Паливовимірювальна система літака середньомагістральних ліній. Дослідження додаткових температурних похибок паливомірної системи і шляхів їх компенсації

дипломная работа

Паливоміри літаків ЦА

На літаках ЦА встановлені паливоміри різних типів і модифікацій, які відрізняються своїми технічними і метрологічними характеристиками. Переглянемо деякі з них.

Паливомір типу СЕПС (СЭТС):

показує вірно тільки в горизонтальному польоті;

основна похибка паливоміра не більше 5%, сумарна похибка в робочих умовах не більше 8% від номінального значення шкали показуючого приладу;

електрична ємність датчиків вимірюється вимірювальним мостом змінного струму, що живиться напругою з частотою 400 Гц.;

- врівноваження мосту здійснюється по одній складовій механічно електродвигуном. Перевагою застосованої вимірювальної схеми можна вважати нечутливість до зміни напруги і частоти джерела живлення.

До недоліків схеми відносять низьку точність вимірювання малих значень ємностей, тому доводиться застосовувати датчики зі збільшеним числом електродів (труб), що нарешті приводить до нового недоліку - збільшення розмірів і маси датчика.

Паливомір СПУП (СПУТ):

виконує ті ж функції, що і СЕПС і має аналогічну мостову схему вимірювання ємності датчика;

основна різниця в роботі схеми полягає у введенні поправки, яка враховує зміну діелектричної проникності палива;

схема компенсації являє собою найпростіший чотириплечий міст;

При зміні діелектричної проникності палива на п ємність датчика змінюється на Cд

,

Виходи вимірюваного та компенсаційного мостів зєднані паралельно, напруги U і Uk складаються (у протифазі) на вході підсилювача сигналу нерівноваги вимірювального мосту і, таким чином, похибка від зміни п компенсується. Так як Сд залежить від рівня палива п, напруга компенсаційного моста також стає залежною від h.

Система управління і вимірювання палива СУІП (СУИТ): Крім звичайних функцій (як СЕПС і СПУП) здійснює також автоматичне вирівнювання запасу палива між баками, видачу інформації про запас палива у літаковий відповідник і бортову апаратуру реєстрації.

Основна похибка в горизонтальному польоті при нормальних умовах не більш 2% від кінцевого значення шкали покажчика, при роботі в умовах, що відрізняються від нормальних - не більш 4%.

Основною різницею вимірювальної схеми системи СУІП від переглянутих вище паливомірів є істотне покращання вимірювальної схеми, яка виконана на основі трансформаторного мосту та живиться напругою підвищеної частоти (10 кГц).

Для виключення температурної похибки від зміни діелектричної проникненості палива застосовано терморезистор, опір якого залежить від температури палива.

Вихід мостової схеми ввімкнено до входу слідкуючої системи, що вміщує підсилювач, двигун і редуктор, що звязаний з потенціометром відробітки, яка і забезпечує автоматичне врівноваження вимірювальної схеми.

Похибки паливомірів

Вимірювання запасу палива на сучасних вітчизняних та закордонних повітряних кораблях (ПК) здійснюється переважно електроємніcними паливомірами. На ПК що експлуатуються в Україні, вимірювання ємності датчиків здійснюється мостовими схемами на підставі трансформаторних модуляційних або немодуляційних мостів з електромеханічним зрівноваженням.

Методична похибка вимірювання, що зумовлена нестабільністю ємнісного коефіцієнта палива компенсується за, допомогою терморезистора або спеціального конденсатора, які безперервно знаходяться в паливі.

Як відомо, для отримання лінійної шкали паливоміру треба враховувати формулу баків, В існуючих паливомірах це робиться за допомогою профілювання датчиків механічним способом. Похибка при цьому може досягати 1,44%, до того ж початкова ємність датчиків з технологічних причин на може бути отримана з похибкою менш ніж ±1%.

Якщо паливомір повинен вимірювати масу палива, то в ємнісному датчику виникає методична похибка через відхилення значення діелектричної проникненності палива від стандартного значення яри нормальних умовах, а також в наслідок зменшення температури палива. До того ж виявилось, що паливо в баках ПК має не однакову діелектричну проникність на різних рівнях. Діелектрична проникність одного сорту палива може відрізнятися на ±1,96%, а від сорту до сорту на 6,25%.

Значна інструментальна похибка виникає при вимірювані ємності, особливо аналоговими вимірювальними схемами. Ця похибка залежить в першу чергу від стану ізоляції датчиків та кабелів, що зєднують датчики з наступними блоками, а також від виду вимірювальної схеми та засобів її зрівноваження. Для зменшення похибки застосовують датчики в розділеними електричними втратами та модуляційні трансформаторні мости. В такому разі інструментальна похибка може бути в межах ±1,4%,

Методична похибка в датчиках виникає також через перетікання палива під час еволюцій ПК (крен, тангаж), еволютивна похибка зростає при зменшенні висоти палива і збільшенні кутів крену і тангажу.

