一种飞机燃油输油顺序控制方法及其系统与流程

本发明涉及一种飞机燃油输油顺序控制方法及其系统，属于航空输油控制技术领域。

背景技术：

飞机重心是一个假设的点，假定飞机的重量都集中在这个点上并支撑起飞机，则飞机可保持平衡。飞机的俯仰、偏航、滚转三向转动都是围绕飞机重心进行的，重心对飞机操纵性、稳定性及飞行性能都会产生重要影响。飞机重心分为设计重心和实际重心，前者是固定的，通常位于升力矢量中心线、推力矢量中心线和交叉点附近以及机体中线上；而后者是变化的，无论是装载货物、油料消耗，还是收放起落架、发动机推力调节，均会造成实际重心发生变化，这个变化幅度必须控制在一定范围内。因此，民用飞机特别是货运飞机，在货物装机的时候必须经过统筹安排，让实际重心尽量和设计重心吻合，避免发生飞行失稳。

飞机燃油系统是飞机的重要组成部分，用于按预先设定的压力和流量连续可靠地向发动机供给燃油，同时要对分布于机身和机翼内各油箱的输油顺序进行严格控制，避免因油箱不按顺序输油而导致飞机重心发生显著偏离。传统的飞机燃油系统依靠油面信号器和输油控制阀联合工作来实现飞机输油顺序控制，受飞机姿态、风向气流等因素影响，油面信号器所采集数据往往不够准确，从而影响了飞机输油顺序的控制精度；由于每个油箱均要独立设置油面信号器，客观上增加了系统重量。由于各油面信号器的位置分散，且油面信号器的传感部件位于油箱内部，机务人员需要打开不同位置的蒙皮口盖和各油箱口盖才能进行检查维护，耗时耗力，不利于提高燃油系统可靠性和可维护性能。另外，当飞机发动机在空中发生故障时，往往会导致飞机一侧发动机推力减小乃至停推，此时推力矢量中心线会发生明显偏移，进而导致飞机实际重心相较于设计重心发生偏移，而飞机燃油系统依然按照正常输油顺序供给燃油，无形中给飞行员正确处置特情、平稳操纵飞机增加了难度。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种飞机燃油输油顺序控制方法及其系统，以解决现有技术中飞机输油顺序控制精度不高，以及飞机燃油系统重量大、可靠性不高、可维护性能差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种飞机燃油输油顺序控制方法，包括如下步骤：

获取飞机各油箱的耗油量；

基于所述耗油量求取飞机各油箱的剩油量；

基于飞机各油箱的剩油量，按预设逻辑控制各油箱对应供油路的通断。

进一步地，所述油箱包括中央油箱和机翼油箱；

所述预设逻辑包括：

将中央油箱剩油量与预设的中央油箱剩油量阈值进行比对；

响应于中央油箱剩油量不低于中央油箱剩油量阈值，接通中央油箱供油路，断开机翼油箱供油路；

响应于中央油箱剩油量低于中央油箱剩油量阈值，断开中央油箱供油路，接通机翼油箱供油路。

进一步地，所述油箱还包括机翼副油箱；

在接通机翼油箱供油路之前，所述预设逻辑还包括：接通机翼副油箱供油路，直至机翼副油箱剩油量低于预设的机翼副油箱剩油量阈值。

进一步地，接通机翼油箱供油路的方法，包括：

求取两侧机翼油箱剩油量的差值；

响应于所述差值大于预设的机翼油箱剩油量阈值，接通剩油量多一侧的机翼油箱供油路，断开剩油量少一侧的机翼油箱供油路。

进一步地，还包括：

获取发动机的工作状态，所述发动机不少于两台且分布于飞机两侧；

所述预设逻辑还包括：

响应于一侧发动机工作状态异常，接通同侧机翼油箱供油路，断开另一侧机翼油箱供油路，直至两侧机翼油箱剩油量的差值达到预设的应急阈值。

进一步地，所述工作状态包括发动机推力，所述工作状态异常包括发动机推力异常下降，所述应急阈值与发动机推力异常下降值成正比。

进一步地，任一供油路的断开时机延迟于对应供油路的接通时机。

为达到上述目的，本发明还提供了一种飞机燃油输油顺序控制系统，包括：

流量传感器：用于获取飞机各油箱的耗油量；

剩油量计算模块：用于基于所述耗油量提取飞机各油箱的剩油量；

中央控制处理器：用于基于飞机各油箱的剩油量，按预设逻辑控制各油箱对应供油路的通断。

进一步地，所述油箱包括中央油箱、机翼油箱，所述流量传感器不少于三个且集中分布，对应设于飞机各油箱供油路上。

进一步地，所述中央控制处理器与发动机工作状态采集装置电性连接。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)通过设于各油箱供油路上的流量传感器采集飞机各油箱的耗油量，再通过飞机各油箱的耗油量求取飞机各油箱的剩油量。由于供油路位于飞机各油箱之外，因而通过合理规划供油管路走向的方式，可以使各供油管路集中交汇于机身某一区域，设于各供油管路上的流量传感器和输油控制阀均集中分布于该交汇区域，机务人员只需打开该交汇区域的蒙皮口盖，即可对所有流量传感器和输油控制阀进行集中维护，更换机件快速便捷，大大提高了可维护性能。

