Система и способ для обнаружения ослабления силы адгезии между конструктивными элементами
Изобретение относится к способу и системе для обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов. Система содержит один или более штифт нагрузки (ШН) и контроллер. Один или более штифтов нагрузки могут быть установлены так, что проходят через два или более конструктивных элемента перпендикулярно двум или более соединенным поверхностям, так что в исходном состоянии ШН не определяет никакой сдвиговой нагрузки. Система дополнительно содержит контроллер, выполненный с возможностью обнаружения, после получения от одного или более ШН значения сдвиговой нагрузки, ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями. Технический результат: повышение надежности обнаружения разъединения или ослабления силы адгезии между соединенными поверхностями конструктивных элементов в течение срока службы конструкции. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.
Уровень техники
[001] Склеивание конструктивных элементов с применением различных клеев является широко известным способом соединения, в частности конструктивных элементов, выполненных из материалов двух различных типов, например, композиционного материала и металла. Одной из основных проблем такого соединения является разъединение или частичное разъединение двух конструктивных элементов из-за ослабления силы адгезии между соединенными поверхностями конструктивных элементов. Такое разъединение или ослабление сложно обнаружить, в частности в течение срока службы конструктивных элементов. Например, когда два конструктивных элемента содержатся в транспортном средстве (например, самолете, морском судне или автомобиле), такое ослабление обнаружить почти невозможно, когда транспортное средство находится в движении (например, едет, погружается под воду, плывет или летит).
[002] В настоящее время известны способы измерения нагрузок (например, динамических нагрузок) в конструкциях с применением штифтов нагрузки (ШН). ШН устанавливают на элемент конструкции так, что ШН воспринимают нагрузки, происходящие от нагрузок, действующих на соединенную конструкцию. Соответственно, такие ШН с высокой точностью измеряют динамические нагрузки, действующие на элемент конструкции. Например, ШН, расположенные в крыле самолета, измеряют динамические нагрузки, действующие на крыло во время полета.
[003] Что касается обнаружения разъединения или ослабления силы адгезии между двумя элементами (например, двумя элементами крыла), могут применять другой подход. Измерение фактических нагрузок, действующих на всю соединенную конструкцию (например, крыло) не может показать наличие разъединения или ослабление адгезии, поскольку не измеряет адгезию как таковую. Несмотря на то, что соединенная конструкция может испытывать высокую нагрузку, адгезия между двумя элементами все еще может оставаться достаточной для их удержания.
[004] Известно несколько способов обнаружения разъединения или ослабления с применением прямых измерений силы адгезии путем размещения датчиков внутри адгезионного слоя между двумя конструктивными элементами. В адгезионный слой может быть внедрен тензометрический датчик (например, пьезоэлектрическое устройство), измеряющий непосредственно изменение нагрузок в адгезионном слое. Однако применение этого способа ограничено только зоной установки датчика и может привести к ослаблению силы адгезии из-за введения в адгезионный слой постороннего тела. Еще один способ состоит в использовании акустических датчиков, размещенных в различных местах конструктивных элементов. Вследствие размера акустических датчиков и дополнительного оборудования, этот способ имеет очень ограниченную область применения и не может быть применен в конструкциях с ограниченными размерами и возможностями для доступа, которые являются недоступными и расположены в закрытых узлах. Кроме того, акустические методы могут применяться, только когда узел (транспортное средство) находится в неподвижном состоянии.
[005] Таким образом, имеется потребность в простой системе для обнаружения разъединения или ослабления адгезии между двумя или более элементами в соединенной конструкции. В такой системе согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут применяться ШН для косвенного обнаружения разъединения или ослабления адгезии между двумя или более элементами в соединенной конструкции. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, ШН может быть вставлен в соединенную конструкцию так, что сам ШН не измеряет динамические нагрузки, действующие на соединенную конструкцию, и в исходном состоянии (когда сила адгезии достаточна для удержания соединенной конструкции) на ШН не действует вообще никаких нагрузок, даже если на соединенную конструкцию действует динамическая нагрузка.
