RU2208546C1

RU2208546C1 - Fuel gauging system at identification of fuel grade by its characteristic parameters

Info

Publication number: RU2208546C1
Application number: RU2002120217A
Authority: RU
Inventors: Е.Ф. Фурмаков; О.Ф. Петров; Ю.В. Маслов; Н.М. Степанян; А.Г. Гаврилов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Техприбор"
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2003-07-20

Abstract

FIELD: aircraft instrumentation engineering; determination of fuel mass in each tank. SUBSTANCE: proposed system is used for measurement of present parameters of fuel by means of sensors mounted in fuel tanks: level, temperature and characteristic parameters ( heat conductivity, dielectric permeability and light absorption). Level of fuel is measured in at least three points not lying on one straight line. Volume of fuel is determined by its level in on- board computer with geometric characteristics of tank taken into account. Grade of fuel or ratio of different grades of fuel is determined in on-board computer by characteristic parameters and temperature. Density of fuel is determined by its grade or mixture of grades and temperature in fuel parameter driver included in on-board computer. Mass of fuel is determined by its density and volume calculated in fuel volume calculator included in on-board computer and in mass calculator also included in on-board computer. Then, total mass of fuel is determined in summing-up unit. EFFECT: enhanced accuracy of determination of fuel mass at temperature and grade spread. 1 dwg

Description

Изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано для контроля запаса топлива в топливных баках топливной системы самолета. The invention relates to aircraft instrumentation and can be used to control the fuel supply in the fuel tanks of the aircraft fuel system.

Известна топливоизмерительная система, содержащая датчики уровня топлива в топливных баках самолета, блок преобразования и нормирования сигналов датчиков и бортовой вычислитель, содержащий устройство вычисления количества топлива в топливном баке в функции уровня топлива в баке с учетом геометрических характеристик этого бака и с коррекцией вычисленного в бортовом вычислителе запаса топлива на борту самолета по измеренным текущим значениям углов крена и тангажа самолета. [Л.Б.Лещинер и др. Проектирование топливных систем. М.: Машиностроение, стр.30-32, 1991]. A fuel measuring system is known comprising fuel level sensors in aircraft fuel tanks, a unit for converting and normalizing sensor signals and an on-board computer, comprising a device for calculating the amount of fuel in the fuel tank as a function of the fuel level in the tank, taking into account the geometric characteristics of this tank and with the correction calculated in the on-board computer fuel supply on board the aircraft according to the measured current values of the roll angle and pitch of the aircraft. [LB Leshchiner et al. Design of fuel systems. M .: Engineering, pp. 30-32, 1991].

Недостатком этой системы является наличие значительной методической эволютивной погрешности определения запаса топлива на борту самолета, возникающей при пространственных эволюциях самолета, во-первых, вследствие того, что в бортовом вычислителе корректируется не запас топлива в каждом отдельном топливном баке, а сразу весь запас топлива на борту самолета и, во-вторых, из-за того, что при пространственных эволюциях углы крена и тангажа самолета могут значительно отличаться от углов наклона поверхности топлива в баке. The disadvantage of this system is the presence of a significant methodological evolutionary error in determining the fuel supply on board the aircraft arising from spatial evolutions of the aircraft, firstly, because the on-board computer does not correct the fuel supply in each individual fuel tank, but immediately the entire fuel supply on board and, secondly, due to the fact that during spatial evolutions, the roll and pitch angles of the aircraft can differ significantly from the tilt angles of the fuel surface in the tank.

От этого недостатка частично свободна наиболее близкая к предлагаемой и принятая за прототип топливоизмерительная система самолета [патент Российской Федерации 2156444, МКИ G 01 F 23/26, B 64 D 37/00, опубл. 2000], содержащая датчики уровня топлива и датчики углов наклона поверхности топлива, установленные в топливных баках самолета, датчик температуры топлива, установленный в одном из топливных баков самолета, блок преобразования и нормирования сигналов упомянутых датчиков, блок геометрических характеристик баков, суммирующее устройство и бортовой вычислитель, содержащий формирователь параметров топлива и устройство вычисления объема топлива в баке, состоящее из формирователя функции объема, формирователя функции наклона и блока выбора и сравнения, причем выход каждого из датчиков уровня топлива и углов наклона поверхности топлива, а также выход датчика температуры топлива соединен с соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, уровнемерные входы устройства вычисления объема топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, входы исходных данных этого устройства подключены к выходам блока геометрических характеристик баков, а температурный вход формирователя параметров топлива соединен с соответствующим выходом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков. Partially free from this drawback is the closest to the proposed and accepted for the prototype fuel measuring system of the aircraft [patent of the Russian Federation 2156444, MKI G 01 F 23/26, B 64 D 37/00, publ. 2000], comprising fuel level sensors and fuel surface angle sensors installed in the aircraft’s fuel tanks, a fuel temperature sensor installed in one of the aircraft’s fuel tanks, a unit for converting and normalizing the signals of said sensors, a tank geometric characteristics unit, an adder and an on-board computer comprising a shaper of fuel parameters and a device for calculating a fuel volume in a tank, consisting of a shaper of a volume function, a shaper of a tilt function and a selection unit comparison, and the output of each of the fuel level sensors and the angles of inclination of the fuel surface, as well as the output of the fuel temperature sensor is connected to the corresponding input of the sensor signal conversion and normalization unit, the level inputs of the fuel volume calculating device in the tank are connected to the corresponding outputs of the sensor signal conversion and normalization unit , the inputs of the source data of this device are connected to the outputs of the block of geometric characteristics of the tanks, and the temperature input of the parameter shaper is Lib connected to a corresponding output of the conversion unit normalization and sensor signals.

Однако известная топливоизмерительная система характеризуется тремя недостатками, затрудняющими ее использование на борту самолета. However, the known fuel metering system is characterized by three drawbacks that impede its use on board the aircraft.

В этой системе предусмотрена возможность определения массового запаса топлива на борту самолета путем коррекции в формирователе параметров топлива, входящем в состав бортового вычислителя, вычисленного значения объемного запаса топлива на борту самолета по температуре и характеристическим параметрам топлива. Однако операция коррекции объемного запаса топлива на борту самолета сопровождается значительной методической погрешностью, т.к. температура топлива в известной системе измеряется с помощью единственного датчика температуры, установленного только в одном из топливных баков самолета, а текущие значения характеристических параметров топлива в известной системе вообще не измеряются с помощью соответствующих датчиков, а вычисляются в формирователе параметров топлива на основании номинальных паспортных данных заправленного топлива, которые вводят в память формирователя при предполетной подготовке самолета, например на основании номинальной плотности ρ_oi топлива марки М_i при температуре 20^oС.This system provides the ability to determine the mass fuel supply on board the aircraft by correcting the calculated fuel volume on board the fuel temperature generator, which is part of the on-board computer, by temperature and fuel characteristic parameters. However, the operation of correcting the volume of fuel on board the aircraft is accompanied by a significant methodological error, because the fuel temperature in the known system is measured using a single temperature sensor installed in only one of the fuel tanks of the aircraft, and the current values of the characteristic fuel parameters in the known system are not measured at all with the help of appropriate sensors, but are calculated in the fuel parameter generator based on the nominal passport data of the refueling fuel, which is introduced into memory driver when preparing the pre-plane, for example on the basis of the nominal fuel density ρ _oi mark M _i at a temperature of 20 ^o C.

Первым недостатком известной системы является наличие значительной методической погрешности определения массового запаса топлива на борту самолета. The first disadvantage of the known system is the presence of a significant methodological error in determining the mass fuel supply on board an aircraft.

Указанный недостаток вызван двумя причинами. The indicated drawback is caused by two reasons.

Во-первых, определение средней температуры всего топлива, находящегося в нескольких баках топливной системы самолета, по температуре, измеренной только в одном из этих баков, связано со значительной погрешностью усреднения, вызванной реально существующим разбросом температур топлива между отдельными топливными баками. Разброс температуры топлива между отдельными баками топливной системы может достигать при эксплуатации самолета величины ±35^oС. Например, в случае нескольких последовательных дозаправок самолета, не полностью израсходовавшего запас топлива в предыдущем перелете, в аэропортах, расположенных в меридиональном направлении, с температурами заправляемого топлива -35^oС (в северном аэропорту) и +35^oС (в южном аэропорту), температуры топлива в различных баках могут отличаться между собой на 70^oС.First, the determination of the average temperature of all fuel located in several tanks of the aircraft fuel system by the temperature measured in only one of these tanks is associated with a significant averaging error caused by the actually existing spread of fuel temperatures between individual fuel tanks. The dispersion of the temperature of the fuel between the individual tanks of the fuel system can reach ± 35 ^° C during operation of the aircraft. For example, in the case of several subsequent refueling of an aircraft that did not completely consume fuel in the previous flight, at airports located in the meridional direction, with the temperature of the fuel being refueled - 35 ^o C (at the northern airport) and +35 ^o C (at the southern airport), the temperature of the fuel in different tanks can differ by 70 ^o C.

