一种用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统及方法，该系统包括：主控计算机、激励器组、燃油测量控制计算机或仿真机和仿真器组。使用该仿真系统进行仿真时，首先，由主控计算机设置仿真参数、燃油系统附件状态，并控制仿真进程；其次计算燃油测量控制计算机或仿真机当前的输入参数；然后由激励器组模拟出电容量、模拟量、开关量、脉冲量；再由燃油测量控制计算机或仿真机通过燃油测量控制程序解算出油量信息、附件状态及指示信息；最后，通过仿真器组将接收信息发送给主控计算机用于分析和显示。本发明专利技术实现了对飞机燃油测量控制系统的实时、高逼真度仿真分析，达到提高产品设计质量缩短研制周期的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统及方法
本专利技术属于飞机燃油测量仿真领域，具体涉及一种用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统及方法。
技术介绍
飞机燃油系统作为整个飞机系统必不可少的一部分，主要用于存储飞机使用的燃油并为引擎持续供应燃油，其在各种工况下的稳定性能确保了飞机的安全航行。现代飞机燃油系统的功能变的越来越强大，对智能化和可靠性的要求也越来越高。早期的飞机只有简单的油量表，而现代飞机大多都配备了先进的燃油测量控制系统，该系统通常包括三个功能：测量、管理和控制。测量方面包括分组油量、全机油量测量，发动机瞬时耗油率、累计耗油量测量，管理方面包括燃油系统各种状态参数的送显和记录，其中燃油系统状态和参数送往多功能显示器显示，重要参数送往飞参记录仪记录，控制方面包括生成输油、加油、应急放油自动控制指令。随着飞机燃油系统技术的不断升级和更新迭代，飞机燃油测量控制系统变得也越来越先进，但是很多的飞机燃油测量控制系统存在不稳定的现象，容易出现故障，由于系统十分复杂，排查问题变得十分困难。掌握先进的仿真技术和方法，可以使燃油测量控制系统和设备在地面上的仿真和试验越来越接近于飞机的实际情况，这样能够高效地开展系统研发工作，找出系统存在的隐形不足，提供先进稳定的装机产品。但是当前航空业所采用的燃油测量系统仿真产品大部分是数字仿真平台，纯数字仿真系统的仿真环境过于理想化，逼真度不高，并且现有的燃油测量控制仿真系统实时性不够，只能实现单点的仿真，仅仅通过现有的燃油测量控制仿真系统得到的油量信息真实性方面存在不足，无法仅在地面上全面仿真和模拟飞机的实际情况，严重影响了装机产品的进度和质量。
技术实现思路
为了解决现有的飞机燃油测量仿真系统存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统及方法，实现飞机燃油测量在地面上的仿真和试验更接近于实际情况，其具有实时性高、测量准确、高逼真度的优点。本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统，包括：主控计算机，用于运行三维CAD环境数字仿真软件，负责与激励器组和仿真器组通过总线通讯进行信息传输，与仿真器组通过TCP/IP协议进行信息传输；激励器组，通过总线通讯接收主控计算机发送的油量传感器阵列燃油深度油量、仿真参数信息，用来模拟油量传感器阵列的电容量、模拟量、开关量、脉冲量和航姿信息；燃油测量控制计算机或仿真机，燃油测量控制计算机是真实的机载计算机，仿真机用来模拟燃油控制计算机，能够实时处理输入信号并通过搭载的高可靠性燃油测量解算程序实时输出燃油测量信息；仿真器组，配置数据采集计算机，通过总线协议与燃油测量控制计算机或仿真机进行信息传输，用于接收仿真机实时解算的燃油信息、附件状态和指示信息，并将解算结果发送给主控计算机。本专利技术进一步的改进在于，所述三维CAD环境数字仿真软件包括仿真控制、仿真解算、燃油系统附件控制、管网数字仿真和结果分析模块。本专利技术进一步的改进在于，所述激励器组包括：油量传感器阵列激励器，由电源模块、程控电容板和电连接器组成，程控电容板控制输出准确的电容，并通过总线通讯接收主控计算机的控制指令和反馈状态信息；电连接器是连接油量传感器阵列激励器跟外部设备的纽带，用于实时跟踪、模拟主控计算机返回的传感器数字高度信号，并快速解调出多路电容模拟信号供燃油测量控制计算机或仿真机采集处理；模拟量激励器，采用的是基于总线通信的板卡，支持多路发送多路接收，用于产生模拟量物理信号，输出给燃油测量控制计算机或仿真机；开关量激励器，采用的是基于总线通信的板卡，支持多路发送多路接收，用于模拟开关量物理信号，输出给燃油测量控制计算机或仿真机；脉冲量激励器，采用的是基于总线通信的板卡，支持多路发送多路接收，用于模拟脉冲量物理信号，输出给燃油测量控制计算机或仿真机；航姿激励器，采用的是基于总线通信的板卡，支持多路发送多路接收，通过航空总线协议将航姿信息发送给燃油测量控制计算机或仿真机。