Раскрытие сущности изобретения
[006] Существует потребность в надежной системе и способе обнаружения разъединения или ослабления силы адгезии между соединенными поверхностями конструктивных элементов в течение срока службы конструкции. Существует дополнительная потребность в системе для обнаружения неожиданного быстрого разъединения двух или более склеенных конструктивных элементов, вызванного неожиданными нагрузками (например, внешними нагрузками), действующими на два или более склеенных конструктивных элемента. В частности, существует необходимость в системе, которая может предупреждать о начале процесса разъединения (например, частичном разъединении или ослаблении) до того, как конструкция выйдет из строя. Это особенно важно в транспортных средствах, когда транспортное средство находится в движении, например, когда беспилотный летательный аппарат находится в полете или когда гоночная машина находится в процессе гонки, или подводная лодка находится под водой. В системе согласно изобретению могут применять один или более штифтов нагрузки (ШН) для измерения в реальном времени ослабления силы адгезии между двумя конструктивными элементами, оповещая, таким образом, об опасном повреждении перед возникновении полного нарушения адгезии. ШН согласно вариантам осуществления изобретения представляет собой чувствительный элемент, который может содержать датчик, вставленный внутрь штифта (например, тензометрический датчик) для измерения нагрузок (например, усилий, давлений и деформаций), действующих на штифт. Датчик, который может быть присоединен к внутренним стенкам штифта, может измерять нагрузки, действующие на наружные стенки штифта и преобразовывать измеренные нагрузки в электрические сигналы. Один или более датчиков могут быть вставлены (или закреплены) в двух или более склеенных конструктивных элементах, по существу перпендикулярно склеенным поверхностям так, что ШН в исходном состоянии не определят никакой сдвиговой нагрузки. Когда сила адгезии между двумя или более конструктивными элементами является хорошей, штифт нагрузки не определяет почти никакой нагрузки. При возникновении ослабления или нарушения адгезии между двумя или более конструктивными элементами, на штифт нагрузки может действовать нагрузка (например, сдвиговое напряжение), определяемая датчиком. Средства предупреждения могут инициировать ряд действий для предотвращения грядущего нарушения, например, уменьшение скорости транспортного средства, ограничение маневрирования летательного аппарата и возврат транспортного средства назад.
[007] Некоторые аспекты изобретения могут относиться к системе обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов. Дополнительно или в качестве альтернативы, система может обнаруживать быстрое разъединение конструктивных элементов (например, быстрое отделение адгезионного слоя) вследствие действия на конструктивные элементы неожиданной нагрузки. Система может содержать один или более штифтов нагрузки (ШН) и контроллер. В некоторых вариантах осуществления один или более штифтов нагрузки могут быть вставлены через два или более конструктивных элемента перпендикулярно двум или более соединенным поверхностям так, что в исходном состоянии ШН не определяет никакой сдвиговой нагрузки. В некоторых вариантах осуществления контроллер может быть выполнен с возможностью обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями на основе значения нагрузки, после получения значения нагрузки от датчика.
[008] Некоторые другие аспекты изобретения могут относиться к способу обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов. Способ может включать получение от штифта нагрузки (ШН) значения нагрузки, причем ШН может быть установлен так, что он проходит через два или более конструктивных элемента перпендикулярно двум или более соединенным поверхностям так, что ШН в исходном состоянии не определяет никакой сдвиговой нагрузки, с последующим обнаружением ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями на основе упомянутого значения нагрузки.
Краткое описание чертежей
[009] Объект изобретения явным образом определен в заключительной части настоящей заявки. Тем не менее, оба аспекта изобретения - система и способ работы, наряду с их задачами, признаками и преимуществами, могут быть более понятны из нижеследующего подробного описания, приведенного со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
[0010] на фиг. 1А показана общая структурная схема системы обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов, входящих в беспилотное транспортное средство согласно некоторым вариантам изобретения;
[0011] на фиг. 1В показана общая структурная схема системы обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов, включенных в управляемое человеком транспортное средство согласно некоторым вариантам изобретения;
[0012] на фиг. 2А показан штифт нагрузки (ШН), установленный так, что он проходит через конструктивные элементы согласно некоторым вариантам изобретения;
[0013] на фиг. 2В-2С показан ШН, расположенный в узле, имеющем две или более соединенных поверхностей двух или более конструктивных элементов согласно некоторым вариантам изобретения;
[0014] на фиг. 3 показана блок-схема способа обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов согласно некоторым вариантам изобретения.
[0015] Следует отметить, что для упрощения и повышения ясности иллюстрации, элементы могут быть изображены на фигурах без соблюдения масштаба. Например, в целях наглядности размеры некоторых элементов могут быть увеличены по отношению к другим элементам. Также, там, где это приемлемо, на разных фигурах могут содержаться одни и те же номера позиций с целью обозначения соответствующих или аналогичных элементов.
