательного аппарата, продолжительность, соответствующая всему полету летательного аппарата, продолжительность, соответствующая полному сроку эксплуатации летательного аппарата.
Это позволяет выбрать целевую продолжительность оптимизации. Например, можно стремиться к мгновенной оптимизации поведения энергетической сети. Можно также стремиться к глобальной оптимизации на всем полетном задании летательного аппарата. Можно также стремиться к глобальной оптимизации на протяжении всего срока эксплуатации летательного аппарата.
В случае глобальной оптимизации в течение полетного задания или в течение всего срока эксплуатации летательного аппарата алгоритмы, применяемые способом, предпочтительно объединены с инструментами подготовки полетного задания или управления воздушным флотом. Эти инструменты установлены, например, у эксплуатирующих летательные аппараты компаний, у компаний-интеграторов, имеющих собственные парки летательных аппаратов, они также доступны через интернет-порталы служб изготовителей двигателей.
Предпочтительно и согласно изобретению, упомянутое множество заданных целей включает по меньшей мере следующие цели:
- цель минимизации расхода топлива упомянутым оборудованием упомянутой энергетической сети,
- цель оптимального распределения в зависимости от потребностей тяговой энергии между тяговыми двигателями упомянутой энергетической сети,
- цель максимизации переходных характеристик упомянутого тягового оборудования упомянутой энергетической сети,
- цель максимизации характеристик летательного аппарата в ходе коротких по длительности фаз типа фазы взлета,
- цель улучшения точности операций по контролю состояния оборудования,
- цель минимизации затрат на техническое обслуживание оборудования,
- цель корректировки операций по техническому обслуживанию оборудования,
- цель минимизации внешнего шума, создаваемого летательным аппаратом,
- цель минимизации шума внутри летательного аппарата,
- цель минимизации площади инфракрасного излучения летательного аппарата,
- цель минимизации выбросов загрязняющих веществ,
- цель минимизации уровней вибрации.
Таким образом, способ по изобретению позволяет оптимизировать некоторое число параметров, в том числе параметры, связанные с расходом топлива, параметры, связанные с расходами на эксплуатацию летательного аппарата, и параметры, связанные с выбросами летательного аппарата.
Предпочтительно и согласно изобретению, упомянутое множество единиц энергетического оборудования содержит по меньшей мере следующие единицы оборудования:
- тяговые двигатели летательного аппарата,
- нетяговые двигатели,
- источники энергии,
- преобразователи энергии.
Изобретение относится также к устройству оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата, содержащей множество единиц энергетического оборудования, характеризующемуся тем, что оно содержит:
- модуль выбора по меньшей мере одной цели оптимизации из множества заданных целей,
- модуль приема репрезентативных сведений о работе упомянутого энергетического оборудования, называемых данными об оборудовании,
- модуль приема репрезентативных сведений о работе упомянутого летательного аппарата, называемых данными о летательном аппарате,
- модуль определения, исходя из упомянутых данных об оборудовании и упомянутых данных о летательном аппарате, установочных параметров работы упомянутого энергетического оборудования, подходящих для достижения по меньшей мере одной выбранной цели оптимизации.
Во всем дальнейшем тексте под модулем понимается логический элемент, подблок компьютерной программы, который может компилироваться отдельно, либо для независимого использования, либо в целях сборки с другими модулями программы, или материальный элемент, или сочетание материального элемента и компьютерной подпрограммы. Такой материальный элемент может содержать интегральную схему, подходящую для данного применения (более известную под сокращением ASIC от английского названия «Application-Specific Integrated Circuit», т.е. специализированная интегральная схема), или программируемую логическую схему, или любой материальный эквивалент. Обычно модуль является элементом (логическим и/или материальным), который позволяет обеспечить некую функцию.
Модуль выбора в устройстве по изобретению предпочтительно реализует этап выбора в способе по изобретению, а этап выбора в способе по изобретению предпочтительно осуществляется модулем выбора в устройстве по изобретению.
Аналогичным образом, модули приема данных о летательном аппарате и данных об оборудовании предпочтительно осуществляют этапы приема данных о летательном аппарате и об оборудовании в способе по изобретению, а эти этапы предпочтительно реализуются модулями приема в устройстве по изобретению.
Аналогично, модуль определения установочных параметров предпочтительно реализует этап определения установочных параметров в способе по изобретению, а этап определения установочных параметров предпочтительно осуществляется модулем определения в устройстве по изобретению.
