УСТРОЙСТВО ИНЕРТИРОВАНИЯ, РЕЗЕРВУАР И ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, СНАБЖЕННЫЙ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ, И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ
INERTING DEVICE, TANKS AND AIRCRAFT EQUIPPED WITH SUCH DEVICE AND CORRESPONDING METHOD

Настоящее изобретение касается устройства инертирования, резервуара и летательного аппарата, снабженного таким устройством, а также соответствующего способа.
В особенности изобретение касается устройства инертирования для топливного резервуара летательного аппарата герметизированного типа, то есть для резервуара, снабженного основным баком и обособленным сливным объемом.
Устройство инертирования может быть использовано для защиты топливного резервуара, в частности летательного аппарата, такого как самолет или, например, вертолет.
Устройство инертирования замещает газообразный свод резервуара газом, обогащенным инертным газом (азотом), который может быть произведен таким генератором, как «OBIGGS». Резервуары обычно связаны с внешней средой (атмосферой) через сливной объем (иногда обозначаемым на англ. яз. «venting box). Сливной объем является объемом, который сообщается с баком резервуара, содержащим жидкое топливо, но в нормальной обстановке этот сливной объем не содержит жидкого топлива.
Документ US 8074932 содержит систему распределения газа, обогащенного азотом, в резервуаре самолета при давлении окружающей среды. В соответствии с этим документом в процессе фаз приземления самолета обогащенный азотом газ вводится в смесительную камеру, расположенную между сообщающимися резервуарами в крыльях и вспомогательным резервуаром. Резервуар крыла сообщается с центральным резервуаром, тогда как вспомогательный резервуар сообщается с окружающей средой через свободные отверстия. Внутри резервуаров крыльев в необходимом случае может быть предусмотрен датчик кислорода для того, чтобы распределительная система могла определить, является ли концентрация приемлемой.
Это устройство является удовлетворительным частично, так как оно не позволяет эффективно использовать обогащенный азотом воздух во всех ситуациях и требует наличия смесительной камеры, расположенной между двумя разнесенными резервуарами. Кроме того, определение концентрации кислорода является затруднительным и не дает обоснованной информации для проверки концентрации кислорода во всем резервуаре. Наконец, эта конструкция и ее функционирование плохо приспособлены с резервуарам под давлением.
Точнее, изобретение касается так называемых резервуаров «под давлением». Это значит, что сливной объем сообщается с атмосферой через два отверстия, каждое из которых снабжено обратным клапаном («check valve» на англ. яз.). Первый «взлетный» клапан открывается, когда давление в сливном объеме превышает атмосферное давление на заданную величину, соответствующую тарировке клапана. Это позволяет ограничить повышение давления в сливном объеме (и, следовательно, в резервуаре) относительно внешнего давления (в частности, в случае подъема летательного аппарата).
Второй клапан «снижения» открывается для впуска газа в резервуар только когда атмосферное давление превысит давление в сливном объеме на заданную величину, соответствующую тарировке клапана. Это позволяет сохранить пониженное давление в сливном объеме (и, таким образом, в баке) по сравнению с наружным давлением (в частности, в случае снижения самолета).
Вообще, эти резервуары содержат несколько отсеков, разделенных перегородками, снабженными отверстиями для обмена средами. Идеально, газ, обогащенный азотом, предпочтительно инжектируют в различных направлениях резервуара, чтобы гомогенизировать, насколько возможно, концентрацию кислорода внутри резервуара. Однако точка инжекции газа, обогащенного азотом, подвержена противодействующим напряжениям. Действительно, в процессе подъема летательного аппарата часть газа из резервуара выходит естественно в атмосферу по мере уменьшения атмосферного давления. Так, для оптимизации уменьшения концентрации газообразного кислорода в резервуаре место впуска обогащенного азотом газа должно быть расположено как можно дальше от выходного отверстия, управляемого взлетным клапаном. Напротив, в процессе фаз снижения летательного аппарата (или значительного потребления топлива) атмосферный воздух поступает в резервуар через клапан снижения и увеличивает уровень кислорода в резервуаре (до 21%). В этом положении наиболее подходящее место для подачи обогащенного азотом газа должно быть расположено насколько возможно ближе к выходному отверстию, управляемому клапаном снижения. Эти два требования являются противоречивыми.