Осуществление изобретения
[0016] Для обеспечения полного понимания сущности изобретения в последующем подробном описании приведены многочисленные конкретные элементы. Тем не менее, специалисту понятно, что изобретение может быть осуществлено без указанных конкретных элементов. В других примерах, хорошо известные способы, операции и компоненты подробно не описаны, чтобы не затруднять понимание изобретения.
[0017] Несмотря на то, что варианты изобретения этим не ограничены, такие используемые в данном описании выражения как, например, «обработка», «вычисление», «определение», «установление», «анализ», «проверка», и подобные им, могут относиться к операции (операциям) и/или процессу (процессам) компьютера, компьютерной платформы, компьютерной системы или другому электронному компьютерному устройству, которое работает с данными и/или преобразует данные, представленные в виде физических (например, электронных) величин в компьютерных регистрах и/или памяти, в другие данные, аналогично представленные в виде физических величин в компьютерных регистрах и/или памяти или другого носителя для долговременного хранения информации, который может хранить инструкции для выполнения операций и/или процессов. Несмотря на то, что варианты изобретения этим не ограничены, используемые здесь термины «множество» или «несколько» могут иметь, например, смысл «группа» или «два или более». Термины «множество» или «несколько» могут использоваться в тексте описания для обозначения двух и более компонентов, устройств, элементов, блоков, параметров и т.п. Набор терминов может включать одну или более единиц. Варианты осуществления способа, описанные в настоящей заявке, не ограничены конкретной последовательностью операций, если явным образом не указано иное. Кроме того, некоторые из описанных вариантов осуществления способа или его элементы могут происходить или выполняться одновременно, в тот же самый момент времени или параллельно.
[0018] Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к способу и системе для обнаружения силы адгезии между двумя или боле соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов. Такая система может быть установлена в транспортных средствах, пилотируемых или беспилотных (например, самолетах, морских судах, БПЛА (беспилотных летательных аппаратах) и автомобилях) для обнаружения возможного ослабления силы адгезии, до того, как произойдет разрушение адгезии. Согласно вариантам осуществления изобретения, конструктивные элементы могут включать в себя любой элемент, балку, опору, доску, лист, крышку, основание, стену, часть, фитинг, секцию, деталь, компонент или подобный элемент, который может быть включен в транспортное средство или установлен в нем.
[0019] Система согласно вариантам осуществления изобретения может содержать один или более штифт нагрузки (ШН), установленный так, что он проходит через два или более конструктивных элемента (перпендикулярно адгезионному слою) и контроллер (например, контроллер транспортного средства). Штифты нагрузки согласно изобретению представляют собой измерительные устройства, имеющие датчик, вставленный внутрь штифта и предназначенный для измерения действующей на штифт нагрузки, как подробно описано ниже. Контроллер может быть выполнен с возможностью приема значения нагрузки от штифтов нагрузки и определения возникновения ослабления силы адгезии в адгезионном слое. Такой контроллер (например, контроллер транспортного средства) может дополнительно связываться с контроллером удаленной станции или процессором, связанным с транспортным средством (например, с наземной управляющей станцией) и посылать предупреждение об обнаружении ослабления силы адгезии.
[0020] Система согласно вариантам изобретения может иметь компактные размеры, позволяющие устанавливать систему в любой части транспортного средства, в любом требуемом месте, безотносительно доступности этого места.
[0021] На фиг. 1А показана общая структурная схема системы для обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов согласно вариантам осуществления изобретения. Система 100 может быть установлена в беспилотном транспортном средства, например, в беспилотных подводных лодках, БПЛА, и автоматически управляемых автомобилях. Система 100 может содержать один или более штифтов нагрузки (ШН) 102 и контроллер 120, например, контроллер транспортного средства или дополнительный контроллер. В некоторых вариантах осуществления, ШН могут быть соединены напрямую с контроллером 120. В некоторых вариантах осуществления система 100 может дополнительно включать один или более блоков 108 обработки сигналов и один или более блоков 110 связи. В некоторых вариантах осуществления каждый из блоков 108 обработки сигналов и блок 110 связи могут быть связаны с соответствующим ШН 102.
[0022] В некоторых вариантах осуществления ШН 102 может содержать датчик 104 и корпус 106 штифта, показанные на фиг. 2. ШН 102 может косвенно измерять ослабление силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями. Датчик 104 может представлять собой любой датчик, выполненный с возможностью определять изменения в нагрузке, действующей на датчик, в нагрузке, действующей на штифт или в нагрузке, действующей на адгезионный слой. Например, датчик 104 может содержать тензометрический датчик, оптическое волокно, акустический датчик или другие подобные элементы. Подробное описание ШН 102, вставленного между двумя или более конструктивными элементами, приведено ниже со ссылкой на фиг. 2А.
