СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ИНЕРТИРОВАНИЯ ТОПЛИВНОГО БАКА И СИСТЕМА ИНЕРТИРОВАНИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА
CONTROL METHOD OF FUEL TANK INERTISATION SYSTEM AND INERTING SYSTEM FOR IMPLEMENTATION OF THIS METHOD

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу управления системой инертирования топливного бака воздушного судна, такой как применяемая на самолете, вертолете или подобном, а также системе инертирования для осуществления указанного способа.
Уровень техники
В области воздухоплавания системы инертирования известны, как применяемые для создания инертного газа, такого как азот или любой другой инертный газ, такой как углекислый газ, и для введения указанного инертного газа в топливные баки из соображений безопасности, т. е. с целью уменьшения риска воспламенения в указанных баках.
Стандартная система инертирования из известного уровня техники, как правило, содержит бортовую систему генерации инертного газа (OBIGGS), обеспечиваемую подачей сжатого воздуха, например, сжатого воздуха, отбираемого из по меньшей мере одного двигателя с использованием так называемой ступени промежуточного давления и/или так называемой ступени высокого давления в зависимости от полетной ситуации. Следует отметить, что использование сжатого воздуха из двигателя является предпочтительным, поскольку он имеет относительно высокое давление и температуру, таким образом, воздух можно приспособить к широкому диапазону требуемых установок давления и температуры. Система OBIGGS соединена с топливным баком воздушного судна и выделяет кислород из воздуха.
Система OBIGGS состоит из по меньшей мере одного модуля разделения воздуха, содержащего, например, проницаемые мембраны, такие как полимерные мембраны, пересекаемые потоком воздуха. По причине различной проницаемости мембраны по отношению к азоту и кислороду, система разделяет поток воздуха таким образом, что получаются поток воздуха с высоким содержанием азота и поток воздуха с высоким содержанием кислорода. Объем воздуха с высоким содержанием азота, считаемого инертным газом, направляется в топливные баки таким образом, чтобы уровень кислорода, присутствующий в свободном объеме бака, уменьшался. Устройства, требуемые для этого процесса, такие как компрессоры, фильтры и модули воздушного или водяного охлаждения или им подобные, встроены в систему инертирования.
Если показатель уровня кислорода в пустой части бака находится ниже предела воспламеняемости, определенного согласно требованиям Федерального управления гражданской авиации (FAA), подробно изложенным в документе AC25.981-2A, датированном 19 сентября 2008 г. и озаглавленном «FUEL TANK FLAMMABILITY REDUCTION MEANS», и в его приложениях, воспламенение и риски возникновения возгорания очень низки или даже равны нулю. Из вышеизложенного следует, что инертирование топливного бака состоит из процесса вдувания инертного газа в бак с целью поддержания уровня кислорода, присутствующего в указанном баке ниже определенного порогового значения, например, 12%.
Система инертирования, таким образом, разработана согласно правилам определения параметров, установленным документом AC25.981-2A. Расход инертного газа для вдувания, таким образом, определяют в равных промежутках времени, в зависимости от значений параметров сертифицированного стандартного профиля полета. Сертифицированный стандартный профиль полета соответствует профилю полета, наиболее часто выбираемому воздушным судном. Например, данными параметрами могут быть свободный объем топливного бака или скорость снижения и/или подъема, и/или высота над уровнем моря воздушного судна. Сертифицированный стандартный профиль полета рекомендует вводить инертный газ с некоторым расходом при использовании значений параметра в заданный момент для выполнения действующих предписаний.
Однако сертифицированный стандартный профиль полета предполагает возможность, в частности, для воздушного судна осуществлять снижение в ходе его полетного задания при скорости 2500 футов в минуту на высоту над уровнем моря 4000 футов, при том, что воздушное судно заполнено достаточном количеством топлива в его баках для осуществления посадки с заранее заданным минимальным количеством топлива. Сертифицированный стандартный профиль полета состоит из параметров, которые, как правило, более ограничивающие, чем устанавливаемые в действительности в ходе полетного задания воздушного судна.
Вследствие этого в уровне техники потребность в инертном газе системы инертирования является, как правило, завышенной по сравнению с реальной потребностью в инертном газе в ходе стандартного полета, и система генерирует и вдувает больший объем инертного газа, чем необходим, косвенно вызывая чрезмерное потребление топлива воздушным судном и высокие эксплуатационные расходы.
