ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT FUEL SYSTEM

Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов (ЛА), преимущественно беспилотных (БПЛА), конкретно, к устройствам, связанным с подачей топлива к силовой установке.
Известен БПЛА, представленный в патенте РФ №2375254. Принятая за прототип топливная система известного БПЛА содержит основной топливный бак и герметичный предохранительный контейнер (дополнительный топливный бак), снабженный эластичной компенсационной емкостью (перегородкой из эластичного материала), разделяющей полость контейнера на газовую и топливные полости, при этом газовая полость сообщена с дренажной горловиной (дополнительным дренажным устройством), а топливная полость сообщена с источником газа наддува, основным топливным баком и через него сообщена с магистралью подачи топлива в двигатель, которая через основной топливный бак сообщена с заправочной горловиной. Основной топливный бак через топливную полость контейнера сообщен с дренажным устройством и источником газа наддува.
Существенными признаками предлагаемой топливной системы, совпадающими с признаками прототипа, являются следующие: топливная система летательного аппарата, включающая основной топливный бак, сообщенный с источником газа наддува и дренажным устройством, и дополнительный бак, содержащий газовую и топливную полости, разделенные перегородкой из эластичного материала, при этом газовая полость сообщена с дополнительным дренажным устройством, а топливная полость сообщена с основным топливным баком и магистралью подачи топлива в двигатель, сообщенной с заправочной горловиной.
В известном устройстве после выработки топлива из дополнительного бака газ наддува по линии сообщения попадает в основной топливный бак, и при сложном маневрировании ЛА с воздействием больших боковых или отрицательных вертикальных перегрузок, с соответствующим перемещением топлива по направлению действия перегрузки, газ наддува может попасть в магистраль подачи топлива и двигатель, приводя к останову двигателя, потере скорости ЛА и невозможности выполнения необходимого сложного маневрирования.
Предлагаемым устройством решается задача исключения попадания газа наддува в магистраль подачи топлива в двигатель при сложном маневрировании ЛА с воздействием больших боковых или отрицательных вертикальных перегрузок.
Для достижения названного технического результата в предлагаемой топливной системе летательного аппарата, включающей основной топливный бак, сообщенный с источником газа наддува и дренажным устройством, и дополнительный бак, содержащий газовую и топливную полости, разделенные перегородкой из эластичного материала, при этом газовая полость сообщена с дополнительным дренажным устройством, а топливная полость сообщена с основным топливным баком и магистралью подачи топлива в двигатель, сообщенной с заправочной горловиной, газовая полость дополнительного бака сообщена с источником газа наддува через закрытый управляемый клапан, а сообщение топливной полости дополнительного бака с основным топливным баком выполнено с его нижней частью через открытый управляемый клапан. Для обеспечения возможности полета ЛА с несколькими участками сложного маневрирования управляемые клапаны выполнены многократного действия. Для исключения уменьшения запаса топлива в дополнительном топливном баке после завершения полета ЛА на участке сложного маневрирования, в линии сообщения газовой полости дополнительного бака с источником газа наддува, установлен дроссель. Для обеспечения возможности пополнения израсходованного количества топлива из дополнительного топливного бака перед последующими участками сложного маневрирования ЛА в полете клапан в линии сообщения газовой полости дополнительного бака с источником газа наддува в закрытом положении содержит дренажный канал сообщения с окружающей средой газовой полости дополнительного бака.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от прототипа является то, что газовая полость дополнительного бака сообщена с источником газа наддува через закрытый управляемый клапан, а сообщение топливной полости дополнительного бака с основным топливным баком выполнено с его нижней частью через открытый управляемый клапан. Кроме того, дополнительно управляемые клапаны выполнены многократного действия; в линии сообщения газовой полости дополнительного бака с источником газа наддува установлен дроссель; клапан в линии сообщения газовой полости дополнительного бака с источником газа наддува в закрытом положении содержит дренажный канал сообщения с окружающей средой газовой полости дополнительного бака.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы) обеспечивается возможность сложного маневрирования ЛА с большими боковыми и отрицательными вертикальными перегрузками. Дополнительно обеспечивается возможность полета ЛА с несколькими участками сложного маневрирования; обеспечивается возможность уменьшения потребного объема и массы дополнительного топливного бака при полете ЛА с несколькими участками сложного маневрирования.
