КИСЛОРОДНО-ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК
OXYGEN-ELECTRONIC UNIT

Изобретение относится к авиации и предназначено для обогащения кислородом воздуха, подаваемого для дыхания членам экипажа самолета.
Известен многоцелевой высокоманевренный сверхзвуковой самолет, содержащий кислородное оборудование экипажа, состоящее из двух кислородных систем - бортовой и кислородной системы катапультного кресла. В бортовой кислородной системе применяются узлы кислородной бортовой арматуры, угольник с обратным клапаном (зарядный штуцер), предназначенный для присоединения шланга от унифицированной газовой станции. После зарядки штуцер закрывается заглушкой. Баллонный тройник предназначен для зарядки баллона кислородом, обеспечивая доступ кислорода к бортовой системе. Зарядка бортовых баллонов кислородом производится через зарядный штуцер. Контроль запаса кислорода в баллонах осуществляется по манометру при зарядке и индикатору при оперативных видах подготовок самолета и в полете [1].
Недостатком устройства является необходимость зарядки бортовых баллонов кислородом, и управление бортовой кислородной системой осуществляет блок, общий для всех ее агрегатов, и сигнал об отказе, полученный пилотом, может не соответствовать действительному состоянию системы.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, имеющее различные источники для обеспечения управления системой регулирования давления в кабине, содержащее процессор, первый датчик давления, второй датчик давления, преобразователь, измерительный усилитель, первый компаратор, второй компаратор, третий компаратор, четвертый компаратор, первый усилитель инвертор, второй усилитель инвертор, третий усилитель инвертор, первый элемент ИЛИ, второй элемент ИЛИ, третий элемент ИЛИ, шину передачи данных, соединенную с информационной шиной процессора, первый, второй и третий выходы процессора соединены с первыми входами первого, второго и третьего элемента ИЛИ, выходы которых соединены со входами первого усилителя инвертора, второго усилителя инвертора, третьего усилителя инвертора, выходы которых являются первым, вторым и третьим выходами устройства, первая группа входов которого соединена с первой группой входов процессора, вторая группа входов которого соединена с группой выходов преобразователя, вход которого соединен с первым датчиком, причем выход второго датчика соединен со входом измерительного усилителя, выход которого соединен со входами первого, второго и третьего компаратора, выходы которых соединены со вторыми входами первого, второго, третьего элементов ИЛИ [2].
Описанное устройство как наиболее близкое к предлагаемому принято за прототип и представлено на фиг.1.
Недостатком этого устройства является необходимость зарядки бортовых баллонов кислородом и отсутствие второго контура управления кислородной системой.
Задачей изобретения является управление адсорберами для повышения концентрации кислорода в дыхательной газовой смеси (ДГС) вместо использования газобаллонной аппаратуры и повышение надежности за счет введения второго контура управления кислородной системой.
Сущность заявляемого изобретения, возможность его осуществления и промышленного использования поясняются чертежами, представленными на фиг.2 - 22, где
- на фиг.1 представлена блок-схема устройства, имеющего различные источники для обеспечения управления системой регулирования давления в кабине.
