БОРТОВАЯ ТОПЛИВОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ИДЕНТИФИКАЦИЕЙ МАРКИ ТОПЛИВА ПО ЕГО ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ

Бортовая топливоизмерительная система с идентификацией марки топлива
по его характеристическим параметрам
Предлагаемая полезная модель относится к авиаприборостроению и может быть использована для контроля запаса топлива в топливных баках топливной системы самолета.
Известна топливоизмерительная система, содержащая датчики уровня топлива в топливных баках самолета, блок преобразования и нормирования сигналов датчиков и бортовой вычислитель, содержащий устройство вычисления количества топлива в топливном баке в функции уровня топлива в баке с учетом геометрических характеристик этого бака и с коррекцией вычисленного в бортовом вычислителе запаса топлива на борту самолета по измеренным текущим значениям углов крена и тангажа самолета. Л. Б. Лещинер и др. Проектирование топливных систем, М., «Машиностроение, стр.30-32, 1991.
Недостатком этой системы является наличие значительной методической эволютивной погрешности определения запаса топлива на борту самолета, возникающей при пространственных эволюциях самолета, во-первых, вследствие того, что в бортовом вычислителе корректируется не запас топлива в каждом отдельном топливном баке, а сразу весь запас топлива на борту самолета и, во-вторых, из-за того, что при пространственных эволюциях углы крена и тангажа самолета могут значительно отличаться от углов наклона поверхности топлива в баке.
От этого недостатка частично свободна наиболее близкая к предлагаемой и принятая за прототип топливоизмерительная система самолета Патент Российской
°B64D 37/00
Федерации № 2156444, МКИ GO IF 23/26, B64D 37/00, опубл. 2000 г, содержащая
датчики уровня топлива и датчики углов наклона поверхности топлива, установленные в топливных баках самолета, датчик температуры топлива, установленный в одном из топливных баков самолета, блок преобразования и нормирования сигналов упомянутых датчиков, блок геометрических характеристик баков, суммирующее устройство и бортовой вычислитель, содержащий формирователь параметров топлива и устройство вычисления объема топлива в баке, состоящее из формирователя функции., объема, формирователя функции наклона и блока выбора и сравнения, причем выход каждого из датчиков уровня топлива и углов наклона поверхности топлива, а также выход датчика температуры топлива соединен с соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, уровнемерные входы устройства вычисления объема топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, входы исходных данных этого устройства подключены к выходам блока геометрических характеристик баков, а температурный вход формирователя параметров топлива соединен с соответствующим выходом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков.
Однако известная топливоизмерительная система характеризуется тремя недостатками, затрудняющими ее использование на борту самолета.
В этой системе предусмотрена возможность определения массового запаса топлива на борту самолета путем коррекции в формирователе параметров топлива, входящем в состав бортового вычислителя, вычисленного значения объемного запаса топлива на борту самолета по температуре и характеристическим
d Offoi/
параметрам топлива. Однако операция коррекции объемного запаса топлива на борту самолета сопровождается значительной методической погрешностью, т.к. температура топлива в известной системе измеряется с помощью единственного датчика температуры, установленного только в одном из топливных баков самолета, а текущие значения характеристических параметров топлива в известной системе вообще не измеряются с помощью соответствующих датчиков, а вычисляются в формирователе параметров топлива на основании номинальных паспортных данных заправленного топлива, которые вводят в память формирователя при предполетной подготовке самолета, например, на основании номинальной плотности Ро; топлива марки М; при температуре .
Первым недостатком известной системы является наличие значительной методической погрешности определения массового запаса топлива на борту самолета.
Указанный недостаток вызван двумя причинами.
Во-первых, определение средней температуры всего топлива, находящегося в нескольких баках топливной системы самолета, по температуре, измеренной только в одном из этих баков, связано со значительной погрешностью усреднения, вызванной реально существующим разбросом температур топлива между отдельными топливными баками. Разброс температуры топлива между отдельными баками топливной системы может достигать при эксплуатации самолета величины ± 35°С. Например, в случае нескольких последовательных дозаправок самолета, не полностью израсходовавшего запас топлива в предыдущем перелете, в аэропортах, расположенных в меридиональном направлении, с температурами заправляемого топлива -  (в северном
3(MOduldiOffoL/
аэропорту) и + 35°С (в южном аэропорту), температуры топлива в различных баках могут отличаться между собой на 70°С.
Во-вторых, определение фактических параметров заправленного топлива в бортовом вычислителе известной системы производится не на основе измеряемых текущих значений характеристических параметров топлива, а по номинальным значениям этих параметров, указанным в сопроводительном паспорте на заправленное топливо, что также сопровождается значительной ошибкой, вызванной отклонением фактических значений параметров от номинальных. В качестве номинального параметра при определении массового запаса топлива путем коррекции вычисленного объемного запаса обычно используется характеристический параметр р, заправленного топлива - номинальная плотность
топлива марки Mj при нормальной температуре.
