用于測量可變幾何形狀容器內(nèi)的燃料質(zhì)量的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于測量可變幾何形狀容器內(nèi)的燃料質(zhì)量的系統(tǒng)和方法
[0001] 發(fā)明目的
[0002] 本發(fā)明涉及用于測量可變幾何形狀容器中包含的燃料質(zhì)量的系統(tǒng)，更具體地，涉 及用于測量包含在便攜（特別是當(dāng)具體化為航空器時對受到外力特別敏感的）容器內(nèi)的燃 料質(zhì)量的系統(tǒng)和方法。
[0003] 本發(fā)明的一個目的是提供用于測量的新的方法和系統(tǒng)，其提供對包含在可變幾何 形狀容器（特別是當(dāng)所述容器是非剛性的諸如軟外殼類型時）中的燃料質(zhì)量的精確和可靠 的測量。
[0004] 本發(fā)明的另一個目的是，通過避免對通常需要用來阻止容器沿確定方向的運(yùn)動和 用于將其固定到航空器結(jié)構(gòu)的輔助結(jié)構(gòu)的需求，簡化測量過程。并且附加地簡化測量過程， 避免用于測量過程計算的基準(zhǔn)元件的使用。
【背景技術(shù)】
[0005] 對機(jī)務(wù)人員而言對包含在燃料容器內(nèi)的燃料量或燃料體積的測量和指示在航空 航天領(lǐng)域是強(qiáng)制性要求。事實(shí)上，燃料容器中存在的燃料質(zhì)量是必須時刻知曉的關(guān)鍵參數(shù)， 因?yàn)楹娇掌髦械娜剂戏峙渲苯拥厍乙灾匾姆绞接绊懞娇掌髦匦牡姆植肌Ｍ瑯?，因?yàn)橹苯?基于那個參數(shù)，剩余燃料對于管理引擎消耗和對于空對空添加燃料的目的而言是至關(guān)重要 的。
[0006] 已知用于測量容器內(nèi)燃料質(zhì)量的若干系統(tǒng)。在飛機(jī)中，液位計型傳感器已經(jīng)使用 多年。這樣的傳感器是基于液體容量的測量的，并且盡管這些系統(tǒng)現(xiàn)如今大量使用，它們受 限于僅剛性容器，因?yàn)槿魏螘r候都必須知道容器的體積和幾何形狀。
[0007] 代替液位計型傳感器，使用負(fù)載單元型系統(tǒng)用于燃料測量目的也是已知的，也被 用于具體化在航空器中的外部容器。
[0008] 關(guān)于這一點(diǎn)，US5133212A文件通過一個軸負(fù)載單元來確定受到外力的油箱中包含 的液體的體積。然而，該發(fā)明要求燃料油箱僅有一個自由度，需要在空間的三個方向中的兩 個上為剛性。因此，該發(fā)明要求物理地阻止油箱沿著兩個方向的運(yùn)動，使得必須將其固定到 航空器結(jié)構(gòu)。此外，該文件描述了需要基準(zhǔn)負(fù)載單元用于確定航空器的姿態(tài)。
[0009] 同樣，F(xiàn)R2976071A1文件描述了用于通過一個軸負(fù)載單元來測量受到外力的油箱 中包含的液體的系統(tǒng)。根據(jù)上述文件，該發(fā)明需要陀螺儀和加速計的使用來確定航空器的 姿態(tài)。同樣，該法國申請需要燃料油箱是具有一個自由度的剛性類型油箱，再度，需要物理 地阻止油箱沿著兩個方向的運(yùn)動并將其固定到航空器結(jié)構(gòu)。
[0010] 因此，用于測量容器內(nèi)的燃料質(zhì)量的已知系統(tǒng)需要使用唯一自由度（優(yōu)選沿著偏 航軸）的剛性類型容器。該需求使得必須阻止在另兩個方向上的運(yùn)動（通常為滾轉(zhuǎn)和仰 俯），這對于可變幾何形狀容器是不可能的。
