БОРТОВАЯ ТОПЛИВОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ИДЕНТИФИКАЦИЕЙ МАРКИ ТОПЛИВА ПО ЕГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

Бортовая топливоизмерительная система с идентификацией марки тоилива
по его диэлектрической проницаемости
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  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  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
2002120113
ШРЦШРНПИНШИШ „,п.7/«п
2004120113B64D 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 5ФОВНЯ топлива и углов наклона поверхности топлива, а также выход датчика температуры топлива соединен с соответствзпющим 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
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 Poi топлива марки М| при температуре 20°С.
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
3obaooi oio/f
аэропорту) и +  (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 номинальньрс. 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 +  до - 35°С величины ± 7 % См., напр., справочник «Свойства авиационных топлив («Aviation fiiel properties). Atlanta, Georqia, 1988.
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 любьгх, 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.
5oUlOdf Off
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 широко 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 )еньшенную 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.
6(d/foi //
в нестационарных условиях ноказания 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 суммирующем 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
( топлива в баке, входящем в состав бортового вычислителя, путем коррекции объемного запаса в массовый запас топлива в этом баке на основе измеряемого в процессе полета текущего значения характеристического параметра топлива диэлектрической проницаемости, а также температуры топлива в каждом баке, с идентификацией в бортовом вычислителе марки фактически содержащегося в баке топлива по измеренным значениям характеристических параметров топлива в каждом баке, определением в бортовом вычислителе фактической плотности %оплива 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 бортовой вычислитель системы содержит 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 бортовом вычислителе 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 предлагаемом изобретении, в отличие от известной 8 dfM/fd
топловоизмерительной системы, в которой объемный запас топлива в баке определяется на основе измеряемых текущих значений уровня топлива в баке с использованием измеряемых 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 исхо,цных данных, геометрических характеристик бака, что позволяет вычислять объем топлива в баке при пространственньгх эволюциях самолета без использования дополнительной информации о текущих значениях углов наклона поверхности топлива в баке и без  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
9 SdfolOf/
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 диэлектрической проницаемости топлива в топливных баках, 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 диэлектрической проницаемости топлива и каждого дополнительного датчика температуры топлива соединен с соответств)пющим 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 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, датчик 3 характеристического параметра топлива и датчик 5 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 характеристического параметра топлива применен датчик диэлектрической проницаемости (е) топлива. Выходы датчиков 2, 3 и 4 каждого бака 1 подключены к одной из групп входов блока 5 преобразования и нормирования сигналов датчиков, предназначенного для приведения к единому нормализованному виду неунифицированных сигналов датчиков различных физических величин: уровня h, диэлектрической проницаемости s и температуры t. Блок 5 имеет N групп входов (по числу N баков 1). Датчики 2, 3 и 4 каждого бака 1 подключены к группе входов блока 5, номер которой соответствует номеру этого бака, например, датчик 4 температуры топлива.
11(Moiuoff3
установленный в первом баке 1, подключен к одному их входов первой группы
входов - входу Вх ti блока 5, а датчик 2 уровня топлива, установленный в точке «2 N - ого бака 1, подключен к одному из входов N- ной группы входов - входу Вх Ьр}2 блока 5. Выходы блока 5 соединены со входами бортового вычислителя 6, в состав которого входят электронные модули: устройство 7 вычисления объема топлива в баке, идентификатор 8 марки топлива в баке, формирователь 9 параметров топлива и устройство 10 вычисления массы топлива в баке; кроме того, в состав системы входят блок 11 геометрических характеристик баков, суммирующее устройство 12 и формирователь 13 выходной информации.
Устройство 7 вьиисления объема топлива в баке содержит группу уровнемерных входов и группу входов исходных данных. Уровнемерные входы ВхЬц, Bxhn  Bxhi3, ... ВхЬщ, ВхЬк2 , ВхЬкз устройства 7 соединены с соответствующими выходами блока 5, а входы Вх (Ьц , bij , b3k)i ... Вх (bii , bij , Ьзи)к исходных данных - с выходом блока 11 геометрических характеристик бака.
