飞机燃油测量液位高度解算方法研究

师显强，樊伟

（航空工业四川泛华航空仪表电器有限公司）

0 引言

飞机燃油箱油量及其分布是飞机重要的基础信息，安全、稳定、精确的燃油量测量对改善飞机整体性能具有重要意义[1]。

目前，国内外最常见的飞机燃油量测量方式为：首先依据油箱之间燃油的串通性能及翼肋的密封性能对整个油箱进行分块，各块油量之和即为总油量；再对每块通过遍布于不同部位的油量传感器（现有最常见的为电容式油量传感器）测量油面高度，结合油面角测量，然后查询表征油面高度、油面角与燃油量、燃油重心等对应关系的燃油质量特性数据库，最后经插值解算、信息后处理得到油量测量结果。数字式燃油测量原理见图1[2]。

飞机燃油测量解算方法是燃油测量系统设计的核心之一，燃油测量解算的输入是油量传感器初始采样值，介电常数传感器初始采样值，温度传感器采样值和密度传感器采样值（如果有），油量传感器和介电常数传感器初始采样值由燃油计算机内的数字平衡电桥或C/V转换获取，线性电容式油量传感器采样值与获得的模拟量电压值成等比例关系，温度传感器一般采用铂电阻式、其采样值与实际温度值成等比例关系，密度传感器一般采用振动式密度计。

图1 数字式燃油测量原理图Fig.1 Digital fuel measurement principle diagram

液位高度解算是燃油测量解算的重要且必要环节，其输入是各油量传感器初始采样值以及标定零满值，介电常数传感器初始采样值以及标定值，输出是各油量传感器浸油高度。下文在介绍了液位高度解算原理的基础上，对液位高度解算涉及的几项关键技术点进行了分析说明，并归纳了液位高度解算流程，以指导燃油测量解算软件设计。

1 液位高度解算原理

首先介绍一下线性电容式油量传感器的工作原理[3-5]，见图2：

图2 线性电容式油量传感器工作原理图Fig.2 Working principle diagram of linear capacitive fuel sensor

线性电容式传感器通过底部小孔与油箱形成连通器，当燃油增多，h增大，△C也增大；燃油减少，h减少，△C也减小。通过测量电容的大小就能知道液位的高低。

可见，△C不光与h有关，也与K有关。燃油的K随油品、温度等变化，因此需要K补偿。补偿方法：装一个长期完全浸没在燃油中的传感器：

燃油测量过程中，已知油量标定时的零电容值、满电容值，补偿零值、补偿满值以及使用过程中的当前采样值和当前补偿零值（满值）。

标定时的零电容值：

标定时的满电容值：

标定时的补偿零值：

标定时的补偿满值：

当前补偿零值：

当前补偿满值：

当前采样值转换如下：

2 液位高度解算关键技术点分析

2.1 KF的有效性问题

2.2 Cs的预处理问题

Cs表示油量传感器（包括补偿传感器）的初始采样值，初始采样值由模拟量获得，为了得到稳定可靠的油量传感器初始采样值，需要进行预处理操作，

第一：祛除奇异值，即祛除明显失真的传感器采样值，一般认为油量传感器初始采样值低于标定零值加阈值或高于标定满值加阈值则认为失真，阈值的大小由所有可能油品和温度导致的油量传感器采样值最大偏差再附加一定的余量决定[6-7]。

第二：采样值平滑，采样值为模拟量输出值，一般存在波动，需要对初始采样值进行平滑处理，采样值平滑的方法包括多次采样取平均，多次采样取中值，还有使用祛除最大、最小后取平均的方式，根据系统精度要求和使用工况决定[8-9]。

2.3 液位高度置信度问题

如前文所述液位高度计算公式为：

由于油量传感器采样值Cs存在波动的可能，导致在某些状态下Cs-C0标会有不同的结果，例如，目前实际油箱全空，由于Cs模拟量的波动性，会导致Cs-C0标存在小于0、等于0、大于0但小于某一阈值、大于某一阈值等情况，小于0或等于0计算出的液位高度为0，如果大于0但小于某一阈值，则计算结果有较小液位高度，但这个液位高度是实际不存在的，会给系统带来测量误差，阈值的大于由传感器空电容值的偏差及一定安全系数决定。

如果Cs-C0标大于某一阈值，则说明油量传感器实际浸油，如果Cs＜KFCF标计算结果为传感器接近满油，但实际可能是已经满油，Cs≥KFCF标计算结果为传感器满油，但实际可能还没有满。

基于上述分析，经过对Cs的预处理后，液位高度可分为空油、接近空、正常、接近满、满油五种状态。

空油对应：

接近空对应：

正常对应：

接近满对应：

满油对应：

正常状态被认为可信度高，空油、满油状态认为可信度较高，接近空、接近满认为可信度较低，后续燃油测量解算需要使用液位高度置信度。

3 液位高度解算流程

结合前文对液位高度解算原理和关键技术点的分析：总结出的液位高度解算流程如下：

图3 液位高度解算流程图Fig.3 Flow chart of liquid level height calculation

4 结束语

本文在介绍了液位高度解算原理的基础上，对液位高度解算涉及的几项关键技术点进行了分析说明，并归纳出了液位高度解算流程，以指导机载燃油测量解算软件设计[10]。