燃油系統(tǒng)輸油流量測試是飛機燃油系統(tǒng)地面模擬試驗的一項重要內(nèi)容；由于試驗油箱內(nèi)部的各管路與真實飛機油箱管路的布 置是一致的，不適合在油箱內(nèi)的狹小空間安裝渦輪流量計，并且會破壞管路流阻特性；由于使用傳統(tǒng)油箱油量標定的方法進行輸油流量 測量耗時耗力，所以需要采用一種新的技術(shù)或測量方法來完成油箱輸油流量的測量；超聲波流量計體積小，不會破壞輸油管路流阻特性， 防爆等級也符合試驗要求；對超聲波流量計在浸油狀態(tài)下測試進行可行性分析，將超聲波流量計在飛機燃油系統(tǒng)試驗中實現(xiàn)創(chuàng)新性應用； 通過試驗證明了超聲波流量計在飛機燃油流量測試中發(fā)揮了重要作用，并且首次將超聲波流量計應用到飛機試驗油箱內(nèi)部輸油管路的流 量測試中，這對飛機其他系統(tǒng)的流量測試和飛機機上排故試驗起到了重要作用。

0 .引言

燃油系統(tǒng)用來貯存飛機所需要的燃油，并保證飛機在所有 的工作狀態(tài)下都能連續(xù)、有效地向發(fā)動機供給燃油。此外，燃 油系統(tǒng)還具有為空調(diào)系統(tǒng)的工作介質(zhì)、發(fā)電機冷卻系統(tǒng)、液壓 系統(tǒng)和雷達冷卻系統(tǒng)提供散熱的功能。飛機燃油系統(tǒng)試驗的主 要目的是驗證燃油系統(tǒng)各分系統(tǒng)及配套的成品、附件是否滿足 飛機性能并且驗證系統(tǒng)設(shè)計的合理性。試驗可根據(jù)燃油系統(tǒng)功 能及合理試驗方法劃分為以下九大項內(nèi)容，分別為供油子系統(tǒng) 試驗、抽吸供油試驗、負過載供油試驗、輸油子系統(tǒng)試驗、壓 力加油試驗、加油沖擊壓力測量試驗、通氣增壓分系統(tǒng)試驗、 散熱子系統(tǒng)試驗和油量一耗量測量子系統(tǒng)試驗。合理的流量和 壓力的燃油是飛機正常飛行的保證，無論那一項試驗都會涉及 到流量的測試，所以在飛機燃油試驗中測量流量的方法尤為 關(guān)鍵。

試驗油箱是按照飛機油箱1: 1模擬設(shè)計的，油箱內(nèi)部的 各種管路布置與真實飛機油箱的管路布置一致，真實飛機各個 油箱內(nèi)沒有安裝流量計，所以如果在試驗室模擬臺油箱內(nèi)安裝燃油系統(tǒng)試驗測試與控制方向的研宄。 渦輪流量計，勢必會破壞管路流阻特性，并且渦輪流量計的體 積很大，不適合安裝在油箱內(nèi)的狹小空間內(nèi)，只能采取其他的 試驗方法獲取試驗數(shù)據(jù)。需要采用一種新的技術(shù)或測量方法來 完成油箱輸油流量的測量。經(jīng)過調(diào)研論證，采用超聲波流量計 進行燃油流量測量。超聲波流量計體積很小，只需要安裝輸油管路的外管壁上不會破壞輸油管路流阻特性，并且其防爆等 級符合試驗要求，適合安裝在油箱內(nèi)測量管路的液體流量。在 下面的文章中將要論述其在燃油試驗中的具體應用。

1.超聲波流量計簡介

19世紀30年代，德國人發(fā)明有史以來臺超聲波流量 計。迄今為止，超聲波流量計歷經(jīng)了九十多年的發(fā)展歷程。雖 然***初的超聲波流量計使用并不廣泛，但在一九七零年以后， 隨著集成電路和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使得超聲波流量計在測 量精度、響應速度和穩(wěn)定性方面有了大幅度改善。近十幾年 來，隨著我國航空事業(yè)的快速發(fā)展，國防工業(yè)對于測試設(shè)備和 測試技術(shù)能力要求的逐步提高，超聲波流量計迅速成為流量測 量的領(lǐng)域不可或缺的組成部分[2]。