Идентификатор 8 марки топлива в баке содержит группу параметрических входов и группу температурных входов. Параметрические входы Bx8i, ... BXEN идентификатора 8, предназначенные для приема нормализованных значений диэлектрической проницаемости топлива в баках, и температурные входы Bxti, ... BxtN идентификатора 8, предназначенные для приема нормализованных значений температуры топлива в баках, соединены с соответствующими выходами блока 5.
Выходы идентификатора 8 подключены к идентификационным входам ВхМь ... ВхМк формирователя 9 параметров топлива, выходы которого
12ob(WdfoiOil
соединены со входами второй группы входов Bxp(t)i, ... Вхр(% устройства 10 вычисления массы топлива в баке. Температурные входы Bxti, ... Bxtiy формирователя 9 подютючены к соответствующим выходам блока 5, а первая группа входов BxVi,... BxVN устройства 10 соединена с выходами устройства 8.
Выходы устройства 10 соединены со входами Bxmi ... Вхшк сз мирующего устройства 12 и со входами Bxmi ... Bxm формирователя 13, вход Вхт которого подключен к выходу устройства 12. Выход Выхт и выходы Bbixmi ... Выхтк формирователя 13 предназначены для вьщачи,,соответственно, информации о массовом запасе топлива на борту самолета и о массовых запасах Ш; топлива в отдельных баках.
Датчик 3 характеристического параметра топлива представ.11яет собой датчик диэлектрической проницаемости топлива, выполненный, например, в виде диэлектрометрической ячейки, содержащей конденсатор, величина выходного информативного параметра которого - электрической емкости - зависит от диэлектрической проницаемости s топлива, находящегося между электродами конденсатора.
При работе предлагаемой топливоизмерительной системы предварительно в бортовой вычислитель бив блок 11 геометрических характеристик баков вводят исходные данные, алгоритмы преобразования и функциональные зависимости, необходимые для вычисления массового запаса топлива. Исходные данные вводят в память идентификатора 8, формирователя 9 и блока И. Алгоритмы преобразования вводят в память идентификатора 8 и формирователя 9, математические зависимости вводят в память устройств 7 и 10, а также в память формирователя 9.
13(bOcLUO/f
в память идентификатора 8 марки топлива в баке вводят два массива исходных данных: массив (аО характеристических констант топлива и массив (Mi) марок топлива в функции характеристического параметра топлива диэлектрической проницаемости г при конкретном значении tj температуры топлива. В память блока 11 геометрических характеристик бака вводят два массива исходных данных: массив (1,2 ... п, ... N) номеров топливных баков и массив (bii, b2i, bsi) констант для каждого бака, ставящих в соответствие любой  vnape значений (Ьн h2j) уровня топлива в точках «1 и «2 этого бака одно значение УП объема топлива в баке. В память формирователя 9 параметров топлива вводят массив исходных данных (С|) о значениях номинальных плотностей pi топлива и температурных коэффициентов Pi плотности топлива для группы топлив известных марок, используемых на данном классе самолетов, и для смесей топлив этих марок. Кроме того, в память идентификатора 8 и формирователя 9 вводят алгоритмы преобразования исходных данных в выходные сигналы этих электронных модулей. В память устройств 7 и 10, а также в память формирователя 9 вводят функциональные зависимости, необходимые для вычисления объема и массы топлива в баке.
В процессе полета с выходов датчиков 2,3 и 4, установленных в топливных баках 1, на входы ВхЬц, Bxhi2, Bxhi3,Bx8i, Bxti,... ВхЬщ, ВхЬк2 , Вхе, BxtN блока 5 поступают сигналы о текущих значениях уровней, характеристических параметров и температуры топлива в каждом из топливных баков 1. В блоке 5 эти сигналы преобразуются к нормализованному виду и с соответствующих выходов блока поступают на соответствующие входы электронных модулей 7, 8 и 9 бортового вычислителя 6. Нормализованные сигналы
иAMdloK //
о текущих значениях трех различных уровней топлива в каждом баке, измеренных в трех точках бака, не лежащих на одной прямой линии, поступают с выходов блока 5 на уровнемерные входы ВхЬц, Bxh, Bxhi3, ... ВхЬщ, Bxhpja ВхЬкз устройства 7 вычисления объема топлива в баке, нормализованные сигналы о текущих значениях диэлектрической проницаемости Sj топлива в каждом из N баков 1 поступают с выходов блока 5 на параметрические входы Bxei, ... Вх8к идентификатора 8 марки топлива в баке, а нормализованные сигналы о температуре топлива в каждом баке - с выходов блока 5 на температурные входы Bxti, ... BxtN этого идентификатора и на температурные входы Bxti, ... BxtN формирователя 9 параметров топлива.
