CN101210839A - 飞行器油量测量误差修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器油量测量误差修正方法，包括发动机耗油率的计算及修正、油量传感器测量误差的确定、油量测量误差的修正三个步骤。应用本发明的飞行器油量测量误差修正方法，既可以满足理论计算难以达到的精度要求、消除理论计算带来的累积误差，又避免了由于其他干扰因素造成油量传感器的偶然测量误差，使飞行器的剩余油量测量更加准确，飞行速度可以进行精确设定，使飞行过程更加安全可靠。

Description

飞行器油量测量误差修正方法

技术领域

本发明属于航空技术领域，具体地说涉及一种飞行器油量测量误差的修正方法。

背景技术

对于续航时间比较长的无人机，可收集比较完整的情报信息，还可提供比卫星更为详细的情况，而且飞行轨迹比以空间为基础的卫星系统要灵活的多，所以这种无人机目前已经成为各国重点发展的目标。

由于这一类无人机的特点，决定了其必须携带大量的燃油才能满足任务需求。譬如美国的大型高空远程无人机“全球鹰”，其起飞总重11612Kg，最大燃油重量6577Kg，燃油重量占全机重量的56％以上；再如美国的中高空远程无人机“捕食者”，其起飞总重3175Kg，最大燃油重量1588Kg，燃油重量占全机重量的50％。大载油量一方面满足了任务需求，另一方面也带来了无人机使用方面的一些问题。为了保证飞行安全，在不同的飞行重量下，必须选择合适的飞行速度，以保持飞机的飞行姿态在合适的迎角范围内。对于长时间飞行的无人机，燃油重量所占比重较大，因此在满油状态和空机状态时飞行重量差别很大，对应的飞行速度量值也相差较大。为了选择合适的飞行速度，必须对飞机的剩余油量进行准确的测量、计算。

目前，可以通过两种方法来确定机上的剩余油量，一种是通过推算的方法，另一种是通过油量传感器直接测量。采用推算的方法可以省去油量传感器，只要把地面试验结果或理论计算结果存储在飞控计算机中，以供控制软件调用；采用油量传感器可以直接测量剩余油量，使用起来较为方便。但是这两种方法都有其固有的缺点，在实际使用过程中难以得到准确的剩余油量。第一种方法需要做大量的地面试验，这样不仅需要耗费大量的财力、人力，而且飞机在空中飞行状态较多，通过地面实验很难一一对各种状态的发动机工作状态进行试验，所以通过这种方式不可能得到很全面的数据；而通过计算虽然可以得到各种情况下发动机的耗油率，但是据目前的研究状况而言，计算结果并不十分准确，长时间使用推算结果，容易产生较大的累积误差。第二种方法虽然较易实现，但是油量传感器对于环境因素比较敏感，燃油品质、温度等因素都会对测量结果造成较大误差，而且飞机姿态、油箱形状也会造成测量结果的跳变，从而造成飞行安全隐患。

当前无人机的迅猛发展，对于如何精确的控制无人机提出了更高的要求，为了适应这一发展趋势，需要对于以上两种油量测量方法进行改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有理论计算方法和传感器测量方法分别单独使用所具有的不确定性，提供一种油量测量误差修正的方法，采用计算法与传感器直接测量法相结合，通过相互校验，准确的确定了不同阶段飞机的剩余油量，提高了飞机安全性和可靠性。

本发明提供的油量测量误差修正方法包括3个步骤，即发动机耗油率的计算及修正、油量传感器测量误差的确定、油量测量误差的修正。

步骤一、发动机耗油率的计算及修正。选择几种工作状态，采用理论分析方法计算飞行器在这几种工作状态下的耗油率；通过地面台架试验，实测各种工作状态下的耗油率。比较理论分析计算和地面台架试验结果，对理论计算方法进行修正。

步骤二、油量传感器测量误差的确定。通过地面试验测量出不同使用条件下油量传感器的测量误差，确定出最大油量测量误差。

步骤三、油量测量误差的修正。将步骤一中得到的修正后的理论计算方法、步骤二中获得的最大油量测量误差装订到飞控计算机；飞控计算机根据飞行器飞行的剩余油量来确定飞行速度V；通过理论估算值和传感器测量值的比较进行互相的修正，使飞机可以根据准确的剩余油量值来确定飞行速度。

