ТОПЛИВНЫЙ БАК ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
AIRCRAFT FUEL TANK AND OPERATING METHOD THEREOF

Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов (ЛА), в частности к устройствам, связанным с подачей топлива к силовой установке, конкретно к конструктивной модификации топливного бака (ТБ).
Известен топливный бак летательного аппарата - патент РФ на полезную модель №63774, принятый за прототип, содержащий эластичную компенсационную емкость, размещенную в полости бака внутри тонколистового перфорированного контейнера, прикрепленного к элементам конструкции полости бака, при этом эластичная компенсационная емкость закреплена внутри перфорированного предохранительного контейнера посредством подвижного соединения с обеспечением возможности ее складывания и снабжена дренажной горловиной, прикрепленной к стенке бака, содержащей осевой дренажный канал, снабженный дренажной трубкой, выполненной в виде коллектора и прикрепленной к внутренней поверхности емкости, и резьбовой заглушкой, установленной на выходе канала, снабженной отверстием, сообщенным с окружающей средой. Общеизвестными признаками топливных баков летательных аппаратов являются также наличие дренажной и заправочной горловин, а также линий подачи газа и расхода топлива с пусковыми клапанами.
Существенными признаками предлагаемого ТБ ЛА, совпадающими с признаками прототипа, являются следующие: топливный бак летательного аппарата содержит дренажную и заправочную горловины, линии подачи газа и расхода топлива с пусковыми клапанами, а также эластичную компенсационную емкость, размещенную во внутренней части бака внутри перфорированного предохранительного контейнера, снабженную дренажной горловиной, прикрепленной к стенке бака, при этом горловина содержит осевой канал и съемную заглушку в верхней части горловины с дренажным отверстием в окружающую среду.
Известен способ эксплуатации прототипа - патент РФ на полезную модель №63774, включающий хранение незаправленного топливного бака, его заправку топливом с последующей выработкой. Необходимость такого способа вызвана ограничением срока службы ТБ в заправленном состоянии и, как правило, используется после изготовления ТБ при доставке в составе ЛА в эксплуатирующую организацию до момента его первой заправки топливом и после слива топлива до момента его повторной заправки. Все существенные признаки совпадают с существенными признаками предлагаемого способа эксплуатации ТБ.
В известном ТБ и способе его эксплуатации на этапах его эксплуатации в незаправленном топливом состоянии, при которых возможно транспортирование, включая воздушное, поверхность эластичной компенсационной емкости при действии транспортировочных перегрузок подвергается большому циклу перемещений внутри контейнера с образованием складок. В местах изгиба образуются микротрещины, уменьшающие степень герметичности материала и срок службы эластичной компенсационной емкости.
Предлагаемым ТБ и способом его эксплуатации решается задача увеличения срока службы эластичной компенсационной емкости.
Для решения поставленной задачи в ТБ ЛА, содержащем дренажную и заправочную горловины, линии подачи газа и расхода топлива с пусковыми клапанами, а также эластичную компенсационную емкость, размещенную во внутренней части бака внутри перфорированного предохранительного контейнера, снабженную дренажной горловиной, прикрепленной к стенке бака, при этом горловина содержит осевой канал и съемную заглушку в верхней части горловины с дренажным отверстием в окружающую среду, в осевом канале горловины под заглушкой выполнена цилиндрическая полость с ограничительным буртиком в ее нижней части; в средней части полости размещен съемный поршень с уплотнительной прокладкой, снабженный направленным к съемной заглушке хвостовиком, содержащим упорную поверхность, при этом в съемной заглушке выполнена цилиндрическая полость для упорной поверхности хвостовика. Дополнительно, для предупреждения о незаправленном топливом ТБ перед полетом ЛА хвостовик поршня выполнен с концевой частью, выступающей через отверстие заглушки за ее наружный контур, при этом к выступающей концевой части хвостовика прикреплен сигнальный флажок.
