ГОЛОВКА ПРИЕМНИКА ТОПЛИВА СИСТЕМЫ ЗАПРАВКИ ТОПЛИВОМ В ПОЛЕТЕ
IN-FLIGHT FUEL RECEIVER HEAD

Изобретение относится к области авиации, в частности к устройствам присоединения заправочных шлангов к летательным аппаратам при заправке топливом в полете.
При заправке самолета топливом в полете самолет-заправщик выпускает топливозаправочный шланг, с внешней стороны которого размещен конус-датчик, имеющий узел контактирования и стабилизирующую аэродинамическую юбку. Юбка обеспечивает устойчивое положение конуса-датчика в потоке и необходимое натяжение топливного шланга. Узел контактирования, в свою очередь, обеспечивает соединение топливной магистрали конуса-датчика с приемником топлива заправляемого самолета.
Формирование общей топливопроводящей магистрали конуса-датчика и приемника топлива при открытии топливных клапанов конуса-датчика и головки приемника топлива должно сопровождаться надежной герметизацией стыка узла контактирования конуса-датчика и головки приемника топлива.
В современных системах открытие - закрытие топливных клапанов конуса-датчика и головки с герметизацией соединения происходят автоматически, взаимным перемещением головки в приемном гнезде узла контактирования конуса-датчика - так называемые самосоединяющиеся, самоуплотняющиеся соединения (Патенты US 2728590 от 25.09.1952 г., опубликованный 27.12.1955 г., US 2946605 от 22.03.1956 г., опубликованный 26.07.1960 г., US 3059895 от 31.05.1957 г., опубликованный 23.10.1962 г.).
При этом главенствующую роль при соединении играет совместимость узла контактирования конуса-датчика и головки приемника топлива.
Это обеспечивается стандартизацией сопрягаемых элементов.
Известно соглашение НАТО по стандартизации узла контактирования конуса-датчика и головки приемника топлива STANAG № 3447 «Размеры и рабочие характеристики оборудования для заправки в воздухе».
По этому соглашению конус-датчик, взаимодействующий с головкой приемника топлива, содержит узел контактирования в виде полости с внутренней конической поверхностью, имеющей угол уклона 10° с допуском плюс-минус 10 минут, в основании которой расположена цилиндрическая поверхность диаметром 104 мм или более и с выступающими роликами замкового устройства конуса-датчика, а на вершине конической поверхности на расстоянии 108,71 мм от внешнего торца цилиндрической поверхности расположены торцевой уплотнительный элемент диаметром 76,2 мм на конической поверхности и отверстие топливного канала конуса-датчика.
В свою очередь, головка приемника топлива содержит корпус, подпружиненный топливный клапан, расположенный внутри корпуса головки, и наконечник. При этом корпус головки выполнен в виде усеченного конуса с углом уклона 10 градусов с допуском плюс-минус 10 минут. В основании усеченного конуса расположена цилиндрическая поверхность диаметром 104 мм и менее с замковой канавкой под ролики замкового устройства конуса-датчика, выполненной в виде радиусной проточки и конической поверхности со стороны усеченного конуса.
Топливный клапан выполнен в виде полой втулки с фланцем, имеющим коническую поверхность под торцевой уплотнительный элемент узла контактирования конуса-датчика, при этом топливный клапан, прижатый в осевом направлении к корпусу головки, имеет размер от вспомогательного диаметра на конической поверхности фланца клапана, равного 76,2 мм и соответствующего диаметру уплотнительного элемента узла контактирования конуса-датчика, до вспомогательного диаметра на конической поверхности замковой канавки корпуса головки, равного 95,25 мм и соответствующего диаметру, на который опираются ролики замкового устройства конуса при соединении узла контактирования и головки, равному 79,73 мм.
В конструкции приемного гнезда конуса-датчика и головки по соглашению STANAG №3447 герметизация стыка головки приемника топлива с конусом-датчиком осуществляется по принципу создания на уплотнительном элементе контактного давления, превышающего давление уплотняемой жидкости в несколько раз, т.е. топливный клапан головки, опертый на корпус головки, прижимается к уплотнительному элементу конуса-датчика (диаметром 76,2 мм) непосредственно замковым устройством конуса.
