ШАРНИРНО-НЕПОДВИЖНАЯ ОПОРА (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗОК, ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ И СПОСОБЫ МОДЕРНИЗАЦИИ И ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ИЛИ ЕГО СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ЧАСТИ
HINGED SUPPORT (VERSIONS), METHOD OF ITS PRODUCTION, METHOD OF MEASURING LOADS, AIRCRAFT AND METHOD OF UPDATING AND ESTIMATING AIRCRAFT OR ITS COMPONENT PERFORMANCES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству и способу измерения нагрузок, воспринимаемых опорной стойкой шарнирно-неподвижной опоры. В частности, изобретение относится к измерению нагрузок, воспринимаемых опорной стойкой составляющей части летательного аппарата такой, как шасси летательного аппарата.
Уровень техники
В Патенте US 6273613 описана предназначенная для использования в шасси летательного аппарата шарнирно-неподвижная опора, в которой опорная стойка содержит тензометрические датчики для измерения сдвиговых нагрузок, воспринимаемых опорной стойкой. Опорная стойка используется для измерения нагрузок при проведении испытаний шасси летательного аппарата, в частности при разработке и конструировании шасси. При измерении нагрузок с использованием опорной стойки, описанной в Патенте US 6273613, необходимо соединять выходы тензометрических датчиков с одной из компьютерных систем летательного аппарата. Такая связь обычно осуществляется с помощью кабелей, передающих электрические сигналы от тензометрических датчиков в компьютерную систему летательного аппарата или в специально введенное оборудование для регистрации данных. Например, в одной из известных систем сигналы с тензометрических датчиков регистрируют с помощью записывающего устройства, установленного в находящемся под давлением отсеке летательного аппарата. Данные поступают в записывающее устройство по кабелям, проходящим от тензометрических датчиков через блоки формирования сигналов, установленные в отсеке для шасси. Мощность (энергию), необходимую для работы устройства, отбирают из энергосистемы летательного аппарата. Таким образом, установка таких устройств измерения нагрузок трудоемка и требует больших временных затрат. Кроме того, из-за наличия физической связи части шасси с компьютером летательного аппарата надежность устройства измерения нагрузок зависит от качества соединения, осуществляемого по кабелям на всем протяжении от стойки до компьютерной системы. Такое устройство нуждается также в регулярном техническом обслуживании, что требует дополнительных трудозатрат. Из-за наличия таких недостатков подобные устройства измерения нагрузок используют только при проведении испытаний и сертификации, то есть они имеют ограниченное применение.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на создание усовершенствованного устройства и способа измерения нагрузок, воспринимаемых опорными стойками. В качестве альтернативной или дополнительной цели настоящее изобретение направлено на создание устройства или способа измерения нагрузки, воспринимаемой опорной стойкой, которые устраняют один или более из упомянутых недостатков, присущих предшествующему уровню техники.
В соответствии с настоящим изобретением предложена шарнирно-неподвижная опора, содержащая опорную стойку и средство измерения нагрузок, воспринимаемых опорной стойкой. Опорная стойка содержит блок обработки данных, блок памяти и источник питания блока обработки данных. Блок обработки данных снабжен средством приема сигналов от средства измерения нагрузок и передачи их в виде данных о нагрузках, воспринимаемых опорной стойкой в процессе работы, в блок памяти. Таким образом, шарнирно-неподвижная опора способна выполнять функцию автономного устройства регистрации данных о нагрузках, относящихся к нагрузкам, воспринимаемым опорной стойкой. Поэтому нет необходимости соединять какую-нибудь часть устройства (в частности, средство измерения нагрузок) с какой-нибудь частью стандартной компьютерной системы летательного аппарата.
В отличие от упомянутого выше предшествующего уровня техники шарнирно-неподвижную опору, выполненную в соответствии с настоящим изобретением, можно относительно просто смонтировать, не затрагивая другие системы летательного аппарата. Поэтому шарнирно-неподвижную опору можно использовать не только при проведении испытаний и усовершенствовании конструкции летательного аппарата, но и в процессе его обычной работы. Особым преимуществом использования такого устройства измерения нагрузок в процессе работы является возможность применения зарегистрированных данных для мониторинга усталостных нагрузок при эксплуатации. То есть оценки усталостного ресурса работы компонента летательного аппарата могут быть сделаны более точно, чем могли бы при использовании других возможных средств. Следует отметить, что влияние нагрузок на усталостную долговечность - это функция в восьмой степени, и поэтому любое малое изменение усталостных нагрузок, воспринимаемых компонентом летательного аппарата, может оказать существенное влияние на срок службы этого компонента. Например, увеличение на 1% средней усталостной нагрузки приведет к уменьшению срока службы при усталостных нагрузках на 8%, а увеличение средней нагрузки только на 3% могло бы быть достаточным для уменьшения срока службы примерно на 21%.
Придание шарнирно-неподвижной опоре свойства автономности в соответствии с настоящим изобретением позволяет использовать при таком ее выполнении установку на летательный аппарат нескольких подобных опорных стоек и успешно проводить мониторинг и регистрацию распределения нагрузок от шасси к шасси.
