飛機(jī)液壓油箱傳感器安裝位置變動(dòng)的可行性分析

劉政宏 金磊 范建博/航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

0 引言

液壓油箱油量測(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響飛行員對(duì)液壓執(zhí)行系統(tǒng)的操縱，必須保證其提供的是實(shí)際油箱油量[1]。液壓油箱的機(jī)上安裝應(yīng)執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且也要考慮傳感器相對(duì)油箱的位置，以保證飛行過程中任意盤旋角度下都不會(huì)出現(xiàn)低油位告警現(xiàn)象。

針對(duì)地勤人員反映液壓油箱油量測(cè)量傳感器因空間受限而拆裝困難問題，對(duì)油量測(cè)量傳感器移位的可行性進(jìn)行模擬計(jì)算及分析。

圖1 液壓油量測(cè)量系統(tǒng)工作原理

圖2 液壓油箱及傳感器安裝示意圖

1 油量測(cè)量傳感器工作原理

液壓油量測(cè)量系統(tǒng)中的傳感器為線性電容式油量傳感器[2-3]，靠法蘭盤安裝在液壓油箱頂部。油量傳感器頭部?jī)?nèi)加裝信號(hào)變換元件，將傳感器感受到的油箱油面高度變換為對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)后輸出至液壓油量信號(hào)變換器；液壓油量信號(hào)變換器對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并按飛機(jī)液壓油箱曲線進(jìn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，得到液壓油箱中的油量數(shù)據(jù)；同時(shí)通過總線將液壓油箱油量數(shù)據(jù)發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)指示/空勤告警系統(tǒng)進(jìn)行指示。其工作過程如圖1 所示。

2 液壓油量測(cè)量傳感器安裝位置

液壓油箱供存貯液壓油用[4]，其形狀近似為圓柱體，通過卡箍安裝于飛機(jī)15 框液壓艙內(nèi)，距飛機(jī)中心軸線157mm，油量測(cè)量傳感器位于油箱中心上部。液壓油箱總?cè)莘e為40L，正常加油量22L ～24L，液壓油箱及傳感器的安裝示意圖如圖2 所示。

3 油箱液位—容積（H-V）曲線

液壓油箱在機(jī)上處于水平安裝位置，在此狀態(tài)下，根據(jù)系統(tǒng)供油量需求及油箱尺寸，確定滿油位及低油位時(shí)液面相對(duì)傳感器的高度以及油箱加油液面相對(duì)傳感器高度的分析參數(shù)，如圖3 所示。

油箱為圓柱兩端加圓弧（弓形）端蓋油箱，端蓋詳見圖4，可見圓弧端蓋在弓高37mm 內(nèi)要轉(zhuǎn)換為圓柱段，其中有4.13mm 的圓柱段和10mm 的過渡段，其他為圓弧端蓋。為分析計(jì)算方便，對(duì)其進(jìn)行等效化處理，將圓弧形端蓋等效為直徑與油箱直徑相同且容積不變的圓柱形端蓋。等效過程中用到的圓柱體積公式、圓環(huán)體積公式及球體體積公式如下。

其中，r 為圓環(huán)截面圓半徑；R 為圓環(huán)體的最大截面圓半徑。

圖3 油箱油位分析圖

圖4 端蓋詳圖

其中，h 為弦高；r 為圓球半徑。

由式（1）～式（3）計(jì)算得到端蓋體積，用體積按式（1）計(jì)算出R 為150mm 時(shí)的h 為25.1mm，則液壓油箱等效為半徑R 為150mm、圓柱段高度b為580.2mm 的圓柱體油箱。

對(duì)于該液壓油箱，油量為零時(shí)對(duì)應(yīng)的油量測(cè)量傳感器零位高度H零為295mm；油量為最低油量6.5±0.50L 時(shí)對(duì)應(yīng)的油量測(cè)量傳感器最低油位告警高度H告警為235±3mm；油量為滿油油量22L 時(shí)對(duì)應(yīng)的油量測(cè)量傳感器高度H滿為142mm。

對(duì)于水平放置的圓柱體液壓油箱，其油量體積計(jì)算由油浸潤(rùn)的扇形面積乘以圓柱高度得出。設(shè)扇形對(duì)應(yīng)的圓心角的一半為θ，扇形面積由公式（4）計(jì)算，由公式（4）～（6）和圖3 則可計(jì)算油箱H-V[5]曲線。

