КЛАПАН ДЛЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА
AIRCRAFT VALVE

Настоящее изобретение относится к клапану для соединения внешнего бака с воздушным судном. В частности, но не исключительно, изобретение относится к клапану для соединения с топливной системой воздушного судна.
Известно обеспечение дополнительных топливных баков, которые могут располагаться на воздушном судне снаружи (иногда называемых «сбрасываемыми баками»). Внешние баки, как правило, соединяются с топливной системой воздушного судна посредством двусоставного клапана, который содержит клапан воздушного судна, соединенный с воздушным судном, и вспомогательный клапан на баке. Клапан должен обеспечивать соединение между внешним баком и системой воздушного судна и обеспечивать герметичное соединение между баком и воздушным судном.
Клапан топливного бака в соответствии с существующей конструкцией изображен на Фиг. 1 (профиль его поперечного сечения показан на Фиг. 1b). Клапан 10 содержит корпус 12 клапана, имеющий по существу цилиндрический профиль, образующий центральный канал, через который может протекать жидкость. Телескопический уплотнительный элемент 14 помещается внутрь корпуса клапана и продолжается по центральному каналу за наружную поверхность 24 корпуса 12 клапана. Телескопический уплотнительный элемент 14 смещен к удлиненному положению пружиной 18. При использовании, пружина должна находиться в сжатом состоянии, поскольку телескопический уплотнительный элемент 14 по меньшей мере частично прижат назад в корпус 12 клапана. Таким образом, пружина оказывает уплотняющую силу на герметизируемые поверхности. Ближний (т.е. внутренний) конец телескопического уплотнительного элемента 14 выполнен с гнездом 22 на своей наружной поверхности для приема уплотнительного кольца для герметичного соединения с внутренней поверхностью корпуса 12 клапана. Дистальный (т.е. наружный) конец телескопического уплотнительного элемента 14 выполнен с упругим участком в форме сжимаемого эластомерного уплотнения 20, которое при использовании должно формировать герметичное зацепление с плоской герметизируемой поверхностью воздушного судна. Телескопический элемент 14 расположен так, что он имеет степень боковой свободы внутри корпуса клапана. Более конкретно, свободный зазор сохраняется между телескопическим уплотнительным элементом 14 и как корпусом 12 клапана (например, между гнездом 22 уплотнения и внутренней поверхностью корпуса 12 клапана), так и отверстием 2 6 в наружной поверхности 24 корпуса клапана. Кроме того, телескопический уплотнительный элемент выполнен со скошенным наружным профилем, который слегка сужается по направлению к дистальному концу. Телескопический уплотнительный элемент может, например, быть расположен так, чтобы он мог наклоняться по своей продольной оси на величину до 5 градусов. Такая свобода призвана обеспечить уплотнению как возможность выравниваться с герметизируемой поверхностью воздушного судна при установке на воздушное судно, так и подстраиваться к любым относительным динамичным перемещениям между баком и воздушным судном в ходе маневров на земле или в полете.
Оказалось, что причиной утечек в существующих конструкциях является результат потери полного контакта поверхности уплотнения с герметизируемой поверхностью воздушного судна. В частности, в случае боковых перемещений между воздушным судном и баком (которые могут, например, возникнуть в результате быстрого маневрирования), высокое трение между эластомерным уплотнением 20 и герметизируемой поверхностью могут частично препятствовать скольжение эластомерного уплотнения по поверхности, что приводит к искажению уплотнения. Варианты осуществления настоящего изобретения направлены на обеспечение клапанного приспособления с улучшенным сопротивлением утечкам в ходе маневрирования воздушного судна.