Шарнирно-неподвижная опора может содержать дополнительные датчики или устройства для проведения измерений других параметров. Например, внутрь опорной стойки может быть введен акселерометр. Средство измерения нагрузок, воспринимаемых опорной стойкой, может представлять собой любое подходящее устройство. Например, средство может быть тензометрическим датчиком. В предпочтительном варианте средство измерения нагрузок, воспринимаемых опорной стойкой, содержит группу тензометрических датчиков. Тензометрические датчики расположены таким образом, чтобы можно было измерять сдвиговые нагрузки, воспринимаемые опорной стойкой в процессе работы. Данные, занесенные в процессе работы блоком обработки данных в блок памяти, могут, например, включать данные, относящиеся к таким сдвиговым нагрузкам. Средство измерения нагрузок может быть с успехом выполнено таким образом, чтобы измерять нагрузки, имеющие по меньшей мере три степени свободы. Средство измерения нагрузок может быть, например, выполнено с возможностью измерять нагрузки по трем ортогональным осям. Альтернативно или в добавление к имеющимся свойствам средство измерения нагрузок может быть выполнено с возможностью измерять крутящий момент. Оно может быть снабжено более чем пятью тензометрическими датчиками. Средство измерения нагрузок может содержать несколько акселерометров.
Устройство может содержать узел смазки. Узел смазки удобно располагать внутри опорной стойки.
В некоторых ситуациях (например, при измерении определенным образом крутящего момента) некоторое относительное вращение опорной стойки может влиять на точность проведения измерений нагрузок. Опорная стойка может быть выполнена таким образом, чтобы при работе она не была подвержена относительному вращению, например вращению относительно другой части опоры или вращению относительно находящихся в непосредственной близости окружающих элементов конструкции. Альтернативно опорная стойка может содержать средство измерения любого ее относительного вращения. Средство измерения относительного вращения опорной стойки может содержать гироскопический компас. Полученные данные об относительном вращении могут быть сохранены в блоке памяти. Эти дополнительные данные можно затем использовать вместе с другими данными, сохраненными в блоке памяти, например, для расчета нагрузок на опорную стойку с учетом вращения опорной стойки.
Шарнирно-неподвижная опора может содержать средство передачи данных от отдельных блоков (например, от блока обработки данных или блока памяти), находящихся внутри стойки, в устройства, располагаемые снаружи опорной стойки. Средство передачи данных может содержать преобразователь электрических сигналов, отображающих данные, сохраненные в блоке памяти, в сигналы электромагнитного излучения, например, в оптические или радиосигналы. В альтернативном варианте или в дополнение может быть введен электрический коннектор для обеспечения электрического соединения между блоком обработки данных (и/или блоком памяти) и внешними устройствами для обмена данными между ними.
Блок памяти может содержать съемный запоминающий элемент, который можно извлекать из опорной стойки с сохранностью данных, накопленных в этом элементе. Такой съемный запоминающий элемент может тем самым облегчить периодическое извлечение данных из опорной стойки. Данные могут быть выведены из блока памяти другими средствами без необходимости снятия запоминающего элемента. Блок памяти может содержать несколько таких съемных элементов. Один или каждый съемный запоминающий элемент может содержать устройство в виде компактной флэш-карты.
Шарнирно-неподвижная опора предпочтительно содержит средство экономии энергии, предназначенное для автоматического снижения расхода энергии в случае, когда опорная стойка не воспринимает нагрузок, соответствующих заданному критерию. Потребление энергии может, например, быть уменьшено в случае, когда опорная стойка не воспринимает никакой нагрузки или когда измеренные нагрузки, если такие присутствуют, являются нагрузками ниже заданного порога. Например, средство экономии энергии может быть выполнено с возможностью периодически проверять, воздействует ли на опорную стойку такая нагрузка, например нагрузка, соответствующая заданному критерию. Средство может быть выполнено с возможностью, в случае если при проверке установлено, что на опорную стойку воздействует такая нагрузка, посылать сигнал процессору начать занесение в блок памяти данных, относящихся к нагрузкам, последовательно воспринимаемым опорной стойкой.
Данные, сохраненные в блоке памяти, можно извлекать периодически. Например, данные можно извлекать при техническом обслуживании и ремонте летательного аппарата. Блок памяти предпочтительно имеет достаточно большой объем памяти, чтобы данные нужно было извлекать не чаще чем один раз за девять недель. Данные можно извлекать путем физического извлечения носителя сохраненной информации из опорной стойки. В альтернативном варианте или в дополнение данные можно снимать, пересылая данные с помощью сигналов из опорной стойки наружу. Например, относительно малые объемы данных, касающиеся нагрузок, воспринимаемых опорной стойкой за относительно малый период времени (например, период порядка минут или часов), можно с успехом снимать, пересылая данные с помощью сигналов из опорной стойки наружу, в то время как относительно большие объемы данных, касающиеся нагрузок, воспринимаемых опорной стойкой за относительно длительный период времени (например, период порядка нескольких недель работы), можно более удобно снимать путем снятия съемного устройства хранения данных.
Данные, сохраненные в процессе работы в блоке памяти, в предпочтительном варианте включают данные, относящиеся к времени проведения измерений. Таким образом, данные измерения нагрузок могут быть сопоставлены с зарегистрированной информацией о маневрах, совершенных летательным аппаратом за определенное время.
