PL244746B1

PL244746B1 - Device for autonomous checking of aircraft emergency braking systems

Info

Publication number: PL244746B1
Application number: PL440728A
Authority: PL
Inventors: Mariusz Wesołowski; Krzysztof Blacha; Paweł Pietruszewski; Paweł Iwanowski; Piotr Włodarski; Marcin Chodnicki
Original assignee: Inst Techniczny Wojsk Lotniczych
Priority date: 2022-04-05
Filing date: 2022-04-05
Publication date: 2024-02-26
Also published as: PL440728A1

Abstract

Zgłoszenie rozwiązuje zagadnienie urządzenia do autonomicznego sprawdzania linowych systemów awaryjnego hamowania statków powietrznych, stacjonarnych oraz przewoźnych typu BAK - ang. Barrier Arresting Kit. Platforma nośna (1) posiada przestrzenie balastowe (2a, 2b) do regulowania jej masy i jest wyposażona w silniki elektryczne z przekładniami, umożliwiającymi rozpędzenie jej do zadanej prędkości. Platforma (1) ma moduł pomiarowy (4) umożliwiający złapanie liny hamującej (5) oraz pomiar powstałych w czasie wyhamowywania platformy (1) sił i przeciążeń. Platforma nośna (1) posiada hamulcowy moduł rekuperacyjny (6a), hamulcowy moduł mechaniczny (6b) oraz moduł hamowania aerodynamicznego (6c) zintegrowane niezależnie. Na platformie (1) jest zainstalowany moduł bezprzewodowego transferu danych pomiarowych, wyposażony w enkrypcję danych, zintegrowany funkcjonalnie ze zdalną stacją odbiorczą, kamerą rejestrującą otoczenie pracy urządzenia oraz modułem czujników laserowych do wykrywania przeszkód przed przemieszczającą się platformą nośną (1) urządzenia pomiarowego.The application solves the issue of a device for autonomous checking of the BAK type emergency braking systems for aircraft, stationary and transportable aircraft - Barrier Arresting Kit. The supporting platform (1) has ballast spaces (2a, 2b) to regulate its mass and is equipped with electric motors with gears enabling it to be accelerated to a set speed. The platform (1) has a measuring module (4) enabling catching the braking rope (5) and measuring the forces and overloads generated during braking of the platform (1). The supporting platform (1) has a regenerative braking module (6a), a mechanical braking module (6b) and an aerodynamic braking module (6c) integrated independently. A module for wireless transfer of measurement data is installed on the platform (1), equipped with data encryption, functionally integrated with a remote receiving station, a camera recording the operating environment of the device and a module of laser sensors for detecting obstacles in front of the moving support platform (1) of the measuring device.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do autonomicznego sprawdzania linowych systemów awaryjnego hamowania statków powietrznych, stacjonarnych oraz przewoźnych typu BAK - ang. Barrier Arresting Kit.The subject of the invention is a device for autonomous checking of the BAK type emergency braking systems for aircraft, stationary and transportable aircraft - Barrier Arresting Kit.