Во-вторых, определение фактических параметров заправленного топлива в бортовом вычислителе известной системы производится не на основе измеряемых текущих значений характеристических параметров топлива, а по номинальным значениям этих параметров, указанным в сопроводительном паспорте на заправленное топливо, что также сопровождается значительной ошибкой, вызванной отклонением фактических значений параметров от номинальных. В качестве номинального параметра при определении массового запаса топлива путем коррекции вычисленного объемного запаса обычно используется характеристический параметр ρ_oi заправленного топлива - номинальная плотность топлива марки М_i при нормальной температуре.Secondly, the determination of the actual parameters of the refueling fuel in the on-board computer of the known system is carried out not on the basis of the measured current values of the characteristic parameters of the fuel, but on the nominal values of these parameters indicated in the accompanying passport for the refueling, which is also accompanied by a significant error caused by the deviation of the actual values parameters from nominal. As a nominal parameter in determining the mass fuel supply by correcting the calculated volume stock, the characteristic parameter ρ _{oi of the} fuel used is usually used — the nominal density of fuel grade M _i at normal temperature.

Однако при перелете дальнемагистрального самолета с дозаправками в нескольких аэропортах топливами различных марок достоверно установить какое-либо конкретное значение плотности топлива в баке без измерения фактических характеристических параметров топлива в этом баке становится затруднительным, т. к. разные баки самолета могут оказаться заполненными топливами различных марок, а некоторые из баков - смесью топлив различных марок. При этом разброс плотности топлив различных марок, находящихся в различных баках самолета, даже при одинаковой температуре топлива может достигать ±4%, а при разбросе температур топлива в различных баках с учетом температурного коэффициента плотности топлива, составляющего около 0,1% на градус, может достигать в диапазоне температур от +35^oС до -35^oС величины ±7% [см., напр., справочник "Свойства авиационных топлив" ("Aviation fuel properties"). Atlanta, Georgia, 1988].However, when flying a long-haul aircraft with refueling at several airports with fuels of various brands, it is difficult to reliably establish any specific value of the fuel density in the tank without measuring the actual characteristic parameters of the fuel in this tank, since different aircraft tanks may be filled with fuels of different brands, and some of the tanks - a mixture of fuels of various brands. In this case, the dispersion of the density of fuels of different grades located in different tanks of the aircraft, even at the same fuel temperature, can reach ± 4%, and with the spread of the temperature of the fuel in different tanks, taking into account the temperature coefficient of fuel density of about 0.1% per degree, it can in the temperature range from +35 ^o С to -35 ^o С, ± 7% [see, for example, the reference book “Aviation fuel properties”. Atlanta, Georgia, 1988].

Т. к. сертификационные авиационные требования [Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов. Приложение 8,0; Специальные требования. П 8.8.10; п.2.1; - М., 1987] безусловно требуют измерения массового запаса топлива на борту самолета с погрешностью, не превышающей ±3,5% во всех условиях эксплуатации, и в том числе при любых, разрешенных для данного класса самолетов марках заправленного топлива или смеси топлив различных марок, то очевидно, что известная система фактически не может быть применена для определения массового запаса топлива на борту гражданского транспортного самолета, так как не соответствует сертификационным требованиям по точности измерения. Since the aviation certification requirements [Uniform standards of airworthiness of civil transport aircraft. Appendix 8.0; Special requirements. P 8.8.10; Clause 2.1; - M., 1987] certainly require measuring the mass supply of fuel on board the aircraft with an error not exceeding ± 3.5% in all operating conditions, including for any brands of refueling fuel or a mixture of fuels of various grades permitted for this class of aircraft , it is obvious that the known system cannot actually be used to determine the mass fuel supply on board a civilian transport aircraft, since it does not meet certification requirements for measurement accuracy.

Вторым недостатком известной системы является невозможность определения массового запаса топлива в каждом отдельном баке топливной системы самолета. The second disadvantage of the known system is the inability to determine the mass supply of fuel in each individual tank of the aircraft fuel system.

Известная система позволяет определить только суммарный массовый запас топлива на борту самолета. Этот недостаток обусловлен тем, что определение массового запаса топлива в известной системе производится путем коррекции суммарного объемного запаса топлива на борту самолета, что не дает возможности определения массового запаса топлива в отдельном баке. Поскольку вышеупомянутые единые нормы летной годности самолетов безусловно требуют измерения массового запаса топлива в каждом отдельном топливном баке самолета, то известная система не отвечает сертификационным требованиям и не может быть использована на борту самолета. The known system allows you to determine only the total mass supply of fuel on board the aircraft. This disadvantage is due to the fact that the determination of the mass fuel supply in the known system is made by correcting the total volume fuel supply on board the aircraft, which makes it impossible to determine the mass fuel supply in a separate tank. Since the aforementioned unified airworthiness standards for aircraft certainly require measuring the mass fuel supply in each individual fuel tank of an aircraft, the known system does not meet certification requirements and cannot be used on board an aircraft.

Третьим недостатком известной системы является использование бортовых датчиков угла наклона поверхности топлива для измерения текущих значений угла наклона поверхности топлива в топливных баках самолета. The third disadvantage of the known system is the use of on-board sensors of the angle of inclination of the fuel surface to measure the current values of the angle of inclination of the fuel surface in the fuel tanks of the aircraft.

К сожалению, в описании изобретения к упомянутому патенту 2156444 на известную систему отсутствуют сведения, подтверждающие возможность осуществления бортового датчика угла наклона поверхности топлива в топливном баке самолета. Unfortunately, in the description of the invention to the aforementioned patent 2156444 on the known system there is no information confirming the possibility of implementing an on-board sensor of the angle of inclination of the surface of the fuel in the aircraft fuel tank.

В известной технической литературе также отсутствуют сведения о применении таких датчиков на борту самолета. Известные датчики угла наклона, описанные в технической литературе и широко используемые на борту самолета, измеряют не углы наклона поверхности топлива, а углы наклона самого самолета в вертикальной и горизонтальной плоскостях (углы крена и тангажа самолета). Однако при пространственных эволюциях самолета углы крена и тангажа могут существенно отличаться от углов наклона поверхности топлива в баке. The well-known technical literature also lacks information on the use of such sensors on board an aircraft. Known tilt angle sensors described in the technical literature and widely used on board an airplane measure not the tilt angles of the fuel surface, but the tilt angles of the airplane itself in the vertical and horizontal planes (roll and pitch angles of the airplane). However, with spatial evolutions of the aircraft, the roll and pitch angles can differ significantly from the tilt angles of the fuel surface in the tank.

Известные датчики угла наклона поверхности жидкости, описанные в технической литературе: буйковые датчики, содержащие плавающий на поверхности жидкости поплавковый буй с указателями углового положения буя, и жидкостные датчики, содержащие установленный в баке сосуд, представляющий собой уменьшенную геометрическую модель бака, заполненный постоянным количеством эталонной жидкости, с указателями углового положения поверхности этой жидкости, предназначены для использования в сугубо стационарных условиях, когда поверхность контролируемой ими жидкости находится в спокойном состоянии. Known liquid surface angle sensors described in the technical literature: buoy sensors containing a float buoy floating on a liquid surface with buoy angle indicators, and liquid sensors containing a vessel installed in the tank, which is a reduced geometric model of the tank filled with a constant amount of reference liquid , with indicators of the angular position of the surface of this liquid, are intended for use in purely stationary conditions when the surface is controlled liquid emoy them is at rest.

В нестационарных условиях показания этих датчиков характеризуются значительной погрешностью измерения, что затрудняет их использование в топливных баках самолета при пространственных эволюциях последнего. В связи с этим использование датчиков угла наклона поверхности топлива в известной бортовой топливоизмерительной системе самолета не только усложняет эту систему, но и вызывает существенную методическую эволютивную погрешность определения объемного запаса топлива в баке, а следовательно, и массового запаса топлива на борту самолета. In non-stationary conditions, the readings of these sensors are characterized by a significant measurement error, which complicates their use in the fuel tanks of the aircraft during spatial evolutions of the latter. In this regard, the use of fuel surface angle sensors in the well-known on-board fuel-measuring system of an aircraft not only complicates this system, but also causes a significant methodological evolutionary error in determining the volume of fuel in the tank and, consequently, in the mass of fuel on board the aircraft.

