(57)【要約】  航空機の燃料タンク（２）から水を除去するための水抜きシステム（１）で、この水抜きシステムは、水送出ライン（１０）と、水送出ラインにおける水流をバルブの有効角度変化に応じて制御するよう構成したバルブ（２０）とを有する。使用にあたり、バルブは、離陸および上昇中、航空機の有効ピッチの増加に応じてバルブは自動的に開く。バルブは、振り子（４０）と、振り子に連結し、振り子の水送出ラインに対する角度相対位置の変化によって、バルブ閉鎖部材に作用して、バルブ閉鎖部材が水送出ラインにおける水の流れを阻止する閉鎖位置から、水がバルブを経て流れることができる開放位置まで移動させるバルブ閉鎖部材（４６）とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の燃料タンクから水を除去する水抜きシステムにおいて、
水送出ラインと、
水送出ラインにおける水の流れを、バルブの有効角度変化に応じて制御するように構成したバルブと、
を備えたシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記バルブは、
振り子と、
前記振り子に連結したバルブ閉鎖部材であって、前記水送出ラインに対する前記振り子の角度位置変化が、前記バルブ閉鎖部材に作用して、前記バルブ閉鎖部材が水送出ラインにおける水の流れを阻止する閉鎖位置から、水がバルブを経て流れることができる開放位置に移動することができるよう前記振り子に連結した、該バルブ閉鎖部材と、
を有する構成としたシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、
前記バルブ閉鎖部材は、開放と閉鎖位置との間で並進移動する構成としたシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記振り子をカムに連結し、前記バルブ閉鎖部材は、カム従動子、およびカム従動子をカムに係合するよう押圧するバイアス部材を有する構成としたシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記バイアス部材は、コイルばねを有する構成としたシステム。
【請求項６】
請求項２または３に記載のシステムにおいて、前記バルブ閉鎖部材は、一方の端部に前記バルブ閉鎖部材と回転自在に連結し、他方の端部に振り子に回転可能に連結したリンクによって振り子に連結した構成としたシステム。
【請求項７】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記バルブ閉鎖部材は、開放と閉鎖位置との間で回転する構成としたシステム。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記バルブは、水送出ラインにおける水の流れをほぼ阻止する閉鎖位置を有する構成としたシステム。
【請求項９】
航空機において、
燃料タンクと、
エンジンと、
請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の水抜きシステムであって、前記燃料タンクから水を除去し、この水をエンジンに供給するように構成した、該水抜きシステムと、
を有する構成とした航空機。
【請求項１０】
航空機の燃料タンクから水を除去する方法において、航空機の有効ピッチの増加に応じてバルブを開放して水送出ラインに水が流れるようにするステップと、水送出ラインから航空機のエンジンに水を供給するステップとを有する方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、さらに、航空機の有効ピッチの減少に応じてバルブを閉鎖するステップを有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水抜きシステムに関するものとする。
【背景技術】
【０００２】
航空機の燃料タンクから水を除去する水抜き方法は、特許文献１（米国特許第４８０９９３４号）に記載されている。水抜きパイプは、ブースターポンプのすぐ上流における燃料に分散している水を収集する。このシステムにおける第１の問題は、ベンチュリ管および噴射ポンプの複雑な構成を必要とすることである。他の問題は、エンジンが比較的低速で動作しているときに水がエンジンに供給されてしまう点である。このことは、エンジンの作動能率を低下させる。さらに他の問題は、このシステムは、１回のフライト中に、水を燃料タンクから完全に除去することができない点である。
