一种燃油油面测量方法与流程

1.本发明属于航空技术领域，具体涉及一种燃油油面测量方法。


背景技术：

2.电容式油量测量系统需要利用油面角与电容传感器浸油高度来测算油箱内剩余油量。
3.目前实际应用的测量燃油油面角方法如下:通过飞机姿态及过载信息推算油面角信息，飞机过载信息一般为x、y、z三个方向的过载系数(y方向不包含重力系数)，过载系数由飞机系统通过总线向燃油测量处理器提供，此种方法是间接获取燃油油面角，当飞机匀速飞行时，该种方法获取的油面角比较可靠，但当飞机加速度较大时,油面会产生晃动，且油面角变化会滞后于飞机过载信息的变化，飞机的过载信息不能代表油箱内实际的油面角。


技术实现要素：

4.本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种燃油油面测量方法，解决了通过飞机过载信息判断油面角的滞后问题，最大程度消除了因油面晃动带来的测量误差。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
6.一种燃油油面测量方法，油箱内布置多根油量传感器，所述油量传感器为电容式油量传感器；所述测量方法包括：
7.s1，获取飞机过载信息，根据所述飞机过载信息得到理想状态下的油面角；所述飞机过载信息包含：飞机滚转角、俯仰角以及三轴加速度；
8.s2，对于任意三个可组成三点面的三个油量传感器，根据其组成的三点面计算油面角，得到多个油面角信息；
9.s3，根据所述飞机过载信息去除多个油面角信息中误差大于预设值的信息，得到多个有效油面角信息；
10.s4，将所述多个有效油面角信息按照对应的三点面面积进行从大到小的排序，分别得到前n个三点面对应的油面角；
11.s5，对所述前n个三点面对应的油面角求平均值，得到最终的油面角。
12.本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
13.(1)s2具体为：
14.s21，获取任意三个可组成三点面的三个油量传感器的油位信息点的坐标为(x1、y1、z1)、(x2、y2、z2)和(x3、y3、z3)，所述油位信息点的坐标为相对于飞机坐标系的坐标；
15.s22，首先由三个油位信息点的坐标确定油平面方程为：
[0016][0017]
式中：(x、y、z)为油平面上任意一点坐标值；
[0018]
将其转化为点法式方程为：
[0019][0020]
将所述点法式方程转化为平面点法式方程标准形式：
[0021]
a(x
‑
x1) b(y
‑
y1) c(z
‑
z1)＝0
[0022]
式中：
[0023]
(x1、y1、z1)为油平面上一已知油量传感器的油位信息点的坐标，(a、b、c)为油平面的法矢量；
[0024]
s23，根据上述公式求出油面角为：
[0025][0026]
式中，α、β分别表示油面滚转角和俯仰角。
[0027]
(2)s21，获取任意三个可组成三点面的三个油量传感器的油位信息点的坐标，具体为：对于一个油量传感器，
[0028]
将其设置在油箱内，则该油量传感器的顶端坐标和底端坐标已知；
[0029]
确定油箱满油时该油量传感器的满油电容值，以及油箱空油时该油量传感器的空油电容值；
[0030]
确定飞行状态下油箱内燃油处于任意界面时该油量传感器的当前电容值；
[0031]
根据其当前电容值与满油电容值的比值及油量传感器底端与顶端的坐标点，确定当前油量传感器的感应高度，进而求出当前油面与油量传感器交点a的坐标，作为油量传感器的油位信息点的坐标。
[0032]
(3)根据其当前电容值与满油电容值的比值及油量传感器底端与顶端的坐标点，确定当前油量传感器的感应高度，具体为：
[0033]
确定飞行状态下油箱内燃油处于任意界面时该油量传感器的当前电容值：
[0034][0035]
部分浸油时电容增值为：
[0036][0037]
由上式得当前油量传感器的感应高度h的计算公式为：
[0038][0039]
式中：c为油量传感器电容量，e为真空介电常数，k为油量传感器内外极管间介质的相对介电常数，l为油量传感器长度，b为油量传感器电容外极管半径，a为油量传感器电容内极管半径，c
a
为油量传感器完全未浸油时的电容值。
[0040]
