付 瑋，賈秋玲，王靖宇

（西北工業(yè)大學(xué) 陜西 西安 710129）

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，飛機燃油系統(tǒng)的計算機仿真在系統(tǒng)設(shè)計與研究中的應(yīng)用日臻成熟，通過仿真可以降低系統(tǒng)研制的成本，提高與完善系統(tǒng)的性能，從而推動飛機機載系統(tǒng)向一體化方向發(fā)展[1]。

該系統(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)確性、可靠性是飛機安全及經(jīng)濟飛行的重要保障。因此對燃油系統(tǒng)的研究和仿真，對未來飛機的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義[1-2]。

燃油系統(tǒng)一般由以下子系統(tǒng)組成：燃油儲藏系統(tǒng)；加油系統(tǒng)；放油系統(tǒng)；供輸油系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)是飛機的核心子系統(tǒng)，可完成加、放油控制、供油控制、轉(zhuǎn)輸油控制以及燃油儲備量計算和顯示[4]。

通常，對燃油系統(tǒng)進行仿真要按照一定的算法進行[3]，需大量的計算，再運用各種不同的軟件對其進行仿真[1，4-5]，這樣無疑增加了工作量，并且增添了難度。本文運用Labwindows/CVI軟件對飛機燃油系統(tǒng)的加油，放油，供輸油過程進行了仿真。該軟件功能強大，可獨立完成仿真設(shè)計，有效的避免了因為使用多種仿真軟件帶來的不便。

1 燃油系統(tǒng)管理控制的模擬

該仿真系統(tǒng)除了對燃油系統(tǒng)管理界面進行了模擬，實現(xiàn)了油量的動態(tài)輸入輸出以及變化和控制，還對燃油系統(tǒng)的管理和控制進行了模擬。

該仿真系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要有：

壓力加油（包括手動和自動加油），使用加油管理界面控制加油閥門。自動加油時，通過管理界面控制，計算機根據(jù)指定函數(shù)對燃油進行分配。當(dāng)加油開始時，控制面板上顯示對應(yīng)油箱油量和油箱加油閥門狀態(tài)，另一界面顯示加油過程和油量信息。

輸供油，可以使用閥門管理界面控制對應(yīng)的燃油泵和閥門。以飛機油箱構(gòu)型為基礎(chǔ)，實行供輸油控制和顯示。交輸閥在正常情況下是關(guān)閉的，但在特定的情況下可以打開交輸閥進行交輸供油。

地面放油，使用管理界面控制放油閥門，增壓泵和交輸閥。地面放油分為壓力放油和抽吸放油。該仿真程序只對壓力放油進行了實現(xiàn)。

2 燃油系統(tǒng)的控制仿真設(shè)計

2.1 燃油仿真系統(tǒng)操作界面的設(shè)計

操作界面設(shè)計總體思路如圖1所示。

圖1 操作界面功能圖Fig.1 Function diagram of operation interface

該飛機燃油系統(tǒng)的仿真操作程序由4個操作和顯示界面組成，如圖2所示。

圖2 燃油系統(tǒng)操作界面總圖Fig.2 Operation interface chart of aircraft fuel system

2.2 自動加油過程仿真

默認(rèn)設(shè)置左主油箱，中央油箱，右主油箱自動加油速度比例為1:1:1，3個油箱同時進行自動加油操作。

自動加油過程操作為：先開加油泵，三位開關(guān)置為REFUEL，點擊紅色自動加油按鈕，就開始自動加油，如圖3所示。

圖3 自動加油過程顯示Fig.3 Automatic refueling process

2.3 手動加油過程仿真

開啟手動加油開關(guān)，首先獲取當(dāng)前油箱的剩余油量，若油箱剩余油量滿足油箱的容量限制條件，進行手動加油操作。相應(yīng)油箱油量值動態(tài)改變，當(dāng)油箱油量到達(dá)期望油量后，關(guān)閉手動加油開關(guān)，相應(yīng)油箱停止加油，手動加油完成。

在仿真程序中設(shè)定當(dāng)油箱滿油時，相應(yīng)油箱的手動加油開關(guān)自動關(guān)閉。

手動加油操作如下：首先打開加油泵，三位開關(guān)置為REFUEL，打開 LH TANK ，CT TANK 和 RH TANK，如圖 4所示。

圖4 手動加油過程顯示Fig.4 Manual refueling process

2.4 放油過程仿真

放油系統(tǒng)將燃油放出到加油臺。通常，用壓力放油將燃油從油箱中移出。通過這種方法，可以很快將任意油箱的燃油移出。在燃油面板打開主油箱增壓泵，使主油箱壓力放油。這里采用的是壓力放油的方式，并默認(rèn)3個油箱同時放油。

開啟油箱增壓泵與交輸伐，三位開關(guān)置為DEFUEL，獲取當(dāng)前油箱的剩余油量，若剩余油量滿足條件，則進行放油操作。開始放油后，油量不斷減少，當(dāng)油放完或者達(dá)到預(yù)定油量時，三位開關(guān)置為OFF，放油結(jié)束。放油過程如圖5所示。

