飛機燃油油量測量系統調零不成功問題研究

王捷WANG Jie；朱書月ZHU Shu-yue；王凱WANG Kai

（中航西安飛機工業集團股份有限公司，西安 710089）

0 引言

飛機燃油油量的測量數值是預估飛行續航時間和確保飛行安全的重要參數[1]，其功能由燃油測量系統實現。燃油測量系統主要設備見圖1，主要包括油量傳感器、油量傳感器信號器和油量測量計算機等設備，其功能框圖見圖2。目前飛機燃油測量多使用電容式油量傳感器。它安裝在油箱內，浸入燃油的高度不同其電容值就產生了相應的變化，再通過C/V 轉化電路將電容值轉化為電壓值傳遞至油量測量計算機[2]，油量測量計算機將不同電壓值對應的油量值進行比對計算和溫度修正再輸出，從而得到飛行儀表上的燃油數據。因設備精度高，電容值存在個體差異，故在安裝后需對燃油油量測量系統進行調零、調滿工作。某飛機在執行燃油系統調零操作后，一線檢測設備顯示調零成功，但機上油量顯示并未歸零。故針對這一問題進行原理研究和技術改進，解決調零不成功問題。

圖1 油量測量計算機及油量傳感（信號）器

圖2 燃油測量系統功能框圖

1 故障原因分析

為解決該問題，首先進行FTA 分析，故障樹見圖3。

圖3 調零不成功問題故障樹

首先針對調零后機上油量未歸零問題，梳理出該故障的3 個底事件如下：

①一線檢測設備故障；

②檢測設備通訊電纜故障；

③油量測量計算機故障。

1.1 一線檢測設備故障底事件分析

一線檢測設備故障，可能存在未成功發送調零指令卻錯誤顯示調零成功的情況，導致一線檢測設備顯示調零成功，實際油量測量計算機未執行調零操作，機上油量未歸零的故障現象。

一線檢測設備是用于在地面給油量測量系統調零調滿的設備。在飛機空油和滿油的情況下，通過RS422A 通訊方式向燃油測量系統發送燃油油量零位和滿位的校準指令，并通過RS422A 通訊方式接收燃油測量系統反饋的校準結果信息，隨后再通過ARINC429 通訊接收油位校準后的油量數據并發送至屏幕顯示。因其功能較多，故一線檢測設備采用雙CPU 設計，分別為數據處理模塊A 和數據處理模塊B,二者之間通過IIC 通訊進行數據交互。數據處理模塊A 負責接收燃油測量系統發出的油量數據，采用循環接收的模式，周期為300ms。接收到的油量數據信息經過處理后，通過IIC 通訊以300ms 的周期向數據處理模塊B 循環發送。數據處理模塊B 負責與燃油測量系統進行RS422 通訊信息交互，只有在觸發調零或調滿操作期間，數據處理模塊B 向燃油測量系統發送燃油油量零位和滿位的校準指令，并通過RS422A 通訊方式接收燃油測量系統反饋的校準結果信息。同時，數據處理模塊B 可通過RS232 通訊向其顯示屏發送校準結果信息和油量數據信息。該一線檢測設備具有自檢功能，包括硬件自檢和通訊自檢。硬件自檢方式為實時監測檢測設備重要硬件線路工作狀態；通訊自檢方式為可以實現自發自收，判斷自身通訊模塊工作狀態。

現場人員對一線檢測設備進行自檢和返廠功能檢查，結果均正常，故可排除一線檢測設備故障底事件。

1.2 檢測設備通訊電纜故障底事件分析

檢測設備通訊電纜故障，調零指令可能未成功發送至油量測量計算機，亦會導致一線檢測設備顯示調零成功，但實際油量測量計算機未執行調零操作，機上油量未歸零的故障現象。

為排查上述底事件，現場人員對檢測設備通訊電纜進行通斷檢查，結果均無異常，故繼續分析油量測量計算機故障底事件。

1.3 油量測量計算機故障底事件分析

燃油油量測量系統采用電容式測量原理，油量傳感器輸出電容量與油量傳感器的浸油高度呈線性正比關系。機上調零的目的在于記錄空油時油量傳感器的電容量，機上調滿的目的在于記錄滿油時油量傳感器的電容量。知道了油量傳感器空油與滿油時的電容量，就可以計算出線性正比關系的斜率。根據測量到的油量傳感器電容量，計算出油量傳感器的浸油高度，油量測量計算機再根據浸油高度和油箱曲線進行對比即可計算出油箱剩余油量。

根據本次故障現象，以下3 點問題可引發機上調零不成功故障，詳述如下。

1.3.1 C/V 芯片故障分析

C/V 芯片是油量測量計算機內部用于采集傳感器電容值的核心元器件，C/V 芯片故障可能導致采集到的傳感器電容值不停變化，導致油量測量計算機在成功完成調零操作后，油量無法歸零。

