CN102666274B - 航空器双层玻璃体的两玻璃之间平行保持的装置及方法 - Google Patents

Abstract

用于双层玻璃体的装置，所述双层玻璃体包括至少外层玻璃（1）和内层玻璃（2），所述外层玻璃和内层玻璃被填充有气体的中间空间（3）隔开，所述双层玻璃用于将内部环境与外部环境隔绝，压力变化会发生在所述内部环境与外部环境之间，例如在飞行中的航空器的情况下。所述装置包括保持双层玻璃体的外层玻璃和内层玻璃大体平行而不受压力变化影响的保持部件。本发明还涉及包括该装置的双层玻璃体、平行保持方法以及实施该方法的软件。

Description

航空器双层玻璃体的两玻璃之间平行保持的装置及方法

技术领域

本发明属于双层玻璃体的领域。本发明尤其特别地涉及承受由该双层玻璃体分隔的两个环境之间的大的压力差的双层玻璃体，如典型在航空领域中就是这种情况。

背景技术

在航空领域中，为允许驾驶员观察飞机外部坏境，驾驶舱配有不同的玻璃，特别是用于飞机侧面上视野的侧面窗玻璃。

为降低由发动机产生的噪声危害，通常，对于商用飞机，驾驶舱内的侧面窗玻璃配有双层玻璃体、甚至三层玻璃体。

一个双层玻璃体包括由通常填充有气体的中间空间隔开的两片玻璃。通常，所述两片玻璃具有非常不同的厚度：厚的外层玻璃和薄的内层玻璃，在需要时，厚的外层玻璃自身由被塑料膜隔开的数片玻璃组成。当在双层玻璃体两侧的空气压力与中间空间内的空气压力相同时，该两片玻璃是平的并且平行的。

在此处以这样的含义使用术语“平行性”：两个表面在它们的整个延伸范围内彼此等距间隔开。如果一个表面的任一法线是另一个表面的法线，则这些表面是平行的；两片玻璃之间的距离、也就是这样两点之间的距离是被称为平行距离的常数：每一个所述点处于具有公共法线的两个表面之一上。

在飞机飞行时，其外部环境（在10000米处不足0.15巴）与驾驶舱的内部环境（飞机机舱内的等同1500米处的典型增压为0.75巴）之间的压力差约为0.6巴。

该压力差在需要时结合两片玻璃的刚度差异，引起外层玻璃的变形不同于内层玻璃的变形。外层玻璃的变形自然地取决于飞机外部环境与驾驶舱内部环境之间的压力差，并且根据海拔高度该变形可以达到直至7毫米。

所述两片玻璃之间的变形差异导致穿过双层玻璃体的多次反射和衍射的光学现象，这因此有碍驾驶员的视线。因此，例如一个光点通过在两片玻璃上相继反射变成一系列的光点，这自然地在视觉上是非常妨碍的。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种装置来克服差异变形的问题，当所述双层玻璃体在其两侧承受压力差时，所述装置允许保持穿过该双层玻璃体的正常视觉。

本发明的第二目的是提出一简单的和经济的装置，该装置在需要时可被安装到现有飞机的双层玻璃窗上。

为此，本发明首先旨在一种用于双层壁的装置，所述双层壁包括至少外壁和内壁，所述外壁和内壁被填充有气体的中间空间隔开，所述双层壁将内部环境与外部环境分隔开，压力变化会在所述内部环境与外部环境之间发生，所述装置包括保持部件，所述保持部件用于保持所述双层壁的所述外壁和内壁大体平行而不受所述压力变化影响。

用于保持所述双层壁的所述外壁和内壁大体平行的所述保持部件包括：

－测量部件，其包括至少测量与所述外壁和内壁之间的差异变形直接相关的距离参数。

－增压部件，其适于增加或者降低所述中间空间内的压力。

－控制部件，所述控制部件根据测得的参数并按照预先存储的逻辑控制所述增压部件。

可理解的是，根据压力差改变一个或者多个壁的曲率。

因此，在双层玻璃体的情况下，如果在应用所述装置之后，内层玻璃与外层玻璃具有同样的变形，即如果使得这两层玻璃重新变得大体平行，则不再有经双层玻璃体传递的图像的变形。因此，对于驾驶员，视觉是正常的。

