航空油量测量技术研究及其发展现状

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飞机在飞行过程中飞行姿态多变 ，精确地测 出各种飞行姿态下的油箱载油量，可以准确地计算飞机续航时间，保证安全返航。通过对飞机中各个燃油箱剩余油量的精确测量，有利于调整燃油在各油箱的分布，实现耗油顺序的优化，确保飞机重心调整 ，改善飞行品质：通过对飞机发动机滑油的实时监测，可以保证有足够的滑油输送到发动机各转动机件的轴承和传动齿轮的啮合处 ，实现润滑，减少机件的磨损，并带走摩擦所产生的热量和金属削2 J。因此，飞机油量测量在整个工作系统中起到了十分重要的作用。本文介绍了国内外航空油量测量技术的研究现状 。并提出了-些今后需要解决的问题1 液位传感器的研究近年来 .国内外飞机主要应用基于计算机技术的数字式油量测量系统，其工作原理如图 1所示。系统把各种姿态组合时的油箱特性曲线(油量与油面高度之间的关系)数据表预先存放在存贮器中，飞行时，传修改稿收到日期 ：2012-03-13。

第-作者单宝峰(1963-)，男，1996年毕业于东北大学机械设计及自动化专业，获硕士学位，教授；主要从事CAD/CAE/CAM技术的研究。

感器把测得的油面高度和姿态角等信息传给计算机 ，通过后台计算 ，就可以得 出油箱内的剩余油量 。其中液位传感器在整个油量测量系统中占据着十分重要的地位。

油面高度 1液位传感器 1信号变换姿态角 1角度传感器 叫 信号变换图 1 数罕式油量测量 系统组成示意图Fig.1 Schematic diagram of the composition of digitalmeasuring system for fuel volume1.1 液位传感器的研究现状第二次世界大战以后 ，电容式液位传感器在液位测量领域得到了广泛的应用。油量测量系统利用电容式液位传感器感受油面变化.把内极管制成油箱形状有关的成型剖面，使油量和体积之间的变化呈线性对应关系，并模拟电路进行测量和计算 。1960年 ，美国人 Jack Telerman首次申请了磁致伸缩位移传感器的专利权。20世纪 80年代，国外投入了大量 的人力和财力研究磁致伸缩式位移传感器.如美 国俄亥俄州的 Cincinnati大学微电子传感器实验室与 MENS中心联合研究的超磁致伸缩传感器 ，美国Iowa州立大学、日本海洋科技中心、瑞典的 FeredynAB公司 、英 国32 PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION VoL 34 No.4 April 2013器 -示 - 指航空油量测量技术研究及其发展现状 单宝峰，等的 Johnson Mathev公司等机构也都在进行此方面的研究。

在进行液位测量时.传感器内部的电子部件产生- 个电流询问”脉冲，此电流同时产生-磁场沿波导管内的感应线向下运行。下液位计管外配有浮子，此浮子随液位变化沿杆上下移动。由于浮子内安装有-组磁铁 ，所以浮子移动会产生-个磁常当电流磁场和浮子磁场相遇时。即产生波导扭曲”脉冲。从 询问”脉冲发出开始至返回脉冲被电子部件接收到所用的时间为-个脉冲周期 ，再结合扭曲波速就可得到移动距离，即液体变动的相对位置 J。

在过去二三十年间，超声波液位测量技术得到了长足的发展.正在逐渐取代传统的电容式液位传感器。

在进行液位测量时.由安装在飞机油箱底部的超声波探头按-定的方向与波束角度发出超声波脉冲，脉冲与液面接触就会发生反射，反射的脉冲被超声波探头采集并转换成电信号，电信号被输送给具有微处理功能的指示器，由其计算出超声波脉冲的反射时间，从而获取油箱液面高度。

国外传感器以采用电容式传感器为主，新机上开始应用超声波传感器，现在正在研发磁致伸缩传感器和光纤传感器等新型传感器。系统技术采用机电式系统和数字式系统，且以数字式系统为主。在高端产品上还应用余度技术、BT技术和补偿修正技术，使产品在测量精度和可靠性等方面有很大的提高。