Предпочтительно, устройство по изобретению содержит человекомашинный интерфейс, приспособленный для взаимодействия с упомянутым модулем выбора таким образом, чтобы оператор мог выбрать цель оптимизации с помощью этого интерфейса.
Предпочтительно и согласно изобретению, упомянутый модуль определения установочных параметров содержит:
- подмодуль задания ограничений, которые должны соблюдаться упомянутым энергетическим оборудованием и которые зависят от упомянутых данных о летательном аппарате и от каждой выбранной цели,
- подмодуль сбора, для каждой единицы энергетического оборудования, возможных режимов работы, которые зависят от упомянутых ограничений и упомянутых данных об оборудовании,
- подмодуль выбора, для каждой единицы энергетического оборудования, одного режима работы из упомянутых возможных режимов работы.
Предпочтительно, устройство по изобретению дополнительно содержит модуль расчета характерной величины выгоды от каждой выбранной цели оптимизации по сравнению с целью по умолчанию.
Предпочтительно и согласно изобретению, упомянутый человекомашинный интерфейс выполнен так, чтобы сделать доступной оператору репрезентативные сведения (информацию) об упомянутых ограничениях, и/или упомянутых возможных режимах работы, и/или упомянутом выбранном режиме работы, и/или упомянутых определенных установочных параметрах, и/или упомянутой характерной величине выгоды от каждой цели.
Таким образом, человекомашинный интерфейс позволяет оператору, например, пилоту летательного аппарата, выбрать одну или несколько целей оптимизации, которые затем учитываются модулем определения установочных параметров в связке с возможными ограничениями, накладываемыми летательным аппаратом, чтобы определить режимы работы различных единиц энергетического оборудования, подходящие для достижения этих целей.
Предпочтительно, упомянутый человекомашинный интерфейс позволяет также предоставить оператору репрезентативную информацию о режимах работы оборудования.
Эта информация отображается, например, на специально предназначенных для того страничках приборной панели посредством авиационной электроники, имеющейся на летательном аппарате. Эта информация выдается, например, в форме синтезированных указателей, которые позволяют оператору удостовериться, что тяговые двигатели работают в пределах их утвержденных номинальных диапазонов, удостовериться, что связанное с тяговыми двигателями оборудование, такое как электродвигатели, аккумуляторы энергии и управляющая электроника, также работают в пределах их утвержденных номинальных диапазонов (в частности, температурных), и иметь в своем распоряжении информацию о выбранных оптимизациях и соответствующей им выгоде.
Изобретение относится также к способу оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата и к соответствующему устройству, характеризующимся совокупностью всех или части признаков, указанных выше или ниже.
5. Список фигур
Другие цели, признаки и преимущества изобретения выявятся при изучении последующего описания, которое приведено исключительно в качестве неограничивающих примеров, с обращением к прилагаемым фигурам, на которых:
- фигура 1 показывает схему способа оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата согласно одному варианту осуществления изобретения,
- фигура 2 показывает схему оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата согласно еще одному варианту осуществления изобретения.
6. Подробное описание варианта осуществления изобретения
Способ по изобретению включает в себя этап 10 выбора по меньшей мере одной цели оптимизации из множества заданных целей.
Он также включает в себя этап 11 приема репрезентативных данных 21 о работе энергетического оборудования и репрезентативных данных 20 о работе летательного аппарата.
Наконец, он включает в себя этап 12 определения установочных параметров 22 работы энергетического оборудования, подходящих для достижения выбранных целей оптимизации.
Способ по изобретению предпочтительно осуществляется устройством по изобретению, которое содержит, как показано на фигуре 2, модуль 40 выбора по меньшей мере одной цели 19 оптимизации из множества заданных целей, модуль 41 приема данных 20 о летательном аппарате, модуль 42 приема данных 21 об оборудовании и модуль 43 определения установочных параметров 22 работы энергетического оборудования.
