ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к конструкциям топливных систем (ТС) преимущественно беспилотных летательных аппаратов (ЛА), которые по условиям эксплуатации до применения длительное время находятся в заправленном состоянии при значительных изменениях температуры окружающей среды, а в полете должны обеспечивать выработку топлива при воздействии знакопеременных перегрузок или при невесомости.
Известна принятая за прототип ТС ЛА, содержащая бак, магистраль подачи топлива в двигатель, эластичный мешок, установленный в полости бака, и магистраль подачи газа наддува, сообщенную с внутренней полостью эластичного мешка, (Д.А.Полухин, Н.Н.Миркин, В.М.Онищенко, Г.Л.Усов "Пневмогидравлические системы двигательных установок с жидкостными ракетными двигателями" под редакцией академика В.Н.Челомея, Москва "Машиностроение", 1978 г., стр.21, рис.2.1а, второй рисунок).
Все данные технические признаки известного устройства присутствуют и в предлагаемом техническом решении.
В известной ТС ЛА обеспечивается выработка топлива при воздействии знакопеременных перегрузок или при невесомости без попадания газа наддува в магистраль подачи топлива в двигатель, однако, известная ТС ЛА требует увеличения эксплуатационной прочности, соответственно, и массы топливного бака при его эксплуатации в широком диапазоне температур окружающей среды, что не позволяет использовать располагаемый объем бака для заправки топливом с максимальным объемом (при максимальной температуре применения) равным объему топливного бака, поскольку при увеличении объема топлива с уменьшением объема газа до нуля, в баке неограниченно увеличивается давление вследствие сжатия газа в полости мешка. В случае решения задачи путем откачки газа из полости эластичного мешка (вакуумирования) значительно увеличивается стоимость эксплуатации
такой ТС ЛА, поскольку требует дегазации топлива, для того чтобы из него не выделился газ при хранении. К этим затратам добавляются затраты на увеличение степени герметичности всех соединений, а также затраты на увеличение стоимости заправочного оборудования и вакуумирования.
Предлагаемой полезной моделью решается задача максимального использования свободного объема топливного бака под заправку топливом без увеличения давления при хранении при минимальной стоимости эксплуатации.
Для достижения названного технического результата в топливной системе летательного аппарата, содержащей бак, магистраль подачи топлива в двигатель, сообщенную с баком, эластичный мешок, установленный в полости бака, и магистраль подачи газа наддува, сообщенную с внутренней полостью эластичного мешка, предлагается ввести дренажную линию сообщения эластичного мешка с атмосферой.
Кроме того, дополнительно, для исключения потерь газа наддува в окружающую среду в полете ЛА в дренажной линии сообщения эластичного мешка с атмосферой может быть установлен клапан перекрытия; для ориентированного положения мешка в полости бака эластичный мешок снабжен расположенной внутри его перфорированной направляющей штангой, сообщенной одним концом с магистралью подачи газа наддува; для фиксации второго конца направляющей штанги она может быть снабжена выходным участком, скрепленным с эластичным мешком и выходящим за его пределы, а в баке выполнено посадочное место для фиксации выходного участка; для уменьшения подвижности эластичного мешка в баке до полета ЛА, внешняя поверхность мешка может быть снабжена эластичной лентой, ограничивающей его положение относительно штанги и содержащей по крайней мере один концентратор напряжения; для обеспечения демонтажа эластичного мешка без разрушении его конструкции, эластичный мешок может быть закреплен на корпусе бака при помощи герметичного разъемного соединения.
Отличительными признаками предлагаемой ТС ЛА от прототипа являются наличие дренажной линии сообщения эластичного мешка с атмосферой, а также дополнительно наличие клапана перекрытия в дренажной линии сообщения эластичного мешка с атмосферой, снабжение эластичного мешка расположенной внутри него перфорированной направляющей штангой, сообщенной одним концом с магистралью подачи газа наддува; наличие на втором конце направляющей штанги выходного участка, скрепленного с эластичным мешком и выходящего за его пределы, а также наличие в баке посадочного места для фиксации выходного участка; снабжение внешней поверхности мешка эластичной лентой, ограничивающей его положение относительно штанги и содержащей по крайней мере один концентратор напряжения; закрепление эластичного мешка на корпусе бака при помощи герметичного разъемного соединения.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы) обеспечивается возможность заправки бака максимальным количеством топлива, объем которого при максимальной температуре применения равен свободному объему бака. При этом обеспечивается отсутствие повышения внутреннего давления в баке, что обеспечивает минимальные толщины его стенок, а значит вес и максимальный объем.