Шарнирно-неподвижная опора может также содержать датчик смещения, предназначенный, например, для измерения смещения одной части механизма или устройства, частью которого является опорная стойка, относительно другой части. Например, когда опорную стойку используют в шасси, может быть установлен датчик измерения хода амортизирующей части шасси. Шарнирно-неподвижная опора может также содержать датчик измерения гидравлического давления в заполненных маслом стойках шасси. Может возникать необходимость в установке таких датчиков вне опорной стойки, и, следовательно, потребуется пересылка в опорную сигналов, отражающих замеры, выполненные датчиками.
Шарнирно-неподвижная опора может быть выполнена как часть летательного аппарата. В частности, шарнирно-неподвижная опора может представлять собой опорную стойку шасси, например, опорную стойку тележки или опорную стойку бокового раскоса. Следовательно, в настоящем изобретении предполагается шасси летательного аппарата, содержащее шарнирно-неподвижную опору, выполненную в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
В настоящем изобретении предложен также способ измерения нагрузок, которые измеряют посредством шарнирно-неподвижной опоры, снабженной опорной стойкой, а данные о нагрузках сохраняют в блоке памяти, который размещают внутри опорной стойки.
Операция сохранения данных предпочтительно выполняется блоком обработки данных, помещенным внутрь опорной стойки. Питание блока обработки данных предпочтительно осуществляется от источника питания, помещенного внутри опорной стойки. В способе измерения нагрузок согласно настоящему изобретению может быть использован любой из признаков шарнирно-неподвижной опоры согласно настоящему изобретению. Например, способ может осуществляться посредством шарнирно-неподвижной опоры, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.
В настоящем изобретении предложен способ модернизации летательного аппарата, который включает в себя операции получения данных о нагрузках посредством шарнирно-неподвижной опоры, снабженной опорной стойкой и являющейся частью летательного аппарата, сохранения полученных данных в блоке памяти, извлечения из блока памяти массива данных, его анализа и изменения конструкции летательного аппарата с учетом проведенного анализа.
В настоящем изобретении предложен также способ оценки распределения веса летательного аппарата, причем способ включает следующие операции: снятие данных, относящихся к нагрузкам, воспринимаемым опорной стойкой шарнирно-неподвижной опоры каждого из нескольких шасси летательного аппарата, сохранение данных, полученных в привязке к каждому шасси, в соответствующий блок памяти, соответствующий данному шасси, вывод данных из блока памяти и расчет на основе этих данных информации, касающейся распределения веса летательного аппарата, приходящегося на каждое шасси.
В настоящем изобретении предложен также способ оценки эксплуатационного срока службы летательного аппарата или его составной части, включающий следующие операции: получение данных о нагрузках посредством шарнирно-неподвижной опоры, снабженной опорной стойкой и являющейся частью летательного аппарата, сохранение их в блоке памяти, выборка из блока памяти массива данных и оценка эксплуатационного срока службы летательного аппарата или его составляющей части с учетом указанных данных.
Операция по получению названных данных в каком-либо из вышеописанных способов в значительной степени улучшается при использовании шарнирно-неподвижной опоры согласно настоящему изобретению. Преимуществом настоящего изобретения является расширение диапазона применения опорных стоек. Блок памяти может быть размещен внутри опорной стойки в процессе получения данных. Операция по извлечению данных из блока памяти может быть улучшена тем, что блок памяти может быть первым извлечен из опорной стойки. Например, способ может включать операции по извлечению полученных данных из опорной стойки и замене извлеченного блока памяти другим блоком памяти со свободными емкостями для хранения дополнительных данных. Как упомянуто выше, данные могут быть, выборочно или дополнительно, вызваны посредством сигналов, проходящих от опорной стойки за ее пределы.
Операция оценки эксплуатационного срока службы летательного аппарата или отдельного его компонента может включать сравнение выведенных данных с дополнительными данными, полученными из информации, относящейся к нагрузкам, воспринимаемым опорной стойкой шарнирно-неподвижной опоры, являющейся частью другого летательного средства. Дополнительные данные могут, например, извлекаться при использовании шарнирно-неподвижной опоры или способа в соответствии с аспектами настоящего изобретения. Дополнительные данные могут также содержать информацию относительно эксплуатационного срока службы другого летательного аппарата или отдельного его компонента (по ситуации), причем такая информация может быть выведена нейтральными (независимыми) источниками. Таким образом, информация, относящаяся к эксплуатационному сроку службы первого летательного аппарата или его составной части, может быть получена на основе измерения нагрузок, воспринимаемых опорной стойкой летательного аппарата, и сравнения измеренных нагрузок с референтными данными, относящимися к нагрузкам, воспринимаемым вторым летательным аппаратом или его составной частью, причем второй летательный аппарат имеет известный эксплуатационный срок службы, что позволяет подсчитать эксплуатационный срок службы первого летательного аппарата или его составной части, используя стандартные математические методики. Предпочтительно, чтобы дополнительные или референтные данные были получены на основе измерений, проведенных на нескольких летательных аппаратах или их составных частях.
В настоящем изобретении также предложена шарнирно-неподвижная опора, содержащая опорную стойку и средство измерения нагрузок, воспринимаемых опорной стойкой. Опорная стойка содержит блок обработки данных, коннектор блока памяти и коннектор источника питания. Коннектор источника питания может быть выполнен с возможностью обеспечения энергией блока обработки данных. Коннектор блока памяти может быть выполнен с возможностью передачи данных между коннектором и блоком обработки данных (например, когда блок памяти соединен с коннектором). Шарнирно-неподвижная опора согласно настоящему изобретению может быть выполнена с подсоединением блока памяти к коннектору блока памяти, а источника питания к коннектору источника питания и способна выполнять способ по некоторым аспектам описываемого изобретения.