【０００３】
水を燃料タンクから除去する方法は、特許文献２（米国特許第６１７０４７０号）に記載されている。水送出ラインは、水を燃料タンクからエンジンに供給する。水送出ラインにおけるバルブは、エンジンの速度が最小閾値を超えると開き、この理由は、エンジンが比較的速いスピードで動作しているとき、エンジンに流入する水は、エンジンの作動特性に大きな悪影響を与えるものではないからである。特許文献２の方法における問題は、エンジン速度測定装置を、バルブへの通信回線とともに設けなければいけない点である。これら要素は双方共に、故障のリスクがあり、この通信回線は、流体密封かつ本質的にフェールセーフで燃料タンクから導出させなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４８０９９３４号明細書
【特許文献２】米国特許第６１７０４７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
航空機の燃料システムに関する特別に困難な問題は、航空機が離陸した後には、外気温度が−３０°Ｃまたは−４０°Ｃまで低下し、約２０分後に燃料中の水が凍結する点である。水が凍結した後、タンクが着陸時に解凍するまでタンク内に閉じ込められる。したがって、水が最初の２０分間内に除去されない場合、問題を引き起こすまで、または手動で排水するまでは、数回のフライトにわたり徐々に累積してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様は、航空機の燃料タンクから水を除去する水抜きシステムを提供し、この水抜きシステムは、
水送出ラインと、
水送出ラインにおける水の流れを、バルブの有効角度変化に応じて制御するよう構成したバルブと、
を備える。
【０００７】
本発明の第２態様は、航空機の燃料タンクから水を除去する方法を提供し、この方法は、航空機の有効ピッチの増加に応じてバルブを開放し、水送出ラインに水が流れるようにするステップと、水送出ラインから航空機のエンジンに水を供給するステップと、を有する。
【０００８】
エンジン速度の測定装置の代わりに、本発明は離陸および上昇中における航空機の有効ピッチの増加に応じて、自動的に開放するバルブを提供するものとする。エンジン速度は、離陸および上昇時は比較的速いため、これは、動作特性に大きな影響を与えることなく、水をエンジン内に供給することができることを意味する。離陸および上昇中に水をエンジンに供給する他の利点は、凍結する前に水を除去することができることである。
【０００９】
概して、バルブは水送出ラインに配置し、入口、出口、または長さの中間点のいずれかに配置する。
【００１０】
以下に説明する好ましい実施形態において、水は、静水圧の作用によって充満した水タンクからエンジン内に供給するものとする。しかし、本発明によるバルブは、水タンクにおいて貯留する中間ステップなしに、水をエンジンに直接供給する特許文献２に記載されたタイプのシステムに利用できる。この場合、バルブは、特許文献２において用いるエンジン速度の測定装置の代替として機能できる。
【００１１】
好ましくは、このバルブは、
振り子と、
振り子に連結したバルブ閉鎖部材であって、水送出ラインに対する振り子の角度位置変化が、バルブ閉鎖部材に作用して、バルブ閉鎖部材が水送出ラインにおける水の流れを阻止する閉鎖位置から、水がバルブを経て流れることができる開放位置に移動することができるよう振り子に連結した、該バルブ閉鎖部材と、
を有する構成とする。
【００１２】
好ましい実施形態において、この振り子をカムに連結し、このバルブ閉鎖部材は、カム従動子、およびカム従動子をカムに係合するよう押圧するバイアス部材（コイルばね等）を有する。これによって、バルブの開放および閉鎖特性を、カムの形状および／または寸法および／または位置を調整することにより調整することができる。カムは、振り子の心軸もしくは振り子のシャフトに一体の部分とする、または振り子に間接的に連結する。
【００１３】
