CN118076866A - 用于检测对飞机机身的冲击的机载系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测对飞机(100)的机身(110)的冲击的机载系统，该机载系统包括：布置在机身的多个区域上的多个冲击传感器(2)，每个传感器(2)能够检测在其位置处对机身(110)的冲击；用于检测飞机附近的车辆的检测模块(5)，该检测模块能够估计检测到的车辆的速度；以及计算机(4)，该计算机被布置成在冲击传感器检测到对机身的冲击时，将与由检测模块检测到的车辆的速度有关的信息项记录在机载系统的存储器中。

Description

用于检测对飞机机身的冲击的机载系统

本发明涉及航空领域。更具体地，本发明涉及对关于飞机机身的冲击的检测以及对飞机在地面上的操作的优化。

当飞机停放在机场中时，特别是用于乘客登机或下机、运输行李或货物、维护或加燃料时，大量车辆在飞机周围行进并且因此可能与飞机的机身接触，这可能损坏飞机。

因此引起的冲击必须被检测，以便能够估计是否需要修理或维护机身。以已知的方式，这种检测由一个或多个操作者视觉地执行，这产生了若干缺点。一方面，即使发生显著幅度的冲击，操作者也不能观察到机身上的损坏。另一方面，考虑到机身的尺寸，检查可具有相当长的持续时间和/或调用若干操作者。最后，飞机必须在整个检查期间被固定在地面上，这增加了其不可用的持续时间，因此这对航空公司的成本以及其飞行计划有影响。

最后，如果检测到冲击并且如果所导致的机身损坏需要修理或维护，则必须能够识别负责该冲击的车辆，以便能够向其操作者发送关于该冲击的报告，并且使得其能够尽可能快地介入，并且可能针对该修理或维护的成本对其收费。

因此，需要一种系统来可靠且快速地检测由车辆导致的对飞机的机身的冲击并且识别对该冲击负责的飞机。

本发明是在这种背景下，并旨在满足这种需要。

为了这些目的，本发明涉及一种用于检测对飞机机身的冲击的机载系统，其包括：

a.布置在该机身的多个区域上的多个冲击传感器，每个传感器能够检测在其位置处对该机身的冲击，

b.用于检测该飞机附近的车辆的模块，该检测模块能够估计检测到的车辆的速度，和

c.计算机，该计算机被布置成当冲击传感器检测到对该机身的冲击时，将与由该检测模块检测到的车辆的该速度有关的信息记录在该机载系统的存储器中。

借助于本发明，飞机机身上的冲击传感器可以以几乎及时且可靠的方式检测对该机身的冲击，即使当由该冲击引起的损坏对于肉眼不可见时。此外，添加也在飞机上的检测模块使得能够识别在飞机周围行进的、正在远离飞机和/或靠近飞机移动的车辆，并且因此也几乎即时地检测负责该冲击的车辆。然后，对其速度的估计使得可以确定其在该冲击中的责任，以及可选地限定或确认由冲击传感器估计的冲击的幅度。以这种方式，然后可以将异常比传输到车辆的运营公司。最后，应当注意，整个系统在飞机上的事实允许航空公司实时获得所有这些信息，而不必通过由飞机停放的机场的运营公司管理的外部监视系统来获得。

优选地，该计算机被布置成将所述检测到的冲击的位置记录在所述存储器中，该位置通过检测到冲击的所述冲击传感器的标识符来估计，每个冲击传感器在机身上的位置是预定的。在整个机身覆盖有以足够数量分布在该机身上的多个冲击传感器的情况下，计算机因此可以实时识别由传感器检测到的冲击的位置，以便最小化用于维护和/或修理目的的检测和介入时间。

有利地，该计算机被布置成当冲击传感器检测到对该机身的冲击时，触发由该检测模块对该飞机附近的车辆的该检测以及对所述检测到的车辆的该速度的该估计。换句话说，通过冲击传感器中的一个冲击传感器对冲击的检测是“唤醒”检测模块以便识别对冲击负责的车辆并且估计其速度。因此，系统的功率消耗被优化。

