Трубопровод топливного отсека летательного аппарата

Полезная модель относится к топливным системам в машиностроении, в частности к топливным системам летательных аппаратов (ЛА).
В настоящее время широко применяются ЛА с топливными баками сложной конструкции, в которой бак, расположенный вдоль фюзеляжа, снабжен перегородками, разделяющими полость бака на отсеки, соединенные между собой топливными переливными трубопроводами.
При этом с целью сохранения центровки ЛА определена последовательность выработки топлива из отсеков таким образом, что перелив происходит не в соседний отсек, а в отсек, расположенный через один: трубопроводы имеют значительную длину и проходят через два шпангоута, к которым герметично и жестко прикрепляются сваркой. Отсек и трубопроводы изготовлены из материалов с различными коэффициентами линейного температурного расширения, поэтому после окончательного монтажа трубопровода при изменении температуры окружающего воздуха происходит изменение длины отсека. Вследствие этого возникает растягивающая или сжимающая трубопроводы осевая сила. Для предотвращения разрушения трубопроводов в их конструкцию включают различные компенсирующие устройства, например, тонкостенный металлический сильфон, имеющий возможность осевого растяжения или сжатия в установленных пределах и компенсирующий осевые напряжения своей деформацией.
6
Известен топливный бак [1. Пат. 2497724 RU, МПК B64D 37/00. Топливный бак летательного аппарата / Никитин В.И., Куранов Е.Г., Реш Г.Ф. - Заявл. 09.04.2012; опубл. 10.11.2013, Бюл. №31.], имеющий сложный, дорогостоящий тонкостенный стальной сильфонный компенсатор и телескопически соединяемые трубопроводы.
Недостатки аналога:
- сильфон чувствителен к механическим повреждениям: в случае повреждения корпуса, толщина которого составляет 0,22 мм, он становится неремонтопригоден. Это заставляет принимать меры для его защиты и использовать специальные защитные кожухи. Сильфон увеличивает габариты трубопровода и уменьшает и без того ограниченное пространство внутри топливного отсека;
- заключительный кольцевой сварной шов трубопроводов с толщиной стенок в 1 мм, выполняемый внахлест, сложен в выполнении и опасен возможностью прожога стенки, что повышает требования к квалификации сварщика. Плотный монтаж иных систем ЛА и близость трубопровода к прочим элементам конструкции не позволяют применять сварочные головки и тем самым автоматизировать процесс сварки;
- выполнение заключительного сварного шва, наиболее сложного технологически, происходит после установки всего трубопровода, и при прожоге потребуется демонтировать весь трубопровод: отрезать его по сварным стыкам;
- конструкция трубопровода сложна и включает большое количество составных частей.
6
Подобными же недостатками обладает конструкция узла трубы для газообразной среды [2. Пат. 2535437 RU МПК F16L 27/12. Узел трубы в канале для газообразной среды / Хамберг С. (SE). - Заявл. 27.02.2012; опубл. 10.12.2014, Бюл. №34.], в которой также присутствуют трубопроводы с наконечниками и приваренное к трубопроводу трубчатое гибкое уплотняющее средство - тонкостенный сильфон. Уплотнение при соединении с прочими элементами конструкции достигается за счет торцевого сжатия V-образным хомутом двух контактирующих металлических поверхностей, что не обеспечивает надежного, долговечного и герметичного соединения из-за релаксации напряжений с течением времени.
6
Известно устройство для установки устройства на трубу [3. Пат. 2413730 DE, МПК F16L 55/00, F16L 27/12, F16L 41/02 Устройство для установки устройства на трубу / Churlaud H. - Заявл. 21.03.1974; опубл. 03.101974.], содержащее два фланца, по меньшей мере один из которых может герметично скользить по соответствующему свободному концу трубы. На зажимной поверхности фланца предусмотрено уплотнительное кольцо, которое обеспечивает уплотнение между фланцем и устройством после его установки на трубу. Фланцы закрепляются на устройство с помощью винтов.