超聲波流量計主要由流量計二次儀表、測量探頭（換能 器）及信號處理單元和安裝部件組成。正確選擇測量點對于實 現(xiàn)可靠和高精度的測量是至關(guān)重要的，測量必須在管道上進 行。測量點的正確選擇和正確的傳感器安裝位置能保證在***佳條件下接受和處理超聲波信號。由于測量環(huán)境不同對測試影響 的因素眾多，對于傳感器的定位并無標準方案。傳感器安裝的 正確性主要受介質(zhì)影響，受介質(zhì)中存在的氣泡影響，受管路的 直徑、材料、內(nèi)襯、壁厚和形狀影響。安裝應該盡量避開管路 中有沉積物的位置，應確保選定的位置上的溫度處于儀器換能 器的工作范圍內(nèi)。

結(jié)合飛機燃油試驗流量測量的需要，分析一下所選 FLEXIM公司的F601型號超聲波流量計的特點。（1)測量精 度為0.5%完全符合試驗需要；（2)適用溫度范圍一 200? 450°C完全包含試驗測試溫度范圍；（3)響應時間為70 ms; (4)可測量***小管徑為6 mm; (5)可測較低流速為0.01m/ s；()主機采用雙處理器，一個作為信號采集，一個作為信 號處理，提高運行速度；（）傳感器內(nèi)部帶有溫度補償功能， 確保介質(zhì)溫度發(fā)生變化時，保證測量精度；（）傳感器電纜為 鍇裝電纜，防止傳感器在經(jīng)常適用的情況下?lián)p壞電纜，適應試 驗環(huán)境；超聲波流量器內(nèi)部固化儲存芯片，適用時流量計自動 讀取傳感器數(shù)據(jù)，方便操作，保證試驗測量精度。

2.超聲波流量計原理

超聲波流量計就是通過測量流體對超聲波的作用所承載的 信息來測量流體流量的。若所利用的承載信息不同，其測量原 理也就不同，超聲波流量計的測量原理可以分為時差法、相關(guān) 法、多普勒法、噪聲法、旋禍法和波束偏移法等。其中時差法 的技術(shù)***為成熟，應用也***為廣泛，本文測量燃油流量就是采 用的時差法原理。

時差法是通過測量超聲波束在管道流體中傳播時間差值來 測量流體流速，進而計算出流量的。

超聲波流量計的測量原理參見圖1和圖2。

圖1中管路為輸油管路，兩個方塊為超聲波流量計的換 能器，超聲波流量計貼在輸油管外壁上，一個為超聲波發(fā)射模 塊，一個為超聲波接收模塊。

如圖2所示，圖上方波形圖為超聲波在靜止液體中傳播示 意曲線，下方是在有一定流速的液體傳播示意曲線。由于超聲 波在煤油中的傳播速度是一定的，由于兩個模塊安裝位置之間 的距離是固定的，那么如果管路內(nèi)的油是靜止的，那么一束超 聲波經(jīng)過管路中煤油，再反射到接收模塊，超聲波在煤油傳播的時間就是一個定值，即^;當管路中的液體是流動的，超聲 波此時傳播速度應該是液體的流動速度疊加上超聲波在煤油中 的固有的傳播速度，所以與液體靜止時接收到超聲波的時間有 滯后或超前，這個時間為^，時間差A就是由于管路中液體 流動產(chǎn)生的，并且與流動速度相關(guān)，在己知管路內(nèi)徑和超聲波 在液體中的固有傳播速度的情況下，就可以通過一系列計算獲 得液體單位時間內(nèi)流過的體積，即管路中流動液體的瞬時 流量。

3.超聲波流量計組成和性能指標

一套超聲波流量計由兩個探頭（換能器）、同軸電纜和測 量儀表（二次儀表）組成，兩個探頭直接安裝在管路上，通過 同軸電纜將信號輸入給二次儀表，兩個探頭一個為超聲波信號 發(fā)射探頭，一個為超聲波信號接受探頭。

超聲波流量計的測試精度為：0.5%防爆等級：二區(qū)防爆ExdIIBT4 可測溫度范圍：一 200C?450C 可測較低流速：0. 01 m/s 可測***小管徑：6 mm

4.超聲波流量計安裝方法和注意事項

安裝方式主要有兩種：同一側(cè)安裝和對側(cè)安裝，見圖3.

