飞机油箱油量实时测量关键技术研究
发布时间：2021-07-30 07:16
随着航空业的发展,现代飞机载油量越来越多,油箱油量测量系统的重要性日益凸显。飞机油箱油量的测量对飞机的飞行安全有着直接影响,准确掌握油箱油量有助于飞行员合理制定和及时调整飞行计划,也有助于提高航程,增加飞机载荷,减少维护成本,提高经济效益。现代航空业的发展对油箱油量的准确测量提出了更高的要求,飞机油箱油量测量系统正在向数字化方向发展。飞机油箱的形状不规则,且飞行姿态的变化会造成测量姿态误差,给油箱油量的准确测量带来了很大困难。飞机油箱油量测量首先需建立油箱燃油体积特性数据表,再结合传感器测量的燃油液位及飞行姿态角,计算得到燃油体积。单液位传感器测量方式存在较大的测量盲区,在低油量情况下无法测量燃油液位,且测量盲区的范围随飞行姿态角的增大而增大,严重影响了油量测量的准确性与可靠性。此外,传统的切片叠加法计算油箱燃油体积特性的过程繁琐,计算量大。针对上述问题,本课题对飞机油箱油量实时测量关键技术进行了研究,对传感器布局进行了分析,制定多传感器采集方案,消除测量盲区,借助SolidWorks辅助开发,实现燃油体积特性数据的快速准确计算,在此基础上设计了一种基于STM32的多传感器飞机油箱油量...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１测量总体方案??飞机油箱油量测量系统的性能主要受两个因素影响
山东大学硕士学位论文???２．２姿态误差修正??２．２．１飞行姿态角??飞机飞行过程中，飞行姿态的变化会使飞机机体转过相应的角度，包括俯仰??角、滚转角以及航偏角，统称为飞行姿态角ｔ３１］。由于油箱固定在飞机上，所以也??会跟随飞机产生相应的姿态变化。??偏航角ｙａｗ：飞机机体绕ｚ轴旋转，机体ｙ轴在水平面上的投影相对于水平??面正北方向的夹角。??俯仰角ｐｉｔｃｈ：飞机机体绕ｘ轴旋转，机体ｙ轴相对于水平面的夹角。??滚转角ｒｏｌｌ：飞机机体绕ｙ轴旋转，机体ｘ轴相对于水平面的夹角。??其中偏航角对飞机油箱液位传感器与燃油液位的相对位置关系没有影响，不??会产生姿态误差。俯仰角与滚转角会造成飞机油箱液位传感器与燃油液位相对位??置的改变，产生姿态误差，对油量测量带来影响。??本课题以四棱柱油箱模型为例，对油箱油量测量技术进行研究。油箱上下底??面为全等的梯形，上底为３００ｍｍ，下底为６００ｍｍ，高为５００ｍｍ；四条侧棱互相??平行，均为５００ｍｍ。如下如所示，油箱绕ｘ轴转动得到的角度为俯仰角，绕ｙ轴??转动得到的角度为滚转角。油箱坐标系如图２－２所示。??疆??图２－２油箱坐标系??２．２．２测置亩区??飞机飞行过程中的机动动作会带来飞行姿态角的改变，固定在飞机上的油箱??也会随之发生姿态变化。在这个过程中，燃油液面与液位传感器的相对位置关系??８??
