本發(fā)明屬于飛機定型試飛中重心調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

在飛機飛行的過程中，飛機的重心位置(特指縱向重心)直接影響飛機的操縱性和安定性。由于兩者各有其重要作用，而它們對重心位置的要求又恰好相反，因此飛機重心位置必須處于一個適當(dāng)?shù)那易兓苄》秶鷥?nèi)。在飛行過程中，由于飛機姿態(tài)改變、燃油消耗、外掛物投放、起落架收放等諸多因素，飛機重心常偏離安全范圍，因此研制一套經(jīng)濟實用、操縱便捷的飛機重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有重要意義。本課題來源于中國飛行試驗研究院某型號飛機改裝項目，根據(jù)技術(shù)協(xié)議要求，并綜合考慮國內(nèi)外飛機重心調(diào)節(jié)方案的優(yōu)缺點，最終確定采用固態(tài)配平和液態(tài)配平相結(jié)合的方法來調(diào)節(jié)飛機重心位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的飛機飛行的過程中，飛機重心位置變化范圍波動大的問題。

本發(fā)明的另一目的是提供一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法。

本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是，一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括中央顯示控制子系統(tǒng)以及與中央顯示控制子系統(tǒng)連接的防凍液配平子系統(tǒng)，中央顯示控制子系統(tǒng)包括安裝在飛機客艙內(nèi)的控制柜和安裝在駕駛艙內(nèi)的重心顯示觸摸屏，控制柜中安裝有一體化工作站、可編程控制器plc以及ad轉(zhuǎn)換模塊，可編程控制器plc輸出端連接ad轉(zhuǎn)換模塊后與一體化工作站連接。

本發(fā)明第一技術(shù)方案的特點還在于，

防凍液配平子系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)完全相同的前防凍液罐組和后防凍液罐組，前防凍液罐組具體結(jié)構(gòu)為：包括三組依次設(shè)置的儲液罐組a，每組儲液罐組a為兩個相連的儲液罐a，第一、第三組儲液罐組a分別與各自對應(yīng)的電動插板開關(guān)aa連接后連接至集液罐a，第二組儲液罐組a也連接至集液罐a，集液罐a又分別與前輔泵和前主泵連接，前輔泵和前主泵分別對應(yīng)連接一個過濾器a之后總連接至安全閥a，前主泵和對應(yīng)連接的過濾器a之間設(shè)有節(jié)點a，安全閥a依次與流量傳感器a、手動插板開關(guān)ab連接后又分別與后防凍液罐組的三組依次設(shè)置的儲液罐組b連接，每組儲液罐組b為兩個相連的儲液罐b，后防凍液罐組b的第一、第三組儲液罐組b分別與各自對應(yīng)的電動插板開關(guān)ba連接后連接至集液罐b，第二組儲液罐組b也連接至集液罐b，集液罐b又分別與后輔泵和后主泵連接，后輔泵和后主泵分別對應(yīng)連接一個過濾器b之后總連接至安全閥b，后輔泵和對應(yīng)連接的過濾器b之間設(shè)有節(jié)點b，安全閥b依次與手動插板開關(guān)bb、流量傳感器b連接后又分別與所述前防凍液罐組的三組儲液罐組a連接；

電動插板開關(guān)aa、電動插板開關(guān)ba、前輔泵、前主泵、后輔泵、后主泵、節(jié)點a、節(jié)點b、流量傳感器a、流量傳感器b均與可編程控制器plc連接。

本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是，一種一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，利用一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體按照以下步驟實施：

步驟1、重心計算；

步驟2、重心調(diào)節(jié)；

步驟3、中央顯示控制子系統(tǒng)控制。

本發(fā)明第二技術(shù)方案的特點還在于，

步驟1具體按照以下步驟實施：

建立飛機重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模型：設(shè)起落架的收放引起的飛機重心變化為δytbq，襟翼的收放引起的飛機重心變化為δytbj，防凍液的調(diào)節(jié)引起的飛機重心變化為δytbf，固態(tài)配重的移動引起飛機重心變化為δytbs，

設(shè)重心k為系統(tǒng)的輸入，f(gh)/k為燃油消耗系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，ytb0為機翼坐標(biāo)系下飛機的即時重心，若取ka＝kb＝kc＝kd＝1，則

yt0＝y(tǒng)tb0+ytbq+ytbj+ytbf+ytbs(1)

步驟1.1、起落架影響重心的變化量δytbq的計算公式為：

其中，gi為飛機即時總重，δq為起落架對飛機重心的影響力矩；

步驟1.2、襟翼影響重心的變化量δytbj的計算公式為：

其中，gi為飛機即時總重，δj為襟翼對飛機重心的影響力矩；

步驟1.3、飛機的固態(tài)配重一般選擇沙袋、砝碼，固態(tài)配重移動引起的飛機重心變化量δytbs的計算公式為：

其中，gsi是第i個固態(tài)配重的重量，ysi是第i個固態(tài)配重搬運前的坐標(biāo)，y′si是第i個固態(tài)配重搬運后的坐標(biāo)；