上圖是反射式，采用V型或W型安裝；下圖是直射式， 采用Z型安裝。選擇哪種安裝方式與管路的管徑相關(guān)，一般將 管徑參數(shù)輸入與傳感器配套的測試儀表內(nèi)，測試儀表經(jīng)過計算 會提示一個比較適合的安裝方式，并且給出***優(yōu)的安裝距離。 安裝人員按照此參數(shù)進行實際安裝。

反射式安裝需要兩個模塊中心線在一條直線上，并且與管 路軸線平行，而直射式安裝兩個模塊中心線在一個平面內(nèi)，并 且與管路軸線平行。這兩個條件看似簡單，卻往往因為安裝位 置和安裝空間的限制不容易實現(xiàn)，通常要利用直角尺和游標卡 尺共同完成安裝。兩個探頭之間的距離要利用游標卡尺 測量，此參數(shù)需要輸入給測量儀表參與流量值計算。

超聲波安裝位置的選擇，有以下幾條注意事項：

①首先保證需要測量的管路是一段直管路，并且管路外表 面和內(nèi)表面都比較光滑，如果表面比較粗糙，會降低超聲波的 反射能力，影響測量精度；②傳感器距離如果管路上有彎頭、變徑、閥門和泵等，要 保證一定的距離，因為在彎頭、變徑、閥門和泵的附近容易產(chǎn) 生渦流，影響測量數(shù)據(jù)，具體距離參數(shù)可查找安裝說明的參數(shù) 表，傳感器一般與之都要相距10倍管徑以上；

③如果選擇垂直地面的管路測量，要注意液體的流向，要 選擇液體向上流動的管路，因為液體向下流動時，受重力的影 響，容易造成液柱不連續(xù)，有氣泡產(chǎn)生，影響測量精度。

5. 二次儀表的使用及數(shù)據(jù)采集

超聲波流量計的探頭通過同軸電纜與二次儀表相連， 二次 儀表通過采集超聲波信號，進行相關(guān)計算，得到流量值。

二次儀表需要輸入輸油管路的管徑參數(shù)，超聲波在煤油中 的傳播速度，煤油密度、黏度系數(shù)、測試電纜長度等參數(shù)。

測量儀表計算出流量值后，可以根據(jù)設(shè)定的量程范圍變送 輸出標準的電流電壓信號，供計算機測試系統(tǒng)采集記錄。

6.超聲波流量計的在飛機燃油試驗中具體應用

在飛機燃油試驗中需要采用油箱標定的方法來測量輸油流 量。在以往的型號試驗中油箱標定的方法是通過逐次向油箱內(nèi) 加入一定量的煤油，記錄下油箱內(nèi)液位傳感器的液位高度，得 到油箱的油量一高度曲線。在油箱標定試驗中，油箱輸油，記 錄下油箱內(nèi)液位傳感器的液位高度變化，通過油量一高度曲線 計算得到油箱油量隨時間變化曲線，其斜率是油箱輸油瞬時流 量。但是油箱標定是一項很龐大的試驗，雖然試驗本身并不復 雜，但需要耗費大量人力物力，在某型飛機油量標定試驗中， 整個試驗團隊用兩個月才完成標定試驗。并且在飛機燃油試驗 中，試驗需要測試不同油箱在不同姿態(tài)下的輸油流量，而渦輪 流量計的體積很大，不適合安裝在油箱內(nèi)的狹小空間，因此不 能安裝渦輪流量計，為了保住試驗節(jié)點不能再使用的耗時耗力 的測量方法。所以，需要采用一種新的技術(shù)或測量方法來完成 油箱輸油流量的測量。經(jīng)過調(diào)研論證，發(fā)現(xiàn)了一種新型流量測 量儀器一超聲波流量計進行流量測量。超聲波流量計的優(yōu)點是體積很小、適合安裝在輸油管路的外管壁上，不會破壞輸油管 路流阻特性，并且其防爆等級是二區(qū)防爆Exdll BT4符合飛機燃油試驗要求，可以浸泡在油箱煤油中測量油箱內(nèi)部管路的煤 油流量。

團隊首次將超聲波流量計應用到飛機燃油試驗中，而其中 ***大亮點就是首次使用超聲波流量計測量浸在飛機油箱中的輸 油管路的輸油流量。

下面結(jié)合測量機翼油箱的輸油流量測量介紹超聲波流量計 的在飛機燃油試驗中具體應用。

首先打開油箱口蓋，確認需要測量的管路，選擇測量位置 時要參照上文所述的安裝位置選擇注意事項。

通過查閱管路設(shè)計圖紙，獲得待測輸油管路的材料型號、 管徑、壁厚等參數(shù)指標，經(jīng)確認，機翼油箱的輸油管路材料為鋁、外徑（XX) mm、壁厚（XX) mm，將這些參數(shù)輸入測量 儀表，測量儀表經(jīng)過內(nèi)部計算，給出***優(yōu)的安裝方式和探頭之間的***佳間距。

在確定好安裝位置后，按照測量儀表提示的安裝方式和間 距進行安裝， 安裝時一定要注意探頭的中心線與管路軸線平行， 參照前文論述，另外注意探頭的方向與管路中煤油流向一致。