Далее в подробном описании в качестве летательного аппарата рассматривается вертолет, содержащий по меньшей мере два турбодвигателя (газотурбинных двигателя, ГТД). Каждый турбодвигатель содержит газогенератор со свободной турбиной или со связанной турбиной, жестко закрепленной на выходном валу, приводимом во вращение газогенератором. Выходной вал каждой свободной или связанной турбины способен приводить в движение коробку передачи мощности (обозначаемую ниже сокращением BTP), которая, в свою очередь, приводит в движение винт вертолета, снабженный, например, лопастями с переменным шагом, или другие электромеханические или гидравлические механизмы. Помимо турбодвигателей, энергетическая сеть вертолета включает в себя также аккумуляторы энергии, преобразователи и нетяговые двигатели.
Само собой разумеется, варианты осуществления, описываемые ниже в связи с таким вертолетом, могут быть адаптированы, с соответствующими изменениями, к другим типам летательных аппаратов.
Модуль выбора цели оптимизации предпочтительно представляет собой человекомашинный интерфейс, который позволяет оператору (пилоту, инженеру на земле, отвечающему за полет летательного аппарата, и т.д.) выбрать одну или несколько целей оптимизации. Например, согласно одному варианту осуществления, речь идет о колесике прокрутки для выбора одной цели из множества предложенных целей. Этот интерфейс предпочтительно содержит также экран 27 отображения информации в виде синтезированных указателей, позволяющих оператору ознакомиться с установочными параметрами, определенными модулем 43 определения. Этот интерфейс предпочтительно позволяет также предоставить информацию о рабочем состоянии различных единиц энергетического оборудования энергетической сети летательного аппарата.
Согласно варианту осуществления, представленному на фигурах, данные 21 об оборудовании включают в себя данные 21a, поступающие от тепловых машин энергетической сети летательного аппарата, данные 21b, поступающие от электрических, гидравлических, пневматических и пиротехнических машин энергетической сети летательного аппарата, и данные 21c, поступающие от аккумуляторов энергии.
Установочные параметры 22, определенные модулем 43, включают в себя установочные параметры 22a для тепловых двигателей и установочные параметры 22b для нетепловых двигателей.
Кроме того, модуль 43 определения установочных параметров 22a, 22b предпочтительно содержит подмодуль 51 задания ограничений, которые должны соблюдаться энергетическим оборудованием сети летательного аппарата и которые зависят от данных 20 о летательном аппарате и от каждой выбранной цели 19. Этот подмодуль 51 осуществляет этап 14 задания ограничений в способе по изобретению.
Модуль 43 содержит также подмодуль 52 сбора, для каждой единицы энергетического оборудования, возможных режимов работы, которые зависят от ограничений 25, выдаваемых подмодулем 43, и от данных 21a, 21b, 21c об оборудовании. Этот подмодуль 52 осуществляет этап 15 сбора возможных режимов работы в способе по изобретению.
Наконец, он содержит подмодуль 53 выбора, для каждой единицы энергетического оборудования, одного режима работы из списка 26 возможных режимов работы, переданного подмодулем 52. Этот подмодуль 53 осуществляет этап 16 выбора режима работы в способе по изобретению.
В зависимости от разных вариантов, несколько модулей могут быть сгруппированы в один модуль, чтобы алгоритмы задания ограничений, сбора возможных режимов работы и их выбора могли быть сгруппированы в отношении двигателя или в отношении летательного аппарата. Таким образом, возможны различные схемы.
Кроме того, устройство по изобретению содержит модуль расчета характерного значения выгоды от выбранной цели 19 по сравнению с целью по умолчанию, соответствующей равномерному распределению энергии. Этот модуль расчета предпочтительно является подмодулем 53, который "знает" о выбранном режиме работы.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, множество доступных для выбора заданных целей включает в себя цели, связанные с расходом топлива, цели, связанные с затратами на эксплуатацию летательного аппарата, и цели, связанные с выбросами летательного аппарата.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, цели, связанные с расходом топлива, включают в себя следующие цели 19: (i) цель минимизации расхода топлива оборудованием упомянутой энергетической сети, (ii) цель оптимального перераспределения тяговой энергии между тяговыми двигателями энергетической сети, (iii) цель максимизации переходных характеристик тяговых двигателей энергетической сети, в частности, в фазах короткой длительности, типа фазы взлета.
(i) Цель минимизации расхода топлива
В случае выбора цели минимизации расхода топлива оборудованием сети, данные 20 о летательном аппарате и данные 21 об оборудовании, получаемые модулями 41, 42, являются следующими:
- предусмотренная структура полетного задания (продолжительность, дальность, высота/уровень полета),
- условия полета (температура, давление, скорости),
- масса летательного аппарата в реальном времени,
- высота от земли,
- уровень отбора мощности (P3, электрической, механической, тепловой),
- параметры двигателей для регулирования,
- параметры контроля состояния (уровень зарядки аккумуляторов, температуры аккумуляторов, температуры пусковых двигателей и т.д.).
