Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2465558

(19)

RU

(11)

2465558

(13)

C1

(51) МПК G01G19/07 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.10.2012 - нет данных Пошлина:

На основании пункта 1 статьи 1366 части четвертой Гражданского кодекса Российской Федерации патентообладатель обязуется заключить договор об отчуждении патента на условиях, соответствующих установившейся практике, с любым гражданином Российской Федерации или российским юридическим лицом, кто первым изъявил такое желание и уведомил об этом патентообладателя и федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности.

(21), (22) Заявка: 2011105516/11, 14.02.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

14.02.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 14.02.2011

(45) Опубликовано: 27.10.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2400405 C1, 27.09.2010. RU 100615 U1, 20.12.2010. RU 11885 U1, 16.11.1999. US 2004226996 A1, 18.11.2004. RU 73986 U1, 10.06.2008. US 5521827 A, 28.05.1996.

Адрес для переписки:

394007, г.Воронеж, ул. Ильича, 59, кв.165, В.В. Ефанову

(72) Автор(ы):

Ефанов Василий Васильевич (RU),

Мужичек Сергей Михайлович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Ефанов Василий Васильевич (RU),

Мужичек Сергей Михайлович (RU)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к бортовым информационно-вычислительным системам летательного аппарата. Устройство для определения массы летательного аппарата содержит последовательно соединенные пьезоэлектрические датчики давления, размещенные в местах крепления стоек шасси, процессор и отображающее устройство в кабине экипажа. Также имеются передающее устройство, элемент И, два задатчика сигналов, датчик высоты и приемный канал диспетчера, который состоит из приемного устройства, элемента ИЛИ, дисплея и блока памяти. Решение направлено на повышение безопасности полетов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к бортовым информационно-вычислительным системам летательного аппарата, и может быть использовано для определения массы летательного аппарата.

Наиболее близким к изобретению является устройство определения массы летательного аппарата, которое состоит из последовательно соединенных датчиков давления, процессора и отображающего устройства в кабине экипажа, причем процессор выполнен в виде микроконтроллера, отображающее устройство в кабине экипажа выполнено в виде дисплея, датчики давления выполнены в виде пьезоэлектрических датчиков и размещены в местах крепления стоек шасси с конструкцией летательного аппарата, при этом в датчиках давления при действии на них массы летательного аппарата образуются сигналы в виде электродвижущих сил (ЭДС), которые поступают в микроконтроллер, где преобразуются в численные величины массы летательного аппарата и положения его центра масс относительно продольной и поперечной осей, а затем эти сигналы поступают в кабину экипажа на отображающее устройство, выполненное в виде дисплея, на котором отображается информация о массе летательного аппарата и положении его центра масс перед взлетом, а также на выдачу сигнала запрета вылета летательного аппарата в случае, если текущее значение массы летательного аппарата больше допустимого значения и положение его центра масс перед взлетом не соответствует допустимым значениям [1].

Недостатком данного устройства является отсутствие контроля диспетчером массы летательного аппарата при взлете.

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности полетов за счет дополнительного контроля массы груза летательного аппарата диспетчером.

Технический результат изобретения достигается тем, что в устройстве определения массы летательного аппарата, которое состоит из последовательно соединенных датчиков давления, процессора и отображающего устройства в кабине экипажа, причем процессор выполнен в виде микроконтроллера, отображающее устройство в кабине экипажа выполнено в виде дисплея, датчики давления выполнены в виде пьезоэлектрических датчиков и размещены в местах крепления стоек шасси с конструкцией летательного аппарата, при этом в датчиках давления при действии на них массы летательного аппарата образуются сигналы в виде электродвижущих сил (ЭДС), которые поступают в микроконтроллер, где преобразуются в численные величины массы летательного аппарата и положения его центра масс относительно продольной и поперечной осей, а затем эти сигналы поступают в кабину экипажа на отображающее устройство, выполненное в виде дисплея, на котором отображается информация о массе летательного аппарата и положении его центра масс перед взлетом, а также на выдачу сигнала запрета вылета в случае, если текущее значение массы летательного аппарата больше допустимого значения и положение его центра масс перед взлетом не соответствует допустимым значениям, дополнительно введены блок памяти, передающее устройство, элемент И, первый и второй задатчики сигналов, элемент ИЛИ, приемный канал диспетчера, при этом выход микроконтроллера соединен с первым входом блока памяти, первым входом элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго задатчиков сигналов, а выход соединен с входом передающего устройства, второй вход блока памяти соединен с выходом элемента И, первый и второй входы которого соединены с выходом датчика высоты и выходом второго задатчика, выход передающего устройства по линии бесконтактной связи соединен с входом приемного канала диспетчера, который состоит из приемного устройства, элемента ИЛИ, дисплея и блока памяти, при этом выходы приемного устройства соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами дисплея и блока памяти.