探頭固定好后，用千分卡尺測量兩個探頭之間的實際距 離，雖然安裝時是盡量按照儀表給出的尺寸安裝，但由于安裝 空間限制，實際距離與要求距離不能完全相同，但只要將實際 距離輸入測量儀表，測量儀表根據(jù)實際距離進行修正。

探頭固定安裝后，將探頭的測試電纜與測量儀表連接，這 時，如果管路中充滿煤油，儀表的測試界面將顯示超聲波信號 強弱，如果信號很強，則表明探頭安裝正確，如果信號弱，則 需檢查探頭安裝情況，調(diào)整安裝，直至顯示信號正常，可以進 行試驗測試。

測試儀表將測得的流量值輸入給計算機測試系統(tǒng)， 計算機 系統(tǒng)同步記錄流量值和試驗中其他參數(shù)，從而完成輸油流量測 量試驗。

[導讀]電子皂膜流量計 詳細參數(shù)GL-102B電子皂膜流量計/液體流量計介紹： GL-100B型系列數(shù)字皂膜/液體流量計為我公司產(chǎn)品新近推出的直接面向國內(nèi)廣大用戶的產(chǎn)品。適用于任何氣體或液體流量的檢測。。用戶通過選擇不同量程的產(chǎn)品即可實現(xiàn)量程從0.1mL/min～30L/min范圍的氣體或液體流量的測定，。儀器具有溫度、壓力、容積的校正功能，用戶通過現(xiàn)場自我校正，可同時得出被測氣體的質(zhì)量流量和體積流量，并可進行統(tǒng)計計算。主要性能指標：液晶顯示窗，可完整顯示氣壓、溫度、容積、流量等信息。三鍵操作，對結(jié)果進行統(tǒng)計計算（5次平均）。測量精度： △Q﹤ 1％。時間范圍： 0.1～600.0s(內(nèi)部計算到0.01秒)。內(nèi)裝標稱值為4.8V、700mA/h的充電電池，充滿電后待機時間﹥300小時。充電次數(shù)﹥500次。外接9V直流電源，當電池耗盡時可將此電源由流量計底座后部插入替代使用，同時

管道流量計相關(guān)產(chǎn)品

電子皂膜流量計 詳細參數(shù)

GL-102B電子皂膜流量計/液體流量計介紹：

GL-100B型系列數(shù)字皂膜/液體流量計為我公司產(chǎn)品新近推出的直接面向國內(nèi)廣大用戶的產(chǎn)品。適用于任何氣體或液體流量的檢測。。用戶通過選擇不同量程的產(chǎn)品即可實現(xiàn)量程從0.1mL/min～30L/min范圍的氣體或液體流量的測定，。儀器具有溫度、壓力、容積的校正功能，用戶通過現(xiàn)場自我校正，可同時得出被測氣體的質(zhì)量流量和體積流量，并可進行統(tǒng)計計算。

主要性能指標：
液晶顯示窗，可完整顯示氣壓、溫度、容積、流量等信息。
三鍵操作，對結(jié)果進行統(tǒng)計計算（5次平均）。
測量精度： △Q﹤ 1％。
時間范圍： 0.1～600.0s(內(nèi)部計算到0.01秒)。
內(nèi)裝標稱值為4.8V、700mA/h的充電電池，充滿電后待機時間﹥300小時。
充電次數(shù)﹥500次。
外接9V直流電源，當電池耗盡時可將此電源由流量計底座后部插入替代使用，同時通過內(nèi)部充電電路對電池進行充電。

型 號 　　　　　　　　　　　　量 程
GL-101B 　　　　　　LEVER 1 （0.1～100mL/min）
GL-102B　　　　　　 LEVER 2 （1～1000mL/min）
GL-103A 　　　　　　LEVER 3 （2mL/min～2L/min）
GL-105B 　　　　　　LEVER 5 （30mL/min～30L/min）

7.結(jié)論

本文介紹了超聲波流量計在飛機燃油試驗中的實際應用， 并且在近期幾個型號的燃油地面模擬試驗中，都應用了超聲波 流量計測量輸油流量，由于其安裝測試簡單方便，節(jié)省大量的 人力物力，解決了費時費力的測試難題，很好地完成試驗任 務(wù)，確保了試驗節(jié)點。綜上，在飛機燃油流量測試中應用超聲 波流量計是可行的， 并且本方法己經(jīng)在飛機燃油模擬試驗的流 量測試中得到成功運用。建議該測試方法在飛機其他系統(tǒng)流量 測試中使用，比如液壓系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)都非常適合使用該方 法。同時，該測試方法在飛機機上排故方面會起重大作用。隨 著超聲波流量計發(fā)展，測試設(shè)備越來越小，并且可以應用在機 上燃油流量測試。