飛機(jī)燃油測量系統(tǒng)設(shè)計誤差影響

文/李建俠 馮磊

1 傳感器的布置存在誤差原因分析

1.1 測量過程中存在的連續(xù)性

傳感器自身有著測量誤差和安裝誤差，這兩者是不可抗力因素，我們把這些因素先排除，就存在著測不到和測得到的差別，測得到是指傳感器能夠準(zhǔn)確的感受到油面的變化，測不到是指感受不到油面的變化，測得到的我們稱此為有效的傳感器，測不到的即為無效傳感器。有效的傳感器是把自己的一部分浸泡在燃油中，另一部分裸露在外面。如圖1所示。

無效的傳感器是把全部都浸泡在燃油中，這樣是無法測出油面變化的，因此這叫做無效的傳感器，如圖2所示。

由圖1和圖2對比可知，處于圖1狀態(tài)的油面?zhèn)鞲衅魇怯袦y量效果的。在飛機(jī)飛行的過程中，油面始終是發(fā)生變化的，主要影響因素有飛機(jī)的飛行姿態(tài)、燃油消耗以及油箱的結(jié)構(gòu)等等。在設(shè)計傳感器的時候，必須要保證飛機(jī)能夠在規(guī)定的姿態(tài)變化范圍內(nèi)發(fā)生變化，油箱內(nèi)必須要有一根傳感器是有效的狀態(tài)，即有效的傳感器把自己的一部分浸泡在燃油中，另一部分裸露在外面，這樣才能夠獲取油箱內(nèi)的油面高度變化信息，這就是油面測量的連續(xù)性要求。

1.2 測量過程中的不可測油量特點

傳感器安裝的位置由于受到限制，每一根傳感器都有不能夠測量的區(qū)域，也就是測量盲區(qū)，傳感器不管是朝哪邊設(shè)置，不可測量的油面都是存在的，并且如果不可測量的油量越大，存在的測量誤差就會越大。

我們把“測量的連續(xù)性”和“不可測油量”兩個因素相互結(jié)合就可以發(fā)現(xiàn)，想要保證測量的連續(xù)性，測量的精確程度是由兩部分組成的：

（1）在油箱最下端位置的傳感器底部不可測量油量。

（2）位于油箱的最高位置即頂端，不能夠測量油量。

想要保證測量油量過程的連續(xù)性，那么必須要保持傳感器的油箱最下端即油箱底部和油箱最高端即油箱頂部，最少要有一根傳感器在燃油中浸泡。由此可得，我們在設(shè)計傳感器的時候，應(yīng)該滿足兩個條件：第一不能測量油量的最小化，第二不能夠在固定的飛機(jī)飛行狀態(tài)中保證測量結(jié)果的連續(xù)性。這兩點都滿足的話才能夠?qū)崿F(xiàn)誤差最小化。

2 設(shè)計傳感器時測量油面精度的驗證

2.1 檢查油面的連續(xù)性

首先把傳感器的位置坐標(biāo)都傳導(dǎo)油箱的數(shù)學(xué)模型中，通過數(shù)學(xué)模型計算出最大的姿態(tài)角，用該平面對飛機(jī)油箱的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行切割，檢查是否有大面積的不可測區(qū)域。如圖3所示，如果陰影發(fā)生了變化，從圖3中明顯看出，位于左右兩端的1和2號傳感器都無法檢測到油面的高度，這就是測量過程中的不連續(xù)。

2.2 測量油面過程中精度的計算

在把傳感器的位置坐標(biāo)都傳導(dǎo)油箱的數(shù)學(xué)模型之后，給定油量和體積的比值，就能夠得出每根傳感器的測量高度，在這樣的高度中插入真值表，就能夠得出油箱中油的體積V2，因此可以計算出傳感器的誤差為V2減去V1的差值再除以V1。

用這種驗證方式的前提條件是必須建立在一定條件上的，這個條件就是我們需要假設(shè)油箱數(shù)學(xué)模型是絕對準(zhǔn)確的。利用這種驗證方式的好處是：能夠確認(rèn)布置的方案滿足測量的連續(xù)性；同時還要保證測量的連續(xù)性符合要求，這兩個條件都滿足之后就可以計算出真值表的精確程度。

3 飛機(jī)燃油測量系統(tǒng)產(chǎn)生誤差分析

通過上面的分析，我們可以得出結(jié)論，我們在設(shè)計傳感器的時候，應(yīng)該滿足兩個條件：

（1）不能測量油量的最小化。

（2）不能夠在固定的飛機(jī)飛行狀態(tài)中保證測量結(jié)果的連續(xù)性。

這兩點都滿足的話才能夠?qū)崿F(xiàn)誤差最小化。

在實際中影響飛機(jī)油箱的測量系統(tǒng)產(chǎn)生誤差的原因主要有三點：第一真值表的精確程度不可控；第二存在不可測油量；第三測量過程中無法保證測量的連續(xù)性。第一條在生成真值表的時候，我們是按照一個已經(jīng)簡化過的油箱的數(shù)學(xué)模型展開的，這個簡化模型和真實的模型之間還是存在著一定的差別，差別越小，真值表的數(shù)據(jù)就越密，真值表的誤差就會越來越小。在測量系統(tǒng)的精確程度過程中，如果發(fā)現(xiàn)了測量的精確程度無法達(dá)到基本要求，可能會影響到測量的結(jié)果時，就可以通過優(yōu)化油箱的模型，或者通過減少真值表的步長來提高測量的精確程度，來滿足測量的要求。第二條的不可測油量，主要產(chǎn)生的原因是油量傳感器的安裝，只有在方便安裝和方便拆卸的情況下才能夠減少傳感器的不可測油量的體積。其中第三條測量的連續(xù)性，必須要確定飛機(jī)的飛行姿態(tài)，只有這樣才能夠保證設(shè)計過程中這一條的測量精確度。

圖1：有效的傳感器

圖2：無效的傳感器

圖3