УСТРОЙСТВО ЗАБОРА ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
DEVICE FOR FUEL COLLECTION FROM THE VESSEL AIRCRAFT TANK

Изобретение относится к устройствам, использующим для забора топлива из бака высокоманевренного летательного аппарата (ЛА) капиллярные заборные устройства (КЗУ).
Известны способы забора топлива из бака ЛА, основанные на использовании различных физических принципов: механического (инерционные, эластичные и металлические разделители газовой и жидкой фаз и др.), капиллярного (сеточные и пористые разделители фаз), комбинированного (сочетание механического и капиллярного способов) и другие, реализованные в различных устройствах.
Известны устройства забора топлива из бака ЛА с использованием эластичных мешков, металлических диафрагм и сильфонов (Козлов А.А., Новиков В.Н., Соловьев Е.В. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. М.: Машиностроение, 1988. С. 291. Рис. 4.15, 4.16, 4.17). Они обеспечивают высокую степень выработки топлива, но практически неприменимы в конструкциях ЛА, имеющих сложную (кольцевую и т.п.) форму бака, например в ЛА с прямоточным воздушно-реактивным двигателем, имеющим центральный воздухозаборник, внутренние полости бака которых секционированы и загромождены агрегатами и транзитными трубопроводами.
Широкое применение в ЛА нашли инерционные заборные устройства (Козлов А.А., Новиков В.Н., Соловьев Е.В. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. М.: Машиностроение, 1988. С. 290. Рис. 4.13, 4.14). Основным недостатком этих устройств является низкая чувствительность к воздействию малой и нечувствительность к нулевой перегрузке, которая имеет место при маневрировании ЛА, что приводит к нарушению сплошности потока топлива на входе в маршевый двигатель (МД).
Капиллярные устройства забора топлива нашли широкое применение в космической технике (Капиллярные системы отбора жидкости из баков космических летательных аппаратов / В.В. Багров [и др.]. Под ред. проф. В.М. Поляева. М.: УНПЦ «Энергомаш», 1997), а также в атмосферных ЛА (Пневмогидравлические системы двигательных установок с жидкостными ракетными двигателями / В.Н. Челомей [и др.]. М.: Машиностроение, 1978. С. 26. Рис. 27). Вместе с тем, основным недостатком этих устройств является существенная зависимость капиллярной удерживающей способности (КУС) КЗУ от изменения физических свойств топлива при изменении (росте) температуры в полете, характерном для функционирования атмосферного ЛА.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является комплекс устройств, реализованный в комбинированной инерционно-капиллярной системе отбора топлива, представленный в патенте РФ на изобретение №2497724, который рассматривается в качестве ближайшего аналога. Расходный отсек бака разделен на две соединенные последовательно емкости. В последней из них по выработке установлено КЗУ, в предыдущей - инерционные переливные устройства. Инерционные переливные устройства обеспечивают перелив топлива в емкость с КЗУ без газовых включений при воздействии линейной перегрузки в процессе маневрирования ЛА. При смене знака перегрузки сплошность потока топлива на входе в МД обеспечивается КЗУ. Преимущество сочетания таких устройств заключается в том, что они могут быть применены в баке сложной конфигурации, в том числе и в баке кольцевого сечения, внутри которого располагаются агрегаты системы наддува и магистральные трубопроводы системы топливоподачи двигательной установки. Недостаток выражается в сочетании неподвижного КЗУ с буферной емкостью, расположенной между инерционными заборными устройствами и КЗУ, в которой может накапливаться газ в процессе маневрирования ЛА при смене знака перегрузки. Это приводит к увеличению объема газа (и соответственно уменьшению объема топлива) в полости бака с КЗУ.
Последнее обстоятельство снижает располагаемые возможности разделения газовой и жидкой фаз, определяемые КУС КЗУ и приводит к увеличению невырабатываемого остатка топлива. Снижению КУС также способствует увеличение температуры топлива в конце полета ЛА.
Технической задачей изобретения является уменьшение остатка топлива в баке по сравнению с ближайшим аналогом.
Решение задачи достигается путем использования (вместо стационарного) бескаркасного подвижного КЗУ - инерционно-капиллярного устройства забора топлива (ИКУЗТ), изменяющего свой объем в процессе выработки топлива из бака ЛА согласно способу, представленному в патенте РФ на изобретение №2617903. Расстояние от верхней точки (не контактирующей с топливом в баке) внешней поверхности капиллярного разделителя фаз (КРФ) до перпендикулярной вектору перегрузки границы раздела "газ-жидкость" в баке не превышает минимального значения, соответствующего минимальному КУС КРФ, с учетом максимально допустимой температуры топлива. Изменение объема происходит под действием на конструкцию ИКУЗТ неуравновешенных сил объемного сжатия, сопровождающих появление (в соответствии с опытом Э. Торричелли) несмоченной части конструкции ИКУЗТ над границей раздела "газ-жидкость" в баке, которые в стационарном КЗУ уравновешиваются силами реакции его каркаса.
Устройство забора топлива из бака ЛА (ИКУЗТ), представляющее собой размещенную в баке тонкостенную оболочку с проницаемой боковой поверхностью, причем одна торцевая поверхность соединена с трубопроводом забора топлива, а другая заглушена, отличающееся тем, что боковая поверхность оболочки выполнена с возможностью капиллярного разделения газовой и жидкой фаз из капиллярного объемно-пористого сетчатого материала с разбросом структурных параметров, определяющих его КУС, не более 10%. Устройство забора топлива из бака ЛА (ИКУЗТ), отличающееся тем, что боковая поверхность оболочки выполнена в виде гофр. Конструкция ИКУЗТ представлена на фиг. 1, на которой позициями обозначены: 1 - заглушенная торцевая поверхность, 2 - КРФ, 3 - трубопровод забора топлива.
ИКУЗТ функционирует следующим образом (фиг.2, на которой позициями обозначены: 4 - граница раздела «газ-жидкость», 5 - газовая полость бака, 6 -топливный бак, 7 - исходное состояние ИКУЗТ, 8 - остаток топлива, 9 - ИКУЗТ после уменьшения объема). Полностью погруженное в топливо устройство неподвижно и представляет собой благодаря большой площади гофрированной боковой поверхности малое сопротивление протекающему через него потоку жидкости. В процессе непрерывной выработки топлива, после достижения в баке границей раздела «газ-жидкость» заглушенной торцевой поверхности, появляются силы объемного сжатия, возникающие из-за разности давления между давлением в газовой полости бака и внутренним давлением в ИКУЗТ. Под действием этой силы, преодолевая силу упругости гофрированной боковой поверхности, ИКУЗТ перемещается и сокращает расстояние между верхней точкой смоченной поверхности КРФ и границей раздела «газ-жидкость» в баке. Конструктивные характеристики ИКУЗТ подбираются таким образом, чтобы это расстояние при выработке топлива через ИКУЗТ всегда оставалось меньше высоты, определяемой КУС КРФ (с учетом допусков, обеспечиваемых технологией изготовления объемно-пористого материала). Перемещение ИКУЗТ продолжается до конструктивного упора, который и определяет минимальный уровень топлива, соответствующий минимальному остатку топлива в ИКУЗТ и в баке.
На представленных графических материалах изображено: фиг. 1 - фотография действующего прототипа ИКУЗТ, фиг. 2 - принцип функционирования ИКУЗТ в топливном баке ЛА.