飞机燃油液位测量方法综述

飞机油量测量系统是指在地面和飞行状态下，连续测量和指示飞机可用燃油质量的系统，它比普通情况下的油量测量更为复杂。

首先由于飞机上空间十分宝贵，必须尽可能提高空间利用率，因此飞机上油箱的形状都不太规则，必须通过较为复杂的计算将液位高度转换成燃油体积；其次飞机在飞行过程中姿态经常发生变化，从而引起油面的倾斜，给燃油体积的测量结果带来误差，因此必须进行姿态误差补偿；再次燃油的密度受产地、温度、压力等因素影响，这些因素的变化会导致燃油体积发生变化，从而给燃油质量的计算带来误差，因此必须进行燃油密度补偿。

燃油系统先通过油位传感器测量液位高度，再根据油箱的形状参数和飞机飞行的姿态参数综合计算出燃油的体积，最后再乘以燃油密度传感器的测量结果从而得到燃油质量。

在以上过程中，燃油液位的精确测量是燃油量精确测量的先决条件，因而提高燃油液位传感器的精度和性能对于提高飞机燃油测量系统的性能有着重要意义。

长期以来，广大工程技术与研究人员一直致力于提高飞机燃油系统的测量精度，并对各种测量方法进行了尝试，研制出了许多基于机械、振动、超声波、电磁、电、光、辐射等原理的液位传感器，但是由于飞机油量测量的复杂性、实现难度和制造成本等方面的因素，只有少数测量方法得到了应用。

早期的飞机上使用浮子式传感器进行液位测量，而在有些比较简陋的飞机上甚至只在起飞之前使用油尺测量油箱中的油量，在飞行过程中则依赖飞行员的经验来判断油箱中的剩余油量；二战以后，飞机上大量采用电容式油量测量技术，并在最近二三十飞机燃油液位测量方法综述李大成　／　海装装备采购中心【摘 要】长期以来，广大工程技术与研究人员一直致力于提高飞机燃油系统的测量精度，研制出了许多基于机械、振动、超声波、电磁、电、光、辐射等原理的液位传感器，本文主要对各种不同的燃油测量方法进行介绍。

【关键词】燃油；传感器；测量图１ 数据处理的整体框架这四个模块的主要功能如下。

分词：对抓取到的网页内容进行切词处理。

排重：对众多的网页内容进行排重。

整合：对不同来源的数据内容进行格式上的整合。

数据：包含两方面的数据，Ｓｐｉｄｅｒ　Ｄａｔａ（爬虫从网页中抽取出来的数据）和　Ｄｐ　Ｄａｔａ（在整个数据处理过程中产生的的数据）。

（二）数据处理的基本流程整个数据处理过程的基本步骤如下：１．对抓取来的网页内容进行分词。

２．将分词处理的结果写入数据库。

３．对抓取来的网页内容进行排重。

４．将排重处理后的数据写入数据库。

５．根据之前的处理结果，对数据进行整合。

６．将整合后的结果写入数据库。

（三）数据处理的关键技术１．排重。

排重就是排除掉与主题相重复项的过程，网页排重就是通过两个网页之间的相似度来排除重复项。

Ｓｉｍｈａｓｈ算法是一种高效的海量文本排重算法，相比于余弦角、欧式距离、Ｊａｃｃａｒｄ相似系数等算法，Ｓｉｍｈａｓｈ避免了对文本两两进行相似度比较的复杂方式，从而大大提高了效率。