Для уменьшения влияния первого из отмеченных недостатков известной системы на точность определения массового запаса топлива на борту самолета в предлагаемом изобретении в отличие от известной системы, в которой массовый запас топлива на борту самолета определяется путем преобразования объемного запаса топлива на борту самолета, полученного суммированием в суммирующем устройстве объемов топлива в каждом отдельном баке, вычисленных в устройстве вычисления объема топлива в баке, входящем в состав бортового вычислителя, в массовый запас топлива на борту самолета путем коррекции объемного запаса топлива на борту самолета в формирователе параметров топлива, входящем в состав бортового вычислителя, на основе паспортных данных о номинальных значениях характеристических параметров топлива, заправленного в топливные баки при предполетной подготовке самолета, и текущих значений температуры топлива, измеряемой в процессе полета только в одном из топливных баков, предложена топливоизмерительная система, в которой массовый запас топлива на борту самолета определяется методом преобразования объемного запаса топлива в баке, вычисленного в устройстве вычисления объема топлива в баке, входящем в состав бортового вычислителя, путем коррекции объемного запаса в массовый запас топлива в этом баке на основе измеряемых в процессе полета текущих значений характеристических параметров и температуры топлива в каждом баке, с идентификацией в бортовом вычислителе марки фактически содержащегося в баке топлива по характеристическим параметрам топлива в каждом баке, определением в бортовом вычислителе фактической плотности топлива по идентифицированной марке топлива в каждом баке, коррекцией в формирователе параметров топлива фактической плотности топлива в баке по температуре топлива в этом баке и определением массового запаса топлива на борту самолета путем суммирования в суммирующем устройстве массовых запасов топлива в каждом отдельном баке. To reduce the effect of the first of the noted drawbacks of the known system on the accuracy of determining the mass fuel supply on board an aircraft in the present invention, in contrast to the known system in which the mass fuel supply on board an aircraft is determined by converting the volume fuel supply on board the aircraft obtained by summing in a summing device the volume of fuel in each individual tank, calculated in the device for calculating the volume of fuel in the tank, which is part of the on-board computer, in the mass reserve from fuel on board the aircraft by adjusting the volume of fuel on board the aircraft in the fuel parameter generator, which is part of the on-board computer, based on the passport data on the nominal values of the characteristic parameters of the fuel charged into the fuel tanks during pre-flight preparation of the aircraft, and the current values of the fuel temperature, measured during flight in only one of the fuel tanks, a fuel measuring system is proposed in which the mass fuel supply on board an aircraft is determined by house for converting the volume of fuel in the tank, calculated in the device for calculating the volume of fuel in the tank, which is part of the on-board computer, by correcting the volume of stock in the mass of fuel in this tank based on the measured values of the characteristic parameters and temperature of the fuel in each tank measured during the flight , with identification in the on-board computer of the brand of the fuel actually contained in the tank by the characteristic parameters of the fuel in each tank, determination of the actual value in the on-board computer otnostitsja fuel identified brand fuel in each tank, the correction parameters in the shaper in the tank the actual fuel density fuel temperature in the fuel tank and the fuel mass margin determination on the aircraft by summing in summing device Bulk stocks of fuel in each tank.

Для устранения второго недостатка известной системы в бортовом вычислителе предлагаемой системы определяется массовый запас топлива в каждом баке. To eliminate the second drawback of the known system in the on-board computer of the proposed system is determined by the mass supply of fuel in each tank.

С этой целью бортовой вычислитель системы содержит устройство вычисления массы топлива в баке на основании поступающей на входы этого устройства информации об объеме топлива в баке и о фактической плотности топлива в баке, определяемой по идентифицированной в бортовом вычислителе марке топлива в баке и по фактическому значению температуры топлива в этом баке. For this purpose, the on-board computer system contains a device for calculating the mass of fuel in the tank based on information received at the inputs of this device about the amount of fuel in the tank and the actual density of the fuel in the tank, determined by the brand of fuel identified in the on-board computer and the actual value of the fuel temperature in this tank.

Для уменьшения влияния третьего из отмеченных недостатков известной системы на точность определения запаса топлива в баке при пространственных эволюциях самолета в предлагаемом изобретении в отличие от известной топловоизмерительной системы, в которой объемный запас топлива в баке определяется на основе измеряемых текущих значений уровня топлива в баке с использованием измеряемых текущих значений углов наклона поверхности топлива в баке и, как исходных данных, геометрических характеристик бака, предложена топливоизмерительная система, в которой объемный запас топлива в баке определяется на основе текущих значений уровня топлива в баке, измеряемых не менее чем в трех различных точках поверхности топлива в баке, не лежащих на одной прямой линии, с использованием, как исходных данных, геометрических характеристик бака, что позволяет вычислять объем топлива в баке при пространственных эволюциях самолета без использования дополнительной информации о текущих значениях углов наклона поверхности топлива в баке и без учета влияния эволютивной погрешности измерения углов наклона поверхности топлива на точность определения запаса топлива в баке. To reduce the influence of the third of the noted drawbacks of the known system on the accuracy of determining the fuel supply in the tank during spatial evolutions of the aircraft in the present invention, in contrast to the known fuel measurement system in which the volume of fuel in the tank is determined based on measured current values of the fuel level in the tank using measured the current values of the angle of inclination of the surface of the fuel in the tank and, as the initial data, the geometric characteristics of the tank, a fuel measuring system is proposed a topic in which the volume of fuel in the tank is determined based on the current values of the fuel level in the tank, measured at least at three different points on the surface of the fuel in the tank, not lying on one straight line, using, as the initial data, the geometric characteristics of the tank, that allows you to calculate the amount of fuel in the tank during spatial evolutions of the aircraft without using additional information about the current values of the angle of inclination of the surface of the fuel in the tank and without taking into account the influence of the evolutionary error of angle measurement in inclination of the surface the accuracy of determining the fuel reserve in a fuel tank.

Таким образом, в основу предлагаемого изобретения поставлена задача повышения точности определения массового запаса топлива на борту самолета при пространственных эволюциях самолета, разбросе температур и марок топлива, находящегося в различных баках топливной системы самолета, а также задача определения массового запаса топлива в каждом топливном баке. Thus, the basis of the invention is the task of increasing the accuracy of determining the mass supply of fuel on board the aircraft during spatial evolutions of the aircraft, the temperature and grades of fuel located in different tanks of the fuel system of the aircraft, as well as the task of determining the mass supply of fuel in each fuel tank.

Поставленная задача достигается тем, что в топливоизмерительной системе, содержащей датчики уровня топлива в топливных баках самолета, датчик температуры топлива в топливном баке, блок преобразования и нормирования сигналов датчиков, блок геометрических характеристик баков, суммирующее устройство и бортовой вычислитель, содержащий устройство вычисления объема топлива в баке и формирователь параметров топлива, причем выход каждого из датчиков уровня топлива и выход датчика температуры топлива соединен с соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, уровнемерные входы устройства вычисления объема топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, входы исходных данных этого устройства подключены к выходам блока геометрических характеристик баков, формирователь параметров топлива снабжен температурным входом, соединенным с соответствующим выходом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, новым согласно изобретению является то, что в систему дополнительно введены датчики характеристических параметров топлива в топливных баках самолета: датчик диэлектрической проницаемости топлива, датчик теплопроводности топлива и датчик светопоглощения топливом, дополнительно для топливных баков, не содержащих датчиков температуры, введены датчики температуры топлива в баке, датчики уровня топлива установлены в топливном баке не менее чем в трех его различных точках, не лежащих на одной прямой линии, в бортовой вычислитель введены устройство вычисления массы топлива в баке и идентификатор марки топлива в баке, формирователь параметров топлива снабжен дополнительными температурными входами по числу дополнительно введенных датчиков температуры топлива в баке, при этом выход каждого датчика характеристического параметра топлива и каждого дополнительного датчика температуры топлива соединен с соответствующим входом блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, параметрические и температурные входы идентификатора марки топлива в баке соединены с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, выходы этого идентификатора подключены к идентификационным входам формирователя параметров топлива, снабженного дополнительными температурными входами, соединенными с соответствующими выходами блока преобразования и нормирования сигналов датчиков, выходы устройства вычисления объема топлива в баке подключены к первой группе входов устройства вычисления массы топлива в баке, вторая группа входов которого соединена с выходами формирователя параметров топлива, а выходы подключены ко входам суммирующего устройства. This object is achieved in that in a fuel metering system comprising fuel level sensors in an aircraft’s fuel tanks, a fuel temperature sensor in a fuel tank, a sensor signal conversion and normalization unit, a tank geometrical characteristics unit, an adder and an on-board computer comprising a fuel volume calculating device in the tank and the driver of the fuel parameters, the output of each of the fuel level sensors and the output of the fuel temperature sensor is connected to the corresponding input of the unit conversion and normalization of sensor signals, the level inputs of the device for calculating the volume of fuel in the tank are connected to the corresponding outputs of the conversion and normalization of sensor signals, the inputs of the source data of this device are connected to the outputs of the block of geometric characteristics of the tanks, the generator of fuel parameters is equipped with a temperature input connected to the corresponding output of the block conversion and normalization of sensor signals, new according to the invention is that the system additionally sensors of characteristic parameters of fuel in the fuel tanks of the aircraft were replaced: a dielectric permittivity sensor, a fuel thermal conductivity sensor and a light absorption sensor, in addition to fuel tanks that do not contain temperature sensors, fuel temperature sensors were introduced in the tank, fuel level sensors were installed in the fuel tank at least at its three different points, not lying on one straight line, a device for calculating the mass of fuel in the tank and the identifier of the fuel grade are introduced into the on-board computer and in the tank, the fuel parameter generator is equipped with additional temperature inputs for the number of additional fuel temperature sensors entered in the tank, while the output of each fuel characteristic parameter sensor and each additional fuel temperature sensor is connected to the corresponding input of the sensor signal conversion and normalization unit, parametric and temperature inputs fuel brand identifier in the tank connected to the corresponding outputs of the signal conversion and normalization unit yes chikov, the outputs of this identifier are connected to the identification inputs of the fuel parameter generator equipped with additional temperature inputs connected to the corresponding outputs of the sensor signal conversion and normalization unit, the outputs of the fuel tank volume calculator are connected to the first group of inputs of the fuel mass calculator in the tank, the second group the inputs of which are connected to the outputs of the shaper of the fuel parameters, and the outputs are connected to the inputs of the summing device.