Модуль 43 определения выходных установочных параметров выполнен с возможностью выдавать следующие установочные параметры:
- уставка перераспределения мощности между двигателями,
- уставка скорости в об/мин двигателя или двигателей (ведущий вал и/или ведомый вал) для перевода в режим ожидания в соответствии с заданным режимом ожидания. Один такой режим ожидания описан, например, в патентной заявке FR1363316, поданной на имя заявителя;
- установочный параметр работы оборудования нетяговой системы, такой как, например, уставка питания вспомогательного электродвигателя в режиме ожидания турбодвигателей.
Кроме того, человекомашинный интерфейс 40 выполнен с возможностью выдавать пилоту следующую информацию:
- число работающих тепловых двигателей,
- выгода от выбранного режима управления по сравнению с симметричным режимом управления, соответствующем цели по умолчанию,
- рекомендация по скорости полета и высоте,
- рекомендация по распределению отбора пневматической и электрической мощности между различными двигателями.
Режим работы, указываемый модулем 43 определения, позволяет, например, выдать идеальную скорость полета для снижения расхода и/или выдать идеальную высоту полета для снижения расхода (например: немного снизиться, чтобы можно было перевести двигатель в режим ожидания, немного подняться, чтобы увеличить тепловые характеристики использования двигателя или двигателей).
(ii) Цель максимизации переходных характеристик силовой установки
В случае выбора цели максимизации переходных характеристик для улучшения быстроты реакции летательного аппарата, например, для улучшения способности обходить препятствия, данные 20 о летательном аппарате и данные 21 об оборудовании, принимаемые модулями 41, 42, являются следующими:
- условия полета (температура, давление),
- уровень отбора мощности (P3, электрической, механической, тепловой),
- внутренние параметры двигателя для регулирования,
- параметры контроля состояния (уровень заряда в аккумуляторах, температуры аккумуляторов, температуры пусковых двигателей и т.д.).
Модуль 43 определения выходных установочных параметров выполнен с возможностью выдавать следующие установочные параметры:
- уставка распределения тяговой и нетяговой мощности между двигателями,
- уставка скорости в об/мин двигателя или двигателей (ведущий и/или ведомый вал) в режиме ожидания,
- установочный параметр работы оборудования нетяговой системы (управление вспомогательным оборудованием, таким как устройства отбора электрической и пневматической мощности).
Кроме того, человекомашинный интерфейс 40 выполнен с возможностью выдавать пилоту следующую информацию:
- полетную информацию (число работающих двигателей),
- выгода от данного режима управления по сравнению с симметричным режимом управления.
Это позволяет, например, обеспечить временный сброс механической мощности на газогенератор благодаря отбору электрической мощности на одной или нескольких турбомашинах. Это позволяет использовать в этот период времени электрический аккумулятор, чтобы обеспечить непрерывность питания, или временный сброс пневматической мощности, отобранной на одной или нескольких турбомашинах. Это позволяет отказаться на это время от запитываемой от них функции обеспечения комфортных условий. Это позволяет также помочь затормозить газогенератор, чтобы минимизировать превышение скорости.
В случае двухмоторного вертолета установочные параметры могут быть направлены на подачу механической мощности от аккумулятора на газогенератор двигателей. В случае трехмоторного вертолета, содержащего два больших двигателя и один малый, эти установочные параметры могут быть нацелены на подачу механической мощности от малого двигателя (и/или от аккумулятора) к газогенераторам больших двигателей. Речь может идти также о подаче мощности от газогенераторов больших двигателей на свободную турбину малого двигателя или на аккумулятор.
(iii) Цель максимизации характеристик летательного аппарата на коротких по длительности фазах типа фазы взлета
В случае выбора цели максимизации переходных характеристик тягового оборудования (например, в ходе фазы взлета), данные 20 о летательном аппарате и данные 21 об оборудовании, получаемые модулями 41, 42, являются следующими:
- условия полета (температура, давление),
- масса летательного аппарата в реальном времени,
- высота от земли,
- уровень отбора мощности (P3, электрической, механической, термической),
- внутренние параметры двигателей для регулирования,
- параметры контроля состояния (уровень зарядки аккумуляторов, температуры аккумуляторов, температуры пусковых двигателей и т.д.).
