BRPI0616345A2 - sistema de controle de parÂmetros anemobaroclinomÉtricos para aeronaves - Google Patents

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Abstract

SISTEMA DE CONTROLE DE PARÂMETROS ANEMOBAROCLINOMÉTRICOS PARA AERONAVES. A invenção se refere a um sistema de controle de parâmetros anemobaroclinométricos em uma aeronave, comportando um circuito de detecção primário (1) compreendendo pelo menos uma via de medida (10), essa via de medida comportando: um dispositivo de medida de uma pressão estática do ar (13, 14); um dispositivo de medida de um ângulo de derrapagem da aeronave; um dispositivo de medida (15) de uma pressão dinâmica, de uma temperatura total e de um ângulo de ataque da aeronave; e um dispositivo de tratamento de dados (12) apto a determinar parâmetros anemobaroclinométricos a partir das medidas de pressão estática, de ângulo de derrapagem, de pressão dinâmica, de temperatura total e de ângulo de ataque; pelo menos um anemômetro laser (50) para medir pelo menos um parâmetro de velocidade real da aeronave.

Description

SISTEMA DE CONTROLE DE PARÂMETROS ANEMOBAROCLINOMÉTRICOS
PARA AERONAVES
Domínio da invenção
A invenção se refere a um sistema de controle dosparâmetros anemobaroclinométricôs em uma aeronave. Essesistema permite conhecer, a bordo da aeronave, o valor dosparâmetros anemobaroclinométricos relativos ao vôo daaeronave. Os parâmetros anemobaroclinométricos são osparâmetros ligados à posição e à velocidade da aeronave emvôo em relação ao ar ambiente.
A invenção encontra aplicações no domínio daaeronáutica e, em particular, no domínio da medida dosparâmetros relativos à anemoclinometria das aeronaves.
Estado da técnica
A bordo de uma aeronave, é importante conhecer certasinformações relativas ao vôo da aeronave. Técnicas demedidas anemométricas permitem conhecer essas informações,notadamente, a velocidade da aeronave, sua posição noespaço em relação ao ar, sua altitude, assim comoparâmetros diretos do ar. Essas informações são denominadasparâmetros anemobaroclinométricos. Dentre esses parâmetrosanemobaroclinométricos, há os parâmetros relativos ao arambiente da aeronave, tais como a pressão estática, apressão dinâmica, ou ainda a temperatura total. Há tambémos parâmetros relativos à posição da aeronave, nesseambiente, tais como a velocidade da aeronave, seu ângulo deataque ou ainda seu ângulo de derrapagem. O ângulo deataque é o ângulo relativo entre a direção do escoamento dear e a trajetória horizontal da aeronave. O ângulo dederrapagem da aeronave é o ângulo do escoamento do ar emrelação à trajetória da aeronave.
A partir do valor de certos parâmetros, é possíveldeterminar o valor de certos outros desses parâmetros.Assim, para conhecer o valor de todos os parâmetros oanemobaroclinométricôs úteis a bordo da aeronave, medem-sedeterminados desses parâmetros anemobaroclinométricos paradeduzir daí os outros parâmetros.
Atualmente medem-se os parâmetros a bordo da aeronave,por meio de diferentes sondas instaladas no exterior daaeronave, sobre o revestimento externo da aeronave.
Um sistema clássico de detecção de parâmetrosanemobaroclinométricos em uma aeronave está representado nafigura 1. Esse sistema comporta um circuito de detecçãoprimário 1 e um circuito de detecção secundário 2,denominado também circuito auxiliar, utilizado em caso denão funcionamento do circuito primário ou de problemas demedida detectados sobre o circuito primário 1.
O circuito primário 1 comporta várias vias de medida.Geralmente, o circuito primário comporta 3 vias de medida10, 20, 30 sensivelmente idênticas. Essas três vias demedida 10, 20 e 30 asseguram todas uma medida dos mesmosparâmetros. A existência de várias vias de medida em ummesmo circuito tem por finalidade assegurar uma redundânciadas medidas, por razões de segurança do vôo da aeronave.Assegura-se assim que a medida obtida está correta.
Classicamente, cada via de medida 10, 20 ou 3 0 do
circuito primário 1 comporta:
- uma ou várias sonda(s) de detecção da pressão
estática 13-14, 23-24 ou 33-34;
- uma sonda de detecção da pressão dinâmica ou pressãototal;
- uma sonda de medida de temperatura total, e
- uma sonda de medida do ângulo de ataque da aeronave.