В соответствии с первым объектом в настоящем изобретении предлагается клапан для присоединения внешнего бака к воздушному судну, при этом клапан содержит:
корпус клапана; и
уплотнительный узел, выполненный с возможностью упругого зацепления при использовании с герметизируемой поверхностью воздушного судна, при этом уплотнительный узел содержит:
телескопический уплотнительный элемент, продолжающийся от ближнего конца внутри корпуса клапана к дальнему концу, при этом телескопический уплотнительный элемент удерживается внутри корпуса клапана для поддержания осевого выравнивания телескопического уплотнительного элемента и корпуса клапана; и
держатель уплотнения, предусмотренный на дальнем конце телескопического уплотнительного элемента и выполненный с возможностью поворота относительно телескопического уплотнительного элемента для выравнивания, при использовании, с герметизируемой поверхностью воздушного судна.
Предпочтительно, обеспечение шарнирного держателя уплотнения обеспечивает, что уплотнительный узел клапана может приспосабливаться к относительному угловому перемещению между баком и герметизируемой поверхностью воздушного судна в месте, удаленным лишь на небольшое расстояние от сопрягающихся поверхностей клапана. Это помогает удержать уплотнение от наклона на герметизируемой поверхности воздушного судна, что может в противном случае привести к частичному открытию уплотнения.
Дальний конец телескопического уплотнительного элемента и держатель уплотнения могут быть обеспечены ответными опорными поверхностями, позволяющими держателю уплотнения поворачиваться относительно телескопического уплотнительного элемента и обеспечивать герметизирующую поверхность между держателем уплотнения и телескопическим уплотнительным элементом. Предпочтительно, дальний конец телескопического уплотнительного элемента содержит по существу выпуклую опорную поверхность, и держатель уплотнения содержит ответную вогнутую опорную поверхность. Альтернативно должно быть понятно, что поверхности могут быть обратными, т.е. дальний конец телескопического уплотнительного элемента содержит по существу вогнутую опорную поверхность, и держатель уплотнения содержит ответную выпуклую опорную поверхность.
Держатель уплотнения может иметь одну степень свободы (например, путем обеспечения радиальной опорной поверхности), которая будет, как правило, выровнена с ожидаемой плоскостью изгиба бака при использовании. Предпочтительно сферическая опора предусмотрена между держателем уплотнения и телескопическим уплотнительным элементом (так чтобы уплотнительный элемент мог быть выровнен в соответствии с любым угловым перемещением бака).
Предпочтительно, сферическая опора может быть расположена так, чтобы держатель уплотнения мог вращаться вокруг его продольной оси и мог, таким образом, обеспечивать держателю уплотнения возможность приспосабливаться к вращательным перемещениям между баком и воздушным судном. Это обеспечивает дополнительное преимущество над существующими конструкциями, в которых как уплотнительная поверхность эластомерного уплотнения, так и уплотнительное кольцо между корпусом клапана и телескопическим уплотнительным элементом, обеспечивают силы трения, действие которых препятствует вращательному перемещению уплотнения.
Понятно, что сферическая опора требует, чтобы по меньшей мере одна из ответных опорных поверхностей имела по существу сферический профиль поверхности. Другая из ответных опорных поверхностей может быть по существу сферической, по существу конической (например, иметь форму усеченного конуса) или просто представлять собой окружную кромку.
Корпус клапана может содержать наружную поверхность, которая при использовании противоположна поверхности воздушного судна, при этом указанная поверхность выполнена с отверстием, через которое продолжается телескопический уплотнительный элемент, указанное отверстие имеет такую форму и размеры, чтобы тесно соответствовать наружному профилю телескопического уплотнительного элемента. Таким образом, отверстие может быть выполнено в целях обеспечения возможности осевого перемещения и/или вращения телескопического уплотнительного элемента вокруг его продольной оси, и ограничения при этом наклона оси телескопического уплотнительного элемента.
