ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области авиастроения, более конкретно, к устройствам, связанным с подачей топлива в двигатель из отсеков топливного бака, улучшающим балансировку летательного аппарата (ЛА), преимущественно беспилотного.
Известна, принятая за прототип топливная система ЛА RU 22305 U1, содержащая два многоотсечных топливных бака, расположенных по левому и правому бортам фюзеляжа, соответственно, отсеки которых сообщены линиями перелива топлива последовательно, из нижней части предыдущего вырабатываемого отсека в последующий. Последние вырабатываемые отсеки каждого бака (расходные отсеки) расположены в центральной части фюзеляжа, вблизи его центра тяжести, снабжены магистралями подачи топлива в один или отдельные двигатели ЛА и сообщены верхними и нижними частями друг с другом через клапаны расхода. Магистрали подачи топлива в двигатель ЛА снабжают пусковыми клапанами. При этом, для минимального изменения центра тяжести ЛА, остальные отсеки (дополнительные) каждого многоотсечного топливного бака сообщены линиями перелива топлива таким образом, чтобы осуществлялась одновременная выработка дополнительного отсека одного многоотсечного топливного бака и противоположно расположенного относительно расходных отсеков, дополнительного отсека другого многоотсечного топливного бака. Первые вырабатываемые дополнительные отсеки каждого многоотсечного топливного бака сообщены с линией подачи газа наддува. Для задействования подачи газа по линии наддува в ней устанавливают пусковой клапан. После выработки топлива из дополнительных отсеков каждого многоотсечного топливного бака, в расходных отсеках остается различное количество топлива, при этом задействуются клапаны расхода в линиях сообщения их верхних и нижних частей, что обеспечивает одновременность их выработки. В случае наличия на ЛА только одного многоотсечного топливного бака, минимальное изменение центра тяжести ЛА в полете может быть обеспечено за счет параллельного перелива топлива в расходный отсек из дополнительных отсеков этого топливного бака, также расположенных с противоположных сторон от расходного отсека.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие: топливная система летательного аппарата, содержащая многоотсечный топливный бак, включающий расходный отсек, расположенный в центральной части фюзеляжа, сообщенный с магистралью подачи топлива в двигатель, снабженной пусковым клапаном, а также дополнительные отсеки, расположенные с противоположных сторон от расходного отсека, сообщенные с линией подачи газа наддува через пусковой клапан и снабженные линиями перелива топлива из нижней части соответствующего дополнительного отсека в расходный отсек.
Известная топливная система при одном многоотсечном топливном баке обеспечивает уменьшение изменения положения центра тяжести ЛА в полете при выработке топлива, благодаря одновременной параллельной выработке топлива из дополнительных отсеков, расположенных с противоположных сторон от расходного отсека, при этом невырабатываемый остаток топлива будет минимальным только при практически одновременном завершении выработки топлива из противоположных дополнительных отсеков, что обеспечивается подбором гидравлических сопротивлений линий перелива топлива. Однако, вследствие наличия допусков на изготовление, их гидравлические сопротивления отличаются и один из дополнительных отсеков вырабатывается раньше, при этом после завершения выработки из него топлива по линии перелива топлива в расходный отсек поступает давление газа наддува, перепад давления на линии перелива топлива в расходный отсек из противоположенного дополнительного отсека становится близким к нулю и выработка топлива из него тоже прекращается, что является причиной увеличенного невырабатываемого остатка топлива, при этом топливо в двигатель вырабатывается только из расходного отсека. Установка дросселей в линии перелива топлива, изготовленных с высокой точностью, для уменьшения невырабатываемого остатка топлива требует значительного увеличения гидравлического сопротивления дросселей по сравнению с гидравлическим сопротивлением линий перелива топлива, что приводит к значительному увеличению давления газа наддува и, как следствие, массы бака.
Предлагаемым техническим решением решается задача уменьшения невырабатываемого остатка топлива без значительного увеличения рабочего давления в отсеках топливного бака.