Дополнительно, благодаря тому, что в линии сообщения внутренней полости эластичного мешка с атмосферой установлен клапан перекрытия, обеспечивается исключение частичного сброса газа наддува через дренажную линию сообщения эластичного мешка с атмосферой в полете ЛА; благодаря наличию направляющей штанги ограничивается подвижность эластичного мешка в полости бака, а также уменьшается возможность его скручивания при эксплуатации, что обеспечивает увеличение срока службы эластичного мешка; наличие выходного участка, его скрепление с эластичным мешком и фиксация в посадочном месте бака, обеспечивают уменьшение эксплуатационных нагрузок на конструкцию бака за счет
исключения консольного расположения направляющей штанги в эластичном мешке и способствуют увеличению срока службы эластичного мешка и уменьшению потребной массы бака за счет уменьшения эксплуатационных нагрузок; кроме того, наличие на внешней поверхности мешка эластичной ленты, ограничивающей его положение относительно штанги и содержащей по крайней мере один концентратор напряжения, ограничивает подвижность эластичного мешка в полости бака при транспортировании или проведении такелажных работ с баком, что дополнительно увеличивает срок его службы; закрепление эластичного мешка на корпусе бака при помощи герметичного разъемного соединения обеспечивает возможность замены эластичного мешка для его обследования при проверках, неисправности или окончании назначенного срока службы, что способствует увеличению срока службы ЛА.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемые варианты топливной системы летательного аппарата, не обнаружена. Таким образом, предлагаемое решение соответствует критерию охраноспособности "новое". Предложенное техническое решение может найти применение в конструкциях ТС преимущественно беспилотных ЛА, которые по условиям эксплуатации до применения длительное время находятся в заправленном состоянии при значительных изменениях температуры окружающей среды, а в полете должны обеспечивать выработку топлива при воздействии знакопеременных перегрузок или при невесомости. При этом в условиях наземной эксплуатации исключен рост давления в полости бака при нагреве топлива, что обеспечивает возможность заправки бака максимально возможным количеством топлива и минимальную потребную массу конструкции бака. На основании выше изложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемое решение соответствует критерию охраноспособности "промышленно применимо".
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, фиг.1-9. На фиг.1 и фиг.2 представлен общий вид ТС ЛА по п.1 формулы с
различным исполнением дренажной линии сообщения эластичного мешка с атмосферой.
На фиг.3-6 представлен общий вид ТС ЛА по п.п. 2-5 формулы, соответственно.
На фиг.7 представлено сечение А-А эластичного мешка (фиг.6), поясняющее его укладку на штанге при хранении бака и исполнение концентратора напряжений на эластичной ленте в ТС ЛА по п.5 формулы (место Б на фиг.6).
На фиг.9 представлено в разрезе конструктивное исполнение разъемного соединения для закрепления на корпусе бака эластичного мешка устройства по п.6 формулы.
Представленная на фиг.1 - 9 ТС ЛА содержит бак 1, магистраль 2 подачи топлива в двигатель, эластичный мешок 3, установленный в полости бака 1, и магистраль 4 подачи газа наддува, сообщенную с эластичным мешком 3. ТС ЛА содержит также дренажную линию 5 сообщения эластичного мешка 3 с атмосферой. Дренажная линия 5 может быть выполнена как отводок из магистрали 4 (фиг.1) или отводок через стенку 6 фланца 7 крепления эластичного мешка 3 к баку 1 (фиг.2). В дренажной линии 5 может быть установлен клапан перекрытия 8 (фиг.3). Эластичный мешок 3 может быть снабжен перфорированной направляющей штангой 9 (фиг.4), сообщенной одним концом с магистралью 4 подачи газа наддува. Второй конец направляющей штанги 9 может быть снабжен выходным участком 10, скрепленным с эластичным мешком 3 и выходящим за его пределы, а в баке выполнено посадочное место 11 для фиксации выходного участка (фиг.5). Внешняя поверхность мешка 3 может быть снабжена эластичной лентой 12, ограничивающей его положение относительно штанги 9 и содержащей по крайней мере один концентратор напряжения 13 (фиг.6-8). Эластичный мешок 3 может быть закреплен на корпусе бака 1 при помощи герметичного разъемного соединения 14 (фиг.9).