[0023] Блок 108 обработки сигналов может быть выполнен с возможностью обработки сигнала, полученного от датчика 104 так, что указанный сигнал может быть получен и считан контроллером 120. Например, датчик 104 может быть выполнен с возможностью выработки аналогового сигнала, а блок 108 обработки сигналов может преобразовывать этот аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Дополнительно или альтернативно, блок 108 обработки сигналов может обрабатывать сигнал так, чтобы соответствовать стандартному профилю коммуникации, например, так, чтобы он мог подаваться посредством USB (универсальной последовательной шины). В некоторых вариантах блок 108 обработки сигналов может усиливать сигнал, полученный от датчика 104. В некоторых вариантах блок 108 обработки сигналов и блок 110 связи могут обрабатывать сигналы, исходящие от множества ШН и передавать обработанные сигналы контроллеру 120. Каждый сигнал может содержать идентификатор каждого ШН 102, статус ШН (например, действует/не действует) и значение нагрузки, определяемое ШН 102.
[0024] В некоторых вариантах блок 108 обработки сигналов может быть включен в ШН 102 и расположен в непосредственной близости от датчика 104, в других вариантах блок 108 обработки сигналов может быть включен в контроллер 120 в форме платы ввода/вывода, тогда как в других вариантах пары блоков 108 обработки сигналов и блоков 110 связи могут быть расположены в середине между ШН и контроллером 120 для концентрации зон транспортного средства, в которых установлено несколько ШН и осуществления связи этих ШН с контроллером 120. Сигнал, обработанный блоком 108 обработки сигналов, может быть передан на контроллер 120 посредством блока 110 связи. Блок 110 связи может содержать любое устройство, которое может обеспечить внутреннюю связь ШН 102 и/или блока 108 обработки сигналов с контроллером 120 и наоборот. Например, блок 110 связи может содержать линии связи, соединяющие ШН 102 и/или блок 108 обработки сигналов с контроллером 120, в виде двухточечной связи или посредством коммуникационной шины. Альтернативно, блок 110 связи может содержать приемопередатчики для беспроводной связи между ШН 102 и/или блоком 108 обработки сигналов и контроллером 120.
[0025] Контроллер 120 может представлять собой контроллер беспилотного транспортного средства или дополнительный контроллер, осуществляющий коммуникацию с контроллером беспилотного транспортного средства. Контроллер 120 может содержать процессор 122 который может, например, представлять собой центральное процессорное устройство (ЦПУ), микросхему или любое подходящее компьютерное или вычислительное устройство или запоминающее устройство 126. Опционально, контроллер 120 может содержать операционную систему 124. Контроллер 120 может быть включен в основной контроллер транспортного средства или может представлять собой такой контроллер. Процессор 122 может быть выполнен с возможностью осуществления способа согласно вариантам настоящего изобретения, например, путем выполнения инструкций, хранящихся в запоминающем устройстве, таком как запоминающее устройство 126.
[0026] Операционная система 124 может представлять собой или включать в себя любой сегмент кода, предназначенный и/или сконфигурированный для выполнения задач, подразумевающих координацию, составление графика, разрешение конфликтов, надзор, управление или другие управляющие операции контроллера 120, например, график выполнения программ. Операционная система может представлять собой коммерческую операционную систему. Запоминающее устройство 126 может представлять собой или включать в себя энергозависимое или энергонезависимое запоминающее устройство. Запоминающее устройство 126 может представлять собой или включать в себя множество, возможно различных, элементов памяти.
[0027] Запоминающее устройство 126 может хранить любой выполняемый код, например, приложение, программу, процесс, задачу или скрипт. Выполняемый код может включать данные и программный код для обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями или любой другой код или инструкции для реализации способов согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Выполняемый код может выполняться процессором 122, возможно под управлением операционной системы 124.
[0028] В некоторых вариантах контроллер 120 (например, контроллер транспортного средства или дополнительный контроллер) может сообщаться с блоком 128 связи транспортного средства. Блок 128 связи транспортного средства может представлять собой любое устройство или включать в себя любое устройство (например, антенну, приемопередатчики и т.п.), которые могут обеспечить внешнюю связь между контроллером 120 транспортного средства и удаленной станцией 200, например, наземной удаленной станцией.