Однако, при перелете дальнемагистрального самолета с дозаправками в нескольких аэропортах топливами различных марок, достоверно установить какоелибо конкретное значение плотности топлива в баке без измерения фактических характеристических параметров топлива в этом баке становится затруднительным, т.к. разные баки самолета могут оказаться заполненными топливами различных марок, а некоторые из баков - смесью топлив различных марок. При этом разброс плотности топлив различных марок, находящихся в различных баках самолета, даже при одинаковой температуре топлива может достигать ± 4%, а при разбросе температур топлива в различных баках с учетом температурного коэффициента плотности топлива, составляющего около 0,1 % на градус, может достигать в диапазоне температур от + 35°С до - 35°С величины + 7 % См., напр., справочник «Свойства авиационных топлив («Aviation fuel properties). Atlanta, Georqia, 1988.
4i oUf OfioL/
т.к. сертификационные авиационные требования Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов. Приложение 8.0; Специальные требования. П 8.8.10; п.2.1; -М., 1987.  безусловно требуют измерения массового запаса топлива на борту самолета с погрешностью, не превышающей ±3,5 % во всех условиях эксплуатации, и, в том числе, при любых, разрешенных для данного класса самолетов, марках заправленного топлива или смеси топлив различных марок, то очевидно, что известная система фактически не может быть применена для определения массового запаса топлива на борту гражданского транспортного самолета, так как не соответствует сертификационным требованиям по точности измерения.
Вторым недостатком известной системы является невозможность определения массового запаса топлива в каждом отдельном баке топливной системы самолета.
Известная система позволяет определить только суммарный массовый запас топлива на борту самолета. Этот недостаток обусловлен тем, что определение массового запаса топлива в известной системе производится путем коррекции суммарного объемного запаса топлива на борту самолета, что не дает возможности определения массового запаса топлива в отдельном баке. Поскольку вышеупомянутые единые нормы летной годности самолетов безусловно требуют измерения массового запаса топлива в каждом отдельном топливном баке самолета, то известная система не отвечает сертификационным требованиям и не может быть использована на борту самолета.
5AWMoLO oU
Третьим недостатком известной системы является использование бортовых датчиков угла наклона поверхности топлива для измерения текущих значений угла наклона поверхности топлива в топливных баках самолета.
К сожалению, в описании изобретения к упомянутому патенту № 21564444 на известную систему отсутствуют сведения, подтверждающие возможность осуществления бортового датчика угла наклона поверхности топлива в топливном баке самолета.
В известной технической литературе .также отсутствуют сведения о применении таких датчиков на борту самолета. Известные датчики угла наклона, описанные в технической литературе и щироко используемые на борту самолета, измеряют не углы наклона поверхности топлива, а углы наклона самого самолета в вертикальной и горизонтальной плоскостях (углы крена и тангажа самолета). Однако при пространственных эволюциях самолета углы крена и тангажа могут существенно отличаться от углов наклона поверхности топлива в баке.
Известные датчики угла наклона поверхности жидкости, описанные в технической литературе: буйковые датчики, содержащие плавающий на поверхности жидкости поплавковый буй с указателями углового положения буя, и жидкостные датчики, содержащие установленный в баке сосуд, представляющий собой уменьщенную геометрическую модель бака, заполненный постоянным количеством эталонной жидкости, с указателями углового положения поверхности этой жидкости, предназначены для использования в сугубо стационарных условиях, когда поверхность контролируемой ими жидкости находится в спокойном состоянии.
6djOOdfoLOff
В нестационарных условиях показания этих датчиков характеризуются значительной погрешностью измерения, что затрудняет их использование в топливных баках самолета при пространственных эволюциях последнего. В связи с этим использование датчиков угла наклона поверхности топлива в известной бортовой топливоизмерительной системе самолета не только усложняет эту систему, но и вызывает существенную методическую эволютивную погрешность определения объемного запаса топлива в баке, а, следовательно, и массового запаса топлива на борту самолета.