采用Ｓｉｍｈａｓｈ算法来进行抓取网页内容的排重，可以容纳更大的数据量，提供更快的数据处理速度，实现大数据的快速处理。

Ｓｉｍｈａｓｈ算法的基本思想描述如下：输入为一个Ｎ维向量Ｖ，比如文本的特征向量，每个特征具有一定权重。

输出是一个Ｃ位的二进制签名Ｓ。

（１）初始化一个Ｃ维向量Ｑ为０，Ｃ位的二进制签名Ｓ为０。

（２）对向量Ｖ中的每一个特征，使用传统的Ｈａｓｈ算法计算出一个Ｃ位的散列值Ｈ。

对１＜＝ｉ＜＝Ｃ，如果Ｈ的第ｉ位为１，则Ｑ的第ｉ个元素加上该特征的权重；否则，Ｑ的第ｉ个元素减去该特征的权重。

（３）如果Ｑ的第ｉ个元素大于０，则Ｓ的第ｉ位为１；否则为０。

（４）返回签名Ｓ。

对每篇文档根据ＳｉｍＨａｓｈ算出签名后，再计算两个签名的海明距离（两个二进制异或后１的个数）即可。

根据经验值，对６４位的ＳｉｍＨａｓｈ，海明距离在３以内的可以认为相似度比较高。

２．整合。

整合就是把抓取来的网页内容与各个公司之间建立对应关系。

对于每一个公司来说，可以用一组关键词来对该公司进行描述，同样的，经过ｄｐ处理之后的网页内容，也可以用一组关键词来进行描述。

因此，整合就变成了两组关键词（公司关键词，内容关键词）之间的匹配。

对于网页内容的分词结果来说，存在着两个特点：（１）分词结果的数量很大；（２）大多数的分词对描述该网页内容来说是没有贡献的。

因此，对网页的分词结果进行一下简化，使用词频最高的若干个词汇来描述该网页内容。

３．流处理系统。

移动互联网的多源异构数据每时每刻都在大量产生着。

数据探测模块根据这些数据处理的不同要求，将数据分别送给实时处理系统和批处理系统。

很多互联网公司将根据业务的需求和处理的时间将划分为在线、近线和离线三种方式来处理业务消耗的时间。

这其中，在线处理的处理时间通常在毫秒级，一般采用流处理方式；离线处理的处理时间通常以天为单位，一般采用批处理方式。

这样会最大程度地利用好输入／输出系统。

近线处理对其处理模式没有特别的要求，处理的时间一般在分钟级或小时级，在实际情况中多采用此处理方式，可根据需求灵活选择。

四、结语综上，随着移动互联网的迅猛发展，客户处理的业务越来越复杂，与其相关的大数据正逐渐增长，大数据分析技术已经成为各方关注的焦点。

合理使用大数据将有效的发挥移动互联网大数据的资源作用，使大数据为用户获得前所未有的体验，为企业发展提供完整清晰的指引。

参考文献：［１］张铮． 浅析网络大数据的采集和处理方法［Ｊ］．　信息系统工程，２０１５（１０）．［２］刘智慧，张泉灵． 大数据技术研究综述［Ｊ］．　浙江大学学报（工学版），２０１４（０６）．［３］王秀磊，刘鹏． 大数据关键技术［Ｊ］．　中兴通讯技术，２０１３（０４）．年间对电容式传感器进行数字化，提高了传感器的性能及可靠性；近年来，国外航空界对超声波式传感器进行研究，并将其用于飞机油量测量，但并没有取得很好的效果，因此工程技术人员仍在寻求电容式传感器的其他替代技术。

下面将就飞机燃油液位测量技术的应用现状与未来发展趋势进行简要介绍。

１．油尺在一些简陋的飞机上，曾经使用过油尺来检测飞机在地面加油过程中以及起飞前的油量，这种测量方法是在其他测量方法失效时的唯一可信赖的测量方法。

现在人们一般使用磁性浮子油尺，使用时，松开油尺的卡锁机构，使油尺在重力的作用下下坠，当油尺在浮力的作用下停止时，读取油尺上的刻度，即可得到油箱中的油量。

油尺是最原始、简单、可靠的油位测量手段，但是不能实现实时测量，也不能通过数据总线将油量数据提供给飞行控制系统，因此无法实现其智能化。

２．浮子式油位传感器早期的飞机上曾经用过浮子式油位传感器。

它是利用燃油的浮力来改变浮子的位置，并带动电刷来改变电桥的桥臂阻值，对电桥的输出进行测量即可得到液位。

浮子式传感器具有原理简单、成本低等特点，但其测量范围小，指示误差大，容易发生故障，现在只在一些旧型飞机和小型飞机上使用。

近年来，人们对浮子式油位传感器进行了改进，又提出了磁致伸缩式液位传感器。

磁致伸缩式传感器利用磁性浮子来感受液位变化。

测量时，液位计头部发出低电流“询问”脉冲，该电流产生的磁场沿波导管向下传导。

当电流磁场与浮子磁场相遇时，产生“返回”脉冲（也称“波导扭曲”脉冲）。

询问脉冲与返回脉冲之间的时间差即对应油水界面和油气界面的高度。

其优点是测量精度高，结构简单，可靠性高，抗干扰能力强，抗污染、抗振等性能均良好。

但仍然不适合于飞机燃油液位测量，原因是在该传感器中仍然存在可动部件——磁性浮子，由于飞机飞行过程中油箱晃动十分剧烈，磁性浮子不可避免的要与轴发生接触和摩擦，这样磁性浮子在飞机处于某些姿态时就有可能“粘”在轴上，无法回到正常液位。

