[發明專利]基于機體坐標系的油位測量方法

在審

• 申請號: 201410523136.0
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104296829A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 孫忠湖
• 申請（專利權）人: 四川泛華航空儀表電器有限公司
• 主分類號: G01F23/26
• 分類號: G01F23/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種主要用于測量油箱橫截面相對較大的飛行器燃油量的方法。

背景技術

現有技術為了描述飛機的運動狀態，必須選擇適當的坐標系。例如，飛機相對于地面的位置，就必須采用地面坐標系；飛機的轉動用機體坐標系表示。固定在飛行器或者飛機上的遵循右手法則的三維正交直角坐標系稱為機體坐標系，其原點位于飛行器的重心，OX軸位于飛行器參考平面內平行于機身軸線并指向飛行器前方，OY軸垂直于飛行器參考面并指向飛行器右方，OZ軸在參考面內垂直于XOY平面，指向航空器上方。燃油量是飛行器最大的可變重量，一般飛行器燃油量占全機重量的30％～60％之間，通過對飛行器中各個油箱燃油量的精確測量，可以對燃油在各油箱的分布進行調整，實現飛行器重心控制，確保飛行器重心保持在所允許范圍之內，而飛行器重心偏差對飛行性能影響巨大，輕則由于需要平尾配平增加飛行阻力，增加油耗，影響經濟性，重則影響操穩，帶來安全性問題。另一方面，精確的燃油量測量是實施科學飛行管理的需要。實時、準確測量油箱中的剩余油量可以精確計算飛行器續航時間，保證飛行器安全飛行；飛行前必須根據飛行任務制定加油量，如果油量測量誤差大(小型飛機一般會達到幾十公斤甚至上百公斤，大型民機一般會達到幾百公斤甚至更多)，為了保證飛行安全不得不增加加油量，對飛機而言，會降低其有效載重量，航程和飛行半徑；對大型民機而言，會降低飛行器載重，影響飛行經濟性，據有關文獻報道，燃油測量精度只要每提高0.5％，就可以至少增加2～3名乘客。

目前，國內外最常見的飛行器燃油量測量方式為：首先依據油箱之間燃油的串通性能及翼肋的密封性能對整個油箱進行分塊，各塊油量之和即為總油量；再對每塊通過遍布于不同部位的線性電容式油量傳感器(以下簡稱油量傳感器)測量油面高度，然后查詢表征油面高度、燃油量等對應關系的燃油油量曲線，最后經插值解算、信息后處理得到油量測量結果。根據測量原理可知，油量高度和燃油油量曲線是獲取油量的主要依據。傳統的測量方法中，油量高度是通過油量傳感器的浸油高度直接獲得的，燃油油量曲線主要是通過地面試驗臺結合機上的實際情況進行加放油獲得。然后通過浸油高度查詢通過試驗獲得的油量曲線得到實際油量。為了保證各種常見飛行姿態下通過油量傳感器獲得有效、穩定、高精度的油面高度值，除了要提高油量傳感器本身可靠性和測量精度，確定合理的油箱內油量傳感器布置方式以外，更重要的是需要一種合理準確的測量技術。綜上所述，現有技術的油量測量通過地面試驗獲取數據庫精度較差，在飛行器有飛行姿態的情況下油量測量誤差較大。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的油量測量技術通過地面試驗獲取數據庫精度較差，在飛行器有飛行姿態的情況下油量測量誤差較大的不足之處，提供一種穩定、可靠，能夠提高飛行中油量測量的精度，基于機體坐標系下將油量傳感器數字化，查詢更為詳細的數據庫，進而提高測量精度的油位測量方法。

本發明的上述目的可以通過以下措施來達到，一種基于機體坐標系的油位測量方法，其特征在于包括如下步驟：在計算機平臺中，建立包括姿態信息的燃油質量特性數據庫，為簡化燃油質量特性數據庫，創建一條垂直于XY平面并稱之為虛擬傳感器的直線；然后將測量過程中各個線性電容式油量傳感器(以下簡稱油量傳感器)等效為直線，同時通過油量傳感器的安裝位置，建立基于機體坐標系的虛擬傳感器直線方程，再通過大于3個布置于不同部位的油量傳感器測量浸油油面高度，結合油面角測量，獲取油面上三個點的坐標，得到油面姿態角和油面方程，采用油面方程和虛擬傳感器直線方程獲取線面的交點坐標，然后通過查詢已經建立的燃油質量特性數據庫表征油面高度、油面角與燃油量對應關系，最后經三維線性插值解算得到油量測量結果，而獲得油箱內的油量。

本發明相比于傳統的測量方法，具有如下有益效果：

1.獲取質量特性數據庫的成本較低。本發明通過油面方程和虛擬傳感器直線方程得到線面的交點坐標，以此虛擬傳感器的浸油高度獲取油箱內的油量，經油量傳感器的高精度以及合理的布置，可以準確的測量出油面高度和油面角信息。通過建立包括姿態信息的燃油質量特性數據庫，并盡量的簡化數據庫使其數據量盡量小，可便于硬件實現。通過計算機對油液模型進行小步長切片獲取一種狀態下的數據庫，可以減少地面的加放油試驗獲取油量曲線的工作量，同時獲取數據庫的精度也會有較大提高，因為計算機獲取有效減小了加放油試驗中各型計量設備的誤差。