Для достижения указанного технического результата топливная система летательного аппарата, содержащая многоотсечный топливный бак, включающий расходный отсек, расположенный в центральной части фюзеляжа и сообщенный с магистралью подачи топлива в двигатель, снабженной пусковым клапаном, а также дополнительные отсеки, расположенные с противоположных сторон от расходного отсека, сообщенные с линией подачи газа наддува через пусковой клапан и снабженные линиями перелива топлива из нижней части соответствующего дополнительного отсека в расходный отсек, снабжена сигнализатором завершения опорожнения одного из дополнительных отсеков, при этом в линии перелива топлива из этого дополнительного отсека установлен клапан перекрытия с приводом, сообщенным с сигнализатором завершения его опорожнения. Для уменьшения невырабатываемого остатка топлива в случаях, когда невозможно заранее установить из какого дополнительного отсека перелив топлива завершится раньше, топливная система летательного аппарата снабжена сигнализатором завершения опорожнения противоположного дополнительного отсека, а в линии перелива топлива из него установлен клапан перекрытия с приводом, сообщенным с сигнализатором завершения его опорожнения, при этом линия подачи газа наддува за пусковым клапаном сообщена с расходным отсеком через клапан перепада давления. Для упрощения конструкции, клапан перекрытия с приводом и сигнализатор опорожнения дополнительного отсека установлены на входе в линию перелива топлива и выполнены в виде вертикально установленного патрубка с торцевой стенкой в нижней части, верхняя часть которого соединена с входным окном линии перелива топлива, а в боковой стенке нижней части которого выполнено окно для входа топлива, кольцеобразного поплавка, установленного снаружи патрубка, снабженного кольцевой поверхностью скольжения, выполненной с возможностью скольжения по его наружной поверхности и перекрытия окна для входа топлива, при этом верхняя часть патрубка снабжена упором, сообщенным с кольцеобразным поплавком через пружину сжатия. Для увеличения рабочего ресурса поплавка, поверхность скольжения кольцеобразного поплавка и наружная поверхность патрубка выполнены полированными. Для уменьшения силы страгивания (начало движения) поплавка из нижнего положения при плоских нижних стенках бака и поплавка, клапан перекрытия снабжен устройством ограничения нижнего положения кольцеобразного поплавка.
Отличительными признаками предлагаемой топливной системы летательного аппарата является то, что топливная система снабжена сигнализатором завершения опорожнения одного из дополнительных отсеков, при этом в линии перелива топлива из этого дополнительного отсека установлен клапан перекрытия с приводом, сообщенным с сигнализатором завершения его опорожнения; снабжена сигнализатором завершения опорожнения противоположного дополнительного отсека, а в линии перелива топлива из него установлен клапан перекрытия с приводом, сообщенным с сигнализатором завершения его опорожнения, при этом линия подачи газа наддува за пусковым клапаном сообщена с расходным отсеком через клапан перепада давления; клапан перекрытия с приводом и сигнализатор опорожнения дополнительного отсека установлены на входе в линию перелива топлива и выполнены в виде вертикально установленного патрубка с торцевой стенкой в нижней части, верхняя часть которого соединена с входным окном линии перелива топлива, а в боковой стенке нижней части которого выполнено окно для входа топлива, кольцеобразного поплавка, установленного снаружи патрубка, снабженного кольцевой поверхностью скольжения, выполненной с возможностью скольжения по его наружной поверхности и перекрытия окна для входа топлива, при этом верхняя часть патрубка снабжена упором, сообщенным с кольцеобразным поплавком через пружину сжатия; поверхность скольжения кольцеобразного поплавка и наружная поверхность патрубка выполнены полированными; клапан перекрытия снабжен устройством ограничения нижнего положения кольцеобразного поплавка.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными в ограничительной части формулы, достигается следующий технический результат - увеличиваются максимальная дальность полета ЛА, надежность и время работы топливной системы, обеспечивающей уменьшение невырабатываемых остатков топлива, упрощается конструкция клапана перекрытия и его привода, при этом предлагаемая топливная система сохраняет достоинства прототипа, обеспечивающего уменьшение затрат топлива на балансировку ЛА в полете.