Модуль 43 определения выходных установочных параметров выполнен с возможностью выдавать следующие установочные параметры:
- уставка распределения тяговой и нетяговой мощности между двигателями,
- авторизация (разрешение) при регулировании двигателя особых режимов AEO (All Engines Operative - все двигатели рабочие) или OEI (One Engine Inoperative - один двигатель нерабочий),
- установочный параметр работы оборудования нетяговой системы.
Кроме того, человекомашинный интерфейс 40 выполнен с возможностью предоставлять пилоту следующую информацию:
- число работающих двигателей и режимы, разрешенные для каждого теплового двигателя,
- выгода от данного режима управления по сравнению с симметричным режимом управления.
Эта цель может привести, например, к подаче мощности в течение 5-30 с на газогенератор через электродвигатель, питаемый от аккумулятора или вспомогательной силовой установки (ВСУ) или напрямую через один из тепловых двигателей на другие. Она может также привести к подаче мощности в течение 5-30 с на вал свободной турбины через электродвигатель, питаемый от аккумулятора или ВСУ, или напрямую от одного из тепловых двигателей на другие. Она позволяет также задавать разные структуры режимов для каждого двигателя, которые будут активизированы в зависимости от типа полетного задания вертолета.
Возможны и другие типы целей, связанные с оптимизацией расхода топлива. Например, можно предусмотреть цель улучшения точности операций по контролю состояния двигателей. Такая цель состоит в том, чтобы иметь возможность изменять распределение мощностей между двигателями для повышения точности контроля состояния двигателя, осуществляя эту операцию в режиме с достаточно высокой частотой оборотов соответствующего двигателя и устраняя такие факторы неточности, как отбор нетяговой мощности типа отбора воздуха или отбор механической/электрической мощности, которые могут быть переданы на другой двигатель. Операции контроля состояния двигателя можно также расширить в плане контроля состояния вибрации, используя рабочие режимы, позволяющие разрегулировать двигатели, чтобы привести их в особые режимы, или реализовать сканирование по режимам.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, цели, связанные с минимизацией эксплуатационных затрат, содержат: (iv) цель минимизации эксплуатационных затрат.
(iv) Цель минимизации эксплуатационных затрат
В случае выбора цели минимизации затрат на эксплуатацию летательного аппарата данные 20 о летательном аппарате и данные 21 об оборудовании, принимаемые модулями 41, 42, являются следующими:
- условия полета (температура, давление, скорости),
- масса летательного аппарата в реальном времени,
- число пассажиров или полезная нагрузка,
- внутренние параметры двигателей для регулирования,
- параметры контроля состояния (уровень зарядки аккумуляторов, температуры аккумуляторов, температуры пусковых двигателей и т.д.),
- вычислитель повреждений,
- счетчик циклов малоцикловой усталости.
Модуль 43 определения выходных установочных параметров выполнен с возможностью выдачи следующих установочных параметров:
- уставка распределения мощности между двигателями,
- уставка скорости в об/мин двигателя или двигателей (ведущий вал и/или ведомый вал) в режиме ожидания,
- установочный параметр работы оборудования нетяговой системы (уставка питания электродвигателя в режиме реверсии).
Кроме того, человекомашинный интерфейс 40 выполнен с возможностью выдавать пилоту следующую информацию:
- выгода от данного режима управления по сравнению с симметричным режимом управления,
- рекомендации по скорости полета и высоте.
Эта цель может быть направлена, например, на минимизацию числа циклов или на то, чтобы не превысить определенные внутренние температуры турбомашин.
Возможны и другие типы целей, связанные с минимизацией затрат. Например, можно стремиться минимизировать прямые затраты на эксплуатацию двигателей или летательного аппарата (совокупность затрат на техническое обслуживание и затрат на топливо). Также может быть желательным скорректировать операции технического обслуживания двигателей или вертолета: применение асимметричных режимов работы между двигателями приводит к повреждениям и расходам по циклам, отличающимся для разных двигателей, установленных на одном и том же летательном аппарате. Если желательно отсрочить операции технического обслуживания на одном из двигателей (например, который почти достиг одного из ограничений, требующих операции обслуживания), можно разработать логическую схему, сберегающую этот двигатель за счет двигателей, имеющих больший резерв по обслуживанию. Аналогичный вариант можно предложить для разумного управления коробкой передачи мощности (BTP) вертолета, которая может стареть по-разному в зависимости от уровня асимметрии между разными входами, соответствующими разным двигателям.