Задачей настоящего изобретения является устранение всех или части недостатков упомянутого выше известного уровня техники.
Для решения задачи предложено устройство, отличающееся тем, что содержит генератор обогащенного азотом газа, трубопровод подачи обогащенного азотом газа, производимого генератором, при этом входной конец трубопровода подачи соединен с генератором, первый выходной конец соединен с основным баком, а второй выходной конец соединен со сливным объемом, причем устройство содержит систему измерительных датчиков информации, представляющей разность давления, с одной стороны, между внутренней частью сливного объема и, с другой стороны, наружной средой резервуара, при этом устройство, кроме того, содержит электронный блок логики, в который поступают измерения совокупности датчиков, причем электронный блок логики связан с генератором и/или трубопроводом подачи и предназначен для управления подачей обогащенного азотом газового потока ко второму выходному концу, когда разность давлений между, с одной стороны, внутренней частью сливного объема и, с другой стороны, наружной средой опускается ниже заданного порога S.
Кроме того, варианты воплощения изобретения могут отвечать одной или нескольким следующим характеристикам:
- блок электронной логики предназначен для управления подачей газового потока, обогащенного азотом, ко второму выходному концу, только когда разность давлений, с одной стороны, между внутренней частью сливного объема и, с другой стороны, наружной средой резервуара опустится ниже заданного порога,
- второй выходной конец трубопровода подачи содержит клапан избирательного контроля расхода обогащенного азотом газа, предназначенного для подачи в сливной объем, при этом упомянутый клапан управляется электронным блоком логики,
- первый выходной конец трубопровода подачи содержит клапан избирательного контроля расхода обогащенного азотом газа, предназначенного для подачи в основной бак, при этом упомянутый клапан управляется электронным блоком логики,
- первый и второй выходные концы трубопровода соединены параллельно с входным концом трубопровода, при этом трубопровод содержит трехходовой клапан для избирательного регулирования потоков обогащенного азотом газа, выходящего из генератора, между первым и вторым выходными концами, причем трехходовой клапан управляется электронным блоком логики,
- трубопровод подачи содержит, по меньшей мере, входной конец, первый выходной конец, второй выходной конец, причем, по меньшей мере, один из концов содержит обратный клапан, препятствующий подъему газа от выхода к входу,
- трубопровод подачи содержит, по меньшей мере, первый выходной конец, второй выходной конец, в одном из которых выполнено калиброванное отверстие для ограничения расхода газа до заданной величины,
- генератор содержит концентратор мембранного разделительного типа.
Изобретение касается также топливного резервуара летательного аппарата герметизированного типа, содержащего основной бак, предназначенный для хранения жидкого топлива и обособленный сливной объем, при этом сливной объем текуче соединен с основным баком для временного размещения в нем излишков топлива из основного бака, причем сливной объем сообщается с наружной средой резервуара через систему двух обратных клапанов с противоположным направлением открывания, при этом топливный резервуар содержит устройство инертирования, соответствующее какой-либо из вышеописанных или нижеописанных характеристик, причем первый выходной конец трубопровода подачи соединен с основным баком, а второй выходной конец трубопровода подачи соединен со сливным объемом.
