基于LabW indows/CVI的飞机燃油系统的虚拟仿真

付 玮，贾秋玲，王靖宇

（西北工业大学 陕西 西安 710129）

随着计算机技术的不断发展与完善，飞机燃油系统的计算机仿真在系统设计与研究中的应用日臻成熟，通过仿真可以降低系统研制的成本，提高与完善系统的性能，从而推动飞机机载系统向一体化方向发展[1]。

该系统设计的准确性、可靠性是飞机安全及经济飞行的重要保障。因此对燃油系统的研究和仿真，对未来飞机的发展具有深远的意义[1-2]。

燃油系统一般由以下子系统组成：燃油储藏系统；加油系统；放油系统；供输油系统。燃油系统是飞机的核心子系统，可完成加、放油控制、供油控制、转输油控制以及燃油储备量计算和显示[4]。

通常，对燃油系统进行仿真要按照一定的算法进行[3]，需大量的计算，再运用各种不同的软件对其进行仿真[1，4-5]，这样无疑增加了工作量，并且增添了难度。本文运用Labwindows/CVI软件对飞机燃油系统的加油，放油，供输油过程进行了仿真。该软件功能强大，可独立完成仿真设计，有效的避免了因为使用多种仿真软件带来的不便。

1 燃油系统管理控制的模拟

该仿真系统除了对燃油系统管理界面进行了模拟，实现了油量的动态输入输出以及变化和控制，还对燃油系统的管理和控制进行了模拟。

该仿真系统实现的功能主要有：

压力加油（包括手动和自动加油），使用加油管理界面控制加油阀门。自动加油时，通过管理界面控制，计算机根据指定函数对燃油进行分配。当加油开始时，控制面板上显示对应油箱油量和油箱加油阀门状态，另一界面显示加油过程和油量信息。

输供油，可以使用阀门管理界面控制对应的燃油泵和阀门。以飞机油箱构型为基础，实行供输油控制和显示。交输阀在正常情况下是关闭的，但在特定的情况下可以打开交输阀进行交输供油。

地面放油，使用管理界面控制放油阀门，增压泵和交输阀。地面放油分为压力放油和抽吸放油。该仿真程序只对压力放油进行了实现。

2 燃油系统的控制仿真设计

2.1 燃油仿真系统操作界面的设计

操作界面设计总体思路如图1所示。

图1 操作界面功能图Fig.1 Function diagram of operation interface

该飞机燃油系统的仿真操作程序由4个操作和显示界面组成，如图2所示。

图2 燃油系统操作界面总图Fig.2 Operation interface chart of aircraft fuel system

2.2 自动加油过程仿真

默认设置左主油箱，中央油箱，右主油箱自动加油速度比例为1:1:1，3个油箱同时进行自动加油操作。

自动加油过程操作为：先开加油泵，三位开关置为REFUEL，点击红色自动加油按钮，就开始自动加油，如图3所示。

图3 自动加油过程显示Fig.3 Automatic refueling process

2.3 手动加油过程仿真

开启手动加油开关，首先获取当前油箱的剩余油量，若油箱剩余油量满足油箱的容量限制条件，进行手动加油操作。相应油箱油量值动态改变，当油箱油量到达期望油量后，关闭手动加油开关，相应油箱停止加油，手动加油完成。

在仿真程序中设定当油箱满油时，相应油箱的手动加油开关自动关闭。

手动加油操作如下：首先打开加油泵，三位开关置为REFUEL，打开 LH TANK ，CT TANK 和 RH TANK，如图 4所示。

图4 手动加油过程显示Fig.4 Manual refueling process

2.4 放油过程仿真

放油系统将燃油放出到加油台。通常，用压力放油将燃油从油箱中移出。通过这种方法，可以很快将任意油箱的燃油移出。在燃油面板打开主油箱增压泵，使主油箱压力放油。这里采用的是压力放油的方式，并默认3个油箱同时放油。

开启油箱增压泵与交输伐，三位开关置为DEFUEL，获取当前油箱的剩余油量，若剩余油量满足条件，则进行放油操作。开始放油后，油量不断减少，当油放完或者达到预定油量时，三位开关置为OFF，放油结束。放油过程如图5所示。