Bezpieczeństwo stanowi kluczowy aspekt wykonywania operacji lotniczych przez statki powietrzne. Nawet dobrze zaprojektowana, wykonana i utrzymywana nawierzchnia lotniskowa, przy wystąpieniu pewnych okoliczności, wynikających np. z gwałtownych zmian warunków atmosferycznych, może charakteryzować się gorszymi właściwościami przeciwpoślizgowymi. Ponadto, mogą zdarzyć się sytuacje awaryjne będące wynikiem nieprawidłowego działania systemów hamulcowych statków powietrznych. W związku z tym, w celu zapewnienia bezpieczeństwa podczas wykonywania operacji lotniczych, niezależnie od panujących warunków atmosferycznych oraz innych okoliczności mogących mieć wpływ na wystąpienie sytuacji awaryjnej, stosuje się dodatkowe środki bezpieczeństwa, między innymi w postaci linowego systemu awaryjnego hamowania samolotów. System ten musi być skuteczny i niezawodny. Aby utrzymać go w pełnej sprawności i gotowości do użycia, wykonywane są systematycznie konserwacje oraz kontrole stanu wszystkich jego elementów. Problemem jest jednak wykonanie pełnego testu systemu awaryjnego hamowania samolotu. Obecnie kompleksowa ocena awaryjnego, linowego systemu hamowania samolotu polega na wychwyceniu go z rozbiegu, przy prędkości przekraczającej 95 węzłów - w przybliżeniu 176 km/h. Przeprowadzanie takiej próby wiąże się z ponoszeniem ryzyka przez załogę samolotu oraz akceptacją ewentualnych skutków wystąpienia w jego strukturze parametrów odbiegających od założonych przez producenta. Takie testy ogranicza się więc do minimum, ale jednak są one konieczne dla sprawdzenia kluczowych podzespołów jak układ hamulcowy lub hydrauliczny.Safety is a key aspect of aircraft operations. Even a well-designed, constructed and maintained airport surface may have worse anti-slip properties under certain circumstances, e.g. due to sudden changes in weather conditions. In addition, emergency situations may occur as a result of malfunctioning of aircraft braking systems. Therefore, in order to ensure safety during flight operations, regardless of the prevailing weather conditions and other circumstances that may affect the occurrence of an emergency situation, additional safety measures are used, including in the form of a rope emergency braking system for aircraft. This system must be effective and reliable. To keep it fully operational and ready for use, maintenance and condition checks of all its components are carried out systematically. However, the problem is performing a full test of the aircraft's emergency braking system. Currently, a comprehensive assessment of an aircraft's emergency cable braking system involves catching it from the takeoff roll at a speed exceeding 95 knots - approximately 176 km/h. Conducting such a test involves the aircraft crew bearing the risk and accepting possible consequences of the occurrence of parameters in its structure that differ from those assumed by the manufacturer. Such tests are therefore limited to a minimum, but they are necessary to check key components such as the braking or hydraulic system.

Znane jest z patentu polskiego nr 237034 urządzenie do ciągłego, autonomicznego pomiaru nośności naturalnej nawierzchni lotniskowej i warstw nawierzchni z mieszanki niezwiązanej, w którym platforma nośna wyposażona jest w moduł autopilota, zawierający odbiornik GPS, kamerę rejestrującą otoczenie pracy urządzenia oraz moduł czujników laserowych do wykrywania przeszkód na drodze jej przemieszczania się. Czujniki laserowe umożliwiają także automatyczną modyfikację trasy przejazdu platformy.A device for continuous, autonomous measurement of the load-bearing capacity of natural airport pavement and unbound mixture pavement layers is known from Polish patent No. 237034, in which the supporting platform is equipped with an autopilot module containing a GPS receiver, a camera recording the device's operating environment and a laser sensor module for detecting obstacles. on its path. Laser sensors also enable automatic modification of the platform's route.

Znane jest również urządzenie opisane w zgłoszeniu wynalazku US 20150247770 A1, służące do pomiaru siły na haku ogonowym samolotu w trakcie wykonywania hamowania z wykorzystaniem systemu awaryjnego zatrzymania samolotów. Urządzenie posiada czujnik siły zamocowany na ramieniu haka ogonowego oraz dwa czujniki siły zamocowane w sworzniach przegubów tego haka.There is also a known device described in the invention application US 20150247770 A1, used to measure the force on the aircraft's tail hook during braking using the aircraft emergency stop system. The device has a force sensor mounted on the tail hook arm and two force sensors mounted in the joint pins of this hook.

Znane urządzenia nie umożliwiają wykonania kompleksowego testu systemu awaryjnego hamowania samolotów w rzeczywistych warunkach jego pracy bez udziału statku powietrznego i jego załogi.Known devices do not enable a comprehensive test of the aircraft emergency braking system in real operating conditions without the participation of the aircraft and its crew.

