[发明专利]基于机体坐标系的油位测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要用于测量油箱横截面相对较大的飞行器燃油量的方法。

背景技术

现有技术为了描述飞机的运动状态，必须选择适当的坐标系。例如，飞机相对于地面的位置，就必须采用地面坐标系；飞机的转动用机体坐标系表示。固定在飞行器或者飞机上的遵循右手法则的三维正交直角坐标系称为机体坐标系，其原点位于飞行器的重心，OX轴位于飞行器参考平面内平行于机身轴线并指向飞行器前方，OY轴垂直于飞行器参考面并指向飞行器右方，OZ轴在参考面内垂直于XOY平面，指向航空器上方。燃油量是飞行器最大的可变重量，一般飞行器燃油量占全机重量的30％～60％之间，通过对飞行器中各个油箱燃油量的精确测量，可以对燃油在各油箱的分布进行调整，实现飞行器重心控制，确保飞行器重心保持在所允许范围之内，而飞行器重心偏差对飞行性能影响巨大，轻则由于需要平尾配平增加飞行阻力，增加油耗，影响经济性，重则影响操稳，带来安全性问题。另一方面，精确的燃油量测量是实施科学飞行管理的需要。实时、准确测量油箱中的剩余油量可以精确计算飞行器续航时间，保证飞行器安全飞行；飞行前必须根据飞行任务制定加油量，如果油量测量误差大(小型飞机一般会达到几十公斤甚至上百公斤，大型民机一般会达到几百公斤甚至更多)，为了保证飞行安全不得不增加加油量，对飞机而言，会降低其有效载重量，航程和飞行半径；对大型民机而言，会降低飞行器载重，影响飞行经济性，据有关文献报道，燃油测量精度只要每提高0.5％，就可以至少增加2～3名乘客。

目前，国内外最常见的飞行器燃油量测量方式为：首先依据油箱之间燃油的串通性能及翼肋的密封性能对整个油箱进行分块，各块油量之和即为总油量；再对每块通过遍布于不同部位的线性电容式油量传感器(以下简称油量传感器)测量油面高度，然后查询表征油面高度、燃油量等对应关系的燃油油量曲线，最后经插值解算、信息后处理得到油量测量结果。根据测量原理可知，油量高度和燃油油量曲线是获取油量的主要依据。传统的测量方法中，油量高度是通过油量传感器的浸油高度直接获得的，燃油油量曲线主要是通过地面试验台结合机上的实际情况进行加放油获得。然后通过浸油高度查询通过试验获得的油量曲线得到实际油量。为了保证各种常见飞行姿态下通过油量传感器获得有效、稳定、高精度的油面高度值，除了要提高油量传感器本身可靠性和测量精度，确定合理的油箱内油量传感器布置方式以外，更重要的是需要一种合理准确的测量技术。综上所述，现有技术的油量测量通过地面试验获取数据库精度较差，在飞行器有飞行姿态的情况下油量测量误差较大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的油量测量技术通过地面试验获取数据库精度较差，在飞行器有飞行姿态的情况下油量测量误差较大的不足之处，提供一种稳定、可靠，能够提高飞行中油量测量的精度，基于机体坐标系下将油量传感器数字化，查询更为详细的数据库，进而提高测量精度的油位测量方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种基于机体坐标系的油位测量方法，其特征在于包括如下步骤：在计算机平台中，建立包括姿态信息的燃油质量特性数据库，为简化燃油质量特性数据库，创建一条垂直于XY平面并称之为虚拟传感器的直线；然后将测量过程中各个线性电容式油量传感器(以下简称油量传感器)等效为直线，同时通过油量传感器的安装位置，建立基于机体坐标系的虚拟传感器直线方程，再通过大于3个布置于不同部位的油量传感器测量浸油油面高度，结合油面角测量，获取油面上三个点的坐标，得到油面姿态角和油面方程，采用油面方程和虚拟传感器直线方程获取线面的交点坐标，然后通过查询已经建立的燃油质量特性数据库表征油面高度、油面角与燃油量对应关系，最后经三维线性插值解算得到油量测量结果，而获得油箱内的油量。

本发明相比于传统的测量方法，具有如下有益效果：

1.获取质量特性数据库的成本较低。本发明通过油面方程和虚拟传感器直线方程得到线面的交点坐标，以此虚拟传感器的浸油高度获取油箱内的油量，经油量传感器的高精度以及合理的布置，可以准确的测量出油面高度和油面角信息。通过建立包括姿态信息的燃油质量特性数据库，并尽量的简化数据库使其数据量尽量小，可便于硬件实现。通过计算机对油液模型进行小步长切片获取一种状态下的数据库，可以减少地面的加放油试验获取油量曲线的工作量，同时获取数据库的精度也会有较大提高，因为计算机获取有效减小了加放油试验中各型计量设备的误差。