Отличительными признаками предлагаемого ТБ ЛА являются выполнение в осевом канале горловины под заглушкой цилиндрической полости с ограничительным буртиком в ее нижней части, а также размещение в средней части полости съемного поршня с уплотнительной прокладкой, снабженного направленным к съемной заглушке хвостовиком, содержащим упорную поверхность, и выполнение в съемной заглушке цилиндрической полости для упорной поверхности хвостовика. Кроме того, дополнительно хвостовик поршня может быть выполнен с концевой частью, выступающей через отверстие заглушки за ее наружный контур, при этом к выступающей концевой части хвостовика может быть прикреплен сигнальный флажок.
Для решения поставленной задачи в способе эксплуатации топливного бака с эластичной компенсационной емкостью, включающем хранение незаправленного топливного бака, его заправку топливом с последующей выработкой, перед началом эксплуатации незаправленного топливного бака наддувают избыточным консервационным давлением газа и герметизируют полость эластичной компенсационной емкости, а также герметизируют топливную полость бака, при этом величину избыточного консервационного давления выбирают из условия обеспечения нахождения эластичной компенсационной емкости в расправленном состоянии, перед заправкой бака топливом избыточное консервационное давление газа стравливают. Кроме того, для дополнительного увеличения срока службы эластичной компенсационной емкости в предлагаемом способе, дополнительно, перед герметизацией топливной полости бака осуществляют ее наддув избыточным консервационным давлением газа, при этом в процессе наддува обеих полостей обеспечивают опережающий рост давления газа в полости эластичной компенсационной емкости; перед заправкой бака топливом избыточное консервационное давление газа в топливной полости стравливают, при этом в процессе стравливания консервационного давления газа в обеих полостях обеспечивают опережающий сброс давления газа в топливной полости бака; для консервации топливной полости бака и полости эластичной компенсационной емкости используют инертный газ.
Предлагаемый способ отличается тем, что перед началом эксплуатации незаправленного топливного бака наддувают избыточным консервационным давлением газа и герметизируют полость эластичной компенсационной емкости, а также герметизируют топливную полость бака, при этом величину избыточного консервационного давления выбирают из условия обеспечения нахождения эластичной компенсационной емкости в расправленном состоянии; перед заправкой бака топливом избыточное консервационное давление газа стравливают. Кроме того, то, что перед герметизацией топливной полости бака осуществляют ее наддув избыточным консервационным давлением газа, при этом в процессе наддува обеих полостей обеспечивают опережающий рост давления газа в полости эластичной компенсационной емкости; перед заправкой бака топливом избыточное консервационное давление газа в топливной полости стравливают, при этом в процессе стравливания консервационного давления газа в обеих полостях обеспечивают опережающий сброс давления газа в топливной полости бака; величина консервационного давления в полости эластичной компенсационной емкости превышает величину консервационного давления в топливной полости бака; для консервации топливной полости бака и полости эластичной компенсационной емкости используют инертный газ.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат: обеспечивается увеличение срока службы эластичной компенсационной емкости. Дополнительно, обеспечивается сигнализация о незаправленном ТБ перед полетом ЛА.
Предложенные технические решения могут найти применение в конструкциях ТБ, эксплуатирующихся в широком диапазоне температур окружающей среды, исключающих при этом контакт топлива с воздухом окружающей среды, без герметизации газовой полости бака и, как следствие, исключающих появление в баке высокого давления или вакуума.
Сущность предлагаемого ТБ ЛА и способа его эксплуатации проиллюстрирована на чертежах.
На фиг.1 изображен общий вид топливного бака в разрезе.
На фиг.2 изображен продольный разрез дренажной горловины эластичной компенсационной емкости ТБ плоскостью А-А (фиг.1).
На фиг.3 изображен поперечный разрез дренажной горловины эластичной компенсационной емкости плоскостью Б-Б (фиг.2).