Заявленное изобретение поясняется представленной на чертеже функциональной схемой предлагаемой топливоизмерительной системы. The claimed invention is illustrated in the drawing by a functional diagram of the proposed fuel metering system.

Топливоизмерительная система содержит установленные в каждом из N топливных баков 1 топливной системы самолета датчики текущих параметров топлива: датчики 2 уровня (h) топлива, например электроемкостные датчики уровня, датчики 3, 4 и 5 соответственно первого, второго и третьего характеристических параметров (J) топлива и датчик 6 температуры (t) топлива, например терморезисторный датчик температуры. В каждом топливном баке 1 содержится не менее трех датчиков 2 уровня топлива, не лежащих на одной прямой линии, например, установленных, как это показано на виде "а" бака 1, в трех различных точках этого бака, не лежащих на одной прямой линии. В качестве датчика 3 первого характеристического параметра топлива применен датчик диэлектрической проницаемости (ε) топлива, в качестве датчика 4 второго характеристического параметра топлива применен датчик светопоглощения (k) топливом, а в качестве датчика 5 третьего характеристического параметра топлива - датчик теплопроводности (λ) топлива. Выходы датчиков 2, 3, 4, 5 и 6 каждого бака 1 подключены к одной из групп входов блока 7 преобразования и нормирования сигналов датчиков, предназначенного для приведения к единому нормализованному виду неунифицированных сигналов датчиков различных физических величин: уровня h, диэлектрической проницаемости ε, светопоглощения k, теплопроводности λ и температуры t. The fuel measuring system contains sensors for current fuel parameters installed in each of the N fuel tanks 1 of the aircraft fuel system: fuel level 2 sensors (h), for example, electric capacitive level sensors, sensors 3, 4 and 5 of the first, second and third characteristic parameters (J) of the fuel, respectively and a fuel temperature (t) sensor 6, for example a thermistor temperature sensor. Each fuel tank 1 contains at least three fuel level sensors 2 that do not lie on one straight line, for example, are installed, as shown in tank "1", at three different points of this tank that are not lying on one straight line. A fuel dielectric constant (ε) sensor was used as a sensor 3 of the first fuel characteristic parameter, a light absorption sensor (k) by fuel was used as a sensor 4 of the second fuel characteristic parameter, and a thermal conductivity sensor (λ) of fuel was used as a sensor 5 of the third fuel characteristic parameter. The outputs of the sensors 2, 3, 4, 5 and 6 of each tank 1 are connected to one of the input groups of the sensor conversion and normalization unit 7 of the sensor signals, designed to bring unified standardized sensor signals of various physical quantities to a single normalized form: level h, permittivity ε, light absorption k, thermal conductivity λ and temperature t.

Блок 7 имеет N групп входов (по числу N баков 1). Датчики 2, 3, 4, 5 и 6 каждого бака 1 подключены к группе входов блока 7, номер которой соответствует номеру этого бака, например датчик 6 температуры топлива, установленный в первом баке 1, подключен к одному их входов первой группы входов - входу Вхt₁ блока 7, а датчик 2 уровня топлива, установленный в точке "2" N-ого бака 1, подключен к одному из входов N-ой группы входов - входу Вхh_N2 блока 7. Выходы блока 7 соединены со входами бортового вычислителя 8, в состав которого входят электронные модули: устройство 9 вычисления объема топлива в баке, идентификатор 10 марки топлива в баке, формирователь 11 параметров топлива и устройство 12 вычисления массы топлива в баке; кроме того, в состав системы входят блок 13 геометрических характеристик баков и суммирующее устройство 14.Block 7 has N input groups (according to the number of N tanks 1). Sensors 2, 3, 4, 5 and 6 of each tank 1 are connected to the group of inputs of block 7, the number of which corresponds to the number of this tank, for example, the fuel temperature sensor 6, installed in the first tank 1, is connected to one of the inputs of the first group of inputs - input Вхt _{1 of} block 7, and the fuel level sensor 2, installed at point "2" of the N-th tank 1, is connected to one of the inputs of the N-th group of inputs - input Вхh _{N2 of the} block 7. The outputs of the block 7 are connected to the inputs of the on-board computer 8, in the composition of which includes electronic modules: device 9 for calculating the volume of fuel in the tank, identifier 10 marks of fuel in the tank, shaper 11 of the fuel parameters and device 12 for calculating the mass of fuel in the tank; in addition, the system includes a block 13 of geometric characteristics of the tanks and the adder 14.

Устройство 9 вычисления объема топлива в баке содержит группу уровнемерных входов и группу входов исходных данных. Уровнемерные входы Вхh₁₁, Вхh₁₂, Вхh₁₃,... Вхh_N1, Bxh_N2, Вхh_N3 устройства 9 соединены с соответствующими выходами блока 7, а входы Вх(b_1i, b_2j, b_3k)₁... Вх(b_1i, b_2j, b_3k)_N исходных данных - с выходом блока 13 геометрических характеристик бака.The device 9 for calculating the volume of fuel in the tank contains a group of level inputs and a group of inputs of the source data. Level inputs Вхh ₁₁ , Вхh ₁₂ , Вхh ₁₃ , ... Вхh _N1 , Bxh _N2 , Вхh _{N3 of} device 9 are connected to the corresponding outputs of block 7, and inputs Вх (b _1i , b _2j , b _3k ) ₁ ... Вх ( b _1i , b _2j , b _3k ) _N source data - with the output of block 13 of the geometric characteristics of the tank.

Идентификатор 10 марки топлива в баке содержит группу параметрических входов и группу температурных входов. Параметрические входы Bxε₁, Bxk₁, Bxλ₁,. . . Bxε_N, Bxk_N, Bxλ_N, идентификатора 10, предназначенные для приема нормализованных значений характеристических параметров топлива в баках, и температурные входы Bxt₁, . .. Bxt_N идентификатора 10, предназначенные для приема нормализованных значений температуры топлива в баках, соединены с соответствующими выходами блока 7.The fuel grade identifier 10 in the tank contains a group of parametric inputs and a group of temperature inputs. Parametric inputs Bxε ₁ , Bxk ₁ , Bxλ ₁ ,. . . Bxε _N , Bxk _N , Bxλ _N , identifier 10, designed to receive the normalized values of the characteristic parameters of the fuel in the tanks, and temperature inputs Bxt ₁ ,. .. Bxt _N identifier 10, designed to receive normalized values of the temperature of the fuel in the tanks, connected to the corresponding outputs of block 7.

Выходы идентификатора 10 подключены к идентификационным входам BxM₁,... ВхМ_N формирователя 11 параметров топлива, выходы которого соединены со входами второй группы входов Bxρ(t)₁,... Вхρ(t)_N устройства 12 вычисления массы топлива в баке. Температурные входы Bxt₁,... Bxt_N формирователя 11 подключены к соответствующим выходам блока 7, а первая группа входов BxV₁,... BxV_N устройства 12 соединена с выходами устройства 9.The outputs of the identifier 10 are connected to the identification inputs BxM ₁ , ... BxM _{N of the} shaper 11 of the fuel parameters, the outputs of which are connected to the inputs of the second group of inputs Bxρ (t) ₁ , ... Bxρ (t) _{N of the} device 12 for calculating the mass of fuel in the tank. The temperature inputs Bxt ₁ , ... Bxt _{N of the} shaper 11 are connected to the corresponding outputs of block 7, and the first group of inputs BxV ₁ , ... BxV _{N of} device 12 is connected to the outputs of device 9.

Выходы устройства 12, предназначенные для выдачи во внешние системы самолета информации о массовом запасе топлива в каждом баке топливной системы самолета, соединены также и со входами Bxm₁... Bxm_N суммирующего устройства 14, выход Выхm которого предназначен для выдачи во внешние системы самолета информации о суммарном массовом запасе топлива на борту самолета.The outputs of the device 12, designed to provide information about the mass fuel supply in each tank of the aircraft’s fuel system to external aircraft systems, are also connected to the inputs Bxm ₁ ... Bxm _{N of the} adder 14, the output of which is intended to provide information to the external systems of the aircraft about the total mass fuel supply on board the aircraft.

Датчик 3 первого характеристического параметра топлива представляет собой датчик диэлектрической проницаемости топлива, выполненный, например, в виде диэлектрометрической ячейки, содержащей конденсатор, величина выходного информативного параметра которого - электрической емкости - зависит от диэлектрической проницаемости ε топлива, находящегося между электродами конденсатора. Датчик 4 второго характеристического параметра топлива представляет собой датчик светопоглощения, выполненный, например, в виде оптометрической ячейки, содержащий два диода: светодиод, излучающий постоянный световой поток в инфракрасном диапазоне спектра, и фоточувствительный диод, величина выходного информативного параметра которого - силы фототока - определяется интенсивностью светового потока, зависящей при прочих равных условиях от показателя k поглощения света топливом, через слой которого проходит световой поток светодиода. The sensor 3 of the first characteristic fuel parameter is a dielectric constant of the fuel, made, for example, in the form of a dielectric cell containing a capacitor, the value of the output informative parameter of which is the electric capacitance, depends on the dielectric constant ε of the fuel located between the electrodes of the capacitor. The sensor 4 of the second characteristic fuel parameter is a light absorption sensor, made, for example, in the form of an optometric cell, containing two diodes: an LED emitting a constant light flux in the infrared range of the spectrum, and a photosensitive diode, the value of the output informative parameter of which is the photocurrent strength, is determined by the intensity luminous flux, which, ceteris paribus, depends on the indicator k of light absorption by the fuel, through the layer of which the light flux of the LED passes.