Похибки таких паливомірів залежать від форми баків та її стабільності., еволюції ПК (кутів крену та тангажу), маси палива в баку, щільності палива, властивостей ліній звязку датчиків з іншими блоками. Загальна похибка вимірювання запасу палива становить ±(2-6)% від максимальних показань.

Аналогові паливоміри, як було доведено у звіті по системах вимірювання запасу палива, що зробила Європейська група на семінарі ІСАО в м. Арлінгтоні в 1986 році, без додаткових заходів зменшення похибки можуть в нормальних умовах мати похибку від ±4 до ±6% від максимальних показань, до того мають досить велику масу.

На сучасних ПК, на яких застосовуються авіадвигуни з високою паливною ефективністю, підвищилися вимоги то точності вимірювання запасу палива, які не можуть забезпечити існуючі паливоміри.

З проведеного аналізу паливомірів витікає необхідність розроблення нових паливомірів з використанням можливосте сучасної вимірювальної техніки.

2. Принципи побудови бортових паливомірів

2.1 Призначення і функції паливомірів

Для вимірювання запасу і витрати палива на борту літального апарата (ЛА) застосовують паливоміри і витратоміри, що разом із системами вимірювання тиску палива і сигналізаторами потоку і роботи насосів контролюють паливну систему сучасного літака.

Крім того, паливовимірюючі системи здійснюють керування порядком заправлення і вироблення палива з баків (групи баків), а також забезпечують правильне положення центра ваги ЛА в польоті системами автоматики, вбудованими в паливомір, або окремими пристроями-сигналізаторами рівня.

Вимірювання запасу і витрати палива має здійснюватися методами і засобами, що дозволяють оцінити дійсну кількість палива на різних етапах польоту з достатньою точністю і стабільністю.

Таким чином, паливовимірювальна система на борту літака виконує наступні функції:

- вимірює кількість палива, заправленого на землі, кількість палива в польоті;

- сигналізує про максимально доступний рівень палива в баках і рівні палива, що відповідають аеронавігаційному запасу,

- сигналізує про працездатність паливовимірювальної системи;

- керує порядком заправлення ЛА паливом, порядком виробітку палива по заданій програмі, положенням центра ваги ЛА;

- обчислює, на основі інформації про запас палива завантаження ЛА у повздовжньому і поперечному напрямку, фактичне положення центра ваги;

- сигналізує про наявність аварійної течі палива з паливної системи.

В основу створення пристроїв, що вимірюють запас палива, можуть бути покладені різні фізичні явища і залежності, прояв яких однозначно звязаний з запасом палива на борту ЛА. В даний час запас палива визначається за рівнем його в паливних баках.

Вимірювання рівня рідини полягає в перетворенні поточного значення рівня у відповідне значення вихідного параметра рівнеміра кута повороту стрілки показника, число на цифровому табло і т.д. Процес перетворення, як правило, складний, тому що вхідний параметр рівнеміра потерпає послідовно цілий ряд перетворень в інші проміжні величини.

2.2 Електроємнісний метод визначення запасу палива

Електроємнісний метод є основним методом безперервного визначення запасу палива на борту ЛА.

Сутність методу зводиться до вимірювання електричної ємності датчиків, що розміщені у паливних баках і являє собою повітряний конденсатор, набраний з коаксиально розташованих труб.

При заповненні бака паливом електрична ємність датчика змінюється внаслідок того, що діелектрик, що знаходиться в просторі між обкладками (трубами) конденсатора (датчика), змінюється: у заповненій частині бака між трубами датчика знаходиться паливо, в незаповненій - повітря. По електричній ємності датчика можна судити про рівень палива в баку.

Ескіз паливного бака з двохтрубним ємнісним датчиком на мал. 2.1.

Мал. 2.1

Електрична ємність такого датчика визначається формулою

де К - постійний коефіцієнт,

Eв - діелектрична проникність повітря,

Еt - діелектрична проникність палива,

- довжина частини датчика не заповнена паливом,

- довжина частини датчика, заповнена паливом,

- зовнішній діаметр внутрішньої труби,

- внутрішній діаметр зовнішньої труби.

При заправленні бака паливом ємність датчика буде плавно мінятися від свого початкового значення (бак порожній)

до свого максимального значення

Описаний метод має похибки, головна з причин яких є зміна діелектричної проникності палива в залежності від температури і від сорту залитого палива.

З метою зменшення похибки в сучасних паливомірах використовуються спеціальні датчики-компенсатори, що видають у схему вимірювання кількості палива сигнал, пропорційний температурній методичній похибці.

Іншою причиною похибки є опір витоку ємнісних датчиків. При роботі електроємнісних паливомірів на низькій частоті опір конденсаторних датчиків великий, а при підвищенні частоти живлення опір конденсатора падає і шунтуюча дія опору витоку позначається менше. Тому для електроємнісного паливоміра застосовують підвищену частоту для ослаблення впливу струмів витоку між конденсаторними трубами через ізолюючі елементи, на яких осідають гігроскопічні парафіносмолисті опади.