Корпус клапана может содержать по существу цилиндрический корпус, и телескопический уплотнительный элемент может содержать по существу цилиндрический корпус, имеющий наружный диаметр меньший, чем внутренний диаметр корпуса клапана так, чтобы помещаться внутрь корпуса клапана. Уплотнение может, как правило, быть обеспечено между внутренней поверхностью корпуса клапана и наружной поверхностью телескопического уплотнительного элемента. Например, наружная поверхность телескопического уплотнительного элемента может быть выполнена с седлом клапана, удерживающим уплотнительное кольцо в герметичном соединении с корпусом клапана. Седло клапана может иметь такие размеры и форму, чтобы тесно соответствовать внутреннему диаметру корпуса клапана.
Смещающие средства, например, пружина, как правило располагаются между корпусом клапана и телескопическим уплотнительным элементом, и предназначены для смещения телескопического уплотнительного элемента к удлиненному положению.
Держатель уплотнения может содержать упорную поверхность для зацепления, при использовании, с герметизируемой поверхностью на воздушном судне. Упорная поверхность может содержать гнездо уплотнения. Упорная поверхность является по существу плоской так, чтобы обеспечить держателю уплотнения возможность скользить по герметизируемой поверхности воздушного судна в случае относительных боковых перемещений между баком и воздушным судном. Упорная поверхность может быть обеспечена уплотнительным кольцом, которое может быть частично углублено в упорную поверхность.
Держатель уплотнения может быть по существу кольцевым. Держатель уплотнения может быть предназначен для зацепления с дальним концом телескопического уплотнительного элемента. Держатель уплотнения может упруго зацепляться с телескопическим уплотнительным элементом, например, держатель уплотнения может быть установлен на телескопический уплотнительный элемент посредством защелкивающегося средства. Держатель уплотнения и телескопический уплотнительный элемент могут быть снабжены элементами для взаимного зацепления для удержания на них держателя уплотнения, например, элементы для взаимного зацепления могут содержать ответные друг другу язычок и углубление. Элементы для взаимного зацепления могут содержать окружное углубление во внутренней поверхности держателя уплотнения и продолжающийся наружу язычок на наружной поверхности дистального конца телескопического уплотнительного элемента, предназначенного для зацепления с указанным углублением.
Механический стопор может быть обеспечен для ограничения диапазона перемещения держателя уплотнения относительно телескопического уплотнительного элемента. Элементы для взаимного зацепления могут дополнительно иметь такую конфигурацию, чтобы обеспечивать стопор для ограничения диапазона перемещения держателя уплотнения.
Корпус клапана и уплотнительный узел могут образовывать центральный канал (через который при использовании протекает жидкость), который может по существу продолжаться вдоль продольной оси клапана. Зацепляющий элемент клапана может продолжаться через центральный канал и может иметь такую форму и конфигурацию, чтобы зацепляться с механизмом открытия клапана на воздушном судне.
Держатель уплотнения может быть адаптирован для выравнивания, при использовании, с плоской герметизируемой поверхностью воздушного судна или неплоской герметизируемой поверхностью воздушного судна.
В соответствии со вторым объектом изобретения обеспечивается внешний бак для воздушного судна, содержащий клапан в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Внешний бак может представлять собой топливный бак воздушного судна. Внешний бак может содержать множество клапанов в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
Несмотря на то, что изобретение было описано выше, оно распространяется на любые новые комбинации признаков, изложенных выше или в следующем описании чертежей.
Отдельные варианты осуществления изобретения будут описаны ниже подробно, лишь в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1a представляет схематичный трехмерный вид существующего клапана для внешнего топливного бака;
Фиг. 1b представляет схематичный трехмерный вид в поперечном сечении клапана с Фиг. 1a;
Фиг. 2a представляет схематичный трехмерный вид клапана для внешнего топливного бака в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 2b представляет схематичный трехмерный вид в поперечном сечении клапана с Фиг. 2a;
Фиг. 3a и 3b представляют фрагменты схематичного поперечного сечения клапана с Фиг. 2;
Фиг. 4 представляет схематичное частичное поперечное сечение альтернативного уплотнительного узла в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения; и
Фиг. 5 представляет схематичное частичное поперечное сечение дополнительного альтернативного уплотнительного узла в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Клапан 100 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения показан на Фиг. 2. Клапан содержит корпус 112 клапана, состоящий из алюминия, и имеющий по существу цилиндрический корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, предназначенной для приема телескопического уплотнительного элемента 114. Центральный канал для потока жидкости продолжается вдоль продольной оси корпуса 112 клапана и вдоль продольной оси телескопического уплотнительного элемента 114. Корпус 112 клапана снабжен наружным кольцевым каналом 113, окружающим центральный канал, для вмещения телескопического уплотнительного элемента 114 так, чтобы диаметр центрального канала мог оставаться по существу постоянным на протяжении клапана.