作为变型，检测模块可以被布置成连续地实时识别在飞机周围循环的所有车辆，并且计算机可以被布置成当冲击传感器检测到对机身的冲击时，请求由检测模块识别在检测到冲击的所述冲击传感器的位置附近的车辆，特别是在检测到所述冲击之前和/或之后的时刻。

有利地，每个冲击传感器能够估计其检测到的冲击的功率，并且将与该功率相关的信息传输到计算机，该系统被布置成如果所述冲击的估计功率大于预定阈值则传输旨在用于远程电子系统的警报信号。如果必要，该系统可以设置有能够将所述警报信号传输到所述远程电子系统的无线通信模块。根据该特征，因此可以在最短时间内触发对维护和/或修理操作的介入。

在本发明的一个实施方案中，每个冲击传感器是压阻或电容类型的压电传感器。

根据本发明的另一个实施方案，每个传感器包括感测主体；电绝缘衬底；结合到该衬底的第一电极；第二电极；与该两个电极接触的一组导电或半导电纳米颗粒；测量装置，该测量装置传递与该一组纳米颗粒的电学性质成比例的信息，该性质在该第一电极和第二电极之间测量，所述电学性质对该组的该纳米颗粒之间的距离敏感。如果必要，感测主体可以由该组纳米颗粒本身形成。这种类型的传感器有利地使得可以量化由车辆施加在机身上的力，而不管机身在传感器的位置处的形状如何。例如，可以参考专利申请EP2601491的内容，其描述了使用一组纳米颗粒或纳米颗粒总成的这种传感器的示例。

根据本发明，“纳米颗粒总成”由一组或多组通过每组内的配体(或配位)连接在一起的纳米颗粒组成，所述组电连接在一起。例如，纳米颗粒是金纳米颗粒。再次例如，配体可以是柠檬酸钠或烷基胺。

“成比例信息”是指随着所测量的性质而变化的测量结果，比例函数能够是线性的、指数的或在测量结果的值与所测量的性质的值之间建立一对一关系的任何其它数学形式。例如，所测量的电学性质可以是纳米颗粒总成的电阻，或者甚至是纳米颗粒总成的电容量。

有利地，第二电极远离第一电极并且能够相对于衬底移动，并且纳米颗粒总成可放置在两个电极之间，使得第二电极的移动引起所述纳米颗粒总成的纳米颗粒之间的距离的改变。

在本发明的一个实施方案中，冲击传感器布置在机身的外壁上。该系统因此可以安装在已经在使用中的飞机上。替代地，冲击传感器将布置在机身的内壁上。替代地，一些冲击传感器将布置在机身的内壁上，而其它冲击传感器将布置在机身的外壁上。

有利地，每个冲击传感器可以附着到结合到机身的外壁的粘合带。该实施方案使得能够以特别简单且廉价的方式安装该系统。作为变型，每个冲击传感器可以集成到施加到机身的外壁上的涂层中，特别是一层涂料中。

在本发明的一个实施方案中，每个冲击传感器连接到无线传输模块，该无线传输模块能够传输与由所述冲击传感器执行的检测有关的数据。如果必要，计算机包括用于接收所述数据的无线接收模块。这避免了为了将冲击传感器连接到计算机而使用飞机外部的布线。

根据一个示例，机载系统包括多个无线传输模块，每个无线传输模块与一组冲击传感器相关联以接收由该组的冲击传感器中的每个冲击传感器传输的检测数据。机载系统的成本因此被最小化。

有利地，每个传输模块包括最大传输功率小于15dB或甚至小于10dB的天线。因此，避免了由传输模块传输的信号干扰电子设备和飞机的其他传感器。

替代地或附加地，机载系统包括多个继电器，每个继电器与一组冲击传感器相关联，以接收由该组的每个冲击传感器传输的检测数据，每个继电器通过导线连接到计算机以将所述数据传输到计算机。