Сущность изобретения
Таким образом, одной из целей настоящего изобретения является устранение данных недостатков предложением способа управления системой инертирования топливного бака воздушного судна, обеспечивая возможность приспособить распределение инертного газа к реальным потребностям таким образом, чтобы косвенно уменьшить потребление топлива и стоимость эксплуатации системы инертирования.
С этой целью и согласно настоящему изобретению предложен такой способ управления системой инертирования, при котором вдувают поток инертного газа в по меньшей мере один топливный бак воздушного судна при осуществлении существующего полетного задания.
Согласно настоящему изобретению способ управления включает осуществление следующих этапов:
- определение значения по меньшей мере одного параметра полетного задания воздушного судна в заданный момент;
- определение отношения между определенным значением параметра полетного задания и значением эквивалентного параметра сертифицированного стандартного профиля полета в заданный момент и установление на основании этого весового коэффициента;
- применение весового коэффициента к весу для взвешивания значения расхода инертного газа, рекомендуемого сертифицированным стандартным профилем полета для значения эквивалентного параметра в заданный момент, таким образом, чтобы соответствующий расход инертного газа для вдувания определяли для реальных потребностей полетного задания в заданный момент;
- управление системой инертирования для вдувания инертного газа с определенным расходом в заданный момент.
Следовательно, способ управления позволяет системе инертирования вдувать инертный газ с расходом, соответствующим потребностям полетного задания воздушного судна в заданный момент. Более того, если значение параметра полетного задания является в “n” раз меньше, чем значение эквивалентного параметра сертифицированного стандартного профиля полета, система инертирования вдувает газ со значением расхода в “n” раз меньшим, чем то, которое рекомендовано сертифицированным стандартным профилем полета для выполнения действующих предписаний. Вследствие этого, учитывая, что реальная потребность в инертном газе является в “n” раз ниже, система инертирования всегда выполняет действующие предписания.
Например, параметры полетного задания и сертифицированного стандартного профиля полета состоят из параметров скоростей снижения и/или подъема, и/или высоты над уровнем моря воздушного судна, или свободного объема в топливном баке.
Более того, система инертирования теоретически рассчитана на наполнение инертным газом топливного бака, в соответствии с сертифицированным стандартом профиля полета воздушного судна, который определяет, в частности, снижение воздушного судна в ходе полетного задания воздушного судна при скорости 2500 футов в минуту на высоте над уровнем моря 4000 футов. При этом на практике наблюдают скорость снижения приблизительно 1250 футов в минуту. Другими словами, система инертирования имеет вдвое больше времени для вдувания инертного газа в топливные баки. На основе измерений данных параметров настоящее изобретение позволяет вдувать газ с расходом, вполовину меньшим, чем рекомендуемый сертифицированным стандартным профилем полета и установленный действующими предписаниями. Во вдуваемом вдвое меньшем инертном газе действующие предписания по-прежнему выполняются, и инертный газ вдувают, основываясь на реальных потребностях, с получением экономии по сравнению с рекомендацией сертифицированного стандартного профиля полета.
Тот же аргумент может применяться к параметру свободного объема топливного бака. Более того, согласно действующему стандарту и сертифицированному стандартному профилю полета воздушное судно имеет в наличии достаточное количество топлива в своих баках для осуществления посадки с заранее заданным минимальным количеством топлива, например, соответствующим так называемому резервному количеству. Однако это происходит не всегда. Более того, некоторые воздушные суда имеют в наличии топливо на несколько полетных заданий, например, потому что топливо в пункте вылета стоит дешевле и, таким образом, дешевле взять топливо с собой, чем приобретать его по прибытию, или потому что по прибытию необходимое время для наполнения баков требует дополнительного вывода из работы воздушного судна.
Вследствие этого некоторые воздушные суда имеют в наличии больше топлива, чем необходимо в ходе выполнения полетного задания, следовательно, свободный объем резервуара для наполнения инертным газом меньше, чем предусмотренный сертифицированным стандартным профилем полета, и, следовательно, требуется меньший расход наполнения инертным газом, чем рекомендуемый расход. Например, если в заданный момент бак содержит больше топлива, чем установлено в сертифицированном стандартном профиле полета, и свободный объем, наполняемый инертным газом, будет вполовину меньшим рекомендуемого объема, способ согласно настоящему изобретению будет обеспечивать возможность разделения пополам рекомендуемого расхода инертного газа для вдувания газа с необходимым расходом с учетом реальной потребности.