閉鎖位置において、バルブは、若干の流れを流すことができる、または水送出ラインにおける水の流れをほぼ阻止することができる。
本発明の実施形態を、添付の図面につき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】航空機を示す。
【図２】水抜きシステムを組み込んだ燃料タンクの線図的説明図である。
【図３】水抜きシステムを組み込んだ燃料タンクの線図的説明図である。
【図４】水抜きシステムを組み込んだ燃料タンクの線図的説明図である。
【図５】水抜きシステムを組み込んだ燃料タンクの線図的説明図である。
【図６ａ】振り子バルブを詳細に示す。
【図６ｂ】振り子バルブを詳細に示す。
【図６ｃ】振り子バルブを詳細に示す。
【図７ａ】第１の代案的な振り子バルブを示す。
【図７ｂ】第１の代案的な振り子バルブを示す。
【図７ｃ】第１の代案的な振り子バルブを示す。
【図８ａ】第２の代案的な振り子バルブを示す。
【図８ｂ】第２の代案的な振り子バルブを示す。
【図８ｃ】第２の代案的な振り子バルブを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１につき説明すると、航空機１００は、１対の翼を担持する胴体１０２を有し、左側の翼に参照符号１０３を付して示す。各翼はエンジンを担持し、左側のエンジンに、図１で参照符号１０４を付して示す。各エンジン用の燃料は、中央タンクおよび１個またはそれ以上の翼内タンクに貯蔵する。
【００１６】
図２には、一方の翼内タンク２において組み込んだ水抜きシステム１を示す。水抜きシステムは、水タンク３および水抜きライン４を有し、この水抜きライン４は、水タンク３の底部における出口５、および燃料タンク２の底部で水溜まり７に浸漬した入口６を有する。水タンク３は、概して、長さ０．４ｍでオープントップの、６０ｍｍ直径の垂直パイプとする。
【００１７】
逆止弁８を、水タンク８に枢軸９により取り付け、図２に示す充填では閉鎖位置であり、このとき水抜きライン４の出口５を閉鎖する。他の多くのタイプの逆止弁を用いることができることは明らかであり、図２〜５において示す設計は、単に説明目的で示したにすぎない。例えば、逆止弁は、円錐着座部に取り付けた円錐形の閉鎖部材を有し、この円錐形の閉鎖部材が開放位置と閉鎖位置との間で並進移動するものとすることもできる。
【００１８】
図２〜４は、それぞれ比較的低いレベル、中間レベル、および高いレベルでのタンク２における燃料３０の充填状態を示す。燃料タンクが満ちているとき、燃料タンクの底部に溜まっている水７に対して重力による静水圧が加わる。この静水圧は、図３に示すように燃料タンクの底部から水をほぼ完全に排除するまで、水を水抜きライン４、逆止弁８を経て、重力に抗して水タンク内まで押し上げる。燃料タンクが満ち続けるとき、水中の燃料は泡立ち（図３において参照符号３１で３個の燃料バブルとして示す）、また水タンク３の頂部における層３２に溜まる。
【００１９】
燃料の高さが水タンク３の頂部に到達したら、図４に示すように、燃料は、水タンクの頂部で開口２２を通して水タンク内に流入し、満杯にする。
【００２０】
図２に戻って説明すると、水送出ライン１０を、水タンク３の底部から延在させる。水送出ラインは、水タンク３における入口１１と、燃料取り込みライン１４と平行なポンプ入口ライン１３に接続した出口１２とを有する。燃料取り込みライン１４は、水抜きラインの入口６の上方で燃料タンク内における入口１５を有する。この入口６，１５は、それぞれフィルタまたはストレーナ１６，１７を有する。
【００２１】
ポンプ入口ライン１３は、ポンプ２１に達する。ポンプ出口ライン２２は、ポンプからエンジン１０４に達し、再循環ライン２３は、ポンプから燃料タンク内におけるバルブ２４に達する。バルブ２４は開放してポンプ２１の「定格出力を下げ」、ポンプ出口ライン２２をバイパスさせつつポンプ２１を動作させ続けることができる。
【００２２】
水送出ライン１０におけるバルブ２０は、図３〜５において概略的に示し、さらに詳細を図６ａ〜ｃに示す。
【００２３】