В настоящем изобретении предложен также способ изготовления шарнирно-неподвижной опоры, в котором названную опору собирают из опорной стойки и системы измерения нагрузок и обработки их данных, включающей в себя блок обработки данных, коннектор запоминающего устройства, коннектор источника питания и средство измерения нагрузок, при этом средство измерения нагрузок устанавливают на или внутрь опорной стойки, а блок обработки данных, коннектор блока памяти и коннектор источника питания устанавливают внутри опорной стойки, после чего подключают питание к системе измерения нагрузок и обработки их данных, независимо задают условия известных параметров в системе измерения нагрузок и обработки их данных, после этого измеряют по меньшей мере один сигнал на выходе системы измерения нагрузок и обработки данных и затем регулируют калибровочные установочные значения системы измерения нагрузок и обработки данных в зависимости как от условий независимо заданных известных параметров, так и от по меньшей мере одного измеренного выходного сигнала.
Условия независимо заданных известных параметров, которые могут заводиться в систему измерения нагрузок и обработки их данных, могут быть, например, известными электрическими сигналами или могут быть в виде известных нагрузок, полученных средствами, измеряющими нагрузки. Операции, приведенные выше, не обязательно проводить в той последовательности, как они были представлены. Например, особенно для случая, когда операция задания условий известных параметров в системе измерения нагрузок и обработки их данных представляет собой приложение электрических сигналов, операция регулирования установочных калибровочных значений может быть выполнена до монтажа компонентов опоры на или внутри опорной стойки. Установочные калибровочные значения могут включать одну или несколько групп установок, содержащих коэффициент усиления, сдвиг нуля отсчета и температурный коэффициент. Изготовленная таким образом шарнирно-неподвижная опора может быть устройством, выполненным в соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения. Например, способ изготовления может также включать операции соединения блока памяти с коннектором блока памяти и соединения источника питания с коннектором источника питания.
В изобретении также предложен летательный аппарат, содержащий группу шасси, причем каждое шасси содержит шарнирно-неподвижную опору, выполненную в соответствии с аспектами настоящего изобретения. Использование группы опорных стоек может дать возможность проведения мониторинга и снятия данных о распределении нагрузок от шасси к шасси. Из информации о переходе нагрузок от шасси к шасси можно получить информацию, относящуюся к расчету распределения нагрузок по летательному аппарату.
Краткое описание чертежей
В качестве примера один из вариантов выполнения изобретения далее будет описан со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи.
На фиг.1 представлена опорная стойка с расположенной в ней системой измерения данных.
На фиг.2 дана блок-схема, иллюстрирующая работу системы измерения данных в опорной стойке.
На фиг.3 дана блок-схема, иллюстрирующая различные состояния системы измерения данных.
Осуществление изобретения
На фиг.1 представлена опорная стойка 2 в поперечном сечении. Опорная стойка может представлять собой опорную стойку, соединяющую элементы или компоненты, которые вместе образуют конструкцию штифтового соединения, описанную в Патенте US 6273613. В основном опорная стойка 2 имеет вид полой цилиндрической трубы с габаритами примерно 500 мм в длину и примерно 130 мм в диаметре.
В опорной стойке 2 размещены различные компоненты. На внутренней поверхности опорной стойки 2 установлены восемь тензометрических датчиков 4. Четыре тензометрических датчика 4 расположены в одинаковом местоположении по длине опорной стойки 2 в плоскости 6а постоянного сдвигового напряжения. Другая группа из четырех тензометрических датчиков 4b расположена аналогичным образом во второй плоскости 6b постоянного сдвигового напряжения. Таким образом, вместе все восемь тензометрических датчиков 4 могут измерять нагрузки, направленные по координатам X, Y, Z, а также измерять скручивающие нагрузки. Каждая плоскость постоянного сдвигового напряжения сформирована по окружности опорной стойки с помощью паза во втулке (отдельно не показана), причем втулки с пазами создают постоянное сдвиговое напряжение таким же образом, как пазы, показанные в опорной стойке, раскрытой в Патенте US 6273613. Однако могут быть использованы внешние несущие опорные конструкции опорной стойки, чтобы, в основном, конструкция осталась аналогичной существующим опорным стойкам.
В опорную стойку 2 размещены различные электронные устройства, выполненные в том числе и на печатных платах, в которые входят печатные платы 8 предварительного формирования сигналов, печатные платы 10 блока обработки данных и блок памяти 12. Питание к различным компонентам подается от источника 14 питания на гальванических элементах. Используют литий-ионные гальванические элементы.