在一特别的应用中，双层壁是双层玻璃体。

为保持两层玻璃之间的平行，本发明提出优化双层玻璃体的中间空间内的压力。在双层玻璃体的中间空间内的压力的变化因而会改变外层玻璃的变形以及更进一步地产生或者改变内层玻璃的变形。因此，为使这两种变形相同和因此使该两片玻璃重新变为互相平行，只需优化该压力就够了。

根据一优选实施方式，测得的参数由外部环境的压力、内部环境的压力以及中间空间的压力组成。

每层玻璃的变形取决于在该层玻璃两侧的压力，双层玻璃体的外部环境压力、内部环境压力以及中间空间压力这三个参数连同基于根据双层玻璃体的技术特性的变形的物理知识的逻辑，就足以计算出要在中间空间中操控的最佳压力。

根据一优选实施方式，预先存储的逻辑使用储存在非易失电子储存器内的对应表。

通过对两片玻璃中的每一玻璃根据在该玻璃两侧的压力建立形变的曲线图，可以创建对应表，该对应表将根据双层玻璃体的内部环境压力和外部环境压力，提供要在中间空间中操控的最佳压力，以便保持两片玻璃的平行性。

根据一优选实施方式，所述装置包括更新该对应表的更新部件。

玻璃形变的曲线图可根据该玻璃的老化变化。因此，配置对该对应表进行更新的更新部件是合理的。

根据一优选实施方式，所述预先存储的逻辑包括一项或者多项默认指令，在测得的参数未预置在所述对应表中的情况下，所述默认指令会被传输给所述增压部件。

对应表是通过考虑在正常飞行条件时所考虑的外部压力和内部压力条件而建立的。可优选的是预计到测得的参数在该对应表的范围外的情况；这可能是例如由于非正常飞行条件或者由于传感器的故障测量所导致的。

根据一变型，一个或多个测得的参数由两点间的距离或由两点一对所组成的一组点对间的距离的一个或多个测量值组成，所述两点或点对中的每个点分别位于两玻璃中的每个玻璃上，在内部和外部之间不存在压力差时，所述每个点处于这些玻璃的一公共法线上。

如果测量两片玻璃中的每片玻璃上的两点之间的距离、并且这两点被选择作为在压力相等条件下、因此即当这些玻璃平行时间隔开平行距离的点、并且在与压力差相关的变形过程期间对应于外层玻璃的点被选在已知的变形区域中，则得到测量值，该测量值与平行距离相比较，就显示两片玻璃之间的变形差异的特点。通过取一组点，优选将这些点选在基本平等的外层玻璃的变形区域中，可以精确化该测量。

在这种情况下，根据一优选实施方式，所述测量部件是测量两点之间距离的光学部件或任何其它部件。

用来进行该距离测量的部件是本领域技术人员已知的部件，通常，这些部件是光学三角测量部件。

本发明其次旨在一种双层玻璃体，所述双层玻璃体包括至少外层玻璃和内层玻璃，所述外层玻璃和内层玻璃被填充有气体的中间空间隔开，所述双层玻璃体将内部环境与外部环境隔开，预定最大幅度的压力变化会发生在所述内部环境和外部环境之间，所述双层玻璃体的特征在于，其包括如前所述的装置。

实际上可以的是：配备有增压部件和玻璃之间距离的测量部件的双层玻璃体被直接交付，控制部件在此由实施在预先有的飞机计算机上的软件构成。

在另一方面，本发明还旨在双层壁的外壁和内壁之间的平行的伺服方法，外壁和内壁被处于中间压力下的填充有气体的中间空间隔开，所述双层壁将外部环境与内部环境隔开，所述伺服方法的特征在于，其包括以下步骤：

-测量与所述内壁和外壁之间的差异变形直接相关的至少一个参数，

-计算要在所述中间空间内建立的目标压力的整定值（consigne），

-只要参数测量结果未指示所述内壁和外壁之间回复到平行，就保持所述整定值。

还在另一方面，本发明旨在一种计算机程序产品，计算机程序产品用以实施用于包括至少一双层壁的运输工具，所述双层壁包括至少外壁和内壁，所述外壁和内壁被填充有气体的中间空间隔开，其用来将内部环境与外部环境隔离，预定最大幅度的压力变化会发生在所述内部环境和外部环境之间，所述计算机程序产品包括程序代码指令，用以执行所述双层壁的外壁和内壁之间平行的伺服方法的步骤，