有利地，检测模块布置在飞机的机身下方。

在本发明的一个实施方案中，该检测模块包括：至少两个相机，每个相机具有彼此不同的视场；以及计算单元，该计算单元能够在由所述相机获取的所述图像中检测车辆的存在并且确定所述检测到的车辆的该速度。必要时，两个相机的视场可以部分重叠。例如，所述车辆在给定时刻的位置可以根据由每个相机在所述时刻获取的两个图像来估计，特别是通过立体视法，并且所述车辆的速度可以根据在两个不同时刻估计的所述车辆的位置来估计，例如通过随时间对所述车辆的位置进行积分。

在本发明的另一实施方案中，该检测模块包括：相机；计算单元，该计算单元能够在由该相机获取的图像中检测车辆的该存在；以及遥测装置，该遥测装置能够估计将其与由该计算单元检测到的车辆分开的该距离，该计算单元被布置成基于所述估计的距离来确定所述检测到的车辆的该速度。例如，计算单元可以被布置成通过随时间对所估计距离进行积分来确定所述检测到的车辆的速度。遥测装置有利地包括能够发射信号的发射器、能够在反射到所述检测到的车辆之后接收所述信号的传感器，以及计算机，该计算机被布置成估计将所述信号由发射器发射的时刻与所述信号由接收器发射的时刻分开的时间并基于该估计时间估计所述距离。遥测装置可以例如包括LIDAR(“激光成像检测和测距”)、RADAR(“无线电检测和测距”)、SONAR(“声音导航和测距”)或飞行时间传感器。

有利地，检测模块包括四个相机，这四个相机被布置成使得检测模块具有360°的视场，每个相机具有例如至少90°的视场。

优选地，计算单元可以被布置成实施一个或多个图像处理算法以在由相机获取的图像中检测车辆的存在。

有利地，计算机被布置成在由所述冲击传感器中的一个对针对该机身的冲击的该检测期间，将由该检测模块获取的、由该检测模块在所述冲击传感器的该位置附近检测到的车辆的图像记录在该机载系统的所述存储器中。

在本发明的一个实施方案中，该机载系统包括光系统，并且该计算机被布置成在该检测模块对该速度大于预定阈值的车辆的该检测期间，控制由所述光系统进行的点亮警报的发射。因此，机载系统使得能够警告车辆的驾驶员其接近飞机以及由于其速度而导致的该车辆与飞机之间的碰撞风险。

有利地，光系统包括至少多个光源，光源中的至少一个布置在每个传感器附近。如果必要的话，计算机被布置成在检测模块对速度大于预定阈值的车辆的检测期间，控制对所述光源中能够在检测到车辆的方向上发射光束的至少一个光源的激活。例如，至少一个光源可以布置在附着有冲击传感器中的一个的粘合带中。

本发明还涉及一种用于检测对飞机机身的冲击的方法，该方法包括以下步骤：

a.通过布置在飞机机身上的冲击传感器检测对飞机机身的冲击；

b.通过飞机上的机载检测模块检测飞机附近的车辆并估计所述检测到的车辆的速度，以及

c.当冲击传感器检测到对机身的冲击时，记录与由检测模块检测到的车辆的速度有关的信息项。

优选地，该方法由根据本发明的机载系统实施。

现在借助于示例并且基于附图来描述本发明，所述示例纯粹是说明性的并且决不限制本发明的范围，在附图中，各个附图示出：

图1示意性地且部分地示出了根据本发明的一个实施方案的配备有机载系统的飞机的侧视图；

图2示意性地且部分地示出了图1的飞机的剖视图；

图3示意性地且部分地示出了根据本发明的一个实施方案的在机载系统中使用的示例性冲击传感器；并且

图4示意性地且部分地示出了根据本发明的一个实施方案的用于检测对飞机机身的冲击的示例性方法。

在下面的描述中，出现在不同附图中的结构或功能相同的元件保持相同的附图标记，除非另有说明。

图1示出了包括机身110的飞机100的侧视图。图2示出了飞机100的截面图，并且更准确地说是机身110的下部的截面图。飞机100停放在机场，并且例如旨在用于运输行李的车辆V在飞机100附近行进。

