民用飞机油量测量系统电气设计分析

李庆南 宋歌 何特

（上海飞机设计研究院，上海 201210）

民用飞机油量测量系统电气设计分析

李庆南 宋歌 何特

（上海飞机设计研究院，上海 201210）

油量测量系统是民用飞机燃油系统的重要组成部分之一，其主要由1个燃油油量计算机（FQC）、1个或2个温度传感器、2套或4套燃油箱传感器电缆组件、若干个低油面传感器、若干个补偿传感器和几十个油量测量传感器组成。本文从燃油油量测量系统适航符合性方面为出发点，对电气相关的适航条款进行了符合性分析，并通过理论分析和试验计算的方法来验证油量测量系统的电气设计满足适航安全性的要求。

燃油油量计算机 油量测量系统 点火源 闪电间接效应

1 概述

民用飞机通常采用数字式的油量测量与指示系统。在左、右燃油箱内装有若干燃油油量传感器，此传感器感受油箱内的油面变化，并向FQC提供电信号。在每个油箱内各装有一个到两个油量补偿传感器，向FQC提供油量补偿的电信号，补偿燃油介电常数的变化，以提高油量测量的精度。

FQC接收到来自各油箱油量测量传感器、补偿器、低油面传感器、温度传感器的输入信号并进行处理，计算各油箱燃油的重量和机上燃油总重量等。通过数据总线，以数字形式传送至指示记录系统，并实时地在驾驶舱简图页显示燃油总量和平衡度，且适合地显示告警信息。同时，在压力加油/抽油控制面板上的燃油量指示器也可显示燃油总量等参数，以指示飞机的燃油量和加油油量。FQC也输出每个油箱的低油面告警和高油面告警离散信号。

2 油量测量系统电气设计分析

主流民用飞机油量测量系统采用电容感应式传感器的作为油量测量的敏感器件。下面以某机型的燃油油量测量系统为例，对其电气线路设计进行分析。

2.1 油量测量系统电气设计考虑

根据AC25.981-1C中设计指南［1］，即本文中的2.2节，燃油测量系统电气线路设计应考虑以下要求：（1）要求与飞机其它系统的电缆和电路隔离，并屏蔽；（2）具有闪电防护、高强度辐射场（HIRF）防护以及抗电磁干扰（EMI）的能力；（3）安装瞬态抑制装置，阻止电能进入油箱；（4）进入燃油箱内的电气线路上不能有死接头。

2.2 油量测量系统电气设计

2.2.1 屏蔽隔离

油量测量线路需考虑由闪电、HIRF、EMI等所产生的瞬态效应影响，同时还需考虑到油量测量电缆组件可能会导致潜在故障的原因，如腐蚀、破损、老化等。值得注意的是闪电、HIRF、EMI等恶劣环境所产生的效应可能会引起电弧、电火花等点火源。因此，需要分析并验证油量测量线路的闪电、HIRF、EMI的屏蔽保护特性。民用飞机油量测量系统的电气线路通常采用通常采用双重屏蔽。

在敷设设计中，需将燃油油量测量系统的线缆与飞机上其它系统（如飞控系统）的线缆隔离开，并且隔离距离必须满足2inch以上［2］。而且在燃油箱内的电缆组件没有使用死接头，电缆与油箱内的结构件需完全按照电搭接的要求来处理，搭接电阻小于2.5mΩ。

2.2.2 闪电间接效应分析

图1 油量测量传感器电路模型

假设闪电间接效应的概率为100%，全机闪电间接效应试验是将油量测量线路断开（FQC与燃油箱传感器线路断开），对典型的测试点进行感应电压和电流的测量。

假设某个油量传感器的感应端连接到FQC上的D孔，而所有油量传感器的正极是由T孔输出参考电压的，则闪电间接效应试验中油量测量传感器的线路可简化为图1所示，并做出如下假设：

（1）飞机本体为理想导体，并且感应电动势相等；（2）FQC设备的接地与飞机结构地相同。

试验中，测试数据感应电压最大峰值为20mV，而实际电压是测量电压100倍，即在闪电间接效应下油量测量传感器的开路电压为2V［2］。

假设油量测量传感器端口间的电压曲线函数为 （）V t；

而传感器的容抗为

其中ω电容的频率，C为电容的容量。

由欧姆定律可知，油量测量传感器的电流为

将公式1代入公式2中，可得

在计算过程中， （）V t取开路电压，ω取最高频率，便可算出油量传感器上电流的最大值。

假设闪电间接效应感应电流能量的频率大部分集中在20MHz以内，即ω为20MHz；假设油量测量传感器电容最大值为75pF。将开路电压、频率和电容容量代入公式3，可知单个传感器上的最大感应电流为

假设连接到FQC上单侧燃油箱内有15个油量测量传感器，则15个油量测量传感器的总电流为15×3=45mA。由于计算过程中，开路电压取最大值，而实际油量测量传感器的电压则比最大开路电压要小。此外，随频率升高电容传感器的容抗减小，所以油量测量传感器线路上的闪电间接效应所产生的感应电流应小于45mA，小于AC25.981-1C中提到125mA。从而验证了油量测量传感器线路上闪电间接效应所产生的感应电流满足AC25.981-1C中的要求。

3 结语

油量测量系统电气线路的设计需要严格满足燃油箱点火源防护的要求。对线路敷设、屏蔽、隔离以及电搭接方面进行严格缜密的设计，并且需验证闪电间接效应。本文通过一系列的假设，建立等效模型来计算分油量测量传感器线路是否满足要求。

本文不足之处是未能提供相关数据和计算分析来验证闪电直接效应的影响。并且除了屏蔽方法外，或许还有更好抑制短路电流和闪电感应电流的方法，如在油量测量传感器电缆组件上加装瞬态抑制设备等。

［1］Advisory Circular 25.981-1C：Fuel Tank Ignition Source Prevention Guidelines，Sep.19，2008.

［2］陈卓，李庆南.民用飞机燃油箱固有安全线路设计的研究［J］.航空制造技术，2014（4）：66-68.