当在机载系统上或在电脑上执行所述程序从而允许执行这样一系列软件指令时，其包括以下步骤：

－采集与所述内壁和外壁之间的差异变形直接相关的至少一个参数的测量值，

－计算要在所述中间空间内建立的目标压力的整定值，

－只要参数测量结果未指示所述内壁和外壁之间回复到平行，就保持所述整定值。

在实践中，如果是在飞机的双层玻璃体的情况下，所述软件将由飞机上的机载计算机实施。

附图说明

通过阅读以下参照附图进行的描述，本发明的目标和优点将被更好地理解，附图中：

图1是航空类型的双层玻璃体的示意性剖视图。

图2是图1的细节视图。

图3示出当双层玻璃体的中间空间内的压力相对于座舱的外部压力和内部压力被优化时，双层玻璃体的外层玻璃的形变和双层玻璃体的内层玻璃的形变。

图4是根据本发明的装置的总方框图。

图5是根据本发明的装置的一实施变型的方框图。

具体实施方式

本发明用于被运用在位于座舱内的双层玻璃体中，双层玻璃体在一环境中变化，该环境的压力可以非常不同于座舱内部的压力。在本实施例中，该座舱是在高海拔飞行并且包括增压舱的类型的飞机的驾驶舱。

在如图1上剖面所示的和图2上更详细示出的结构中，双层玻璃体包括至少外层玻璃1和内层玻璃2，其可隔开两个环境，这两个环境是承受压力P_外的座舱外部4和承受压力P_内的座舱内部5。

外层玻璃1通常明显比内层玻璃2厚，外层玻璃具有耐受外部环境与内部环境之间的压力差（P_外－P_内）的结构性功能，内层玻璃仅用于获得针对外部噪声的隔音。

这两层玻璃（vitre）中的每一个是玻璃（verre）、丙烯、聚碳酸或任何其他已知材料制的透明板，在需要时，该两层玻璃的每一个是由多个厚度的粘接在一起的不同材料构成。

双层玻璃体此外包括中间空间3，其被定义为包括在内层玻璃2与外层玻璃1之间的空间，并通过密封垫圈在双层玻璃体的周廓上被界定。该中间空间3承受中间压力P，所述中间空间通常被填充以干气或者与座舱空气相同的空气。

按照传统方式，外部压力P_外和内部压力P_内的数据被用在飞机行驶的范围中，因此这些数据通过已知部件测得并且对于在本发明中的应用是可用的。假设飞行中外部压力P_外和内部压力P_内的变化的最大幅度是已知的，其由飞机的最大飞行高度以及飞机内部增压的选择来确定。根据外层玻璃1的刚性，该外层玻璃在飞机外部压力逐渐下降时承受变形（弯曲），变形的最大幅度也是已知的。

根据本发明的装置另外包括测量存在于两玻璃之间的中间空间3内的中间压力P的测量部件6。该测量部件6是本领域技术人员公知的类型，包括例如数字输出压力计以及布置在所述玻璃之间的中间空间内的传感器。

根据本发明的双层玻璃体包括给中间空间3增压/减压的增压/减压部件5，增压/减压部件例如由已知类型的泵构成，泵通过穿过密封垫圈的阀被连接到中间空间3。该增压/减压部件可以通过增加值Δp或通过减小值Δp来作用于中间压力P。

该增压/减压部件5由电子装置7控制，电子装置还在飞行时实时接收外部压力P_外、内部压力P_内以及中间压力P的测量值作为输入量。

在此非限制性实例中，该电子装置7呈处理器9的形式，并配有存储于非易失储存器8中的计算逻辑。电子装置的组成零件本身是已知的，因而不在此详述。

以非限定性方式在此描述的实施方式中，要施加给中间空间3的压力P与外部压力P_外值、内部压力P_内值之间的对应表（曲线图）已经被预先存储在非易失储存器8中。

最初以下述方式创建该曲线图：或者，根据玻璃的刚性机械特征和压力条件，理论上计算每层玻璃的形变；或者，直接测量差异形变，例如在地面测试时，使代表性的双层玻璃体承受不同对的内部压力和外部压力，并且测量最小化所述差异形变的中间压力。