本专利技术进一步的改进在于，所述程控电容板包括：电源转换电路、MCU电路、串口下载电路、CAN通讯电路和电容开关矩阵电路，其中电源转换电路用于输出稳定低电压给电路板提供电源；MCU电路是程控电容板的主控电路，用于协调各个电路工作；串口下载电路与MCU电路相连用来给后者写入主控程序，将通信输入的数据转换为MCU的I/O引脚的高低电平；CAN通讯电路与MCU电路相连用来建立与上位机软件的串口通信；MCU电路与电容开关矩阵电路相连，控制电容开关矩阵电路的通断从而产生不同电容组合，生成连续可变的电容输出。本专利技术进一步的改进在于，所述燃油测量控制仿真机为一台工控机，搭载高可靠性燃油测量解算程序，连接的板卡包括429板卡、CAN板卡、串口板卡、多功能模拟量板卡、离散量输入板卡和离散量输出板卡，通过串口通信，同时连接的模块有电容测量模块和电阻信号测量模块。一种用于飞机燃油测量控制半实物仿真的方法，包括如下步骤：步骤1)由主控计算机运行三维CAD环境数字仿真软件，首先通过仿真控制模块配置仿真环境及参数，控制仿真进程开始，再通过燃油系统附件控制模块模拟控制燃油附件的开关以及运行状态，接着由管网数字仿真模块获取附件状态之后运行油气路系统模型得到飞机各个油箱耗量信息，然后由仿真解算模块计算得到油量传感器信息；步骤2)由主控计算机的数字仿真软件将燃油油箱内的油量传感器信息、附件状态和航姿信息通过总线通讯发送给油量传感器阵列激励器、开关激励器和航姿激励器，然后由激励器组模拟出油量传感器电容值、附件状态和航姿信息，再由其他激励器模拟出模拟量、脉冲量；步骤3)由燃油测量控制计算机或仿真机通过总线通讯接收模拟的油量传感器电容值、模拟量、开关量、脉冲量和航姿信息，并由高可靠性燃油测量解算程序通过电阻值解算出温度值，再由温度值解算出燃油密度，然后通过油量传感器电容值以及航姿信息解算出油量；步骤4)由仿真器组通过航空总线协议接收燃油测量控制计算机或仿真机解算的燃油油量、重心、附件状态和指示信息，并通过TCP/IP协议发送给主控计算机，最后由主控计算机通过结果分析模块显示燃油测量控制计算机或仿真机解算的油量信息及指示信息。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中所述的仿真环境及参数包括：导入飞机燃油箱模型、油量传感器顶底点信息、设置仿真步长、初始载油量及其分布、发动机耗油率变化曲线、飞机姿态变化曲线、过载变化曲线以及燃油基准密度信息。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中所述的管网数字仿真模块是基于Flowmaster软件进行的二次开发，实现Flowmaster与主程序的交联控制和数据交互。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中所述的仿真解算模块计算得到油量传感器信息，是根据燃油体积和油面角信息，再结合燃油质量特性数据库通过三维线性插值解算出油量传感器的高度信息，再通过油量传感器电容的零满值插值得到当前油量传感器电容值。本专利技术进一步的改进在于，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统，其特征在于，包括：/n主控计算机，用于运行三维CAD环境数字仿真软件，负责与激励器组和仿真器组通过总线通讯进行信息传输，与仿真器组通过TCP/IP协议进行信息传输；/n激励器组，通过总线通讯接收主控计算机发送的油量传感器阵列燃油深度油量、仿真参数信息，用来模拟油量传感器阵列的电容量、模拟量、开关量、脉冲量和航姿信息；/n燃油测量控制计算机或仿真机，燃油测量控制计算机是真实的机载计算机，仿真机用来模拟燃油控制计算机，能够实时处理输入信号并通过搭载的高可靠性燃油测量解算程序实时输出燃油测量信息；/n仿真器组，配置数据采集计算机，通过总线协议与燃油测量控制计算机或仿真机进行信息传输，用于接收仿真机实时解算的燃油信息、附件状态和指示信息，并将解算结果发送给主控计算机。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统，其特征在于，包括：
主控计算机，用于运行三维CAD环境数字仿真软件，负责与激励器组和仿真器组通过总线通讯进行信息传输，与仿真器组通过TCP/IP协议进行信息传输；
激励器组，通过总线通讯接收主控计算机发送的油量传感器阵列燃油深度油量、仿真参数信息，用来模拟油量传感器阵列的电容量、模拟量、开关量、脉冲量和航姿信息；
燃油测量控制计算机或仿真机，燃油测量控制计算机是真实的机载计算机，仿真机用来模拟燃油控制计算机，能够实时处理输入信号并通过搭载的高可靠性燃油测量解算程序实时输出燃油测量信息；
仿真器组，配置数据采集计算机，通过总线协议与燃油测量控制计算机或仿真机进行信息传输，用于接收仿真机实时解算的燃油信息、附件状态和指示信息，并将解算结果发送给主控计算机。