(2)流量传感器中设有转子组件，在供油路中燃油推动下发生转动，再由霍尔元件输出相应的脉冲信号以表征耗油量。利用安装于供油管路上的流量传感器来监测飞机各油箱的耗油量，相较于目前利用安装于飞机各油箱内的各油面信号器来监测飞机各油箱的剩油量，具有重量轻、结构简单、可靠性高、不易受飞机姿态和飞行状态影响、测量精度高的优点。

(3)以飞机各油箱剩油量和发动机工作状态同时作为飞机燃油输油顺序控制的判据，在因发动机推力异常下降导致飞机实际重心严重偏离设计重心的特殊情况下，通过接通故障侧机翼油箱供油路、断开非故障侧机翼油箱供油路的控制逻辑，优先供应故障侧机翼油箱内的燃油，使故障侧机翼重量下降从而与该侧发动机推力相适应，以达到修正飞机实际重心、消除偏航扭矩的目的，更有利于飞行员保持飞机姿态和平稳操纵飞机。

(4)在判定发动机工作状态正常的情况下，当中央油箱剩油量高于中央油箱剩油量阈值时，接通中央油箱供油路并断开机翼油箱供油路，以优先供应中央油箱内的燃油；当中央油箱剩油量低于中央油箱剩油量阈值时，断开中央油箱供油路并接通机翼油箱供油路，当机翼油箱剩油量接近某个临界值时，再接通中央油箱供油路，如此往复，从而避免机身与机翼连接处的结构应力过大，影响飞机的结构强度。

(5)充分考虑了加挂副油箱的特殊情形，优先将机身副油箱、机翼副油箱依次耗尽，再按预设逻辑控制中央油箱和机翼油箱对应供油路的通断。基于该控制逻辑，不仅用于民用飞机，还用于可挂载副油箱的军用飞机，进一步增强了本发明方法及其系统的适用性。

附图说明

图1是本发明方法实施例的流程示意图；

图2是本发明方法实施例中机翼油箱的供油逻辑示意图；

图3是本发明方法实施例中加挂副油箱时的供油逻辑示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明具体实施方式提供了一种飞机燃油输油顺序控制方法，如图1所示，是本发明方法实施例的流程示意图，包括如下步骤：

步骤一，通过设于飞机各油箱供油路上的流量传感器获取飞机各油箱的耗油量。流量传感器由铜阀体、转子组件、稳流组件和霍尔元件等组成，当供油路处于接通状态时，供油路中的燃油流经转子组件，磁性转子发生转动，并且转速随着流量呈线性变化，霍尔元件输出相应的脉冲信号，信号接收端根据脉冲信号便可求取对应油箱的耗油量。本实施例中，飞机设有中央油箱、机翼油箱，中央油箱分布于机身，机翼油箱分布于左右机翼，各油箱通过对应的供油路与发动机连通，各供油路上除了设有流量传感器外，还对应设有输油控制阀，其输入端与机载的中央控制处理器电性连接，起到接通或断开供油路的作用。输油控制阀接通或断开供油路的判据，来自于步骤二中所求取的飞机各油箱的剩油量，以及步骤三中所采集到的发动机工作状态。

步骤二，基于耗油量求取飞机各油箱的剩油量。具体算法如下：

l剩＝l初-l耗，

式中，l剩为油箱的剩油量。l初为油箱的初始油量，在机务人员对油箱加满油时，为飞机油箱的设计容量；当机务人员未对油箱加满油时，l初＝l剩′ l加′，其中，l剩′为飞机上一架次落地后油箱的剩油量，l加′为飞机上一架次落地后油箱的加油量。l耗为油箱的耗油量，即前述步骤一中通过流量传感器获取的。