涉及到其应用，飞机一旦启动，双层玻璃体平行性的伺服装置就投入运行，同时启动其所依靠的飞机增压管理系统。

处理器9以周期性间隔接收外部压力P_外的值、内部压力P_内的值以及中间压力P的值。处理器9通过读取对应表并将最接近的压力对（P_外，P_内）作为输入值，来确定中间空间3内的目标压力P_c，该目标压力P_c被假定为引起两玻璃之间的最小差异形变。作为变型，对应表可以由数学函数构成，该数学函数使用所述压力对（P_外，P_内）作为输入量，而给出目标压力P_c作为输出量。

因此，如果Δp=P_c－P>0，则处理器9向增压/减压部件5发送增压指令，而如果Δp<0时，则处理器发出减压指令。只要P_c和P之间的差值Δp大于预先选择的和存储的最小值，处理器9就继续发送所述指令。增压/减压速度受增压/减压部件5的构造限制，以避免玻璃之一发生过于急剧的变形现象或缩合现象。

因此，中间空间3中的压力P逐渐接近目标压力P_c，差异形变因此被最小化，从而恢复玻璃的平行性以及对于飞行员来说正常的视觉。

为考虑例如双层玻璃体的机械特性随时间的变化、或者更换双层玻璃体而不改变平行性保持装置，可通过已知方式例如通过替换储存器件或者通过由处理器在该储存器中的写入，来更新非易失储存器8。

在正常的飞行条件下，压力对（P_外，P_内）存在于对应表中。然而，在所述压力对不在对应表中的情况（压力传感器之一故障的情况）下，出于安全，处理器选择缺省设定Δp=0，该缺省设定停止对中间压力的改变。

以同样的方式，在日常飞行条件下，对每次的读取，P_外、P_内以及P的变化是渐进的。如果不是这种情况，例如如果这三个参数之一的测得值的变化大于预先选择的百分比——这说明很可能传感器之一发生故障，则处理器9默认选择Δp=0。

同样，如果测得的中间压力在数次相继测量时没有变化——这说明增压部件5很可能发生故障，则处理器9同样选择停止该增压部件。

前述描述利用专用于本发明的电子装置进行。清楚的是，增压/减压部件5可以由飞机计算机控制，飞机计算机通常专用于其它任务但拥有可支配的存储空间和计算时间。在这种情况下，按照本发明的装置所需要的附加零件限于测量中间压力P的测量部件以及改变该压力的部件，这两种部件全都连接至所述计算机，所述计算机还应包括外部压力和内部压力作为输入量。

本发明的范围不限于以上作为实例被考虑的实施方式的细节，而是相反地扩展到本领域技术人员能力范围内可进行的改变。

在一变型中，用另一差异形变测量参数替换对外部压力、内部压力和中间压力的测量，其中外部压力、内部压力和中间压力的三个测量值形成一组与内层玻璃和外层玻璃之间的差异形变直接关联的参数。

在由图5所示的这种情况下，所述装置包括用于测量两点（或多组点对，一点对由两点组成）之间距离的距离测量部件10，两点（多组点对）分别处在外层玻璃和内层玻璃上，当外部和内部之间不存在压力差时，它们在这些玻璃的同一法线上，如这是例如在地面上的情况。外层玻璃的变形形状是可预见的，在玻璃表面上选择一个或者多个点，所选择的点处于最大承受该变形的部位，而不会妨碍飞行员视野。

因而处理器9使用该距离测量值（或者这些距离测量值）来取代压力测量值作为输入量。平行距离取决于双层玻璃体的几何特点并因此被储存在非易失储存器8中，例如在安置该非易失储存器时进行储存。

距离测量部件10是已知类型的，例如是在此未详述的红外光学测量器。

只要玻璃表面平行，则对每对点测得的距离就是常量并且等于两个表面之间的平行距离。相反，如果玻璃之一变形程度超过另一玻璃变形程度，则所述距离变化并因此构成差异形变的特征。

在该第一实施方式中，处理器9使用距离平均值与储存的平行距离之间的差来计算增压整定值，并以此作为初始规则：如果玻璃之间距离增大，则需要减小中间压力，反之亦然。随时间相继测量该平均距离值以及其与为目标距离的平行距离之差，则允许创建伺服循环。

光学测量的优点是：直接测量待解决问题的特征参数即差异变形；以及，所述装置因此可适合于各种类型的双层玻璃体而无需改变可编程逻辑，而对应表的使用需要匹配于每一类型的双层玻璃体（尺寸，厚度，固定方式等）。