根據(jù)圖3 中的弓形HFKE 等效后的矩形HH1K1K，可計(jì)算得到油箱H-V 曲線（見圖5），油箱油量隨著傳感器浸油高度的增加而增加。

4 傳感器移位分析

4.1 機(jī)上現(xiàn)有安裝情況

現(xiàn)在飛機(jī)在液壓油箱測(cè)量傳感器上方65mm 處增加一根燃油管，燃油管直徑φ 為104mm，油量測(cè)量傳感器安裝中心距燃油管中心51mm，油量測(cè)量傳感器安裝法蘭最小尺寸半徑為40mm，安裝相對(duì)位置如圖6 所示。由圖可知，油量測(cè)量傳感器與燃油管的投影重疊量為41mm，傳感器的拆裝高度需求為335mm，實(shí)際高度僅為65mm，因此油量測(cè)量傳感器無拆裝空間。

4.2 油量測(cè)量傳感器安裝位置的調(diào)整

為保證油量測(cè)量傳感器有足夠的維護(hù)空間，需對(duì)其安裝位置進(jìn)行調(diào)整。為此，在不改變液壓油箱位置的情況下，將油箱油量測(cè)量傳感器相對(duì)液壓油箱安裝位置重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，將傳感器逆航向右移110mm，更改前后的相對(duì)位置如圖7 所示。

4.3 傳感器移位后不同坡度角對(duì)油量測(cè)量的影響

在飛機(jī)巡航飛行時(shí)，液壓油箱中的油液液面幾乎不變，此時(shí)傳感器不會(huì)出現(xiàn)低油位告警現(xiàn)象[6]?，F(xiàn)考慮飛機(jī)在盤旋狀態(tài)下對(duì)傳感器測(cè)量值的影響（飛機(jī)盤旋時(shí)正常坡度角為30°，允許最大坡度角為60°），按坡度角范圍要求，對(duì)盤旋時(shí)油箱空間位置進(jìn)行模擬，盤旋時(shí)油箱姿態(tài)變化如圖8 所示。

圖5 油量與油量測(cè)量傳感器浸油高度的關(guān)系

圖6 油量傳感器拆裝空間示意

圖7 更改前后液壓油箱傳感器相對(duì)油箱的位置

圖8 盤旋時(shí)液壓油箱姿態(tài)變化（順時(shí)針右盤右傾，逆時(shí)針左盤左傾，順航向視圖）

圖9 各坡度下最低油量點(diǎn)不露出油面時(shí)所需的最低油量

根據(jù)理論公式，計(jì)算不同坡度角下最低油量告警點(diǎn)露出時(shí)所需的最小油量，結(jié)果如圖9 所示。

從圖9 可以看出：以15L 加油量來分析，改進(jìn)前，坡度在45°～60°范圍內(nèi)的左右盤旋狀態(tài)下，低油量告警信號(hào)會(huì)發(fā)出；改進(jìn)后，右盤旋時(shí)，坡度在27°～60°范圍內(nèi)的右盤旋狀態(tài)下，低油量告警信號(hào)會(huì)發(fā)出；左盤旋時(shí)低油量告警信號(hào)不會(huì)發(fā)出。以22L 加油量來分析，改進(jìn)前，坡度在0°～60°范圍內(nèi)的左右盤旋狀態(tài)下，低油量告警信號(hào)均不會(huì)發(fā)出；改進(jìn)后，右盤旋時(shí)，坡度在41°～60°范圍內(nèi)的右盤旋狀態(tài)下，低油量告警信號(hào)會(huì)發(fā)出；左盤旋時(shí)低油量告警信號(hào)不會(huì)發(fā)出。

因此，當(dāng)傳感器移位后，飛機(jī)的坡度角為41°～60°范圍內(nèi)時(shí)，右盤旋狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)低油量告警現(xiàn)象，影響飛行員的操縱判斷。

5 總結(jié)

根據(jù)上述理論分析計(jì)算，油箱油量測(cè)量傳感器相對(duì)油箱的安裝位置直接影響不同飛行姿態(tài)下的測(cè)量結(jié)果，甚至出現(xiàn)空中低油位告警現(xiàn)象，將對(duì)空勤人員正常執(zhí)行飛行任務(wù)產(chǎn)生較大影響。因此，液壓系統(tǒng)油量測(cè)量傳感器在油箱上的安裝位置應(yīng)符合飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)的設(shè)計(jì)要求，不能因周圍設(shè)備的影響而更改其在油箱上的安裝位置。