Это обеспечивает герметизацию стыка, однако повышенные контактные нагрузки на уплотнительный элемент узла контактирования конуса-датчика снижают его долговечность, т.к. прижимающее усилие от замкового устройства конуса-датчика создает контактное давление, близкое к предельному.
Вторым отрицательным фактором такой схемы является возможность заклинивания топливного клапана головки в корпусе головки при расцепе. Расцеп головки приемника топлива заправляемого самолета с конусом-датчиком самолета заправщика практически всегда происходит с поперечным нагружением головки и узла контактирования конуса-датчика. При поперечном нагружении головки и, соответственно, корпуса головки и поджатого к нему топливного клапана происходит перемещение топливного клапана и корпуса головки как единого целого, что приводит к неизбежному раскрытию стыка и большому выплеску топлива.
Известен также стандарт РФ ОСТ 1 14718-90 «Узел контактирования системы заправки топливом в полете. Конструкция».
По этому стандарту конус-датчик, взаимодействующий с головкой приемника, содержит узел контактирования в виде полости с внутренней конической поверхностью, имеющей угол уклона, равный 9 градусам 53 минутам с допуском плюс 10 минут, в основании которой расположена цилиндрическая поверхность диаметром 104 мм и более с выступающими роликами замкового устройства конуса-датчика, а на вершине конической поверхности на расстоянии 111,39 мм от внешнего торца цилиндрической поверхности расположен торцевой уплотнительный элемент диаметром 73 мм на конической поверхности и отверстие топливного канала конуса-датчика.
В свою очередь, головка приемника топлива по ОСТ 1 14718-90, принятая за прототип, содержит корпус, подпружиненный топливный клапан, расположенный внутри корпуса головки, и наконечник. При этом корпус головки выполнен в виде усеченного конуса с углом уклона, равным 9 градусам 53 минутам с допуском минус 10 минут. В основании усеченного конуса расположена цилиндрическая поверхность диаметром 104 мм и менее с замковой канавкой под замковое устройство конуса-датчика, выполненная в виде радиусной проточки и конической поверхности со стороны усеченного конуса, на вершине которого на расстоянии 87,8 мм от торца цилиндрической поверхности размещен тороидальный сектор, переходящий в коническую торцевую фаску, топливный же клапан выполнен в виде полой втулки с фланцем, имеющим коническую поверхность под герметизирующее кольцо узла контактирования конуса-датчика, и установлен в корпусе с возможностью углового и поперечного перемещения.
В конструкции головки приемника топлива и приемного гнезда конуса-датчика по ОСТ 1 14718-90 герметизация стыка головки с приемным гнездом конуса-датчика осуществляется по принципу создания на уплотнительном элементе лишь начального контактного давления, увеличивающегося в процессе работы под действием давления топлива, т.е. топливный клапан головки прижимается к уплотнительному элементу конуса-датчика пружиной, опертой на корпус головки. При дальнейшем увеличении давления топлива в стыке разность диаметров втулки топливного клапана (76 мм) и уплотнительного элемента приемного гнезда конуса-датчика (73 мм) создают эффективную площадь, обеспечивающую увеличение контактного давления пропорционально увеличению давления топлива.
Вторым положительным фактором такой конструкции является обеспечение относительной подвижности топливного клапана в угловом и поперечном направлении независимо от условий нагружения корпуса головки. Система размеров конических поверхностей головки и узла контактирования конуса в сочетании с организацией на конической поверхности головки опорного тороидального сектора обеспечивает относительно жесткую фиксацию корпуса головки в приемном гнезде конуса, а наличие значительного зазора по посадочным поверхностям топливного клапана в корпусе головки обеспечивает в свою очередь подвижность топливного клапана.
В итоге конструкция головки приемника топлива в сочетании с приемным узлом конуса-датчика, отраженные в стандарте ОСТ 1 14718-90 «Узел контактирования системы заправки топливом в полете. Конструкция», обеспечивают соединение головки с конусом-датчиком и герметизацию стыка с допустимыми контактными нагрузками в уплотнительном элементе, что гарантирует достаточную долговечность уплотнительного элемента. При расстыковке головки с конусом-датчиком независимость работы топливного клапана головки от нагрузок, возникающих при расстыковке на корпусе головки, обеспечивает незначительный выплеск топлива.