Изобретение может также предусматривать логические схемы для оптимизации выбросов. В частности, режимы асимметричной работы дают одну или несколько степеней свободы (через распределение мощности между двигателями), чтобы минимизировать различные сигнатуры летательного аппарата и его двигателей.
Так, согласно одному варианту осуществления изобретения, предусматривается цель минимизации внешнего шума. В зависимости от акустических характеристик различных источников шума двигателей летательного аппарата и от знания картографии окружающих земель, можно в каждый момент определить распределение мощности между двигателями, минимизирующее шум, ощущаемый в данной точке.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, в качестве цели предусматривается минимизация внутреннего шума. В зависимости от акустических характеристик различных источников шума в двигателе и летательном аппарате и от переходной характеристики летательного аппарата можно определить распределение мощности между двигателями, минимизирующее шум, ощущаемый внутри летательного аппарата.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, в качестве цели предусматривается минимизация площади инфракрасного излучения (Surface Infra-Rouge, SIR). С помощью моделей характеристик двигателей и характеристик выбросов можно разработать формулу оценки SIR, которую можно минимизировать, регулируя распределение мощности между двигателями в каждой фазе полета.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, в качестве цели предусматривается минимизация выбросов загрязняющих веществ (CO2, CO, NOx, несгоревшие частицы топлива и т.д.). С помощью моделей выбросов загрязняющих веществ двигателями можно оценить мгновенные выбросы, которые можно минимизировать, регулируя распределение мощности между двигателями в каждой фазе полета. В предположении о внедрении системы налогов на выбросы вредных веществ, можно разработать экономическую модель для оценки суммы налогов, которые обязан выплатить оператор для осуществления его полетного задания.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, в качестве цели предусмотрена минимизация уровней вибрации. В зависимости от вибрационных характеристик различных источников возбуждения двигателей и летательного аппарата и от переходной характеристики летательного аппарата, можно определить распределение мощности между двигателями, минимизирующее уровень вибрации в данной точке летательного аппарата.
Изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления. В частности, в устройство и способ по изобретению могут быть введены другие цели оптимизации и соответствующие логические схемы.
1. Способ оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата, содержащей множество единиц энергетического оборудования, характеризующийся тем, что он включает в себя:
- этап выбора по меньшей мере одной цели оптимизации из множества заданных целей,
- этап приема репрезентативных сведений о работе упомянутого энергетического оборудования, называемых данными об оборудовании, и приема репрезентативных сведений о работе упомянутого летательного аппарата, называемых данными о летательном аппарате,
- этап определения, исходя из упомянутых данных об оборудовании и упомянутых данных о летательном аппарате, установочных параметров работы упомянутого энергетического оборудования, подходящих для достижения по меньшей мере одной выбранной цели оптимизации, и
характеризующийся тем, что упомянутое множество заданных целей включает в себя по меньшей мере следующие цели:
- цель минимизации расхода топлива упомянутым оборудованием упомянутой энергетической сети,
- цель оптимального перераспределения, в зависимости от потребностей, тяговой энергии между тяговым оборудованием упомянутой энергетической сети,
- цель максимизации переходных характеристик упомянутого тягового оборудования упомянутой энергетической сети,
- цель максимизации характеристик летательного аппарата в ходе коротких по длительности фаз типа фазы взлета,
- цель улучшения точности операций по контролю состояния оборудования,
- цель минимизации затрат на техническое обслуживание оборудования,
- цель корректировки операций по техническому обслуживанию оборудования,
- цель минимизации внешнего шума, создаваемого летательным аппаратом,
- цель минимизации шума внутри летательного аппарата,
- цель минимизации площади инфракрасного излучения летательного аппарата,
- цель минимизации выбросов загрязняющих веществ,
- цель минимизации уровней вибрации.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутый этап определения установочных параметров включает:
- подэтап задания ограничений, которые должны соблюдаться упомянутым энергетическим оборудованием и которые зависят от упомянутых данных о летательном аппарате и от каждой выбранной цели,
- подэтап сбора для каждой единицы энергетического оборудования возможных режимов работы, которые зависят от упомянутых ограничений и упомянутых данных об оборудовании,
- подэтап выбора для каждой единицы энергетического оборудования режима работы из упомянутых возможных режимов работы.