Предложенное техническое решение может найти применение при разработке ЛА, преимущественно беспилотных, которые длительно хранятся с заправленным топливным баком при изменении температуры топлива в широком диапазоне, обеспечивая при хранении герметичную изоляцию топлива без развития внутреннего давления, а в полете ЛА при относительно простой конструкции топливной системы обеспечивают бесперебойную подачу топлива в двигатель на участках сложного маневрирования ЛА.
Предлагаемая топливная система ЛА представлена на чертеже.
Представленная на чертеже топливная система ЛА включает основной топливный бак 1, сообщенный линией 2 с источником 3 газа наддува и дренажным устройством 4, и дополнительный бак 5, содержащий газовую 6 и топливную 7 полости, разделенные перегородкой 8 из эластичного материала, при этом газовая полость 6 сообщена линией 9 с дополнительным дренажным устройством 10, а топливная полость 7 сообщена линией 11 с основным топливным баком 1 и магистралью 12 подачи топлива в двигатель, сообщенной с заправочной горловиной 13. Газовая полость 6 дополнительного бака 5 сообщена через линию 9 линией 14 с источником 3 газа наддува через закрытый управляемый клапан 15, а сообщение топливной полости 7 дополнительного бака 5 с основным топливным баком 1 выполнено с его нижней частью через открытый управляемый клапан 16. Управляемые клапаны 15 и 16 выполнены многократного действия. В линии 9 на входе в газовую полость 6 дополнительного бака 5 установлен дроссель 17. Клапан 15 в линии 14 сообщения газовой полости 6 дополнительного бака 5 с источником 3 газа наддува в закрытом положении содержит дренажный канал 18 сообщения через линии 9 и 14 с окружающей средой газовой полости 6 дополнительного бака 5.
Устройство по п.1 формулы работает следующим образом. Для заправки топливом основного топливного бака 1 и дополнительного бака 5 открывается дренажное устройство 4 и дополнительное дренажное устройство 10. Топливозаправщик подстыковывается к заправочной горловине 13 и подает топливо под избыточным давлением через магистраль 12 в топливную полость 7 дополнительного бака 5. После заполнения полости 7 в ней повышается давление топлива, под действием которого эластичная перегородка 8 перемещается до упора в стенку дополнительного бака 5, уменьшая объем газовой полости 6 до нуля, при этом газ из полости 6 через линию 9 и открытое дренажное устройство 10 выходит в окружающую среду. При этом объем топливной полости 7 увеличивается до полного объема дополнительного бака 5. Одновременно после заполнения полости 7 топливом под действием избыточного давления топливо из полости 7 по линии 11 через открытый управляемый клапан 16 переливается в основной топливный бак 1, вытесняя из него воздух через открытое дренажное устройство 4. После заполнения баков 1 и 5 топливом объем топлива в топливной системе ЛА равен суммарному объему основного бака 1 и дополнительного бака 5, что соответствует максимальной температуре в широком диапазоне температур эксплуатации. В случае, если температура топлива при заправке меньше максимальной, плотность топлива больше, и к дополнительному дренажному устройству 10 подстыковывается устройство для подачи газа избыточного давления, которое по линии 9 подает газ избыточного давления в газовую полость 6, под действием которого эластичная перегородка 8 вытесняет избыточную массу топлива из полости 7 через линию 11 и бак 1 в открытое дренажное устройство 4. После заправки баков 1 и 5 топливом закрываются заправочная горловина 13 и дренажное устройство 4. В процессе длительного хранения ЛА с заправленными баками 1 и 5 в широком диапазоне температур топлива объем топлива в баках 1 и 5 изменяется, перемещая эластичную перегородку 8 в дополнительном баке 5, при этом газ через линию 9 и открытое дренажное устройство 10 либо стравливается из газовой полости 6 в окружающую среду при увеличении температуры топлива, либо поступает в полость 6 при уменьшении температуры топлива, что предотвращает развитие в баках 1 и 5 как избыточного давления, так и вакуума. Перед полетом ЛА закрывается дополнительное дренажное устройство 10. Задействуется источник 3 газа наддува, и газ избыточного давления по линии 2 поступает в бак 1, вытесняя из него топливо через линию 11 и открытый управляемый клапан 16 в полость 7 и из нее по магистрали 12 в двигатель ЛА, обеспечивая полет ЛА на маршевом участке, без воздействия больших боковых и вертикальных отрицательных перегрузок. На конечном участке полета ЛА с воздействием указанных перегрузок по команде от системы управления ЛА открывается клапан 15 и закрывается клапан 16. При этом газ избыточного давления от источника 3 по линиям 14 и 9 поступает в газовую полость 6 дополнительного бака 5, обеспечивая передачу избыточного давления через эластичную перегородку 8 на объем топлива в полости 7; под действием избыточного давления топливо из полости 7 через магистраль 12 поступает в двигатель ЛА, при этом закрытый клапан 16 предотвращает попадание газа наддува из бака 1 в полость 6 и по магистрали 11 в двигатель ЛА, обеспечивая непрерывную работу двигателя, при выполнении ЛА сложного маневрирования и различном положении топлива в баке 1.