为了能够检测车辆V对整流罩110的冲击并且识别该冲击的原因，飞机100配备有用于检测对机身110的冲击的机载系统1。

机载系统1包括布置在机身110上的多个冲击传感器2。

图3示出了在图1和图2的机载系统1中使用的冲击传感器2的示例。

冲击传感器2包括电绝缘衬底21，第一电极22连接到该电绝缘衬底。在第一电极22上沉积纳米颗粒总成23。该总成23包括组织成一层或多层的多个导电或半导电纳米颗粒，所述纳米颗粒通过耐电配体结合在一起。纳米颗粒以水或甲苯中的胶体悬浮液的形式沉积在第一电极22上。第二电极24覆盖纳米颗粒总成23。测量装置25使得可以测量该第一电极22和该第二电极23之间的电学性质的变化。

配体有利地选自包含能够与纳米颗粒化学结合的官能团的化合物。作为非限制性示例，这些化合物可以是柠檬酸盐、胺、膦或硫醇官能团。

集合的纳米颗粒23的尺寸在2纳米和1皮米之间，使得在两个电极之间测量的纳米颗粒的总成23的厚度在2纳米和100微米之间，这取决于纳米颗粒的尺寸和沉积的层数。纳米颗粒例如是金纳米颗粒。

包括第一电极22、纳米颗粒总成23和第二电极24的总成有利地覆盖有绝缘膜26。当基本上垂直于第二电极24的表面的力被施加到该总成时，该总成使纳米颗粒移位并且改变所述总成23内它们之间的距离。一旦电学性质对所述纳米颗粒之间的距离敏感，则使用两个电极22和24之间的适当装置对该性质的测量传递与纳米颗粒的总成23在应力作用下的变形成比例的信息。衬底21同样可以是刚性的或柔性的，纳米颗粒总成23构成该冲击传感器2的感测主体。

对总成23的纳米颗粒之间的距离敏感的电学性质例如是可由测量装置25测量的所述总成23的电阻率。在一个变型中，可以测量所述总成23的电容变化。为此，导电纳米颗粒通过具有高电阻率的配体结合。由所述配体分开的每对纳米颗粒形成纳米电容器，其容量具体地是导电纳米颗粒之间的距离的函数。电极22和24之间的电容变化由总成23的纳米颗粒之间的所有电容的串联/并联设置来限定。然后，测量装置25包括通过将电感器与纳米颗粒总成23并联耦合而产生的谐振电路，其谐振频率因此取决于纳米颗粒总成23的电容，该电容根据所述总成所经受的应力而变化。因此，通过测量受到电磁激励的这种电路的谐振频率，可以确定所述总成23的电容变化。

每个传感器2布置在机身110的外壁上，例如通过附着或集成到结合到机身110的外壁的粘合带中。每个传感器2因此可检测对机身110的外壁的冲击，并且通过测量所述电学性质的变化来估计该冲击的功率，所述电学性质的变化因此是该冲击功率的函数。如果需要，每个传感器2可以包括用于处理由测量装置25执行的所述电学性质的变化的测量结果的单元，并且该单元被布置成在所述测量结果超过给定阈值时传输冲击检测数据，以从所述测量结果估计所述冲击功率并且传输冲击功率估计数据。

每个传感器2还连接到无线传输模块3，该无线传输模块能够传输由该传感器2传输的所述冲击检测数据和冲击功率估计数据。更具体地，机载系统1包括多个无线传输模块3，每个无线传输模块连接到一组冲击传感器2，以接收由该组的每个传感器2传输的冲击检测数据和冲击功率估计数据。组中的传感器2和连接到该组的无线传输模块之间的连接可以是由一组电缆产生的有线链路或无线链路。

机载系统还包括计算机4，其特别旨在用于接收由无线传输模块3中继的所述冲击检测数据和冲击功率估计数据。为此目的，计算机4包括与各种无线传输模块3相关联的无线接收模块。应当注意，每个无线传输模块3包括最大传输功率为至多10dB的天线。此外，计算机4还配备有能够向外部电子装置C传输数据的无线传输模块。

传感器2分布在机身110的不同区域中，以便能够以足够的精度定位冲击区域。例如，每个传感器2具有特定于它的预定标识符，该标识符与由该传感器2传输的所述冲击检测数据和冲击功率估计数据一起传输。该组标识符被存储在计算机的存储器中，从而可以识别负责传输其接收到的数据的传感器2，并因此定位对机身110的冲击。