Устройство имеет следующие недостатки:
- фланцевое уплотнение требует высокой чистоты обработки уплотняемых поверхностей, применение радиального кольца в сочетании с фланцевым еще более усложняет изготовление, т.к. добавляются высокие требования по перпендикулярности к уплотняемым поверхностям;
- для подстыковки фланцев используются винты, требующие в свою очередь принятия мер по предохранению от самоотвинчивания.
6
Известен компенсатор для трубопроводов [4. Пат. 977148 GB, МПК F16L 27/12. Компенсационные соединения для трубопроводов / YUBA CONSOLIDATED INDUSTRIES, INC. - Заявл. 10.07.1961; опубл. 02.12.1964.], содержащий наружный и внутренний элементы, соединенные подвижно телескопически, причем один из элементов имеет, по меньшей мере, одну кольцевую канавку, содержащую, по меньшей мере, два упругих уплотнительных кольца. Уплотнение расположено между кольцевым упорным элементом и сальником.
Конструкция имеет следующие недостатки:
- наличие сальников, нуждающихся в поджатии для создания герметичного соединения;
- большое количество сложных в изготовлении деталей.
6
Известна телескопическая трубка из нержавеющей стали для впрыскивания индикатора [5. Пат. 206786195 CN, МПК F16L 27/12, F16L 9/02. Телескопическая трубка из нержавеющей стали для впрыскивания индикатора / Qiao Taifei и др. - Заявл. 01.06.207; опубл. 22.12.2017.], конструкция которой включает в себя телескопическое соединение трубопроводов, имеющих на концах фланцы для соединения, уплотнительное кольцо, нажимное кольцо, крышку соединителя с резьбовым креплением.
Устройство имеет следующий недостаток: уплотнение достигается за счет поджатая уплотнительного кольца при завинчивании по резьбе. Это усложняет конструкцию, требует изготовления сложных деталей, а также - принятия мер по предотвращению самоотвинчивания резьбовых элементов в процессе эксплуатации при воздействии вибраций и изменении температур в широких пределах. Кроме того, фланцевое соединение, примененное в данном устройстве, обладает недостатками соединений подобного типа, указанными в описанном выше аналоге [3.].
6
Известно компенсирующее устройство для трубопровода [6. Пат. 46554 RU, МПК F16L 51/00, F16L 27/12. Компенсирующее устройство для трубопровода / Фролов Ю.А. и др. - Заявл. 31.12.2004; опубл. 10.07.2005.], содержащее связанные между собой телескопическим соединением две трубы, каждая из которых на конце имеет шаровое соединение. При этом в корпусах телескопического и шаровых соединений установлены уплотнительные узлы, каждый из которых выполнен в виде, по меньшей мере, двух металлических колец, между которыми установлено, по меньшей мере, одно кольцо из терморасширенного графита. Уплотнение создается за счет предварительного сжатия графитового кольца по сферической поверхности путем затягивания накидной гайки, передающей усилие на графитовую прокладку при помощи металлических колец.
Примем это устройство за прототип.
Прототип имеет следующие недостатки:
- общая сложность устройства: наличие большого количества элементов, обеспечивающих уплотнение;
- высокие требования к чистоте обработки сферической поверхности, значительно усложняющие изготовление и приводящие к удорожанию конструкции;
- необходимость периодического осмотра и повторной подтяжки накидной гайки, т.к. применяемые материалы - металлические кольца и графитовое кольцо - не обладают высокой упругостью. Следовательно, после первичной затяжки и создания напряжений, обеспечивающих плотное прилегание к уплотняемой сферической поверхности, с течением времени, а особенно после циклического воздействия высоких температур уплотняемой среды, произойдет релаксация напряжений, и степень герметичности соединения неминуемо упадет до недопустимых значений. Повторная подтяжка накидной гайки приемлема для многоразовой техники, но исключена в одноразовых ЛА, длительное время находящихся в эксплуатации и имеющих неразборную конструкцию;
- устройство предназначено для транспортировки горячего воздуха. При охлаждении соединения степень обжатия графитных колец понижается, соответственно, падает и степень герметизации. Однако в топливном баке топливо может находиться в широком диапазоне температур: от -30°С до +150°С.