Кроме того, варианты воплощения изобретения могут отвечать одной или нескольким следующим характеристикам:
- сливной объем сообщается с внешней средой резервуара через входной клапан, предназначенный для открывания, только когда разность давления между, с одной стороны, внутренней частью (Р3) сливного объема и, с другой стороны, наружной средой (РА) резервуара достигнет заданного уровня открывания (Y), при этом электронный блок логики предназначен для управления подачей обогащенного азотом газа в сливной объем через второй выходной конец, когда разность давлений (РА-Р3) между, с одной стороны, внутренней частью сливного объема и, с другой стороны, наружной средой составляет от 70% до 100% упомянутого уровня открывания (РА-Р3>70%Y),
- электронный блок логики предназначен для управления подачей потока обогащенного азотом газа в сливной объем через второй выходной конец, когда разность давлений (РЗ-Ра) между, с одной стороны, внутренней частью сливного объема (3) и, с другой стороны, наружной средой резервуара приближается к 50 миллибарам или достигает уровня, достаточного для открывания входного клапана,
- система измерительных датчиков, выдающих информацию о разности давлений (РЗ-Ра) между, с одной стороны, внутренней частью сливного объема и, с другой стороны, наружной средой резервуара, содержит, по меньшей мере, один датчик давления,
- трубопровод подачи встроен в генератор и/или резервуар,
- второй выходной конец трубопровода подачи подсоединен на уровне трубопровода обезгаживания сливного объема, то есть на уровне трубопровода, обеспечивающего сообщение между сливным объемом и внешней средой резервуара.
Изобретение касается также летательного аппарата, содержащего топливный резервуар в соответствии с одной из приведенных выше или ниже характеристик, в котором система измерительных датчиков информации о разности давлений (РЗ-Ра), с одной стороны, между внутренней частью сливного объема и, с другой стороны, внешней средой резервуара содержит, по меньшей мере, один из следующих датчиков: дифференциальный датчик давления, пару датчиков давления, датчик высоты летательного аппарата, датчик атмосферного давления вокруг летательного аппарата, датчик температуры атмосферы вокруг летательного аппарата, датчик скорости снижения летательного аппарата, датчик потребления топлива летательным аппаратом, датчик давления входного воздуха, питающего генератор для его обогащения азотом, датчик температуры входного воздуха, питающего генератор для его обогащения азотом, датчик расхода газа, обогащенного азотом на выходе из генератора, датчик концентрации кислород/азот обогащенного азотом газового потока на выходе генератора (1), датчик расхода обогащенного азотом газа на выходе буферного резервуара, хранящего обогащенный азотом газ, производимый генератором, датчик концентрации кислород/азот газового потока, обогащенного на выходе буферного резервуара, хранящего обогащенный азотом газ, производимый генератором.
Изобретение касается также способа инертирования топливного резервуара летательного аппарата герметизированного типа, то есть резервуара, снабженного основным баком и обособленным сливным объемом под давлением, в котором инертирование осуществляют через устройство инертирования, содержащее генератор обогащенного азотом газа, при этом способ включает этап определения разности давления (Р3-Ра) между, с одной стороны, внутренней частью сливного объема и, с другой стороны, наружной средой резервуара и, когда эта разность давления (Р3-Ра) снижается ниже заданного порога S, этап подачи обогащенного азотом потока газа в сливной объем (3).
Изобретение может также касаться любого альтернативного устройства или способа, включающего любую комбинацию вышеупомянутых и нижеуказанных отличительных признаков.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
- Фиг.1 изображает вид, иллюстрирующий структуру и работу устройства инертирования в соответствии с первым примером возможного воплощения изобретения,
- Фиг.2 - вид, иллюстрирующий структуру и работу устройства инертирования в соответствии со вторым примером возможного воплощения изобретения,
- Фиг.3 - вид, иллюстрирующий структуру и работу устройства инертирования в соответствии с третьим примером возможного воплощения изобретения,
- Фиг.4 - вид, иллюстрирующий структуру и работу устройства инертирования в соответствии с четвертым примером возможного воплощения изобретения,
- Фиг.5 - вид, иллюстрирующий структуру и работу устройства инертирования в соответствии с пятым примером возможного воплощения изобретения.
Фиг.1 изображает устройство инертирования топливного резервуара летательного аппарата.
Резервуар летательного аппаратам содержит основной бак 2, предназначенный для содержания жидкого топлива, и обособленный сливной объем 3.
Сливной объем 3 текуче связан с основным баком 2 (сообщение показано на чертеже двумя стрелками).
Сливной объем 3 не содержит жидкого топлива в обычном нормальном состоянии, но может поглощать излишки в процессе заполнения или в ходе некоторых движений.