Em certas aeronaves, várias sondas são agrupadas emuma única e mesma sonda que fornece vários valores deparâmetros. No caso da figura 1, uma sonda de multifunçõesMFP 15, 25, 35 assegura a medida da pressão dinâmica, datemperatura total, e do ângulo de ataque.
A bordo de certas aeronaves, como no exemplo da figura1, uma sonda SSA (side-slip angle, em termos anglo-saxônicos) 11, 21, 31 é utilizada para medir o ângulo dederrapagem da aeronave.
Para cada via de medida, as informações medidas pelasdiferentes sondas são transmitidas a um dispositivo detratamento de dados ADIRU 12, 22, 32. Esse dispositivo detratamento de dados 12, 22, 32 assegura o tratamento dasmedidas feitas pelas sondas e a determinação dos valoresdos outros parâmetros não medidos. Ele assegura, porexemplo, a determinação da velocidade corrigida (computedair speed, em termos anglo-saxônicos) , da velocidade realda aeronave (true airspeed, em termos anglo-saxônicos) e donúmero de Mach da aeronave.
Conforme explicado anteriormente, os sistemas decontrole clássicos comportam um primeiro nível de segurançaobtido pela redundância das medidas no circuito primário 1.Geralmente, os sistemas de controle clássicos comportam umsegundo nível de segurança obtido pelo circuito secundário2. Classicamente, esse circuito secundário 2 comporta umaou várias sondas de pressão estática 43, 44 e uma tubulaçãode Pitot 40 que assegura a detecção da pressão dinâmica doar. Esse circuito secundário 2 comporta um ou váriosdispositivos de tratamento dos dados 41, 42 que asseguram otratamento dos valores medidos para daí deduzir o valor deparâmetros anemobaroclinométricôs não medidos.
Dessa forma, em caso de falha do circuito primário 1,as informações mínimas necessárias à segurança do vôo daaeronave são fornecidas pelo circuito secundário 2.
Conforme explicado anteriormente, a segurança de vôo éassegurada, nos sistemas de controle de parâmetrosanemobaroclinométricos clássicos, pela redundância das viasde medida no circuito primário e pela existência docircuito secundário. Em outros termos, a segurança é obtidapor meio de circuitos de detecção que liga a mecânica e aeletrônica. Esses circuitos de detecção primário esecundário são, portanto, circuitos de mesmo tipo, mecânicoe eletrônico. Em conseqüência, se um fenômeno for capaz deprovocar um disfuncionamento de um elemento do sistema, porexemplo, uma sonda de pressão estática, então todos oselementos similares do sistema, isto é, todas as sondas depressão estática, serão também atingidas. Não há entãonenhum meio, em todo o sistema, conhecer a pressão estática
do ar.
Além disso, as diferentes sondas utilizadas nossistemas clássicos são instaladas sobre o revestimentoexterno da aeronave, em ressalto desse revestimento. Emparticular, a tubulação de Pitot é uma tubulação que passasob a aeronave e que é instalada no sentido de avanço daaeronave. A sonda de pressão estática necessita de umaabertura na parede da fuselagem, perpendicularmente aosentido de avanço da aeronave. As sondas de medida deângulo de ataque e de ângulo de derrapagem comportam, cadauma, uma alheta móvel, montada sobre um eixo de rotação,sensível à variação do escoamento de ar em relação àaeronave. Essas sondas constituem, portanto, protuberânciassobre o revestimento externo da aeronave. Elas fornecemassim um rasto à aeronave. Além disso, elas podem gerarruído.
Além disso, essas sondas são sensíveis à geada e àchuva. Para evitar que a geada se deposite sobre uma sonda,esta deve ser equipada com meios de aquecimento, o queaumenta o volume da sonda e, por conseguinte, o tamanho daprotuberância sobre o revestimento externo da aeronave.
Exposição da invenção:
A invenção tem justamente por finalidade prevenir osinconvenientes das técnicas expostas anteriormente. Paraisso, a invenção propõe um sistema de controle deparâmetros anemobaroclinométricôs, no qual a redundância ouo dobro das medidas é obtida(o) por uma técnica diferenteda mecânica. A invenção propõe, portanto, acrescentar umcircuito de medida de tipo óptico ou substituir pelo menosparcialmente um circuito de detecção ou uma via de medidaclássica por esse circuito de medida de tipo óptico. Essecircuito de medida óptica comporta um anemômetro laser.
