Устройство управления системой кондиционирования воздуха летательного аппарата
AIRCRAFT AIR CONDITIONING SYSTEM CONTROL

Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для использования при реализации функций управления и контроля системы кондиционирования воздуха (СКВ) летательного аппарата (л.а.).
Системы кондиционирования воздуха л.а. применяются для создания нормальных климатических условий для жизни и работы экипажа и пассажиров, а также надежной работы различных авиационных приборов.
Так, например, резкие изменения давления могут вызвать декомпрессионную болезнь, длительное воздействие повышенной или пониженной температуры приводят к серьезным физиологическим нарушениям, повышенная влажность ведет к неспособности организма поддерживать нормальную температуру тела.
При производстве современных л.а. все чаще применяют композиционные материалы (композиты), удельная прочность и жесткость которых превосходит традиционные металлические конструкционные материалы. Однако применение композитов налагает более высокие требования к системам кондиционирования, т.к. при эксплуатации композиты могут не выдержать высоких температур, которые могут образоваться в результате разгерметизации подсистемы отбора воздуха от двигателей л.а., что может привести к разрушению элементов конструкции л.а.
Системы кондиционирования воздуха летательных аппаратов за последнее время сильно усложнились вследствие возросших скорости, высоты и дальности полета и стали более совершенными - уменьшились их масса и габариты. Применение композитов при производстве л.а. предъявляет более высокие требования к надежности систем СКВ, в частности к ее герметичности, а следовательно, и к устройству управления СКВ.
Современные СКВ включают в свой состав многочисленные датчики, приборы и агрегаты, осуществляющие комплекс работ, необходимый для поддержания уровня комфорта и безопасности на л.а.
СКВ работают в автоматическом режиме управления, что налагает особые требования к контролепригодности, снижению времени перерегулирования и сокращению времени технического обслуживания.
Требования к современным СКВ таковы, что необходимо осуществлять комплексные управление и контроль всеми датчиками и агрегатами, входящими в состав системы централизовано и универсально, предполагая наращиваемость выполняемых функций, в то же время соблюдать независимость от прочих общесамолетных систем.
Известно устройство сбора и обработки информации, описанное в патенте РФ №2349878, МПК G01D 9/00, 05.06.2007, которое включает аналоговый модуль, модуль разовых команд, модуль приема и передачи последовательных кодов, модуль контроля и модуль управления и сбора данных, взаимодействующие между собой по рабочей и резервной магистралям, кроме того, в модуле контроля и в модуле управления и сбора информации имеются внутренние магистрали обмена данных.
Кроме приема и преобразования в цифровой формат информации, принимаемой от датчиков и агрегатов, входящих в состав системы, формирования команд управления, необходимо обеспечить максимальную достоверность информации, для чего необходимо проведение контроля собственной работоспособности в полете с выдачей сигнала исправности в сопрягаемое оборудование, а также возможность адаптации под различные варианты комплектации комплексов бортового оборудования.
Однако известное устройство в полной мере не удовлетворяет возрастающим требованиям к аналогичным устройствам по безопасности, надежности, контролепригодности, уровню достоверности обрабатываемой информации и возможности к реконфигурации.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение безопасности эксплуатации л.а., увеличение надежности, повышение достоверности формируемой информации, возможность адаптации под различные варианты комплектации СКВ.