Для уменьшения влияния первого из отмеченных недостатков известной системы на точность определения массового запаса топлива на борту самолета в предлагаемой полезной модели, в отличие от известной системы, в которой массовый запас топлива на борту самолета определяется путем преобразования объемного запаса топлива на борту самолета, полученного суммированием в суммируюш,ем устройстве объемов топлива в каждом отдельном баке, вычисленных в устройстве вычисления объема топлива в баке, входящем в состав бортового вычислителя, в массовый запас топлива на борту самолета путем коррекции объемного запаса топлива на борту самолета в формирователе параметров топлива, входящем в состав бортового вычислителя, на основе паспортных данных о номинальных значениях характеристических параметров топлива, заправленного в топливные баки при предполетной подготовке самолета, и текущих значений температуры топлива, измеряемой в процессе полета только в одном из топливных баков, предложена топливоизмерительная система, в которой массовый запас топлива на борту самолета определяется методом преобразования объемного запаса топлива в баке, вычисленного в устройстве вычисления объема
7C MdfMffoU
топлива в баке, входящем в состав бортового вычислителя, путем коррекции
объемного запаса в массовый запас топлива в этом баке на основе измеряемых в процессе полета текущих значений характеристических параметров и температуры топлива в каждом баке, с идентификацией в бортовом вычислителе марки фактически содержащегося в баке топлива по характеристическим параметрам топлива в каждом баке, определением в бортовом вычислителе фактической плотности топлива по идентифицированной марке топлива в каждом баке, коррекцией в формирователе параметров топлива фактической плотности топлива в баке по температуре топлива в этом баке и определением массового запаса топлива на борту самолета путем суммирования в суммирующем устройстве массовых запасов топлива в каждом отдельном баке.
Для устранения второго недостатка известной системы в бортовом вычислителе предлагаемой системы определяется массовый запас топлива в каждом баке.
С этой целью в бортовой вычислитель системы дополнительно введено устройство вычисления массы топлива в баке на основании поступающей на входы этого устройства информации об объеме топлива в баке и о фактической плотности топлива в баке, определяемой по идентифицированной в идентификаторе бортового вычислителя марке топлива в баке и по фактическому значению температуры топлива в этом баке.
Для уменьщения влияния третьего из отмеченных недостатков известной системы на точность определения запаса топлива в баке при пространственных эволюциях самолета в предлагаемой полезной модели, в отличие от известной топловоизмерительной системы, в которой объемный запас топлива в баке
8c oUfoiO f
определяется на основе измеряемых текущих значений уровня топлива в баке с использованием измеряемых соответствующими датчиками текущих значений углов наклона поверхности топлива в баке и, как исходных данных, геометрических характеристик бака, предложена топливоизмерительная система, в которой объемный запас топлива в баке определяется на основе текущих значений уровня топлива в баке, измеряемых не менее, чем в трех различных точках поверхности топлива в баке, не лежащих на одной прямой линии, с использованием, как исходных данных, геометрических характеристик бака, что позволяет вычислять объем топлива в баке при пространственных эволюциях самолета без использования дополнительной информации о текущих значениях углов наклона поверхности топлива в баке и без учета влияния эволютивной погрещности измерения углов наклона поверхности топлива на точность определения запаса топлива в баке.
Таким образом, в основу предлагаемой полезной модели поставлена задача повыщения точности определения массового запаса топлива на борту самолета при пространственных эволюциях самолета, разбросе температур и марок топлива, находящегося в различных баках топливной системы самолета, а также задача определения массового запаса топлива в каждом топливном баке.
Поставленная задача достигается тем, что в топливоизмерительной системе, содержащей датчики уровня топлива в топливных баках самолета, датчик температуры топлива в топливном баке, блок преобразования и нормирования сигналов датчиков, блок геометрических характеристик баков, суммирующее устройство и бортовой вычислитель, содержащий устройство вычисления объема топлива в баке и формирователь параметров топлива, причем выход каждого из
(L(
датчиков уровня топлива и выход датчика температуры топлива соединен с
соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, уровнемерные входы устройства вычисления объема топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, входы исходных данных этого устройства подключены к выходам блока геометрических характеристик баков, формирователь параметров топлива снабжен температурным входом, соединенным с соответствующим выходом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, новым является то, что в систему дополнительно введены датчики характеристических параметров топлива в топливных баках самолета: датчик диэлектрической проницаемости топлива, датчик теплопроводности топлива и датчик светопоглощения топливом, дополнительно для топливных баков, не содержащих датчиков температуры, введены датчики температуры топлива в баке, датчики уровня топлива установлены в топливном баке не менее, чем в трех его различных точках, не лежащих на одной прямой линии, в бортовой вычислитель введены устройство вычисления массы топлива в баке и идентификатор марки топлива в баке, формирователь параметров топлива снабжен дополнительными температурными входами по числу дополнительно введенных датчиков температуры топлива в баке, при этом выход каждого датчика характеристического параметра топлива и каждого дополнительного датчика температуры топлива соединен с соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, параметрические и температурные входы идентификатора марки топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, выходы этого
QJOdUfMff
идентификатора подключены ко идентификационным входам формирователя параметров топлива, снабженного дополнительными температурными входами, соединенными с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, выходы устройства вычисления объема топлива в баке подключены к первой группе входов устройства вычисления массы топлива в баке, вторая группа входов которого соединена с выходами формирователя параметров топлива, а выходы подключены ко входам суммирующего устройства.
