基于數字式飛機燃油測量系統原理研究

聶海濤 孫冀璇

沈陽航空航天大學（沈陽 110034）

基于數字式飛機燃油測量系統原理研究

聶海濤 孫冀璇

沈陽航空航天大學（沈陽 110034）

根據航空工業實際，分析了飛機采用數字式燃油測量系統的工作原理，敘述了數字式燃油測量設計過程，提高了飛機油量測量精度。

數字式 飛機 油量測量 程序設計

長期以來，飛機燃油系統采用模擬式燃油測量系統進行工作，這種方式存在諸如測量和顯示精度低、維護性和可靠性差等較多缺點。隨著計算機技術的飛速發展，采用以燃油管理計算機為核心的數字式燃油測量系統，對燃油系統實施測量、控制和管理，能夠很好地解決模擬式燃油測量系統的缺陷，是飛機燃油測量系統發展的必然趨勢。

本文研究采用數字式測量系統，通過裝在油箱中的傳感器對飛機各油箱的油量進行測量，經過A/D轉換器進行模數轉換后的數字信號，傳到測量計算機上，測量計算機對傳來的信號進行處理，計算出燃油油量并進行系統自檢，再通過總線（ARINC 429）數字信息傳輸系統傳送給飛機主控制計算機顯示器上，實現對飛機油箱油量的實時測量。

1 油量傳感器濕敏長度和介電常數計算原理

當油箱內油量傳感器處于干態時，其電容值為最小，浸入燃油后其電容值增大。每個油箱傳感器浸油長度，也稱之為濕敏長度（WSL）可由下式算得：

式中，ΔC是燃油所引起的電容增量，L是油箱油量傳感器的總長度，K是燃油的介電常數，Ca是油箱油量傳感器在空氣中的電容。

燃油的介電常數K可根據補償傳感器完全浸入燃油時所測得的電容值用下式算得：

式中，f是補償傳感器浸入燃油內時電容，Ca是補償傳感器在空氣中的電容，為一已知的常值。

2 測量電橋工作原理

測量油箱內傳感器的電容采用C/V變換的方法，在測量計算機的控制下通過一個多路轉換器各自依次由激勵電路激勵，然后用零位平衡電路測量每個油箱油量傳感器電容，如圖1所示。

圖1 測量電橋原理圖

油量傳感器和補償傳感器兩者電容值的測量，都是用零位平衡電路完成的, 由激勵源產生的28 Vp-p，18.75 KHz的正弦波信號，加在傳感器電容和固定電容并聯的電路中，在平衡時，輸入信號為零。激勵源設計值為正弦波為18.75 KHz/20Vp-p，可以有效的防止機上400 Hz交流電源的干擾。它可輸出兩路相同頻率、相位差可調的正弦信號，而且可分別作為兩路獨立的可調頻的信號發生器使用。

當傳感器干電容量為與固定電容量相同時，達到了平衡，通過調零電位器將輸出的電壓設定為0.5 V，調滿電位器將滿油電壓設定為4.5 V，這樣0.5～4.5 V區間就是此傳感器的液面變化區間。

將傳感器的電容量轉換成與之成比例的交流電壓信號，經信號濾波、整形濾波及通道隔離等處理，輸出模擬電壓信號。半電橋電路（AC/DC變換模塊）對來自傳感器的信號進行變換，將測量到的0.5～4.5 V交流信號通過，轉變為直流信號。

采用A/D轉換器對AC/DC變換后的信號進行數字化處理。頻率合成是指對一個標準信號頻率經過一系列算術運算，產生具有相同精度和穩定度的大量離散頻率的技術。直接數字頻率合成器由參考時鐘、相位累加器、正弦查詢表和D／A轉換器組成，原理見圖2所示。處理后數據送入單片機中。由單片機對數據進行計算及故障檢測等工作：利用存貯器內的成型表格，電容與WSL對比表，將WSL值轉換為對油箱燃油體積，以及由補償傳感器測得燃油密度，計算出燃油重量。

圖2 數字頻率合成原理

3 程序設計原理

程序結構模塊化，并具有可管理的模塊；各模塊功能可單獨測試；程序設計易于修改，有詳盡的注釋功能說明接口說明；滿足系統功能測試需要,設計采用C 語言設計。

3.1 油量測量程序設計

將A/D轉換后的數字信號進行采樣，數字濾波等處理后，再經過計算求出被測燃油量。具有溫度補償、密度計算功能,流程圖見圖3。

圖3 數據處理程序流程圖

3.2 測量故障自檢程序設計

（1） 故障診斷、故障隔離和自動切換

對處理后的數據進行比較和判斷，若系統出現故障，則發出故障代碼；同時對故障部分進行隔離，并自動切換到備用通道。由于系統分為對稱的左右兩個分系統，若判斷出某一個分系統出現故障時，可臨時用另一正常的分系統的數據值替代。

（2） 自動校準功能

對飛機油箱空油時傳感器的數據進行存儲，實現不用加、放油即可進行對各組油箱空油、滿油值的調整。

4 試驗及試飛效果

全套數字式測量系統在某飛機地面設備檢測中心經過系統聯試試驗，符合設計要求。配套組裝在某型飛機供油系統上，經過各個環境應力條件下的飛行試驗，燃油測量精度達到±1.8%，超出了原型機±4%的測量精度要求,大大提高了飛機的燃油測量精度。

[1]胡漢才.單片機原理及其接口技術.北京:清華大學出版社,2000.

[2]柴寧.現代戰斗機燃油測量系統研究.大連:大連理工大學,2005.

[3]劉炳民,佘士強,鄭培華.單片機控制下的ARINC429總線通信與EL顯示.飛機設計,2003.

[4]高喜貴,錢飛.檢測技術.西安:西安電子科技大學出版社,2000.

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