这种可靠性方面的问题限制了磁致伸缩式传感器在飞机上的应用。

３．电容式油位传感器二战以后，电容式油量测量技术开始在飞机上大量采用。

从上世纪７０年代开始，美、英、德、法、日等国相继开始研究数字式电容式传感器，采用双余度的计算机，使用线性电容式传感器测量油位，利用放射性元素Ａｍ２４１作放射源直接测量燃油密度，并通过飞机姿态传感器的测量结果和油箱的形状来综合计算油箱中的剩余油量。

由于其具有独特的优势，目前商用和军用飞机仍然选用传统的电容式传感器，例如在波音公司的Ｂ７８７客机，空中客车公司的Ａ３８０客机、Ａ３５０超宽体客机以及洛克希德．马丁公司的Ｆ３５战斗机全部都将电容式测量作为燃油量测量的首选技术。

图１ 电容式油位传感器原理图电容式油位传感器是利用燃油与空气的介电常数的不同进行液位测量的。

如图１所示，在一个总高度为ｈ，液面高度为ｘ，内电极半径为Ｒ１，外电极半径为Ｒ２的同心圆柱形电容器中，传感器的总电容为 （１．１）其中ε１为被测燃油介电常数，ε０为真空介电常数。

由式１．１可知，输出电容与燃油液面高度变化ｘ成线性关系。

早期的电容式传感器为模拟式传感器，它采用自平衡式测量电路将对应于燃油油量的电容量转换为仪表盘中指针的转角。

为了克服“边缘效应”（在电容电极边缘处，电场线不再垂直于极板，因此在此处电容值不再与液位成线性关系），同时使被测液位与油量值成线性关系（为了充分利用飞机的内部空间，油箱被设计成与机体、机翼形状相关的不规则体，而不是规则的柱状体），模拟式传感器中的内电极管被制成与油箱形状有关的成型剖面，同时通过增加传感器数量和采用补偿传感器（补偿因燃油密度和温度变化而引起的燃油介电常数的变化）等方法来提高燃油测量精度。

但是由于飞行中油箱姿态随时可能发生改变，导致传感器浸没长度发生变化从而引起姿态误差，同时燃油密度会随着产地、温度、气压的改变而发生变化，而燃油测量系统却无法直接对密度进行测量，因此电容式传感器测量精度较低，。

此外由于传感器需要进行非线性补偿，致使传感器的制造工艺相当复杂，系统的标定与校准过程也十分费时，显然无法满足新一代飞机的性能需求。

相比模拟式传感器而言，数字式电容传感器在精度和可靠性方面有了很大的提高，但仍无法克服电容式传感器的一些固有缺陷。

比如说标定校准困难、连接线复杂、水污染等等。

以上这些因素影响了电容式传感器的性能和可维修性，并且在目前技术条件下尚无法克服电容式传感器的这些缺点。

由于电容式传感器是目前飞机上最主要的液位传感器，因此研究电容式传感器的替代技术对于飞机燃油测量系统性能的提高具有重要意义。

４．流量式燃油油量传感器在一般飞机燃油检测过程中，流量式油量传感器由于存在累积误差而经常作为电容式液位传感器的补充。

即用涡轮式流量测量系统测量总油量，用电容式油量测量系统测量单个供油箱的油量。

流量式油量传感器并不直接对油箱中的油位或油量进行测量，而是安装在主供油管路上，对发动机的耗油量进行测量，并根据飞机起飞时的总载油量推算出油箱中的剩余油量。

流量式传感器主要有容积式涡轮流量传感器和质量式涡轮流量传感器两种。

容积式涡轮流量传感器是一种与流过的燃油体积流量成正比的电信号转换器。