2.根据权利要求1所述的用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统，其特征在于，所述三维CAD环境数字仿真软件包括仿真控制、仿真解算、燃油系统附件控制、管网数字仿真和结果分析模块。


3.根据权利要求1所述的用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统，其特征在于，所述激励器组包括：
油量传感器阵列激励器，由电源模块、程控电容板和电连接器组成，程控电容板控制输出准确的电容，并通过总线通讯接收主控计算机的控制指令和反馈状态信息；电连接器是连接油量传感器阵列激励器跟外部设备的纽带，用于实时跟踪、模拟主控计算机返回的传感器数字高度信号，并快速解调出多路电容模拟信号供燃油测量控制计算机或仿真机采集处理；
模拟量激励器，采用的是基于总线通信的板卡，支持多路发送多路接收，用于产生模拟量物理信号，输出给燃油测量控制计算机或仿真机；
开关量激励器，采用的是基于总线通信的板卡，支持多路发送多路接收，用于模拟开关量物理信号，输出给燃油测量控制计算机或仿真机；
脉冲量激励器，采用的是基于总线通信的板卡，支持多路发送多路接收，用于模拟脉冲量物理信号，输出给燃油测量控制计算机或仿真机；
航姿激励器，采用的是基于总线通信的板卡，支持多路发送多路接收，通过航空总线协议将航姿信息发送给燃油测量控制计算机或仿真机。


4.根据权利要求3所述的用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统，其特征在于，所述程控电容板包括：电源转换电路、MCU电路、串口下载电路、CAN通讯电路和电容开关矩阵电路，其中电源转换电路用于输出稳定低电压给电路板提供电源；MCU电路是程控电容板的主控电路，用于协调各个电路工作；串口下载电路与MCU电路相连用来给后者写入主控程序，将通信输入的数据转换为MCU的I/O引脚的高低电平；CAN通讯电路与MCU电路相连用来建立与上位机软件的串口通信；MCU电路与电容开关矩阵电路相连，控制电容开关矩阵电路的通断从而产生不同电容组合，生成连续可变的电容输出。


5.根据权利要求1所述的用于飞机燃油测量控制半实物仿真的系统，其特征在于，所述燃油测量控制仿真机为一台工控机，搭载高可靠性燃油测量解算程序，连接的板卡包括429板卡、CAN板卡、串口板卡、多功能模拟量板卡、离散量输入板卡和离散量输出板卡，通过串口通信，同时连接的模块有电容测量模块和电阻信号测量模块。


6.一种用于飞机燃油测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨朋涛，赵浩然，郑帅，王子涵，洪军，吴志强，
申请(专利权)人：西安沃祥航空科技有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61