Задачей заявляемой полезной модели является создание надежного трубопровода простой конструкции по сравнению с прототипом и аналогами, обеспечивающей упрощение монтажа трубопровода и повышение технологичности и надежности изделия в целом.
Предлагаемый трубопровод топливного отсека ЛА состоит из наконечника со сферической поверхностью, переходника и компенсирующего элемента. Переходник выполнен в виде тонкостенной металлической трубы и приварен к выходу трубопровода из переднего отсека топливного бака и к сферической поверхности наконечника. Компенсирующий элемент содержит переходник, трубу и уплотнительное кольцо из эластичного материала. Труба подвижно телескопически соединена с переходником компенсирующего элемента и приварена к наконечнику со сферической поверхностью. Переходник компенсирующего элемента выполнен в виде тонкостенной металлической трубы. Один его конец приварен к выходу трубопровода из заднего отсека топливного бака, а другой его конец имеет утолщение. В утолщении переходника компенсирующего элемента выполнена канавка для установки в ней уплотнительного кольца. Степень обжатия уплотнительного кольца составляет не менее 15%.
Устройство поясняется чертежом.
На фиг. 1 изображен трубопровод топливного отсека. Между передним отсеком 1 топливного бака и задним отсеком 2 топливного бака размещены: переходник 3, наконечник 4 со сферической поверхностью, труба 5, переходник 6 компенсирующего элемента с канавкой 7 и резиновым уплотнительным кольцом 8.
Монтаж трубопровода производится следующим образом:
1. Уплотнительное кольцо 8 устанавливается в канавку 7 переходника 6 компенсирующего элемента.
2. К выходу заднего отсека 2 топливного бака приваривается переходник 6 компенсирующего элемента с установленным в канавке 7 уплотнительным кольцом 8.
3. К трубе 5 приваривается сферический наконечник 4.
4. В переходник 6 компенсирующего элемента вставляется труба 5, при этом диаметр поперечного среза уплотняемого кольца выбран на 15% больше глубины канавки [7. ОСТ В 38.052-80. Кольца резиновые круглого сечения для изделий специального назначения. - Режим доступа: https://rtirus.ru/tekhinfo/kolca-manzhety/ost-v-38052-80/], за счет чего достигается степень обжатия в соединении не менее 15%. Значение степени обжатия выбрано на основании многолетней эксплуатации соединений данного типа. Труба 5 соединена с переходником 6 телескопически подвижно, т.е. с возможностью осевого перемещения, для обеспечения компенсации изменения расстояния между передним отсеком 1 топливного бака и задним отсеком 2 топливного бака. Герметизация соединения трубы 5 и переходника 6 компенсирующего элемента обеспечивается резиновым уплотнительным кольцом 8, обжатым поверхностями канавки 7 и уплотняемой трубы 5.
5. Переходник 3 одним концом приставляется к выходу переднего отсека 1 топливного бака, другим концом совмещается со сферической поверхностью наконечника 4, используя собственную подвижность и подвижность в осевом направлении трубы 5 относительно переходника 6 компенсирующего элемента.
6. Производится сварка переходника 3 с передним отсеком 1 топливного бака и со сферической поверхностью наконечника 4, после чего передний отсек 1 топливного бака и задний отсек 2 топливного бака оказываются герметично соединенными.
В процессе изготовления, хранения и эксплуатации ЛА возникают температурные колебания, приводящие к колебаниям размеров топливных отсеков. Компенсация колебаний размеров отсеков обеспечивается возможностью осевого перемещения трубы 5 относительно переходника 6 компенсирующего элемента.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является надежность в работе трубопровода и топливной системы в целом за счет герметичности соединения топливных отсеков топливного бака между собой и простоты конструкции. При этом в заявляемой конструкции присутствуют только технологичные детали простой формы, не требующие применения сложной высадки и формования, что экономически выгодно. Уплотнение соединения трубы 5 и переходника 6 компенсирующего элемента обеспечивается за счет естественной упругости резинового уплотнительного кольца 8, не требующего поджатая какими-либо дополнительными устройствами или деталями. Данный тип уплотнения не нуждается в обслуживании и сохраняет свои свойства в течение длительного времени [7.].