(4)确定当前油量传感器的感应高度，进而求出当前油面与油量传感器交点a的坐标，作为油量传感器的油位信息点的坐标，具体为：
[0041][0042]
式中：
[0043]
x
c1
、y
c1
、z
c1
—油量传感器最高感受点坐标；
[0044]
x
c2
、y
c2
、z
c2
—油量传感器最低感受点坐标；
[0045]
x
ca
、y
ca
、z
ca
—油量传感器轴线与燃油油平面交点的坐标；
[0046]
h—油量传感器感应油面高度；
[0047]
l—油量传感器可感受部分长度。
[0048]
(5)s3，具体为：将任意油面角信息与飞机过载信息对比，去除油面角信息与飞机过载信息误差大于
±
5度的油面角信息。
[0049]
(6)s1，获取飞机过载信息，根据所述飞机过载信息得到理想状态下的油面角，具体为：
[0050]
飞机过载角：
[0051][0052][0053]
式中，n
x
表示飞机x向过载系数，与飞行速度方向相反为正；n
y
表示飞机y向过载系数，向上为正；n
z
表示飞机z向过载系数，顺航向向右为正；
[0054]
油面角为飞机姿态角与过载角之和，则得到油面角计算公式为：
[0055]
α＝α
n
α
m
[0056]
β＝β
n
β
m
[0057]
式中：
[0058]
α、β分别为油面滚转角和俯仰角；
[0059]
α
m
、β
m
分别为飞机滚转角和俯仰角。
[0060]
(7)s4中，n大于或者等于5。
[0061]
本发明技术方案在原来通过过载信息判断油面角信息基础上做改变，先通过过载信息消除掉误差过大的油面角，然后根据三点面面积排序，取其面积前五的三点面测量的油面角求其平均值，有效的提高因为油面晃动带来的误差，解决了油面角滞后于测量值的问题。
附图说明
[0062]
图1为本发明实施例提供的过载方向及过载角求解示意图；
[0063]
图2为油量传感器感应高度与油平面求交示意图；
[0064]
图3为有效油位信息点选择论证示意图；
[0065]
图4为油箱传感器布局示意图；
[0066]
图5为传感器浸油示意图。
具体实施方式
[0067]
本发明实施例提供一种燃油油面测量方法，油箱内布置多根油量传感器，所述油量传感器为电容式油量传感器；所述测量方法包括：
[0068]
s1，获取飞机过载信息，根据所述飞机过载信息得到理想状态下的油面角；所述飞机过载信息包含：飞机滚转角、俯仰角以及三轴加速度；
[0069]
s1，获取飞机过载信息，根据所述飞机过载信息得到理想状态下的油面角，具体为：
[0070]
α
n
为纵向过载角，n
x
为负则α
n
为正(朝机头方向油面下降，机尾方向油面上升为正，反之为负)；
[0071]
β
n
为横向过载角，n
y
为正则β
n
为正(顺航向向右油面下降为正，反之为负)；
[0072]
由图1可以得到：飞机过载角：
[0073]
[0074][0075]
式中，n
x
表示飞机x向过载系数，与飞行速度方向相反为正；n
y
表示飞机y向过载系数，向上为正；n
z
表示飞机z向过载系数，顺航向向右为正；
[0076]
油面角为飞机姿态角与过载角之和，则得到油面角计算公式为：
[0077]
α＝α
n
α
m
[0078]
β＝β
n
β
m
[0079]
式中：
[0080]
α、β分别为油面滚转角和俯仰角；
[0081]
α
m
、β
m
分别为飞机滚转角和俯仰角。
[0082]
s2，对于任意三个可组成三点面的三个油量传感器，根据其组成的三点面计算油面角，得到多个油面角信息；
[0083]
s2具体为：
[0084]
s21，获取任意三个可组成三点面的三个油量传感器的油位信息点的坐标为(x1、y1、z1)、(x2、y2、z2)和(x3、y3、z3)，所述油位信息点的坐标为相对于飞机坐标系的坐标；
[0085]
获取任意三个可组成三点面的三个油量传感器的油位信息点的坐标，具体为：对于一个油量传感器，
[0086]
将其设置在油箱内，则该油量传感器的顶端坐标和底端坐标已知；
[0087]
确定油箱满油时该油量传感器的满油电容值，以及油箱空油时该油量传感器的空油电容值；
[0088]
确定飞行状态下油箱内燃油处于任意界面时该油量传感器的当前电容值；
[0089]
根据其当前电容值与满油电容值的比值及油量传感器底端与顶端的坐标点，确定当前油量传感器的感应高度，进而求出当前油面与油量传感器交点a的坐标，作为油量传感器的油位信息点的坐标。