Istota urządzenia według wynalazku polega na tym, że platforma nośna posiada przestrzenie balastowe do regulowania jej masy do około 18 t tak by odzwierciedlała masę zasymulowanego statku powietrznego. Platforma jest wyposażona w silniki elektryczne z przekładniami, umożliwiającymi rozpędzenie jej do zadanej prędkości około 200 km/h, w moduł pomiarowy umożliwiający złapanie liny hamującej i pomiar powstałych w czasie wyhamowywania platformy sił i przeciążeń. Moduł pomiarowy ma co najmniej dwa tensometryczne czujniki siły, co najmniej dwa czujniki akcelerometryczne oraz co najmniej dwie kamery rejestrujące przebieg pomiaru, z których co najmniej jedna ma funkcję slow motion z możliwością rejestrowania obrazu z prędkością przynajmniej 5000 klatek na sekundę. Ponadto, platforma nośna posiada hamulcowy moduł rekuperacyjny, hamulcowy moduł mechaniczny oraz moduł hamowania aerodynamicznego zintegrowane niezależnie. Hamulcowy moduł rekuperacyjny wyposażony jest w co najmniej dwa mechanizmy służące do odzyskiwania traconej podczas hamowania energii kinetycznej i zamiany jej na energię elektryczną. Hamulcowy moduł mechaniczny wyposażony jest w co najmniej cztery hamulce cierne. Moduł hamowania aerodynamicznego wyposażony jest w co najmniej jeden spadochron hamujący pozwalający jednocześnie wytracać energię kinetyczną oraz stabilizować kierunek ruchu platformy. Na platformie zainstalowany jest moduł bezprzewodowego transferu danych pomiarowych, wyposażony w enkrypcję danych, zintegrowany funkcjonalnie ze zdalną stacją odbiorczą, kamerą rejestrującą otoczenie pracy urządzenia oraz modułem czujników laserowych do wykrywania przeszkód przed przemieszczającą się platformą nośną urządzenia pomiarowego.The essence of the device according to the invention is that the supporting platform has ballast spaces to adjust its mass to approximately 18 t so that it reflects the mass of the simulated aircraft. The platform is equipped with electric motors with gears enabling it to be accelerated to a set speed of approximately 200 km/h, and with a measuring module enabling catching the braking rope and measuring the forces and overloads generated when the platform is braked. The measurement module has at least two strain gauge force sensors, at least two accelerometer sensors and at least two cameras recording the measurement process, at least one of which has a slow motion function with the ability to record images at a speed of at least 5,000 frames per second. In addition, the supporting platform has a regenerative braking module, a mechanical braking module and an aerodynamic braking module integrated independently. The regenerative braking module is equipped with at least two mechanisms for recovering kinetic energy lost during braking and converting it into electrical energy. The mechanical braking module is equipped with at least four friction brakes. The aerodynamic braking module is equipped with at least one braking parachute that allows it to simultaneously lose kinetic energy and stabilize the direction of movement of the platform. A module for wireless transfer of measurement data is installed on the platform, equipped with data encryption, functionally integrated with a remote receiving station, a camera recording the operating environment of the device and a module of laser sensors for detecting obstacles in front of the moving support platform of the measuring device.

Zaletą urządzenia według wynalazku jest możliwość autonomicznego sprawdzania linowego systemu awaryjnego hamowania samolotów poprzez zasymulowanie rzeczywistych oddziaływań statku powietrznego bez bezpośredniego udziału operatora. Urządzenie umożliwia automatyczną rejestrację parametrów realizowanych pomiarów oraz obrazu otoczenia urządzenia, a także przesyłania ich w czasie rzeczywistym do zdalnej stacji odbiorczej. Moduł autopilota posiada zaimplementowane algorytmy estymacji położenia bazujące na wskazaniach czujników inercyjnych oraz danych pochodzących z modułu GPS. Czujniki laserowe umożliwiają wykrywanie przeszkód przed urządzeniem i dokonanie zmiany misji przez moduł autopilota. Dzięki wyposażeniu urządzenia w moduł autopilota, silnik elektryczny oraz napęd kołowy, możliwa jest autonomiczna praca urządzenia według zaplanowanej trasy pomiarowej. Ponadto trzy niezależne moduły hamulcowe - rekuperacyjny, mechaniczny oraz moduł hamowania aerodynamicznego zapewniają bezpieczne i skuteczne zatrzymanie urządzenia w przypadku nieudanego złapania liny systemu hamującego w każdych warunkach pogodowych, nawet w przypadku niezadziałania działania jednego z modułów.The advantage of the device according to the invention is the ability to autonomously check the rope emergency braking system of aircraft by simulating the actual interactions of the aircraft without the direct participation of the operator. The device enables automatic registration of measurement parameters and an image of the device's surroundings, as well as sending them in real time to a remote receiving station. The autopilot module has implemented position estimation algorithms based on the indications of inertial sensors and data from the GPS module. Laser sensors allow the autopilot module to detect obstacles in front of the device and change the mission. By equipping the device with an autopilot module, an electric motor and a wheel drive, it is possible to operate the device autonomously according to the planned measurement route. In addition, three independent braking modules - regenerative, mechanical and aerodynamic braking module - ensure safe and effective stopping of the device in the event of an unsuccessful catch of the braking system rope in all weather conditions, even if one of the modules fails to operate.