De acordo com a invenção, um anemômetro laser pode seracrescentado aos circuitos primário e secundário parafornecer um elemento de segurança suplementar com medidassuplementares de parâmetros. Pode também substituir totalou parcialmente o circuito secundário clássico ou uma viade medida do circuito primário para fornecer um elemento desegurança suplementar com a aplicação de uma técnica demedida nova.
De forma mais precisa, a invenção se refere a umsistema de controle de parâmetros anemobaroclinométricôs emuma aeronave, comportando um circuito de detecção primário,compreendendo pelo menos uma via de medida, essa via de
medida, comportando:
- um dispositivo de medida de uma pressão estática em
torno da aeronave;
- um dispositivo de medida de um ângulo de derrapagem
da aeronave;
- um dispositivo de medida de uma pressão dinâmica, deuma temperatura total e de um ângulo de ataque da aeronave;
- um dispositivo de tratamento de dados apto adeterminar parâmetros anemobaroclinométricos a partir dasmedidas de pressão estática, de ângulo de derrapagem, depressão dinâmica, de temperatura total e de ângulo deataque;
caracterizado pelo fato de comportar pelo menos um
anemÔmetro laser para medir pelo menos um parâmetro de
velocidade real da aeronave.
A invenção pode comportar uma ou várias das seguintes
características:
- o anemômetro laser é integrado em um circuito de
detecção secundário;
o sistema comporta um circuito de detecção
secundário, compreendendo pelo menos um dispositivo de
medida da pressão estática, pelo menos um dispositivo de
medida da pressão dinâmica e pelo menos um dispositivo de
tratamento dos dados fornecidos pelos dispositivos de
medida, o anemÔmetro laser constituindo um circuito decontrole dos parâmetros;
- o anemômetro é integrado em uma segunda via demedida do circuito de detecção primário;
- o circuito primário comporta uma terceira via demedida similar à primeira via de medida;
- o circuito primário comporta uma terceira via demedida que integra um segundo anemômetro.
Breve descrição dos desenhos:
A figura 1, descrita, representa o diagrama funcionalde um sistema de controle de parâmetrosanemobaroclinométricos clássico.
A figura 2 representa um esquema funcional do sistemade controle de parâmetros anemobaroclinométricos no caso deo anemômetro laser constituir um terceiro circuito demedida.
A figura 3 representa um esquema funcional do sistemade controle de parâmetros anemobaroclinométricos no caso deo anemômetro laser constituir o circuito de medidasecundário.
A figura 4 representa um esquema funcional do sistemade controle de parâmetros anemobaroclinométricos, no casode o anemômetro laser constituir uma via de medida docircuito de medida primário.
Descrição detalhada de modos de realização da invenção
O sistema de controle de parâmetrosanemobaroclinométricos, de acordo com a invenção, propõeutilizar, além dos circuitos de medida clássicos, ou emsubstituição de um circuito ou de uma via de medidaclássica, um anemômetro de tipo laser, permitindo umamedida óptica de certos parâmetros anemobaroclinométricos.Com efeito, um anemômetro laser permite medir certosparâmetros anemobaroclinométricos, notadamente a velocidadeda aeronave em suas três direções, portanto seu vetorvelocidade, o que permite encontrar o ângulo de ataque daaeronave e a componente de derrapagem da aeronave.
Um anemômetro laser procede por medida da defasagemque sofre uma onda luminosa monocromática, em particularuma onda laser, quando ela é retrodifundida pelos aerosóis(partículas e/ou moléculas) presentes na atmosfera. Essadefasagem permite determinar a componente do vetorvelocidade segundo o eixo de mira. Em outros termos, umanemômetro laser emite uma radiação laser a uma distânciapré-determinada de alguns metros ou algumas dezenas demetros além da aeronave e recepciona essa radiação laser,após retrodif usão pelo ar. A componente do vetorvelocidade, segundo o eixo de visada, é diretamente ligadaà mudança do comprimento de onda da radiação laser.