3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что он дополнительно включает этап расчета характерной величины выгоды от каждой выбранной цели оптимизации по сравнению с целью по умолчанию.
4. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что упомянутая цель по умолчанию направлена на распределение оптимальным образом, в зависимости от потребностей, тяговой энергии между упомянутыми единицами энергетического оборудования.
5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что каждую цель оптимизации преследуют в течение заданного промежутка времени.
6. Способ по п. 5, характеризующийся тем, что упомянутый заданный промежуток времени выбирают из группы, содержащей точный момент времени, заданный временной интервал в ходе полета летательного аппарата, продолжительность, соответствующую всему полету летательного аппарата, продолжительность, соответствующую полному времени эксплуатации летательного аппарата.
7. Способ по любому из пп. 1-6, характеризующийся тем, что упомянутое множество единиц энергетического оборудования содержит по меньшей мере следующие единицы оборудования:
- тяговые двигатели летательного аппарата,
- нетяговые двигатели,
- источники энергии,
- преобразователи энергии.
8. Устройство оптимизированного глобального управления энергетической сетью летательного аппарата, содержащей множество единиц энергетического оборудования, характеризующееся тем, что оно содержит:
- модуль выбора по меньшей мере одной цели оптимизации из множества заданных целей,
- модуль приема репрезентативных сведений о работе упомянутого энергетического оборудования, называемых данными об оборудовании,
- модуль приема репрезентативных сведений о работе упомянутого летательного аппарата, называемых данными о летательном аппарате,
- модуль определения, исходя из упомянутых данных об оборудовании и упомянутых данных о летательном аппарате, установочных параметров работы упомянутого энергетического оборудования, подходящих для достижения по меньшей мере одной выбранной цели оптимизации, и
характеризующееся тем, что упомянутое множество заданных целей включает в себя по меньшей мере следующие цели:
- цель минимизации расхода топлива упомянутым оборудованием упомянутой энергетической сети,
- цель оптимального перераспределения, в зависимости от потребностей, тяговой энергии между тяговым оборудованием упомянутой энергетической сети,
- цель максимизации переходных характеристик упомянутого тягового оборудования упомянутой энергетической сети,
- цель максимизации характеристик летательного аппарата в ходе коротких по длительности фаз типа фазы взлета,
- цель улучшения точности операций по контролю состояния оборудования,
- цель минимизации затрат на техническое обслуживание оборудования,
- цель корректировки операций по техническому обслуживанию оборудования,
- цель минимизации внешнего шума, создаваемого летательным аппаратом,
- цель минимизации шума внутри летательного аппарата,
- цель минимизации площади инфракрасного излучения летательного аппарата,
- цель минимизации выбросов загрязняющих веществ,
- цель минимизации уровней вибрации.
9. Устройство по п. 8, характеризующееся тем, что оно содержит человекомашинный интерфейс, приспособленный для взаимодействия с упомянутым модулем выбора таким образом, чтобы оператор мог выбрать цель оптимизации с помощью человекомашинного интерфейса.
10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что упомянутый модуль определения установочных параметров содержит:
- подмодуль задания ограничений, которые должны соблюдаться упомянутым энергетическим оборудованием и которые зависят от упомянутых данных о летательном аппарате и от каждой выбранной цели,
- подмодуль сбора для каждой единицы энергетического оборудования возможных режимов работы, которые зависят от упомянутых ограничений и упомянутых данных об оборудовании,
- подмодуль выбора для каждой единицы энергетического оборудования одного режима работы из упомянутых возможных режимов работы.
11. Устройство по п. 8, характеризующееся тем, что оно дополнительно содержит модуль расчета характерной величины выгоды от каждой выбранной цели оптимизации по сравнению с целью по умолчанию.
12. Устройство по любому из пп. 9, 10 и 11, характеризующееся тем, что упомянутый человекомашинный интерфейс выполнен с возможностью сделать доступными оператору репрезентативные сведения об упомянутых ограничениях, и/или упомянутых возможных режимах работы, и/или упомянутом выбранном режиме работы, и/или упомянутых определенных установочных параметрах, и/или упомянутой характерной величине выгоды от каждой цели.