В устройстве 7 вычисляется объем Уц топлива в п-ном топливном баке 1 на основании поступающих на уровнемерные входы этого устройства нормализованньгх сигналов о текущих значениях зфовней топлива, измеренных в трех различных точках бака, и исходных данных о геометрических характеристиках этого бака, поступающих с выходов блока 11 на входы Вх (Ьц , b2j , b3k)b ... Вх (bij , bij , b3k)N исходнъгх данньгх устройства 7 в соответствии с введенной в память устройства 7 функциональной зависимостью
(1)(Ь,„Ь,,ЬЗ,;Ь,.,Ь,.,ЬЗ,)„, где
функция F ставит в соответствие каждой тройке ( jh) текущих значений
аргументов одно и только одно значение объема Vn топлива в п-ом баке, геометрические характеристики которого заданы массивом исходных данных констант (bii , bii , Ьзи)п. Зависимость (1) может быть выражена, например, линейным полиномом
коэффициенты b,i,bjpb3, характеризуют геометрию n-ного топливного бака, а уровни hj.jhj. и hjk 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 hn,... hid уровня топлива в точке «1 п-ного бака, и d столбцов, каждый из которых содержит d численных значений объемов топлива, соответствующих значениям Ь2ь ... hjdуровня топлива в точке «2 п-ого бака. При этом каждая из d квадратных матриц соответствует одному из d значений уровня hai, ... had 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 ... Vdd объема топлива в топливном баке № 4 в функции уровней hii и h2j топлива, соответственно, в точках «1 и «2 этого бака.
16AM f Off
(3)
Матрица значений объема V(hii, h2j)4 топлива в топливном баке № 4 при значении уровня hsk const.
Данная матрица является одной из d квадратных матриц, каждая иЗ; которых соответствует одному из d численных значений hai, ... hak ... had уровня топлива в точке «3 топливного бака № 4. Матрица позволяет для любых двух значений (hn, hij) зфовня топлива, измеренных, соответственно, в точках «1 и «2 четвертого бака, указать однозначно соответствующее им численное значение объема топлива в этом баке. Например, значениям (his, h24) уровня топлива отвечает значение Уз4 объема топлива. Третье значение hak 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 hak уровня топлива значение V34k объема топлива в топливном баке № 4. Данное значение объема вычисляют в модуле 9 в соответствии с полиномом (2):
V, (b,,h,,+bjjhjj+b3bh3j4.
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 , bii , b3k)n 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, ha и ha 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, bij bsk полинома (2) для d различных положений секущей плоскости. Число d устанавливают, исходя из заданной величины погрешности бд дискретизации объема топливного бака. Например, если заданная величина погрешности дискретизации составляет
bOdU Off
18
nnuuc
6.
±, где d  200, что соответствует размерности числовой матрицы (3) d 6.
Значения вычисленных в устройстве 7 объемов Vn топлива в каждом из N баков топливной системы передаются с выходов этого устройства на входы BxVi ... BxVN первой группы входов устройства 10, в котором вычисляются значения mi, m2,... т„,... Шк массы топлива в каждом из N топливных баков 1 в соответствии с известной зависимостью
(4) (1)„,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 8 фактической марки топлива Mi, содержащегося в этом баке, по диэлектрической проницаемости 8, топлива, измеренной при температуре tj топлива с последующим определением в формирователе 9 плотности топлива, соответствующей идентифицированной марке топлива в баке, и с коррекцией этой плотности по фактической температуре топлива в баке.