バルブ２０は振り子４０を有し、この振り子４０は、心軸４１により支持機構（図示せず）に回動可能に連結する。心軸４１はカム４２を有する。水送出ライン１０におけるチャンバ４３は、入口４４および出口４５を有する。ゲート４６は、チャンバ４３に取り付け、図６ａに示す閉鎖位置と図６ｂおよび図６ｃに示す開放位置との間で変位することができる。閉鎖位置において、ゲート４６は、チャンバ４３の入口４４および／または出口４５をブロックし、開放位置において、図６ｂおよび図６ｃに示すように、ゲート４６は、流体がバルブを通過できるようにする。
【００２４】
ゲート４６は、コイル圧縮ばね４８によってカム４２に圧着するカム従動子４７を有する。
【００２５】
航空機が水平であるとき、バルブ２０は、図３,４および６ａに示す閉鎖位置にある。航空機の「有効ピッチ」が、７°以上に上昇するとき、バルブ２０は、閉鎖位置から、図５および図６ｂに示すような正の開放位置に変化する。「有効ピッチ」は、順加速のための加速度ベクトルと組み合わせた物理的ピッチ（すなわち、航空機の物理的ピッチ角度）の組み合わせとして定義される。
【００２６】
図５に示すようにバルブ２０が開放した状態では、水は、水送出ライン１０に沿って流出し、水タンクにおける水の重力頭の結果である静水圧によってポンプ２１に供給される。ポンプ入口の閉塞は無視できる。水を水送出ライン１０に沿って押し出す重力頭は、燃料と比較して水の密度が大きいため、比較的大きいことに留意されたい。言い換えれば、重力頭は、水タンク３に燃料が充満した場合よりも大きい。したがって、重力頭は、燃料取り込み管１４から燃料を流すよりも、燃料ポンプに水を押しやろうとする傾向があり、このことは、少なくとも水タンクにおける水位が、水送出ライン１０の出口１２より上方になる限りにおいてである。随意的には、水送出ライン１０内に突入する誘導パイプ（図示せず）も設けることができる。この誘導パイプは、水送出ライン１０に僅かな制限を与え、ベンチュリ効果による流れを促進する傾向がある。
【００２７】
図２〜５に示した構成は線図的に示したに過ぎず、また、すべての所望ピッチ角度で、また、水タンクにおけるどの水位でも十分な重力頭を与えることが必要な場合、水タンク３を水送出ライン１０の出口１２より直ぐ上方に配置するよう調整することができることに留意されたい。
【００２８】
さらに、水タンク３は、重力頭を最大にするため、比較的丈高かつ幅狭となるよう設計することにも留意されたい。より特別には、逆アスペクト比（ここでは、Ｈ／√Ａとして定義し、Ｈは水タンクの高さ、Ａは断面積とする）が比較的高いものとする。例えば、直径６０ｍｍ、長さ０．４ｍの円筒形水タンクの場合、水タンクの逆アスペクト比は約７．５である。
【００２９】
水タンク３が負の重力を受けるとき、その後、水は、水タンク３の頂部で開口３３から流出し、燃料タンク内に流入する。しかし、水タンク３は比較的小さい（８０００リットルオーダーの容量を有する燃料タンク２と比較して１リットルオーダーの容量を有する）ため、これはほとんど性能に影響を与えない。また、このようにして流出したすべての水は、次の燃料補給で回収される。
【００３０】
水タンク３は、離陸および上昇中に２〜３分間で０．５リットルの流れを生ずる寸法にする。この結果、エンジンに対する水含有量は、この段階で約２５００ｐｐｍである。
【００３１】
離陸および上昇後、バルブ２４が開放してポンプ２１の定格出力を下げ（「デレート（減速）」し）、中央タンクのポンプが引き継ぐ。同時に、航空機のピッチが７°以下に低下したら、バルブ２０は、図６ｂに示した閉鎖位置まで閉鎖し、燃料は、燃料取り込みパイプ１４だけを通過してポンプに供給される。
【００３２】
航空機が降下中に「機首を下げる」とき、航空機の有効ピッチが−５°以下に下がり、バルブ２０は、閉鎖位置から図６ｃに示した負の開放位置に変化する。この段階で、水タンク３は空である、または、燃料タンクの残りにおける燃料レベル以上に燃料を有することがある。水タンク３には水はほとんどない、または全くない（水の大部分は、離陸および上昇中に予めエンジンに供給した）が、水タンク３には、燃料が若干存在することに留意されたい。水タンクにおいて大量の水が存在したら、凍結し、排水バルブ２０を詰まらせてしまうことに留意されたい。水タンク３に燃料が存在すれば、この燃料は、降下中にエンジンに供給され、次の燃料補給に備えて水タンクが空になる。
【００３３】