Датчик 5 третьего характеристического параметра топлива представляет собой датчик теплопроводности топлива, выполненный, например, в виде мерной ячейки теплопроводности, содержащей подогреваемый током терморезистор, температура которого при прочих равных условиях определяется теплопроводностью окружающей среды; при погружении мерной ячейки в топливо величина выходного информативного параметра терморезистора - его электросопротивления - зависит от теплопроводности λ топлива. The sensor 5 of the third characteristic fuel parameter is a fuel thermal conductivity sensor, made, for example, in the form of a measured thermal conductivity cell containing a thermistor heated by current, the temperature of which, other things being equal, is determined by the thermal conductivity of the environment; when the measuring cell is immersed in fuel, the value of the output informative parameter of the thermistor — its electrical resistance — depends on the thermal conductivity λ of the fuel.

При работе предлагаемой топливоизмерительной системы предварительно в бортовой вычислитель 8 и в блок 13 геометрических характеристик баков вводят исходные данные, алгоритмы преобразования и функциональные зависимости, необходимые для вычисления массового запаса топлива. Исходные данные вводят в память идентификатора 10, формирователя 11 и блока 13. Алгоритмы преобразования вводят в память идентификатора 10 и формирователя 11, математические зависимости вводят в память устройств 9 и 12, а также в память формирователя 11. When the proposed fuel metering system is operating, the initial data, transformation algorithms and functional dependences necessary for calculating the mass fuel supply are inputted into the on-board computer 8 and into the block 13 of the geometric characteristics of the tanks. The source data is entered into the memory of identifier 10, shaper 11 and block 13. Transformation algorithms are entered into the memory of identifier 10 and shaper 11, mathematical dependencies are entered into the memory of devices 9 and 12, as well as into the memory of shaper 11.

В память идентификатора 10 марки топлива в баке вводят два массива исходных данных: массив (а_i) характеристических констант топлива и массив (М_i) марок топлива в функции одного из характеристических параметров J_i топлива, например параметра λ_i, при конкретном значении t_i температуры топлива. В память блока 13 геометрических характеристик бака вводят два массива исходных данных: массив (1, 2... n,... N) номеров топливных баков и массив (b_1i, b_2i, b_3i) констант для каждого бака, ставящих в соответствие любой паре значений (h_1i, h_2j) уровня топлива в точках "1" и "2" этого бака одно значение V_n объема топлива в баке. В память формирователя 11 параметров топлива вводят массив исходных данных (с_i) о значениях номинальных плотностей ρ_i топлива и температурных коэффициентов β_i плотности топлива для группы топлив известных марок, используемых на данном классе самолетов, и для смесей топлив этих марок. Кроме того, в память идентификатора 10 и формирователя 11 вводят алгоритмы преобразования исходных данных в выходные сигналы этих электронных модулей. В память устройств 9 и 12, а также в память формирователя 11 вводят функциональные зависимости, необходимые для вычисления объема и массы топлива в баке.Two arrays of source data are entered into the memory of identifier 10 of the fuel grade in the tank: an array (a _i ) of characteristic fuel constants and an array (M _i ) of fuel grade as a function of one of the characteristic parameters J _{i of the} fuel, for example, parameter λ _i , for a specific value of t _i fuel temperature. Two arrays of source data are introduced into the memory of block 13 of the geometric characteristics of the tank: an array (1, 2 ... n, ... N) of fuel tank numbers and an array (b _1i , b _2i , b _3i ) of constants for each tank, setting in correspondence to any pair of values (h _1i , h _2j ) of the fuel level at points "1" and "2" of this tank is one value V _n of the fuel volume in the tank. An array of input data (c _i ) about the values of the nominal fuel densities ρ _i and the temperature coefficients β _{i of} the fuel density for a group of fuels of well-known brands used on this class of aircraft and for mixtures of fuels of these brands is introduced into the memory of the shaper 11 of the fuel parameters. In addition, algorithms for converting the source data into the output signals of these electronic modules are introduced into the memory of the identifier 10 and the shaper 11. In the memory of devices 9 and 12, as well as in the memory of the former 11, functional dependencies are introduced, which are necessary for calculating the volume and mass of fuel in the tank.

В процессе полета с выходов датчиков 2, 3, 4, 5 и 6, установленных в топливных баках 1, на входы Вхh₁₁, Bxh₁₂, Bxh₁₃, Bxε₁, Bxk₁, Bxλ₁, Bxt₁,... Bxh_N1, Вхh_N2, Вхh_N3, Bxε_N, Bxk_N, Bxλ_N, Bxt_N блока 7 поступают сигналы о текущих значениях уровней, характеристических параметров и температуры топлива в каждом из топливных баков 1. В блоке 7 эти сигналы преобразуются к нормализованному виду и с соответствующих выходов блока поступают на соответствующие входы электронных модулей 9, 10 и 11 бортового вычислителя 8. Нормализованные сигналы о текущих значениях трех различных уровней топлива в каждом баке, измеренных в трех точках бака, не лежащих на одной прямой линии, поступают с выходов блока 7 на уровнемерные входы Вхh₁₁, Bxh₁₂, Bxh₁₃,. . . Вхh_N1, Bxh_N2, Вхh_N3 устройства 9 вычисления объема топлива в баке, нормализованные сигналы о текущих значениях каждого их трех характеристических параметров ε_i, k_i и λ_i топлива в каждом из N баков 1 поступают с выходов блока 7 на параметрические входы Bxε₁, Bxk₁, Bxλ₁,... Bxε_N, Bxk_N, Bxλ_N идентификатора 10 марки топлива в баке, а нормализованные сигналы о температуре топлива в каждом баке - с выходов блока 7 на температурные входы Bxt₁,... Bxt_N этого идентификатора и на температурные входы Bxt₁,... Bxt_N формирователя 11 параметров топлива.During the flight, from the outputs of sensors 2, 3, 4, 5, and 6 installed in the fuel tanks 1, to the inputs Bxh ₁₁ , Bxh ₁₂ , Bxh ₁₃ , Bxε ₁ , Bxk ₁ , Bxλ ₁ , Bxt ₁ , ... Bxh _N1 , Bhh _N2 , Bhh _N3 , Bxε _N , Bxk _N , Bxλ _N , Bxt _{N of} block 7 receive signals about the current values of the levels, characteristic parameters and temperature of the fuel in each of the fuel tanks 1. In block 7, these signals are converted to normalized form and with the corresponding outputs of the block go to the corresponding inputs of the electronic modules 9, 10 and 11 of the on-board calculator 8. Normalized signals about the current values of three different levels s of fuel in each tank measured at three points of the tank, do not lie on a straight line, is output from the unit 7 to Vhh urovnemernye inputs _11, Bxh _12, Bxh _13. . . Bhh _N1 , Bxh _N2 , Bhh _{N3 of the} device 9 for calculating the fuel volume in the tank, normalized signals about the current values of each of the three characteristic parameters ε _i , k _i and λ _{i of the} fuel in each of the N tanks 1 come from the outputs of block 7 to the parametric inputs Bxε ₁ , Bxk ₁ , Bxλ ₁ , ... Bxε _N , Bxk _N , Bxλ _{N of the} identifier 10 of the fuel grade in the tank, and the normalized signals about the temperature of the fuel in each tank from the outputs of block 7 to the temperature inputs Bxt ₁ , ... Bxt _{N of} this identifier and to the temperature inputs Bxt ₁ , ... Bxt _{N of the} shaper 11 of the fuel parameters.

В устройстве 9 вычисляется объем V_n топлива в n-ом топливном баке 1 на основании поступающих на уровнемерные входы этого устройства нормализованных сигналов о текущих значениях уровней топлива, измеренных в трех различных точках бака, и исходных данных о геометрических характеристиках этого бака, поступающих с выходов блока 13 на входы Вх(b_1i, b_2j, b_3k)₁,... Вх(b_1i, b_2j, b_3k)_N исходных данных устройства 9 в соответствии с введенной в память устройства 9 функциональной зависимостью
V_n=F(h_1i, h_2j, h_3k; b_1i, b_2j, b_3k)_n, (1)
где функция F ставит в соответствие каждой тройке (h_1i, h_2j, h_3k) текущих значений аргументов одно и только одно значение объема V_n топлива в n-ом баке, геометрические характеристики которого заданы массивом исходных данных констант (b_1i, b_2i, b_3k)_n. Зависимость (1) может быть выражена, например, линейным полиномом
V_n=(b_1ih_1i+b_2jh_2j+b_3kh_3k)_n, (2)
где коэффициенты b_1i, b_2j, b_3k характеризуют геометрию n-ого топливного бака, а уровни h_1i, h_2j и h_3k топлива измеряются в точках "1", "2" и "3" этого бака, не лежащих на одной прямой линии.The device 9 calculates the volume V _{n of} fuel in the nth fuel tank 1 based on the normalized signals arriving at the level inputs of this device about the current values of the fuel levels measured at three different points of the tank and the initial data on the geometric characteristics of this tank coming from the outputs block 13 to the inputs Bx (b _1i , b _2j , b _3k ) ₁ , ... Bx (b _1i , b _2j , b _3k ) _{N the} initial data of the device 9 in accordance with the functional dependence entered into the memory of the device 9
V _n = F (h _1i , h _2j , h _3k ; b _1i , b _2j , b _3k ) _n , (1)
where the function F associates with each triple (h _1i , h _2j , h _3k ) of current argument values one and only one value of the fuel volume V _n in the nth tank, the geometric characteristics of which are given by the array of initial constants (b _1i , b _2i , b _3k ) _n . Dependence (1) can be expressed, for example, by a linear polynomial
V _n = (b _1i h _1i + b _2j h _2j + b _3k h _3k ) _n , (2)
where the coefficients b _1i , b _2j , b _3k characterize the geometry of the nth fuel tank, and the fuel levels h _1i , h _2j and h _3k are measured at points "1", "2" and "3" of this tank, not lying on one straight line.