[0011] 因此，在航空工業(yè)中已發(fā)現(xiàn)對能夠測量在可變幾何形狀的容器（同樣在所述容器 是非剛性的（諸如軟外殼）或者所述容器在航空器中時受到外力的情況下）中包含的燃料 質(zhì)量的新的系統(tǒng)和方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明通過提供用于測量可變幾何形狀容器中包含的燃料質(zhì)量的新的系統(tǒng)和方 法克服了上述缺點(diǎn)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了提供用三個自由度對可變幾何形狀容器中包含的燃料質(zhì) 量的精確且可靠的測量。因此，本發(fā)明提供非剛性（諸如彈性或軟外殼類型）容器中包含 的燃料質(zhì)量。
[0013] 在本發(fā)明的一個方面，用于測量可變幾何形狀容器中包含的燃料質(zhì)量的系統(tǒng)包 括：
[0014] 容器組件，由部署在剛性支撐物之上的可變幾何形狀容器形成，使得該容器的重 量置于所述剛性支撐物上，
[0015] 與該剛性支撐物耦合的至少一個三軸負(fù)載單元，其中所述三軸負(fù)載單元提供第一 組三個信號（Sm、Sw、Sm)，所述三個信號的每一個信號具有與由該容器組件在空間的三 個方向的一個方向上施加的力成比例的大小，
[0016] 與該剛性支撐物耦合的至少一個三軸加速計，其中所述三軸加速計提供第二組三 個信號（S Ax、SAy、SJ，所述三個信號的每一個信號具有與該容器組件在空間的三個方向的 一個方向上受到的加速度成比例的大小，以及
[0017] 信號處理裝置，被配置轉(zhuǎn)換第一和第二組信號以供獲得針對空間的三個公共方向 的每一個方向的力（F x、Fy、Fz)和加速度（Ax、Ay、A z)數(shù)據(jù)，并且還被配置用于計算與可變幾 何形狀容器中包含的燃料質(zhì)量的相關(guān)的測量。
[0018] 該系統(tǒng)適用于在空間的一個或多個方向自由運(yùn)動的容器，其中沿著空間的其它方 向的運(yùn)動不需要被阻止，這在諸如彈性軟外殼的非剛性或柔性容器的其它情況下是不可能 的。
[0019] 因此，通過可變幾何形狀容器的使用，該系統(tǒng)避免了阻止容器沿著空間的任何方 向運(yùn)動的需求，以及還避免了將所述容器固定到航空器結(jié)構(gòu)以阻止其的需求。如前面已經(jīng) 提及的，這由于容器的可變幾何形狀而是不可能的。
[0020] 不需要阻止可變幾何形狀容器的運(yùn)動，容器將受到在空間的三個方向上施加的 力，諸如仰俯、滾轉(zhuǎn)和偏航。這些力直接施加到容器組件的剛性支撐物，其中可變幾何形狀 容器的重量置于剛性支撐物上，且因此在那里耦合至少一個三軸負(fù)載單元。以此方式，在 三個方向上施加的力直接施加到至少一個三軸負(fù)載單元，還能夠在空間的三個方向上測量 力。
[0021] 因此，該系統(tǒng)包括的至少一個三軸負(fù)載單元提供第一組三個信號（S^ S@、Sm)， 其中每一個信號具有與由該容器組件在空間的三個方向的一個方向上施加的力成比例的 大小。因此，該系統(tǒng)獲得測量與在空間的三個方向上的力成比例的大小的能力，其中至少一 個三軸負(fù)載單元被對齊為靈敏的。
[0022] 因?yàn)樵撓到y(tǒng)也包括至少一個三軸加速計，所述系統(tǒng)通過信號處理裝置提供在任何 時候測量可變幾何形狀容器中包含的燃料質(zhì)量的能力。
[0023] 為此，該信號處理裝置被配置轉(zhuǎn)換第一組三個信號（S^、S@、Sm)和第二組三個 信號（SAx、S Ay、SJ，以供獲得針對空間的三個公共方向的每一個方向的力（Fx、Fy、F z)和加 速度（Ax、Ay、Az)數(shù)據(jù)。所述信號處理裝置還被配置來計算與可變幾何形狀容器中包含的燃 料質(zhì)量相關(guān)的測量。
