彭克順，古遠(yuǎn)康，朱光蔚，何建新，陳剛

（中航工業(yè)洪都，江西南昌330024）

0 引言

油量測(cè)量系統(tǒng)總誤差一般包括兩部分：第一部分為油量測(cè)量系統(tǒng)的基本誤差，該誤差為非裝機(jī)狀態(tài)儀表本身誤差，它由油量傳感器各校驗(yàn)點(diǎn)電容增值誤差和指示器基本誤差組成，該誤差在油箱的油量—高度曲線確定后，由油量測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造來保證；第二部分為安裝誤差和偏離設(shè)計(jì)飛行姿態(tài)而產(chǎn)生的姿態(tài)誤差，安裝誤差由油量傳感器在油箱上安裝的準(zhǔn)確性來保證。姿態(tài)誤差則與油量傳感器的數(shù)量、安裝位置以及油量計(jì)算方法有關(guān)。在確定油量計(jì)算方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)油箱的布局以及油量傳感器的布置，設(shè)置多種方案并進(jìn)行比較分析，以選擇最佳方案。

1 某型飛機(jī)油箱油量測(cè)量原理

某型飛機(jī)油箱形狀和油量傳感器布置圖如圖1所示。

圖1 油箱形狀和油量傳感器布置

某型飛機(jī)的油箱為整體油箱，根據(jù)飛機(jī)的總體布局，其形狀為前低后高。為了能夠準(zhǔn)確測(cè)量其油量，在油箱內(nèi)設(shè)置了兩根油量傳感器。油量傳感器均為電容式油量傳感器，電容量與油量傳感器的浸油高度成正比，但在其頭部加裝了信號(hào)變換裝置，將電容量變換為頻率信號(hào)輸出，頻率高低隨油量傳感器浸油高度變化而變化，與其浸油高度成反比關(guān)系。燃油計(jì)算機(jī)通過整形電路和多路模擬開關(guān)對(duì)兩路頻率信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并按油箱的油量-高度曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到油箱油量值。

2 油量計(jì)算方法的設(shè)定

由于油箱的形狀為前低后高，兩根油量傳感器均不能感受到油箱內(nèi)整個(gè)油面高度的變化，即不能測(cè)定油箱內(nèi)的全部油量，因此在進(jìn)行油量計(jì)算時(shí)，需要根據(jù)前后兩根油量傳感器的輸出的信號(hào)按照一定的油量計(jì)算方法才能計(jì)算出整個(gè)油箱的油量。

根據(jù)油箱的形狀，油量計(jì)算方法可以分為兩種：一種是求和法：即假定將油箱分為兩個(gè)分油箱，每根油量傳感器分別測(cè)定一個(gè)分油箱的油量再求和；一種是求平均值法：即兩根油量傳感器共用一組油量-高度曲線，在兩根油量傳感器均能測(cè)量部分取平均值計(jì)算油量。

2.1 求和法

從油箱的形狀上分析，該油箱可以分為前、中、后三段。前端的油量傳感器可以測(cè)定前段和中段的下部油量，而后端的油量傳感器可以測(cè)定后段和中段上部的油量，因此按圖2將油箱分為兩個(gè)分油箱。

圖2 油箱分割圖

油箱的油量計(jì)算方法A為：

式中：

M—油箱總油量，kg；

M前—前端油量傳感器測(cè)定的油量，kg；

M后—后端油量傳感器測(cè)定的油量，kg；

2.2 求平均值法

由于前、后兩根油量傳感器共同能夠測(cè)定部分的油量處于油箱的中部，因此可以將油箱油量分為上、中、下三部分，分別對(duì)應(yīng)的油量為M下、M中、M上，如圖3所示。

圖3 油量分割圖

前端油量傳感器測(cè)定的油量范圍為：0≤M≤(M下+M中)。后端油量傳感器的測(cè)定的油量范圍為：M下≤M≤(M下+M中+M上)。

在計(jì)算油箱油量時(shí)，燃油計(jì)算機(jī)首先根據(jù)油量-高度曲線，按照前端油量傳感器和后端油量傳感器輸出的信號(hào)分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的油箱油量。然后根據(jù)傳感器測(cè)定的油量所處的范圍，分別按照不同的公式計(jì)算總油量。按照燃油計(jì)算機(jī)采用的油量計(jì)算分界點(diǎn)的來源，油量計(jì)算方法可以分為兩種：一種是根據(jù)前端油量傳感器的輸出油量作為油量計(jì)算的分界點(diǎn)；一種是根據(jù)后端油量傳感器的輸出油量作為計(jì)算的分界點(diǎn)。