Полином (2) может быть задан для каждого из N топливных баков, например, в численной форме, с помощью d квадратных численных матриц. Каждая из таких матриц содержит d строк и d столбцов, причем каждая из строк, в свою очередь, содержит d численных значений объема топлива, соответствующих значениям h_1i,... h_1d уровня топлива в точке "1" n-ого бака, и d столбцов, каждый из которых содержит d численных значений объемов топлива, соответствующих значениям h_2i,... h_2d уровня топлива в точке "2" n-ого бака. При этом каждая из d квадратных матриц соответствует одному из d значений уровня h_3i,... h_3d топлива в точке "3" n-ого бака. В целом, совокупность d квадратных матриц представляет собой кубическую матрицу размерности d, содержащую d³ дискретных численных значений объема топлива в каждом из 1, 2,... n... N топливных баков 1. В качестве примера численной матрицы ниже приведена матрица (3) (см. в конце описания), содержащая d² численных значений V₁₁... V_dd объема топлива в топливном баке 4 в функции уровней h_1i и h_2j топлива соответственно в точках "1" и "2" этого бака.Polynomial (2) can be specified for each of the N fuel tanks, for example, in numerical form, using d square numerical matrices. Each of these matrices contains d rows and d columns, and each row, in turn, contains d numerical values of the fuel volume corresponding to the values h _1i , ... h _{1d of} the fuel level at point "1" of the n-th tank, and d columns, each of which contains d numerical values of fuel volumes corresponding to h _2i , ... h _2d fuel levels at point "2" of the n-th tank. Moreover, each of the d square matrices corresponds to one of the d values of the level h _3i , ... h _{3d of} fuel at the point “3” of the nth tank. On the whole, the set of d square matrices is a cubic matrix of dimension d containing d ³ discrete numerical values of the fuel volume in each of the 1, 2, ... n ... N fuel tanks 1. As an example of a numerical matrix, the matrix below ( 3) (see the end of the description) containing d ² numerical values of V ₁₁ ... V _dd of the fuel volume in the fuel tank 4 as a function of the fuel levels h _1i and h _2j at the points “1” and “2” of this tank, respectively.

Данная матрица является одной из d квадратных матриц, каждая из которых соответствует одному из d численных значений h₃₁,... h_3k... h_3d уровня топлива в точке "3" топливного бака 4. Матрица позволяет для любых двух значений (h_1i, h_2j) уровня топлива, измеренных соответственно в точках "1" и "2" четвертого бака, указать однозначно соответствующее им численное значение объема топлива в этом баке. Например, значениям (h₁₃, h₂₄) уровня топлива отвечает значение V₃₄ объема топлива. Третье значение h_3k уровня топлива в точке "3" четвертого бака необходимо для выбора той из d квадратных матриц, которая соответствует значению h_3k уровня, а именно матрицы с номером k. Выбор матрицы с номером k позволяет определить уточненное по значению h_3k уровня топлива значение V_34k объема топлива в топливном баке 4. Данное значение объема вычисляют в модуле 9 в соответствии с полиномом (2):
V₄=(b_1ih_1i+b_2j+h_2j+b_3kh_3k)₄.This matrix is one of d square matrices, each of which corresponds to one of d numerical values of h ₃₁ , ... h _3k ... h _{3d of} the fuel level at point “3” of fuel tank 4. The matrix allows for any two values (h _1i , h _2j ) of the fuel level, measured at points “1” and “2” of the fourth tank, respectively, indicate the numerical value of the fuel volume in this tank that clearly corresponds to them. For example, the values (h ₁₃ , h ₂₄ ) of the fuel level correspond to the value V ₃₄ of the fuel volume. The third value of h _3k fuel level at point “3” of the fourth tank is necessary to select one of the d square matrices that corresponds to the value h _{3k of the} level, namely the matrix with number k. The selection of the matrix with the number k allows us to determine the value V _34k of the fuel volume in the fuel tank 4 that is refined by the value of h _3k fuel level 4. This volume value is calculated in module 9 in accordance with polynomial (2):
V ₄ = (b _1i h _1i + b _2j + h _2j + b _3k h _3k ) ₄ .

Таким образом, в d матрицах типа (3) содержится d³ дискретных значений объема V₄ топлива в топливном баке 4, что позволяет вычислить объем топлива в этом баке с точностью до одного из d³ численных дискретных значений объема. Аналогичным образом вычисляют объем топлива и в любом другом баке 1 топливной системы самолета. Поскольку величина погрешности δ_d дискретизации объема топлива в баке с помощью функции F, заданной кубической численной матрицей размерности d, определяется неравенством

где V_n _max - объем топлива в полностью заполненном баке с номером n,
то, задаваясь числом d, можно обеспечить любую требуемую точность вычисления объема топлива в баке 1.Thus, d matrices of type (3) contain d ³ discrete values of the fuel volume V ₄ in the fuel tank 4, which makes it possible to calculate the fuel volume in this tank with an accuracy of one of d ³ numerical discrete volume values. Similarly calculate the amount of fuel in any other tank 1 of the fuel system of the aircraft. Since the error δ _{d of the} discretization of the fuel volume in the tank using the function F given by the cubic numerical matrix of dimension d is determined by the inequality

where V _n _max - the amount of fuel in a fully filled tank with number n,
then, given the number d, it is possible to provide any required accuracy in calculating the amount of fuel in tank 1.

Массив (b_1i, b_2i, b_3k)_n коэффициентов, характеризующих геометрию каждого из N топливных баков, можно получить, например, на основе заданных в ТЗ на проектирование топливоизмерительной системы самолета геометрических обводов топливного бака, как трехмерного тела, пересеченного плоскостью, пространственное положение которой задано тремя точками "1", "2" и "3", расположенными внутри топливного бака и не лежащими на одной прямой. Координаты этих точек относительно бака соответствуют точкам отсчета уровней h₁, h₂ и h₃ топлива в баке. Численно определив значение объема бака, лежащее ниже секущей плоскости, и используя полином (2), можно найти для каждого дискретного значения объема соответствующие ему значения коэффициентов b_1i, b_2j, b_3k полинома (2) для d³ различных положений секущей плоскости. Число d³ устанавливают, исходя из заданной величины погрешности δ_d дискретизации объема топливного бака. Например, если заданная величина погрешности дискретизации составляет
δ_d≤1%,
то d³≥100, что соответствует размерности числовой матрицы (3) d=5, если
δ_d≤0,5%,
то d³≥200, что соответствует размерности числовой матрицы (3) d=6.An array of (b _1i , b _2i , b _3k ) _n coefficients characterizing the geometry of each of the N fuel tanks can be obtained, for example, based on the geometric contours of the fuel tank specified in the design specification for the design of the aircraft’s fuel measurement system as a three-dimensional body intersected by a plane, spatial the position of which is set by three points "1", "2" and "3" located inside the fuel tank and not lying on one straight line. The coordinates of these points relative to the tank correspond to the reference points of the levels of h ₁ , h ₂ and h ₃ fuel in the tank. By numerically determining the value of the tank volume lying below the secant plane and using polynomial (2), for each discrete value of the volume, we can find the corresponding values of the coefficients b _1i , b _2j , b _{3k of} polynomial (2) for d ³ different positions of the secant plane. The number d ³ set on the basis of a given value of the error δ _d discretization of the fuel tank. For example, if the specified value of the sampling error is
δ _d ≤1%,
then d ³ ≥100, which corresponds to the dimension of the number matrix (3) d = 5, if
δ _d ≤0.5%,
then d ³ ≥200, which corresponds to the dimension of the numerical matrix (3) d = 6.

Значения вычисленных в устройстве 9 объемов V_n топлива в каждом из N баков топливной системы передаются с выходов этого устройства на входы BxV₁. . . BxV_N первой группы входов устройства 12, в котором вычисляются значения m₁, m₂, ... m_n,... m_N массы топлива в каждом из N топливных баков 1 в соответствии с известной зависимостью
m_n=V_nρ(t)_n, (4)
где ρ(t)_n - фактическая плотность топлива в n-ом баке при температуре t.The values of the fuel volumes V _n calculated in the device 9 in each of the N tanks of the fuel system are transmitted from the outputs of this device to the inputs BxV ₁ . . . BxV _{N of the} first group of inputs of device 12, in which the values m ₁ , m ₂ , ... m _n , ... m _{N of the} mass of fuel in each of N fuel tanks 1 are calculated in accordance with the known dependence
m _n = V _n ρ (t) _n , (4)
where ρ (t) _n is the actual density of the fuel in the nth tank at temperature t.

