NO841011L - Vektmaalesystem for helikopter - Google Patents

Abstract

Et vektmålesystem for helikopter for å detektere laste-vekten av et helikopter, som fungerer mens helikopteret er i delvis eller fullstendig sveve-fase mens helikopterhjulene er i kontakt med underlaget, inkluderer anordninger for å måle lasten på helikopterets landingsunderstell og anordninger for å bestemme løftekraften produsert av helikopterets rotor. Den målte lasten på landingsunderstellet blir addert til. den beregnede løftekraften for å produsere en indikasjon av den totale helikopter-lasten.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår vektmålesystem for luftfartøy og mer spesielt angår det et system plassert ombord for måling av vekten av et helikopter og som sørger for en pålitelig indikasjon av vekten eller lastingen av helikopteret selv under perioder hvor rotoren utvikler løftekraft.

En tidligere kjent type vektmålesystem for luftfartøy

er beskrevet i Bateman US-patent nr. 4 312 042 overdratt til innehaveren av mottatte patentsøknad. Systemet inkluderer akselerometer-par som er montert på den vektunderstøttende del av hvert landingsunderstell for å føle nedbøyningen av delen forårsaket av trykket av vekten av luftfartøyet på

den vektunderstøttende delen. Utgangssignalene fra akselero-meterne blir kombinert for å eliminere virkningen av hellingen eller irregulariteter på rullebanen og for å generere en nøyaktig indikasjon av vekten på luftfartøyet.

Et slikt system er effektivt for å detektere vekten av innlastingen i et luftfartøy når luftfartøyet er stasjonært på bakken og ikke utsettes for noen løftekraft. I tilfelle med et helikopter med en rotor er det likevel mulig at helikopteret vil bli lastet og/eller veid mens rotoren over-fører løftekraft til helikopteret. Mens dette pågår, selv om helikopteret fortsatt kan befinne seg på bakken, er vekten, som registreres av akselerometer-parene på landingsunderstellet, under slike forhold unøyaktig siden deler av lasten på landingsunderstellet får en tilsynelatende vektreduksjon på grunn av løftekraften som forårsakes av rotoren. En slik unøyaktighet kan føres til farlige lastforhold for helikopteret.

I overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse inkluderer et vektmålesystem for et helikopter en anordning for generering av en indikasjon av belastningen som understøttes av landingsunderstellet, en anordning for generering av en indikasjon av løftekraften som utvikles av rotoren på helikopteret og anordning for generering av en indikasjon av vekten av helikopteret fra representasjonen av belastningen på landingsunderstellet og av løftekraften.

Anordningen for generering av en indikasjon av løfte-kraften inkluderer første og andre trykksensorer, utgangssignalene fra disse blir midlet og multiplisert med en konstant og det effektive rotor-areal av rotoren til helikopteret for beregning av løftekraften.

Vekten av helikopteret understøttet av landingsunderstellet blir detektert av akselerometer-parene som er montert på vektunderstøttende deler av landingsunderstellet slik at nedbøyningen av disse blir detektert. Utgangssignalene fra hvert akselerometer-par blir slått sammen for å utlede en indikasjon av belastningen understøttet av hvert av de respektive landingsunderstell. Utgangssignalene fra akselerometer-parene blir deretter addert sammen for å generere en indikasjon av den totale vekten understøttet av samtlige landingsunderstell.

Den totale vekten som måles av akselerometerne på landingsunderstellet blir addert til løftekraften for å utlede en indikasjon på den totale helikoptervekt. Vektmålesystemet ifølge foreliggende oppfinnelse sørger for en nøyaktig indikasjon av lastingen av luftfartøyet uten hensyn til skjevheter eller helling av underlaget som luftfartøyet hviler på. Figur 1 er en perspektiv-tegning av et helikopter sammen med en del av vektmålesystemet for et helikopter ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 2 er en skjematisk tegning av det venstre landingsunderstell vist i figur 1, og Figur 3 er et blokkdiagram av vektmålesystemet for et helikopter ifølge foreliggende oppfinnelse.

Med henvisning til figur 1 er det illustrert et helikopter 10 som har en rotor 12 som utvikler løftekraft når den roterer. Helikopteret 10 inkluderer også henholdsvis et nese-landingsunderstell 14 og høyre og venstre hoved-landingsunderstell 16, 18. Den totale vekten av helikopteret 10 er, når det ikke utvikles noe aksial-trykk av rotoren 12, lik den totale vekten understøttet av de tre landingsunderstell 14, 16, 18. Når imidlertid rotoren 12 utvikler løftekraft, dvs. når helikopteret er i en overgangsfase til å sveve, er ikke lenger den totale vekten av luftfartøyet lik summen av vektene understøttet av de enkelte landingsunderstell. I dette tilfelle er den totale vekt gitt av følgende ligning:

hvor W er den totale vekt, W.7_ er vekten understøttet av nese-landingsunderstell 14, W_.^ er vekten understøttet av det høyre hoved-landingsunderstell 16, WT_ er vekten under-

støttet av det venstre hoved-landingsunderstell 18 og L er løftekraften overført fra helikopterets rotor 12.

