飞机燃油测量传感器优化布局技术.pdf

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1、2015年11月第41卷第11期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsNovember2015V01．41No．11http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．ClIDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0745飞机燃油测量传感器优化布局技术袁梅“”，何一强1’3，董韶鹏1，牛奔1’3(1．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191；2．先进航空发动机协同创新中心，北京100191；3

2、．北京航空航天大学航空科学与技术国家实验室，北京100191)摘要：实时、准确地测量出飞机各油箱的剩余油量，对飞机飞行安全十分重要．为了提高飞机燃油的测量精度，设计了一种基于粒子群算法(PSO)的燃油测量传感器优化布局方法．首先，引入燃油实体的概念，建立了某机翼复杂、带隔断多腔油箱CAD模型及箱内燃油实体模型；其次，基于UnigraphicsNX(UG)二次开发，完成了飞机不同姿态下、复杂不规则多腔油箱燃油体积的解算；再次，提出了飞机油箱最大燃油可测区(LMR)的概念，并以此作为优化目标进行传感器优化布局；最后，引入可设置边界距离因子(BDF)，解

3、决了传感器布局时与油箱壁距离过近的问题．结果表明，该方法实现了多根燃油传感器的布局，可以不受油箱形状和大小的限制，有效避开了油箱内部的干涉区域，保证不同飞行姿态下油量测量的连续性，并使得飞机燃油的可测范围达到较高水平．关键词：飞机燃油测量；飞机油箱建模；燃油传感器优化布局；燃油体积解算；粒子群算法(PSO)中图分类号：TP29；V228．1文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)11—2036-08在飞机飞行过程中，实时、准确地测量出各个油箱的剩余油量，对保证飞行安全十分重要．有利于燃油系统的综合管理，确保飞机的重心保持在飞机所需要的

4、飞行范围内，改善飞行品质⋯．燃油测量传感器优化布局设计是提高燃油测量精度的一个重要手段．目前，飞机油量测量大多数采用电容式油位传感器，当飞行姿态发生变化时，可能会使得传感器全部浸没在油中或全部暴露在空气中，从而感受不到油面信号的变化，使测量失去连续性¨。-．这就要求传感器的布局要保证测量的连续性并尽可能地增加测量范围．国内在飞机燃油传感器优化布局技术上主要针对的是军用飞机，主要有3种方法：第1种采用的是实体剖分法口1；第2种采用多次计算优化目标选取最佳值的方法H⋯，但研究中没有对传感器布局的边界效应加以考虑；第3种采用改进的遗传算法对传感器进行优化

5、布局H1．在国外，主要是利用智能算法对传感器进行优化布局，如文献[8]开发了基于遗传算法的燃油体积测量传感器优化布局算法并申请了专利；文献[9-11]使用了神经网络的方法来进行燃油体积计算；但这两种算法都具有运行时间长、收敛速度慢的问题．文献[12]中有关于燃油系统的设计内容，但关于传感器优化布局的内容却涉及甚少．本文基于三维实体造型技术，建立了燃油实体模型，并提出了一种基于粒子群算法的燃油测量传感器优化算法，可以实现多根传感器的布局，在保证飞行姿态变化时燃油测量连续的情况下，使得燃油的可测范围达到较高水平，同时提高了优化布局的速度和燃油测量的准确

6、性．收稿日期：2014．12-01；录用日期：2014—12-26；网络出版时间：2015-034)310：08网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V，20150303．1008．002．htmlm通讯作者：袁梅(1967一)，女，江苏泰州人，副教授，yuanm@buaa．edu．Oil，主要研究方向为检测技术及自动化装置、计算机测控系统、先进传感技术、虚拟仪器技术、复杂系统健康监测技术．；f用格式：袁梅，何一强，董韶鹏，等．飞机燃油测量传感器优化布局技术fJJ．北京航空航天大学学报，2015，4101)

7、：2036—2043．YuanM，HeYQ，DongSP，eta1．Aircraftfuelmeasareu'lelltsensoroptimallayouttechnologyfJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(J1)：2036—2043(inChinese)，第11期袁梅，等：飞机燃油测量传感器优化布局技术20371“燃油实体模型”的建立油箱物理模型由蒙皮、隔板等结构构成，如图I所示，该物理模型即油箱的空腔模型．其内部还有管路、阀、泵等结构，在计算

8、燃油体积时，要对这些内部结构的体积给予非线性扣除¨2

9、．汕箱3汕箱二汕箱1【蒙应图1油箱物理模型示意图Fig．1Schem