[0029] Контроллер 120 может быть выполнен с возможностью автоматически управлять транспортным средством на основе сигнала, полученного от ШН 102. Например, при получении от ШН 102 сигнала, указывающего на ослабление силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов, контроллер может автоматически производить несколько операций. Например, если сигнал нагрузки превышает критическое пороговое значение, контроллер 120 может принять решение направить транспортное средство на аварийную остановку (например, аварийную посадку). Согласно другому примеру, если обнаружено, что значение нагрузки выше базового значения (например, нормального значения, значения без нагрузки и т.п.), но ниже критического порогового значения, контроллер 120 может принять решение отслеживать значение нагрузки в течение определенного периода времени, и пока не будет обнаружено превышение значения нагрузки, продолжать выполнение задачи транспортного средства или текущей операции транспортного средства. При обнаружении превышения значения нагрузки контроллер может направить транспортное средство на аварийную остановку, вернуть транспортное средство на базовую станцию, изменить параметры маршрута (например, полета, погружения, и т.п.) или тому подобное.
[0030] Удаленная станция 200 может содержать удаленный блок 208 связи для беспроводной связи с блоком 128 связи транспортного средства, контроллер 210 удаленной станции и пользовательский интерфейс 240 удаленной станции. Контроллер 210 удаленной станции может представлять собой любой контроллер или процессор, выполненный с возможностью выполнения инструкций и способов в соответствии с вариантами изобретения. Пользовательский интерфейс 240 может представлять собой или включать в себя любое устройство, которое может позволить пользователю осуществлять связь с контроллером 210. Пользовательский интерфейс 240 может содержать экран (например, монитор, дисплей, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) и.т.п.), манипулятор и аудиоустройство. Пользовательский интерфейс 240 может включать в себя другие устройства ввода (или быть связанным с ним), такие как клавиатура, сенсорный дисплей и т.п. В некоторых вариантах осуществления контроллер 210 может быть выполнен с возможностью получения от пользователя посредством пользовательского устройства 240 команды для того, чтобы выдать инструкцию транспортному средства и/или отклонить решение, принятое контроллером 120 транспортного средства. Например, если контроллер 120 транспортного средства принял решение направить транспортное средство на аварийную остановку (например, аварийное приземление), следуя сигналу, полученному от ШН 102, указывающему на ослабление силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями, пользователь на удаленной станции может решить отменить это решение и заставить беспилотное транспортное средство продолжать выполнение своей задачи.
[0031] На фиг. 1В представлена общая структурная схема системы обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Система 100 может находиться в пилотируемом транспортном средстве (например, автомобиле, управляемом водителем, самолете, управляемом пилотом и т.п.). Система 100 с фиг. 1В может содержать по существу те же самые элементы, что и система 100 с фиг. 1А. Система 100 может включать в себя один или более штифтов нагрузки (ШН) 102 и контроллер 120, например, контроллер транспортного средства или дополнительный контроллер. В некоторых вариантах система 100 может дополнительно содержать один или более блок 108 обработки сигналов и один или более блок 110 связи. В некоторых вариантах каждый из блоков 108 обработки сигналов и блоков 110 связи может быть связан с соответствующим ШН 102. В варианте с фиг. 1В контроллер 120 транспортного средства может быть связан с пользовательским интерфейсом 140 и устройством 130 хранения данных. Пользовательский интерфейс 140 может содержать любое устройство, обеспечивающее пользователю возможность управлять транспортным средством во время нахождения в транспортном средстве. Пользовательский интерфейс 140 может содержать экран (например, экран в шлеме пилота), кнопки, клавиатуры, сенсорный экран, ручки, руль и т.п. В некоторых вариантах контроллер 120 может выдавать пользователю (например, на экране) предупреждение об обнаружении ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов. В некоторых вариантах пользователь может принять решение продолжать ли выполнение задачи, изменить параметры задачи или остановить выполнение задачи, или в случае пассажирского транспортного средства, остановить езду, уменьшить скорость и т.п. В некоторых вариантах пользователь может попросить контроллер 120 или позволить контроллеру 120 принять решение.
[0032] Устройство 130 хранения данных может хранить или включать в себя данные, относящиеся к прошлым задачам, или данные, относящиеся к текущей задаче, которые могут обеспечить контроллеру 120 возможность принять решение относительно задачи, выполняемой транспортным средством. Устройство 130 хранения данных может представлять собой или может содержать жесткий диск, дисковод компакт-дисков (CD), дисковод перезаписываемых компакт-дисков (CD-R), устройство USB или другое подходящее съемное и/или стационарное запоминающее устройство. Данные могут храниться в устройстве 130 хранения данных и могут быть загружены из устройства 130 хранения данных в запоминающее устройство 126, где они могут быть обработаны процессором 122.