Технический результат заключается в повышении безопасности эксплуатации л.а., увеличении надежности, повышении достоверности формируемой информации заявляемого устройства, а также возможности адаптации под различные варианты комплектации СКВ.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство управления системой кондиционирования воздуха летательного аппарата содержит модуль преобразований и вычислений, состоящий из основного канала преобразований и вычислений, связанного с соответствующим модулем питания, и контрольного канала преобразований и вычислений, связанного с соответствующим модулем питания, модуль силовых команд контура управления расходом воздуха, состоящий из основного канала силовых команд контура управления расходом воздуха, содержащего узел защиты и связанного с соответствующим модулем питания, и контрольного канала силовых команд контура управления расходом воздуха, содержащего узел защиты и связанного с соответствующим модулем питания, модуль силовых команд контура регулирования температуры, состоящий из основного канала силовых команд контура регулирования температуры, содержащего узел защиты и связанного с соответствующим модулем питания, и контрольного канала силовых команд контура регулирования температуры, содержащего узел защиты и связанного с соответствующим модулем питания, модуль управления режимами системы кондиционирования воздуха, состоящий из основного канала управления режимами системы кондиционирования воздуха, связанного с соответствующим модулем питания, и контрольного канала управления режимами системы кондиционирования воздуха, связанного с соответствующим модулем питания, причем основной канал преобразований и вычислений модуля преобразований и вычислений, основной канал модуля силовых команд контура управления расходом воздуха, основной канал модуля силовых команд контура регулирования температуры, основной канал модуля управления режимами системы кондиционирования воздуха взаимодействуют по основной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена, а контрольный канал преобразований и вычислений модуля преобразований и вычислений, контрольный канал модуля силовых команд контура управления расходом воздуха, контрольный канал модуля силовых команд контура регулирования температуры, контрольный канал модуля управления режимами системы кондиционирования воздуха взаимодействуют по контрольной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена, причем основной и контрольный каналы модуля преобразований и вычислений, модуля силовых команд контура управления расходом воздуха, модуля силовых команд контура регулирования температуры и модуля управления режимами системы кондиционирования воздуха содержат встроенные средства контроля.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим чертежом.
На фиг. 1 представлена структурная схема, где
1 - модуль преобразований и вычислений, содержащий
2 - основной канал преобразований и вычислений,
3 - модуль питания,
4 - контрольный канал преобразований и вычислений,
5 - модуль силовых команд контура управления расходом воздуха, содержащий
6 - узел защиты,
7 - основной канал силовых команд контура управления расходом воздуха,
8 - контрольный канал силовых команд контура управления расходом воздуха,
9 - модуль силовых команд контура регулирования температуры, содержащий
10 - основной канал силовых команд контура регулирования температуры,
11 - контрольный канал силовых команд контура регулирования температуры,
12 - модуль управления режимами СКВ, содержащий
13 - основной канал управления режимами СКВ,
14 - контрольный канал управления режимами СКВ,
15 - основная двунаправленная мультиплексная шина информационного обмена,
16 - контрольная двунаправленная мультиплексная шина информационного обмена,
17 - датчики и агрегаты СКВ,
18 - бортовой вычислительный комплекс.
Устройство управления системой кондиционирования воздуха летательного аппарата осуществляет:
- контроль и управление агрегатами контура управления расходом воздуха;
- контроль и управление агрегатами контура регулирования температуры;
- прием и преобразование в цифровой код сигналов в виде аналоговых и дискретных параметров от датчиков СКВ;
- логическую обработку поступающей информации по заданным алгоритмам управления СКВ;
- информационный обмен с бортовым вычислительным комплексом;
- защиту исполнительных механизмов и самолетного фидера от всех видов перегрузок;
- проведение контроля СКВ летательного аппарата, включающего контроль датчиков СКВ и контроль герметичности трубопроводов СКВ;
- формирование, накопление, хранение в энергонезависимой памяти и выдачу в аппаратуру наземного обслуживания эксплуатационной информации о состоянии и отказах СКВ л.а.;
- самоконтроль, обеспечиваемый встроенными средствами контроля, содержащимися в каждом канале каждого модуля устройства.
Как отмечено выше, устройство построено по модульному принципу, так модуль преобразований и вычислений 1 состоит из основного и контрольного каналов преобразований и вычислений 2 и 4 соответственно, каждый из которых соединен с соответствующим модулем питания 3. Каждый канал независимо от другого осуществляет коммутацию и нормализацию аналоговых сигналов от датчиков СКВ 17 с дальнейшим их преобразованием в цифровую форму, прием частотных сигналов, прием сигналов синхронизации и формирование сигналов управления, формирование эталонных токов для измерения сопротивлений и выходных токов управления, эталонов напряжения и частоты, проведение контроля собственной работоспособности с выдачей сигнала исправности, а также логическую обработку и контроль достоверности данных сигналов.
Информация от датчиков СКВ 17, обрабатываемая в основном канале преобразований и вычислений 2, по основной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 15 и информация, обрабатываемая в контрольном канале преобразований и вычислений 4, по контрольной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 16 передается в модуль управления режимами СКВ 12, где сравнивается с заданными режимами функционирования СКВ.