应用本发明的飞行器油量测量误差修正方法，既可以满足理论计算难以达到的精度要求、消除理论计算带来的累积误差，又避免了由于其他干扰因素造成油量传感器的偶然测量误差，使飞行器的剩余油量测量更加准确，飞行速度可以进行精确设定，使飞行过程更加安全可靠。

附图说明

图1是本发明误差修正方法的修正流程图；

图2是实际使用过程中飞行器剩余油量的估算值曲线图；

图3是实际使用过程中飞行器剩余油量的测量值曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是提供一种飞行器油量测量误差修正方法，根据单独使用理论计算方法对剩余油量计算存在的累积误差和单独使用传感器对油量测量存在的偶然误差，而提出来的一种修正方法。如图2所示的是实际使用过程中飞行器剩余油量的估算值曲线，图3所示的是实际使用过程中的飞行器剩余油量测量值曲线图，由图3可以看出，在初始阶段，油量传感器的测量值产生了较大的跳变，可判断出油量传感器所提供的测量值是明显错误的，此时认为估算值与真实值接近，因此按照估算值确定飞行速度。经过一段飞行时间后，测量值与估算值基本吻合，飞行速度重新按照测量值确定，并用测量值对估算值进行修正。根据这样的修正原理，本发明所提供的油量测量误差修正方法通过如下步骤实现：

步骤一：发动机耗油率的计算及修正。包括如下步骤：

(1)选取一组典型的发动机工作状态，采用一种理论计算方法求取这一组典型的发动机中每种工作状态下的耗油率q_i；

(2)通过地面台架试验，实测这一组典型的发动机在每种工作状态下的耗油率q_i′；

(3)比较理论计算和地面台架试验两种方法得到的耗油率结果q_i和q_i′，并以地面台架获得的耗油率q_i′为基准对理论计算方法进行修正，直到使用理论计算得到的耗油率q_i结果与地面台架实验的耗油率q_i′结果相符，得到修正的理论计算方法；

(4)将修正后的理论计算方法装订到飞控计算机，以备修正油量传感器测量值使用。

步骤二：油量传感器测量误差的确定。即通过地面台试验，获得油量传感器的最大油量测量误差，包括如下步骤：

(1)将已知重量为m_i的燃油加入油箱；

(2)根据油量传感器使用条件，调整飞机姿态、燃油品质、温度等因素，测量出不同使用条件下油量传感器测量得到的燃油重量m_i′；

(3)计算不同条件下的油量传感器油量测量误差Δe_i，Δe_i＝|m_i-m_i′|，确定出最大油量测量误差Δe，Δe＝Max(Δe_i)；

(4)将最大油量测量误差Δe装订到飞控计算机，作为油量传感器失效的判断依据。

步骤三：油量测量误差的修正，修正流程如图1所示：

(1)飞机起飞前将燃油初始重量值m₀装订到飞控计算机；

(2)飞控计算机根据燃油初始值m₀选择飞行速度V；

(3)间隔一定的飞行时间Δt后，根据飞机飞行高度、速度、节风门、螺旋桨桨距等参数，采用步骤一中得到的修正后的理论计算方法可以确定对应的耗油率q，进而根据公式

        m_估＝m₀-q×Δt

估算出机上燃油的剩余质量m_估；

(4)读取机上油量传感器的剩余油量测量值m_测；计算m_估与m_测的差值Δm，Δm＝|m_估-m_测|；

(5)若Δm≤Δe，则令m₀＝m_测，根据m_测确定飞行速度V；

(6)若Δm＞Δe，则令m₀＝m_估，根据m_估确定飞行速度V；

(7)重复(3)～(6)步，就可以准确的获得飞行器在不同时刻的飞行重量，实现对飞机飞行速度的选择。

实施例：下面通过具体实施例数据来进一步说明本发明提供的油量测量修正方法，如图2和图3所示的是某次飞行过程中的飞行器剩余油量测量估算值和测量值的曲线图，采用两个油量传感器(型号分别为GUC-61/1、GUC-61/2)对耗油量进行实时监测，具体步骤为：

