飛機燃油測量系統設計誤差影響

文/李建俠 馮磊

1 傳感器的布置存在誤差原因分析

1.1 測量過程中存在的連續性

傳感器自身有著測量誤差和安裝誤差，這兩者是不可抗力因素，我們把這些因素先排除，就存在著測不到和測得到的差別，測得到是指傳感器能夠準確的感受到油面的變化，測不到是指感受不到油面的變化，測得到的我們稱此為有效的傳感器，測不到的即為無效傳感器。有效的傳感器是把自己的一部分浸泡在燃油中，另一部分裸露在外面。如圖1所示。

無效的傳感器是把全部都浸泡在燃油中，這樣是無法測出油面變化的，因此這叫做無效的傳感器，如圖2所示。

由圖1和圖2對比可知，處于圖1狀態的油面傳感器是有測量效果的。在飛機飛行的過程中，油面始終是發生變化的，主要影響因素有飛機的飛行姿態、燃油消耗以及油箱的結構等等。在設計傳感器的時候，必須要保證飛機能夠在規定的姿態變化范圍內發生變化，油箱內必須要有一根傳感器是有效的狀態，即有效的傳感器把自己的一部分浸泡在燃油中，另一部分裸露在外面，這樣才能夠獲取油箱內的油面高度變化信息，這就是油面測量的連續性要求。

1.2 測量過程中的不可測油量特點

傳感器安裝的位置由于受到限制，每一根傳感器都有不能夠測量的區域，也就是測量盲區，傳感器不管是朝哪邊設置，不可測量的油面都是存在的，并且如果不可測量的油量越大，存在的測量誤差就會越大。

我們把“測量的連續性”和“不可測油量”兩個因素相互結合就可以發現，想要保證測量的連續性，測量的精確程度是由兩部分組成的：

（1）在油箱最下端位置的傳感器底部不可測量油量。

（2）位于油箱的最高位置即頂端，不能夠測量油量。

想要保證測量油量過程的連續性，那么必須要保持傳感器的油箱最下端即油箱底部和油箱最高端即油箱頂部，最少要有一根傳感器在燃油中浸泡。由此可得，我們在設計傳感器的時候，應該滿足兩個條件：第一不能測量油量的最小化，第二不能夠在固定的飛機飛行狀態中保證測量結果的連續性。這兩點都滿足的話才能夠實現誤差最小化。

2 設計傳感器時測量油面精度的驗證

2.1 檢查油面的連續性

首先把傳感器的位置坐標都傳導油箱的數學模型中，通過數學模型計算出最大的姿態角，用該平面對飛機油箱的數學模型進行切割，檢查是否有大面積的不可測區域。如圖3所示，如果陰影發生了變化，從圖3中明顯看出，位于左右兩端的1和2號傳感器都無法檢測到油面的高度，這就是測量過程中的不連續。

2.2 測量油面過程中精度的計算

在把傳感器的位置坐標都傳導油箱的數學模型之后，給定油量和體積的比值，就能夠得出每根傳感器的測量高度，在這樣的高度中插入真值表，就能夠得出油箱中油的體積V2，因此可以計算出傳感器的誤差為V2減去V1的差值再除以V1。

用這種驗證方式的前提條件是必須建立在一定條件上的，這個條件就是我們需要假設油箱數學模型是絕對準確的。利用這種驗證方式的好處是：能夠確認布置的方案滿足測量的連續性；同時還要保證測量的連續性符合要求，這兩個條件都滿足之后就可以計算出真值表的精確程度。

3 飛機燃油測量系統產生誤差分析

通過上面的分析，我們可以得出結論，我們在設計傳感器的時候，應該滿足兩個條件：

（1）不能測量油量的最小化。

（2）不能夠在固定的飛機飛行狀態中保證測量結果的連續性。

這兩點都滿足的話才能夠實現誤差最小化。

在實際中影響飛機油箱的測量系統產生誤差的原因主要有三點：第一真值表的精確程度不可控；第二存在不可測油量；第三測量過程中無法保證測量的連續性。第一條在生成真值表的時候，我們是按照一個已經簡化過的油箱的數學模型展開的，這個簡化模型和真實的模型之間還是存在著一定的差別，差別越小，真值表的數據就越密，真值表的誤差就會越來越小。在測量系統的精確程度過程中，如果發現了測量的精確程度無法達到基本要求，可能會影響到測量的結果時，就可以通過優化油箱的模型，或者通過減少真值表的步長來提高測量的精確程度，來滿足測量的要求。第二條的不可測油量，主要產生的原因是油量傳感器的安裝，只有在方便安裝和方便拆卸的情況下才能夠減少傳感器的不可測油量的體積。其中第三條測量的連續性，必須要確定飛機的飛行姿態，只有這樣才能夠保證設計過程中這一條的測量精確度。

圖1：有效的傳感器

圖2：無效的傳感器

圖3