聶海濤 孫冀璇

沈陽航空航天大學(xué)（沈陽 110034）

基于數(shù)字式飛機(jī)燃油測量系統(tǒng)原理研究

聶海濤 孫冀璇

沈陽航空航天大學(xué)（沈陽 110034）

根據(jù)航空工業(yè)實(shí)際，分析了飛機(jī)采用數(shù)字式燃油測量系統(tǒng)的工作原理，敘述了數(shù)字式燃油測量設(shè)計過程，提高了飛機(jī)油量測量精度。

數(shù)字式 飛機(jī) 油量測量 程序設(shè)計

長期以來，飛機(jī)燃油系統(tǒng)采用模擬式燃油測量系統(tǒng)進(jìn)行工作，這種方式存在諸如測量和顯示精度低、維護(hù)性和可靠性差等較多缺點(diǎn)。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，采用以燃油管理計算機(jī)為核心的數(shù)字式燃油測量系統(tǒng)，對燃油系統(tǒng)實(shí)施測量、控制和管理，能夠很好地解決模擬式燃油測量系統(tǒng)的缺陷，是飛機(jī)燃油測量系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

本文研究采用數(shù)字式測量系統(tǒng)，通過裝在油箱中的傳感器對飛機(jī)各油箱的油量進(jìn)行測量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，傳到測量計算機(jī)上，測量計算機(jī)對傳來的信號進(jìn)行處理，計算出燃油油量并進(jìn)行系統(tǒng)自檢，再通過總線（ARINC 429）數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)傳送給飛機(jī)主控制計算機(jī)顯示器上，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)油箱油量的實(shí)時測量。

1 油量傳感器濕敏長度和介電常數(shù)計算原理

當(dāng)油箱內(nèi)油量傳感器處于干態(tài)時，其電容值為最小，浸入燃油后其電容值增大。每個油箱傳感器浸油長度，也稱之為濕敏長度（WSL）可由下式算得：

式中，ΔC是燃油所引起的電容增量，L是油箱油量傳感器的總長度，K是燃油的介電常數(shù)，Ca是油箱油量傳感器在空氣中的電容。

燃油的介電常數(shù)K可根據(jù)補(bǔ)償傳感器完全浸入燃油時所測得的電容值用下式算得：

式中，f是補(bǔ)償傳感器浸入燃油內(nèi)時電容，Ca是補(bǔ)償傳感器在空氣中的電容，為一已知的常值。

2 測量電橋工作原理

測量油箱內(nèi)傳感器的電容采用C/V變換的方法，在測量計算機(jī)的控制下通過一個多路轉(zhuǎn)換器各自依次由激勵電路激勵，然后用零位平衡電路測量每個油箱油量傳感器電容，如圖1所示。

圖1 測量電橋原理圖

油量傳感器和補(bǔ)償傳感器兩者電容值的測量，都是用零位平衡電路完成的, 由激勵源產(chǎn)生的28 Vp-p，18.75 KHz的正弦波信號，加在傳感器電容和固定電容并聯(lián)的電路中，在平衡時，輸入信號為零。激勵源設(shè)計值為正弦波為18.75 KHz/20Vp-p，可以有效的防止機(jī)上400 Hz交流電源的干擾。它可輸出兩路相同頻率、相位差可調(diào)的正弦信號，而且可分別作為兩路獨(dú)立的可調(diào)頻的信號發(fā)生器使用。

當(dāng)傳感器干電容量為與固定電容量相同時，達(dá)到了平衡，通過調(diào)零電位器將輸出的電壓設(shè)定為0.5 V，調(diào)滿電位器將滿油電壓設(shè)定為4.5 V，這樣0.5～4.5 V區(qū)間就是此傳感器的液面變化區(qū)間。

將傳感器的電容量轉(zhuǎn)換成與之成比例的交流電壓信號，經(jīng)信號濾波、整形濾波及通道隔離等處理，輸出模擬電壓信號。半電橋電路（AC/DC變換模塊）對來自傳感器的信號進(jìn)行變換，將測量到的0.5～4.5 V交流信號通過，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘枴?/p>

采用A/D轉(zhuǎn)換器對AC/DC變換后的信號進(jìn)行數(shù)字化處理。頻率合成是指對一個標(biāo)準(zhǔn)信號頻率經(jīng)過一系列算術(shù)運(yùn)算，產(chǎn)生具有相同精度和穩(wěn)定度的大量離散頻率的技術(shù)。直接數(shù)字頻率合成器由參考時鐘、相位累加器、正弦查詢表和D／A轉(zhuǎn)換器組成，原理見圖2所示。處理后數(shù)據(jù)送入單片機(jī)中。由單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算及故障檢測等工作：利用存貯器內(nèi)的成型表格，電容與WSL對比表，將WSL值轉(zhuǎn)換為對油箱燃油體積，以及由補(bǔ)償傳感器測得燃油密度，計算出燃油重量。

圖2 數(shù)字頻率合成原理

3 程序設(shè)計原理

程序結(jié)構(gòu)模塊化，并具有可管理的模塊；各模塊功能可單獨(dú)測試；程序設(shè)計易于修改，有詳盡的注釋功能說明接口說明；滿足系統(tǒng)功能測試需要,設(shè)計采用C 語言設(shè)計。

3.1 油量測量程序設(shè)計

將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行采樣，數(shù)字濾波等處理后，再經(jīng)過計算求出被測燃油量。具有溫度補(bǔ)償、密度計算功能,流程圖見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)處理程序流程圖

3.2 測量故障自檢程序設(shè)計

（1） 故障診斷、故障隔離和自動切換

對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和判斷，若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則發(fā)出故障代碼；同時對故障部分進(jìn)行隔離，并自動切換到備用通道。由于系統(tǒng)分為對稱的左右兩個分系統(tǒng)，若判斷出某一個分系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可臨時用另一正常的分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)值替代。

（2） 自動校準(zhǔn)功能

對飛機(jī)油箱空油時傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，實(shí)現(xiàn)不用加、放油即可進(jìn)行對各組油箱空油、滿油值的調(diào)整。

4 試驗(yàn)及試飛效果

全套數(shù)字式測量系統(tǒng)在某飛機(jī)地面設(shè)備檢測中心經(jīng)過系統(tǒng)聯(lián)試試驗(yàn)，符合設(shè)計要求。配套組裝在某型飛機(jī)供油系統(tǒng)上，經(jīng)過各個環(huán)境應(yīng)力條件下的飛行試驗(yàn)，燃油測量精度達(dá)到±1.8%，超出了原型機(jī)±4%的測量精度要求,大大提高了飛機(jī)的燃油測量精度。

[1]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,2000.

[2]柴寧.現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)燃油測量系統(tǒng)研究.大連:大連理工大學(xué),2005.

[3]劉炳民,佘士強(qiáng),鄭培華.單片機(jī)控制下的ARINC429總線通信與EL顯示.飛機(jī)設(shè)計,2003.

[4]高喜貴,錢飛.檢測技術(shù).西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.

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