Emitindo-se três radiações laser, conforme trêsdireções diferentes, o anemômetro laser é capaz dedeterminar as três componentes do vetor velocidade daaeronave. Por razões de segurança e de disponibilidade,isto é, para se assegurar que a medida feita por essas trêsemissões é exata, uma quarta emissão de radiação laser podeser realizada, conforme uma quarta direção, que permiteverificar que ela corresponde bem ao resultado obtido pelas
três emissões precedentes.
Essa medida das componentes do vetor velocidadefornece o parâmetro TAS de velocidade real da aeronave. Avelocidade real da aeronave é a velocidade da aeronave emrelação a um ar não perturbado. A partir dessa velocidadereal o anemômetro laser pode daí deduzir o parâmetro deângulo de ataque AOA (angle of attack, em termos anglo-saxônico) da aeronave e o parâmetro de ângulo de derrapagemSSA da aeronave. De acordo com certas tecnologias, oanemômetro laser pode também fornecer uma medida dosseguintes parâmetros:
- temperatura total TAT, isto é, a temperatura totalexterna à aeronave;
- velocidade corrigida CAS, isto é, a velocidadecorrigida da aeronave, assim como
- o número de Mach, isto é, a velocidade de aeronave,considerando-se as variações de densidade do ar, o quecorresponde à velocidade da aeronave em relação àvelocidade do som.
0 anemômetro laser pode ser instalado em um alojamentoaberto nas proximidades do revestimento externo da aeronavee protegido por uma janela, que assegura a passagem ópticados raios laseres. O anemômetro laser pode, portanto, serinstalado no interior da fuselagem, isto é, sem gerarprotuberância sobre a pele externa. Ele permite assim umamedida de parâmetros sem geração de rasto ou de ruído.
Além disso, como o anemômetro laser é alojado nafuselagem da aeronave, fica protegido do escoamento de are, portanto, pouco sensível à geada e à chuva.
Esse anemômetro laser permite assim uma medida deparâmetros com uma tecnologia óptica, diferente datecnologia mecânica das sondas dos circuitos primário esecundário clássicos. Essa medida de parâmetros com umatecnologia óptica permite fornecer um nível de segurançasuplementar à medida de parâmetros atual. Esse nível desegurança suplementar pode ser oferecido:
seja acrescentando-se um circuito de medidasuplementar que comporta pelo menos um anemômetro laser;
- seja substituindo-se o circuito secundário ou umavia do circuito primário por um anemômetro laser.
Em um primeiro modo de realização, representado nafigura 2, o anemômetro laser é integrado em um circuito demedida suplementar, assegurando uma medida de parâmetrosanemobaroclinométricos complementar das medidas efetuadaspelo circuito primário e pelo circuito secundário. Essecircuito de medida suplementar é denominado circuito decontrole 3. Nesse modo de realização, os circuitos primário1 e secundário 2 são idênticos aos circuitos primário esecundário clássicos mostrados na figura 1. Eles não são,
portanto, descritos de novo.
No modo de realização da figura 2, o circuito decontrole 3 comporta pelo menos um anemômetro 50 utilizadopara realizar um controle dos parâmetros medidos pelocircuito primário 1 ou pelo circuito secundário 2, em casode defeito do circuito primário 1. As medidas obtidas peloanemômetro 50 podem, então, ser comparadas às medidasobtidas pelo circuito primário 1, de forma a verificar quetodos os parâmetros obtidos se situam na faixa de medidasesperada. O anemômetro 5 0 oferece então uma segurançasuplementar em relação à validade das medidas.
Em um segundo modo de realização, representado nafigura 3, o anemômetro laser é integrado no circuitosecundário, em substituição às sondas clássicas. Nesse modode realização, o circuito primário 1 é idêntico ao circuitoprimário clássico. Portanto, não foi descrito de novo.Nesse segundo modo de realização, o circuitosecundário 2' comporta pelo menos um anemômetro 51 queassegura a medida de parâmetros anemobaroclinométricos, emsubstituição as sondas estáticas 43, 44 e da tubulação dePitot 40 de um circuito secundário clássico. Segundo oanemômetro escolhido, este pode ser ligado aos dispositivosde tratamentos 41 e 42, descritos anteriormente. Essesdispositivos de tratamento 41 e 42 asseguram o tratamentodos dados medidos para deduzir daí outros parâmetrosanemobaroclinométricos; eles asseguram também a ligação como computador de bordo da aeronave. 0 anemômetro pode tambémestar apto para determinar ele próprio os parâmetrosanemobaroclinométricos não medidos.