变化，严重时会出现测量盲区，导致传感器无法正确反映当前的液位变化??［３２－３３］。这种由飞行姿态导致的测量误差，称为姿态误差。飞行姿态角中的偏航角??不会导致燃油液面发生倾斜，造成姿态误差的是俯仰角与滚转角。??本设计采用的液位传感器的液位测量高度为传感器所在水平面与燃油液面??之间的垂直距离。当飞机油箱中燃油液位太低，燃油油量过少时，飞行姿态角可??能会导致传感器在空气中完全暴露，无法与燃油接触，此时液位传感器的测量值??一直为０。油箱中无法检测的这部分称为测量盲区。测量盲区如图２－３所示。??个ｚ??液位传感器盲区??图２－３测量盲区??测量盲区的范围与飞行姿态角的大小有着密切关系，通常，对于具有相同尺??寸外形的油箱来说，飞行姿态角越大，测量盲区的范围越大［３４＿３５］。液位传感器的??类型、安装位置、安装数量也对测量盲区有着重要影响。除此之外，尺寸外形不??同的油箱之间的测量盲区的情况也有着较大差异。因此，针对不同型号的飞机油??箱，需要单独对其进行姿态误差分析，合理安排传感器布局。??如图２－４所示，若液位传感器安装于油箱２号位置，当油箱中油量较少且油??箱保持水平状态时，传感器能够准确的测量出燃油液位高度。当油箱产生飞行姿??态角时，液位传感器与燃油完全脱离接触，测量数据始终为０。同样，３，４号位置??的液位传感器测量值也为０，只有位于１号位置的液位传感器能够准确反映当前??的液位高度变化情况。??由上述情况可知，对于油箱的不同液位情况，测量盲区出现的位置及范围是??不同的，仅在单一位置安装传感器会受到测量盲区的严重影响，难以实现对油箱??油量的准确测量。??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]制空作战飞机发动机发展历程及未来趋势[J]. 晏武英. 航空动力. 2020(01)
[2]无极性RS485接口集成电路的设计[J]. 段小军,罗小巧. 集成电路应用. 2019(11)
[3]浅谈Modbus协议在智能仪表中的实现路径[J]. 王新,王凤翔,王燕,郭学亮. 中国设备工程. 2019(19)
[4]基于SolidWorks的计算机辅助公差优化设计研究[J]. 赵方舟,罗大兵,陈达,王易红. 机械设计与制造. 2019(10)
[5]智能设备中的Modbus RTU协议开发与实现[J]. 马秋芳. 仪表技术. 2019(08)
[6]基于C919飞机的民机试飞测试系统配电设计研究[J]. 王双虎,吴晓辉. 工程技术研究. 2019(09)
[7]飞机燃油测量系统设计误差影响[J]. 李建侠,冯磊. 电子技术与软件工程. 2019(03)
[8]基于SolidWorks软件二次开发的齿轮零件参数化设计[J]. 目登臣,孙宝寿,黄吉平,刘韶华,刘忠洋. 机械制造. 2018(11)
[9]VB及SolidWorks二次开发在柱塞泵建模中的应用[J]. 杨馥霖,王喜洋,谢世聪,杨彦琳. 液压气动与密封. 2018(07)
[10]微型硅压阻式压力传感器研制[J]. 王永洪,张明义,高强,王鹏. 传感器与微系统. 2017(11)
博士论文
[1]基于光泄漏原理的光纤式飞机燃油液位测量方法研究[D]. 赵呈锐.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]基于FPGA的超声波液位检测系统关键技术研究[D]. 李泽.山东大学 2019
[2]飞机油箱油量测量技术研究[D]. 贾俊舒.电子科技大学 2018
[3]压阻式压力传感器测量系统的研究[D]. 张倩.东华大学 2018
[4]多传感器的飞机油箱燃油测量系统的研究[D]. 谭公礼.南京航空航天大学 2015
[5]航空燃油测量系统设计与实现[D]. 丛楠.电子科技大学 2014
[6]光纤式燃油液位测量系统的试验研究[D]. 黄昌尧.华中科技大学 2014
[7]飞机燃油质量特性计算研究及其软件开发[D]. 刘志杰.西北农林科技大学 2012
[8]基于磁致伸缩技术的飞机燃油测量系统研究[D]. 赵灿.南京航空航天大学 2007
本文编号：3310968
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１测量总体方案??飞机油箱油量测量系统的性能主要受两个因素影响
山东大学硕士学位论文???２．２姿态误差修正??２．２．１飞行姿态角??飞机飞行过程中，飞行姿态的变化会使飞机机体转过相应的角度，包括俯仰??角、滚转角以及航偏角，统称为飞行姿态角ｔ３１］。由于油箱固定在飞机上，所以也??会跟随飞机产生相应的姿态变化。??偏航角ｙａｗ：飞机机体绕ｚ轴旋转，机体ｙ轴在水平面上的投影相对于水平??面正北方向的夹角。??俯仰角ｐｉｔｃｈ：飞机机体绕ｘ轴旋转，机体ｙ轴相对于水平面的夹角。??滚转角ｒｏｌｌ：飞机机体绕ｙ轴旋转，机体ｘ轴相对于水平面的夹角。??其中偏航角对飞机油箱液位传感器与燃油液位的相对位置关系没有影响，不??会产生姿态误差。俯仰角与滚转角会造成飞机油箱液位传感器与燃油液位相对位??置的改变，产生姿态误差，对油量测量带来影响。??本课题以四棱柱油箱模型为例，对油箱油量测量技术进行研究。油箱上下底??面为全等的梯形，上底为３００ｍｍ，下底为６００ｍｍ，高为５００ｍｍ；四条侧棱互相??平行，均为５００ｍｍ。如下如所示，油箱绕ｘ轴转动得到的角度为俯仰角，绕ｙ轴??转动得到的角度为滚转角。油箱坐标系如图２－２所示。??疆??图２－２油箱坐标系??２．２．２测置亩区??飞机飞行过程中的机动动作会带来飞行姿态角的改变，固定在飞机上的油箱??也会随之发生姿态变化。在这个过程中，燃油液面与液位传感器的相对位置关系??８??
