СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ КОНУСА-ДАТЧИКА АГРЕГАТА ЗАПРАВКИ ТОПЛИВОМ В ПОЛЕТЕ
METHOD FOR STABILISATION OF IN-FLIGHT FUELLING UNIT TAPER GAGE

Изобретение относится к области авиации, в частности к агрегатам дозаправки летательных аппаратов топливом в полете по типу «шланг-конус».
В результате колебаний конуса-датчика агрегата заправки топливом в полете, вызванных турбулентностью потока, возмущениями, вызванными обтеканием самолета-заправщика и заправляемого самолета и колебанием заправочного шланга в возмущенном потоке, возникает усложнение процесса заправки.
Конус-датчик необходимо стабилизировать.
Известен способ стабилизации конуса-датчика агрегата заправки топливом в полете путем применения стабилизирующей аэродинамической юбки (ГОСТ 22488-77; патент US 2769604, приоритет 06.11.1956 г.; патент GB 98/00560, приоритет 04.03.1997 г.).
В этом способе стабилизация конуса-датчика осуществляется за счет обтекания и выстраивания по потоку узла контактирования, имеющего разрезную юбку в виде парашюта, что является недостаточно эффективным. В момент контакта конуса-датчика с приемником топлива требуются дополнительные затраты времени на стыковку, а также затраты сил и энергии летчиков, участвующих в заправке, что повышает психофизиологическую нагрузку на участников процесса.
Задачей изобретения является снижение времени стыковки и упрощение процесса заправки за счет стабилизации положения конуса-датчика до момента контакта его с приемником топлива.
Заявляемый способ заключается в том, что в трех перпендикулярных оси симметрии конуса-датчика направлениях выдуваются струи, интенсивность которых задается как линейная функция скорости и смещения конуса-датчика в соответствующем направлении, для определения которых устанавливаются акселерометры в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и микропроцессор, который по измеренным акселерометрами ускорениям вычисляет изменяющиеся во времени скорость и перемещение конуса, по которым определяет реактивные силы струй в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, необходимые для коррекции положения конуса, и в соответствии со значениями этих сил выдает сигнал на изменение параметров струй.
y
z
y1
z1
Заявляемый способ иллюстрируется фигурами 1 и 2. Фиг.1 представляет структурную схему способа стабилизации. Фиг.2 представляет схему направления управляющих сигналов. Акселерометры 1 (фиг.1) измеряют ускорения a и a, значения которых передаются, соответственно, в интеграторы 2, которые вычисляют значения относительных скоростей ν и ν. Эти значения не равны фактическим скоростям конуса-датчика в направлениях соответствующих осей, так как работа интеграторов начинается в произвольный момент времени, когда начальные значения этих скоростей не известны, и поэтому принимаются равными нулю.
y1
z1
y1
z1
Значения относительных скоростей ν и ν передаются, соответственно, в интеграторы 3, которые вычисляют значения относительных смещений S и S конуса-датчика вдоль соответствующих осей. Эти смещения не являются отклонениями конуса-датчика от равновесного положения, так как неизвестны ни начальные значения этих смещений в момент начала работы интеграторов, ни начальные скорости.
y1
z1
Значения S и S передаются в делители 4, где они делятся на время t, прошедшее с момента начала работы интеграторов 3.
Все элементы схемы начинают работать одновременно, а процессы интегрирования выполняются синхронно в режиме реального времени.
y
z
y1
z1
y
z
y
z
Полученные в делителях 4 значения Δν и Δν передаются, соответственно, в двухвходовые сумматоры 5, где они вычитаются, соответственно, из относительных скоростей ν и ν, а полученные в результате величины ν и ν стремятся со временем к истинным скоростям поперечных колебаний конуса-датчика в направлениях соответствующих осей, так как начальные скорости, соответствующие началу процесса интегрирования, равны предельным значениям величин - Δν и Δν при t→∞.
y
z
Величины скоростей ν и ν передаются в четырехвходовой логический коммутатор 13, управляющий параметрами струй в направлениях осей 1, 2 и 3 (фиг.2).
y
z
y2
z2
Кроме того, значения скоростей ν и ν передаются, соответственно, в интеграторы 6, которые вычисляют значения относительных смещений S и S конуса-датчика вдоль соответствующих осей. Эти смещения не равны фактическим отклонениям конуса-датчика от равновесного положения, так как в начале процесса интегрирования неизвестно начальное значение этого отклонения.
y2
z2
y1
z1
y2
z2
y2
z2
Значения S и S передаются, соответственно, в интеграторы 7, которые вычисляют значения площадей F(t) и F(t) между кривыми S(t) и S(t) и осями времени t, проведенными из начальных точек S(0)=0 и S(0)=0.
y2
z2
y
z
y
z
Для определения фактических начальных значений смещений конуса-датчика от равновесного положения вычисляются функции F(t) и F(t), которые при достаточно больших значениях времени t стремятся к истинным значениям площадей между кривыми S(t) и S(t) и осями времени, проведенными через равновесные значения соответствующих смещений S=0 и S=0.
y1
z1
y1
y1
z1
z1
y2
z2
y3
z3
y2
z2
y2
y2
z2
z2
y3
z3
Для этого значения функций F(t) и F(t), соответственно, передаются в делители 8, где они делятся на время t, прошедшее с момента начала работы интеграторов. Полученные там значения ΔS=F/t и ΔS=F/t передаются в двухвходовые сумматоры 9, где они вычитаются из значений S и S соответственно. Полученные там значения S и S передаются, соответственно, в интеграторы 10, которые вычисляют значения площадей F(t) и F(t). Последние в свою очередь передаются в делители 11, где они 4 делятся на время t, а полученные в результате деления значения ΔS=F/t и ΔS=F/t передаются в двухвходовые сумматоры 12, где они вычитаются из значений S и S.
y
z
y
z
Полученные в двухвходовых сумматорах значения S(t) и S(t) со временем стремятся к истинным значениям смещений конуса-датчика от равновесного положения. Они, так же, как и скорости ν(t) и ν(t), передаются в четырехвходовой логический коммутатор 13, управляющий параметрами струй.
y
z
y
νy
S
z
ν
z
S
z
Этот коммутатор вычисляет реактивные силы струй, необходимые для стабилизации конуса-датчика. Сначала вычисляются силы в направлении осей O и O по формулам T=k+ks, T=kν+ks,
y
Устройство изменения параметров струи 14 выпускает воздух в направлении оси O.
1
2
3
Устройствам 14, 15 и 16 соответствуют силы T(t), T(t) и T(t)(фиг.2).
Степень изменения параметров струй выбирается из условий, обеспечивающих значения соответствующих реактивных сил:
y
z
3
2
z
1
y
z
1. если T>0 и T>0, то Т=0, T=T/cos(π/6)Т=T+Ttg(π/6)
y
z
2
3
z
1
y
z
2. если T>0 и T<0, то T=0, T=-T/cos(π/6), T=T-Ttg(π/6)
y
<mrow><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mi>z</mi></msub></mrow><mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>6</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mi>y</mi></msub></mrow><mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>6</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mi>z</mi></msub></mrow><mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>6</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mi>y</mi></msub></mrow><mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>6</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
3. если T<0, то
,
,
1
T=0.
Таким образом, заявляемый способ позволяет стабилизировать положение конуса-датчика до момента контакта его с приемником топлива, что ведет к упрощению процесса заправки топливом в полете, сокращению времени заправки и уменьшению психофизиологических затрат летчиков при осуществлении процесса стыковки.