Модуль питания 3 содержит устройства защиты и фильтрации, ограничения и стабилизации напряжения, бесперебойного питания, устройство запитки датчиков СКВ и предназначен для объединения входных напряжений питания бортовой сети от двух независимых каналов системы электроснабжения и фильтрации, для формирования вторичных напряжений каждого канала в модуле устройства и датчиков СКВ, для контроля формирования вторичных напряжений питания и выдачи сигнала исправности питания.
Модуль силовых команд контура управления расходом воздуха 5 состоит из основного канала контура управления расходом воздуха 7 и контрольного канала контура управления расходом воздуха 8, каждый из которых соединен с соответствующим модулем питания 3. Модуль силовых команд контура управления расходом воздуха 5 осуществляет формирование силовых сигналов управления по информации, получаемой от модуля управления режимами 12 по основной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 15 и контрольной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 16, и формирует сигналы управления прямого типа по входным дискретным сигналам в случае отказа устройства либо сопрягаемого оборудования с контуром управления расходом воздуха. Каждый канал контура управления расходом воздуха имеет узел защиты 6, осуществляющий защиту по токам и напряжениям агрегатов самой системы СКВ, а также самолетного фидера, обеспечивающий автоматическое отключение при превышении настраиваемых значений срабатывания защиты.
Модуль силовых команд контура управления расходом воздуха 5 взаимодействует с другими модулями устройства по основной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 15 и контрольной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 16, а также осуществляет управление агрегатами контура управления расходом воздуха.
Узел защиты 6 предназначен для автоматического определения допустимых значений потребляемого агрегатами СКВ тока и напряжения, а в случае превышения допустимых значений осуществляет отключение соответствующего канала модуля управления.
Модуль силовых команд контура регулирования температуры 9 состоит из основного канала контура регулирования температуры 10 и контрольного канала контура регулирования температуры 11, каждый из которых соединен с соответствующим модулем питания 3. Модуль силовых команд контура регулирования температуры 9 осуществляет формирование силовых сигналов управления по информации, получаемой от модуля управления режимами 12 по основной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 15 и контрольной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 16, и формирует сигналы управления прямого типа по входным дискретным сигналам в случае отказа устройства либо сопрягаемого оборудования контура регулирования температуры. Каждый канал контура регулирования температуры имеет узел защиты 6, осуществляющий защиту по токам и напряжениям исполнительных механизмов самой системы СКВ, а также самолетного фидера, обеспечивающий автоматическое отключение при превышении настраиваемых значений срабатывания защиты.
Модуль силовых команд контура регулирования температуры 9 взаимодействует с другими модулями устройства по основной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 15 и контрольной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 16, а также осуществляет управление агрегатами контура регулирования температуры.
Модуль управления режимами СКВ 12 состоит из основного канала управления режимами СКВ 13 и контрольного канала управления режимами СКВ 14, каждый из которых соединен с соответствующим модулем питания 3. Каждый канал независимо от другого осуществляет реализацию заданных алгоритмов вычисления и управления другими модулями устройства, а также обмен информацией по основной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 15 и контрольной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 16 с бортовым вычислительным комплексом 18.
Независимые каналы модуля управления режимами СКВ 12 осуществляют постоянное поканальное сравнение преобразованной и вычисленной информации, поступающей от модуля преобразований и вычислений 1. Постоянное поканальное сравнение гарантирует отсутствие выдачи ложных команд управления, что обеспечивает контроль достоверности принимаемой информации от датчиков и агрегатов СКВ 17.
Модули устройства в зависимости от назначения и характера обрабатываемой информации образуют два контура управления. Это необходимо для того, чтобы обеспечить необходимую динамику управления агрегатами контура управления расходом воздуха и контуром управления температурой, зависящую от законов газодинамики двигателей.
Контур управления расходом воздуха включает в себя модуль преобразований и вычислений и модуль силовых команд контура управления расходом воздуха и обеспечивает необходимую динамику процесса управления, связанную с особенностью газодинамики двигателей л.а. и физическими свойствами воздуха.
Контур регулирования температуры включает в себя модуль преобразований и вычислений, модуль управления режимами СКВ и модуль силовых команд контура регулирования температуры и управления режимами СКВ и обеспечивает комфортные условия для экипажа и пассажиров л.а., а также контроль технического состояния всех компонентов системы СКВ, в том числе целостность и герметичность трубопроводов, исправность датчиков, агрегатов и т.д.