Этапы способа осуществляют в равных промежутках времени, например, каждые несколько минут и предпочтительно приблизительно каждую минуту. Данная частота позволяет частично регулировать расход инертного газа в соответствии с реальной потребностью в реальном времени без влияния нелинейных изменений потребностей в инертном газе, основанных на высоте над уровнем моря воздушного судна. Действительно, учитывая, что атмосферное давление изменяется нелинейно на основании высоты над уровнем моря, потребности в инертном газе являются не линейными во время всего этапа снижения или этапа подъема воздушного судна.
Настоящее изобретение также предлагает систему инертирования, выполненную с возможностью вдувать поток инертного газа в по меньшей мере один топливный бак воздушного судна в ходе полетного задания. Система инертирования подходит для осуществления вышеупомянутого способа управления и состоит из по меньшей мере одного генератора инертного газа, в который подают сжатый воздух и который подходит для регулирования потока инертного газа для вдувания. Система инертирования примечательна тем, что она включает способ определения параметра полетного задания воздушного судна в заданный момент посредством блока управления. Блок управления запрограммирован отправлять команду регулирования расхода в генератор инертного газа в заданный момент. Команда регулирования расхода соответствует значению расхода инертного газа, рекомендованному сертифицированным стандартным профилем полета для значения эквивалентного параметра в отношении сертифицированного стандартного профиля полета в заданный момент, взвешенного посредством коэффициента, соответствующего результату отношения между значением определенного параметра полетного задания и значением эквивалентного параметра согласно сертифицированному стандартному профилю полета.
Краткое описание графических материалов
Другие характерные особенности и преимущества будут ясны из следующего описания, предложенного в качестве не ограничивающего примера способа управления системой инертирования топливного бака воздушного судна согласно настоящему изобретению с использованием только фиг. 1, на которой схематически проиллюстрирована система инертирования для осуществления указанного способа согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 показана система (1) инертирования, предложенная для вдувания потока инертного газа в по меньшей мере один топливный бак (2) воздушного судна в ходе полетного задания.
Система (1) инертирования состоит из по меньшей мере одного генератора (3) инертного газа, в который подают сжатый воздух и который подходит для регулирования потока инертного газа для вдувания. Генератор (3) инертного газа содержит выпуск для обедненного кислородом воздуха, рассматриваемого в качестве инертного газа. Генератор (3) инертного газа может состоять из любого хорошо известного специалисту в данной области техники генератора (3) инертного газа, например, такого как генератор с полимерной или цеолитной разделяющей мембраной и/или топливный элемент.
Далее, инертный газ перемещается к средствам (4) для распределения инертного газа для вдувания в один или несколько топливных баков (2) воздушного судна. Средства (4) распределения широко известны и состоят из распределительных труб и клапанов. Например, вдувание в бак осуществляют с использованием инжекторных сопел.
Вследствие этого система (1) инертирования позволяет создавать инертный газ и вдувать его в один или несколько топливных баков (2) воздушного судна для уменьшения риска воспламенения в указанных баках (2) из соображений безопасности. Целью вдувания инертного газа является наполнение одного или нескольких топливных баков, инертным газом, т. е. обеспечение снижения уровня кислорода, присутствующего в указанном одном или нескольких баках (2), и в значительной мере поддерживание данного уровня ниже определенного порогового значения, например, ниже 12%.
Кроме того система (1) инертирования состоит из средств (5, 7) для определения параметра полетного задания воздушного судна, которые соединены с блоком (6) управления. Например, определенные параметры состоят из параметров скоростей подъема и/или снижения, и/или высоты над уровнем моря воздушного судна, и/или свободного объема топливного бака, наполняемого инертными газами. Средства (5, 7) определения могут быть любого вида. Они могут предполагать использование вариометра (7) или барометра для измерения изменения атмосферного давления и для определения скорости снижения или подъема, или высоты над уровнем моря воздушного судна, и/или топливоизмерительной системы (5), расположенной в баке, для показания объема топлива и косвенного определения свободного объема бака, наполняемого инертным газом. Параметры полетного задания определяют в равных промежутках времени, например, каждые несколько минут и предпочтительно приблизительно каждую минуту.
Например, на основе параметров определенного полетного задания блок (6) управления запрограммирован отправлять каждую минуту команду регулирования расхода в генератор (3) инертного газа, приспособленный для реальных потребностей бака в инертном газе.