Новыми элементами, обладающими существенными отличиями по устройству, являются блок памяти, первый и второй задатчики сигналов, элемент И, элемент ИЛИ, передающее устройство и приемный канал связи между известными и новыми элементами.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема действия сил на летательный аппарат при его нахождении на земле. На фиг.2 - структурная схема устройства для определения массы летательного аппарата. На фиг.3 - структурная схема приемного канала диспетчера.

Летательный аппарат (фиг.1) имеет силу тяжести G, приложенную в его центре масс (Ц.М.). Центр масс располагается внутри фюзеляжа 1. Снизу к фюзеляжу крепятся стойки шасси: основные стойки 2 и 3 и передняя стойка 4. Сила тяжести G уравновешивается реакциями от земли, действующими на основные стойки N гл. и переднюю стойку N пер. . Реакция на основные стойки состоит из двух составляющих: действующих на левую основную стойку N гл.л. и на правую основную стойку Н гл.пр. .

На каждой стойке шасси, между фюзеляжем и стойкой, установлены датчики давления 5, 6 и 7, например пьезоэлектрические датчики. При давлении на них они вырабатывают сигналы С гл.л. , С гл.пр. и С пер. соответственно с датчиков на главной левой, на главной правой и на передней стойках в виде напряжения (ЭДС). База шасси (расстояние между осями колес главных стоек и осью переднего колеса) обозначена через L. Расстояние от центра масс до осей колес основных стоек обозначено через l 1 , а до оси переднего колеса - через l 2 . Ширина колеи (расстояние между осями главных стоек) обозначена через «а» (вид А, фиг.1). Расстояние от центра масс до оси главной левой стойки обозначено через «a 1 », а до оси главной правой стойки - через «а 2 ».

На фиг.2 датчики давления 5, 6 и 7 обозначены через Д гл.пр. , Д гл.л. и Д пер. соответственно датчики на главной правой, на главной левой и передней стойках, с которых поступают сигналы соответственно С гл.пр. , С гл.л. и С пер. .

Устройство для определения массы летательного аппарата содержит первый 5, второй 6 и третий 7 датчики, микроконтроллер 8, дисплей 9, блок 10 памяти, передающее устройство 11, элемент И 12, первый 13 и второй 14 задатчики сигналов, согласующее устройство 15, приемный канал 16 диспетчера, при этом выходы первого 5, второго 6 и третьего 7 датчиков соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами микроконтроллера 8, выход которого соединен с входом дисплея 9, первым входом блока 10 памяти, первым входом элемента ИЛИ 15, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого 13 и второго 14 задатчиков сигналов, а выход соединен с входом передающего устройства 11, второй вход блока 10 памяти соединен с выходом элемента И 12, первый и второй входы которого соединены с выходом датчика высоты и выходом второго 14 задатчика, выход передающего устройства бесконтактной связью связан с приемным каналом 16 диспетчера, который состоит из приемного устройства 17, элемента ИЛИ 18, дисплея 19 и блока 20 памяти, при этом выходы приемного устройства 17 соединены с входами элемента ИЛИ 18, выход которого соединен с входами дисплея 19 и блока 20 памяти.

Устройство работает следующим образом.

На земле, когда летательный аппарат не движется, то суммы проекций всех сил на каждую из координатных осей и суммы их моментов относительно этих осей равны нулю [3]. Проекции сил, действующих на летательный аппарат, будут только на ось У. На остальные оси эти проекции будут равны нулю. Сумма проекций сил на ось У соответствует выражению:

Fiy =0; N гл. +N пер. -G=0;

N гл. =N гл.л. +N гл.пр.

Тогда N гл.л. +N гл.пр. +N пер. -G=0.

Или

Таким образом, масса G летательного аппарата определяется в соответствии с выражением (1).

Моменты будут действовать только относительно осей X и Z, а относительно оси У они будут равны нулю.

Сумма моментов относительно оси X определяется в соответствии с выражением:

m х =0; -N гл.л. · а1 +N гл.пр. ·а 2 =0

Отсюда

Расстояние «а» известно (колея шасси).

Тогда a 2 =a-a 1 .

Подставляем в (2) и получаем:

N гл.пр. (a-a 1 )=N гл.л. ·а 1 .

Или N гл.пр. ·а-N гл.пр. ·а 1 =N гл.л. ·а 1 .

Или N гл.пр. ·a-a 1 (N гл.пр. +N гл.л. ).

Или N гл.пр. ·a=a 1 ·N гл. .

Отсюда

Т.е. положение центра масс в поперечном направлении определяется формулой (3).

Сумма моментов относительно оси Z определяется следующим образом:

mz =0; -N гл. ·l 1 +N пер. ·l 2 =0;

Отсюда

База шасси L известна. Тогда l 2 =L-l 1 .

