飞机液压油箱传感器安装位置变动的可行性分析

刘政宏 金磊 范建博/航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司

0 引言

液压油箱油量测量的准确性直接影响飞行员对液压执行系统的操纵，必须保证其提供的是实际油箱油量[1]。液压油箱的机上安装应执行设计标准，并且也要考虑传感器相对油箱的位置，以保证飞行过程中任意盘旋角度下都不会出现低油位告警现象。

针对地勤人员反映液压油箱油量测量传感器因空间受限而拆装困难问题，对油量测量传感器移位的可行性进行模拟计算及分析。

图1 液压油量测量系统工作原理

图2 液压油箱及传感器安装示意图

1 油量测量传感器工作原理

液压油量测量系统中的传感器为线性电容式油量传感器[2-3]，靠法兰盘安装在液压油箱顶部。油量传感器头部内加装信号变换元件，将传感器感受到的油箱油面高度变换为对应的频率信号后输出至液压油量信号变换器；液压油量信号变换器对传感器的输出信号进行检测，并按飞机液压油箱曲线进行计算和数据处理，得到液压油箱中的油量数据；同时通过总线将液压油箱油量数据发送至发动机指示/空勤告警系统进行指示。其工作过程如图1 所示。

2 液压油量测量传感器安装位置

液压油箱供存贮液压油用[4]，其形状近似为圆柱体，通过卡箍安装于飞机15 框液压舱内，距飞机中心轴线157mm，油量测量传感器位于油箱中心上部。液压油箱总容积为40L，正常加油量22L ～24L，液压油箱及传感器的安装示意图如图2 所示。

3 油箱液位—容积（H-V）曲线

液压油箱在机上处于水平安装位置，在此状态下，根据系统供油量需求及油箱尺寸，确定满油位及低油位时液面相对传感器的高度以及油箱加油液面相对传感器高度的分析参数，如图3 所示。

油箱为圆柱两端加圆弧（弓形）端盖油箱，端盖详见图4，可见圆弧端盖在弓高37mm 内要转换为圆柱段，其中有4.13mm 的圆柱段和10mm 的过渡段，其他为圆弧端盖。为分析计算方便，对其进行等效化处理，将圆弧形端盖等效为直径与油箱直径相同且容积不变的圆柱形端盖。等效过程中用到的圆柱体积公式、圆环体积公式及球体体积公式如下。

其中，r 为圆环截面圆半径；R 为圆环体的最大截面圆半径。

图3 油箱油位分析图

图4 端盖详图

其中，h 为弦高；r 为圆球半径。

由式（1）～式（3）计算得到端盖体积，用体积按式（1）计算出R 为150mm 时的h 为25.1mm，则液压油箱等效为半径R 为150mm、圆柱段高度b为580.2mm 的圆柱体油箱。

对于该液压油箱，油量为零时对应的油量测量传感器零位高度H零为295mm；油量为最低油量6.5±0.50L 时对应的油量测量传感器最低油位告警高度H告警为235±3mm；油量为满油油量22L 时对应的油量测量传感器高度H满为142mm。

对于水平放置的圆柱体液压油箱，其油量体积计算由油浸润的扇形面积乘以圆柱高度得出。设扇形对应的圆心角的一半为θ，扇形面积由公式（4）计算，由公式（4）～（6）和图3 则可计算油箱H-V[5]曲线。

根据图3 中的弓形HFKE 等效后的矩形HH1K1K，可计算得到油箱H-V 曲线（见图5），油箱油量随着传感器浸油高度的增加而增加。

4 传感器移位分析

4.1 机上现有安装情况

现在飞机在液压油箱测量传感器上方65mm 处增加一根燃油管，燃油管直径φ 为104mm，油量测量传感器安装中心距燃油管中心51mm，油量测量传感器安装法兰最小尺寸半径为40mm，安装相对位置如图6 所示。由图可知，油量测量传感器与燃油管的投影重叠量为41mm，传感器的拆装高度需求为335mm，实际高度仅为65mm，因此油量测量传感器无拆装空间。

4.2 油量测量传感器安装位置的调整

为保证油量测量传感器有足够的维护空间，需对其安装位置进行调整。为此，在不改变液压油箱位置的情况下，将油箱油量测量传感器相对液压油箱安装位置重新进行设计，将传感器逆航向右移110mm，更改前后的相对位置如图7 所示。

4.3 传感器移位后不同坡度角对油量测量的影响

在飞机巡航飞行时，液压油箱中的油液液面几乎不变，此时传感器不会出现低油位告警现象[6]。现考虑飞机在盘旋状态下对传感器测量值的影响（飞机盘旋时正常坡度角为30°，允许最大坡度角为60°），按坡度角范围要求，对盘旋时油箱空间位置进行模拟，盘旋时油箱姿态变化如图8 所示。

图5 油量与油量测量传感器浸油高度的关系

图6 油量传感器拆装空间示意

图7 更改前后液压油箱传感器相对油箱的位置

图8 盘旋时液压油箱姿态变化（顺时针右盘右倾，逆时针左盘左倾，顺航向视图）

图9 各坡度下最低油量点不露出油面时所需的最低油量

根据理论公式，计算不同坡度角下最低油量告警点露出时所需的最小油量，结果如图9 所示。

从图9 可以看出：以15L 加油量来分析，改进前，坡度在45°～60°范围内的左右盘旋状态下，低油量告警信号会发出；改进后，右盘旋时，坡度在27°～60°范围内的右盘旋状态下，低油量告警信号会发出；左盘旋时低油量告警信号不会发出。以22L 加油量来分析，改进前，坡度在0°～60°范围内的左右盘旋状态下，低油量告警信号均不会发出；改进后，右盘旋时，坡度在41°～60°范围内的右盘旋状态下，低油量告警信号会发出；左盘旋时低油量告警信号不会发出。

因此，当传感器移位后，飞机的坡度角为41°～60°范围内时，右盘旋状态下会出现低油量告警现象，影响飞行员的操纵判断。

5 总结

根据上述理论分析计算，油箱油量测量传感器相对油箱的安装位置直接影响不同飞行姿态下的测量结果，甚至出现空中低油位告警现象，将对空勤人员正常执行飞行任务产生较大影响。因此，液压系统油量测量传感器在油箱上的安装位置应符合飞机设计手册的设计要求，不能因周围设备的影响而更改其在油箱上的安装位置。