步驟1.4、防凍液影響重心變化量δytbf的計算公式為：

其中，δgf為防凍液向后累計傳輸質(zhì)量與向前累計傳輸質(zhì)量之差，lf為前后罐組的中心距，“+”表示向后的傳輸質(zhì)量大于向前的傳輸質(zhì)量，重心后移，“-”表示向前的傳輸質(zhì)量大于向后的傳輸質(zhì)量，重心前移。

步驟2具體按照以下步驟實施：

步驟2.1、由于防凍液調(diào)節(jié)范圍有限，試飛時重心的調(diào)節(jié)分段實現(xiàn)，飛機改裝、稱重完成后，先利用固態(tài)配重根據(jù)試飛科目對飛機重心進行地面預(yù)配平，將重心初步調(diào)整至yt0＝k±2％mac；

步驟2.2、飛機起飛后，隨著燃油消耗及飛行姿態(tài)改變，重心也隨之改變，這時調(diào)節(jié)防凍液在前防凍液罐組和后防凍液罐組的分布，將重心調(diào)整到預(yù)先設(shè)定的安全范圍預(yù)設(shè)重心附近，調(diào)節(jié)規(guī)律如下：

1)預(yù)設(shè)重心k的范圍為3≤k＜8時，如果yt0-k＞0.3，運行后輔泵和后主泵，將重心調(diào)整至yt0＝k+0.15；如果yt0-k＜0.05，運行前輔泵和前主泵，將重心調(diào)整至yt0＝k+0.2；

2)預(yù)設(shè)重心k的范圍為8≤k≤24時，如果yt0-k＞0.15，運行后輔泵和后主泵，將重心調(diào)整至yt0＝k-0.05；如果yt0-k＜-0.15，運行前輔泵；

3)預(yù)設(shè)重心k的范圍為24＜k≤31時，如果yt0-k＞-0.05，運行后輔泵和后主泵，將重心調(diào)整至yt0＝k-0.2；如果yt0-k＜-0.3，運行前組電動泵，將重心調(diào)整至yt0＝k-0.15。

步驟3具體過程為：

系統(tǒng)通電后，啟動一體化工作站，可編程控制器plc運行，在飛行過程中，可編程控制器plc根據(jù)步驟2中的重心調(diào)節(jié)規(guī)律和駕駛員的操作指令實時調(diào)節(jié)控制前輔泵、前主泵、后輔泵、后主泵，同時將采集到的流量和壓力信號傳給一體化工作站，一體化工作站計算出即時重心，反饋給可編程控制器plc。

本發(fā)明的有益效果是，一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用上位機和下位機的分布式結(jié)構(gòu)，運用labwindows/cvi的圖形化用戶界面編輯和庫函數(shù)，以及plc較強的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性、靈活性、通用性和實用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.中央顯示控制子系統(tǒng)，2.防凍液配平子系統(tǒng)，3.控制柜，4.一體化工作站，5.可編程控制器plc，6.ad轉(zhuǎn)換模塊，7.前防凍液罐組，8.后防凍液罐組，9.儲液罐組a，10.儲液罐a，11.電動插板開關(guān)aa，12.集液罐a，13.前輔泵，14.前主泵，15.過濾器a，16.安全閥a，17.節(jié)點a，18.流量傳感器a，19.手動插板開關(guān)ab，20.儲液罐組b，21.電動插板開關(guān)ba，22.集液罐b，23.后輔泵，24.后主泵，25.過濾器b，26.安全閥b，27.節(jié)點b，28.手動插板開關(guān)bb，29.流量傳感器b，30.儲液罐b，31.重心顯示觸摸屏。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。