Для этих целей блок (6) управления соединен с генератором (3) инертного газа и содержит базу данных, в которой сохранен сертифицированный стандартный профиль полета. Данный сертифицированный стандартный профиль полета соответствует профилю полета, т. е. стандартному полету, наиболее часто осуществляемому воздушным судном. Сертифицированный стандартный профиль полета показывает следующие виды параметров: свободный объем топливного бака, или косвенно количество топлива в баках; длительность полета; высоту над уровнем моря, длительность и скорость этапа подъема; длительность этапа пребывания в полете; длительность и скорость этапа снижения; скорость хода воздушного судна и т. п.
Согласно действующим предписаниям сертифицированный стандартный профиль полета рекомендует учитывать расход инертного газа, основываясь на параметрах стандартного полетного задания. Например, база данных блока (6) управления состоит из таблицы и/или уравнений, показывающих расход инертного газа на основе высоты над уровнем моря, времени полета и этапе полетного задания. На практике данная таблица расхода стандартного профиля полета изменяется в ходе изменения этапа системы (1) инертирования посредством анализа. Сертифицированный стандартный профиль полета специально содержит более ограничивающие параметры, чем параметры, выполняемые полетным заданием, таким образом, расход инертного газа, рекомендованный сертифицированным стандартным профилем полета, всегда будет обеспечивать выполнение действующих предписаний. Например, согласно сертифицированному стандартному профилю полета воздушное судно имеет в наличие малое количество топлива, таким образом может осуществляться посадка с использованием только заранее заданного минимального количество топлива, например, соответствующего так называемому резервному количеству. Кроме того, скорости подъема и снижения, составляющие приблизительно 2500 футов в минуту, задаваемые стандартным полетным заданием, являются слишком высокими по сравнению с действительностью.
Блок (6) управления содержит методики расчета, программируемые для определения отношения между значением одного из параметров определенного полетного задания в заданный момент и значением сохраненного эквивалентного параметра сертифицированного стандартного профиля полета в заданный момент для установления на основании этого весового коэффициента.
Вычислительные средства блока (6) управления затем взвешивают значение расхода инертного газа, рекомендуемое сертифицированным стандартным профилем полета, для эквивалентного параметра сертифицированного стандартного профиля полета в заданный момент с использованием весового коэффициента для установления на основании этого расхода инертного газа, подходящего для реальной потребности в заданный момент.
В заданный момент блок (6) управления оправляет генератору (3) инертного газа команду регулирования расхода инертного газа, в соответствии с реальной потребностью.
Данные операции осуществляют в равных промежутках времени, например, каждые несколько минут и предпочтительно приблизительно каждую минуту.
Следовательно, блок (6) управления, который, например, принимает форму контроллера, работающего на основе программного обеспечения, периодически сравнивает один или несколько параметров полетного задания с параметрами сертифицированного стандартного профиля полета и соответственно регулирует расход инертного газа.
Например, если сравнение параметра, относящегося к скорости снижения, показывает, что воздушное судно снижается в полтора раза быстрее, чем указано в сертифицированном стандартном профиле полета, блок (6) управления дает команду генератору (3) инертного газа генерировать газ с расходом со значением, вдвое меньшим, чем рекомендуемое стандартным профилем полета. Более того, если воздушное судно снижается с вдвое меньшим значением скорости, система (1) инертирования имеет вдвое больше времени для наполнения инертными газами бака (2), таким образом, чтобы, если она вдувает газ с вдвое меньшим значением расхода, действующие предписания будут выполняться одновременно с сохранением энергии, и косвенно, топлива. Более того, согласно сертифицированному стандартному профилю полета, генератор будет отправлять 100% расхода инертного газа на протяжении всей длительности снижения вместо 50% расхода согласно настоящему изобретению.
Это же справедливо и для сравнения параметра свободного объема бака (2), наполняемого инертными газами. Действительно, если свободный объем бака (2) представляет собой половину свободного объема, задаваемого стандартным полетным заданием, блок (6) управления будет давать команду генератору (3) инертного газа для направления потока со значением расхода, вдвое меньшим, рекомендованного.
Разумеется, несколько параметров могут сравниваться в одно и то же время. Более того, если воздушное судно снижается со значением скорости вполовину меньшим сохраненного стандартным полетным заданием и свободный объем в топливном баке (2) вдвое меньший, расход инертного газа разделяют на четыре по сравнению с рекомендованным расходом инертного газа. Определенные весовые коэффициенты умножают друг на друга.