- на фиг.2 представлена структурная схема кислородно-электронного блока;
- на фиг.3 представлен формат командного слова первого формата KCN1;
- на фиг.4 представлен формат командного слова второго формата KCN2;
- на фиг.5 представлен формат первого слова данных первого формата CDN1;
- на фиг.6 представлен формат второго слова данных первого формата CDN2;
- на фиг.7 представлен формат ответного слова ОС;
- на фиг.8 представлен формат первого слова данных второго формата CD2N1;
- на фиг.9 представлен формат второго слова данных второго формата CD2N2;
- на фиг.10 представлен формат третьего слова данных второго формата CD2N3;
- на фиг.11 представлен формат четвертого слова данных второго формата CD2N4;
- на фиг.12 представлен формат пятого слова данных второго формата CD2N5;
- на фиг.13 представлена циклограмма информационного обмена БЦВМ и КЭБ;
- на фиг.14 представлен алгоритм обработки прерывания;
- на фиг.15 представлен алгоритм приема команд Ф1 и приема данных;
- на фиг.16 представлен алгоритм формирования импульсов управления работой адсорберов;
- на фиг.17 представлено продолжение алгоритма формирования импульсов управления работой адсорберов;
- на фиг.18 представлено продолжение алгоритма формирования импульсов управления работой адсорберов;
- на фиг.19 представлена временная диаграмма управления работой адсорберов;
- на фиг.20 представлен алгоритм формирования сигнала 34 (норма);
- на фиг.21 представлено продолжение алгоритма формирования сигнала 34 (норма);
- на фиг.22 представлен алгоритм формирования сигнала «шасси обжато».
Указанные преимущества заявляемого кислородно-электронного блока перед прототипом достигаются за счет того, что в кислородно-электронный блок, содержащий процессор 1 [3], шину передачи данных 2, первый 3 усилитель, вход 4 которого является первым входом блока, дополнительно введены приемопередатчик мультиплексного канала 5 [4], контроллер мультиплексного канала 6 [5], второй 7 усилитель, первый оптрон 8, второй оптрон 9, третий оптрон 10, четвертый оптрон 11, пятый оптрон 12, шестой оптрон 13, седьмой оптрон 14, восьмой оптрон 15, девятый оптрон 16, десятый оптрон 17, одиннадцатый оптрон 18, двенадцатый оптрон 19, тринадцатый оптрон 20, четырнадцатый оптрон 21, пятнадцатый оптрон 22, шестнадцатый оптрон 23, семнадцатый оптрон 24, восемнадцатый оптрон 25, выход которого является первым 26 выходом блока, второй 27 выход которого соединен через семнадцатый 24 оптрон с первым выходом процессора 1, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой выходы которого через десятый 17, одиннадцатый 18, двенадцатый 19, тринадцатый 20, четырнадцатый 21, пятнадцатый 22, шестнадцатый 23 оптроны соединены с третьим 28, четвертым 29, пятым 30, шестым 31, седьмым 32, восьмым 33, девятым 34 выходами блока соответственно, первая 35 и вторая 36 группы входов которого через второй 9 и третий 10, пятый 12 и шестой 13 оптроны соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами процессора 1, двунаправленный вход-выход которого соединен с первым двунаправленным входом-выходом контроллера мультиплексного канала 6, второй двунаправленный вход-выход которого соединен с первым двунаправленным входом-выходом приемопередатчика мультиплексного канала 5, второй и третий двунаправленные входы-выходы которого соединены с шиной передачи данных 2, причем выход первого 3 усилителя соединен через первый 8 оптрон с пятым входом процессора 1, шестой вход которого соединен с выходом четвертого 11 оптрона, вход которого соединен с выходом второго 7 усилителя, вход которого является вторым 37 входом блока, третий 38, четвертый 39, пятый 40 входы которого через седьмой 14, восьмой 15, девятый 16 оптроны соединены с седьмым, восьмым, девятым входами процессора 1 соответственно, девятый выход которого соединен со входом восемнадцатого оптрона 25.
Работа блока
Кислородно-электронный блок (КЭБ) взаимодействует с бортовой центральной вычислительной машиной (БЦВМ) при помощи шины передачи данных 2, обеспечивающей организацию мультиплексного канала передачи данных в соответствии с ГОСТ Р 52070-2003.
БЦВМ является контроллером шины (КШ) интерфейса, который инициирует и управляет обменом информацией в интерфейсе.
Блок КЭБ является оконечным устройством (ОУ) интерфейса и функционирует в соответствии с командами контроллера шины.
Поток информации, передаваемый по линии связи устройств интерфейса, состоит из сообщений, содержащих:
КС - командное слово;
ОС - ответное слово;
СД - слово данных.