Вычисление фактической плотности топлива, находящегося в n-ом топливном баке, выполняют методом идентификации в идентификаторе 10 фактической марки топлива М_i, содержащегося в этом баке, по характеристическим параметрам ε_i, k_i и λ_i топлива, измеренным при температуре t_j топлива с последующим определением в формирователе 11 плотности топлива, соответствующей идентифицированной марке топлива в баке, и с коррекцией этой плотности по фактической температуре топлива в баке.The calculation of the actual density of the fuel located in the nth fuel tank is performed by identifying in the identifier 10 the actual brand of fuel M _i contained in this tank according to the characteristic parameters ε _i , k _i and λ _{i of the} fuel measured at a temperature t _{j of} fuel with the subsequent determination in the shaper 11 of the fuel density corresponding to the identified brand of fuel in the tank, and with the correction of this density according to the actual temperature of the fuel in the tank.

Определение марки топлива в идентификаторе 10 выполняется на основе поступающих на его параметрические входы нормализованных сигналов об измеренных текущих значениях характеристических параметров ε_i, k_i и λ_i/ топлива в n-ом баке и поступающих на его температурные входы нормализованных сигналов об измеренных текущих значениях температуры t_j топлива в этом баке. Идентификация марки топлива выполняется, например, на основе D-этапного селективного алгоритма, где D - число характеристических параметров топлива, используемых в поэтапном селективном процессе идентификации марки топлива; в данном случае D=3.The definition of the fuel grade in identifier 10 is based on the normalized signals arriving at its parametric inputs about the measured current values of the characteristic parameters ε _i , k _i and λ _{i / of the} fuel in the n-th tank and the normalized signals arriving at its temperature inputs on the measured current temperatures t _j fuel in this tank. Identification of the fuel grade is, for example, based on the D-stage selective algorithm, where D is the number of characteristic parameters of the fuel used in a phased selective process of identifying the fuel grade; in this case, D = 3.

На этапе I идентификации по значению одного из характеристических параметров J_i топлива в баке, например параметра k_i, при температуре t_j топлива в этом баке производится грубая селекция марки идентифицируемого топлива по признаку "тяжелые топлива - легкие топлива", например, на основании системы неравенств

где а_i - характеристическая константа топлива, массив (а_i) которых введен в память идентификатора 10 в качестве массива численных исходных данных. Массив (а_i) можно получить, например, экспериментально установив соответствие между топливами группы легких топлив и значением k_i характеристического параметра топлива для этой группы при постоянной температуре t_j для нескольких значений температуры, а также между топливами группы тяжелых топлив и значением k_i характеристического параметра топлива для этой группы топлив при постоянной температуре t_j для нескольких значений температуры и выразив результат установленного соответствия в форме массива (а_i) численных исходных данных.At stage I, identification by the value of one of the characteristic parameters J _{i of the} fuel in the tank, for example, parameter k _i , at a temperature t _{j of} fuel in this tank, a coarse selection of the brand of identifiable fuel is performed according to the criterion "heavy fuels - light fuels", for example, based on the system inequalities

where a _i is the characteristic constant of the fuel, the array (a _i ) of which is entered into the memory of the identifier 10 as an array of numerical source data. Array (a _i ) can be obtained, for example, by experimentally establishing the correspondence between the fuels of a group of light fuels and the value k _{i of the} characteristic parameter of the fuel for this group at a constant temperature t _j for several temperature values, as well as between the fuels of the group of heavy fuels and the value k _{i of the} characteristic the fuel parameter for this group of fuels at a constant temperature t _j for several temperature values and expressing the result of the established correspondence in the form of an array (a _i ) of numerical initial data.

При попадании идентифицируемого топлива в группу, например, легких топлив, содержащую топлива марок M₁, М₂,... M_q с относительно низкой плотностью, выполняется следующий этап II селекции путем минимизации числа различных марок топлива в выявленной группе легких топлив. Алгоритм минимизации может быть задан, например, квадратной численной матрицей, содержащей d строк d столбцов, заполненных индексами марок топлива, причем каждая из строк матрицы отвечает одному из d значений неиспользованного в предыдущем этапе характеристического параметра топлива, например параметра λ_i, а каждый из столбцов - одному из d значений температуры t_j топлива в баке.If an identifiable fuel falls into a group, for example, light fuels containing fuels of grades M ₁ , M ₂ , ... M _q with a relatively low density, the next stage II of selection is performed by minimizing the number of different grades of fuel in the identified group of light fuels. The minimization algorithm can be specified, for example, by a square numerical matrix containing d rows of d columns filled with fuel grade indices, each of the rows of the matrix corresponding to one of the d values of the characteristic fuel parameter not used in the previous step, for example, the parameter λ _i , and each of the columns - one of the d values of the temperature t _j fuel in the tank.

Массив (М_i) численных исходных данных, представляющий собой совокупность числовых индексов, отвечающих маркам топлива, каждая из которых соответствует одной из пар значений (λ_i, t_j), вводят в память идентификатора 10. Массив (М_i) можно получить, например, экспериментально установив соответствие между маркой М_i исследуемого топлива и значением λ_i его характеристического параметра при данной температуре t_j для ряда значений температуры и выразив результаты эксперимента в форме массива (М_i) численных исходных данных.An array (M _i ) of numerical source data, which is a set of numerical indices corresponding to the fuel brands, each of which corresponds to one of the pairs of values (λ _i , t _j ), is entered into the identifier 10. An array (M _i ) can be obtained, for example , experimentally establishing a correspondence between the brand M _{i of the} studied fuel and the value λ _{i of} its characteristic parameter at a given temperature t _j for a number of temperature values and expressing the experimental results in the form of an array (M _i ) of numerical initial data.

Т. к. в матрице (6) (см. в конце описания) каждой паре значений (λ_i, t_j) может отвечать не обязательно одна марка топлива, то этап II селекции не всегда достаточен для окончательной идентификации марки топлива. Для однозначного определения фактической марки топлива в баке или смеси топлив известных марок проводится этап III селекции, в ходе которого анализируется узкая группа топлив, например группа (М₂, М₄), содержащая две марки топлива, с целью окончательной идентификации марки топлива или смеси топлив различных марок в n-ом баке. Анализ выполняется на основе неиспользованного в предыдущем этапе характеристического параметра ε_i топлива и температуры t_j топлива в баке с помощью алгоритма, заданного, например, системой неравенств

где а_i - характеристическая константа топлива, массив (а_i) которых введен в память идентификатора 10 в качестве массива численных исходных данных. Константы а_i можно определить по данным, опубликованным в известной литературе, например в вышеупомянутом справочнике.Since in the matrix (6) (see the end of the description) each pair of values (λ _i , t _j ) may not necessarily correspond to one brand of fuel, then stage II of selection is not always sufficient for the final identification of the brand of fuel. To unambiguously determine the actual brand of fuel in the tank or a mixture of fuels of known brands, stage III of selection is carried out, during which a narrow group of fuels is analyzed, for example, a group (M ₂ , M ₄ ) containing two brands of fuel in order to finally identify the brand of fuel or mixture of fuels different brands in the nth tank. The analysis is performed on the basis of the characteristic fuel parameter ε _i not used in the previous step and the fuel temperature t _j in the tank using the algorithm specified, for example, by the system of inequalities

where a _i is the characteristic constant of the fuel, the array (a _i ) of which is entered into the memory of the identifier 10 as an array of numerical source data. The constants a _i can be determined from data published in the well-known literature, for example, in the aforementioned reference.

После идентификации известной марки топлива в n-ном баке, например марки М₂, числовой индекс, соответствующий этой марке, передается с выхода идентификатора 10 на n-ый вход первой группы входов BxM₁,... ВхМ_N формирователя 11. При идентификации смеси топлив в n-ом баке, например смеси топлив марок М₂ и М₄ в соотношении 1:2, этой смеси присваивается условный числовой индекс М_j, который также передается с выхода идентификатора 10 на вход формирователя 11. В формирователе 11 определяются значение ρ_oi плотности топлива и значение β_i температурного коэффициента плотности топлива, соответствующие марке М_i топлива или смеси марок топлива в n-ом баке, и вычисляется фактическое значение ρ(t)_n плотности топлива в этом баке при температуре t_j топлива в баке в соответствии с известной функциональной зависимостью
ρ(t)_n = ρ_oi(1+β_it_j), (8)
где значения ρ_oi и β_i для известных марок топлива, а также для смесей топлив известных марок, например для смеси топлив двух различных марок в соотношениях 1: 2, 1:1 и 2:1, задаются массивом (с_i) констант, введенных в память формирователя 11. Константы с_i получают на основании данных, приведенных в справочной литературе, например в вышеупомянутом справочнике.After identifying a known brand of fuel in the n-th tank, for example, brand M ₂ , the numerical index corresponding to this brand is transmitted from the output of identifier 10 to the n-th input of the first group of inputs BxM ₁ , ... BxM _{N of the} shaper 11. When identifying the mixture fuels in the n-th tank, for example, a mixture of fuels of brands M ₂ and M ₄ in a 1: 2 ratio, this mixture is assigned a conditional numerical index M _j , which is also transmitted from the output of identifier 10 to the input of shaper 11. In shaper 11, the value ρ _oi fuel density value and temperature coefficients β _i ienta density of fuel corresponding to the mark M _i fuels or grades of fuel in the mixture n-th tank, and is calculated from the actual value ρ (t) _n fuel density in this tank at a temperature of t _j fuel in the tank in accordance with a known functional relationship
ρ (t) _n = ρ _oi (1 + β _i t _j ), (8)
where the values of ρ _oi and β _i for well-known brands of fuel, as well as for mixtures of fuels of well-known brands, for example, for a mixture of fuels of two different grades in ratios 1: 2, 1: 1 and 2: 1, are set by an array (with _i ) of constants introduced into the memory of the shaper 11. Constants with _i are obtained on the basis of the data given in the reference literature, for example, in the aforementioned reference.

