用于测量可变几何形状容器内的燃料质量的系统和方法
【专利说明】用于测量可变几何形状容器内的燃料质量的系统和方法
[0001] 发明目的
[0002] 本发明涉及用于测量可变几何形状容器中包含的燃料质量的系统，更具体地，涉 及用于测量包含在便携（特别是当具体化为航空器时对受到外力特别敏感的）容器内的燃 料质量的系统和方法。
[0003] 本发明的一个目的是提供用于测量的新的方法和系统，其提供对包含在可变几何 形状容器（特别是当所述容器是非刚性的诸如软外壳类型时）中的燃料质量的精确和可靠 的测量。
[0004] 本发明的另一个目的是，通过避免对通常需要用来阻止容器沿确定方向的运动和 用于将其固定到航空器结构的辅助结构的需求，简化测量过程。并且附加地简化测量过程， 避免用于测量过程计算的基准元件的使用。
【背景技术】
[0005] 对机务人员而言对包含在燃料容器内的燃料量或燃料体积的测量和指示在航空 航天领域是强制性要求。事实上，燃料容器中存在的燃料质量是必须时刻知晓的关键参数， 因为航空器中的燃料分配直接地且以重要的方式影响航空器重心的分布。同样，因为直接 基于那个参数，剩余燃料对于管理引擎消耗和对于空对空添加燃料的目的而言是至关重要 的。
[0006] 已知用于测量容器内燃料质量的若干系统。在飞机中，液位计型传感器已经使用 多年。这样的传感器是基于液体容量的测量的，并且尽管这些系统现如今大量使用，它们受 限于仅刚性容器，因为任何时候都必须知道容器的体积和几何形状。
[0007] 代替液位计型传感器，使用负载单元型系统用于燃料测量目的也是已知的，也被 用于具体化在航空器中的外部容器。
[0008] 关于这一点，US5133212A文件通过一个轴负载单元来确定受到外力的油箱中包含 的液体的体积。然而，该发明要求燃料油箱仅有一个自由度，需要在空间的三个方向中的两 个上为刚性。因此，该发明要求物理地阻止油箱沿着两个方向的运动，使得必须将其固定到 航空器结构。此外，该文件描述了需要基准负载单元用于确定航空器的姿态。
[0009] 同样，FR2976071A1文件描述了用于通过一个轴负载单元来测量受到外力的油箱 中包含的液体的系统。根据上述文件，该发明需要陀螺仪和加速计的使用来确定航空器的 姿态。同样，该法国申请需要燃料油箱是具有一个自由度的刚性类型油箱，再度，需要物理 地阻止油箱沿着两个方向的运动并将其固定到航空器结构。
[0010] 因此，用于测量容器内的燃料质量的已知系统需要使用唯一自由度（优选沿着偏 航轴）的刚性类型容器。该需求使得必须阻止在另两个方向上的运动（通常为滚转和仰 俯），这对于可变几何形状容器是不可能的。
[0011] 因此，在航空工业中已发现对能够测量在可变几何形状的容器（同样在所述容器 是非刚性的（诸如软外壳）或者所述容器在航空器中时受到外力的情况下）中包含的燃料 质量的新的系统和方法的需求。
【发明内容】
[0012] 本发明通过提供用于测量可变几何形状容器中包含的燃料质量的新的系统和方 法克服了上述缺点。本发明实现了提供用三个自由度对可变几何形状容器中包含的燃料质 量的精确且可靠的测量。因此，本发明提供非刚性（诸如弹性或软外壳类型）容器中包含 的燃料质量。
[0013] 在本发明的一个方面，用于测量可变几何形状容器中包含的燃料质量的系统包 括：
[0014] 容器组件，由部署在刚性支撑物之上的可变几何形状容器形成，使得该容器的重 量置于所述刚性支撑物上，
[0015] 与该刚性支撑物耦合的至少一个三轴负载单元，其中所述三轴负载单元提供第一 组三个信号（Sm、Sw、Sm)，所述三个信号的每一个信号具有与由该容器组件在空间的三 个方向的一个方向上施加的力成比例的大小，
[0016] 与该刚性支撑物耦合的至少一个三轴加速计，其中所述三轴加速计提供第二组三 个信号（S Ax、SAy、SJ，所述三个信号的每一个信号具有与该容器组件在空间的三个方向的 一个方向上受到的加速度成比例的大小，以及
[0017] 信号处理装置，被配置转换第一和第二组信号以供获得针对空间的三个公共方向 的每一个方向的力（F x、Fy、Fz)和加速度（Ax、Ay、A z)数据，并且还被配置用于计算与可变几 何形状容器中包含的燃料质量的相关的测量。
[0018] 该系统适用于在空间的一个或多个方向自由运动的容器，其中沿着空间的其它方 向的运动不需要被阻止，这在诸如弹性软外壳的非刚性或柔性容器的其它情况下是不可能 的。