我国对航空液位传感器的研究起步比较晚，20世纪 70年代才开始相关技术的跟踪与研究 ，并且研究工作仅限于个别厂所，此前仅限于简单的仿制与生产 。

国内传感器基本都采用电容式传感器，个别机种采用浮子式传感器。超声波传感器仍处于预研阶段，传感器技术和国外相比差距较大。系统技术也采用机电式系统和数字式系统。液位测量系统的技术水平与国外相近 ，但在测量精度 、稳定性、可靠性方面还有很大的差距Es]。

1.2 今后仍需研究的问题飞机飞行过 程 中燃 油 温度 最高 可达 到 250～350 oC，滑油温度最高可达到 170 qc。高温会改变油液的物理特性，从而对液位测量造成-定的影响。因此 ，未来在对液位传感器研究时必须充分考虑温度的影响。

① 飞机飞行时.油液温度变化会引起油液密度变化且温差变化很大。这会引起磁致伸缩传感器浮子在油液中的浸没程度受到油液密度变化的影响，导致测量结果不够精确，必须加以修正。

《自动化仪表》第34卷第4期 2013年4月② 超声波的传播速度是随温度变化而变化 的，而且随着传播距离的增加，超声波的声压和声强也会按指数规律衰减，这些因素都会对液位测量产生影响。

2 油量测量计算方法的研究飞机油量测量是-个十分复杂的过程。由于飞机飞行姿态多变，瞬时产生的俯仰角和横滚角会使计算过程变得相当复杂；而燃油箱和滑油箱的复杂结构 ，也直接影响计算结果的准确性。因此 ，对油量测量计算方法的研究是很有必要的。

2.1 油量测量计算方法的研究现状目前，国内外多采用数字式测量系统通过感知传感器的浸油深度 、飞行姿态角( ，卢)和三轴过载信息，计算出油液体积，再结合油液质量特性数据库来得到油量测量结果Lq J。

Schumacher and Daguia等 采 用 三 维 建 模 软 件Unign'aphics建立 x47A飞马无人机油箱模型 ，利用传感器输出浸油高度，利用姿态角信息建立油平面。并以油平面切割油箱模型 ，估算剩余油量n 军昌等基于 VBA控制 CATIA，在油面法线方向上生成-个液位传感器测量深度 h所在的垂直平面。该平面为油箱内的油液平面，以此平面切割油箱实体 ，利用 CATIA的分析功能，得到油液的质量特性数据 ；接着以-定的步长划分传感器的浸油深度 九和油平面 ，使其在可能的范围内变化；最后整理出油箱特性数据表格，再通过插值计算得到测量结果。段疙等人利用三维建模软件Unigraphics建立油箱模型 ，研究 了传感器的敷设位置方法以及传感器测量深度h和油箱剩余油液体积之间的对应关系，并提出了运用层切法”实现不规则形状油箱的测量 。

2.2 今后仍需研究的问题国内外学者所研究的油量测量计算方法大体-致 ，即利用计算机接收传感器的感应信息，然后结合油箱特性曲线，通过插值计算得出油量测量结果。但是 ，在计算过程中仍存在以下几个问题。

① 运用插值计算时，将油量 与h、 和JB的三元函数关系 厂(h， ，卢)作为-元函数处理，降低了计算精度。是否有更加适合的计算方法是今后需要研究的问题。

② 存贮器中各种姿态组合的油箱特性曲线需预先经过大量的试验获得，试验工作量大，需占用较多的存贮单元。如何有效简化大量的操作程序仍待解决。

(下转第 37页)33直驱风力发电并网变流器的控制策略研究 侯圣语。等形。由于采用虚拟磁链定 向的初始角度不确定 .会出现过大的冲击电流，所以在变流器启动之前，需要通过对电网电动势进行积分 .以便得到准确的虚拟电网磁链初始定向角。从电流的局部放大波形可以看出，文中所采用的控制算法实现了对变流器交流侧输入电流正