第１代案としての振り子バルブ２０ａ（バルブ２０の代わりに用いることができる）を図７ａ〜７ｃに示す。この場合、カムおよびカム従動子を用いる代わりに、バルブは、ヒンジ連結したリンク５２によってゲート５１に連結した振り子５０を有する。振り子５０は、互いに固定した垂直アーム５５および水平アーム５６を有し、心軸５７によって支持機構（図示せず）に垂直する。リンク５２は、枢着部５３によって一方の端部をゲートに、枢着部５４によって他方の端部を振り子５０の水平アーム５６に回転可能に連結する。ゲート５１は、水送出ラインから上側および下側に突出するチャンバにおいてスライド自在に取り付け、また、図７ａ〜７ｃに示したような３つの動作位置間でリンク５２によって駆動される。
【００３４】
第２代案としての振り子バルブ２０ｂ（バルブ２０またはバルブ２０ａの代わりに用いることができる）を図８ａ〜８ｃに示す。この場合、並進移動ゲートを用いる代わりに、バルブ２０ｂは、開放と閉鎖位置との間で回転する閉鎖部材を有する。
【００３５】
とくに、バルブ２０ｂは、水送出ライン１０における円筒形のチャンバ６２に収容した円筒形の閉鎖部材上に取り付けた振り子６０を有する。閉鎖部材は、１対のチャンネル６３，６４を有し、これらチャネルは、それぞれ図８ｂおよび８ｃに示すように、水出口管に対する振り子の角度が＋７°または−５°に到達したとき、チャンバ６２の入口および出口と一致する。図面の場合、水送出ライン１０、チャンバ６２および閉鎖部材６１は、振り子６０と垂直および平行に示していることに留意されたく、実際は、水平面指向で、振り子６０に対して直交する。また、チャンネル６３，６４間の偏角は、図面を簡略化するために図８ａ〜８ｃにおいて誇張して示す。実際には、チャンネルは、狭い角度で広がり（また、チャンバ６２および閉鎖部材６１は水送出ライン１０に対してより大きい）、必要な動作を与える。
【００３６】
図６ａ〜６ｃに示したバルブ２０の利点は、図７ａ〜７ｃおよび８ａ〜８ｃに示すバルブと比較すると、１．バルブの開放および閉鎖特性を、カム４２の形状および／または寸法および／または位置を調整することによって容易に調整することができる。２．ゲート４６が２個の動作位置しか有さないため、チャンバ４３は比較的小型である。３．振り子は、修理目的でバルブの残りの部分から容易に分離すことができる。４．航空機のピッチが行き過ぎた（すなわち、ピッチが＋７度より大幅に大きく増加する、もしくは−５度より大幅に小さく減少する、または高加速もしくは高減速を生ずる）場合、バルブの動作は影響を受けない。
【００３７】
代案の実施形態において（図示せず）、それぞれ水抜きラインおよび水送出ラインを有するいくつかの水タンクを、１個の共有振り子バルブ２０を介してエンジンに並列的に接続することができる。
【００３８】
他の代案的な実施形態において（図示せず）、サーモスタット制御の排水バルブを、振り子バルブ２０，２０ａまたは２０ｂと並列的なラインにおいて取り付ける。このサーモスタット制御バルブは、温度が２°Ｃ以下（上述のように）に低下したら開きこの状態は、航空機がある高度で飛行するときに起こる。これによって、すべての水を水タンクから確実に排除することができる。随意的には、サーモスタット制御バルブを、振り子バルブ２０，２０ａ，２０ｂの「機首下げ」操作に代えることができる。すなわち、振り子バルブ２０，２０ａ、２０ｂは、正の開放位置でのみ類似の振り子バルブに交換することができる。サーモスタット制御バルブは、例えば、車エンジンサーモスタットにおいて用いるワックス型バルブまたはバルブを開放するバイメタルスプリングとすることができる。
【００３９】
本発明を、１個またはそれ以上の好ましい実施形態につき説明したが、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの改変または変更を加えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
2010521355.tif 000013
【図８ａ】
2010521355.tif 000014
【図８ｂ】
2010521355.tif 000015
【図８ｃ】
2010521355.tif 000016
【国際調査報告】
2010521355.tif 000017
2010521355.tif 000018
2010521355.tif 000019