Каждое слово должно начинаться с сигнала пословной синхронизации (синхросигнал) и иметь 17 информационных разрядов, включая разряд контроля по четности.
Синхросигнал должен иметь длительность, составляющую три интервала времени передачи одного двоичного сигнала т и иметь вид в соответствии с ГОСТ Р 52070-2003.
Форматы передаваемых слов представлены на фиг.3 - 12.
Для передачи данных от систем самолета в блок КЭБ используется формат 1 - передача данных от КШ к ОУ, при этом:
- БЦВМ должна передать КС обмена на прием сообщения и СД №1 - СД №2;
- блок КЭБ после установления достоверности принятого КС должен передать ОС и запустить внутренние процедуры обработки принятых данных.
Для сообщения, передаваемого по интерфейсу блоком КЭБ и содержащего вычисленные данные и признаки состояния, устанавливается формат 2 - передача данных от ОУ к КШ, при этом:
- БЦВМ должна передавать КС обмена данными на передачу сообщения;
- блок КЭБ после установления достоверности принятого КС должен передать ОС и СД №1 - СД №5.
Циклограмма информационного обмена БЦВМ и блока КЭБ приведена на фиг.3.
Для передачи команд управления КШ используется формат 4.
ОУ блока КЭБ использует следующие команды управления:
- передать ОС (код команды управления 00010);
- блокировать передатчик (код команды управления 00100);
- разблокировать передатчик (код команды управления 00101);
- установить ОУ в исходное состояние (код команды управления 01000).
Остальные коды команд блоком КЭБ игнорируются.
общ
Общий цикл между двумя последовательными обращениями БЦВМ по формату 1 составляет t=100 мс (при частоте обмена 10 Гц).
2
3
Пауза между сообщениями в формате 1 и формате 2, формируемая БЦВМ, составляет t≈50 мc. Данное время определяется встроенными вычислительными процедурами блока КЭБ. При попытке обращения со стороны БЦВМ по формату 2 через меньший интервал времени в ответном слове блока КЭБ будет установлен бит занятости абонента. Соответственно, пауза между сообщениями в формате 2 и следующим сообщением в формате 1, формируемая БЦВМ, составляет t≈50 мс. Минимально допустимая пауза определяется вычислительным процессом блока КЭБ и составляет 5 мс.
1
Пауза t перед передачей ОС, формируемая блоком КЭБ, должна быть от 4 до 12 мкс. Время ожидания БЦВМ поступления ОС, по истечении которого БЦВМ фиксирует отсутствие ОС от блока КЭБ, должно быть не менее 14 мкс.
Алгоритм обработки прерываний процессора 1 представлен на фиг.14. Признак наличия данных поступает из КМК 6 и после считывания данных процессором 1 устанавливается в «0».
Выполнение команд формата Ф1 представлено на фиг.15.
Команды формата Ф2 выполняются в соответствии с циклограммой, представленной на фиг.13.
В исходном состоянии в первое слово данных CD1 формата Ф1 записывается значение высоты, равное «0». Во второе слово данных CD2 в 19 р. заносится «1» (шасси обжато).
В рабочем режиме в первое слово CD1 формата Ф2 (см. фиг.8) записывается значение высоты, которое передавалось в команде Ф1 (CD1). Во второе слово CD2 Ф2 (см. фиг.9) записывается значение парциального давления кислорода, которое поступает с 37 входа, оцифровывается и записывается в память КК. В третье слово CD3 Ф2 (см. фиг.10) записывается значение второго слова CD2 формата Ф1 (см. фиг.6), причем в 19 р. записывается состояние входного сигнала 40 (шасси обжато). В четвертое слово CD4 Ф2 (см. фиг.11) записывается состояние входных, выходных сигналов КЭБ. В пятое слово CD5 Ф2 (см. фиг.12) в 4 разряд записывается «1», если признак достоверности данных по МКО=«1», блок КЭБ исправен, и входной сигнал 39 (готов - состояние газоанализатора) равен единице. По включению питания производится выполнение встроенного теста контроля, если тест выполнен успешно устанавливается признак КЭБ исправен. В 16 разряд записывается «1», если признак отказ связи ОУ по SPI=1. Выполняется запись данных из процессора 1 в двухпортовое ОЗУ КМК6, и считываются данные, если считанные данные не равны записываемым данным, устанавливается признак отказа связи ОУ по SPI.