Подставляем в (4) и получаем:

N пер. (L-l 1 )=N гл. ·l 1 .

Или N пер. ·L-N пер. ·l 1 =N гл. ·l 1 .

Или N пер. ·L=l 1 (N пер. +N гл. ).

Отсюда

Уравнение (5) определяет положение центра масс в продольном направлении летательного аппарата.

Таким образом, используя уравнение (1), определяется масса летательного аппарата М (сила тяжести G). Значения реакций М гл.л. , N гл.пр. и N пер. определяются по величинам сигналов (ЭДС) С гл.л. , С гл.пр. и С пер. с датчиков давлений 5, 6 и 7. Эта масса должна быть меньше или равной ее предельному значению М пред. (G пред. ), т.е. М М пред. (G
По уравнению (5) определяется положение центра масс вдоль продольной оси летательного аппарата. Величина l 1 должна быть меньше L, т.е. l 1
По уравнению (3) определяется положение центра масс в поперечном направлении. Желательно, чтобы значение «a 1 » было близко к половине величины «а», т.е.

иначе появляется крен.

Устройство работает следующим образом. С датчиков давления 5, 6 и 7 (Д гл.пр. , Д гл.л. , Д пер. ) снимаются сигналы (ЭДС) С гл.пр. , С гл.л. и С пер. (фиг.2), пропорциональные усилиям, действующим на эти датчики (пропорционально N гл.пр. , N гл.л. и N пер. ), которые пропорциональны массе летательного аппарата (его силе тяжести): чем больше масса летательного аппарата, тем больше сигналы С гл.пр. , С гл.л. , С пер. . Эти сигналы поступают на микроконтроллер 8, который преобразует их в сигналы «масса летательного аппарата М», «Центр масс l 1 » (положение центра масс на продольной оси летательного аппарата), «Центр масс a 1 » (положение центра масс на поперечной оси самолета) по следующему алгоритму.

1. Каждый сигнал С гл.пр. , С гл.л. , С пер. преобразуется в массу m 1 , m 2 , m 3 соответственно.

2. Суммируются все массы, образуя массу летательного аппарата M=m 1 +m 2 +m 3 +m ш , где m ш - масса всех стоек шасси (она известна заранее).

3. Формируется сигнал «Масса летательного аппарата М» и подается на дисплей 9, находящийся в кабине экипажа. Если М>М допустимое, то вылетать с такой массой запрещается. На дисплее загорается красный сигнал - вылет запрещается.

4. Формула (5) преобразуется в формулу:

5. Формируется сигнал «Центр масс l 1 » и подается на дисплей 9, находящийся в кабине экипажа.

Если l 1
Самое благоприятное значение с точки зрения продольной устойчивости летательного аппарата на разбеге (и пробеге, если посадка с грузом), т.е. .

Если l 1 близка к 0,1 L и менее или к 0,9 L и более, то следует экипажу обратить особое внимание на возможность вылета с таким расположением центра масс или повышенное внимание на управление на этих режимах. Если l 1 0·L или l 1 >L, то вылет с таким расположением центра масс невозможен: очень велика вероятность катастрофы. На дисплее загорается красный сигнал - вылет запрещается.

6. Формула (3) преобразуется в формулу:

7. Формируется сигнал «Центр масс a 1 » и подается на дисплей 9, находящийся в кабине экипажа.

Наиболее благоприятное положение центра масс, когда , т.е. центр масс находится в плоскости, продольной оси летательного аппарата, и крена в этом случае не будет при отрыве летательного аппарата от земли. Если a 1 <0·a или a 1 >a, то вылет с таким расположением центра масс запрещается, так как случайное попадание одной из стоек шасси в яму или на бугорок может накренить летательный аппарат на разбеге и привести к катастрофе. Если 0, 5a < a 1 <0,5 a , то летчик должен быть готов парировать крен при отрыве летательного аппарата от земли.

При a 1 <0· a и a 1 > a на дисплее 9 загорается красный сигнал - вылет запрещается.

Таким образом, перед вылетом летчик нажимает на дисплее соответствующую кнопку, чтобы узнать массу летательного аппарата и расположение его центра масс. Если М>M допустимое, l 1 0·L или l 1 L, a 1 <0·a или a 1 >a, то на дисплее загорается красный сигнал (по какой из названных причин, летчик определит по численному значению М, l 1 , a 1 ). В остальных случаях значения этих величин высвечиваются другим (не красным) цветом, и летчик, находясь в кабине летательного аппарата, получает эту информацию. Информация о массе летательного аппарата и расположении центра массы поступает дополнительно в блок 10 памяти и через элемент ИЛИ на вход передающего устройства 11.