Заявленная полезная модель поясняется представленной на Фигуре функциональной схемой предлагаемой топливоизмерительной системы.
Топливоизмерительная система содержит установленные в каждом из N топливных баков 1 топливной системы самолета датчики текущих параметров топлива: датчики 2 уровня (h) топлива, например, электроемкостные датчики уровня, датчики 3, 4 и 5, соответственно первого, второго и третьего характеристических параметров (J) топлива и датчик 6 температуры (t) топлива, например, терморезисторный датчик температуры. В каждом топливном баке 1 содержится не менее трех датчиков 2 уровня топлива, не лежащих на одной прямой линии, например, установленных, как это показано на виде «а бака 1, в трех различных точках этого бака, не лежащих на одной прямой линии. В качестве датчика 3 первого характеристического параметра топлива применен датчик диэлектрической проницаемости (е) топлива, в качестве датчика 4 второго характеристического параметра топлива применен датчик светопоглощения (k) топливом, а в качестве датчика 5 третьего характеристического параметра топлива - датчик теплопроводности (А,) топлива. Выходы датчиков 2, 3, 4, 5 и 6 каждого бака 1 подключены к одной из групп входов блока 7 преобразования и
JbQOdf(OffoU
нормирования сигналов датчиков, предназначенного для приведения к единому
нормализованному виду неунифицированных сигналов датчиков различных физических величин: уровня h, диэлектрической проницаемости 8, светопоглощения k, теплопроводности А, и температуры t.
Блок 7 имеет N групп входов (по числу N баков 1). Датчики 2, 3, 4, 5 и 6 каждого бака 1 подключены к группе входов блока 7, номер которой соответствует номеру этого бака, например, датчик 6 температуры топлива, установленный в первом баке 1, подключен к одному их входов первой группы входов - входу Вх ti блока 7, а датчик 2 уровня топлива, установленный в точке «2 N - ого бака 1, подключен к одному из входов N- ной группы входов - входу Вх Ьк2 блока 7. Выходы блока 7 соединены со входами бортового вычислителя 8, в состав которого входят электронные модули: устройство 9 вычисления объема топлива в баке, идентификатор 10 марки топлива в баке, формирователь И параметров топлива и устройство 12 вычисления массы топлива в баке; кроме того, в состав системы входят блок 13 геометрических характеристик баков, суммирующее устройством и формирователь 15 выходной информации.
Устройство 9 вычисления объема топлива в баке содержит группу уровнемерных входов и группу входов исходных данных. Уровнемерные входы Bxhii, Bxhn , Bxhi3, ... Bxhjvi, BxhN2  BxhN3 устройства 9 соединены с соответствующими выходами блока 7, а входы Вх (Ьп ,  , ЬзОх  Вх (bii , b2j , Ьзи)к исходных данных - с выходом блока 13 геометрических характеристик бака.
12M)oUdOf/oi/
Bx8i, Bxki, BxA,i, ... BxEN, BxkN, BxX,N идентификатора 10, предназначенные для приема нормализованных значений характеристических параметров топлива в баках, и температурные входы Bxtj, ... Вх1м идентификатора 10, предназначенные для приема нормализованных значений температуры топлива в баках, соединены с соответствующими выходами блока 7.
Выходы идентификатора 10 подключены к идентификационным входам BxMi, ... BxMN формирователя 11 параметров топлива, выходы которого соединены со входами второй группы входов Bxp(t)i, ... Bxp(t)N устройства 12 вычисления массы топлива в баке. Температурные входы Bxti, ... Bxtjv формирователя 11 подключены к соответствующим выходам блока 7, а первая группа входов BxVi,... ВхУм устройства 12 соединена с выходами устройства 9.
Выходы устройства 12 соединены со входами ВхШ ... Вхт суммирующего устройства 14 и со входами Bxmi ... BxmN формирователя 15 выходной информации.
Выход суммирующего устройства 14 соединен со входом Вхт формирователя 15 выходной информации, выход Вых m которого предназначен для выдачи во взаимодействующие системы самолета информации о массовом запасе m топлива на борту самолета, а выходы Выхт ...  - для выдачи во взаимодействующие системы самолета информации о массе т; топлива в отдельных топливных баках.