步骤三，通过发动机工作状态采集装置获取发动机的工作状态。为提高飞机的飞行安全性能，避免因发动机故障导致飞机动力急剧下降乃至完全失去动力，现代飞机通常装配有多台发动机起到冗余作用。发动机数量通常为偶数，对称悬挂于飞机两侧机翼下。也有极少数型号飞机装配有3台发动机，其中一台装配于机身后部，该发动机所产生推力的方向位于飞机轴向轴线上，因而推力变化不会导致推力矢量中心线发生偏移；另外两台对称悬挂于飞机两侧机翼，当该两台发动机推力非同步增大或减小时，会造成推力矢量中心线发生明显偏移。发动机工作状态采集装置包括转速传感器、滑油传感器、温度传感器、油门位置传感器等。通常情况下，油门位置传感器所采集的油门位置越大，发动机产生推力越大，对应的发动机转速、滑油压力、燃烧室温度也越大，成正比关系。当遭遇撞鸟、吸入外来物等特情时，会造成涡轮叶片变形、缺损、掉块，使发动机密封性能下降、转心发生偏离，因而在油门位置不变的条件下，会导致燃烧室温度降低、转子转速下降、滑油压力不稳定，最终的结果就是导致发动机推力异常下降。因此，发动机转速、温度、滑油压力是判断发动机推力的重要参数，上述三个参数也与油门位置相对应，根据发动机转速、温度、滑油压力、油门位置四个参数的对应关系，能够准确反映发动机的工作状态，即发动机推力情况。当该四个参数的对应关系显著异常时，意味着发动机工作状态异常，即发动机推力异常下降，也就是说，在对应油门位置条件下，发动机的实际推力显著小于理论推力。

一侧发动机推力异常下降，而另一侧发动机推力正常，会导致推力矢量中心线向推力正常发动机一侧偏离，如果此时飞机重心仍位于机体中线上，飞机在发动机推力作用下会产生偏航扭矩，对于飞行员保持飞机姿态、平稳操纵飞机极为不利。

步骤四，基于飞机各油箱剩油量和发动机工作状态，按预设逻辑控制各油箱对应供油路的通断。具体如下：

(1)如果判定一侧发动机工作状态异常，响应于该异常情况，接通同侧机翼油箱供油路，断开另一侧机翼油箱供油路，直至两侧机翼油箱剩油量的差值达到预设的应急阈值。例如，当左侧发动机推力异常下降时，此时右侧发动机推力相对较大，推力矢量中心线向右偏移，在左右两侧机翼油箱剩油量基本相同的情况下，飞机在发动机推力作用下会产生向左偏航的扭矩。此时，响应于左侧发动机推力异常下降，接通左侧机翼油箱供油路，断开右侧机翼油箱供油路，飞机实际重心因左侧机翼油箱持续供油而导致向右偏移，从而部分抵消左偏航扭矩。当飞机实际重心与推力矢量中心线相重合时，左偏航扭矩完全抵消。在此状态下，右侧机翼油箱剩油量显著大于左侧机翼油箱剩油量，两者间的差值即为应急阈值。接着，左右侧机翼油箱的供油路等间隔交替通断，以使两者剩油量差值维持在应急阈值附近。需要说明的是，应急阈值并非恒定不变，而是与工作状态异常程度呈正比，即发动机推力异常下降值越大，应急阈值越大，从而完全抵消偏航扭矩。

在两侧机翼油箱剩油量的差值首次达到预设的应急阈值之后，本实施例还提供了另一种控制逻辑，即如图1所示，接通中央油箱供油路，并同时断开左右两侧机翼油箱供油路，进入如下的步骤(2)，与步骤(2)的区别在于，在断开中央油箱供油路、接通机翼油箱供油路的工作状态下，将左右两侧机翼油箱剩油量差值始终维持在应急阈值附近。

针对两侧发动机同时发生异常的极特殊情况，中央控制处理器在同时接收到两侧发动机异常的信号后，其处理策略是：通过飞机上的航向陀螺仪获取飞机的偏航扭矩，再根据偏航扭矩判定应当优先消耗的油箱内燃油，再向对应的输油控制阀发送控制信号。当偏航扭矩向左时，接通左侧机翼油箱供油路，断开右侧机翼油箱供油路；当偏航扭矩向右时，接通右侧机翼油箱供油路，断开左侧机翼油箱供油路，从而起到抵消偏航扭矩的目的。

(2)如果判定发动机工作状态正常，将中央油箱剩油量与预设的中央油箱剩油量阈值进行比对，响应于中央油箱剩油量不低于中央油箱剩油量阈值，接通中央油箱供油路，断开机翼油箱供油路；响应于中央油箱剩油量低于中央油箱剩油量阈值，断开中央油箱供油路，接通机翼油箱供油路。之所以优先消耗中央油箱燃油，其原因在于，飞机升力主要产生于机翼，机身所产生升力较小，优先消耗中央油箱燃油，有利于尽早减轻机身重量，使机身纵向受力矢量和与机翼纵向受力矢量和趋于一致，从而消除机身与机翼连接处的结构应力。中央油箱剩油量阈值通常不设为0，当中央油箱剩油量低于中央油箱剩油量阈值时，开始消耗机翼油箱燃油，当机翼油箱剩油量接近某个临界值时，再接通中央油箱供油路，如此往复，从而避免机身与机翼连接处的结构应力过大，影响飞机的结构强度。中央油箱剩油量阈值通常设置为其满载油量的10％～30％之间，以利于最大限度地确保机身与机翼连接处的结构应力保持平衡。