Трубопровод может быть выполнен с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, заявляемая полезная модель соответствует критерию «промышленная применимость».
Источники, принятые во внимание
6
1. Пат. 2497724 RU, МПК B64D 37/00. Топливный бак летательного аппарата / Никитин В.И., Куранов Е.Г., Реш Г.Ф. - Заявл. 09.04.2012; опубл. 10.11.2013, Бюл. №31.
6
2. Пат. 2535437 RU МПК F16L 27/12. Узел трубы в канале для газообразной среды / Хамберг С.(SE). - Заявл. 27.02.2012; опубл. 10.12.2014, Бюл. №34.
6
3. Пат. 2413730 DE, МПК F16L 55/00, F16L 27/12, F16L 41/02. Устройство для установки устройства в трубопровод / Churlaud Henri. - Заявл. 21.03.1974; опубл. 03.10.1974.
6
4. Пат. 977148 GB, МПК F16L 27/12. Компенсационные соединения для трубопроводов / YUBA CONS IND INC. - Заявл. 10.07.1961; опубл. 02.12.1964.
6
5. Пат. 206786195 CN, МПК F16L 27/12, F16L 9/02. Телескопическая трубка из нержавеющей стали для впрыскивания индикатора / Qiao Taifei и др. - Заявл. 01.06.2017; опубл. 22.12.2017.
6
6. Пат. 46554 RU, МПК F16L 51/00, F16L 27/12. Компенсирующее устройство для трубопровода / Фролов Ю.А. и др. - Заявл. 31.12.2004; опубл. 10.07.2005.
7. ОСТ В 38.052-80. Кольца резиновые круглого сечения для изделий специального назначения: Общие технические условия. - Режим доступа: https://rtirus.ru/tekhinfo/kolca-manzhety/ost-v-38052-80/.
6
8. Пат. 2005668 RU, МПК B64D 37/00. Топливный бак несущей конструкции летательного аппарата / Болотин В.А., Дядькин А.А., Корсаков С.И. - Заявл. 17.04.1991; опубл. 15.01.1994.
6
9. Пат. 2120054 RU, МПК F02M 37/00, F02M 37/22. Система питания двигателя внутреннего сгорания / Куколев П.В., Горбунов В.В., Солдатов В.П. - Заявл. 10.10.1998; опубл. 20.05.1997.
6
10. Пат. 2021168 RU, МПК B64D 37/00. Способ выработки топлива из баков летательного аппарата и топливная система летательного аппарата / Белов А.П., Марфуненков К.А., Ацеров П.А. - Заявл. 10.04.1992; опубл. 15.10.1994.
11. ОСТ 92-0266-73. Агрегаты и узлы пневмогидравлических систем 1(ПГС): Общие технические условия. - Режим доступа: https://gostost.ru/ost-92-0266-73/.
12. Башта, Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов / Т.М. Башта. - М.: Машиностроение. - 1967. - 496 с.
13. ОСТ 100980-80. Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения: Технические условия. - ВИАМ, 1980. - 48 с. // Режим доступа: https://www.citroman.com.ua/%D0%BE%D1%81%D1%821-00980-80/.
6
14. Пат. 1363974 US, МПК F16L 27/12. Expansion pipe-joint / Frederick С. Heylman. - Заявл. 21.06.1919; опубл. 28.12.1920.
15. Пат. 463195 GB, МПК F16L 27/12. Улучшения в растяжимых трубных соединениях для пивных линий и т.п./ Фредерик Д.Т. Барн. (GB) - Заявл. 23.09.1935; опубл. 23.03.1937.
20
16. А.с. 131175 SU, Кл. 47f,15. Подвижное соединение труб / Румянцев И.И. - Заявл. 17.02.1960; опубл. 1960, Бюл. №16.
20
17. А.с. 149980 SU, Кл. 47f,15. Компенсатор тепловых деформаций трубопровода / Лютов А.В. - Заявл. 04.10.1961; опубл. 1962, Бюл. №17.