Телескопический уплотнительный элемент 114 содержит цилиндрическую алюминиевую трубу и располагается так, чтобы продолжаться от корпуса и при использовании зацепляться с герметизируемой поверхностью на воздушном судне в герметичном соединении. Стальная пружина 118 предусмотрена между телескопическим уплотнительным элементом 114 и клапаном 112 так, чтобы смещать телескопический уплотнительный элемент наружу из корпуса 112 клапана.
Клапан 100 дополнительно содержит зацепляющий элемент 116 клапана, продолжающийся через центральный канал как телескопического уплотнительного элемента, так и корпуса клапана, для зацепления элемента клапана с ответной частью клапана, установленной на воздушном судне. Как лучше видно на Фиг. 2b, когда пружина 118 сжата и телескопический уплотнительный элемент 114 частично втянут в корпус 112 клапана, зацепляющий элемент 116 продолжается за герметизирующую поверхность клапана 100.
В соответствии с изобретением держатель уплотнения 150 расположен на дальнем конце телескопического уплотнительного элемента 114. Сферическая опора 160 предусмотрена между держателем 150 уплотнения и телескопическим уплотнительным элементом 114 так, чтобы держатель 125 уплотнения мог шарнирно поворачиваться относительно телескопического уплотнительного элемента 114 для обеспечения выравнивания с герметизируемой поверхностью на воздушном судне. Конструкция держателя уплотнения будет описана ниже более подробно.
Телескопический уплотнительный элемент 114 расположен внутри клапана 100 так, чтобы поддерживаться в осевом выравнивании с корпусом 112 клапана. В частности, относительно вращение оси телескопического уплотнительного элемента 114 предотвращается путем обеспечения отверстия 126 в наружной поверхности 124 корпуса клапана, имеющего такую форму и размеры, чтобы тесно соответствовать наружному диаметру телескопического уплотнительного элемента 114. Как правило, отверстие 126 и телескопический уплотнительный элемент 114 могут быть расположены с зазором так, чтобы телескопический уплотнительный элемент мог свободно скользить в осевом направлении или вращаться вокруг своих продольных осей, при этом сохраняя выравнивание. Кроме того, уплотнительный элемент 122 предусмотрен на ближнем (внутреннем) конце телескопического элемента 114, и также имеет такую конфигурацию, чтобы способствовать поддержанию осевого выравнивания телескопического уплотнительного элемента. Уплотнение предусмотрено между наружной поверхностью телескопического уплотнительного элемента 114 и внутренней поверхностью корпуса 112 клапана, и содержит гнездо 122 уплотнения для приема уплотнительного кольца. Гнездо уплотнения сформировано парой радиально продолжающихся окружных ребер 112А и 112В на наружной поверхности телескопического уплотнительного элемента 114. Каждое из ребер 122А и 122В имеет такой размер, чтобы поддерживать желаемую дистанцию между телескопическим уплотнительным элементом 114 и корпусом 112 клапана. Как правило, посадка с зазором может быть выполнена между гнездом 122 уплотнения и корпусом 112 клапана, таким образом, сохраняя осевое выравнивание телескопического уплотнительного элемента и корпуса клапана.