Кроме тензометрических датчиков 4 установлены также другие измерительные устройства, в которые входят акселерометры 17, смонтированные внутри опорной стойки, и несколько устройств, установленных снаружи опорной стойки и включающих датчик давления (не показан), обеспечивающий измерение гидравлического давления в опорной стойке шасси с масляными амортизаторами, и датчик смещения (также не показан), измеряющий ход стоек шасси с масляными амортизаторами (то есть ход амортизатора, как основной поглощающей удар части шасси). Датчик давления для измерения гидравлического давления содержит тензометрический датчик и поэтому имеет уровень выходного сигнала такой же, как у тензометрических датчиков 4, используемых в настоящем варианте изобретения. Для передачи данных в и из системы измерения данных, содержащей различные печатные платы, установлен коннектор 16 в виде колодки с гнездами (гнездовой коннектор). Таким образом, гнездовой коннектор обеспечивает электрическое и физическое соединение для подключения к опорной стойке переносного компьютера. Таким путем переносной компьютер может быть подключен к электронным устройствам в опорной стойке и использован для введения/изменения начальных установок и диагностики проблем или выявления неисправностей.
Смазка опорной стойки в соответствии с известными способами производится с помощью смазочной трубки 18.
Перед установкой опорной стойки 2 ее предварительно калибруют путем приложения к ней нагрузок на нагрузочном стенде и подбора калибровочных предварительных установок для компонентов, размещенных на печатных платах, с целью компенсации ошибок, связанных с наличием допусков в компонентах опорной стойки 2. Затем опорную стойку устанавливают на свое место на летательном аппарате. В данном случае опорная стойка 2 служит поворотной стойкой балки тележки шасси (понятно, что аналогичные конструкции стоек могут быть использованы в летательном аппарате для других целей, например, как опорная стойка бокового подкоса).
В процессе работы блок 10 обработки данных в опорной стойке 2 проводит мониторинг и регистрацию данных, касающихся нагрузок, измеренных тензометрическими датчиками 4, и заносит эти данные в сменную часть блока памяти 12 (в виде запоминающего устройства на компактной флэш-карте, которое отдельно на фиг.1 не показано).
Регистрация данных происходит только, когда к опорной стойке 2 приложены нагрузки. Таким образом, когда шасси (не показано) выведено в отсек для шасси, система находится в неактивном режиме/режиме экономии энергии, что увеличивает срок службы гальванических элементов. Опорная стойка 2 остается в неактивном режиме экономии энергии до тех пор, пока не произойдет изменение состояния, требующее регистрации данных.
Данные регистрируют вышеописанным способом в течение примерно девяти недель. После этого периода данные, зарегистрированные в запоминающем устройстве на компактной флэш-карте, входящем в блок памяти 12, выводят путем снятия запоминающего устройства и замены его на новое с незаполненной компактной флэш-картой. Одновременно со снятием заполненного запоминающего устройства на флэш-карте проверяют также состояние опорной стойки 2 и производят, если нужно, перезарядку гальванических элементов или их замену.
Ниже система измерения нагрузок и обработки их данных будет описана более подробно со ссылкой на фиг.2, на которой представлена блок-схема, отражающая выполняемые системой функции. На блок-схеме показаны несколько датчиков 5, печатные платы 8 предварительного формирования сигнала (отображенные блоком 8, данным в пунктирных линиях), блок 10 обработки данных (блок, обозначенный позицией 10), блок памяти 12 (блок, обозначенный позицией 12), источник питания 14 и гнездовой коннектор 16 для передачи данных в блок 10 обработки данных и от него. Далее будут описаны различные компоненты, составляющие представленную на фиг.2 систему измерения нагрузок и обработки их данных.
В датчики 5 входят тензометрические датчики 4, акселерометры 17, датчик гидравлического давления (не показан) и датчик смещения (не показан). Восемь тензометрических датчиков выдают четыре дифференциальных сигнала тензометрических датчиков, и акселерометры выдают по трем каналам данные о ускорении (по одному каналу на каждую ортогональную ось). Каждый из датчиков гидравлического давления и смещения выдает один поток результатов измерений. Поэтому среди девяти каналов имеются общие каналы (на фиг.2 показаны только восемь каналов).
Блок 10 обработки данных построен на основе интегральной схемы микропроцессора (или нескольких интегральных схемах). Каждый из датчиков 5 посылает сигналы в соответствующий блок 8 формирования сигнала, который в процессе работы изменяет величину и длительность сигнала так, чтобы они соответствовали требованиям по уровням входных сигналов мультиплексора 20 (входящего в блок 10 обработки данных), в который поступают сформированные сигналы с датчиков 5. В мультиплексоре 20 производится выборка сформированных сигналов, последовательно поступающих с блоков 8 формирования сигналов, и затем сигналы с мультиплексора под управлением центрального процессора 22 микроконвертора передаются в блок памяти 12. Сигналы с мультиплексора проходят через аналого-цифровой преобразователь 24 и логический блок 26 прямого доступа в память, управляющий поступлением потока данных с аналого-цифрового преобразователя 24 в блок памяти 12.
Блок памяти 12 содержит буферную память 28, в которой накапливаются исходные данные с аналого-цифрового преобразователя 24 при работе системы в режиме измерения и обработки данных. В блок памяти 12 входит также съемное запоминающее устройство 30 на компактной флэш-карте, используемое для хранения большого объема данных. После завершения цикла измерения и обработки исходные данные, накопленные в буферной памяти 28, форматируются и затем сохраняются в устройстве 30 на флэш-карте в виде файла с уникальным именем, присваиваемым зарегистрированным в данном цикле данным. Каждый датчик производит примерно 500 измерений в секунду. За девять недель обычный объем данных, накопленных на флэш-карте, составил бы примерно 6 Гб.
