用于測量可變幾何形狀容器內的燃料質量的系統和方法
【專利說明】用于測量可變幾何形狀容器內的燃料質量的系統和方法
[0001] 發明目的
[0002] 本發明涉及用于測量可變幾何形狀容器中包含的燃料質量的系統，更具體地，涉 及用于測量包含在便攜（特別是當具體化為航空器時對受到外力特別敏感的）容器內的燃 料質量的系統和方法。
[0003] 本發明的一個目的是提供用于測量的新的方法和系統，其提供對包含在可變幾何 形狀容器（特別是當所述容器是非剛性的諸如軟外殼類型時）中的燃料質量的精確和可靠 的測量。
[0004] 本發明的另一個目的是，通過避免對通常需要用來阻止容器沿確定方向的運動和 用于將其固定到航空器結構的輔助結構的需求，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元件的使用。
【背景技術】
[0005] 對機務人員而言對包含在燃料容器內的燃料量或燃料體積的測量和指示在航空 航天領域是強制性要求。事實上，燃料容器中存在的燃料質量是必須時刻知曉的關鍵參數， 因為航空器中的燃料分配直接地且以重要的方式影響航空器重心的分布。同樣，因為直接 基于那個參數，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重要 的。
[0006] 已知用于測量容器內燃料質量的若干系統。在飛機中，液位計型傳感器已經使用 多年。這樣的傳感器是基于液體容量的測量的，并且盡管這些系統現如今大量使用，它們受 限于僅剛性容器，因為任何時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，使用負載單元型系統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] 關于這一點，US5133212A文件通過一個軸負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，該發明要求物理地阻止油箱沿著兩個方向的運動，使得必須將其固定到 航空器結構。此外，該文件描述了需要基準負載單元用于確定航空器的姿態。
[0009] 同樣，FR2976071A1文件描述了用于通過一個軸負載單元來測量受到外力的油箱 中包含的液體的系統。根據上述文件，該發明需要陀螺儀和加速計的使用來確定航空器的 姿態。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動并將其固定到航空器結構。
[0010] 因此，用于測量容器內的燃料質量的已知系統需要使用唯一自由度（優選沿著偏 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動（通常為滾轉和仰 俯），這對于可變幾何形狀容器是不可能的。
[0011] 因此，在航空工業中已發現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 質量的新的系統和方法的需求。
【發明內容】
[0012] 本發明通過提供用于測量可變幾何形狀容器中包含的燃料質量的新的系統和方 法克服了上述缺點。本發明實現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 量的精確且可靠的測量。因此，本發明提供非剛性（諸如彈性或軟外殼類型）容器中包含 的燃料質量。
[0013] 在本發明的一個方面，用于測量可變幾何形狀容器中包含的燃料質量的系統包 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載單元，其中所述三軸負載單元提供第一 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)數據，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量的相關的測量。
[0018] 該系統適用于在空間的一個或多個方向自由運動的容器，其中沿著空間的其它方 向的運動不需要被阻止，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，該系統避免了阻止容器沿著空間的任何方 向運動的需求，以及還避免了將所述容器固定到航空器結構以阻止其的需求。如前面已經 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載單元，還能夠在空間的三個方向上測量 力。
[0021] 因此，該系統包括的至少一個三軸負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 個三軸負載單元被對齊為靈敏的。
[0022] 因為該系統也包括至少一個三軸加速計，所述系統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量的能力。
[0023] 為此，該信號處理裝置被配置轉換第一組三個信號（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)數據。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 料質量相關的測量。
[0024] 有關空間的三個公共方向，必須注意三軸負載單元和三軸加速計兩者都根據它們 的本地坐標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系轉換到唯一全局坐標系。因此，空間的三個公共方向指所述 全局坐標系。然而，如果三軸負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 三個公共方向對齊，所述轉換可能不需要。
[0025] 因此，該系統提供了對可變幾何形狀容器中包含的燃料質量的測量，而無需阻止 容器的運動或將容器固定到航空器結構。同樣，系統簡化測量所需元件的數量，避免基準元 件（諸如通常用作基準的附加質量）的使用，同時實現系統的重量減少。
[0026] 類似，允許可變幾何形狀容器沿著空間的三個方向運動，并包括至少一個三軸負 載單元和至少一個三軸加速計，該系統當容器在航空器中時受到外力時提供對質量的可靠 的測量。
[0027] 在本發明的另一方面，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)的數字數據，
[0032] 從與所測得的力和加速度相關的所述數字數據，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量相關的值，以及
[0033] 計算與可變幾何形狀容器中包含的燃料質量相關的總值。
[0034] 因此，本發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量的精確且可靠的測量。
【附圖說明】
[0035] 為了更好地理解該發明，提供以下附圖作為例示而非限制目的，其中：
[0036] 圖1示出了根據本發明的優選實施例，用于測量可變幾何形狀容器中包含的燃料 質量的系統所包括的元件。
[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 合的四個三軸負載單元，以及空間的三個公共方向的側視圖，所示的四個三軸負載單元相 對于這三個公共方向靈敏。
【具體實施方式】
[0038] 圖1示出根據本發明的一個優選實施例的系統。該圖