[0033] В некоторых вариантах система с фиг. 1В может дополнительно содержать блок связи транспортного средства, такой как блок 128 с фиг. 1А, для обеспечения возможности связи транспортного средства с удаленной станцией (например, удаленной станцией 200 для выдачи команд и управления), аналогичным образом, как в системе 100 с фиг. 1А.
[0034] На фиг. 2 показан штифт нагрузки (ШН), вставленный (и закрепленный) так, что он проходит через конструктивные элементы (показан в виде разреза в конструктивных элементах) согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. ШН 102 может включать в себя датчик 104, вставленный в штифт в виде корпуса 106. В некоторых вариантах один или более ШН 102 могут быть вставлены (и закреплены) так, что проходят через два или более конструктивных элемента 210 и 220, перпендикулярно двум или более соответствующим соединенным поверхностям 215 и 225. Конструктивные элементы 210 и 220 могут быть изготовлены из материалов одного типа или разных типов или могут включать такие материалы. Например, оба конструктивных элемента 210 и 220 могут содержать композиционные материалы. Альтернативно, элемент 210 может представлять собой фитинг, изготовленный из металлического сплава (например, алюминиевого сплава), а элемент 210 может представлять собой балку из композиционного материала.
[0035] Один ШН 102 и два конструктивных элемента 210 и 220, показанные на фиг. 2, приведены только в качестве упрощенного примера и, как понятно специалистам, изобретение не ограничено примером, показанным на фиг. 2 (см, например, ШН 102, показанный на фиг. 1А-1В). Варианты осуществления изобретения могут включать в себя любое количество ШН 102, вставленных в склеенные узлы, содержащие 2, 3, 4 или более конструктивных элементов, склеенных друг с другом.
[0036] В некоторых вариантах соединенные поверхности 215 и 225 могут содержать материалы разных типов. В некоторых вариантах, материалы могут включать по меньшей мере два материала следующих типов: композитный материал, металлический сплав, керамика и пластик. В некоторых вариантах поверхность 215 может содержать по существу тот же материал, что и элемент 210, а поверхность 225 может содержать по существу тот же материал, что и элемент 220.
[0037] В некоторых вариантах адгезионный слой 230 постоянно нагружен, когда конструктивные элементы 210 и 220 склеены друг с другом. При возникновении ослабления силы адгезии в слое 230 может произойти разделение или частичное разделение поверхностей 215 и 225. В некоторых вариантах до тех пор, пока сила адгезии между поверхностями 215 и 225 выше желаемого уровня (например, адгезия является хорошей и достаточной для удержания вместе конструктивных элементов 210 и 220), на ШН 102 не воздействует, или по существу не воздействует, нагрузка (или воздействует малая нагрузка, ниже заданного порога). В случае ослабления силы адгезии (например, при частичном отделении двух или более соединенных поверхностей 215 и 225 или полном отделении двух или более соединенных поверхностей 215 и 225), между конструктивными элементами 210 и 220 может возникнуть относительное движение, приводящее, например, к сдвиговым нагрузкам на штифт 106 или любой другой нагрузке, превышающей заданный порог. Такая нагрузка может привести к тому, что датчик 104 обнаружит нагрузку F (например, деформацию, давление, усилие и т.п.), действующую на ШН 102. Датчик 104 может отправить значение нагрузки на контроллер 120 (показан на фиг. 1) посредством проводов 144 блока 110 связи (показанных на фиг. 2А).
[0038] В некоторых вариантах один или более ШН 102 могут быть расположены в местах, в которых может быть идентифицировано разъединение двух или более соединенных поверхностей. Например, если при компьютерном моделировании определено, что в нескольких местах конструкции могут возникнуть высокие нагрузки в адгезионном слое, которые могут привести к ослаблению этого слоя. Соответственно, ШН 102 могут быть вставлены в сборный узел в этих местах.
[0039] В некоторых вариантах элемент 210 и элемент 220 могут быть соединены друг с другом с применением дополнительных соединительных средств, например, штифтов и/или винтов, а система 100 может быть выполнена с возможностью обнаружения ослабления сил соединения между элементом 210 и элементом 220.