Предложенная топливная система может найти применение в конструкции ЛА, преимущественно беспилотных, имеющих большой запас топлива.
Топливная система поясняется чертежами, фиг. 1-4.
На фиг. 1 представлена принципиальная пневмогидравлическая схема топливной системы ЛА.
На фиг. 2 представлено устройство клапана перекрытия с приводом после заправки дополнительного отсека топливом.
На фиг. 3 представлено устройство клапана перекрытия с приводом после выработки топлива из дополнительного отсека.
На фиг. 4 представлено место Б фиг. 2, поясняющее наличие зазора S между кольцевой поверхностью скольжения поплавка и наружной поверхностью патрубка клапана перекрытия.
Представленная на чертеже топливная система летательного аппарата содержит многоотсечный бак, включающий расходный отсек 1, расположенный в центральной части фюзеляжа (на чертеже не показан), и сообщенный с магистралью 2 подачи топлива в двигатель, снабженной пусковым клапаном 3, а также дополнительные отсеки 4 и 5, расположенные с противоположных сторон от расходного отсека 1, сообщенные с линией 6 подачи газа наддува через пусковой клапан 7 и снабженные, соответственно, линиями 8 и 9 перелива топлива из нижней части в расходный отсек 1. Клапан перекрытия с приводом и сигнализатор опорожнения дополнительного отсека установлены на входе в линию перелива топлива, соответственно, 8 и 9, выполнены в виде вертикально установленного патрубка 10 с торцевой стенкой 11 в нижней части 12, верхняя часть 13 которого соединена с входным окном 14 линии перелива топлива, соответственно, 8 и 9, а в боковой стенке 15 нижней части 12 которого выполнены окна 16 для входа топлива, кольцеобразного поплавка 17, установленного снаружи патрубка 10, снабженного кольцевой поверхностью 18 скольжения, выполненной с возможностью скольжения по его наружной поверхности 19 и перекрытия окон 16 для входа топлива, при этом верхняя часть 13 патрубка 10 снабжена упором 20, сообщенным с кольцеобразным поплавком 17 через пружину 21 сжатия. Поверхность 18 скольжения кольцеобразного поплавка 17 и наружная поверхность 19 патрубка 10 выполнены полированными. Клапан перекрытия снабжен устройством 22 ограничения нижнего положения кольцеобразного поплавка 17. Линия 6 подачи газа наддува за пусковым клапаном 7 сообщена с расходным отсеком 1 через клапан 23 перепада давления. Топливная система снабжена заправочной горловиной 24, сообщенной с дополнительными отсеками 4 и 5, дренажными горловинами 25 и 26, сообщенных, соответственно, с верхними частями этих отсеков, а также заправочной горловиной 27, сообщенной с магистралью 2 подачи топлива в двигатель перед пусковым клапаном 3.