1.3.2 鐵電存儲器故障分析

油量測量計算機使用鐵電存儲器儲存零滿數據，鐵電存儲器失效會導致零滿數據無法寫入，可能導致油量測量計算機在成功完成調零操作后，油量仍無法歸零。

為詳細分析本底事件，特對故障油量測量計算機進行專用檢測設備檢查，其C/V 芯片轉換功能和鐵電存儲器儲存零滿數據功能均正常，故可以排除C/V 芯片故障和鐵電存儲器故障。

1.3.3 地線未良好連接分析

由于油量傳感器輸出的電容信號是個微小的弱電信號，極小的信號波動都會引起測量到的油量傳感器電容量跳變，導致機上油量測量的不穩定。又因為油量信號測量的數值大小是以其參考地為零點進行計算，故為了保證測量數據的穩定可靠，就必須確保油量傳感器與油量測量計算機一點穩定接地并實現參考地絕對統一，避免因為參考地不一致或不穩定引起測量錯誤或跳變。油量測量計算機與油量傳感器在機上安裝時，分別就近與飛機結構搭接，以提高產品的電磁屏蔽性能與抗干擾性能。同時，油量測量計算機與油量傳感器之間通過電纜實現地線連接，達到油量測量計算機與油量傳感器測量共地的設計要求。

分解檢查故障油量測量計算機，根據檢查結果，繪制出故障油量測量計算機接線狀態如圖4 所示。由上圖可發現電纜引入的油量傳感器測量地未與計算機殼體搭接，油量測量計算機系統地只能通過28V 電源地線與飛機的殼體地搭接。在此情況下，油量測量計算機與檢測設備會共用地線，這樣油量測量計算機的地電位會受到檢測設備工作電流的影響。

圖4 故障油量測量計算機接線狀態

設油量測量計算機工作電流為I1，檢測設備工作電流為I2，油量測量計算機與檢測設備共用地線電阻為R。由此，檢測設備未工作時，油量測量計算機地電位電壓為I1*R；檢測設備工作時，地電位電壓為（I1+I2）*R。即檢測設備工作時，油量測量計算機地電位電壓會上升I2*R。

由此可知，油量傳感器測量地未在油量測量計算機內部與殼體搭接，二者測量不共地，電容值受不共地因素的影響產生波動，即使在油量測量計算機完成調零操作后，機上油量也無法歸零。進而該問題原因可定位，是由油量傳感器測量地引入油量測量計算機內部的地線未與機箱連接地線搭接所致。

2 解決措施

如圖5 所示，將油量測量計算機內部地線和機箱連接地線搭接后，油量傳感器殼體地、油量測量計算機殼體地與機上28V 電源地都與飛機殼體地接通；油量傳感器的測量地通過機上電纜接到油量測量計算機內部后接系統地，同時通過增加的接地線再接油量測量計算機殼體地；28V 電源地進入油量測量計算機后，連接油量測量計算機系統地，通過增加的接地線接油量測量計算機殼體地；28V 電源地進入檢測設備，經過檢測設備內部開關電源轉換輸出檢測設備5V 電源地，檢測設備5V 電源地通過檢測設備電纜連接到油量測量計算機系統地。在這種接線狀態下，油量測量計算機系統地通過油量測量計算機殼體地實現與飛機殼體地的搭接，可以保證搭接良好可靠。

圖5 增加統一接地線后狀態

為驗證上述分析，特將故障油量測量計算機返修增加內部地線后裝機進行驗證，經確認可以成功完成調零、調滿工作。后續已對油量測量計算機進行技術改進，將油量測量計算機的內部接地線和機箱連接地線穩定搭接，問題得以解決。

3 原因總結

此次燃油油量測量系統調零不成功的原因為油量測量計算機內部未接系統地到殼體的地線，調零前接上檢測設備，受到檢測設備用電影響，油量測量計算機系統地電平上升，導致油量傳感器采樣值降低，油量降低。調零工作完成后，油量“假象歸零”。當檢測設備斷電后，油量測量計算機系統地不再受到檢測設備用電影響，油量測量計算機系統地電平恢復，油量傳感器采樣值恢復正常，油量顯示數值又上漲。最終導致的問題現象就是機上完成調零后油量顯示歸零，檢測設備下電后油量又出現了上漲，故障即表現為機上調零不成功。

經原因分析和實際驗證后，將油量測量計算機系統地通過內部接地線與殼體統一連接，繼而實現與飛機殼體地的搭接。連接檢測設備時，油量測量計算機與檢測設備共用地線電阻為R=0。這時即使檢測設備工作時，油量測量計算機地電位電壓也不會變化，也不會導致油量傳感器采樣值變化，即可解決機上調零不成功問題。

4 結論

燃油油量測量系統調零、調滿功能是否有效將直接影響燃油測量系統的顯示精度，對飛行安全和任務的完成造成一定影響。本文針對燃油油量測量系統調零不成功問題進行理論詳細分析，論證了統一有效接地對高精度設備的重要影響，保障了飛機燃油系統的正常工作。