Определение марки топлива в идентификаторе 9 выполняется на основе поступающих на его параметрические входы нормализованных сигналов об измеренных текущих значениях диэлектрической проницаемости 8| топлива в пом баке и поступающих на его температурные входы нормализованных сигналов об измеренных текущих значениях температуры tj топлива в этом баке. Р центификация марки топлива выполняется, например, на основе селективного алгоритма, заданного квадратной численной матрицей, содержащей d строк d столбцов, заполненных индексами марок топлива, причем каждая из строк
19oLo oit OHb
,5%,To матрицы отвечает одному из топлива, а каждый из столбцов баке.
(6)
Массив (Mj) численных исходных данных, представляющий собой совокупность числовых индексов, отвечающих маркам топлива, каждая из которых соответствует одной из пар значений (Si , tj) , вводят в память идентификатора 8. Массив (Mj) можно получить, например, экспериментально установив соответствие между маркой Mj исследуемого топлива и значением 8i его диэлектрической проницаемости при данной температуре tj для ряда значений
температуры и выразив результаты эксперимента в форме массива (МО численных исходньпс данных.
После идентификации известной марки топлива в п-ном баке, например марки М2, числовой индекс, соответствующий этой марке, передается с выхода идентификатора 8 на п-ный вход первой группы входов BxMi, ... ВхМк формирователя 9. При идентификации смеси топлив в п-ном баке, например смеси топлив марок Ма и Mj в соотнощении 1:2, этой смеси присваивается условный числовой индекс Mj, который также передается с выхода идентификатора 8 на вход
Матрица марок M(ei, tj) топлива в баке № п в функции характеристического параметра 8 при температуре tj топлива. d значений характеристического параметра 8i - одному из d значений температуры tj топлива в
формирователя 9. В формирователе 9 определяются значение ры нлотности
топлива и значение Pi температурного коэффициента плотности топлива, соответствующие марке М| топлива или смеси марок топлива в п-ом баке, и вычисляется фактическое значение p(t)n плотности топлива в этом баке при температуре tj топлива в баке в соответствии с известной функциональной зависимостью
(8) P(t)„ pЛl+ЭitJ).гдe
значения poi и р 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 9. Константы ci получают на основании данных, приведенных в справочной литературе, например, в вышеупомянутом справочнике.
С выходов формирователя 9 вычисленные значения фактических текущих плотностей топлива в каждом из N баков поступают на входы Bxp(t)i... Bxp(t)N второй группы входов устройства 10, в котором определяются значения mi, ... Шп,... тм массы топлива в каждом из N баков в соответствии с известной функциональной зависимостью
Шп - масса топлива в п-ом баке.
С выходов устройства 10 значения Шп масс топлива в каждом баке поступают на входы Bxmi, ... Bxmjy суммирующего устройства 12 и на выходы Выхть ... Выхшквычислителя 6 для передачи во внешние системы самолета.
21oto6(//3
(9) т„  р(1)„У„,где
в суммирующем устройстве 12 производится определение массового запаса m топлива на борту самолета путем суммирования масс т„ в соответствии с известным выражением
Информация о значении массового запаса m топлива на борту самолета передается с выхода суммирующего устройства 12 на вход Вхт формирователя 13, на другие входы Bxmi, ... Вхшк которого поступает информация с выхода устройства 10. С выходов Выхт и Bbixmi, ... Выхш формирователя 13 информация, соответственно, о массовом запасе m топлива на борту самолета и массовых запасах mj топлива в отдельных баках передается ее потребителям.
Предложенная тоштивоизмерительная 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 опреде.11яет 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 погрещность определения массы Шп топлива в баке, заполненном топливом одной марки, составляет для предлагаемой системы незначительную величину, не превыщающую ± 0,5 %. Незначительность
22 JUAOli5
(10)
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 диэлектрической проницаемости 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 ± 0,7 %.
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 опреде.лять массовый запас топлива в топливном баке самолета с суммарной методической погрешностью, не превышающей ± 1,0 % (при среднеквадратической оценке погрешности).
Это позволяет определить массовый запас топлива в баке с суммарной погрешностью, учитывающей инструментальную погрешность датчиков и воздействие реальных условий эксплуатации, не превышающей ± 2,0 % 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 ± 1,8 % во всех условиях эксплуатации (при среднеквадратической оценке погрешности).
23Ш((1