Датчик 3 первого характеристического параметра топлива представляет собой датчик диэлектрической проницаемости топлива, выполненный, например, в виде диэлектрометрической ячейки, содержащей конденсатор, величина выходного информативного параметра которого - электрической емкости 13JMdfdOlf
зависит от диэлектрической проницаемости 8 топлива, находящегося между
электродами конденсатора. Датчик 4 второго характеристического параметра топлива представляет собой датчик светопоглощения, выполненный, например, в виде оптометрической ячейки, содержащий два диода: светодиод, излучающий постоянный световой поток в инфракрасном диапазоне спектра, и фоточувствительный диод, величина выходного информативного параметра которого - силы фототока - определяется интенсивностью светового потока, зависящей, при прочих равных условиях, от показателя k поглощения света топливом, через слой которого проходит световой поток светодиода.
Датчик 5 третьего характеристического параметра топлива представляет собой датчик теплопроводности топлива, выполнеиный, например, в виде мерной ячейки теплопроводности, содержащей подогреваемый током терморезистор, температура которого при прочих равных условиях определяется теплопроводностью окружающей среды; при погружении мерной ячейки в топливо величина выходного информативного параметра терморезистора - его электросопротивления - зависит от теплопроводности Л, топлива.
При работе предлагаемой топливоизмерительной системы предварительно в бортовой вычислитель 8 и в блок 13 геометрических характеристик баков вводят исходные данные, алгоритмы преобразования и функциональные зависимости, необходимые для вычисления массового запаса топлива. Исходные данные вводят в память идентификатора 10, формирователя 11 и блока 13. Алгоритмы преобразования вводят в память идентификатора 10 и формирователя 11, математические зависимости вводят в память устройств 9 и 12, а также в память формирователя 11.
14(bOci oLOff
в память идентификатора 10 марки топлива в баке вводят два массива
исходных данных: массив (ai) характеристических констант топлива и массив (Mj) марок топлива в функции одного из характеристических параметров J; топлива, например параметра Xj, при конкретном значении t; температуры топлива. В память блока 13 геометрических характеристик бака вводят два массива исходных данных: массив (1,2 ... п, ... N) номеров топливных баков и массив (bii , b2i , Ьз1 ) констант для каждого бака, ставящих в соответствие любой паре значений (Ьц h2j) уровня топлива в точках «1 и «2 этого бака одно значение „ объема топлива в баке. В память формирователя 11 параметров топлива вводят массив исходных данных (Cj) о значениях номинальных плотностей pi топлива и температурных коэффициентов (З; плотности топлива для группы топлив известных марок, используемых на данном классе самолетов, и для смесей топлив этих марок. Кроме того, в память идентификатора 10 и формирователя 11 вводят алгоритмы преобразования исходных данных в выходные сигналы этих электронных модулей. В память устройств 9 и 12, а также в память формирователя 11 вводят функциональные зависимости, необходимые для вычисления объема и массы топлива в баке.
В процессе полета с выходов датчиков 2, 3, 4, 5 и 6, установленных в топливных баках 1, на входы Bxhn, Bxhi2 , Bxhi3, Bxsi, Bxki, BxXi , Bxti, ... Bxhivi, BxhN2  BxhN3, Bxsiv , BxkN, BxA,iv , Bxtjv блока 7 поступают сигналы о текущих значениях уровней, характеристических параметров и температуры топлива в каждом из топливных баков 1. В блоке 7 эти сигналы преобразуются к нормализованному виду и с соответствующих выходов блока поступают на соответствующие входы электронных модулей 9, 10 и 11 бортового вычислителя 8.
15 oL/olDffJ/
Нормализованные сигналы о текущих значениях трех различных уровней тонлива в каждом баке, измеренных в трех точках бака, не лежащих на одной прямой линии, поступают с выходов блока 7 на уровнемерные входы ВхЬц, Bxhn , Bxhi3, ... Bxhivi, BxhN2 5  устройства 9 вычисления объема топлива в баке, нормализованные сигналы о текущих значениях каждого из трех характеристических параметров г , kj и  топлива в каждом из N баков 1 поступают с выходов блока 7 на параметрические входы Bx8i, Bxki, BxA,i , ... Bx8N , BxkN, BxA-N идентификатора 10 марки топлива в баке, а нормализованные сигналы о температуре топлива в каждом баке - с выходов блока 7 на температурные входы Bxti, ... Bxtjv этого идентификатора и на температурные входы Bxti,... Bxtiv формирователя 11 параметров топлива.