Передающее устройство 11 обеспечивает передачу информации о номере летательного аппарата, его массе и расположении его центра масс, о времени передачи диспетчеру.

Первый 13 задатчик сигналов формирует сигнал, соответствующий номеру летательного аппарата, а второй 14 задатчик формирует сигнал, соответствующий времени передачи информации, данные сигналы поступают на второй и третий входы элемента ИЛИ 15, на первый вход которого поступает сигнал, соответствующий массе и расположению его центра масс.

Приемное устройство 17 принимает данные сигналы и через элемент ИЛИ 18 передает их на дисплей 19 и в блок 20 памяти для хранения.

Диспетчер в зависимости от данной информации принимает решение на запрет или разрешение взлета летательного аппарата.

Кроме того, в блоке 10 памяти происходит суммирование перевозимого груза и фиксация времени взлета летательного аппарата.

При взлете летательного аппарата с датчика высоты сигнал поступает на первый вход элемента И 12, на второй вход которого поступает сигнал с выхода второго 14 задающего устройства. С выхода элемента И 12 сигнал поступает на второй вход блока 10 памяти.

Таким образом, обеспечивается повышение безопасности полета за счет дополнительного контроля диспетчером массы и центровки груза.

Источники информации

1. Патент РФ 2400405, от 27.09.2010 г.

3. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. - М.: Наука, 1970. - с.117.

4. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - М.: Наука, 1989. - С.42, 51-53.

Формула изобретения

1. Устройство для определения массы летательного аппарата содержит последовательно соединенные датчики давления, процессор и отображающее устройство в кабине экипажа, причем процессор выполнен в виде микроконтроллера, отображающее устройство в кабине экипажа выполнено в виде дисплея, датчики давления выполнены в виде пьезоэлектрических датчиков и размещены в местах крепления стоек шасси с конструкцией летательного аппарата, при этом в датчиках давления при действии на них массы летательного аппарата образуются сигналы в виде электродвижущих сил (ЭДС), которые поступают в микроконтроллер, где преобразуются в численные величины массы летательного аппарата и положения его центра масс относительно продольной и поперечной осей, а затем эти сигналы поступают в кабину экипажа на отображающее устройство, выполненное в виде дисплея, на котором отображается информация о массе летательного аппарата и положении его центра масс перед взлетом, и запрете вылета в случае, если текущее значение массы летательного аппарата больше допустимого значения и положение его центра масс перед взлетом не соответствует допустимым значениям, отличающееся тем, что введены блок памяти, передающее устройство, элемент И, первый и второй задатчики сигналов, элемент ИЛИ, приемный канал диспетчера, при этом выход микроконтроллера соединен с первым входом блока памяти, первым входом элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго задатчиков сигналов, а выход соединен с входом передающего устройства, второй вход блока памяти соединен с выходом элемента И, первый и второй входы которого соединены с выходом датчика высоты и выходом второго задатчика сигналов, выход передающего устройства по линии бесконтактной связи соединен с входом приемного канала диспетчера, который состоит из приемного устройства, элемента ИЛИ, дисплея и блока памяти, при этом выходы приемного устройства соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами дисплея и блока памяти.

2. Устройство для определения массы летательного аппарата по п.1, отличающееся тем, что алгоритм функционирования микроконтроллера заключается в преобразовании сигналов с выходов датчиков давления С гл.пр , С гл.л , С пер микроконтроллером соответственно в сигналы m 1 , m 2 , m 3 , определение массы летательного аппарата осуществляется на основе суммирования всех значений масс М=m 1 +m 2 +m 3 +m ш , где m ш - масса всех стоек шасси, положение центра масс относительно продольной и поперечной осей летательного аппарата, формировании сигнала «Масса летательного аппарата М» и выдаче его на дисплей, находящийся в кабине экипажа, сравнении текущей массы летательного аппарата с допустимым значением, выдаче сигнала запрета вылета при М>М допустимое, определении координаты центра массы вдоль продольной оси летательного аппарата в соответствии с выражением где L - база шасси летательного аппарата, формировании сигнала «Центр масс l 1 » и выдаче его на дисплей, находящийся в кабине экипажа, сравнении полученного значения со значением L, выдаче рекомендаций экипажу о возможности взлета при условии, если положения центра массы вдоль продольной оси меньше базы шасси летательного аппарата l 1 L, на дисплее загорается красный цвет, определении координат центра массы вдоль поперечной оси летательного аппарата в соответствии с выражением где а - колея шасси летательного аппарата, формировании сигнала «Центр масс а 1 » и выдаче его на дисплей, находящийся в кабине экипажа, сравнении полученной координаты со значением а, выдаче рекомендаций летчику о возможности взлета при условии a 1 a, и на дисплее загорается красный цвет.

РИСУНКИ