[0090]
s22，首先由三个油位信息点的坐标确定油平面方程为：
[0091][0092]
式中：(x、y、z)为油平面上任意一点坐标值；
[0093]
将其转化为点法式方程为：
[0094][0095]
将所述点法式方程转化为平面点法式方程标准形式：
[0096]
a(x
‑
x1) b(y
‑
y1) c(z
‑
z1)＝0
[0097]
式中：
[0098]
(x1、y1、z1)为油平面上一已知油量传感器的油位信息点的坐标，(a、b、c)为油平面的法矢量；
[0099]
s23，根据上述公式求出油面角为：
[0100][0101]
式中，α、β分别表示油面滚转角和俯仰角。
[0102]
根据其当前电容值与满油电容值的比值及油量传感器底端与顶端的坐标点，确定当前油量传感器的感应高度，具体为：
[0103]
确定飞行状态下油箱内燃油处于任意界面时该油量传感器的当前电容值：
[0104][0105]
部分浸油时电容增值为：
[0106][0107]
由上式得当前油量传感器的感应高度h的计算公式为：
[0108][0109]
式中：c为油量传感器电容量，e为真空介电常数，k为油量传感器内外极管间介质的相对介电常数，l为油量传感器长度，b为油量传感器电容外极管半径，a为油量传感器电容内极管半径，c
a
为油量传感器完全未浸油时的电容值。
[0110]
确定当前油量传感器的感应高度，进而求出当前油面与油量传感器交点a的坐标，作为油量传感器的油位信息点的坐标，如图2所示，具体为：
[0111][0112]
式中：
[0113]
x
c1
、y
c1
、z
c1
—油量传感器最高感受点坐标；
[0114]
x
c2
、y
c2
、z
c2
—油量传感器最低感受点坐标；
[0115]
x
ca
、y
ca
、z
ca
—油量传感器轴线与燃油油平面交点的坐标；
[0116]
h—油量传感器感应油面高度；
[0117]
l—油量传感器可感受部分长度。
[0118]
以3个浸入燃油的油量传感器感知油位信息,当3个油量传感器与油面相交形成3个点位，可以根据3个点位推算油面角，如图3所示，当三点围成的面积较大时，油面高度测量误差对油面角解算结果影响较小，有利于提高测量精度。
[0119]
此种方法可以直接获取油面角，但油面不完全是一个平面，油面是晃动的，当油面起伏时，尤其在传感器附近有起伏时，油面角会测算不准，因此本发明通过多个油面角求均值，可以避免当某一个传感器不能浸入燃油的现象，不能形成3个测量油面的点，就无法用三点法测量油面的缺陷。
[0120]
s3，根据所述飞机过载信息去除多个油面角信息中误差大于预设值的信息，得到多个有效油面角信息；
[0121]
s3，具体为：将任意油面角信息与飞机过载信息对比，去除油面角信息与飞机过载信息误差大于
±
5度的油面角信息。
[0122]
s4，将所述多个有效油面角信息按照对应的三点面面积进行从大到小的排序，分别得到前n个三点面对应的油面角；
[0123]
s5，对所述前n个三点面对应的油面角求平均值，得到最终的油面角。
[0124]
当有多根传感器浸入燃油中，会形成多个三点面，先将各个三点面测量的油面角与飞机传来的过载信号做对比，当三点面测量的油面角与过载信号误差大于
±
5度时，这是因为该三点面传感器附近油面有晃动，此三点面测量的油面角误差较大，需排除该三点面，若剩下有效油位信息点组成的油面i大于等于5个，根据上述结论，三点形成的面积越大，因油面晃动带来的误差越小，将这几个三点形成的油面按照面积大小排序，取其中5个最大三点面面积对应的油面，分别计算5个三点面的对应油面角α
i
与β
i
，当0<i<5，则取这几个油面的平均值。
[0125]
本发明采用的三点油面角测量方法在如图4和图5的情况下仍然适用，总共有6个有效测量点位a1到a6，可以形成20个三点面组合，首先排除与飞机过载信息比较误差特别大的三点面，然后将剩下的平面按照面积大小排序，将面积前五的三点面求出的油面角求其平均值，可以有效消除因油面晃动带来的误差。相较于通过飞机过载信息推算油面角的方法，本发明采用油量传感器的直接感知油面，不存在油面变化滞后于飞机过载信息的问
题，通过油量传感器感知的油面角就是实时的油面角，可以减小在爬升、降落等加速度比较大的阶段时候的油量跳变。