基于LabW indows/CVI的飛機燃油系統的虛擬仿真

付 瑋，賈秋玲，王靖宇

（西北工業大學 陜西 西安 710129）

隨著計算機技術的不斷發展與完善，飛機燃油系統的計算機仿真在系統設計與研究中的應用日臻成熟，通過仿真可以降低系統研制的成本，提高與完善系統的性能，從而推動飛機機載系統向一體化方向發展[1]。

該系統設計的準確性、可靠性是飛機安全及經濟飛行的重要保障。因此對燃油系統的研究和仿真，對未來飛機的發展具有深遠的意義[1-2]。

燃油系統一般由以下子系統組成：燃油儲藏系統；加油系統；放油系統；供輸油系統。燃油系統是飛機的核心子系統，可完成加、放油控制、供油控制、轉輸油控制以及燃油儲備量計算和顯示[4]。

通常，對燃油系統進行仿真要按照一定的算法進行[3]，需大量的計算，再運用各種不同的軟件對其進行仿真[1，4-5]，這樣無疑增加了工作量，并且增添了難度。本文運用Labwindows/CVI軟件對飛機燃油系統的加油，放油，供輸油過程進行了仿真。該軟件功能強大，可獨立完成仿真設計，有效的避免了因為使用多種仿真軟件帶來的不便。

1 燃油系統管理控制的模擬

該仿真系統除了對燃油系統管理界面進行了模擬，實現了油量的動態輸入輸出以及變化和控制，還對燃油系統的管理和控制進行了模擬。

該仿真系統實現的功能主要有：

壓力加油（包括手動和自動加油），使用加油管理界面控制加油閥門。自動加油時，通過管理界面控制，計算機根據指定函數對燃油進行分配。當加油開始時，控制面板上顯示對應油箱油量和油箱加油閥門狀態，另一界面顯示加油過程和油量信息。

輸供油，可以使用閥門管理界面控制對應的燃油泵和閥門。以飛機油箱構型為基礎，實行供輸油控制和顯示。交輸閥在正常情況下是關閉的，但在特定的情況下可以打開交輸閥進行交輸供油。

地面放油，使用管理界面控制放油閥門，增壓泵和交輸閥。地面放油分為壓力放油和抽吸放油。該仿真程序只對壓力放油進行了實現。

2 燃油系統的控制仿真設計

2.1 燃油仿真系統操作界面的設計

操作界面設計總體思路如圖1所示。

圖1 操作界面功能圖Fig.1 Function diagram of operation interface

該飛機燃油系統的仿真操作程序由4個操作和顯示界面組成，如圖2所示。

圖2 燃油系統操作界面總圖Fig.2 Operation interface chart of aircraft fuel system

2.2 自動加油過程仿真

默認設置左主油箱，中央油箱，右主油箱自動加油速度比例為1:1:1，3個油箱同時進行自動加油操作。

自動加油過程操作為：先開加油泵，三位開關置為REFUEL，點擊紅色自動加油按鈕，就開始自動加油，如圖3所示。

圖3 自動加油過程顯示Fig.3 Automatic refueling process

2.3 手動加油過程仿真

開啟手動加油開關，首先獲取當前油箱的剩余油量，若油箱剩余油量滿足油箱的容量限制條件，進行手動加油操作。相應油箱油量值動態改變，當油箱油量到達期望油量后，關閉手動加油開關，相應油箱停止加油，手動加油完成。

在仿真程序中設定當油箱滿油時，相應油箱的手動加油開關自動關閉。

手動加油操作如下：首先打開加油泵，三位開關置為REFUEL，打開 LH TANK ，CT TANK 和 RH TANK，如圖 4所示。

圖4 手動加油過程顯示Fig.4 Manual refueling process

2.4 放油過程仿真

放油系統將燃油放出到加油臺。通常，用壓力放油將燃油從油箱中移出。通過這種方法，可以很快將任意油箱的燃油移出。在燃油面板打開主油箱增壓泵，使主油箱壓力放油。這里采用的是壓力放油的方式，并默認3個油箱同時放油。

開啟油箱增壓泵與交輸伐，三位開關置為DEFUEL，獲取當前油箱的剩余油量，若剩余油量滿足條件，則進行放油操作。開始放油后，油量不斷減少，當油放完或者達到預定油量時，三位開關置為OFF，放油結束。放油過程如圖5所示。