[0040] В некоторых вариантах система 100 может быть установлена в транспортном средстве так, что один или более ШН (например, ШН 102) проходят по меньшей мере через два склеенных друг с другом конструктивных элемента, входящих в состав транспортного средства. Дополнительно, контроллер 110 может быть выполнен с возможностью связи с процессором, связанным с транспортным средством для того, чтобы выдавать процессору предупреждение об обнаружении ослабления силы адгезии между по меньшей мере двумя конструктивными элементами.
[0041] На фиг. 3 показана блок-схема способа обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов согласно вариантам осуществления изобретения. Согласно вариантам осуществления с фиг. 3, способ может быть реализован посредством контроллера, такого как контроллер 120 (например, посредством процессора 122, включенного в контроллер транспортного средства) или посредством любого другого контроллера или процессора. На этапе 310 варианты могут включать прием от ШН (например, ШН 102) значения нагрузки. В некоторых вариантах ШН может быть установлен так, что проходит через два или более конструктивных элемента (например, конструктивных элемента 210 и 220), перпендикулярно двум или более соединенным поверхностям (например, поверхностям 215 и 225). Значение нагрузки может включать в себя данные, полученные от датчика (например, датчика 104), входящего в ШН (например, в ШН 102). Значение нагрузки может включать значение деформации, значение усилия, значение давления и тп. Значение нагрузки может указывать на то, что к штифтообразному корпусу (например, корпусу 106 ШН 102) приложена сила F.
[0042] В некоторых вариантах две или более соединенных поверхности могут подвергаться динамическим нагрузкам в течение срока службы двух или более конструктивных элементов. Например, конструктивные элементы 210 и 220 могут быть включены в транспортное средство, а адгезионный слой 230 между соединенными поверхностями 215 и 225 может подвергаться динамическим нагрузкам, когда транспортное средство находится в движении (например, летит, едет и т.п.). В некоторых вариантах осуществления транспортное средство может подвергаться предельным нагрузкам (например, в случае турбулентности, перегрузок и т.п.), когда транспортное средство находится в движении. Такие динамические и/или предельные нагрузки могут влиять на силу адгезии в течение продолжительного времени и привести к ослаблению или полному исчезновению силы адгезии, дополнительно к другим воздействиям, вызванным усталостью, старением материалов, входящих в адгезионный слой 130, неравномерностью адгезионного слоя 130 (в ходе производства) и т.п.
[0043] На этапе 320, варианты могут включать определение ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями на основе значения нагрузки. В некоторых вариантах ослабление силы адгезии в двух или более соединенных поверхностях включает в себя по меньшей мере одно из следующих явлений: частичное разделение двух или более соединенных поверхностей и полное разделение двух или более соединенных поверхностей. В некоторых вариантах полное разделение может представлять собой быстрое разделение, которое может привести к полному выходу из строя конструктивных элементов. В некоторых вариантах указание на ослабление силы адгезии в двух или более соединенных поверхностях получают, когда ШН указывает на увеличение значения нагрузки. Например, до тех пор, пока между поверхностью 215 и поверхностью 225 имеется хорошая адгезия (например, адгезионный слой 230 нагружен и по существу не имеет дефектов) ШН 102 не определяет нагрузки или определяет первоначальное меньшее значение нагрузки. При возникновении разделения или частичного разделения может наблюдаться увеличение силы F, приложенной к ШН 102 и, таким образом, ШН 102 может обнаружить увеличение значения нагрузки. Измерение увеличения значения нагрузки, определяемое датчиком 104 ШН 102 является косвенным измерением ослабления силы адгезии двух или более соединенных поверхностей. Это косвенное измерение может дополнительно указывать на изменение в силе адгезии адгезионного слоя 230. Когда адгезионный слой подвергается частичному разделению или полному разделению, происходит изменение в нагрузке внутри адгезионного слоя 230. В отличие от известных способов, которые напрямую определяют изменения в нагрузке в адгезионном слое 230 путем размещения датчиков в адгезионном слое, в вариантах осуществления настоящего изобретения применяют косвенное измерение изменения нагрузки адгезионного слоя или ослабления силы адгезии в адгезионном слое 230.