Резервуар выполнен «герметизированного» типа, то есть сливной объем 3 сообщается с внешней атмосферой через два отверстия, в каждом из которых размещен обратный клапан («check valve» на англ. яз.). Первый «взлетный» клапан 10 открывается только тогда, когда давление в сливном объеме 3 превышает атмосферное давление на заданную величину, соответствующую тарировке клапана 10 (фиг. 1 содержит стрелку, которая показывает возможный выход газа из сливного объема 3).
Второй клапан 11 «снижения» открывается только тогда, когда атмосферное сливное давление превышает давление в сливном объеме 3 на заданную величину, соответствующее тарировке клапана 11 (фиг. 1 содержит стрелку, которая показывает вход газа в сливной объем 3). Таким образом, система клапанов 10, 11 поддерживает в сливном объеме 3 (и в основном баке 2) заданную разность давлений (положительную или отрицательную).
Таким образом, когда летательный аппарат находится на повышенной высоте (например, выше 4000 м), давление в резервуаре равно наружному атмосферному давлению плюс величина давления, необходимая для открывания взлетного клапана 10. Клапан 11 снижения закрыт, а взлетный клапан открыт. Когда начинается снижение высоты летательного аппарата, давление внутри резервуара постепенно уменьшается, взлетный клапан 10 поэтому закрывается и два клапана 10, 11, таким образом, закрыты. В процессе снижения, когда давление в резервуаре достигает атмосферного давления, меньшего величины открывания клапана 11 снижения, последний открывается и пропускает воздух.
Устройство содержит генератор 1 газа, обогащенного азотом, например мембранный сепаратор, и/или запас азота под давлением в любом соответствующем устройстве, и трубопровод 4, 5 подачи обогащенного азотом газа, производимого генератором 1. Трубопровод 4, 5 подачи имеет входной конец, соединенный с генератором 1, первый выходной конец 4, текуче соединенный с основным баком 2, и второй выходной конец 5, соединенный со сливным объемом 3.
Таким образом, обогащенный азотом газ, производимый генератором 1, избирательно и одновременно поступает в основной бак 2 и в сливной объем 3. Устройство содержит систему измерительных датчиков 6, 7, выдающих информацию о разности давлений Р3-Ра между, с одной стороны, внутренней частью сливного объема 3 и, с другой стороны, наружной средой резервуара. Система датчиков связана с электронным блоком 8 логики. Электронный блок 8 логики соединен с генератором 1 и/или трубопроводом 4, 5 подачи и выполнен таким образом, чтобы управлять подачей потока обогащенного азотом газа в резервуар и, в особенности, в сливной объем 3, когда разность давлений Р3-Ра между, с одной стороны, внутренней частью сливного объема 3 и, с другой стороны, наружной средой опускается ниже заданного порога S.
Точнее говоря, электронный блок 8 логики может, таким образом, определить момент, когда давление в резервуаре уменьшится и достигнет заданной величины, близкой или равной величине, необходимой для открывания клапана 11 снижения. Это позволяет определить, когда воздух проникает или проникнет в резервуар.
На основе этих данных электронный блок 8 логики может управлять подачей азота в резервуар в момент или чуть раньше поступления воздуха в резервуар.
Например, клапан 10 снижения открывается, только когда наружное атмосферное давление превысит давление в резервуаре на величину, составляющую от 0,1 psi (689 Па) до 5,0 psi(34474 Па). Например, подача азота в сливной объем 3 осуществляется, когда наружное атмосферное давление превышает давление в резервуаре на величину, составляющую от 0,1 psi(689 Па) до 5,0 psi(34474 Па).
Система измерительных датчиков, выдающая информацию о разности давлений Р3-Ра между, с одной стороны, внутренней частью сливного объема 3 и, с другой стороны, наружной средой резервуара, может содержать, например, по меньшей мере, один датчик давления. Например, как изображено на фиг. 1, два датчика 6, 7 могут измерять давление Р3, РА соответственно в сливном объеме 3 и с наружной части резервуара. Два датчика 6, 7 измеряют, таким образом, дифференциальное давление.