С выходов формирователя 11 вычисленные значения фактических текущих плотностей топлива в каждом из N баков поступают на входы Bxρ(t)₁... Bxρ(t)_N второй группы входов устройства 12, в котором определяются значения m₁, . . . m_n, ... m_N массы топлива в каждом из N баков в соответствии с известной функциональной зависимостью
m_n=ρ(t)_nV_n, (9)
где m_n - масса топлива в n-ом баке.From the outputs of the shaper 11, the calculated values of the actual current fuel densities in each of the N tanks are supplied to the inputs Bxρ (t) ₁ ... Bxρ (t) _{N of the} second group of inputs of the device 12, in which the values of m ₁ , are determined. . . m _n , ... m _{N the} mass of fuel in each of the N tanks in accordance with the known functional dependence
m _n = ρ (t) _n V _n , (9)
where m _n is the mass of fuel in the n-th tank.

С выходов устройства 12 значения m_n масс топлива в каждом баке поступают на входы Bxm₁,... Вхm_N суммирующего устройства 14 и на выходы Bыxm₁,... Bыxm_N вычислителя 8 для передачи во внешние системы самолета.From the outputs of the device 12, the values of m _n fuel masses in each tank are supplied to the inputs Bxm ₁ , ... Bxm _{N of the} summing device 14 and to the outputs Bxm ₁ , ... Bxm _{N of the} calculator 8 for transmission to the external systems of the aircraft.

В суммирующем устройстве 14 производится определение массового запаса m топлива на борту самолета путем суммирования масс m_n в соответствии с известным выражением

Информация о значении массового запаса m топлива на борту самолета передается с выхода Выхm суммирующего устройства 14 ее потребителям. Предложенная топливоизмерительная система достаточно точно определяет массовый запас топлива как в отдельном баке топливной системы самолета, так и на борту самолета в целом. При этом точность измерения обеспечивается и в тех случаях, когда отдельные баки самолета заполнены топливами различных марок или смесями топлив различных марок, а температуры топлива, заполняющего отдельные баки, значительно отличаются между собой.In the adder 14, the mass supply m of fuel on board the aircraft is determined by summing the masses m _n in accordance with the known expression

Information about the value of the mass supply m of fuel on board the aircraft is transmitted from the output Exitm of the summing device 14 to its consumers. The proposed fuel measuring system accurately determines the mass fuel supply both in a separate tank of the aircraft fuel system and on board the aircraft as a whole. Moreover, the measurement accuracy is ensured in cases where individual aircraft tanks are filled with fuels of various grades or mixtures of fuels of various grades, and the temperatures of the fuel filling individual tanks are significantly different.

Предложенная система достаточно точно определяет массовый запас топлива при пространственных эволюциях самолета без использования дополнительных датчиков измерения углов наклона поверхности топлива в баке и без учета влияния дополнительных погрешностей измерения, вызванных использованием таких датчиков. The proposed system accurately determines the mass fuel supply during spatial evolutions of the aircraft without the use of additional sensors for measuring the angle of inclination of the fuel surface in the tank and without taking into account the influence of additional measurement errors caused by the use of such sensors.

Методическая погрешность определения массы m_n топлива в баке, заполненном топливом одной марки, составляет для предлагаемой системы незначительную величину, не превышающую ±0,3%. Незначительность погрешности объясняется тем, что масса m_n топлива в баке вычисляется с учетом температуры топлива в этом баке и фактической марки топлива, идентифицированной в данном баке по текущим значениям характеристических параметров и температуры топлива в баке.The methodological error in determining the mass m _{n of} fuel in a tank filled with fuel of the same brand is insignificant for the proposed system, not exceeding ± 0.3%. The margin of error is due to the fact that the mass m _{n of} fuel in the tank is calculated taking into account the temperature of the fuel in this tank and the actual brand of fuel identified in this tank by the current values of the characteristic parameters and the temperature of the fuel in the tank.

В случае, когда бак заполнен смесью топлив двух различных марок, дополнительная методическая погрешность определения массы топлива в баке составляет не более ±0,3%. In the case when the tank is filled with a mixture of fuels of two different grades, the additional methodical error in determining the mass of fuel in the tank is not more than ± 0.3%.

Дополнительная эволютивная погрешность определения массы топлива в баке с учетом погрешности дискретизации объема топлива составляет при числе d³= 6³= 216 незначительную величину, не превосходящую 0,5%, а при числе d>6 составляет меньшую величину.An additional evolutionary error in determining the mass of fuel in the tank, taking into account the discretization error of the fuel volume, is at d ³ = 6 ³ = 216 an insignificant value that does not exceed 0.5%, and at d> 6 it is a smaller value.

Таким образом, с учетом упомянутых дополнительных погрешностей предложенная топливоизмерительная система дает возможность определять массовый запас топлива в топливном баке самолета с суммарной методической погрешностью, не превышающей ±0,7% (при среднеквадратической оценке погрешности). Thus, taking into account the mentioned additional errors, the proposed fuel measuring system makes it possible to determine the mass fuel supply in the aircraft fuel tank with a total methodological error not exceeding ± 0.7% (with a standard error estimate).

Это позволяет определить массовый запас топлива в баке с суммарной погрешностью, учитывающей инструментальную погрешность датчиков и воздействие реальных условий эксплуатации, не превышающей ±1,5% во всех условиях эксплуатации, в том числе при разбросе температур и марок топлива в различных баках топливной системы, а также при ускорениях и пространственных эволюциях самолета, и массовый запас топлива на борту самолета с суммарной погрешностью не более ±1,2% во всех условиях эксплуатации (при среднеквадратической оценке погрешности). This allows you to determine the mass fuel supply in the tank with a total error that takes into account the instrumental error of the sensors and the impact of actual operating conditions, not exceeding ± 1.5% in all operating conditions, including when the temperature and grade of the fuel in the various tanks of the fuel system are dispersed, and also during accelerations and spatial evolutions of the aircraft, and the mass fuel supply on board the aircraft with a total error of not more than ± 1.2% in all operating conditions (with a mean-square error estimate).

Claims

A fuel metering system comprising fuel level sensors in an aircraft’s fuel tanks, a fuel temperature sensor in a fuel tank, a sensor signal conversion and normalization unit, a tank geometrical characteristic unit, an adder and an on-board computer including a fuel volume calculator in the tank and a fuel parameter generator, wherein the output of each of the fuel level sensors and the output of the fuel temperature sensor are connected to the corresponding input of the signal conversion and normalization unit for sensors, the level inputs of the device for calculating the volume of fuel in the tank are connected to the corresponding outputs of the conversion and normalization unit of the sensor signals, the inputs of the source data of this device are connected to the outputs of the geometric unit of the tanks, the fuel parameter generator is equipped with a temperature input connected to the corresponding output of the conversion and normalization of signals sensors, characterized in that the system additionally introduces sensors of the characteristic parameters of the fuel in the fuel x aircraft tanks: fuel dielectric permeability sensor, fuel thermal conductivity sensor and fuel light absorption sensor, in addition to fuel tanks that do not contain temperature sensors, fuel temperature sensors are introduced in the tank, fuel level sensors are installed in the fuel tank at least at three different points, not lying on one straight line, the device for calculating the mass of fuel in the tank and the identifier of the brand of fuel in the tank are introduced into the on-board computer, the shaper of the fuel parameters is equipped with an additional temperature inputs according to the number of additional fuel temperature sensors in the tank, while the output of each fuel characteristic parameter sensor and each additional fuel temperature sensor is connected to the corresponding input of the sensor signal conversion and normalization unit, the parametric and temperature inputs of the fuel brand identifier in the tank are connected to the corresponding the outputs of the conversion and normalization of sensor signals, the outputs of this identifier are connected to the identification the input inputs of the fuel parameter generator, equipped with additional temperature inputs connected to the corresponding outputs of the sensor signal conversion and normalization unit, the outputs of the fuel volume calculation device in the tank are connected to the first group of inputs of the fuel mass calculation device in the tank, the second group of inputs of which is connected to the outputs of the parameter generator fuel, and the outputs are connected to the inputs of the summing device.