应当注意的是，其它传感器2可以布置在飞机的与机身110不同的区域上，例如布置在如图1所示的机翼111、机舱、尾翼或者甚至飞机的窗户上。

此外，机载系统1包括用于检测在飞机100附近行进的车辆V的模块5。

在所描述的示例中，检测模块5布置在机身110下方，例如布置在下部或机腹整流罩112处。还可以将检测模块5布置在飞机的其它位置、驾驶舱的整流罩、飞机的机翼111或起落架处。还可以将检测模块5分成布置在飞机的不同位置处的几个子模块。

检测模块5包括多个相机，该多个相机形成能够获取飞机100的环境的360°图像的传感器。这些相机与执行各种算法的计算单元相关联，该算法用于处理由这些相机获取的图像以便检测车辆V。检测模块5还包括LIDAR，该LIDAR能够估计由计算单元检测到的车辆V的速度以及该车辆V的轨迹及其移动方向。最后，检测模块5包括无线传输模块，该无线传输模块能够向计算机4的无线接收模块传输由相机获取的图像，其中计算单元已经检测到车辆V以及由LIDAR估计的车辆V的速度、车辆V的轨迹和车辆V的移动方向。

结合图4，下面描述通过机载系统实施的用于检测对飞机100的机身110的冲击的方法的示例。

在该示例中，车辆V刚刚与飞机100的机身110发生碰撞，并且现在沿远离飞机100的方向移动离开。

在第一步骤E1中，由冲击传感器2中的一个检测冲击，然后冲击传感器将冲击检测数据和冲击功率估计数据传输到其所连接的无线传输模块3，该无线传输模块将这些数据中继到计算机4。

一旦接收到该数据，则在步骤E2中，计算机4触发检测模块5对车辆V的检测。在步骤E3中，检测模块5估计车辆V的速度和轨迹。在冲击之后检测车辆V，检测模块5因此估计车辆V正在远离飞机100移动。

在步骤E3结束时，由其中已经检测到车辆V的检测模块5的相机获取的图像以及该车辆V的速度和轨迹被传输到计算机4。

与步骤E2和E3同时，在步骤E4中，计算机4将由传感器2传输的冲击功率与预定阈值进行比较。如果冲击功率大于所述阈值，则冲击可能已经损坏飞机100的机身110，这需要维护或修理。

在步骤E5中，因此通过计算机4的无线通信模块向电子装置C传输警报信号，电子装置C例如可以是操作飞机的航空公司的处理中心的计算机终端。这因此实时地被告知对机身110的损坏并且因此能够立即反应。应当注意的是，警报信号包括借助于检测到该冲击的传感器2的标识符确定的冲击位置，这使得可以优化维护或修理的持续时间并且因此减少飞机100不可用的时间。

最后，为了能够使操作车辆V的公司参与维护或修理和/或对其收取维护或修理费用，在步骤E6中，由计算机4将车辆V的图像、其速度和其轨迹、以及冲击位置、其功率和其检测时间记录在该计算机的存储器中。

在飞机100的操作周期结束时，在步骤E7中，存储在计算机4的存储器中的所有冲击数据可以以报告的形式被传输到操作该飞机100的航空公司。

在可由机载系统1实施的冲击检测方法的另一实施方案中，可提供的是，由检测模块5检测到以大于预定阈值的速度围绕飞机100行进的车辆V，这使得计算机4唤醒冲击传感器2。

在该实施方案中，可以设想，在传感器2检测到冲击的时刻之前的时刻估计的车辆V的速度被记录在计算机4的存储器中。

此外，机载系统1可以包括多个光源，每个光源与每个传感器2成一直线地布置，例如通过集成到每个传感器2所附着的粘合带中。在这种情况下，当由检测模块5估计的车辆V的速度大于所述预定阈值时，计算机4能够控制由这些光源中的至少一个、特别是由能够在所述车辆V的方向上发射光束的光源进行的光的发射。