Как было сказано, процесс регистрации данных и управления блоком 10 обработки данных, в основном, осуществляется через центральный процессор 22 микроконвертора, внутренняя архитектура которого основана на микросхемах серии 8051. Центральный процессор 22 микроконвертора связан с системными таймерами 32, включающими часы реального времени, кодовым перепрограммируемым энергонезависимым запоминающим устройством (ППЗУ) 34, в котором хранится изменяемое и постоянное программное обеспечение, обеспечивающее работу системы измерения данных, таймером 36 запуска, запрограммированным на переключение системы из ждущего режима, используемого для экономии энергии, в активный режим, рабочей областью 38 памяти с прямым доступом (энергозависимая память), используемой микроконвертером 22 для формирования стека и хранения временных переменных системы, и внешним последовательным интерфейсом 40 на шине RS232, обеспечивающим связь с внешними устройствами через внешний терминал 42.
Питание на блок 10 обработки данных подается от источника 14 питания через блок 44 питания и регуляторов, содержащий схему поддержания заданного напряжения и его стабилизации при свежих гальванических элементах, так чтобы оно подходило для использования различными компонентами блока 10 обработки данных.
Программное обеспечение, зашитое в кодовое ППЗУ 34, включает различные модули, рассматриваемые ниже.
Модуль включения/самопроверки подачи питания выполнен с возможностью вызова сразу после включения устройства для проверки работы устройств программного обеспечения перед вызовом основных программных блоков (приложений). Он сначала проводит тестирование микросхем основных блоков, таких как центральный процессор 22, память 38 с прямым доступом и периферия, прежде чем перейти к тестированию внешних, не входящих в микросхему устройств, таких как блок 8 формирования сигналов, буферная память 28, регулятор 44 питания и память 30 на флэш-карте.
Модуль обеспечения безопасности и восстановления выполнен так, что пытается восстановить систему и определить причину в случае сбоя или выхода из строя. В зависимости от характера сбоя устройство может перезапуститься в нормальный режим работы, полностью выключить питание или перейти в неопределенное состояние. Во всех случаях делаются попытки собрать как можно больше информации об ошибке и сохранить ее в энергонезависимой памяти, чтобы режим сбоя мог быть идентифицирован при очередном сервисном обслуживании.
Модуль мониторинга состояния системы выполнен с возможностью отслеживания состояния системы, контроля нормального или с отклонениями режима работы и подтверждения того, что оборудование работает в пределах заданных режимов. Он запускается периодически во время неактивного состояния системы, когда не происходит снятия данных.
Модуль регулировки питания выполнен с возможностью координации переключения подачи питания на различные части системы в зависимости от меняющихся потребностей системы. Он также определяет уровень разрядки гальванических элементов и передает эту информацию (то есть состояние системы) в другие модули, чтобы можно было провести мониторинг остаточного срока службы гальванических элементов.
Модуль часов реального времени ответственен за установку и поддержание достоверности отсчетов времени дня/реального времени. Он выдает информацию о времени дня/дате/месяце/годе в модуль системы на компактной флэш-карте для привязки данных измерений ко времени.
Модуль управления запуском ответственен за инициализацию и управление работой таймера 36 отключения/включения питания. Он также принимает участие в регулировании перехода системы между состоянием экономии энергии и состояниями сбора и регистрации данных (более подробно описаны далее).
Модуль измерения данных и их обработки выполнен с возможностью управления процессом сбора данных и передачи координат, откуда данные получены, с аналого-цифрового преобразователя 24 в буферную память 28. Он инициализирует буферную память 28 в соответствии с поступающими отсчетами по каналам датчиков и в нужной последовательности, подготавливает к работе аналого-цифровой преобразователь 24, запускает при передаче данных режим прямого доступа в память и передает управление модулю компактного устройства записи данных по окончании цикла сбора данных.
Модуль на компактной флэш-карте выполнен с возможностью форматирования полученных в цикле сбора данных с буферной памяти 28 в определенный поток байтов и сохранения его с уникальной временной меткой на компактной флэш-карте 30 памяти. Он также ответственен за другие тесты, относящиеся к состоянию системы, необходимые для работы модуля записи состояния системы и возникших ошибок.
Модуль внешнего интерфейса выполнен с возможностью выдачи текстового меню на основе пользовательского интерфейса для связи с внешними устройствами, такими как терминалы или переносные компьютеры, а также вывода командной строки для ввода программных операций. Он также дает возможность для ввода данных калибровки, мониторинга системы и данных восстановления с компактной флэш-карты в заданное устройство обработки данных файлов.
Модуль регистрации состояния системы и ошибок выполнен с возможностью сбора информации о состоянии с различных подсистем, форматирования данных и сохранения в виде файла с присвоенным именем на компактной флэш-карте 30 памяти. Например, записанные данные могут содержать номер цикла сбора данных, текущее значение напряжения гальванических элементов, значения минимальной и максимальной температуры системы. Он также присваивает временную метку и регистрирует отклоняющиеся от нормы события, включая любой случай простоя системы обеспечения безопасности. Модуль также инициирует отключение системы при возникновении фатальной ошибки (например, при падении напряжения гальванических элементов или при заполнении памяти компактной флэш-карты).