Устройство по п.1 формулы полезной модели (фиг.1-2), работает
следующим образом. Массу заправляемого в бак 1 топлива рассчитывают таким образом, чтобы объем топлива при максимальной температуре хранения и транспортирования ЛА был равен свободному объему топливного бака. Заправка бака 1 топливом, как правило, производится при промежуточном значении температур в эксплуатационном диапазоне. После заправки бака 1 при повышении температуры топлива в теплое время года объем топлива во внутренней полости бака 1 увеличивается, и часть воздуха из эластичного мешка 3 через дренажную линию 5, поступает в атмосферу, и наоборот, при охлаждении топлива в баке 1 объем топлива уменьшается и воздух из атмосферы через дренажную линию 5 поступает во внутреннюю полость эластичного мешка 3, увеличивая его объем. Благодаря эластичности материала мешка 3 и медленному изменению температуры окружающей среды достаточно небольшого проходного сечения дренажной линии 5, чтобы обеспечить свободный выход или поступление воздуха в полость мешка 3, практически без изменения давления в его полости. Благодаря этому предотвращается рост давления в полости бака 1 при его хранении как отдельно, так и в составе ЛА. В полете ЛА открывается поступление топлива из бака 1 в двигатель по магистрали 2 и поступление газа наддува в эластичный мешок 3 по магистрали 4 (на фиг.1 двигатель ЛА и агрегаты управления расходом газа наддува и топлива в магистралях 2 и 4 условно не показаны). По мере выработки топлива из бака 1 его объем замещается объемом газа наддува в полости эластичного мешка 3, который при этом расправляется, увеличивая объем своей полости и в конце выработки облегает внутреннюю поверхность бака 1, обеспечивая полную выработку топлива по магистрали 2 в двигатель ЛА. В процессе наддува полости мешка 3 в полете часть газа наддува из магистрали 4 через дренажную линию 5 будет сбрасываться в окружающую среду, при этом, проходное сечение линии 5 может быть выполнено значительно меньше проходного сечения магистрали 4 и расход газа в окружающую среду будет незначительный.
Устройство по п.2 формулы полезной модели (фиг.3), работает
аналогично устройству по п.1. Отличие заключается в том, что перед запуском двигателя ЛА задействуется клапан перекрытия 8 в дренажной линии 5, перекрывая ее сообщение с атмосферой, что предотвращает сброс газа наддува в окружающую среду при выработке топлива из бака 1 в двигатель ЛА.
Устройство по п.3 формулы полезной модели (фиг.4), работает аналогично устройству по п.1. Дополнительно, штанга 9 ограничивает перемещение мешка 3 во внутренней полости бака 1 на всех этапах эксплуатации - при заправке бака, его транспортировании, проведении такелажных работ или при выработке топлива, что уменьшает скручивание мешка 3 и служит увеличению его срока службы.
Устройство по п.4 формулы полезной модели (фиг.5), работает аналогично устройству по п.3. Дополнительно, наличие выходного участка 10 на втором конце штанги 9 и его скрепление с эластичным мешком 3, а также его фиксация в посадочном месте 11 бака 1, обеспечивают уменьшение эксплуатационных нагрузок на конструкцию бака 1 за счет исключения консольного расположения направляющей штанги 9, ограничивает подвижность эластичного мешка 3 в баке 1, что способствует увеличению его срока службы.
Устройство по п.5 формулы полезной модели (фиг.6-8), работает аналогично устройству по п.3. Дополнительно, наличие на внешней поверхности мешка 3 эластичной ленты 12, ограничивающей его положение относительно штанги 9 и содержащей по крайней мере один концентратор напряжения 13, ограничивает подвижность эластичного мешка 3 в полости бака 1 при транспортировании или проведении такелажных работ с баком 1 в составе ЛА, что дополнительно увеличивает срок его службы.
Устройство по п.6 формулы полезной модели (фиг.9), работает аналогично устройству по любому из п.п.1÷5. Дополнительно, закрепление эластичного мешка 3 на корпусе бака 1 при помощи герметичного разъемного соединения 14 обеспечивает возможность замены эластичного мешка 3 для его обследования при проверках, неисправности или окончании назначенного срока службы.