Основная двунаправленная мультиплексная шина информационного обмена 15 служит для взаимодействия основных каналов, входящих в модули данного устройства.
Контрольная двунаправленная мультиплексная шина информационного обмена 16 служит для взаимодействия контрольных каналов, входящих в модули данного устройства.
Датчики СКВ 17 представляют собой различные устройства, предназначенные для измерения давления, температуры, расхода и т.д., а агрегаты СКВ представляют собой различные электромеханические приводы.
Бортовой вычислительный комплекс 18 представляет собой вычислительную систему, обеспечивающую функционирование и взаимодействие бортового оборудования л.а.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При подаче питания модули питания 3 формируют вторичные напряжения питания каждого из каналов модулей преобразований и вычислений 1, модуля силовых команд контура управления расходом воздуха 5, модуля силовых команд контура регулирования температуры 8 и модуля управления режимами 13 и датчиков и агрегатов СКВ 17, осуществляя контроль формирования вторичных напряжений питания.
Далее модуль управления режимами СКВ 13 осуществляет контроль собственной работоспособности и работоспособности датчиков и агрегатов СКВ 17. В случае неудовлетворительного результата контроля прекращает дальнейшие действия без выставления признака исправности, в случае удачного результата контроля переходит в штатный режим работы.
В процессе функционирования устройство периодически осуществляет контроль собственной работоспособности с формированием в модуле управления режимами 13 сигнала исправности и передачу его в бортовой вычислительный комплекс 18.
Информация от датчиков СКВ 17 в виде аналоговых сигналов (напряжение, сопротивление, частота, ток) в виде дискретных сигналов, упакованных в слова разовых команд, и их параметров, а также в виде стандартного последовательного кода поступает в основной канал преобразований и вычислений 2 и контрольный канал преобразований и вычислений 4 модуля преобразований и вычислений 1.
Основной канал преобразований и вычислений 2 и контрольный канал преобразований и вычислений 4 модуля преобразований и вычислений 1 обеспечивают нормализацию, преобразование в цифровой код, вычисление электрических характеристик аналоговых сигналов для передачи по основной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 15 и контрольной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 16 в модуль управления режимами СКВ 12.
Вся поступающая информация преобразовывается и вычисляется параллельно в основном канале преобразований и вычислений 2 и контрольном канале преобразований и вычислений 4 - это необходимо для того, чтобы обеспечить контроль достоверности полученной информации в целях обеспечения безопасности эксплуатации л.а.
Основной канал управления режимами СКВ 13 и контрольный канал управления режимами СКВ 14 модуля управления режимами СКВ 12 осуществляют обработку информации, полученной от модуля преобразований и вычислений 1. Принятая информация проходит контроль на достоверность. Дальнейшей обработке подвергается только достоверная информация. Программное обеспечение модуля управления режимами СКВ 12 реализует проверку принадлежности значения измеряемого параметра допустимому диапазону измерения с учетом погрешности измерения и сравнения информации, полученной от основного канала управления и контрольного канала управления.
Модуль управления режимами СКВ 12 на основании обработанной информации и в соответствии с выбранным режимом осуществляет управление по основной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 15 и контрольной двунаправленной мультиплексной шине информационного обмена 16 модулем силовых команд контура расходом воздуха 5 и модулем силовых команд контура регулирования температуры 9. Модуль силовых команд контура расходом воздуха 5 формирует сигналы управления агрегатов контура расходом воздуха, а модуль силовых команд контура регулирования температуры 9 формирует сигналы управления агрегатов контура регулирования температуры.
Введенный в каждый канал каждого модуля модуль питания 3 обеспечивает бесперебойную работу устройства при провалах электропитания, что повышает надежность работы устройства.
По результатам самоконтроля каждым каналом каждого модуля устройства модуль управления режимами СКВ 13 формирует интегральный сигнал «Исправность» и выдает его в бортовой вычислительный комплекс 18.
Таким образом, предложенная конфигурация модулей и поканальное построение каждого модуля в устройстве предполагает более высокую интеграцию входящих в устройство элементов, достаточную контролепригодность и резервируемость, обеспечивающую безотказную работу системы кондиционирования воздуха.