在可由机载系统1实施的冲击检测方法的又一实施方案中，可规定检测模块5永久地监测飞机100的周围环境，并且所有传感器2处于主动冲击检测状态。

前面的描述清楚地解释了本发明如何能够实现其所设定的目的，并且特别是通过提出一种飞机上的机载系统，该系统将该飞机的机身上的多个冲击传感器与用于检测飞机周围的车辆并且能够估计检测到的车辆的速度的模块相组合，从而该系统使得操作飞机的航空公司能够识别对机身造成损坏的车辆并且验证该损坏的原因。

在任何情况下，本发明不限于在本文件中具体描述的实施方案，并且特别地延伸到任何等效装置以及这些装置的任何技术操作组合。特别地，可以设想除所描述的传感器之外的其它类型的传感器，特别是压电传感器、压阻传感器或甚至电容传感器。还可以设想除所描述的检测模块之外的其他类型的检测模块，并且特别是仅采用相机的检测模块，其中通过立体摄影来估计所检测的车辆的速度。

Claims (13)

1.一种用于检测对飞机的机身的冲击的机载系统，包括：

a.布置在所述机身的多个区域上的多个冲击传感器，每个传感器能够检测在其位置处对所述机身的冲击，

b.用于检测所述飞机附近的车辆的模块，所述检测模块能够估计检测到的车辆的速度，和

c.计算机，所述计算机被布置成当冲击传感器检测到对所述机身的冲击时，将与由所述检测模块检测到的车辆的所述速度有关的信息记录在所述机载系统的存储器中。

2.根据前述权利要求所述的系统，其中所述计算机被布置成当冲击传感器检测到对所述机身的冲击时，触发由所述检测模块对所述飞机附近的车辆的所述检测以及对所述检测到的车辆的所述速度的所述估计。

3.根据前述权利要求所述的系统，其中每个冲击传感器是压阻或电容类型的压电传感器。

4.根据前述权利要求所述的系统，其中每个传感器包括感测主体；电绝缘衬底；结合到所述衬底的第一电极；第二电极；与所述两个电极接触的一组导电或半导电纳米颗粒；测量装置，所述测量装置传递与所述一组纳米颗粒的电学性质成比例的信息，所述性质在所述第一电极与第二电极之间测量，所述电学性质对所述总成的所述纳米颗粒之间的距离敏感；使得所述感测主体由所述纳米颗粒总成自身形成。

5.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其中所述冲击传感器布置在所述机身的外壁上。

6.根据前述权利要求所述的系统，其中每个冲击传感器被附着到结合到所述机身的所述外壁的粘合带。

7.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其中每个冲击传感器连接到无线传输模块，所述无线传输模块能够传输与由所述冲击传感器执行的检测有关的数据，并且其中所述计算机包括用于接收所述数据的无线接收模块。

8.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其中所述检测模块布置在所述飞机的所述机身下方。

9.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其中所述检测模块包括：至少两个相机，每个相机具有彼此不同的视场；以及计算单元，所述计算单元能够在由所述相机获取的所述图像中检测车辆的存在并且确定所述检测到的车辆的所述速度。

10.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其中所述检测模块包括：相机；计算单元，所述计算单元能够在由所述相机获取的图像中检测车辆的所述存在；以及遥测装置，所述遥测装置能够估计将其与由所述计算单元检测到的车辆分开的所述距离，所述计算单元被布置成基于所述估计的距离来确定所述检测到的车辆的所述速度。

11.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其中由所述冲击传感器中的一个对针对所述机身的冲击的所述检测将由所述检测模块获取的、由所述检测模块在所述冲击传感器的所述位置附近检测到的车辆的图像记录在所述机载系统的所述存储器中。

12.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括光系统，并且所述计算机被布置成在所述检测模块对所述速度大于预定阈值的车辆的所述检测期间，控制由所述光系统进行的点亮警报的发射。

13.根据前述权利要求所述的系统，其中所述光系统包括至少多个光源，所述光源中的至少一个被布置在每个传感器附近，并且其中所述计算机被布置成在所述检测模块对速度大于预定阈值的车辆的所述检测期间，控制对所述光源中能够在所述车辆被检测到的方向上发射光束的至少一个光源的激活。