Vekten understøttet av hvert landingsunderstell 14, 16,

18 kan bli utledet ved apparatet fremlagt i Bateman US-patent nr. 4 312 042, fremleggelsen av dette er inkorporert ved henvisning. En kort beskrivelse av dette systemet følger og det må forståes at en mer detaljert beskrivelse er tilgjengelig i nevnte patent.

Vekten eller lasten understøttet av hvert landingsunderstell 14, 16, 18 blir utledet ved å måle størrelsen på ned-bøyingen eller bøyingen i et vektunderstøttende konstruksjons-element, for eksempel en aksel i landingsunderstellet. Bøyningsvinkelen til dette konstruksjonselementet er proporsjonal med vekten eller lasten på elementet. Med spesiell henvisning til den skjematiske tegningen av det venstre hoved-landingsunderstell 18 vist i figur 2, er det vist en aksel 2 0 med en overdrevet bøyning for å illustrere virkningen av belastningen på denne. Et inertial referanse-plan er indikert med en horisontal brutt linje 21. Bøyings-vinkelen til akselen er representert ved referanse-vinklene 6^og 6 2.

Et akselerometer-par 24, 26 er montert inne i akselen 20 ved motsatte ender av denne slik at vinklene 0^og ©2måles. Vinklene 0^og 0^inkluderer i tur følgende komponenter:

I foregående ligninger er 0 vinkelen på akselen forårsaket av hellingen på underlaget som helikopteret står på. 0^ og 0L2er bjelkens bøyingsvinkler forårsaket av en last. 0A^og 0A2er ledd som uttrykker sensor-aksenes skjevinnstilling og skråstilling.

Vekten understøttet av akselen 20 er gitt av følgende

formel:

Fra det foregående kan man se at vekten på akselen er proporsjonal med 0 Ju som representerer komponentene av de totalt målte vinkler 0^og 82- K er en skala-faktor som avhenger av aksel-geometrien og styrken og som generelt er en empirisk kjent størrelse. For å utlede den totale vekten som bæres av akselen 20, blir utgangssignalene fra akselero-meterne 24, 26 summert av en datamaskin 28, vist i figur 3, som også lagrer faktoren K i en hukommelse 2 9 og multipliserer den med de summerte vinklene 0^og 02- Resultant-størrelsen er uavhengig av vinkel-komponenten 0 ri og følgelig blir den beregnede vekten ikke påvirket av hellingen av underlaget som helikopteret hviler på. Ytterligere blir vinkel-faktorene 0A målt og eliminert under automatisk nullsetting av systemet og innvirker følgelig ikke på beregningen. Kort oppsummert sørger summeringen av utgangssignalene fra akselero-meterne 24, 26 for en indikasjon av lasten som bæres av akselen 20.

I figur 3 ser man spesielt at utgangssignalene fra akselero-meterne 30, 3 2 som er anbrakt i akselen i nese-landingsunderstellet 14 og utgangssignalene fra akselero-meterne 34, 36 anbrakt i akselen i det høyre hoved-landingsunderstell 16 er koblet til regnemaskinen 28. Regnemaskinen 28 beregner vekten på hvert av landingsunderstellene 14, 16 og adderer de tre aksel-vektene sammen for å generere en indikasjon av den totale helikoptervekt understøttet av landingsunderstellet.

Regnemaskinen 28 utleder også en indikasjon av løfte-kraften overført av rotoren 12 fra fremre og bakre trykk-sensor 30, 32, mer spesielt sett i figur 1. Hver av trykk-sensorene 30, 32 er anbrakt på skroget 32 av helikopteret 10 nedenfor rotoren 12. I den foretrukne utførelse er trykk-sensorene 30, 3 2 pitot-rør som detekterer differansen mellom det dynamiske lufttrykket og det statiske lufttrykket for å generere en indikasjon av trykket fra propell-strømmen, betegnet med PTS/forårsaket av bevegelsen av rotoren 12.

Løftekraften L utviklet av rotoren 12 er gitt av ligningen:

L = qcCLSp (5)

hvor q er det dynamiske trykket, CT er koeffisienten for løftekraften og Sp er det effektive rotorareal av rotoren.

Koeffisienten for løftekraften CT er proporsjonal med

det totale trykket, angitt med P^. Med andre ord:

CL= KQPT(6)

hvor Kq er en konstant som er empirisk bestemt for hver type helikopter som systemet blir benyttet for.

Det totale trykket PT er gitt av følgende ligning:

hvor PTDer totaltrykket av den frie luftstrømmen som opp-trer som et resultat av en bevegelse av et helikopter i luft.

Ved å sette inn ligningene (7) og (6) i ligning (5):

Siden hensikten med vektmålesystemet er at det bare skal være effektivt når helikopteret er stasjonært på bakken under forhold med delvis eller fullstendig sveving, er uttrykket P^, som representerer totaltrykket av den frie luftstrømmen, lik null. Følgelig blir ligningen for total løftekraft:

Det effektive rotor-areal Sp av rotoren 12 er beregnet for den spesielle type luftfartøy som vektmålesystemet blir benyttet for og blir lagret ved konstanten Kq i hukommelsen 29 av regnemaskinen 28. Det effektive rotor-areal er lik:

hvor D1er den ytre diameter og D2er den indre diameter av det nyttbare areal av rotoren.