[0019] 因此，通过可变几何形状容器的使用，该系统避免了阻止容器沿着空间的任何方 向运动的需求，以及还避免了将所述容器固定到航空器结构以阻止其的需求。如前面已经 提及的，这由于容器的可变几何形状而是不可能的。
[0020] 不需要阻止可变几何形状容器的运动，容器将受到在空间的三个方向上施加的 力，诸如仰俯、滚转和偏航。这些力直接施加到容器组件的刚性支撑物，其中可变几何形状 容器的重量置于刚性支撑物上，且因此在那里耦合至少一个三轴负载单元。以此方式，在 三个方向上施加的力直接施加到至少一个三轴负载单元，还能够在空间的三个方向上测量 力。
[0021] 因此，该系统包括的至少一个三轴负载单元提供第一组三个信号（S^ S@、Sm)， 其中每一个信号具有与由该容器组件在空间的三个方向的一个方向上施加的力成比例的 大小。因此，该系统获得测量与在空间的三个方向上的力成比例的大小的能力，其中至少一 个三轴负载单元被对齐为灵敏的。
[0022] 因为该系统也包括至少一个三轴加速计，所述系统通过信号处理装置提供在任何 时候测量可变几何形状容器中包含的燃料质量的能力。
[0023] 为此，该信号处理装置被配置转换第一组三个信号（S^、S@、Sm)和第二组三个 信号（SAx、S Ay、SJ，以供获得针对空间的三个公共方向的每一个方向的力（Fx、Fy、F z)和加 速度（Ax、Ay、Az)数据。所述信号处理装置还被配置来计算与可变几何形状容器中包含的燃 料质量相关的测量。
[0024] 有关空间的三个公共方向，必须注意三轴负载单元和三轴加速计两者都根据它们 的本地坐标系来提供空间的三个方向的每个方向的信号，因此该信号处理装置还被配置将 所述信号从不同的本地坐标系转换到唯一全局坐标系。因此，空间的三个公共方向指所述 全局坐标系。然而，如果三轴负载单元和三轴加速计在它们安装到刚性支撑物时与空间的 三个公共方向对齐，所述转换可能不需要。
[0025] 因此，该系统提供了对可变几何形状容器中包含的燃料质量的测量，而无需阻止 容器的运动或将容器固定到航空器结构。同样，系统简化测量所需元件的数量，避免基准元 件（诸如通常用作基准的附加质量）的使用，同时实现系统的重量减少。
[0026] 类似，允许可变几何形状容器沿着空间的三个方向运动，并包括至少一个三轴负 载单元和至少一个三轴加速计，该系统当容器在航空器中时受到外力时提供对质量的可靠 的测量。
[0027] 在本发明的另一方面，用于测量可变几何形状容器中包含的燃料质量的方法包括 步骤：
[0028] 提供由部署在刚性支撑物之上的可变几何形状容器形成的容器组件，使得该容器 的重量置于所述刚性支撑物上，
[0029] 通过与该刚性支撑物耦合的三轴负载单元，生成至少第一组三个信号（S^、S@、 Sm)，所述三个信号的每一个信号具有与由该容器组件在空间的三个方向的一个方向上施 加的力成比例的大小，
[0030] 通过与该刚性支撑物耦合的三轴加速计，生成至少第二组三个信号（SAx、S Ay、SJ， 所述三个信号的每一个信号具有与由该容器组件在空间的三个方向的一个方向上受到的 加速度成比例的大小，
[0031] 对于空间的三个公共方向的每一个方向的所述信号，将第一组和第二组信号转换 为代表所测得的由该容器组件受到的力（F x、Fy、Fz)和加速度（Ax、Ay、A z)的数字数据，
[0032] 从与所测得的力和加速度相关的所述数字数据，为空间的三个公共方向的每一个 方向计算与可变几何形状容器中包含的燃料质量相关的值，以及
[0033] 计算与可变几何形状容器中包含的燃料质量相关的总值。
[0034] 因此，本发明的方法由于对用于测量的更少的元件和计算的需求，以简化了的方 法提供了对可变几何形状容器中包含的燃料质量的精确且可靠的测量。
【附图说明】
[0035] 为了更好地理解该发明，提供以下附图作为例示而非限制目的，其中：
[0036] 图1示出了根据本发明的优选实施例，用于测量可变几何形状容器中包含的燃料 质量的系统所包括的元件。
[0037] 图2示出了可变几何形状容器，与其中安置该可变几何形状容器的刚性支撑物耦 合的四个三轴负载单元，以及空间的三个公共方向的侧视图，所示的四个三轴负载单元相 对于这三个公共方向灵敏。
【具体实施方式】
[0038] 图1示出根据本发明的一个优选实施例的系统。该图