Топливная система ЛА работает следующим образом. В исходном положении, до заправки отсеков 1, 4 и 5 топливом, кольцеобразные поплавки 17 патрубков 10 на входе в линии 8 и 9 перелива топлива, соответственно, поджатые пружинами 21 (фиг. 3) находятся в нижнем положении, благодаря тому, что зазор S обеспечивает возможность скольжения поверхности 18 скольжения (фиг. 4) соответствующего кольцеобразного поплавка 17 по наружной поверхности 19 патрубка 10, при этом окна 16 перекрыты поверхностью 18 скольжения. Для заправки отсеков 1, 4 и 5 топливом открываются дренажные горловины 25 и 26. Топливозаправщик (на чертеже не показан, подстыковывается к заправочной горловине 24 и часть заправляемого топлива подается в дополнительные отсеки 4 и 5, обеспечивая всплытие под действием силы Архимеда поплавков 17 с поджатием пружин 21, открытие окон 16 в боковых стенках 15, патрубков 10 и возможность для перелива топлива по линиям 8 и 9. При этом объем газа, замещаемый топливом стравливается через дренажные горловины 25 и 26, соответственно. После чего заправочная горловина 24 закрывается, а топливозаправщик подстыковывается к заправочной горловине 27 и подает топливо через магистраль 2 подачи топлива в расходный отсек 1, при заполнении которого топливом избыток объема газа из расходного отсека 1 стравливается через линии перелива 8 и 9 в дополнительные отсеки, соответственно, 4 и 5, и, проходя через находящуюся в них часть топлива, поступают через открытые дренажные горловины 25 и 26 в окружающую среду. После заполнения полости расходного отсека 1 топливом, топливо через линии 8 и 9 перелива, патрубки 10 и окна 16 поступает в отсеки, соответственно, 4 и 5. После заправки необходимого количества топлива в расходный отсек 1 и дополнительные отсеки 4 и 5, закрываются дренажные горловины 24, 25 и заправочная горловина 27, от которой отстыковывается топливозаправщик. Заправка топливом отсеков 1, 4 и 5 может быть организована и другим способом, например, последовательная или индивидуально каждого из них, с соответствующим расположением заправочных и дренажных горловин (на чертежах не показаны). После заправки топливом полостей дополнительных отсеков 4 и 5 поплавки 19 клапанов перекрытия на входе в линиях 8 и 9 перелива топлива погружены в топливо и остаются в поднятом положении благодаря действию силы Архимеда, сжимающей их пружины 21 между поплавком 17 и упором 20. Для подачи топлива по магистрали 2 в двигатель обеспечивается открытие пусковых клапанов 7 и 3, при этом газ наддува по линии 6 поступает в верхние части полостей дополнительных отсеков 4 и 5, под действием давления которого топливо из полостей этих отсеков переливается через соответствующие окна 16 для входа топлива в боковых стенках 15, патрубки 10, входные окна 14 линий 8 и 9 перелива топлива, и через них в расходный отсек 1, из которого по магистрали 2 подачи и открытый пусковой клапан 3 вытесняется в двигатель ЛА. В случае опережающей выработки топлива из одного дополнительного отсека, например 5, с заходом поверхности 18 скольжения соответствующего поплавка 17 за верхний уровень входных окон 16 патрубка 10, уменьшается их проходное сечение, что увеличивает гидравлическое сопротивление при переливе топлива из дополнительного отсека 5, и расход топлива, переливаемый из него в расходный отсек 1 по линии 9 уменьшается, а расход топлива, потребляемый двигателем через магистраль 2 компенсируется за счет увеличения расхода топлива переливаемого в расходный отсек 1 по линии 8 перелива топлива из противоположного дополнительного отсека 4, с большим уровнем топлива, и не задросселированным проходным сечением окон 16 патрубка 10 поверхностью 18 скольжения поплавка 17, установленного на входе в линию 8 перелива топлива, что обеспечивает выравнивание уровней топлива в дополнительных отсеках 4 и 5, при выработке из них остатков топлива. Аналогично топливная система работает и при опережающей выработке топлива из дополнительного отсека 4, противоположного дополнительному отсеку 5, относительно расходного отсека 1. После понижения уровня топлива также и в противоположном дополнительном отсеке 4, и дросселирования поверхностью 18 поплавка 17 проходного сечения окон 16 патрубка 10, установленного