根據(jù)實際改裝方案及技術(shù)指標(biāo)功能的要求，并吸取在y7200b軍用型配重系統(tǒng)中的經(jīng)驗，通過分析計算，最終確定系統(tǒng)由中央顯示控制子系統(tǒng)和防凍液配平子系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本發(fā)明一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括中央顯示控制子系統(tǒng)1以及與中央顯示控制子系統(tǒng)連接的防凍液配平子系統(tǒng)2，中央顯示控制子系統(tǒng)1是整個系統(tǒng)的核心部分，中央顯示控制子系統(tǒng)1包括安裝在飛機客艙內(nèi)的控制柜3和安裝在駕駛艙內(nèi)的重心顯示觸摸屏31，控制柜3中安裝有一體化工作站4、可編程控制器plc5以及ad轉(zhuǎn)換模塊6，可編程控制器plc5輸出端連接ad轉(zhuǎn)換模塊6后與一體化工作站4連接，其中，防凍液配平子系統(tǒng)2包括結(jié)構(gòu)完全相同的前防凍液罐組7和后防凍液罐組8，前防凍液罐組7具體結(jié)構(gòu)為：包括三組依次設(shè)置的儲液罐組a9，每組儲液罐組a9為兩個相連的儲液罐a10，第一、第三組儲液罐組a9分別與各自對應(yīng)的電動插板開關(guān)aa11連接后連接至集液罐a12，第二組儲液罐組a9也連接至集液罐a12，集液罐a12又分別與前輔泵13和前主泵14連接，前輔泵13和前主泵14分別對應(yīng)連接一個過濾器a15之后總連接至安全閥a16，前主泵14和對應(yīng)連接的過濾器a15之間設(shè)有節(jié)點a17，安全閥a16依次與流量傳感器a18、手動插板開關(guān)ab19連接后又分別與后防凍液罐組8的三組依次設(shè)置的儲液罐組b20連接，每組儲液罐組b20為兩個相連的儲液罐b30，后防凍液罐組b8的第一、第三組儲液罐組b20分別與各自對應(yīng)的電動插板開關(guān)ba21連接后連接至集液罐b22，第二組儲液罐組b20也連接至集液罐b22，集液罐b22又分別與后輔泵23和后主泵24連接，后輔泵23和后主泵24分別對應(yīng)連接一個過濾器b25之后總連接至安全閥b26，后輔泵23和對應(yīng)連接的過濾器b25之間設(shè)有節(jié)點b27，安全閥b26依次與手動插板開關(guān)bb28、流量傳感器b29連接后又分別與前防凍液罐組7的三組儲液罐組a9連接，電動插板開關(guān)aa11、電動插板開關(guān)ba21、前輔泵13、前主泵14、后輔泵23、后主泵24、節(jié)點a17、節(jié)點b27、流量傳感器a18、流量傳感器b29均與可編程控制器plc5連接。

一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，利用一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體按照以下步驟實施：

步驟1、重心計算，具體按照以下步驟實施：

建立飛機重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模型：設(shè)起落架的收放引起的飛機重心變化為δytbq，襟翼的收放引起的飛機重心變化為δytbj，防凍液的調(diào)節(jié)引起的飛機重心變化為δytbf，固態(tài)配重的移動引起飛機重心變化為δytbs，

設(shè)重心k為系統(tǒng)的輸入，f(gh)/k為燃油消耗系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，ytb0為機翼坐標(biāo)系下飛機的即時重心，若取ka＝kb＝kc＝kd＝1，則

yt0＝y(tǒng)tb0+ytbq+ytbj+ytbf+ytbs(1)

步驟1.1、起落架影響重心的變化量δytbq的計算公式為：

其中，gi為飛機即時總重，δq為起落架對飛機重心的影響力矩；

步驟1.2、襟翼影響重心的變化量δytbj的計算公式為：

其中，gi為飛機即時總重，δj為襟翼對飛機重心的影響力矩；

步驟1.3、飛機的固態(tài)配重一般選擇沙袋、砝碼，固態(tài)配重移動引起的飛機重心變化量δytbs的計算公式為：

其中，gsi是第i個固態(tài)配重的重量，ysi是第i個固態(tài)配重搬運前的坐標(biāo)，y′si是第i個固態(tài)配重搬運后的坐標(biāo)；

步驟1.4、防凍液影響重心變化量δytbf的計算公式為：

其中，δgf為防凍液向后累計傳輸質(zhì)量與向前累計傳輸質(zhì)量之差，lf為前后罐組的中心距，“+”表示向后的傳輸質(zhì)量大于向前的傳輸質(zhì)量，重心后移，“-”表示向前的傳輸質(zhì)量大于向后的傳輸質(zhì)量，重心前移；

步驟2、重心調(diào)節(jié)，具體按照以下步驟實施：

步驟2.1、由于防凍液調(diào)節(jié)范圍有限，試飛時重心的調(diào)節(jié)分段實現(xiàn)，飛機改裝、稱重完成后，先利用固態(tài)配重根據(jù)試飛科目對飛機重心進行地面預(yù)配平，將重心初步調(diào)整至yt0＝k±2％mac；

步驟2.2、飛機起飛后，隨著燃油消耗及飛行姿態(tài)改變，重心也隨之改變，這時調(diào)節(jié)防凍液在前防凍液罐組7和后防凍液罐組8的分布，將重心調(diào)整到預(yù)先設(shè)定的安全范圍預(yù)設(shè)重心附近，調(diào)節(jié)規(guī)律如下：