根據(jù)前端油量傳感器的輸出油量作為油量計(jì)算分界點(diǎn)的油量計(jì)算方法B為：

當(dāng)M前≤M下時(shí)：

當(dāng)M前＜(M下+M中)時(shí)：

當(dāng)M前=(M下+M中)時(shí)：

當(dāng)M前≤M下時(shí)，引入M后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，主要是考慮當(dāng)飛機(jī)處于低頭姿態(tài)時(shí)，后端傳感器測(cè)定的油量可能會(huì)大于M下，該計(jì)算方法可以部分補(bǔ)充姿態(tài)的誤差。

根據(jù)后端油量傳感器的輸出油量作為油量計(jì)算分界點(diǎn)的油量計(jì)算方法C為：

當(dāng)M后=M下時(shí)：

當(dāng)M后≤(M下+M中)時(shí)：

當(dāng)M后＞(M下+M中)時(shí)：

當(dāng)M后＞(M下+M中)時(shí)，引入M前的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，主要是考慮當(dāng)飛機(jī)處于抬頭姿態(tài)時(shí)，前端傳感器測(cè)定的油量可能會(huì)小于(M下+M中)，該計(jì)算方法同樣可以部分補(bǔ)充姿態(tài)的誤差。

3 各油量計(jì)算方法下的油量姿態(tài)誤差影響分析

按照上述油量計(jì)算方法A、B、C，通過三維設(shè)計(jì)軟件，分別進(jìn)行飛機(jī)姿態(tài)角為10°和姿態(tài)角為-10°時(shí)的油箱理論油量和顯示油量的計(jì)算。

飛機(jī)姿態(tài)角為10°時(shí)各油量計(jì)算方法下油量-高度曲線如圖4所示。

圖4 飛機(jī)姿態(tài)角為10°時(shí)各油量計(jì)算方法下的油量-高度曲線

飛機(jī)姿態(tài)角為10°各油箱計(jì)算方法下理論油量與顯示油量的最大差值見表1。

表1 飛機(jī)姿態(tài)角為10°時(shí)理論油量與顯示油量的最大差值

從圖4中可以看出，在整個(gè)油面高度內(nèi)，各算法計(jì)算出的顯示油量大部分小于理論油量，其中算法A的油量顯示值與理論油量的差值最小。理論油量與顯示油量差值最大的為算法B，出現(xiàn)在理論油量為682kg時(shí)，主要是飛機(jī)姿態(tài)角為10°時(shí)，在該油量下，前端油量傳感器未浸滿油，該油量傳感器輸出的油量為545kg，而后端油量傳感器輸出的油量為711kg，而根據(jù)算法B，總油量應(yīng)為兩根油量傳感器輸出值的平均值，所以造成誤差偏大。

飛機(jī)姿態(tài)角為-10°時(shí)各油量計(jì)算方法下油量-高度曲線如圖5所示。

圖5 飛機(jī)姿態(tài)角為-10°時(shí)各油量計(jì)算方法下的油量-高度曲線

飛機(jī)姿態(tài)角為-10°各油箱計(jì)算方法下理論油量與顯示油量的最大差值見表2。

表2 飛機(jī)姿態(tài)角為-10°時(shí)理論油量與顯示油量的最大差值

從圖5中可以看出，在整個(gè)油面高度內(nèi)，各算法計(jì)算出的顯示油量大部分大于理論油量，其中算法A的油量顯示值與理論油量的差值最小。算法B和算法C的理論油量與顯示油量差值均偏大。

算法B最大差值點(diǎn)出現(xiàn)在理論油量為503kg時(shí)，主要是飛機(jī)姿態(tài)角為-10°時(shí)，在該油量下，前端油量傳感器已浸滿油，按照算法，油量顯示值為后端油量傳感器的輸出值，而在該姿態(tài)下，后端油量傳感器的輸出值將顯著偏小，因此造成差值達(dá)到73kg。

算法C最大差值點(diǎn)出現(xiàn)在理論油量為255kg時(shí)，主要是飛機(jī)姿態(tài)角為-10°時(shí)，在該油量下，后端油量傳感器為空油狀態(tài)，按照算法，油量顯示值為前端油量傳感器的輸出值，而在該姿態(tài)下，前端油量傳感器的輸出值將顯著偏大，因此造成差值達(dá)到97kg。

根據(jù)上述分析，按照求平均值法計(jì)算油箱油量，當(dāng)飛機(jī)帶姿態(tài)飛行時(shí)，在油量計(jì)算的分界點(diǎn)附近，油量顯示值與理論值會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，誤差最大的高達(dá)13.7%。而采用求和法計(jì)算油箱油量，顯示油量與理論油量的差值較小，可以減小飛機(jī)的姿態(tài)誤差，為最佳的油量計(jì)算方法。

4 結(jié)論

在進(jìn)行油量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)油箱的布局和油量傳感器的位置合理設(shè)定油量計(jì)算方法，并進(jìn)行姿態(tài)誤差分析。與上述油箱形狀類似的油量測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)該采用求和法計(jì)算油箱油量。

[1]陳嵩祿.動(dòng)力裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第13冊(cè).北京：航空工業(yè)出版社，2006，6.