2.3 Похибки електроємнісних паливомірів

Аналіз структури і досвід проектування й експлуатації паливовимірюючих систем показує, що точність вимірювання кількості палива в першу чергу залежить від структури побудови паливної системи ЛА. У тих випадках, коли в польоті передбачається визначений порядок вироблення палива через видаткові баки, кількість палива, особливо при використанні аеронавігаційного запасу, вимірюється з підвищеною точністю. Якщо паливна система побудована за принципом почергової подачі палива в двигуни з інших груп баків або для забезпечення центрування передбачене перекачування палива з одних груп баків в інші, точність вимірювання кількості в ряді випадків погіршується.

Тривалі спостереження за технічним станом паливовимірюючих систем на літальних апаратах у процесі їх багаторічної експлуатації дають підставу сказати, що з часом паливовимірюючі системи стають нестабільними внаслідок випадання на елементах паливовимірювальної системи, тяжкоростворюємих смол і опадів, які знаходяться в паливних баках, також зниження ізоляційних властивостей сполучних ліній.

В даний час, у звязку з підвищенням вимог по забезпеченню безпеки польотів, рентабельності перевезень, зниженню трудомісткості і вартості обслуговування паливовимірювальних систем зникла необхідність підвищення їхніх технічних характеристик, так як основним резервом зниження маси ЛА є зменшення кількості даремно перевезеного палива, що заправляється понад аеронавігаційного запасу.

Однак застосування різних конструкцій кесонних баків, нових сортів палива, різних типів присадок у сполученні з підвищеним експлуатаційним діапазоном температур значно ускладнює цю задачу, тому що електропровідність вимірюваного середовища збільшується у процесі польоту, у паливо попадає велика кількість конденсату, що приводить до більш інтенсивного утворення смол і опадів.

Зазначені явища в сукупності з інтенсивним старінням ізоляції сполучних ліній приводить до зміни параметрів каналів вимірювання і значно збільшують похибку паливомірів. Проведені дослідження показали, що точність і стабільність вимірювання кількості палива в польоті можуть бути підвищені наступними способами:

- комплексним проектуванням паливної системи і паливо вимірювальної системи ЛА, раціональною побудовою їхніх структур для забезпечення підвищення точності вимірювання;

- використанням паливних баків як градуйованих резервуарів, тобто виключенням із загального каналу вимірювання похибки, яка викликана схемою вимірювання баків, паливо з яких вироблено, і автоматичним коректуванням показань витратоміра в польоті;

- створенням вимірювальних систем, здатних зменшити вплив сукупності факторів, що погіршують точність і стабільність показань існуючих паливовимірювальних систем.

В даний час проектування паливовимірювальних систем разом із градуйовочною кривою паливного бака звичайно задається і похибка виготовлення паливного бака (у більшості випадків ±1% від його повного обсягу). Однак при серійному виробництві технологічне устаткування забезпечує виготовлення паливного бака з конкретною визначеною точністю.

Таким чином, без переключення каналів при вимірюванні сумарного запасу палива на літаку або вимірювання, що приходиться на двигун похибка вимірювання дискретного зменшується в міру вироблення палива з баків.

Зазначений метод ще більш ефективний для коректування показань сумуючого витратоміра в польоті, так як останній накопичує похибку по мірі виробітку палива.

В існуючих структурах паливовимірювальних систем у ряді випадків похибка вимірювання кількості палива на останніх етапах польоту, збільшується внаслідок збільшення похибки вимірювальних мостів банків, паливо з яких вироблено.

Збільшення похибки відбувається через осідання на деталі електроємнісних датчиків і сполучну лінію конденсату, а в ряді випадків і внаслідок відмовлення елементів вимірювального моста.

Для підвищення точності вимірювання кількості палива, особливо на останніх етапах польоту, при раціональній структурі побудови паливної системи доцільно вимірювальний міст бака після вироблення з нього палива відключити від сумарної схеми вимірювання.

У цьому випадку канал вимірювання порожнього бака видає в сумарну схему вимірювання нуль-сигнал, що буде відповідати повному виключенню зі схеми вимірювання похибок датчиків пустих баків і їх сполучних ліній. Розглянуті вище системи паливовимірювань передбачають застосування градуїровочних залежностей перетину бака від його обсягу в статичних умовах. У дійсності рівень палива залежить від положення літака в просторі, його прискорень і крутки крила. Збільшення відношення маси палива до маси комерційного навантаження, а також вимоги до вимірювання і керування центруванням надзвукових транспортних літаків поставили задачу зменшення похибки вимірювання запасу палива ±0,5%. З цією метою на борту ЛА повинний встановлюватися обчислювач, що визначає похибки паливоміра в конкретних умовах польоту, а показання паливоміра повинні відповідно коректуватися.

Делись добром ;)