Разумеется, система измерительных датчиков, выдающая информацию о разности давлений Р3-Ра, может содержать, по меньшей мере, один датчик дифференциального давления, пару датчиков давления, датчик высоты летательного аппарата, датчик атмосферного давления вокруг летательного аппарата, датчик температуры атмосферы вокруг летательного аппарата, датчик скорости снижения летательного аппарата, датчик потребления топлива летательным аппаратом, датчик давления входного воздуха, питающего генератор, для его обогащения азотом, датчик расхода обогащенного азотом газа на выходе генератора, датчик концентрации кислород/азот обогащенного азотом газового потока на выходе генератора 1, датчик расхода обогащенного азотом газа на выходе буферного резервуара, хранящего обогащенный азотом газ, произведенный генератором 1, датчик концентрации кислород/азот обогащенного газового потока на выходе буферного резервуара, хранящего обогащенный азотом газ, произведенный генератором 1.
В общем, любое устройство, позволяющее определить вход воздуха в резервуар, или неизбежность входа воздуха вследствие относительно низкого давления в резервуаре по отношению к наружной среде может быть использовано для управления подачей обогащенного азотом газа в сливной объем 3. Таким образом, устройство позволяет избежать увеличения доли кислорода в резервуаре перед и/или в процессе входа воздуха в сливной объем 3.
Фиг. 2-5 изображают возможные варианты воплощения изобретения. Для краткости элементы, идентичные описанным выше элементам, обозначены теми же цифровыми позициями и не описываются повторно.
Вариант воплощения по фиг. 2 отличается от варианта по фиг. 1 только тем, что второй выходной конец 5 трубопровода передачи содержит клапан 15 избирательного контроля расхода обогащенного азотом газа, предназначенного для подачи в сливной объем 3. Предпочтительно, упомянутый клапан 15 управляется электронным блоком 8 логики для контроля обогащенного газа, подаваемого в сливной объем 3. Клапан является двухпозиционным или пропорциональным. Таким образом, обогащенный азотом газ всегда инжектируется в основной бак 2, а его подача в сливной объем 3 осуществляется, только когда это необходимо (в процессе или перед входом воздуха).
Вариант воплощения по фиг. 3 отличается от варианта по фиг. 1 только тем, что первый выходной конец 4 трубопровода передачи содержит клапан 14 избирательного контроля расхода обогащенного азотом газа, предназначенного для подачи в основной бак 2. Этот клапан 14 (двухпозиционный или пропорциональный) управляется предпочтительно электронным блоком 8 логики.
Таким образом, обогащенный азотом газ всегда инжектируется в сливной объем 3, а подача в основной бак 2 осуществляется только в случае необходимости.
В варианте воплощения по фиг. 4 первый 4 и второй 5 выходной конец содержат каждый клапан 14, 15 для соответствующего контроля. Это позволяет контролировать количества обогащенного азотом газа, подаваемого независимо в основной бак 2 и в сливной объем 3.
В соответствии с вариантом воплощения по фиг. 5 на трубопроводе установлен трехходовой клапан 9 для избирательного регулирования потока обогащенного азотом газа, выходящего из генератора 1 между первым 4 и вторым выходными концами. Предпочтительно, этот трехходовой клапан 9 не позволяет подавать обогащенный азотом газ одновременно в два выходных конца, а попеременно в один и другой.
В необходимом случае структурные характеристики вышеупомянутых вариантов воплощения могут быть скомбинированы.
Кроме того, в каждом из вышеупомянутых вариантов воплощения можно предусмотреть обратный клапан на первом выходном конце 4 и/или втором выходном конце 5 трубопровода подачи для того, чтобы воспрепятствовать подъему газа с выхода на вход.
Более того, на первом выходном конце 4 и/или втором выходном конце 5 трубопровода подачи может быть выполнено калиброванное отверстие для ограничения расхода газа до заданной величины.
Кроме того, трубопровод подачи может быть физически встроен в генератор 1 и/или в резервуар.
В соответствии с другой возможной особенностью второй выходной конец 5 трубопровода подачи может быть соединен на уровне трубопровода обезгаживания сливного объема 3, то есть на уровне трубопровода, обеспечивающего соединение между сливным объемом 4 и наружной средой резервуара.