Представленный на чертежах ТБ 1 ЛА содержит дренажную горловину 2 и заправочную горловину 3, линию подачи газа 4 с пусковым клапаном 5 и линию расхода топлива 6 с пусковым клапаном 7, а также эластичную компенсационную емкость 8, размещенную во внутренней части бака 1 внутри перфорированного предохранительного контейнера 9, снабженную дренажной горловиной 10, прикрепленной к стенке 11 (фиг.2) ТБ 1, при этом горловина 10 содержит осевой канал 12 и съемную заглушку 13 в верхней части горловины 10 с дренажным отверстием 14 в окружающую среду. В осевом канале 12 горловины 10 под заглушкой 13 выполнена цилиндрическая полость 15 с ограничительным буртиком 16 в ее нижней части. В средней части полости 15 размещен съемный поршень 17 с уплотнительной прокладкой 18, снабженный направленным к съемной заглушке 13 хвостовиком 19, содержащим оребрение 20 с упорной поверхностью 21, при этом в съемной заглушке 13 выполнена цилиндрическая полость 22 для упорной поверхности 21 оребрения 20 хвостовика 19 поршня 17. Хвостовик 19 поршня 17 выполнен с концевой частью 23, выступающей через отверстие 14 заглушки 13 за ее наружный контур, при этом в выступающей концевой части 23 хвостовика 19 выполнено отверстие 24, посредством которого к концевой части 23 прикреплен сигнальный флажок 25.
Дренажная горловина 10 эластичной компенсационной емкости 8 прикреплена гайкой 26 к эластичному материалу 27 емкости 8 через шайбу 28 посредством резьбы 29, выполненной на наружной поверхности горловины 10.
Работа ТБ 1 ЛА и реализация способа его эксплуатации осуществляются следующим образом. После изготовления ТБ 1 поршень 17 с уплотнительной прокладкой 18 находится в комплекте запасных частей, инструментов и приспособлений (ЗИП). Из дренажной горловины 10 вывинчивается съемная заглушка 13 и на ее место подстыковывается приспособление для наддува эластичной компенсационной емкости 8 консервационным давлением газа, при этом величину консервационного давления выбирают из условия предотвращения значительной деформации эластичной компенсационной емкости 8. Обеспечивается наддув емкости 8 необходимым давлением, в процессе которого под действием сил давления газа эластичный материал 27 расправляется в объеме перфорированного предохранительного контейнера 9, прижимаясь к его стенкам. Приспособление для наддува отстыковывается от дренажной горловины 10, в ее осевой канал 12 устанавливается поршень 17 с уплотнительной прокладкой 18 и съемная заглушка 13. Для этого предварительно хвостовик 19 поршня 17 вставляют в полость заглушки 13, при этом оребрение 20 хвостовика 19 обеспечивает положение поршня 17 на оси канала 12 дренажной горловины 10 компенсационной емкости 8 при направлении заглушки 13 в канал 10 и попадание поршня 17 в полость 15 при креплении заглушки 13. Диаметр цилиндрической полости 15 канала 12 горловины 10 выполняется небольшим, чтобы за время установки поршня 17 с уплотнительной прокладкой 18 в полость 15 консервационное давление газа в эластичной компенсационной емкости 8 изменялось несущественно. После закрепления заглушки 13 под действием давления газа в полости эластичной компенсационной емкости 8 на поршень 17 упорная поверхность 21 оребрения 20 хвостовика 19 прижимается к торцу полости 22, при этом прокладка 18 уплотняет зазор между поршнем 17 и цилиндрической поверхностью полости 15, что предотвращает утечку газа в полости эластичной компенсационной емкости 8, сохраняя в ней избыточное давление газа, обеспечивая расправленное состояние эластичного материала 27 и его контакт со стенками перфорированного контейнера 9. Герметизация топливной полости ТБ 1 обеспечивается закрытым положением пускового клапана 5 в линии подачи газа 4 и пускового клапана 7 в линии расхода топлива 6, а также закрытием дренажного клапана 2 и заправочной горловины 3. После герметизации полостей ТБ 1 при изменении температуры окружающей среды, нагреве или охлаждении ТБ 1 давление в топливной полости ТБ 1 и в полости емкости 8 увеличивается или уменьшается синхронно, и первоначальный перепад давления, действующий на эластичный материал 27 емкости 8, меняется незначительно. Благодаря расправленному положению эластичного материала 27 емкости 8 обеспечивается его опора на стенки контейнера 9 при действии циклических знакопеременных перегрузок, что исключает образование многочисленных складок поверхности эластичного материала 27, приводящих к потере его герметичности, таким образом, обеспечивается увеличение срока службы емкости 8. Перед заправкой ТБ 1 топливом заглушка 13 и поршень 17 снимаются, и консервационное давление газа из эластичной компенсационной емкости 8 стравливается через канал 12 в окружающую среду. После чего открываются дренажная горловина 2 и заправочная горловина 3 и обеспечивается подача топлива от топливозаправщика в ТБ 1 до полного обжатия эластичного материала 24 компенсационной емкости 8 и появления топлива из дренажной горловины 2. Дренажная горловина 2 ТБ 1 закрывается. К дренажной горловине 10 компенсационной емкости 8 подстыковывается приспособление для подачи давления газа, под действием давления которого из ТБ 1 сливается необходимый объем топлива, который определяет объем газа в компенсационной емкости 8 и объем топлива в ТБ 1 в соответствии с его температурой при заправке. Заправочная горловина 3 закрывается. В дренажную горловину 10 устанавливается заглушка 13, а поршень 17 прикладывается в ЗИП до момента повторной консервации ТБ 1 после слива топлива.