В устройстве 9 вычисляется объем „ топлива в п-ном топливном баке 1 на основании поступающих на уровнемерные входы этого устройства нормализованных сигналов о текущих значениях уровней топлива, измеренных в трех различных точках бака, и исходных данных о геометрических характеристиках этого бака, поступающих с выходов блока 13 на входы Вх (bii , b2j , ЬзОь ... Вх (bii , b2j , Ьзй)м исходных данных устройства 9 в соответствии с введенной в память устройства 9 функциональной зависимостью
(1) (h,.,h,.,h3,;bj,,b,.,b,,X, где
функция F ставит в соответствие каждой тройке (h,.,hj.,h3) текущих значений
аргументов одно и только одно значение объема У„ топлива в п-ом баке, геометрические характеристики которого заданы массивом исходных данных констант (Ьц , b2i , Ьзи)п- Зависимость (1) может быть выражена, например, линейным полиномом
(2) У(Ь,И„ + Ь,.Ь,. + Ь,,Ь,,)„,где
коэффициенты Ь,(,Ь2.,Ьз характеризуют геометрию п-ного топливного бака, а уровни hj.jhj. и hj топлива измеряются в точках «1, «2 и «3 этого бака, не
лежащих на одной прямой линии.
Полином (2) может быть задан для каждого из N топливных баков,
например в численной форме, с помощью d квадратных численных матриц.
Каждая из таких матриц содержит d строк и d столбцов, причем каждая из строк,
в свою очередь, содержит d численных значений объема топлива,
соответствующих значениям hii, ... hu уровня топлива в точке «1 п-ного бака, и
d столбцов, каждый из которых содержит d численных значений объемов топлива,
соответствующих значениям h2i,... h2d уровня топлива в точке «2 п-ого бака. При
этом каждая из d квадратных матриц соответствует одному из d значений уровня
Ьз, ... hsd топлива в точке «3 п-ого бака. В целом, совокупность d квадратных
матриц представляет собой кубическую матрицу размерности d, содержащую d
дискретных численных значений объема топлива в каждом из 1, 2, ... п ... N
топливных баков 1. В качестве примера численной матрицы ниже приведена
матрица (3), содержащая d численных значений Уц ... Vjj объема топлива в
топливном баке № 4 в функции уровней hu и h2j топлива, соответственно, в точках
«1 и «2 этого бака.
17AWd{oiOff
(3)
cbOd(oiO(foi
18
Матрица значений объема V(hii, h2j)4 топлива в топливном баке № 4 при значении уровня Ьзй  const.
Данная матрица является одной из d квадратных матриц, каждая из которых соответствует одному из d численных значений hji, ... hjk ... Ьза уровня топлива в точке «3 топливного бака № 4. Матрица позволяет для любых двух значений (Ь, h2j) уровня топлива, измеренных, соответственно, в точках «1 и «2 четвертого бака, указать однозначно соответствующее им численное значение объема топлива в этом баке. Например, значениям (h, 24) уровня топлива отвечает значение 34 объема топлива. Третье значение h3k уровня топлива в точке «3 четвертого бака необходимо для выбора той из d квадратных матриц, которая соответствует значению Ьзи уровня, а именно, - матрицы с номером k. Выбор матрицы с номером k позволяет определить уточненное по значению h3k уровня топлива значение V34k объема топлива в топливном баке № 4. Данное значение объема вычисляют в модуле 9 в соответствии с полиномом (2):
V,(b,+b,.h,. + b3,h,J,.
Таким образом, в d матрицах типа (3) содержится d дискретных значений объема V4 топлива в топливном баке № 4, что позволяет вычислить объем топлива в этом баке с точностью до одного из d численных дискретных значений объема. Аналогичным образом вычисляют объем топлива и в любом другом баке 1
топливной системы самолета. Поскольку величина погрешности 6d дискретизации
объема топлива в баке с помощью функции F, заданной кубической численной матрицей размерности d, определяется неравенством
Vn max - объем топлива в полностью заполненном баке с номером п,
то, задаваясь числом d, можно обеспечить любую требуемую точность
вычисления объема топлива в баке 1.
Массив (bii , b2i , Ьзк)п коэффициентов, характеризующих геометрию каждого из N топливных баков, можно получить, например, на основе заданных в ТЗ на проектирование топливоизмерительной системы самолета геометрических обводов топливного бака, как трехмерного тела, пересеченного плоскостью, пространственное положение которой задано тремя точками «1, «2 и «3, расположенными внутри топливного бака и не лежащими на одной прямой. Координаты этих точек относительно бака соответствуют точкам отсчета уровней hi, h2 и Ьз топлива в баке. Численно определив значение объема бака, лежащее ниже секущей плоскости, и используя полином (2), можно найти для каждого дискретного значения объема соответствующие ему значения коэффициентов Ьц ,
J-J
b2j b3k полинома (2) для d различных положений секущей плоскости. Число d устанавливают, исходя из заданной величины погрещности Sj дискретизации объема топливного бака. Например, если заданная величина погрещности дискретизации составляет
19dWc oiOffoi/
d  200, что соответствует размерности числовой матрицы (3) d  6.