[0024] 有關(guān)空間的三個公共方向，必須注意三軸負(fù)載單元和三軸加速計兩者都根據(jù)它們 的本地坐標(biāo)系來提供空間的三個方向的每個方向的信號，因此該信號處理裝置還被配置將 所述信號從不同的本地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到唯一全局坐標(biāo)系。因此，空間的三個公共方向指所述 全局坐標(biāo)系。然而，如果三軸負(fù)載單元和三軸加速計在它們安裝到剛性支撐物時與空間的 三個公共方向?qū)R，所述轉(zhuǎn)換可能不需要。
[0025] 因此，該系統(tǒng)提供了對可變幾何形狀容器中包含的燃料質(zhì)量的測量，而無需阻止 容器的運(yùn)動或?qū)⑷萜鞴潭ǖ胶娇掌鹘Y(jié)構(gòu)。同樣，系統(tǒng)簡化測量所需元件的數(shù)量，避免基準(zhǔn)元 件（諸如通常用作基準(zhǔn)的附加質(zhì)量）的使用，同時實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重量減少。
[0026] 類似，允許可變幾何形狀容器沿著空間的三個方向運(yùn)動，并包括至少一個三軸負(fù) 載單元和至少一個三軸加速計，該系統(tǒng)當(dāng)容器在航空器中時受到外力時提供對質(zhì)量的可靠 的測量。
[0027] 在本發(fā)明的另一方面，用于測量可變幾何形狀容器中包含的燃料質(zhì)量的方法包括 步驟：
[0028] 提供由部署在剛性支撐物之上的可變幾何形狀容器形成的容器組件，使得該容器 的重量置于所述剛性支撐物上，
[0029] 通過與該剛性支撐物耦合的三軸負(fù)載單元，生成至少第一組三個信號（S^、S@、 Sm)，所述三個信號的每一個信號具有與由該容器組件在空間的三個方向的一個方向上施 加的力成比例的大小，
[0030] 通過與該剛性支撐物耦合的三軸加速計，生成至少第二組三個信號（SAx、S Ay、SJ， 所述三個信號的每一個信號具有與由該容器組件在空間的三個方向的一個方向上受到的 加速度成比例的大小，
[0031] 對于空間的三個公共方向的每一個方向的所述信號，將第一組和第二組信號轉(zhuǎn)換 為代表所測得的由該容器組件受到的力（F x、Fy、Fz)和加速度（Ax、Ay、A z)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，
[0032] 從與所測得的力和加速度相關(guān)的所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，為空間的三個公共方向的每一個 方向計算與可變幾何形狀容器中包含的燃料質(zhì)量相關(guān)的值，以及
[0033] 計算與可變幾何形狀容器中包含的燃料質(zhì)量相關(guān)的總值。
[0034] 因此，本發(fā)明的方法由于對用于測量的更少的元件和計算的需求，以簡化了的方 法提供了對可變幾何形狀容器中包含的燃料質(zhì)量的精確且可靠的測量。
【附圖說明】
[0035] 為了更好地理解該發(fā)明，提供以下附圖作為例示而非限制目的，其中：
[0036] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，用于測量可變幾何形狀容器中包含的燃料 質(zhì)量的系統(tǒng)所包括的元件。
[0037] 圖2示出了可變幾何形狀容器，與其中安置該可變幾何形狀容器的剛性支撐物耦 合的四個三軸負(fù)載單元，以及空間的三個公共方向的側(cè)視圖，所示的四個三軸負(fù)載單元相 對于這三個公共方向靈敏。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)。該圖