燃油流量的准确测量对航空发动机性能计算有着重要的影响，同时会影响到飞行任务和飞行计划的安排。目前市场上航空用燃油流量计型号繁多，其中尤以双转子燃油流量计性能最为突出。同传统单转子流量计相比，双转子燃油流量计有以下优点：响应更快、重复性好、精度高、更强的适应性、更宽广的量程，且可以通过测量参数实现实时健康监控，因此在飞行试验中具有广泛的工程应用前景。
某型发动机性能飞行试验期间采用国外某公司的双转子燃油流量计。本文结合飞行试验数据，针对该发动机的燃油流量进行计算，并与国外供应商提供的计算结果进行比对，验证了本文计算方法的正确性，为国内在航空发动机飞行试验中采用双转子流量计奠定了基础。
1 双转子燃油流量计工作原理
双转子燃油流量计示意图如图1所示。
图1 双转子流量计示意图
双转子流量计采用螺旋形转子叶片（如图2），螺旋形叶片可以更有效地将流体动能转换为对转子叶片的冲击能量，从而对流量变化的响应更加敏感。采用螺旋形叶片还可以减小流体对轴承的冲击，从而使轴承寿命得以延长［1］。
图2 螺旋形叶片
和传统的单转子流量计相比，双转子流量计的两个转子的转动方向相反，优点是可以形成流动耦合，旋流对两个转子的作用效果是相反的［2］。由于旋流的影响上游转子的转速下降，流动耦合效应会使得下游转子的转速增加，且上游转子转速降低的程度与下游转子转速增加的程度一致。即使来流存在旋流，两个转子的合成的转速也是一定的。
双转子燃油流量计的工作原理是利用置于燃油中的叶轮感受燃油平均速度，并将叶轮的转动转化为电信号输出，叶轮转速与燃油流量成正比（图3所示）。燃油进入流量计经过导流器（图3中②）后，冲击上游转子（图3中③）并使其转动，燃油以接近90°攻角冲击下游转子（图3中④），使得流体以尽可能大的能量冲击下游转子。正是如此，该类型流量计的量程范围较常规单转子流量计有显著增大。传感器将转子频率信号传输到信号采集器，从而建立起转子频率与流量之间的关系，并由试验校准曲线反求出燃油流量。
图3 双转子燃油流量计工作示意图
2 双转子燃油流量计计算方法
计算双转子燃油流量之前首先引入关键参数：K因子［3］。该因子建立起了流量计的转子频率和流体体积流量之间的关系：
（1）
式（1）中，Freq—转子的频率，Hz；
Wf—通过流量计的燃油体积流量，l/min。
对流量计的整个工作范围进行校准，可以得到关于K因子和Freq/Visc（Visc为运动黏度系数，单位；centiStoke，简写为cts）之间的关系曲线。由于制造工艺的原因，每个流量计的K因子都会有所不同，这就意味着每个流量计出厂前都要进行校准，因此流量计的每个转子都有各自的K－Freq/Visc曲线图。
以该型双转子燃油流量计为例，当运动黏性系数分别为0.87cts和1.62cts时，其上、下游转子的K－Freq/Visc关系曲线分别如图4、图5所示。
图4 上游转子的K-Kreq/Visc关系曲线
图5 下游转子的K-Kreq/Visc关系曲线
根据供应商提供的不同黏度燃油下的校准曲线图，可以得到合成后上、下游转子的校准曲线图，如图6、图7所示。合成后的校准曲线适用于不同黏度燃油的测量。在计算中实际上使用到的为上、下游转子的合成校准曲线，上、下游转子单独的校准曲线可以用于流量计的工作状态监控。上、下游转子合成后的K－Freq/Visc校准曲线图如图8所示。
图6 上游转子的K因子关系图
图7 下游转子的K因子关系图
具体计算过程如下：
a）从飞行数据中得到燃油流量计上、下游转子的频率和燃油流量计处的燃油温度；
b）考虑温度对燃油黏度的影响，通过修正可知燃油的运动黏度系数；
c）按照下列公式对上、下游转子的转子频率进行合成：
（2）
图8 上、下游转子合成后的K－Freq/Visc关系图
式（2）中，下标COM代表合成后的值，UPS、DNS分别代表上、下游转子的值。
d）由图8合成后转子校准曲线得到最终的K因子；
e）由公式（1）可以计算出燃油体积流量。
3 计算结果的验证及结论
某型发动机性能飞行试验的原始数据如图9所示。
图9 上、下游转子飞行试验数据
对某架次的飞行试验数据计算结果和供应商提供的结果如图10和图11所示。
图10 上游转子计算结果对比
图11 流量计计算结果对比
经计算验证，温度对燃油运动黏性系数影响很小，基本可以忽略，所以本文用了定运动黏性系数（1.08cts）。通过图10和图11可知，本文计算结果与供应商提供的结果基本吻合，相对误差也控制在2.8%以内。由于在计算中对燃油流量计的K－Freq/Visc关系曲线图做多项式拟合处理，一定程度上引入了系统误差。但总的来讲，计算精度是可接受的，计算结果也是可信的，能够满足工程需要。
如果要进一步提高计算精度，应当加入运动黏性系数以及密度修正，改进曲线拟合方法等。此外，还需要对双转子燃油流量计的校准方法进行研究。