Модуль управления системой и диспетчеризации управляет и координирует работу всех прикладных модулей системы и их взаимодействие. Процесс диспетчеризации выполняется как простой процесс перехода состояний системы для экономного расходования ресурсов системы.
Введены также модули драйверов отдельных устройств, связанные непосредственно с устройств программного обеспечения. Они обеспечивают связь между прикладными программными модулями устройства и оборудованием, а также представляют детали функционирования оборудования в виде абстрактных объектов для передачи в блоки обработки данных более высокого уровня.
Уже было упомянуто, что в системе осуществляется переход между состояниями, предусмотрены средства для снижения расхода энергии и введен программный модуль, управляющий режимом запуска. Как видно на фиг.3, имеется четыре основных состояния, в которых может находиться система, а именно состояние 46 регистрации данных (сбора данных), режим 48 пониженного потребления энергии, состояние 50 контроля активности и состояние 52 передачи данных. Система обычно находится в одном из состояний, что представлено диаграммой на фиг.3. В режиме 48 пониженного потребления энергии активным остается только таймер запуска, и, следовательно, расход энергии минимален. В состоянии 50 контроля активности система проверяет активность различных датчиков 5 в течение примерно 10 миллисекунд. В состоянии 46 регистрации (сбора) данных данные, полученные с датчиков 5, накапливаются в буферной памяти 28. В состоянии 52 передачи данных данные передаются из буферной памяти 28 в память 30 на компактной флэш-карте.
На фиг.3 стрелками под номерами от 54 до 64 показаны возможные переходы между состояниями. При нахождении в режиме 48 пониженного потребления энергии таймер запуска каждую секунду переводит систему в состояние контроля активности (стрелка 54). Кроме того, если в режиме 48 пониженного потребления энергии появляется действие, отличное от изменений нагрузки, которое может потребовать регистрации данных (например, шасси переместилось из отсека для шасси в рабочее положение), система переходит в состояние 50 контроля активности. При нахождении в состоянии 50 контроля активности проверяется активность датчиков, и если активность ниже заданного порога, состояние системы возвращается (стрелка 58) в режим 48 пониженного потребления энергии. Однако, если активность датчиков выше заданного порога, система переходит (стрелка 60) в состояние 46 регистрации данных. Таким образом, если нагрузки на тензометрические датчики 4 остаются, в основном, неизменными для данного местоположения по длине, система может вернуться в режим пониженного потребления энергии и пребывать в нем до тех пор, пока не обнаружатся изменения нагрузок.
При нахождении системы в состоянии 46 регистрации данных ее состояние изменяется только после того, как будут зарегистрированы все необходимые данные (что может быть задано истечением установленного временного периода и/или может быть определено моментом, когда активность датчика снижается ниже заданного порога). Например, если при измерении за заданный промежуток времени не происходит существенных изменений параметров, система выйдет из состояния 46 регистрации данных. Затем система переходит (стрелка 62) в состояние 52 передачи данных. По завершении передачи всех данных из буферной памяти 28 в память 30 на компактной флэш-карте система переходит (стрелка 64) из состояния передачи данных в режим 48 пониженного потребления энергии. Как уже упоминалось, система фактически может находиться одновременно в двух состояниях, то есть быть в двух активных состояниях. Например, в состоянии 46 регистрации данных, если емкость буферной памяти 28 полностью загружена, может возникнуть необходимость передавать данные из буферной памяти 28 в память 30 на компактной флэш-карте, хотя регистрация данных еще продолжается.
Практически данные регистрируют во время взлета и посадки и поэтому измерения снимают как во время нахождения летательного аппарата на земле, так и в воздухе. В качестве примера рассмотрим полетное время, равное 1 часу, при этом время, потраченное на регистрацию данных при нахождении летательного аппарата в воздухе, составило бы примерно 10 мин, а время, потраченное на регистрацию данных при движении на земле, составило бы примерно 20 мин на один полет. За девятинедельный период система могла бы, как правило, работать в режиме пониженного потребления энергии примерно 1250 часов и при работе не в режиме пониженного потребления энергии в течение примерно 250 часов (находясь при этом преимущественно в режиме 46 регистрации данных). Как уже упоминалось, данные, сохраненные в устройстве 30 памяти на компактной флэш-карте, можно снимать однажды за 9 недель путем снятия устройства 30 памяти на компактной флэш-карте. Кроме того, когда представляется нецелесообразным удалять съемное устройство 30 памяти на компактной флэш-карте, можно использовать переносной компьютер для снятия небольших объемов данных, зарегистрированных в блоке памяти 12. Эти данные могут быть сняты путем подсоединения переносного компьютера к блоку памяти 12 через гнездовой коннектор 16.