Значения вычисленных в устройстве 9 объемов „ топлива в каждом из N баков топливной системы передаются с выходов этого устройства на входы BxVi ... BxViv первой группы входов устройства 12, в котором вычисляются значения ть ni2, ... mn, ... mN массы топлива в каждом из N топливных баков 1 в соответствии с известной зависимостью
(4) (0„ ,где
P(t)n - фактическая плотность топлива в п-ом баке при температуре t. Вычисление фактической плотности топлива, находящегося в в п-ом топливном баке, выполняют методом идентификации в идентификаторе 10 фактической марки топлива Mi, содержащегося в этом баке, по характеристическим параметрам 8;, k i и Я, i топлива, измеренным при температуре tj топлива с последующим определением в формирователе 11 плотности топлива, соответствующей идентифицированной марке топлива в баке, и с коррекцией этой плотности по фактической температуре топлива в баке.
Определение марки топлива в идентификаторе 10 выполняется на основе поступающих на его параметрические входы нормализованных сигналов об измеренных текущих значениях характеристических параметров Sj, k j и А, | топлива в п-ом баке и поступающих на его температурные входы нормализованных сигналов об измеренных текущих значениях температуры tj топлива в этом баке. Идентификация марки топлива выполняется, например, на основе D - этапного селективного алгоритма, где D - число характеристических
20Jij Mol/O foi/
6,  0,5%, то
параметров топлива, используемых в поэтаппом селективном процессе
идентификации марки топлива; в данном случае D  3.
На этапе I идентификации по значению одного из характеристических параметров Ji топлива в баке, например параметра kj, при температуре tj топлива в этом баке производится грубая селекция марки идентифицируемого топлива по признаку «тяжелые топлива - легкие топлива, например, на основании системы неравенств:
,
- легкое топливо,
Ь,а.
rk,a,
где Ej - характеристическая константа топлива, массив (аО которых введен в память идентификатора 10 в качестве массива численных исходных данных. Массив (aj) можно получить, например, экспериментально установив соответствие между топливами группы легких топлив и значением ki характеристического параметра топлива для этой группы при постоянной температуре tj для нескольких значений температуры, а также между топливами группы тяжелых топлив и значением k; характеристического параметра топлива для этой группы топлив при постоянной температуре t j для нескольких значений температуры и выразив результат установленного соответствия в форме массива (а;) численных исходных данных.
При попадании идентифицируемого топлива в группу, например, легких топлив, содержащую топлива марок MI, М2, ... Mq с относительно низкой плотностью, выполняется следующий этап II селекции путем минимизации числа
21oU dU Offoiy
- тяжелое топливо, t,a,
различных марок топлива в выявленной фунпе легких теплив. Алгоритм минимизации может быть задан, например, квадратной численной матрицей, содержащей d строк d столбцов, заполненных индексами марок топлива, причем каждая из строк матрицы отвечает одному из d значений неиспользованного в предыдущем этапе характеристического параметра топлива, например, параметра Xi, а каждый из столбцов - одному из d значений температуры tj топлива в баке.
(6)
Массив (Mi) численных исходных данных, представляющий собой совокупность числовых индексов, отвечающих маркам топлива, каждая из которых соответствует одной из пар значений (A,i , tj) , вводят в память идентификатора 10. Массив (М|) можно получить, например, экспериментально установив соответствие между маркой М| исследуемого топлива и значением А,|
его характеристического параметра при данной температуре tj для ряда значений
температуры и выразив результаты эксперимента в форме массива (Mj) численных исходных данных.
Т.к. в матрице (6) каждой паре значений (k , tj) может отвечать не обязательно одна марка топлива, то этап II селекции не всегда достаточен для окончательной идентификации марки топлива. Для однозначного определения
Матрица марок M(A,i, tj) топлива в баке № п в функции характеристического параметра A,i при температуре tj топлива.
фактической марки топлива в баке или смеси топлив известных марок, проводится этап III селекции, в ходе которого анализируется узкая группа топлив, например группа (Ма , М4 ), содержащая две марки топлива, с целью окончательной идентификации марки топлива или смеси топлив различных марок в п-ом баке. Анализ выполняется на основе неиспользованного в предыдущем этапе характеристического параметра si топлива и температуры tj топлива в баке с помощью алгоритма, заданного, например, системой неравенств
Г8.аз,
-топливо марки М2, t. а„
Г 8  а
(7)    - смесь топлив марок Мз и М4 в соотнощении 1 : 2, t.a,,
,
-топливо марки М4, ,,
18,аз,
-смесь топлив марок Мз и М4 в соотношении 1:1, где ,,
Hj - характеристическая константа топлива, массив (аО которых введен в память идентификатора 10 в качестве массива численных исходных данных. Константы aj можно определить по данным, опубликованным в известной литературе, например, в вышеупомянутом справочнике.