18. Пат. 454225 GB, МПК F16L 27/12. Усовершенствования и относящиеся к соединениям для газовой службы и аналогичных труб / Уильям Э. Пикфорд. (GB). - Заявл. 23.03.1935; опубл. 23.09.1936.
19. Пат. 709763 GB, МПК F16L 27/12. Усовершенствования или относящиеся к компенсаторам для труб и т.п. / American district steam company. - Заявл. 31.12.1951; опубл. 02.06.1954.
6
20. Пат. 1038055 GB, МПК F16L 27/12, F16L 47/08. Улучшенное соединение для труб к опорам или другим трубам / Харрисон Джеффри. - Заявл. 02.03.1964; опубл. 03.08.1966.
6
21. Пат. 981498 GB, МПК F16L 27/12, F16L 47/18. Усовершенствования, относящиеся к компенсаторам труб для синтетических пластиковых труб / Уорд Джон Дженри. - Заявл. 16.01.1963; опубл. 27.01.1965.
22. Пат. 951617 GB. МПК F16L 27/12. Кондуктивные конструкции, имеющие продольную компенсацию колебаний температуры / FLEXONICS CORP. - Заявл. 01.04.1960; опубл. 11.03.1964.
6
23. Пат. 2629858 RU, МПК F16L 25/10, F16L 27/12, F16L 59/00. Трубопровод горячего газа / Лобанов О.А., Чекунин А.Д., Домнин К.Г., Тумановская В.П. - Заявл. 22.12.2015; опубл. 04.09.2017.
6
24. Пат. 1306532 GB, МПК F16L 27/12, F16L 47/18. Расширение рукава для трубопроводов в отопительных установках. - Заявл. 24.02.1970; опубл. 14.02.1973.
6
25. Пат. 2222599 FR, МПК F16L 27/12, F16L 41/02, F16L 55/00. Устройство для установки устройства на трубу. - Заявл. 24.02.1970; опубл. 14.02.1973.
6
26. Пат. 4071266 US. МПК F16L 27/12. Регулируемый капельный ниппель / Mountford G.S. - Заявл. 01.11.1976; опубл. 31.01.1978.
6
27. Пат. 1548852 GB, МПК F16L 27/12, F16L 17/00, F16L 27/113. Устройство для герметизации труб и цилиндрических поверхностей / PRESSURE SCIENCE INC. - Заявл. 24.05.1977; опубл. 18.07.1979.
6
28. Пат. 4168090 US, МПК F16L 27/12. Expansion compensating pipe coupling / Kaufmann John. - Заявл. 23.12.1977; опубл. 18.09.1979.
6
29. Пат. 2031543 GB, МПК F16L 27/12, F16L 21/08, F16L 47/08, F16L 47/20. Соединения труб / WAVIN BV. - Заявл. 13.09.1979; опубл. 23.04.1980.
6
30. Пат. 3320302 DE, МПК F16L 27/12. Устройство для соединения двух концов труб / Weinhold K., Dipl.-Ing. - Заявл. 04.06.1983; опубл. 31.10.1984.
6
31. Пат. 209101326 CN, МПК F23K 5/02, F23K 5/14. Industrial boiler feeding convenient for feeding / Li Liangliang и др. - Заявл. 24.10.2018; опубл. 12.07.2019.
6
32. Пат. 778365 GB, МПК F16L 27/12. Усовершенствования или относящиеся к средствам кабелепровода для соединения двух оболочек / Molean D, Brown W.H. - Заявл. 03.02.1955; опубл. 03.07.1957.
6
33. Пат. 206112337 CN, МПК F16L 27/12. Scalable fixed pipe / Cui Mixiao. - Заявл. 02.11.2016; опубл. 19.04.2017.
6
34. Пат. 849250 GB, МПК F16L 27/12. Расширительные блоки для синтетических пластмассовых труб / Harris P.R. - Заявл. 01.05.1958; опубл. 21.09.1960.
6
35. Пат. 208535398 CN, МПК F16L 27/12. Scalable polyvinyl chloride pipe / Sun Ruixin, Liu Shuai. - Заявл. 22.06.2018; опубл. 22.02.2019.