Nesse modo de realização, o anemômetro contribui paraformar o circuito auxiliar 2' utilizado em caso dedisfuncionamento do circuito primário 1. Nesse modo derealização, o circuito auxiliar tem a vantagem de aplicaruma técnica diferente do circuito primário e, portanto,utilizável com maior segurança, caso as três vias de medidado circuito primário apresentam um mesmo defeito de
funcionamento.
Em um terceiro modo de realização da invenção,representado na figura 4, o anemômetro laser é integrado nocircuito primário 1' em substituição de uma via de medidado circuito primário clássico, nesse modo de realização, ocircuito secundário 2 é idêntico ao circuito secundárioclássico descrito anteriormente. Portanto, não é descritode novo.
Nesse terceiro modo de realização, o anemômetro 52constitui uma via de medida do circuito primário 1' . 0anemômetro 52 é, portanto, integrado no circuito primário1' em substituição à via de medida 30. Segundo o anemômetroescolhido, este pode ser conectado ao dispositivo detratamento 32 que assegura a determinação dos parâmetrosanemobaroclinométricos não medidos e a ligação com ocomputador de bordo. O anemômetro pode também estar aptopara determinar ele próprio os parâmetrosanemobaroclinométricos não medidos.
O anemômetro 52 constitui nesse modo de realização umaredundância das vias de medida 10 e 20 do circuito primário1'. Nesse modo de realização, o anemômetro laser 52 aumentaa confiabilidade do sistema pelo fato de fornecer umaredundância obtida por uma tecnologia diferente das duasoutras vias de medida 10 e 2 0 do circuito primário.
Em uma variante da invenção, um segundo anemômetrolaser pode ser implementado em uma das vias de medida 10 ou20 do circuito primário 1' . O circuito primário comportaentão uma via de medida clássica, que comporta sondas eduas vias de medida, de acordo com a invenção, comportando,cada uma, um anemômetro laser.
A integração de pelo menos um anemômetro laser nocircuito primário, no circuito secundário ou em um circuitode controle permite medir a velocidade real da aeronave e,a partir dessa velocidade real, encontrar todos osparâmetros anemobaroclinométricos utilizados geralmente abordo de uma aeronave, aplicando uma tecnologia diferenteda mecânica.

Claims (6)

1. Sistema de controle de parâmetrosanemobaroclinométricos em uma aeronave, comportando umcircuito de detecção primário (1), compreendendo pelo menosuma via de medida (10), essa via de medida comportando:- um dispositivo de medida de uma pressão estática doar (13, 14);- um dispositivo de medida de um ângulo de derrapagemda aeronave;- um dispositivo de medida (15) de uma pressãodinâmica, de uma temperatura total e de um ângulo de ataqueda aeronave; e- um dispositivo de tratamento de dados (12) apto adeterminar parâmetros anemobaroclinométricos a partir dasmedidas de pressão estática, de ângulo de derrapagem, depressão dinâmica, de temperatura total e de ângulo deataque;caracterizado pelo fato de comportar pelo menos umanemômetro laser (50) para medir pelo menos um parâmetro develocidade real da aeronave, esse anemômetro laser sendoinstalado em um alojamento aberto nas proximidades dorevestimento externo da aeronave e protegido por umajanela, assegurando a passagem óptica dos raios laseres.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do anemômetro laser (51) serintegrado em um circuito de detecção secundário (2')·
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de comportar:- um circuito de detecção secundário (2) compreendendopelo menos um dispositivo de medida da pressão estática(43, 44), pelo menos um dispositivo de medida da pressãodinâmica (40) , e pelo menos um dispositivo de tratamento(41, 42) dos dados fornecidos pelos dispositivos de medida;- o anemômetro constituindo um circuito de controle(3) dos parâmetros.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do anemômetro (52) ser integrado emuma segunda via de medida (30) do circuito de detecçãoprimário.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato do circuito primário (1') comportaruma terceira via de medida (20) similar à primeira via demedida.
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato do circuito primário comportar umaterceira via de medida que integra um segundo anemômetro.
BRPI0616345-9A 2005-09-27 2006-09-21 sistema de controle de parÂmetros anemobaroclinomÉtricos para aeronaves BRPI0616345A2 (pt)

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