基于数字式飞机燃油测量系统原理研究

聂海涛 孙冀璇

沈阳航空航天大学（沈阳 110034）

基于数字式飞机燃油测量系统原理研究

聂海涛 孙冀璇

沈阳航空航天大学（沈阳 110034）

根据航空工业实际，分析了飞机采用数字式燃油测量系统的工作原理，叙述了数字式燃油测量设计过程，提高了飞机油量测量精度。

数字式 飞机 油量测量 程序设计

长期以来，飞机燃油系统采用模拟式燃油测量系统进行工作，这种方式存在诸如测量和显示精度低、维护性和可靠性差等较多缺点。随着计算机技术的飞速发展，采用以燃油管理计算机为核心的数字式燃油测量系统，对燃油系统实施测量、控制和管理，能够很好地解决模拟式燃油测量系统的缺陷，是飞机燃油测量系统发展的必然趋势。

本文研究采用数字式测量系统，通过装在油箱中的传感器对飞机各油箱的油量进行测量，经过A/D转换器进行模数转换后的数字信号，传到测量计算机上，测量计算机对传来的信号进行处理，计算出燃油油量并进行系统自检，再通过总线（ARINC 429）数字信息传输系统传送给飞机主控制计算机显示器上，实现对飞机油箱油量的实时测量。

1 油量传感器湿敏长度和介电常数计算原理

当油箱内油量传感器处于干态时，其电容值为最小，浸入燃油后其电容值增大。每个油箱传感器浸油长度，也称之为湿敏长度（WSL）可由下式算得：

式中，ΔC是燃油所引起的电容增量，L是油箱油量传感器的总长度，K是燃油的介电常数，Ca是油箱油量传感器在空气中的电容。

燃油的介电常数K可根据补偿传感器完全浸入燃油时所测得的电容值用下式算得：

式中，f是补偿传感器浸入燃油内时电容，Ca是补偿传感器在空气中的电容，为一已知的常值。

2 测量电桥工作原理

测量油箱内传感器的电容采用C/V变换的方法，在测量计算机的控制下通过一个多路转换器各自依次由激励电路激励，然后用零位平衡电路测量每个油箱油量传感器电容，如图1所示。

图1 测量电桥原理图

油量传感器和补偿传感器两者电容值的测量，都是用零位平衡电路完成的, 由激励源产生的28 Vp-p，18.75 KHz的正弦波信号，加在传感器电容和固定电容并联的电路中，在平衡时，输入信号为零。激励源设计值为正弦波为18.75 KHz/20Vp-p，可以有效的防止机上400 Hz交流电源的干扰。它可输出两路相同频率、相位差可调的正弦信号，而且可分别作为两路独立的可调频的信号发生器使用。

当传感器干电容量为与固定电容量相同时，达到了平衡，通过调零电位器将输出的电压设定为0.5 V，调满电位器将满油电压设定为4.5 V，这样0.5～4.5 V区间就是此传感器的液面变化区间。

将传感器的电容量转换成与之成比例的交流电压信号，经信号滤波、整形滤波及通道隔离等处理，输出模拟电压信号。半电桥电路（AC/DC变换模块）对来自传感器的信号进行变换，将测量到的0.5～4.5 V交流信号通过，转变为直流信号。

采用A/D转换器对AC/DC变换后的信号进行数字化处理。频率合成是指对一个标准信号频率经过一系列算术运算，产生具有相同精度和稳定度的大量离散频率的技术。直接数字频率合成器由参考时钟、相位累加器、正弦查询表和D／A转换器组成，原理见图2所示。处理后数据送入单片机中。由单片机对数据进行计算及故障检测等工作：利用存贮器内的成型表格，电容与WSL对比表，将WSL值转换为对油箱燃油体积，以及由补偿传感器测得燃油密度，计算出燃油重量。

图2 数字频率合成原理

3 程序设计原理

程序结构模块化，并具有可管理的模块；各模块功能可单独测试；程序设计易于修改，有详尽的注释功能说明接口说明；满足系统功能测试需要,设计采用C 语言设计。

3.1 油量测量程序设计

将A/D转换后的数字信号进行采样，数字滤波等处理后，再经过计算求出被测燃油量。具有温度补偿、密度计算功能,流程图见图3。

图3 数据处理程序流程图

3.2 测量故障自检程序设计

（1） 故障诊断、故障隔离和自动切换

对处理后的数据进行比较和判断，若系统出现故障，则发出故障代码；同时对故障部分进行隔离，并自动切换到备用通道。由于系统分为对称的左右两个分系统，若判断出某一个分系统出现故障时，可临时用另一正常的分系统的数据值替代。

（2） 自动校准功能

对飞机油箱空油时传感器的数据进行存储，实现不用加、放油即可进行对各组油箱空油、满油值的调整。

4 试验及试飞效果

全套数字式测量系统在某飞机地面设备检测中心经过系统联试试验，符合设计要求。配套组装在某型飞机供油系统上，经过各个环境应力条件下的飞行试验，燃油测量精度达到±1.8%，超出了原型机±4%的测量精度要求,大大提高了飞机的燃油测量精度。

[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京:清华大学出版社,2000.

[2]柴宁.现代战斗机燃油测量系统研究.大连:大连理工大学,2005.

[3]刘炳民,佘士强,郑培华.单片机控制下的ARINC429总线通信与EL显示.飞机设计,2003.

[4]高喜贵,钱飞.检测技术.西安:西安电子科技大学出版社,2000.

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