Но головка приемника топлива, выполненная по ОСТ 1 14718-90, не обеспечивает надежную герметизацию соединения с конусом-датчиком, узел контактирования которого выполнен по типу STANAG № 3447, что ограничивает ее эксплуатационные качества в связи с разными принципами герметизации стыка.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эксплуатационных качеств головки приемника топлива заправляемого самолета путем обеспечения надежной герметизации соединения с любым известным стандартным узлом контактирования конуса-датчика самолета заправщика.
Поставленная задача решается тем, что головка приемника топлива содержит корпус, подпружиненный топливный клапан, расположенный внутри корпуса головки, и наконечник. При этом корпус головки выполнен в виде усеченного конуса с углом уклона, равным 9 градусам и 53 минутам и менее, в основании которого расположена цилиндрическая поверхность диаметром 104 мм и менее с замковой канавкой под ролики замкового устройства конуса-датчика, выполненная в виде радиусной проточки и конической поверхности со стороны усеченного конуса, на вершине которого размещен тороидальный сектор, переходящий в коническую торцевую фаску, угол уклона которой больше угла уклона усеченного конуса. Топливный же клапан выполнен в виде полой втулки с фланцем, имеющим коническую поверхность под торцевой уплотнительный элемент узла контактирования конуса-датчика, и установлен в корпусе головки с возможностью углового и поперечного перемещения, а корпус головки со стороны конической фаски на расстоянии 67,23 мм от вспомогательного диаметра на конической поверхности замковой канавки, равного 95,25 мм, снабжен торцевой опорной поверхностью, а тороидальный сектор размещен на расстоянии 6,81 мм от торцевой поверхности, при этом фланец топливного клапана снабжен цилиндрическим торцевым выступом, внешний диаметр которого приблизительно равен диаметру торцевой опорной поверхности корпуса головки, а расстояние от вспомогательного диаметра на конической поверхности фланца клапана, равного 76,2 мм, до вспомогательного диаметра на конической поверхности замковой канавки корпуса головки, равного 95,25 мм, при опертом топливном клапане на корпус головки, равно 79,73 мм.
Заявляемое изобретение представлено фигурами 1-3.
На фиг. 1 представлен общий вид головки приемника топлива в исходном состоянии и в положении соединения с узлом контактирования конуса-датчика, выполненного по STANAG № 3447.
На фиг. 2 представлен опорный тороидальный сектор с конической фаской и торцевой опорной поверхностью.
На фиг. 3 представлено расположение топливного клапана в корпусе головки.
Головка приемника топлива содержит корпус 1, подпружиненный топливный клапан 2 и наконечник 3 (фиг. 1).
Корпус головки 1 выполнен в виде усеченного конуса 4 с углом уклона А, равным 9 градусам 53 минутам и менее (фиг. 2), в основании которого расположена цилиндрическая поверхность 5 диаметром Б, равным 104 мм и менее (фиг. 1), с замковой канавкой 6 под ролики замкового устройства конуса-датчика, выполненная в виде радиусной проточки 7 и конической поверхности 8 со стороны усеченного конуса 4, на вершине которого размещен тороидальный сектор 9 (фиг. 2), переходящий в коническую торцевую фаску 10, угол 11 уклона которой больше угла уклона усеченного конуса 4, и торцевую опорную поверхность 12, расположенную на расстоянии В, равном 62,23 мм от вспомогательного диаметра Г на конической поверхности 8 замковой канавки 6, равного 95,25 мм, а тороидальный сектор 9 размещен на расстоянии Д, равном 6,81 мм от торцевой опорной поверхности 12.
Топливный клапан 2, выполненный в виде полой втулки 13 (фиг. 3), установленный в корпусе головки 1, за счет зазора 14 имеет возможность углового и поперечного перемещения. Топливный клапан 2 (фиг. 1) снабжен фланцем 15, имеющим коническую поверхность 16 под торцевой уплотнительный элемент узла контактирования конуса-датчика, а с внутренней стороны фланца имеется цилиндрический торцевой выступ 17, внешний диаметр которого приблизительно равен диаметру торцевой опорной поверхности 12 корпуса головки 1. При этом расстояние Ж от вспомогательного диаметра Е, равного 76,2 мм, на конической поверхности 16 фланца 15 топливного клапана 2 до вспомогательного диаметра Г, равного 95,25 мм, на конической поверхности 8 замковой канавки 6 корпуса головки 1 при опертом топливном клапане 2 на корпус головки 1, равно 79,73 мм.