Устройство по п.2 формулы работает аналогично описанной работе устройства по п.1, при этом к отверстию 24 концевой части 23, выступающей через отверстие 14 заглушки 13 за ее наружный контур, прикреплен флажок 25, который обычно окрашивается в красный цвет и является предупреждением об отсутствии топлива в ТБ 1, находящемся под действием консервационного давления, и о неготовности ЛА к полету. Наличие флажка 25 уменьшает вероятность аварийной ситуации.
Способ по п.4 реализуется аналогично описанному выше способу эксплуатации ТБ 1. Дополнительно, через дренажную горловину 2 ТБ 1 наддувается консервационным давлением газа его топливная полость, после чего горловина 2 закрывается и осуществляется эксплуатация ТБ 1 в незаправленном топливом состоянии. При этом на материал 27 компенсационной емкости 8 не действует перепад давления, равный разнице консервационного давления и давления окружающей среды. Снятие напряжения на стенках материала 27 способствует увеличению его срока службы. Опережающий рост давления в полости компенсационной емкости 8 по сравнению с ростом давления в топливной полости ТБ 1 при наддуве полостей и опережающий сброс давления в топливной полости ТБ 1 по сравнению с падением давления в полости компенсационной емкости 8, при стравливании газа из полостей ТБ 1 для заправки топливом, обеспечивают при этом превышение давления газа в емкости 8 и нахождение материала 27 в расправленном состоянии, что исключает появление складок на поверхности материала 27 и дополнительно увеличивает срок службы эластичной компенсационной емкости 8.
Способ по п.5 реализуется аналогично способу по п.4, дополнительно, благодаря тому, что величина консервационного давления в полости эластичной компенсационной емкости превышает величину консервационного давления в топливной полости бака, исключается возможность превышения консервационного давления в ТБ 1 над консервационным давлением в емкости 8 из-за погрешности измерительного прибора приспособления для наддува и, вследствие этого, не полное прилегание материала 27 к стенке контейнера 9 в процессе эксплуатации ТБ 1, а также гарантируется небольшое усилие прижатия материала 27 к стенке контейнера 9. Дополнительное ограничение подвижности материала 27 в контейнере 9 также способствует уменьшению возможности образования складок поверхности материала 27 и тем самым увеличивает срок службы компенсационной емкости 8.
Способ по п.6 реализуется аналогично любому из способов по п.п.3-5, дополнительно, благодаря использованию инертного газа для наддува консервационным давлением компенсационной емкости 8 или топливной полости ТБ 1 уменьшается контакт материала 27 с кислородом воздуха, что уменьшает скорость старения материала 27 и способствует дополнительному увеличению срока службы компенсационной емкости 8. При этом перед первой консервацией ТБ 1, после его изготовления, воздух в его топливной полости и в полости компенсационной емкости 8 замещается инертным газом, например азотом. Для этого указанные полости предварительно вакуумируются с последующей подачей инертного газа или продуваются инертным газом. Вытеснение топлива из ТБ 1 для его последующей герметизации также обеспечивается подачей инертного газа через дренажную горловину 2. Слив топлива осуществляется через магистраль 6 при открытом пусковом клапане 7.