Fuel level measurement for aircraft fuel tanks

In the modern aerial industry, particularly over the aerial transport sector, accuracy and precision in measurement of the aircraft loaded fuel plays a fundamental role in the handling and reduction of the trip costs; the higher the precision, the lower the departure load and the average consumption will be, reducing in this way the flight costs and increasing the profit margin. Actually, fuel level measurement is actuated through capacitive cylinders submerged in the fuel itself; measuring the impedance of the cylinder, it is possible to derive the height of the liquid in which it is submerged in, and consequently the total volume of the fuel inside the tank. That kind of methodology is however imprecise and subjected to frequent measurement errors, as height variation due to rolling and alteration of capacity measurement due to the presence of foam on the liquid surface. Aim of this thesis is the study, analysis and prototyping of an alternate system for fuel level measurement, more efficient and more precise than the ones actually in use, with the final targets of fuel load optimization on departure of the aircraft and more precise measurement of the effective remaining fuel load, reducing in this way the average consumption (departing with a lower load the aircraft will result lighter in weight) and the economic cost of the fuel itself for the airline. The thesis will take in consideration the actual fuel level measurement techniques, the physics principles under the new proposed method for level measurement, the assembly procedures of the prototype and the sensor calibration. Finally, obtained results will be evaluated and possible future develops will be analyzed.

Nella moderna industria aerea, ed in particolar modo nel settore del trasporto aereo, l’accuratezza e la precisione nella misurazione del carburante a bordo degli aeromobili gioca un ruolo fondamentale nella gestione e riduzione dei costi di viaggio; maggiore la precisione, minore sarà il carico al decollo e il consumo medio, riducendo quindi i costi del volo ed aumentando il margine di profitto. Attualmente, la misura del livello di carburante viene attuata mediante cilindri capacitivi immersi nel carburante stesso; misurando l’impedenza del cilindro, è possibile derivare l’altezza del liquido in cui è immerso, e di conseguenza il volume totale di carburante presente. Tale metodo è però poco preciso e soggetto ad errori di misura frequenti, come la variazione di altezza dovuta a rollio e l’alterazione della misura di capacità data dalla presenza di schiuma sulla superficie. Scopo della tesi è lo studio, analisi e prototipazione di un sistema alternativo di misura del livello di carburante più efficiente e soprattutto più preciso di quello attualmente in uso, con l’obbiettivo finale di ottimizzazione del carico di carburante alla partenza dell’aeromobile e di fornitura di una misura più puntuale dell’effettivo carico residuo, riducendo così il consumo medio (partendo con un carico minore il velivolo risulterà più leggero) e il costo economico del carburante stesso per la compagnia aerea. Verranno prese in considerazione le metodologie attuali di misura del livello di carburante, i principi fisici alla base della logica di misurazione del nuovo metodo proposto, le procedure di assemblaggio del prototipo e taratura del sensore. Infine, saranno analizzati i risultati ottenuti ed i possibili sviluppi futuri.