Urządzenie według wynalazku zostało przedstawione w przykładzie wykonania na rysunku, którego Fig. 1 stanowi poglądowy rzut boczny, Fig. 2 poglądowy rzut z góry, a Fig. 3 poglądowy widok stacji odbiorczej. Platforma nośna 1 jest wyposażona w przestrzenie balastowe 2a, 2b, moduł autopilota 3, zawierający odbiornik GPS niewidoczny na rysunku i jest zespolona z modułem pomiarowym 4, umożliwiającym złapanie liny hamulcowej 5 oraz hamulcowy moduł rekuperacyjny 6a, hamulcowy moduł mechaniczny 6b oraz moduł hamowania aerodynamicznego 6c. Moduł pomiarowy 4 zawiera hak ogonowy 7 do chwytania liny 5, co najmniej dwa tensometryczne czujniki 8a, 8b siły, co najmniej dwa czujniki akcelerometryczne 9a, 9b, siłownik 10 utrzymujący i regulujący położenie haka ogonowego 7 w płaszczyźnie pionowej oraz kamerę 11 rejestrującą przebieg pomiaru i kamerę 12 z funkcją slow motion, rejestrującą moment złapania liny 5 i wyhamowanie platformy 1. Hamulcowy moduł rekuperacyjny 6a ma niewidoczne na rysunku co najmniej dwa mechanizmy wewnętrzne służące do odzyskiwania traconej podczas hamowania energii kinetycznej i zamiany jej na energię elektryczną. Hamulcowy moduł mechaniczny 6b wyposażony jest w niewidoczne na rysunku co najmniej cztery hamulce cierne. Moduł hamowana aerodynamicznego 6c wyposażony ma co najmniej jeden niewidoczny na rysunku spadochron hamujący, pozwalający jednocześnie wytracać energię kinetyczną oraz stabilizować kierunek ruchu wyhamowania platformy 1. Na platformie 1 zainstalowany jest moduł 13 bezprzewodowego transferu danych pomiarowych wyposażony w enkrypcję danych, zintegrowany funkcjonalnie ze zdalną stacją odbiorczą 14, kamerą 15 rejestrującą otoczenie pracy urządzenia oraz modułem 16 czujników laserowych do wykrywania przeszkód przed przemieszczającą się platformą nośną 1 urządzenia pomiarowego.The device according to the invention is shown in an embodiment in the drawing, Fig. 1 is a illustrative side view, Fig. 2 is a illustrative top view, and Fig. 3 is a illustrative view of the receiving station. The supporting platform 1 is equipped with ballast spaces 2a, 2b, an autopilot module 3, containing a GPS receiver not visible in the drawing, and is combined with a measuring module 4, enabling the catching of the brake rope 5, as well as a regenerative braking module 6a, a mechanical braking module 6b and an aerodynamic braking module 6c. . The measurement module 4 contains a tail hook 7 for gripping the rope 5, at least two strain gauge force sensors 8a, 8b, at least two accelerometer sensors 9a, 9b, an actuator 10 that maintains and regulates the position of the tail hook 7 in the vertical plane, and a camera 11 recording the measurement process and camera 12 with a slow motion function, recording the moment of catching the rope 5 and braking the platform 1. The regenerative braking module 6a has at least two internal mechanisms, not visible in the drawing, used to recover the kinetic energy lost during braking and convert it into electrical energy. The mechanical braking module 6b is equipped with at least four friction brakes, not visible in the drawing. The aerodynamic braking module 6c is equipped with at least one braking parachute, invisible in the drawing, which allows at the same time to lose kinetic energy and stabilize the direction of braking movement of platform 1. On platform 1, a wireless measurement data transfer module 13 is installed, equipped with data encryption, functionally integrated with the remote receiving station 14, a camera 15 recording the operating environment of the device and a module 16 of laser sensors for detecting obstacles in front of the moving support platform 1 of the measuring device.