[0044] В некоторых вариантах способ может дополнительно включать принятие оперативного решения на основе обнаруженного значения нагрузки. В некоторых вариантах, когда обнаруженное значение нагрузки превышает заданное критическое пороговое значение, что может указывать на высокую вероятность выхода из строя, контроллер 120 может быть выполнен с возможностью направлять транспортное средство так, чтобы оно совершило аварийную остановку. Например, контроллер 120 может направлять БПЛА (беспилотный летательный аппарат) на аварийную посадку, вынудить беспилотную подводную лодку подняться на уровень моря или заставить гоночный автомобиль вернуться на станцию техобслуживания. В некоторых вариантах обнаруженное значение нагрузки может находиться между базовым значением и критическим пороговым значением, что означает, что ослабление силы адгезии обнаружено, но вероятность выхода из строя невысока. В этом случае контроллер 120 может быть выполнен с возможностью отслеживания значения нагрузки в течение заданного времени для обнаружения увеличения значения нагрузки. Если увеличения не обнаружено, контроллер 120 может принять решение о продолжении выполнения транспортным средством его задачи. Контроллер 120 может дополнительно послать на удаленную станцию (например, удаленную станцию 200) предупреждение для проверки качества адгезии между конструктивными элементами, по возвращении транспортного средства после выполнения его задачи (например, для проверки БПЛА или подводной лодки в наземной мастерской). При обнаружении увеличения значения нагрузки контроллер 120 может принять решение изменить параметры задачи (например, уменьшить высоту полета, предотвратить резкое маневрирование и т.п.) или может направить транспортное средство на аварийную остановку.
[0045] Несмотря на то, что в настоящей заявке были показаны и описаны некоторые признаки изобретения, специалисту понятно, что возможны многочисленные модификации, замены, изменения, а также использование эквивалентов. Таким образом, понятно, что прилагаемая формула изобретения охватывает все подобные модификации и изменения, входящие в объем охраны изобретения.
1. Способ обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов, включающий в себя:
получение значения сдвиговой нагрузки от штифта нагрузки (ШН), установленного так, что он проходит через указанные два или более конструктивных элемента перпендикулярно указанным двум или более соединенным поверхностям, при этом в исходном состоянии ШН не определяет никакой нагрузки;
обнаружение ослабления силы адгезии между указанными двумя или более соединенными поверхностями.
2. Способ по п. 1, в котором ослабление силы адгезии между указанными двумя или более соединенными поверхностями включает по меньшей мере одно из следующих событий: частичное разделение двух или более соединенных поверхностей и полное разделение двух или более соединенных поверхностей.
3. Способ по пп. 1 или 2, в котором указание на ослабление силы адгезии в указанных двух или более соединенных поверхностях получают, когда ШН указывает на увеличение значения сдвиговой нагрузки.
4. Способ по п. 1, в котором указанные две или более соединенные поверхности содержат металлические сплавы.
5. Способ по п. 1, в котором каждая из указанных двух или более соединенных поверхностей содержит материалы различных типов.
6. Способ по п. 5, в котором указанные типы материалов включают по меньшей мере два типа материала, выбранных из группы, включающей: композитный материал, металлические сплавы, керамику и пластик.
7. Способ по п. 1, в котором ШН содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей: оптическое волокно, тензометрический датчик и акустический датчик.
8. Способ по п. 1, в котором ШН устанавливают в месте, в котором необходимо выявить ослабление силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями.
9. Способ по п. 1, в котором указанные две или более соединенные поверхности подвержены динамическим нагрузкам.
10. Система для обнаружения ослабления силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями двух или более конструктивных элементов, содержащая:
один или более штифтов нагрузки (ШН), причем указанные один или более ШН установлены так, что проходят через указанные два или более конструктивных элемента, перпендикулярно указанным двум или более соединенным поверхностям, при этом в исходном состоянии ШН не определяет никакой нагрузки; и
контроллер, выполненный с возможностью:
после получения от одного или более ШН значения сдвиговой нагрузки обнаруживать ослабление силы адгезии между указанными двумя или более соединенными поверхностями.
11. Система по п. 10, дополнительно содержащая блок связи для направления сигналов, получаемых от ШН к контроллеру.
12. Система по п. 11, в которой указанный блок связи представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей: проводной блок связи и беспроводной блок связи.
13. Транспортное средство, содержащее систему по любому из пп. 10-12, при этом один или более ШН установлены так, что проходят через по меньшей мере два конструктивных элемента, склеенных друг с другом и включенных в указанное транспортное средство.
14. Энергонезависимое запоминающее устройство, содержащее команды, подлежащие выполнению процессором и выполненное с возможностью давать команду процессору:
после получения значения сдвиговой нагрузки от штифта нагрузки (ШН), установленного так, что он проходит через два или более конструктивных элемента, перпендикулярно двум или более соединенным поверхностям, при этом в исходном состоянии ШН не определяет никакой нагрузки, обнаруживать ослабление силы адгезии между двумя или более соединенными поверхностями на основе указанного значения нагрузки.
