基于LabW indows/CVI的飛機(jī)燃油系統(tǒng)的虛擬仿真

付 瑋，賈秋玲，王靖宇

（西北工業(yè)大學(xué) 陜西 西安 710129）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，飛機(jī)燃油系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究中的應(yīng)用日臻成熟，通過(guò)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(dòng)飛機(jī)機(jī)載系統(tǒng)向一體化方向發(fā)展[1]。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、可靠性是飛機(jī)安全及經(jīng)濟(jì)飛行的重要保障。因此對(duì)燃油系統(tǒng)的研究和仿真，對(duì)未來(lái)飛機(jī)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(chǔ)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(jī)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(chǔ)備量計(jì)算和顯示[4]。

通常，對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行仿真要按照一定的算法進(jìn)行[3]，需大量的計(jì)算，再運(yùn)用各種不同的軟件對(duì)其進(jìn)行仿真[1，4-5]，這樣無(wú)疑增加了工作量，并且增添了難度。本文運(yùn)用Labwindows/CVI軟件對(duì)飛機(jī)燃油系統(tǒng)的加油，放油，供輸油過(guò)程進(jìn)行了仿真。該軟件功能強(qiáng)大，可獨(dú)立完成仿真設(shè)計(jì)，有效的避免了因?yàn)槭褂枚喾N仿真軟件帶來(lái)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(duì)燃油系統(tǒng)管理界面進(jìn)行了模擬，實(shí)現(xiàn)了油量的動(dòng)態(tài)輸入輸出以及變化和控制，還對(duì)燃油系統(tǒng)的管理和控制進(jìn)行了模擬。

該仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能主要有：

壓力加油（包括手動(dòng)和自動(dòng)加油），使用加油管理界面控制加油閥門(mén)。自動(dòng)加油時(shí)，通過(guò)管理界面控制，計(jì)算機(jī)根據(jù)指定函數(shù)對(duì)燃油進(jìn)行分配。當(dāng)加油開(kāi)始時(shí)，控制面板上顯示對(duì)應(yīng)油箱油量和油箱加油閥門(mén)狀態(tài)，另一界面顯示加油過(guò)程和油量信息。

輸供油，可以使用閥門(mén)管理界面控制對(duì)應(yīng)的燃油泵和閥門(mén)。以飛機(jī)油箱構(gòu)型為基礎(chǔ)，實(shí)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(kāi)交輸閥進(jìn)行交輸供油。

地面放油，使用管理界面控制放油閥門(mén)，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(duì)壓力放油進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。

2 燃油系統(tǒng)的控制仿真設(shè)計(jì)

2.1 燃油仿真系統(tǒng)操作界面的設(shè)計(jì)

操作界面設(shè)計(jì)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(jī)燃油系統(tǒng)的仿真操作程序由4個(gè)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(dòng)加油過(guò)程仿真

默認(rèn)設(shè)置左主油箱，中央油箱，右主油箱自動(dòng)加油速度比例為1:1:1，3個(gè)油箱同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)加油操作。

自動(dòng)加油過(guò)程操作為：先開(kāi)加油泵，三位開(kāi)關(guān)置為REFUEL，點(diǎn)擊紅色自動(dòng)加油按鈕，就開(kāi)始自動(dòng)加油，如圖3所示。

圖3 自動(dòng)加油過(guò)程顯示Fig.3 Automatic refueling process

2.3 手動(dòng)加油過(guò)程仿真

開(kāi)啟手動(dòng)加油開(kāi)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(jìn)行手動(dòng)加油操作。相應(yīng)油箱油量值動(dòng)態(tài)改變，當(dāng)油箱油量到達(dá)期望油量后，關(guān)閉手動(dòng)加油開(kāi)關(guān)，相應(yīng)油箱停止加油，手動(dòng)加油完成。

在仿真程序中設(shè)定當(dāng)油箱滿油時(shí)，相應(yīng)油箱的手動(dòng)加油開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉。

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

圖4 手動(dòng)加油過(guò)程顯示Fig.4 Manual refueling process

2.4 放油過(guò)程仿真

放油系統(tǒng)將燃油放出到加油臺(tái)。通常，用壓力放油將燃油從油箱中移出。通過(guò)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(kāi)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(gè)油箱同時(shí)放油。