КЭБ осуществляет управление работой адсорберов, формирует сигналы 31, 32, 33 в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.16 - 18. Цикличность работы адсорберов представлена на фиг.19, в результате чего один из адсорберов в течение 9 с работает в режиме адсорбции, а другой - в режиме десорбции. При работе адсорбера в режиме адсорбции клапан заполнения адсорбера открыт, а клапан сброса закрыт. При этом воздух от редуктора поступает в адсорбер, где исходит адсорбция азота, и обогащенный кислородом воздух поступает потребителю. При работе адсорбера в режиме десорбции клапан заполнения адсорбера закрыт, а клапан сброса открыт. При этом обогащенный азотом воздух выбрасывается в атмосферу.
КЭБ осуществляет контроль за парциальным давлением в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.20 и 21.
2
Сигнал 34 «O норма».
На земле выдается при наличии:
- сигнала 39 «Готов» от газоанализатора;
- парциального давления кислорода 25 кПа и более (выходной сигнал 37);
- сигнала 38 «Избыточное давление»;
- выходного сигнала 26 «Шасси обжато».
В полете (при отсутствии выходного сигнала «Шасси обжато») выдается при наличии:
- давления в кабине, соответствующего высоте менее 1000 м;
- давления в кабине, соответствующего высоте более 1000 м и менее 4500 м, парциального давления:
- более 18 кПа;
- в диапазоне от 18 до 15 кПа в течение 10 мин;
- в диапазоне от 15 до 13 кПа в течение 30 с.
Независимо от наличия сигнала «Избыточное давление»;
- давления в кабине, соответствующего высоте более 4500 м, сигнала «Избыточное давление», парциального давления:
- более 18 кПа;
- в диапазоне от 18 до 15 кПа в течение 10 мин;
- в диапазоне от 15 до 13 кПа в течение 30 с.
2
Сигнал 26 «шасси обжато» формируется в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.22. Сигнал 27 «O отказ».
Выдается:
2
- в полете при отсутствии сигнала 34 «O норма»;
2
- на земле (при наличии выходного сигнала 26 «шасси обжато» и сигнала 39 «Готов» от газоанализатора) через 15 с, при наличии первого сигнала 36 «Кран открыт» и условий, недостаточных для формирования сигнала «O норма».
КЭБ осуществляет контроль давления в кабине. Высота определяется из CD1 формата 1, передаваемых данных из МКО или по сигналу 4 «Давление в кабине».
Сигнал 28 «Аварийное включение кислорода 8 км».
Выдается при достижении высоты 8000 м и снимается при высоте <8000 м;
Сигнал 29 «Аварийное включение кислорода 10 км».
Выдается при достижении высоты 10000 м и снимается при высоте <10000.
Сигнал 30 «Аварийное включение кислорода суммарное».
2
Выдается при сочетании высоты 8000 м и сигнала «O отказ» или при наличии высоты более 10000 м и снимается при отсутствии указанных условий.
Источники информации
1. Авторское свидетельство RU №2207968 С2, В64С 30/00, 2003 г.
2. Патент СА №2477025 B64D 13/04, 2003 г.
3. Микросхема ADUC841BS62 ф. ANALOG DEVICES.
4. Микросхема Hl-1574 PSI ф. HOLT.
5. Микросхема АРА 450-PQ208I ф. ACTEL. Карта заказа ЮШКР.430103.252Д (ФГУП «Субмикрон»).