После идентификации известной марки топлива в п-ном баке, например марки М2 , числовой индекс, соответствующий этой марке, передается с выхода идентификатора 10 на п-ный вход первой группы входов BxMi, ... BxMN формирователя 11. При идентификации смеси топлив в п-ном баке, например смеси топлив марок Мг и М4 в соотношении 1:2, этой смеси присваивается
23MO foiOil
условный числовой индекс Mj, который также передается с выхода идентификатора 10 на вход формирователя 11. В формирователе 11 определяются значение poi плотности топлива и значение PJ температурного коэффициента плотности топлива, соответствующие марке Mj топлива или смеси марок топлива в п-ом баке, и вычисляется фактическое значение р(1)„ плотности топлива в этом баке при температуре tj топлива в баке в соответствии с известной функциональной зависимостью
(8) р(,Д1 + |3,1.),где
значения poi и PI для известных марок топлива, а также для смесей топлив
известных марок, например, для смеси топлив двух различных марок в соотношениях 1:2, 1:1 и 2:1, задаются массивом (Cj) констант, введенных в память формирователя 11. Константы Cj получают на основании данных, приведенных в справочной литературе, например, в вышеупомянутом справочнике.
С выходов формирователя 11 вычисленные значения фактических текущих плотностей топлива в каждом из N баков поступают на входы Bxp(t)i ... Bxp(t)N второй группы входов устройства 12, в котором определяются значения mj, ... т„, ... mN массы топлива в каждом из N баков в соответствии с известной функциональной зависимостью
(9) т„  р(0„У„, где Шп - масса топлива в п-ом баке.
С выходов устройства 12 значения т„ масс топлива в каждом баке поступают на входы Bxmi, ... Вхтм суммируюш;его устройства 14 и на входы Bxmi,...  формирователя 15 выходной информации.
В суммирующем устройстве 14 производится определение массового запаса m топлива на борту самолета путем суммирования масс mn в соответствии с известным выражением
Информация о значении массового запаса m топлива на борту самолета передается с выхода суммирующего устройства 14 на вход Вхт формирователя 15 выходной информации. С выхода Выхт формирователя 15 во взаимодействующие системы самолета передается информация о массовом запасе m топлива на борту самолета, а с выходов Bbixmi, ... Выхшм этого формирователя - о массовых запасах т; топлива в отдельных топливных баках.
Предложенная топливоизмерительная система достаточно точно определяет массовый запас топлива как в отдельном баке топливной системы самолета, так и на борту самолета в целом. При этом точность измерения обеспечивается и в тех случаях, когда отдельные баки самолета заполнены топливами различных марок или смесями топлив различных марок, а температуры топлива, заполняющего отдельные баки, значительно отличаются между собой.
Предложенная система достаточно точно определяет массовый запас топлива при пространственных эволюциях самолета без использования дополнительных датчиков измерения углов наклона поверхности топлива в баке и без учета влияния дополнительных погрещностей измерения, вызванных использованием таких датчиков..
Методическая погрешность определения массы т„ топлива в баке, заполненном топливом одной марки, составляет для предлагаемой системы незначительную величину, не превышающую ± 0,3 %. Незначительность
({olO{fol
(10) m  Zm.
погрешности объясняется тем, что масса mn топлива в баке вычисляется с учетом
температуры топлива в этом баке и фактической марки топлива,
идентифицированной в данном баке по текущим значениям характеристических
параметров и температуры топлива в баке.
В случае, когда бак заполнен смесью топлив двух различных марок,
дополнительная методическая погрешность определения массы топлива в баке
составляет не более ± 0,3 %.
Дополнительная эволютивная погрешность определения массы топлива в
баке с учетом погрешности дискретизации объема топлива составляет при числе
d  6  216 незначительную величину, не превосходящую 0,5%, а при числе d
6 составляет меньшую величину.
Таким образом, с учетом упомянутых дополнительных погрешностей,
предложенная топливоизмерительная система дает возможность определять массовый запас топлива в топливном баке самолета с суммарной методической погрешностью, не превышающей ± 0,7 % (при среднеквадратической оценке погрещности).
Это позволяет определить массовый запас топлива в баке с суммарной погрешностью, учитывающей инструментальную погрещность датчиков и воздействие реальных условий эксплуатации, не превыщающей± 1,5 % во всех условиях эксплуатации, в том числе - при разбросе температур и марок топлива в различных баках топливной системы, а также при ускорениях и пространственных эволюциях самолета, и массовый запас топлива на борту самолета с суммарной погрешностью не более ± 1,2 % во всех условиях эксплуатации (при среднеквадратической оценке погрешности).
26(Ш)ли Odd/