Устройство по п.2 формулы работает аналогично устройству по п.1, дополнительно обеспечивается возможность полета ЛА с несколькими участками сложного маневрирования благодаря выполнению управляемых клапанов 15 и 16 многократного действия. После завершения полета ЛА на первом участке сложного маневрирования клапан 16 открывается, а клапан 15 закрывается. При этом вследствие того что давление газа наддува в баке 1 и газовой полости 6 дополнительного бака 5 одинаковое, некоторое время продолжается выработка топлива из полости 7 по магистрали 12 в двигатель ЛА с увеличением объема полости 6 и уменьшением давления газа в ней и, соответственно, уменьшением давления топлива в полости 7. После падения давления в полостях 6 и 7 на величину гидравлических потерь в линии 11 при величине расхода топлива, потребляемого двигателем ЛА на маршевом участке, количество топлива, поступившее в двигатель из полости 7, компенсируется переливом в нее топлива из бака 11 по магистрали 11. Оставшийся запас топлива в полости 7 может быть использован на последующем участке активного маневрирования, при закрытии клапана 16 и открытии клапана 15.
Устройство по п.3 формулы работает аналогично устройству по п.2. Дополнительно благодаря наличию дросселя 17 в линии 9 на участке сложного маневрирования ЛА в полостях 6 и 7 дополнительного бака 5 поддерживается меньшее давление по сравнению с давлением в баке 1, поэтому после завершения участка сложного маневрирования, одновременно с открытием клапана 16 и закрытием клапана 15, возобновляется перелив топлива по магистрали 11 с полным расходом, равным расходу топлива из топливной полости 7 по магистрали 12 в двигатель ЛА. Величина дросселя 17 выбирается из условия, чтобы гидравлические потери давления на дросселе 17 при поступлении газа от источника 3 по магистралям 14 и 9 в газовую полость 6 были не меньше гидравлических потерь давления в линии 11 при переливе топлива из бака 1 в полость 7 бака 5 с расходом, равным расходу топлива в двигатель на маршевом участке полета ЛА. Таким образом предотвращается уменьшение объема топливной полости 7 при полете ЛА на маршевом участке между двумя участками сложного маневрирования, следовательно, уменьшается величина начального потребного объема и масса дополнительного бака 5.
Устройство по п.4 работает аналогично устройству по п.2. Дополнительно благодаря наличию канала 18 в клапане 15, сообщающего при закрытом положении клапана 15 газовую полость 6 дополнительного бака 5 через линии 9 и 14 с окружающей средой, после завершения первого участка сложного маневрирования ЛА и продолжения полета ЛА на маршевом участке с закрытием клапана 15 и открытием клапана 16 начинается сброс газа из газовой полости 6 через линии 9, 14 и канал 18 клапана 15 в окружающую среду с незначительным уменьшением давления в полостях 6 и 7. При этом из бака 1 в полость 7 по линии 11 устанавливается увеличенный расход топлива, превышающий потребление топлива из полости 7 по магистрали 12 в двигатель ЛА. Увеличенный расход топлива в полость 7 компенсирует увеличение ее объема при уменьшении объема газовой полости 6 в процессе сброса газа в окружающую среду через линии 8, 14 и канал 18. Таким образом, при маршевом полете ЛА между двумя участками сложного маневрирования возобновляется первоначальный запас топлива в дополнительном баке 5 и для полета ЛА с несколькими участками сложного маневрирования объем дополнительного бака 5 выбирается исходя из условия обеспечения работы двигателя только на одном участке сложного маневрирования ЛА. Это позволяет уменьшить потребный для полета ЛА объем дополнительного бака 5 и массу его конструкции.