開(kāi)啟油箱增壓泵與交輸伐，三位開(kāi)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(jìn)行放油操作。開(kāi)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(shí)，三位開(kāi)關(guān)置為OFF，放油結(jié)束。放油過(guò)程如圖5所示。

圖5 放油過(guò)程顯示Fig.5 Defueling process

2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)供油過(guò)程仿真

由主油箱和中央油箱為發(fā)動(dòng)機(jī)供油。在控制面板開(kāi)啟燃油泵和交輸閥門(mén)。左油箱為左發(fā)動(dòng)機(jī)供油，右油箱為右發(fā)動(dòng)機(jī)供油。

開(kāi)啟供油開(kāi)關(guān)，并開(kāi)啟相應(yīng)的增壓泵開(kāi)關(guān)，為相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)供油。進(jìn)行供油前，程序先判斷相應(yīng)機(jī)翼油箱油量是否滿足供油要求，若滿足，則開(kāi)始進(jìn)行供油。當(dāng)左右油箱燃油不足時(shí)，可使用中央油箱對(duì)左右油箱的油量進(jìn)行補(bǔ)充。

供油操作如下：開(kāi)啟“供油操作”開(kāi)關(guān)，打開(kāi)左、右油箱增壓泵且必要時(shí)可打開(kāi)交輸閥門(mén)，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)供油，如圖6所示。

當(dāng)某側(cè)增壓泵失效時(shí)，可開(kāi)啟交輸閥門(mén)，使用另一側(cè)油箱為該側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)供油。當(dāng)某側(cè)油箱兩個(gè)增壓泵其中之一失效時(shí)，正常工作的增壓泵會(huì)承擔(dān)失效增壓泵的功能繼續(xù)進(jìn)行供油操作，使燃油系統(tǒng)正常運(yùn)行。若中央油箱有一個(gè)增壓泵出現(xiàn)故障，可以開(kāi)啟中央油箱交輸閥，使用完好的增壓泵進(jìn)行對(duì)左右油箱的油量補(bǔ)充工作。

圖6 供油過(guò)程顯示Fig.6 Fuel feed process

3 編程語(yǔ)言與工作環(huán)境

該燃油系統(tǒng)仿真使用的編程語(yǔ)言為L(zhǎng)abWindows/CVI，它是National Instruments公司推出的交互式C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)。他的集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫(kù)函數(shù)大大增加了語(yǔ)言的功能，為熟悉C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。鑒于LabWindows/CVI的上述特點(diǎn)，它已經(jīng)成為測(cè)控領(lǐng)域最受歡迎的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)之一，在我國(guó)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(yùn)行的，對(duì)LabWindows/CVI中自帶的控件進(jìn)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(kāi)關(guān)控件，RING循環(huán)控件，DECORATION裝飾控件，PICTURE圖片控件，TIMER定時(shí)器控件，CANVAS畫(huà)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(duì)其中一些控件進(jìn)行回調(diào)函數(shù)編寫(xiě)，以達(dá)到對(duì)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(yùn)用，設(shè)計(jì)時(shí)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(gè)油箱的燃油量，以方便進(jìn)行放油、供油和輸油等控制過(guò)程，無(wú)需進(jìn)行加油過(guò)程后再運(yùn)行上述幾個(gè)控制過(guò)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(duì)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(huì)和“油量預(yù)置”中的所設(shè)值相同。也可以直接進(jìn)行滿油量設(shè)置，點(diǎn)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(shí)際的工作原理和相關(guān)參數(shù)，運(yùn)用Labwindows/CVI軟件對(duì)飛機(jī)燃油系統(tǒng)的地面加油，放油，供輸油過(guò)程進(jìn)行了虛擬動(dòng)態(tài)仿真，有效的避免了因?yàn)槭褂枚喾N仿真軟件帶來(lái)的不便。仿真結(jié)果表明，該仿真系統(tǒng)能比較真實(shí)地反映飛機(jī)燃油系統(tǒng)的實(shí)際工作過(guò)程，結(jié)果與實(shí)際狀況基本吻合，效果良好。

[1]周宇穗，賈秋玲.飛機(jī)燃油管理系統(tǒng)仿真研究[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)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(guó).飛機(jī)燃油系統(tǒng)計(jì)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(jī)燃油系統(tǒng)功能仿真分析[J].航空計(jì)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(kāi)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(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[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(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

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