1)預(yù)設(shè)重心k的范圍為3≤k＜8時，如果yt0-k＞0.3，運行后輔泵23和后主泵24，將重心調(diào)整至yt0＝k+0.15；如果yt0-k＜0.05，運行前輔泵13和前主泵14，將重心調(diào)整至yt0＝k+0.2；

2)預(yù)設(shè)重心k的范圍為8≤k≤24時，如果yt0-k＞0.15，運行后輔泵23和后主泵24，將重心調(diào)整至yt0＝k-0.05；如果yt0-k＜-0.15，運行前輔泵13和前主泵14，將重心調(diào)整至yt0＝k+0.05；

3)預(yù)設(shè)重心k的范圍為24＜k≤31時，如果yt0-k＞-0.05，運行后輔泵23和后主泵24，將重心調(diào)整至yt0＝k-0.2；如果yt0-k＜-0.3，運行前組電動泵，將重心調(diào)整至yt0＝k-0.15；

步驟3、中央顯示控制子系統(tǒng)控制，是飛機縱向重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)軟件使用labwindows/cvi，主要完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制規(guī)律的選取、控制輸出、人機交互界面設(shè)計、系統(tǒng)數(shù)據(jù)計算、燃油信號接收、試驗數(shù)據(jù)的存取和讀取、上位機與下位機的通信、測試采集記錄系統(tǒng)間的通信。具體過程為：

系統(tǒng)通電后，啟動一體化工作站4，可編程控制器plc5運行，在飛行過程中，可編程控制器plc5根據(jù)步驟2中的重心調(diào)節(jié)規(guī)律和駕駛員的操作指令實時調(diào)節(jié)控制前輔泵13、前主泵14、后輔泵23、后主泵24，同時將采集到的流量和壓力信號傳給一體化工作站4，一體化工作站4計算出即時重心，反饋給可編程控制器plc5。

中央顯示控制子系統(tǒng)控制中，一體化工作站4共設(shè)有12個用戶界面或提示窗口：plc連接自檢窗口；用戶登錄界面；初始化方式選擇界面；初始化參數(shù)輸入界面；重心范圍顯示界面；程序參數(shù)設(shè)置界面；用戶修改密碼界面；燃油質(zhì)量特性數(shù)據(jù)輸入界面；主控制顯示界面；數(shù)據(jù)顯示界面；固態(tài)配重調(diào)整界面；預(yù)設(shè)重心修改界面。

一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)試驗結(jié)果及分析如下：

一、空中防凍液配平的模擬試驗：

空中防凍液配平模擬試驗在地面對試飛過程中的調(diào)節(jié)過程進行模擬，選取不同的預(yù)設(shè)重心值，以驗證系統(tǒng)是否能夠按照既定的調(diào)節(jié)規(guī)律工作，具體結(jié)果見下表1：

表1防凍液配平的模擬試驗結(jié)果

二、應(yīng)急調(diào)試試驗：

在駕駛艙重心顯示觸摸屏上點擊虛擬按鍵“應(yīng)急”來啟動應(yīng)急調(diào)節(jié)。試驗結(jié)果如表2所示：

表2應(yīng)急調(diào)試試驗結(jié)果

三、掉電保護試驗：

在空中防凍液配平的任意時刻，同時切斷上位機和下位機的供電電源，觀察系統(tǒng)再啟動后的數(shù)據(jù)恢復(fù)和狀態(tài)保持情況。試驗結(jié)果如表3所示：

表3掉電保護試驗結(jié)果

四、實驗結(jié)果分析：

1)由表1可計算得到開單泵時的調(diào)節(jié)速率：

由式1-1～1-3計算可得單泵平均調(diào)節(jié)速率：

2)由表2可計算得到開雙泵時的調(diào)節(jié)速率：

由式2-5和2-6計算可得雙泵的平均調(diào)節(jié)速率：

由表1～3可看出，系統(tǒng)對飛機重心調(diào)節(jié)誤差(絕對值)≤0.1％mac；由式1-4和3-7可知：單泵平均調(diào)節(jié)速率為1.02％mac/min，雙泵平均調(diào)節(jié)速率為2.05％mac/min。以上數(shù)據(jù)均能達到技術(shù)指標(biāo)的要求。

本發(fā)明一種飛機重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，結(jié)合了固態(tài)配重和液態(tài)配重的優(yōu)點，采用上位機和下位機的分布式結(jié)構(gòu)，運用labwindows/cvi的圖形化用戶界面編輯和庫函數(shù)，以及plc較強的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性、靈活性、通用性和實用性。目前該系統(tǒng)已通過地面聯(lián)調(diào)試驗，試驗結(jié)果表明系統(tǒng)工作正常，運行情況良好，達到技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)功能要求。