圖5 放油過程顯示Fig.5 Defueling process

2.5 發動機供油過程仿真

由主油箱和中央油箱為發動機供油。在控制面板開啟燃油泵和交輸閥門。左油箱為左發動機供油，右油箱為右發動機供油。

開啟供油開關，并開啟相應的增壓泵開關，為相應發動機供油。進行供油前，程序先判斷相應機翼油箱油量是否滿足供油要求，若滿足，則開始進行供油。當左右油箱燃油不足時，可使用中央油箱對左右油箱的油量進行補充。

供油操作如下：開啟“供油操作”開關，打開左、右油箱增壓泵且必要時可打開交輸閥門，進行發動機供油，如圖6所示。

當某側增壓泵失效時，可開啟交輸閥門，使用另一側油箱為該側發動機供油。當某側油箱兩個增壓泵其中之一失效時，正常工作的增壓泵會承擔失效增壓泵的功能繼續進行供油操作，使燃油系統正常運行。若中央油箱有一個增壓泵出現故障，可以開啟中央油箱交輸閥，使用完好的增壓泵進行對左右油箱的油量補充工作。

圖6 供油過程顯示Fig.6 Fuel feed process

3 編程語言與工作環境

該燃油系統仿真使用的編程語言為LabWindows/CVI，它是National Instruments公司推出的交互式C語言開發平臺。他的集成化開發環境、交互式編程方法、函數面板和豐富的庫函數大大增加了語言的功能，為熟悉C語言的開發人員提供了一個理想的軟件開發平臺。鑒于LabWindows/CVI的上述特點，它已經成為測控領域最受歡迎的軟件開發平臺之一，在我國已經得到了較為廣泛的使用[7-8]。

該燃油仿真系統是在LabWindows/CVI的環境下運行的，對LabWindows/CVI中自帶的控件進行了充分利用。包括NUMERIC數值顯示型控件，COMMAND BUTTON命令按鈕控件，TOGGLE BUTTON雙態型按鈕控件，LED燈控件，BINARY SWITCH二值開關控件，RING循環控件，DECORATION裝飾控件，PICTURE圖片控件，TIMER定時器控件，CANVAS畫布控件，以及SPLITTER控件等。

應用上述控件構成燃油仿真系統的主界面，并對其中一些控件進行回調函數編寫，以達到對燃油仿真系統的控制和操作。

4 其他功能

為了使該仿真系統能夠更加快捷的運用，設計時加入了燃油量的快捷設置功能。

此功能使操作者在油箱容量的范圍內任意設置各個油箱的燃油量，以方便進行放油、供油和輸油等控制過程，無需進行加油過程后再運行上述幾個控制過程的仿真。如果需要設置燃油量，可以在圖7中的“油量預置”編輯框設置對應油箱的燃油量，并確定，圖中的“油量顯示”編輯框中顯示的油量就會和“油量預置”中的所設值相同。也可以直接進行滿油量設置，點擊“滿油”，油箱即為滿油狀態。

圖7 油量預置界面圖Fig.7 Preseting interface chart

5 結 論

文中結合實際的工作原理和相關參數，運用Labwindows/CVI軟件對飛機燃油系統的地面加油，放油，供輸油過程進行了虛擬動態仿真，有效的避免了因為使用多種仿真軟件帶來的不便。仿真結果表明，該仿真系統能比較真實地反映飛機燃油系統的實際工作過程，結果與實際狀況基本吻合，效果良好。

[1]周宇穗，賈秋玲.飛機燃油管理系統仿真研究[J].民用飛機設計與研究，2010（3）:5-8.ZHOU Hui-yu，JIA Qiu-ling. Simulation of the fuel management system of the aircraft[J].Civil Aircraft Design and Research，2010（3）：5-8.

[2]蔣軍昌.飛機數字式燃油管理系統研究[D].西安：西北工業大學，2002.

[3]呂亞國.飛機燃油系統計算研究[D].西安：西北工業大學，2006.

[4]李彥江，劉永壽，姜志峰，等.飛機燃油系統功能仿真分析[J].航空計算技術，2009，39（4）:113-116.LI Yan-jiang，LIU Yong-tao，JIANG Zhi-feng，et al.Analyse of functional simulation ofaircraft fuel system[J].Aeronautical Computing Technique，2009，39（4）：113-116.

[5]范開英.飛行模擬器燃油系統建模與仿真[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2007.

[6]譚浩強.C程序設計[M].4版.北京:清華大學出版社，2010.

[7]史君成，張淑偉，律淑珍.LabWindows虛擬儀器設計[M].北京：國防工業出版社，2007.

[8]孫曉云.基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設計與應用[M].2版.北京：電子工業出版社，2010.