Головка взаимодействует с узлом контактирования конуса-датчика, выполненным по ОСТ 1 14718-90 следующим образом:
- при продвижении головки в узле контактирования корпус 1 головки конической поверхностью 4 поднимает ролик замкового устройства конуса-датчика, а топливный клапан 2 конической поверхностью 16 фланца 15 устанавливается на уплотнительный элемент узла контактирования;
- при установке корпуса 1 головки в замковое устройство конуса-датчика ролики замкового устройства опускаются в радиусную проточку 7 замковой канавки 6 цилиндрической поверхности 5, а тороидальный сектор 9 упирается в коническую поверхность усеченного конуса узла контактирования конуса-датчика. Корпус 1 головки жестко фиксируется в узле контактирования конуса-датчика. При этом базирование тороидального сектора 9 от торцевой поверхности 12, а торцевой поверхности 12 от вспомогательного диаметра Г, равного 95,25 мм, повышает надежность фиксации из-за сокращения размерной цепочки. Топливный клапан 2, поджатый пружиной головки на уплотнительном элементе узла контактирования конуса-датчика за счет минимального контактного давления обеспечивает герметичность стыка;
- при повышении давления топлива в стыке головки и узла контактирования конуса-датчика контактное давление на уплотнительном элементе конуса-датчика повышается за счет разности диаметров уплотнительного элемента конуса-датчика, равного 73 мм (ОСТ 1 14718-90), и наружного диаметра И полой втулки 13 топливного клапана 2, равного 76 мм. Это обеспечивает герметичность стыка во всем диапазоне рабочих давлений топлива в системе заправки топливом в полете, при этом фиксация головки в приемном гнезде конуса-датчика и относительная подвижность топливного клапана 2 в корпусе головки 1 обеспечивает стабильное положение топливного клапана 2 в процессе заправки;
- при расцепе топливный клапан 2 за счет зазора 14 остается в поджатом состоянии к уплотнительному элементу узла контактирования конуса-датчика практически до полного выкатывания роликов замкового устройства конуса-датчика с конической поверхности 8 замковой канавки 6 корпуса головки 1, что обеспечивает сравнительно небольшой выплеск топлива.
Изменений в штатной работе головки с конусом-датчиком по ОСТ 1 14718-90 не происходит, при этом дополнительно обеспечивается повышение надежности фиксации корпуса головки в узле контактирования конуса-датчика за счет сокращения размерной цепочки.
Головка взаимодействует с узлом контактирования, выполненным по типу STANAG № 3447 следующим образом:
- головка перемещается в узле контактирования конуса-датчика аналогично ситуации по ОСТ 1 14718-90, но при установке корпуса 1 головки в замковое устройство конуса-датчика ролики замкового устройства опускаются на коническую поверхность 8 в районе диаметра Г, равного 95,25 мм замковой канавки 6, а топливный клапан 2 поджимается корпусом 1 головки к уплотнительному элементу узла контактирования конуса-датчика. Поскольку корпус 1 головки имеет уклон усеченного конуса 4 меньше уклона усеченного конуса узла контактирования конуса-датчика и ограничен тороидальным сектором 9, тороидальный сектор 9 головки не опирается на коническую поверхность усеченного конуса узла контактирования конуса-датчика, но при любом перекосе головки в узле контактирования конуса-датчика происходит контакт тороидального сектора 9 с приемным гнездом конуса-датчика, что обеспечивает ограниченное угловое перемещение корпуса 1 головки и, соответственно, снижает поперечное силовое воздействие корпуса головки на топливный клапан;
- при расцепе топливный клапан 2 головки за счет зазора 14 остается в подпружиненном состоянии практически до полного выкатывания роликов замкового устройства конуса-датчика с конической поверхности 8 замковой канавки 6, что снижает выплеск топлива при расцепе по сравнению с головкой, выполненной по типу STANAG № 3447.
Такая конструкция головки обеспечивает повышение эксплуатационных качеств за счет универсальности применения, снижения нагрузок на уплотнительном узле стыка, соответственно, повышения его долговечности и уменьшения выплеска топлива при работе с конусами-датчиками всех известных стандартов.
Заявляемая головка приемника топлива системы заправки топливом в полете прошла испытания с положительным результатом с конусами-датчиками отечественных и зарубежных производителей.