на входе в линию 8 перелива топлива, расход топлива по ней также уменьшится и, вследствие расхода топлива по магистрали 2 в двигатель ЛА, начнет уменьшаться давление топлива в полости расходного отсека 1. При определенной настройке клапана 23 перепада давления между давлением газа наддува в линии 6 подачи и давлением топлива в полости расходного отсека 1, клапан 23 перепада давления откроется и газ наддува из линии 6 поступит в полость расходного отсека 1 замещая объем топлива, поступающий в двигатель ЛА по магистрали 2. Объем топлива в расходном отсеке 1 начнет уменьшаться до полной выработки из него топлива. В процессе выработки топлива из расходного отсека 1 также будет осуществляться довыработка остатков топлива из дополнительных отсеков 4 и 5, через задросселированные проходные сечения окон 16 патрубков 10 на входе в линии 8 и 9 перелива топлива, под действием увеличенного перепада давления между дополнительными отсеками 4 и 5, и расходным отсеком 1, до полной выработки топлива из дополнительных отсеков 4 и 5 и перекрытия окон 16 патрубков 10 поверхностями 18 скольжения соответствующих поплавков 17. Постепенное уменьшение расхода топлива через окна 16 патрубков 10, следовательно, уменьшение скорости течения топлива на входе в окна 16 при выработке остатков топлива из дополнительных отсеков 4 и 5, улучшает условия для подтекания топлива из периферийных частей этих отсеков к местам установки патрубков 10 и воронкообразование (местное понижение уровня топлива) у патрубков 10 происходит при меньшем уровне остатка топлива в дополнительных отсеках 4 и 5, что обеспечивает увеличение полноты выработки топлива из них. При однозначной опережающей выработке топлива одного из дополнительных отсеков, например, отсека 5, обусловленной меньшим объемом полости по сравнению, с объемом полости дополнительного отсека 4, или меньшим гидравлическим сопротивлением линии 9 перелива топлива, по сравнению с гидравлическим сопротивлением линии 8 перелива топлива, клапан перекрытия на входе в линию перелива 8 топлива и клапан 23 перепада давления в топливную систему не устанавливаются. При этом топливная система работает аналогично. Отличия заключаются в том, что после дросселирования поверхностью скольжения 18 поплавка 17 окон 16 патрубка 10 на входе в линию 9 перелива топлива, перелив топлива по линии 8 осуществляется по полной выработки топлива из полости дополнительного отсека 4, после чего по линии 8 перелива топлива в полость расходного отсека 1 поступает газ наддува, замещая объем топлива, поступающий в двигатель ЛА по магистрали 2 подачи. Выработка остатка топлива из дополнительного отсека 5 в этом варианте топливной системы происходит от момента начала дросселирования окна 16 патрубка 10 поверхностью 18 скольжения поплавка 17 на входе в линию 9 перелива топлива до момента завершения перелива топлива из дополнительного отсека 4 по линии 8. Усилие пружины 21 выбирается исходя из компенсации возможной силы трения между поверхностью 18 скольжения поплавка 17 и наружной поверхностью 19 боковой стенки 15 патрубка 10, а также исходя из компенсации силы инерции поплавка 17, препятствующей его закрытию при действии полетной перегрузки, благодаря чему облегчается перемещение поплавка 19 в нижнее положение, что увеличивает надежность работы клапана перекрытия и топливной системы, в целом. Благодаря полированию наружной поверхности 19 патрубка 10 и поверхности скольжения 18 поплавка 17 уменьшается величина микронеровностей на этих поверхностях, что уменьшает силу трения при скольжении поплавка 17 и позволяет уменьшить величину зазора S, динамические нагрузки на кольцеобразный поплавок 17 при действии вибраций в полете и увеличивать его рабочий ресурс. Благодаря устройству 22 ограничения нижнего положения кольцеобразного поплавка 17, при плоских нижних стенках отсеков 4 и 5 и соответствующего поплавка 17, между этими стенками образуется гарантированный зазор, что предотвращает эффект прилипания стенок за счет сил поверхностного натяжения при их смачивании топливом и уменьшает силу страгивания поплавка из нижнего положения. Благодаря уменьшению невырабатываемых остатков топлива в дополнительных отсеках 4 и 5, увеличивается дальность полета ЛА.