(3)在接通机翼油箱供油路的情况下，机翼油箱的供油逻辑如图2所示，具体如下：首先，左右两侧机翼油箱供油路均处于接通状态，同时向发动机供油；接着，实时求取两侧机翼油箱剩油量的差值，受各种因素影响，两侧机翼油箱的供油速率会有所不同；然后，当所述差值大于预设的机翼油箱剩油量阈值时，继续维持接通剩油量较多一侧的机翼油箱供油路，同时断开剩油量少一侧的机翼油箱供油路，以避免左右两侧机翼油箱剩油量相差过大，从而造成飞机实际重心偏移。

(4)本实施例还考虑了加挂副油箱的情形，飞机副油箱通常应用于航程较短、机动性高的中小型飞机，尤其是在军用飞机上应用较为普遍，当空中遇到敌情需要进行战斗时，飞行员会接通副油箱抛放电门抛放副油箱以减轻自重，从而大幅提高自身机动性能和近距格斗能力。由于副油箱可能随时抛弃，因而优先消耗副油箱燃油。副油箱包括机身副油箱和机翼副油箱，机身副油箱会加剧机身与机翼连接处的结构应力，通常不加挂，只有在远距离长途奔袭的情况下才加挂。图3所示，是本发明方法实施例中加挂副油箱时的供油逻辑示意图，供油逻辑具体为：首先，接通机身副油箱供油路，直至机身副油箱内燃油接近耗尽时，接通机翼副油箱供油路，由机翼副油箱向发动机供应燃油；然后，按照前述步骤(3)的供油逻辑交替接通左右两侧机翼副油箱的供油路，直至机翼副油箱剩油量低于预设的机翼副油箱剩油量阈值，该阈值通常接近于0；接着，按照前述步骤(2)的供油逻辑交替接通中央油箱和机翼油箱的供油路。

需要说明的是，在前述步骤(1)至(4)中，任一供油路断开时机延迟于对应供油路的接通时机，以避免向发动机供油中断，确保飞机各油箱连续可靠地向发动机供给燃油。该功能由机载的中央控制处理器进行控制，根据其内置的计时器实时获取时钟参数，基于精确的时钟参数向对应供油路上的输油控制阀发送触发信号，从而实现对应供油路的断开或接通控制。本实施例中，任一供油路断开时机至少延迟于对应供油路接通5秒以上，以避免由于供油不连续造成发动机空中停车。

本发明具体实施方式提供了一种飞机燃油输油顺序控制系统，本发明系统用于实现前述发明方法，所述系统包括中央控制处理器，所述中央控制处理器与飞机各油箱供油路上的流量传感器、输油控制阀以及发动机工作状态采集装置电性连接，所述中央控制处理器内部署有剩油量计算模块、发动机工作状态判定模块、供油逻辑模块。所述油箱包括中央油箱、左机翼油箱、右机翼油箱，以及军用中小型飞机特殊情况下可能加挂的机身副油箱、机翼副油箱。具体如下：

流量传感器：设于飞机各油箱供油路上，根据所流经的燃油量发出与耗油量所对应的脉冲信号，传输至剩油量计算模块。

剩油量计算模块：与各流量传感器电性连接，预置有飞机各油箱的初始油量l初，将所接收的脉冲信号换算成飞机各油箱的耗油量l耗，求取飞机各油箱的剩油量l剩＝l初-l耗。

发动机工作状态判定模块：与发动机工作状态采集装置电性连接，用于接收来自于发动机工作状态采集装置的发动机转速、温度、滑油压力、油门位置等参数，从而判定发动机的工作状态是否正常，以及发动机工作状态异常情形下的发动机推力异常下降值。

供油逻辑模块：分别与剩油量计算模块、发动机工作状态判定模块、输油控制阀电性连接，基于剩油量计算模块求取的飞机各油箱剩油量和发动机工作状态判定模块判定的发动机工作状态，按前述发明方法的供油逻辑向飞机各油箱供油路上的输油控制阀发送控制信号，从而控制各油箱对应供油路的通断。

输油控制阀：设于飞机各油箱供油路上，与供油逻辑模块电性连接，用于接收供油逻辑模块发送的控制指令，接通或断开飞机各油箱的供油路。

本实施例中，可通过合理规划飞机各油箱的供油管路，使各供油管路集中交汇于某一区域，前述流量传感器和输油控制阀均设于该交汇区域的对应供油管路上，以利于进行集中维护，提高其可维护性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。