步骤一：发动机耗油率的计算及修正，选择几种工作状态，采用理论分析方法计算飞行器在这几种工作状态下的耗油率；通过地面台架试验，实测各种工作状态下的耗油率；比较理论分析计算和地面台架试验结果，对理论计算方法进行修正。得到修正后的理论计算方法，将修正后的理论计算方法装订到飞控计算机，以备修正油量传感器测量值使用。

步骤二：油量传感器测量误差的确定；在地面试验中通过油量传感器测量出不同使用条件下油量传感器的测量误差，确定出最大油量测量误差Δe＝50kg，将最大油量测量误差Δe装订到飞控计算机，作为油量传感器失效的判断依据。

步骤三：油量测量误差的修正。

1)将飞机起飞前的燃油初始重量m₀＝260kg装订到飞控计算机；

2)初始1s时刻，油量传感器发生了跳变，如图3所示，根据燃油初始重量m₀＝260kg选择飞行速度V；

3)经过0.5小时后，根据飞行高度、速度、节风门和螺旋桨桨距等数据，根据步骤一中得到的修正的理论计算方法确定对应的耗油率为q＝14.5kg/h，则机上剩余油量的估算值：

           m_估＝m₀-q×Δt＝260-14.5×0.5＝252.75(kg)；

4)读取两个油量传感器的测量值m_测，m_测＝255Kg，如图3所示，计算m_估与m_测的差值Δm，Δm＝|m_估-m_测|＝|252.75-255|＝2.25(Kg)；

5)因为Δm＝2.25＜50，所以令m₀＝m_测＝255Kg，根据m_测＝255Kg确定飞行速度V；可以从图2中看到，此时油量估算值曲线上有一个小台阶，这是油量测量值对油量估算值进行的修正。

6)重复3)～5)步，就可以准确的确定出整个飞行过程中的飞行速度。在整个飞行过程中，油量测量值不断的对估算值进行修正，消除了估算值所带来的累积误差；而当油量测量值出现偶然跳变误差的时候，估算值又对测量值进行校正，消除了偶然误差，因此本发明提供的方法有效的提高了飞行器剩余油量测量的准确性，为无人机飞行速度的准确选择做好了准备。

Claims (2)

1.一种飞行器油量测量误差修正方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、发动机耗油率的计算及修正；选择几种工作状态，采用理论分析方法计算飞行器在这几种工作状态下的耗油率；通过地面台架试验，实测各工作状态下的耗油率；比较理论分析计算和地面台架试验结果，对理论计算方法进行修正。

步骤二、油量传感器测量误差的确定；通过地面试验测量出不同使用条件下油量传感器的测量误差，确定出最大油量测量误差。

步骤三、油量测量误差的修正；将步骤一中得到的修正后的理论计算方法、步骤二中获得的最大油量测量误差装订到飞控计算机；飞控计算机根据飞行器飞行的剩余油量来确定飞行速度V；通过理论估算值和传感器测量值的比较进行互相的修正，使飞机可以根据准确的剩余油量值来确定飞行速度。

2.根据权利要求1所述的飞行器油量测量误差修正方法，其特征在于所述的步骤三包括：

(a)飞机起飞前将修正后的油量理论计算方法、最大油量测量误差Δe、燃油初始值m₀装订到飞控计算机；

(b)飞控计算机根据燃油初始值m₀选择飞行速度V；

(c)间隔一定的飞行时间Δt后，根据飞机飞行高度、速度、节风门、螺旋桨桨距等参数，采用修正后的理论计算方法可以确定对应的耗油率q，进而根据公式m_估＝m₀-q×Δt估算出机上燃油的剩余质量m_估；

(d)分别读取机上油量传感器的剩余油量测量值，取其平均值作为m_测；计算m_估与m_测的差值Δm，Δm＝|m_估-m_测|；

(e)若Δm≤Δe，则令m₀＝m_测，根据m_测确定飞行速度V；

(f)若Δm＞Δe，则令m₀＝m_估，根据m_估确定飞行速度V；

(g)重复(c)～(f)步，就可以准确的获得飞行器在不同时刻的飞行重量，实现对飞机飞行速度的确定。

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