圖5 放油過程顯示Fig.5 Defueling process

2.5 發(fā)動機供油過程仿真

由主油箱和中央油箱為發(fā)動機供油。在控制面板開啟燃油泵和交輸閥門。左油箱為左發(fā)動機供油，右油箱為右發(fā)動機供油。

開啟供油開關(guān)，并開啟相應(yīng)的增壓泵開關(guān)，為相應(yīng)發(fā)動機供油。進行供油前，程序先判斷相應(yīng)機翼油箱油量是否滿足供油要求，若滿足，則開始進行供油。當(dāng)左右油箱燃油不足時，可使用中央油箱對左右油箱的油量進行補充。

供油操作如下：開啟“供油操作”開關(guān)，打開左、右油箱增壓泵且必要時可打開交輸閥門，進行發(fā)動機供油，如圖6所示。

當(dāng)某側(cè)增壓泵失效時，可開啟交輸閥門，使用另一側(cè)油箱為該側(cè)發(fā)動機供油。當(dāng)某側(cè)油箱兩個增壓泵其中之一失效時，正常工作的增壓泵會承擔(dān)失效增壓泵的功能繼續(xù)進行供油操作，使燃油系統(tǒng)正常運行。若中央油箱有一個增壓泵出現(xiàn)故障，可以開啟中央油箱交輸閥，使用完好的增壓泵進行對左右油箱的油量補充工作。

圖6 供油過程顯示Fig.6 Fuel feed process

3 編程語言與工作環(huán)境

該燃油系統(tǒng)仿真使用的編程語言為LabWindows/CVI，它是National Instruments公司推出的交互式C語言開發(fā)平臺。他的集成化開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫函數(shù)大大增加了語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)人員提供了一個理想的軟件開發(fā)平臺。鑒于LabWindows/CVI的上述特點，它已經(jīng)成為測控領(lǐng)域最受歡迎的軟件開發(fā)平臺之一，在我國已經(jīng)得到了較為廣泛的使用[7-8]。

該燃油仿真系統(tǒng)是在LabWindows/CVI的環(huán)境下運行的，對LabWindows/CVI中自帶的控件進行了充分利用。包括NUMERIC數(shù)值顯示型控件，COMMAND BUTTON命令按鈕控件，TOGGLE BUTTON雙態(tài)型按鈕控件，LED燈控件，BINARY SWITCH二值開關(guān)控件，RING循環(huán)控件，DECORATION裝飾控件，PICTURE圖片控件，TIMER定時器控件，CANVAS畫布控件，以及SPLITTER控件等。

應(yīng)用上述控件構(gòu)成燃油仿真系統(tǒng)的主界面，并對其中一些控件進行回調(diào)函數(shù)編寫，以達(dá)到對燃油仿真系統(tǒng)的控制和操作。

4 其他功能

為了使該仿真系統(tǒng)能夠更加快捷的運用，設(shè)計時加入了燃油量的快捷設(shè)置功能。

此功能使操作者在油箱容量的范圍內(nèi)任意設(shè)置各個油箱的燃油量，以方便進行放油、供油和輸油等控制過程，無需進行加油過程后再運行上述幾個控制過程的仿真。如果需要設(shè)置燃油量，可以在圖7中的“油量預(yù)置”編輯框設(shè)置對應(yīng)油箱的燃油量，并確定，圖中的“油量顯示”編輯框中顯示的油量就會和“油量預(yù)置”中的所設(shè)值相同。也可以直接進行滿油量設(shè)置，點擊“滿油”，油箱即為滿油狀態(tài)。

圖7 油量預(yù)置界面圖Fig.7 Preseting interface chart

5 結(jié) 論

文中結(jié)合實際的工作原理和相關(guān)參數(shù)，運用Labwindows/CVI軟件對飛機燃油系統(tǒng)的地面加油，放油，供輸油過程進行了虛擬動態(tài)仿真，有效的避免了因為使用多種仿真軟件帶來的不便。仿真結(jié)果表明，該仿真系統(tǒng)能比較真實地反映飛機燃油系統(tǒng)的實際工作過程，結(jié)果與實際狀況基本吻合，效果良好。

[1]周宇穗，賈秋玲.飛機燃油管理系統(tǒng)仿真研究[J].民用飛機設(shè)計與研究，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]蔣軍昌.飛機數(shù)字式燃油管理系統(tǒng)研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2002.

[3]呂亞國.飛機燃油系統(tǒng)計算研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2006.

[4]李彥江，劉永壽，姜志峰，等.飛機燃油系統(tǒng)功能仿真分析[J].航空計算技術(shù)，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]范開英.飛行模擬器燃油系統(tǒng)建模與仿真[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

[6]譚浩強.C程序設(shè)計[M].4版.北京:清華大學(xué)出版社，2010.

[7]史君成，張淑偉，律淑珍.LabWindows虛擬儀器設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[8]孫曉云.基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設(shè)計與應(yīng)用[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2010.