I praksis blir trykket PTSav propellstrømmen til rotoren bestemt fra et gjennomsnitt av utgangssignalene av trykk-sensorene 30, 32. Med andre ord blir utgangssignalene fra trykk-sensorene 30, 32, angitt PTS1og PTS2'addert sammen og dividert med to av regnemaskinen 28 for å finne gjennomsnittsverdien og denne gjennomsnittsverdien blir satt inn i ligning (9). Regnemaskinen 28 løser deretter ligning (9) for å beregne den totale løftekraften utviklet av rotoren 12.

En fremvisningsinnretning 3 6 anbrakt i helikopteret 10 kan forbindes til og kontrolleres av regnemaskinen 28 for å generere en visuell eller annen indikasjon av lastingen av

helikopteret til en som betjener luftfartøyet.

Ved å ta gjennomsnittet av utgangssignalene fra trykk-sensorene 30, 3 2 blir verdien på løftekraften, beregnet av regnemaskinen 28, faktisk uavhengig av stillingen av rotoren 12 og hellingen av underlaget som helikopteret 10 hviler på. Videre er den beregnede løftekraften faktisk uavhengig av aerodynamiske tap og krafttap som skyldes mekanisk overføring.

Claims (12)

1. Vektmålesystem for et helikopter som har et sett av landingsunderstell og en rotor for overføring av løftekraft, karakterisert ved : en første anordning for å utlede en representasjon av lasten som understøttes av settet av landingsunderstell, en annen anordning for å utlede en representasjon av løftekraften, og en tredje anordning koblet til den første og den andre anordningen for å utlede en indikasjon av den totale vekten av helikopteret fra lasten som understøttes av settet av landingsunderstell og løftekraften.

2. Vektmålesystem ifølge krav 1, karakterisert v e d at den tredje anordningen inkluderer en regnemaskin for å addere lasten til løftekraften.

3. Vektmålesystem ifølge krav 1, karakterisert ved at luftfartøyet inkluderer en rotor som har et effektivt rotor-areal som genererer et propellstrøm-trykk og hvor den andre anordningen inkluderer en trykk-sensor som har et utgangssignal som representerer propellstrøm-trykket, en hukommelse for å lagre en representasjon av det effektive rotor-areal og anordning koblet til trykk-sensoren og hukommelsen for å generere en representasjon av løfte-kraften fra propellstrøm-trykket og det effektive rotor-areal .

4. Vektmålesystem ifølge krav 3, karakterisert ved at den genererende anordningen innbefatter en regnemaskin som beregner løftekraften som utvikles av rotoren i overensstemmelse med ligningen:

hvor L er løftekraften, PT g er propellstrøm-trykket, Sp er det effektive rotor-areal og Kq er en konstant.

5. Vektmålesystem ifølge krav 3, karakterisert ved at trykk-sensoren innbefatter et pitot-rør.

6. Vektmålesystem ifølge krav 3, karakterisert ved at trykk-sensoren innbefatter første og andre pitot-rør anbrakt nedenfor rotoren og hvor hvert pitot-rør har et utgangssignal og anordning for å midle utgangssignalene fra pitot-rørene for å generere en representasjon for propellstrøm-trykket.

7. Vektmålesystem ifølge krav 3, karakterisert ved at det ytterligere inkluderer en fremvisningsinnretning koblet til den genererende anordningen for å utlede en synbar indikasjon av helikopterets total-vekt.

8. Helikopter som har en rotor som har et effektivt rotor-areal som utvikler et propellstrøm-trykk, et apparat for å måle løftekraften utviklet av rotoren, karakterisert ved at det innbefatter: en trykk-sensor for å generere en representasjon av propellstrøm-trykket, en hukommelse for å lagre en representasjon av det effektive rotor-areal, og anordning koblet til trykk-sensoren og hukommelsen for å generere en indikasjon av løftekraften fra propellstrøm-trykket og det effektive rotor-areal.

9. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at trykk-sensoren innbefatter et pitot-rør anbrakt på helikopteret nedenfor rotoren.

10. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at trykk-sensoren innbefatter første og andre pitot-rør anbrakt på helikopteret nedenfor rotoren og hvor hvert pitot-rør har et utgangssignal og anordning koblet til pitot-rørene for midling av utgangssignalene.

11. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at den genererende anordningen inkluderer en regnemaskin for beregning av løftekraften i overensstemmelse med ligningen:

hvor L er løftekraften, KQ er en konstant, PT g er propell-strøm-trykket og Sp er det effektive rotor-arel.

12. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at det ytterligere inkluderer en fremvisningsinnretning koblet til den genererende anordningen for å produsere en synbar indikasjon av løftekraften utviklet av rotoren.