Działanie. Platforma nośna 1 porusza się autonomicznie, bez udziału operatora, po wyznaczanej trasie pomiarowej według zadanej trasy pomiarowej, zaprogramowanej w module autopilota 3. Aktualna lokalizacja platformy 1 w terenie jest określana za pomocą odbiornika GPS w module autopilota 3. W trakcie rozpędzania do zadanej prędkości pomiarowej platforma 1 porusza się po wyznaczonej w module autopilota 3 trasie pomiarowej na odcinku nawierzchni lotniskowej 17. Po uzyskaniu zadanej prędkości pomiarowej platforma 1 porusza się ruchem jednostajnym w kierunku liny hamującej 5 rozłożonej na nawierzchni lotniskowej 17. Na podstawie zadanych wartości w module autopilota 3, przed dotarciem platformy 1 do liny hamującej 5 następuje opuszczenie haka ogonowego 7 poprzez siłownik 10 do nawierzchni lotniskowej 17, uruchomienie rejestracji danych w module 13 z tensometrycznych czujników 8a, 8b siły, czujników akcelerometrycznych 9a, 9b oraz uruchomienie kamery 12 z funkcją slow motion. Zainstalowany na platformie 1 moduł 13 bezprzewodowego transferu danych pomiarowych dokonuje kodowania danych pomiarowych zarejestrowanych przez czujniki 8a, 8b, 9a, 9b i w czasie rzeczywistym przesyła je do zdalnej stacji odbiorczej 14 łącznie z obrazem otoczenia platformy 1 zarejestrowanym przez kamerę 11. W przypadku wykrycia przed platformą 1, przez moduł 16 czujników laserowych przeszkody naziemnej uruchamiana jest automatycznie przez moduł autopilota 3 procedura przerwania pomiaru i zatrzymania platformy 1 za pomocą co najmniej jednego z modułów 6a, 6b, 6c.Action. The supporting platform 1 moves autonomously, without the operator's participation, along a designated measurement route according to the set measurement route programmed in the autopilot module 3. The current location of the platform 1 in the field is determined using the GPS receiver in the autopilot module 3. During acceleration to the set measurement speed platform 1 moves along the measurement route designated in the autopilot module 3 on the section of the airport pavement 17. After achieving the set measurement speed, the platform 1 moves in uniform motion towards the braking rope 5 spread on the airport pavement 17. Based on the values set in the autopilot module 3, before When the platform 1 reaches the braking rope 5, the tail hook 7 is lowered through the actuator 10 to the airport surface 17, data recording is started in the module 13 from the strain gauge force sensors 8a, 8b, accelerometer sensors 9a, 9b and the camera 12 with the slow motion function is started. The wireless measurement data transfer module 13 installed on the platform 1 encodes the measurement data recorded by the sensors 8a, 8b, 9a, 9b and transmits them in real time to the remote receiving station 14 together with the image of the surroundings of the platform 1 recorded by the camera 11. In case of detection in front of the platform 1, through the ground obstacle laser sensor module 16, the procedure of interrupting the measurement and stopping the platform 1 is automatically started by the autopilot module 3 using at least one of the modules 6a, 6b, 6c.

Claims

1. A device for autonomous checking of aircraft emergency braking systems, including a support platform equipped with an autopilot module, a GPS receiver, a camera recording the device's operating environment and a laser sensor module for detecting obstacles in the path of movement and at least two strain gauge force sensors and two accelerometers, characterized in that the supporting platform (1) has ballast spaces (2a, 2b) for regulating its mass, is equipped with engines

PL 244746 Β1 electric with gears enabling it to be accelerated to a set speed and has a measuring module (4) enabling catching the braking rope (5) and measuring the forces and overloads generated during braking of the platform (1), and the supporting platform 1 has a regenerative braking module ( 6a), mechanical braking module (6b) and aerodynamic braking module (6c) integrated independently, with a wireless measurement data transfer module (13) installed on the platform (1), equipped with data encryption, functionally integrated with the remote receiving station (14) , a camera (15) recording the operating environment of the device and a module (16) of laser sensors for detecting obstacles in front of the moving support platform (1) of the measuring device.

2. Device for autonomous checking of aircraft emergency braking systems according to claim. 1, characterized in that the measuring module (4) has at least two strain gauge force sensors (8a, 8b), at least two accelerometer sensors and at least a camera (11) recording the measurement process, and a camera (12) with a slow motion function.

3. Device for autonomous checking of aircraft emergency braking systems according to claim. 1, characterized in that the regenerative braking module (6a) is equipped with at least two mechanisms for recovering the kinetic energy lost during braking and converting it into electrical energy, the mechanical braking module (6b) is equipped with at least four friction brakes, and the aerodynamic braking module (6c) has at least one braking parachute that allows it to simultaneously lose kinetic energy and stabilize the direction of movement of the platform (1).