所述装置可在双层玻璃体安装之前被集成至双层玻璃体，或者相反地，通过穿过双层玻璃体的密封垫圈插入增压阀并且通过将电子装置连接至测量外部压力和内部压力的测量缆线，所述装置可安装在现有的双层玻璃体上。控制电子装置还可以用与预先有的飞机计算机的简单连接来取代，在飞机计算机上安装有根据与平行差异相关的数据来控制增压部件的控制软件。

在另一变型中，所述装置可以适用在单层玻璃上，因而除前面描述的零件外，该装置还包括待安装至现有玻璃的内表面的内层玻璃2。

清楚的是，在最常见的情况下，所研究的飞机包括多个配有双层玻璃的玻璃窗。在允许节约部件的一变型中，仅一个总的电子装置（很可能是预先有的飞机计算机）控制为双层玻璃体的每个中间空间增压的增压部件。但是，每个双层玻璃体仍保持配有其专有的差异变形测量部件，用以考虑其本身的变形条件。

根据本发明的装置和方法应用于隔开两个环境、承受非常不同的压力的任何双层壳罩，对此，壁体的变形差异可能是破坏性的。这是例如运输加压的气体或液体并装配有双层船壳的船舶的情况。

以同样的方式，可明白的是，平行性约束可以推广至两壁之间的任何几何约束，而无需对所述方法进行实质改变。

Claims (11)

1.用于双层壁的装置，所述双层壁包括至少外壁(1)和内壁(2)，所述外壁和内壁被填充有气体的中间空间(3)隔开，所述双层壁将内部环境与外部环境分隔开，压力变化会在所述内部环境与外部环境之间发生，所述装置包括保持部件，所述保持部件用于保持所述双层壁的所述外壁(1)和内壁(2)大体平行而不受所述压力变化影响，

其特征在于，用于保持所述双层壁的所述外壁和内壁大体平行的所述保持部件包括：

－测量部件(6，10)，用于至少测量与所述外壁和内壁之间的差异变形直接相关的距离参数；

－增压部件(5)，其适于增加或者降低所述中间空间(3)内的压力；

－控制部件，所述控制部件根据测得的参数并按照预先存储的逻辑控制所述增压部件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测得的参数还包括所述外部环境的压力、所述内部环境的压力以及所述中间空间的压力。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述预先存储的逻辑使用储存在非易失电子储存器(8)中的对应表(9)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置包括将所述对应表(9)更新的更新部件。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述预先存储的逻辑包括一项或者多项默认指令，在测得的参数未预置在所述对应表(9)中的情况下，所述默认指令会被传输给所述增压部件(5)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，一个或多个测得的参数由两点间的距离或一组点对间的距离的一个或多个测量值组成，所述两点或点对中的每个点位于所述外壁和内壁的两个内表面之一上，在不存在压力差异时，所述每个点处于所述外壁和内壁的一公共法线上。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，测量两点间的距离的测量部件是光学部件。

8.双层玻璃体，其包括至少外层玻璃(1)和内层玻璃(2)，所述外层玻璃和内层玻璃被填充有气体的中间空间(3)隔开，所述双层玻璃体将内部环境与外部环境分隔开，预定最大幅度的压力变化会发生在所述内部环境和外部环境之间，其特征在于，所述双层玻璃体包括根据上述权利要求中任一项的装置。

9.双层壁的外壁(1)与内壁(2)之间平行性的伺服方法，所述外壁和内壁被在目标中间压力P下的填充有气体的中间空间(3)隔开，所述双层壁将外部环境与内部环境分隔开，所述伺服方法的特征在于，该伺服方法包括以下步骤：

－测量与所述内壁和外壁之间的差异变形直接相关的至少一个距离参数；

－计算要在所述中间空间内建立的压力P_c的整定值；

－只要参数测量结果未指示所述内壁和外壁之间回复到平行，就保持所述整定值。

10.根据权利要求9所述的伺服方法，其特征在于，测得的参数还包括所述外部环境的压力、所述内部环境的压力以及所述中间空间的压力。

11.根据权利要求9或10所述的伺服方法，其特征在于，测得的参数由两点间的距离或一组点对间的距离的一个或多个测量值组成，所述两点或点对中的每个点位于所述外壁和内壁的两个内表面之一上，在不存在压力差异时，所述每个点处于所述外壁和内壁的一公共法线上。