变化，严重时会出现测量盲区，导致传感器无法正确反映当前的液位变化??［３２－３３］。这种由飞行姿态导致的测量误差，称为姿态误差。飞行姿态角中的偏航角??不会导致燃油液面发生倾斜，造成姿态误差的是俯仰角与滚转角。??本设计采用的液位传感器的液位测量高度为传感器所在水平面与燃油液面??之间的垂直距离。当飞机油箱中燃油液位太低，燃油油量过少时，飞行姿态角可??能会导致传感器在空气中完全暴露，无法与燃油接触，此时液位传感器的测量值??一直为０。油箱中无法检测的这部分称为测量盲区。测量盲区如图２－３所示。??个ｚ??液位传感器盲区??图２－３测量盲区??测量盲区的范围与飞行姿态角的大小有着密切关系，通常，对于具有相同尺??寸外形的油箱来说，飞行姿态角越大，测量盲区的范围越大［３４＿３５］。液位传感器的??类型、安装位置、安装数量也对测量盲区有着重要影响。除此之外，尺寸外形不??同的油箱之间的测量盲区的情况也有着较大差异。因此，针对不同型号的飞机油??箱，需要单独对其进行姿态误差分析，合理安排传感器布局。??如图２－４所示，若液位传感器安装于油箱２号位置，当油箱中油量较少且油??箱保持水平状态时，传感器能够准确的测量出燃油液位高度。当油箱产生飞行姿??态角时，液位传感器与燃油完全脱离接触，测量数据始终为０。同样，３，４号位置??的液位传感器测量值也为０，只有位于１号位置的液位传感器能够准确反映当前??的液位高度变化情况。??由上述情况可知，对于油箱的不同液位情况，测量盲区出现的位置及范围是??不同的，仅在单一位置安装传感器会受到测量盲区的严重影响，难以实现对油箱??油量的准确测量。??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]制空作战飞机发动机发展历程及未来趋势[J]. 晏武英. 航空动力. 2020(01)
[2]无极性RS485接口集成电路的设计[J]. 段小军,罗小巧. 集成电路应用. 2019(11)
[3]浅谈Modbus协议在智能仪表中的实现路径[J]. 王新,王凤翔,王燕,郭学亮. 中国设备工程. 2019(19)
[4]基于SolidWorks的计算机辅助公差优化设计研究[J]. 赵方舟,罗大兵,陈达,王易红. 机械设计与制造. 2019(10)
[5]智能设备中的Modbus RTU协议开发与实现[J]. 马秋芳. 仪表技术. 2019(08)
[6]基于C919飞机的民机试飞测试系统配电设计研究[J]. 王双虎,吴晓辉. 工程技术研究. 2019(09)
[7]飞机燃油测量系统设计误差影响[J]. 李建侠,冯磊. 电子技术与软件工程. 2019(03)
[8]基于SolidWorks软件二次开发的齿轮零件参数化设计[J]. 目登臣,孙宝寿,黄吉平,刘韶华,刘忠洋. 机械制造. 2018(11)
[9]VB及SolidWorks二次开发在柱塞泵建模中的应用[J]. 杨馥霖,王喜洋,谢世聪,杨彦琳. 液压气动与密封. 2018(07)
[10]微型硅压阻式压力传感器研制[J]. 王永洪,张明义,高强,王鹏. 传感器与微系统. 2017(11)
博士论文
[1]基于光泄漏原理的光纤式飞机燃油液位测量方法研究[D]. 赵呈锐.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]基于FPGA的超声波液位检测系统关键技术研究[D]. 李泽.山东大学 2019
[2]飞机油箱油量测量技术研究[D]. 贾俊舒.电子科技大学 2018
[3]压阻式压力传感器测量系统的研究[D]. 张倩.东华大学 2018
[4]多传感器的飞机油箱燃油测量系统的研究[D]. 谭公礼.南京航空航天大学 2015
[5]航空燃油测量系统设计与实现[D]. 丛楠.电子科技大学 2014
[6]光纤式燃油液位测量系统的试验研究[D]. 黄昌尧.华中科技大学 2014
[7]飞机燃油质量特性计算研究及其软件开发[D]. 刘志杰.西北农林科技大学 2012
[8]基于磁致伸缩技术的飞机燃油测量系统研究[D]. 赵灿.南京航空航天大学 2007
本文编号：3310968
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