图5 放油过程显示Fig.5 Defueling process

2.5 发动机供油过程仿真

由主油箱和中央油箱为发动机供油。在控制面板开启燃油泵和交输阀门。左油箱为左发动机供油，右油箱为右发动机供油。

开启供油开关，并开启相应的增压泵开关，为相应发动机供油。进行供油前，程序先判断相应机翼油箱油量是否满足供油要求，若满足，则开始进行供油。当左右油箱燃油不足时，可使用中央油箱对左右油箱的油量进行补充。

供油操作如下：开启“供油操作”开关，打开左、右油箱增压泵且必要时可打开交输阀门，进行发动机供油，如图6所示。

当某侧增压泵失效时，可开启交输阀门，使用另一侧油箱为该侧发动机供油。当某侧油箱两个增压泵其中之一失效时，正常工作的增压泵会承担失效增压泵的功能继续进行供油操作，使燃油系统正常运行。若中央油箱有一个增压泵出现故障，可以开启中央油箱交输阀，使用完好的增压泵进行对左右油箱的油量补充工作。

图6 供油过程显示Fig.6 Fuel feed process

3 编程语言与工作环境

该燃油系统仿真使用的编程语言为LabWindows/CVI，它是National Instruments公司推出的交互式C语言开发平台。他的集成化开发环境、交互式编程方法、函数面板和丰富的库函数大大增加了语言的功能，为熟悉C语言的开发人员提供了一个理想的软件开发平台。鉴于LabWindows/CVI的上述特点，它已经成为测控领域最受欢迎的软件开发平台之一，在我国已经得到了较为广泛的使用[7-8]。

该燃油仿真系统是在LabWindows/CVI的环境下运行的，对LabWindows/CVI中自带的控件进行了充分利用。包括NUMERIC数值显示型控件，COMMAND BUTTON命令按钮控件，TOGGLE BUTTON双态型按钮控件，LED灯控件，BINARY SWITCH二值开关控件，RING循环控件，DECORATION装饰控件，PICTURE图片控件，TIMER定时器控件，CANVAS画布控件，以及SPLITTER控件等。

应用上述控件构成燃油仿真系统的主界面，并对其中一些控件进行回调函数编写，以达到对燃油仿真系统的控制和操作。

4 其他功能

为了使该仿真系统能够更加快捷的运用，设计时加入了燃油量的快捷设置功能。

此功能使操作者在油箱容量的范围内任意设置各个油箱的燃油量，以方便进行放油、供油和输油等控制过程，无需进行加油过程后再运行上述几个控制过程的仿真。如果需要设置燃油量，可以在图7中的“油量预置”编辑框设置对应油箱的燃油量，并确定，图中的“油量显示”编辑框中显示的油量就会和“油量预置”中的所设值相同。也可以直接进行满油量设置，点击“满油”，油箱即为满油状态。

图7 油量预置界面图Fig.7 Preseting interface chart

5 结 论

文中结合实际的工作原理和相关参数，运用Labwindows/CVI软件对飞机燃油系统的地面加油，放油，供输油过程进行了虚拟动态仿真，有效的避免了因为使用多种仿真软件带来的不便。仿真结果表明，该仿真系统能比较真实地反映飞机燃油系统的实际工作过程，结果与实际状况基本吻合，效果良好。

[1]周宇穗，贾秋玲.飞机燃油管理系统仿真研究[J].民用飞机设计与研究，2010（3）:5-8.ZHOU Hui-yu，JIA Qiu-ling. Simulation of the fuel management system of the aircraft[J].Civil Aircraft Design and Research，2010（3）：5-8.

[2]蒋军昌.飞机数字式燃油管理系统研究[D].西安：西北工业大学，2002.

[3]吕亚国.飞机燃油系统计算研究[D].西安：西北工业大学，2006.

[4]李彦江，刘永寿，姜志峰，等.飞机燃油系统功能仿真分析[J].航空计算技术，2009，39（4）:113-116.LI Yan-jiang，LIU Yong-tao，JIANG Zhi-feng，et al.Analyse of functional simulation ofaircraft fuel system[J].Aeronautical Computing Technique，2009，39（4）：113-116.

[5]范开英.飞行模拟器燃油系统建模与仿真[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.

[6]谭浩强.C程序设计[M].4版.北京:清华大学出版社，2010.

[7]史君成，张淑伟，律淑珍.LabWindows虚拟仪器设计[M].北京：国防工业出版社，2007.

[8]孙晓云.基于LabWindows/CVI的虚拟仪器设计与应用[M].2版.北京：电子工业出版社，2010.