Опорная стойка 2 может быть использована как часть испытательной системы или как часть штатного устройства. При использовании данных, полученных на испытательных системах, они наряду с другими данными могут быть использованы для совершенствования процесса моделирования шасси и летательного аппарата и в итоге для улучшения их конструкции. Так же могут быть использованы данные, полученные в штатном режиме работы. Кроме того, данные, полученные в штатном режиме, можно использовать для совершенствования моделирования и/или конструкции шасси и летательного аппарата в сочетании с данными полетных испытаний, полученными другими средствами. При работе в штатном режиме данные, регистрируемые с помощью опорной стойки 2, могут быть использованы различным образом. Данные можно использовать для мониторинга усталостных нагрузок. Данные можно использовать для получения информации о непредвиденно высоких или разностных нагрузках (таких как нагрузки, возникающие при жесткой посадке или при выходе за взлетную полосу). Данные можно использовать для получения информации об ожидаемом сроке службы шасси или других компонентов летательного аппарата. Полученные с использованием опорной стойки данные могут быть применены в расчетах нагрузок, испытываемых шасси за данное время, опорную стойку можно использовать для подсчета распределения веса летательного аппарата, приходящегося на тележки шасси (если соответствующие опорные стойки установлены во все шасси летательного аппарата). Такую информацию можно затем использовать для обеспечения наземных служб непосредственными и точными данными (используя переносной компьютер, подсоединенный через интерфейс 16 опорной стойки), касающимися не только веса летательного аппарата, но также распределения этого веса по летательному аппарату. Таким образом, опорную стойку 2 можно использовать для получения информации о "весе и балансе" (то есть информации, касающейся распределения веса вдоль продольной оси летательного аппарата, которая обычно необходима для гарантии безопасного взлета) и информации о "распределении груза", касающейся распределения груза между правым и левым бортами.
Можно будет видеть, что с помощью опорной стойки 2 можно достигать различных целей. Ее использование позволяет изучить на современном уровне и репрезентативно широкий спектр прилагаемых к шасси нагрузок, получая информацию о величине нагрузок, связанных с совершаемыми летательным аппаратом в штатном режиме маневрами, и частоте возникновения таких нагрузок и проведения маневров. Ее использование позволяет изучить на современном уровне и репрезентативно широкий спектр данных, относящихся к чувствительным к износу частям, получая информацию о величине смещений, связанных с нагрузками и совершаемыми летательным аппаратом в штатном режиме маневрами, и частоте возникновения таких смещений при проведении маневров. Использование опорной стойки также увеличивает возможности для исследования событий в штатном режиме за счет детального измерения нагрузок и других параметров шасси при посадке и проведении различных маневров. Кроме того, оно дает информацию, касающуюся динамики устройств шасси и взаимодействия в процессе маневров, за счет анализа данных и применения имитационного моделирования.
Опорная стойка, выполненная как автономное устройство, может быть легко модернизирована для большинства летательных аппаратов без необходимости каких-либо изменений в конструкции летательного аппарата или существующих систем летательного аппарата. Опорная стойка и система измерений, сбора данных и их обработки могут служить частью новой системы мониторинга состояния шасси, в которую можно периодически загружать данные, зарегистрированные с помощью опорной стойки, и затем использовать вместе с другими данными для оценки и мониторинга конструктивной надежности шасси.
Хотя настоящее изобретение рассмотрено и проиллюстрировано только одним частным вариантом выполнения, для специалистов в данной области техники понятно, что изобретение открывает возможность дли различных изменений, конкретно в данном описании не отраженных. Поэтому для определения действительных рамок настоящего изобретения необходимо обращаться к формуле изобретения. Далее исключительно в качестве примера будут рассмотрены некоторые модификации вышеописанного варианта выполнения.
В соответствии с вариантом системы, описанным выше, система содержит девять каналов датчиков, объединяемых одним мультиплексором и аналого-цифровым преобразователем. Однако понятно, что функции блока 10 обработки данных и блока 8 формирования сигналов могли бы быть выделены в отдельные подсистемы. Например, могут быть две отдельные подсистемы, каждая поддерживающая восемь каналов датчиков, обеспечивая тем самым шестнадцать каналов датчиков, что дает возможность использовать при необходимости семь дополнительных входов для других целей. Например, микроконвертор модели ADUC831 фирмы Analogue Devices Inc. (смотри www. analogue. com) имеет восемь таких каналов.
Опорная стойка может иметь пазы, выполненные на ее наружной поверхности, для создания областей постоянного сдвигового напряжения таким же образом, как пазы, выполненные в опорной стойке, описанной в Патенте US 6273613.
Необходимости в прямом измерении скручивающих нагрузок не возникает, так как их можно подсчитать на основе данных измерения ортогональных нагрузок. Например, вертикальный крутящий момент может быть подсчитан, исходя из нагрузки, направленной по оси X. В конкретном варианте выполнения такой расчет относительно прозрачен, так как опорная стойка тележки шасси выполнена без возможности поворота в каркасе тележки. Меры препятствия повороту обязательно заложены в конструкцию, так чтобы не вводить дополнительного напряжения или прилагаемой нагрузке. Еще в одном варианте выполнения в опорной стойке тележки установлен гироскопический компас для определения положения опорной стойки и выстраивания в нужной последовательности отсчетов тензометрических датчиков.
Вместо использования съемного запоминающего устройства на флэш-карте данные, полученные системой в альтернативе, можно хранить в памяти и затем загружать целиком из опорной стойки в переносной компьютер через соответствующее соединение/интерфейс. Понятно, что предназначенный для передачи данных гнездовой коннектор может представлять собой любое другое устройство для обеспечения передачи данных. Для обеспечения такой передачи могут быть использованы протоколы беспроводной сети. Могут быть также использованы оптические устройства связи.
Как упоминалось выше, когда система находится в режиме пониженного потребления энергии то, если шасси переместилось из отсека для шасси в рабочее положение, система переходит в состояние контроля активности. Система могла бы, конечно, переходить непосредственно в состояние измерения и сбора данных.