飞机耗油性能试验自动检测系统方案研究

史 强 王腾龙 邓启明 郭海利

（国营芜湖机械厂，芜湖 241007）

飞机燃油系统用来储存机载发动机需用的燃油，并在飞机允许的一切飞行状态和工作条件下，按一定的顺序向发动机不间断供给规定压力的流量燃油[1]，提供维持飞机飞行的动力和各系统正常工作的能量。飞机发动机无法获得稳定压力的燃油供给时会出现异常，甚至导致飞机坠毁。为了保证飞机燃油系统的可靠性，进而保证飞行安全，飞机在完成制造或大修后，均需要经过模拟耗油顺序试验来检验燃油系统的性能。燃油系统耗油性能试验的目的是检测机上的阀门、油泵、油位传感器、油量传感器等各类机电产品的工作性能和工作时机是否符合设计要求。燃油系统耗油性能试验传统的试验数据需要手工记录，不仅费时费力，而且在试验过程中会受到信号间断等影响。当试验数据没有观察或记录造成异议时，需要反复试验[2]。基于地面数据的自动采集、分析、记录和处理，开展飞机燃油系统耗油性能试验，可以有效提高试验的效率、可靠性和可追溯性。目前，飞机燃油系统耗油性能试验的自动测试系统需求迫切，应用前景广阔。

1 耗油性能试验方案

1.1 典型飞机燃油系统组成

飞机燃油系统的主要功能是保证飞机在所有工况下按规定的顺序从油箱向发动机稳定供油。按产品结构分类，典型的飞机燃油系统由12个燃油泵、10个油量传感器、16个压力变送器、16个液位传感器、若干个电动开关以及若干个电磁活组成。按功能分类，典型的飞机燃油系统由加油分系统、空中受油分系统、供油分系统、输油分系统、油量测量分系统、油箱增压和通气分系统等组成[3]。飞机在制造或者大修完成后，需要基于耗油顺序开展燃油系统耗油性能试验，通过加油、抽油等环节检查燃油系统各个分系统的性能，校准飞机油量和耗量指示精度。试验需要多设备协作，持续若干天，周期较长。

1.2 耗油性能检测方案设计

飞机燃油系统性能测试系统由燃油泵站硬件设备和软件平台两部分组成，设计方案如图1所示。燃油泵站用于保障飞机燃油系统性能试验时按照飞机实际的耗油顺序给飞机加油和抽油，能够满足飞机进行重力加油、压力加油和空中加油模拟试验对燃油流量和压力的需求，以及加入飞机油液污染度控制要求，主要包括飞机加油设备、飞机抽油设备和地下储油罐。燃油泵站具备燃油净化、燃油存储、燃油加注和燃油回收循环利用功能。软件平台是自动测试系统的核心，采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）实现智能控制和信息采集，通过现场总线对泵站系统各个机电附件进行自动控制，满足试验显示需求，主要包括飞机加油设备控制模块、飞机抽油设备控制模块、飞机总线解析应用模块和数据采集分析模块等。通过飞机总线解析应用模块访问飞机机电管理系统读取机载传感器数据。模块之间通过工厂工控网互联互通，实现试验的过程控制与数据采集分析。

图1 耗油性能自动测试系统设计方案

飞机抽油设备用于模拟飞机发动机时燃油消耗的过程，具有抽油、油量检测、压力检测和温度检测功能。它与飞机放油口连接，可将飞机内的燃油抽回油罐，实现试验燃油的回收。数据分析采集模块通过局域网与燃油泵站系统、飞机抽油设备进行实时通信，获取相关的参数信息。飞机抽油设备通过飞机航电总线与飞机机电管理系统通信，获取飞机燃油系统的相关参数信息，并对该类信息进行运算和逻辑判断，自动给出飞机耗油顺序试验是否符合设计要求以及飞机是否能够正常运行。

2 自动检测软件平台方案

2.1 检测数据采集方法

飞机燃油系统耗油性能地面测试涉及的主要设备为飞机加油设备和飞机抽油设备。两台设备试验数据的采集均采用PLC进行控制，通过局域网与工控网进行数据交换。数据分析采集模块使用用于制程控制的OLE（OLE for Process Control，OPC）服务器实时获取设备运行数据，并监控设备运行和健康状态，综合考虑设备监控需求和数据解析速度。数据采集刷新的时间间隔设置为100 ms。

2.2 飞机总线数据的获取和解析

典型飞机燃油系统数据由飞机机电管理系统进行管理和传输。因此，要获取飞机燃油系统数据，需要使用总线解析板卡的总线监视功能监控总线信息，并按照GJB289A总线协议解算成数据，然后根据系统ICD编码规则对具体参数赋予实际物理含义，同时使用程序进行固化[4-5]。

2.3 软件平台功能模块设计

飞机燃油系统耗油性能地面自动测试软件平台使用LabVIEW编写上位机程序，实现对数据的接收、处理，并最终显示在前面板，同时分析功能的实时性需求，将任务分成实时性任务和非实时性任务，通过建立多线程确保实时性任务的优先级[6-7]。软件平台是自动测试系统的核心，会直接影响用户对试验测试系统的体验和评价[8]。耗油性能地面自动测试软件平台根据自动测试系统的整体要求，为降低编程与维护难度，提高了软件的可读性和可移植性。耗油性能地面自动测试软件采用分级结构将软件功能划分子模块，分为初始化子模块、系统监控测试子模块、数据分析回放子模块。飞机燃油系统性能地面自动检测系统软件功能如图2所示。

图2 地面自动检测系统软件功能框图

软件平台设有权限，用户需要授权登录后才能进入启动初始化，而后进入人机界面。该界面包含多个不同的功能界面，可实现不同功能界面的切换。其中，软件平台主界面程序主要负责完成对硬件部分采集的数据进行处理、显示、存储和回放的功能，实现对总线数据的解析[9]。

软件平台主界面设计要求简洁直观，并能满足参数显示需求。设计方案选用多样化的展示方式，其中连续行的数值类数据采用波形图表的形式展示，布尔量采用指示灯展示，同时对界面做分区规划展示，实现同一位置展示类似功能的数据，重要的数据采用较大的字体展示。软件平台主界面设计方案，如图3所示。

图3 软件平台主界面设计方案

3 结语

飞机燃油系统耗油性能试验是飞机制造和大修过程中必须开展的检测试验，试验资源消耗巨大，危险性高，工序复杂，需要大量人员配合。基于硬件设备和软件平台的飞机燃油系统耗油性能地面自动检测方案，可以有效提高试验的效率、安全性、可靠性和可追溯性，是未来飞机维修保障的发展趋势[10]。耗油性能设计方案对地面试验设备的数字化和智能化提出了更高的需求，在实施过程充分利用了飞机机电系统的总线数据，为飞机燃油系统的健康监测提供了支撑，对飞机健康管理评估系统的设计与应用具有一定的借鉴意义。