Как хорошо видно на Фигурах 3a и 3b, держатель 150 уплотнения и наружный дальний конец телескопического уплотнительного элемента 114 имеют ответные профили, что позволяет держателю уплотнения удерживаться на телескопическом уплотнительном элементе 114, в то же время, обеспечивая возможность вращения держателя уплотнения относительно телескопического уплотнительного элемента 114. Держатель уплотнения 150, как правило, изготавливается из пластикового материала, например, из нейлона, так, чтобы он мог упруго зацепляться с телескопическим уплотнительным элементом 114. Держатель уплотнения, таким образом, представляет собой «защелкивающееся» средство, подвергающееся пластической деформации для прохождение через элемент взаимного зацепления на телескопическом уплотнительном элементе 114 и для удержания на нем. Держатель уплотнения 150 имеет по существу кольцевой профиль и выполнен с по существу плоской упорной поверхностью 154, предназначенной для зацепления с герметизируемой поверхностью на воздушном судне при использовании. Упорная поверхность 154, как правило, содержит углубленное гнездо уплотнения 156 для приема и захвата уплотнительного кольца 152. Гнездо уплотнения может иметь профиль, сужающийся по мере протяженности углубления по направлению к упорной поверхности 154, так, чтобы уплотнительное кольцо могло быть помещено в гнездо уплотнения путем пластической деформации до удержания в нем (как показано на Фиг. 3b). Упорная поверхность 154 формирует наружную границу входа 172, соединенного с центральным каналом ,клапана 100. Рядом с входом 172 внутренняя поверхность держателя 150 уплотнения выполнена с выпуклой поверхностью в форме опорной поверхности 170 в форме усеченного конуса. Опорная поверхность 170 оканчивается на продолжающемся наружу окружном углублении 174, которое частично закрыто продолжающейся радиально внутрь окружной стенкой 176, формирующей ближний конец держателя 150 уплотнения.
Дальний конец телескопического уплотнительного элемента 114 выполнен с выпуклой поверхностью в форме сферической опорной поверхности 180, имеющей профиль, ответный конической опорной поверхности 170 держателя 150 уплотнения. Сферическая опорная поверхность 180 продолжается на коротком расстоянии от вершины телескопического уплотнительного элемента 114 и оканчивается на продолжающемся внутрь окружном углублении 184. Переход между сферической опорной поверхностью 180 и наружным окружным углублением 184 формирует язычок 182, содержащий по существу радиально продолжающуюся стенку. Углубление 184 и язычок 182 телескопического уплотнительного элемента имеют профиль, ответный стенке 176 и углублению 174 держателя 150 уплотнения так, чтобы образовывать элементы взаимного зацепления.
Соответственно, держатель 150 уплотнения может быть установлен на телескопический уплотнительный элемент 114 (как показано на Фиг. 3b) путем пластической деформации, когда продолжающаяся внутрь стенка 17 6 держателя 150 уплотнения отклоняется наружу по мере ее скольжения по сферической опорной поверхности 180 телескопического уплотнительного элемента 180 до возвращения в ее недеформированное положение внутри углубления 184. Язычок 182 и стенка 176 препятствуют удалению держателя 150 уплотнения, а также выполняют функцию физического стопора, ограничивающего степень возможного поворота держателя 150 уплотнения относительно телескопического уплотнительного элемента 114 (что можно видеть по левую сторону держателя 150 уплотнения на Фиг. 2b, который достиг предела диапазона своего перемещения). Несмотря на то, что взаимодействующие элементы держателя 150 уплотнения и телескопического уплотнительного элемента 114 по существу непрерывны в окружном направлении, очевидно, что они могут состоять из множества участков, например, язычок 182 может быть сформирован из ряда отдельных участков язычка, разнесенных по периметру телескопического уплотнительного элемента 114.
При использовании, как лучше видно на Фиг. 2b, клапан устанавливается на воздушное судно так, что упорная поверхность 154 держателя 150 уплотнения зацепляется с герметизируемой поверхностью на воздушном судне. Герметизируемая поверхность воздушного судна по существу является плоской и окружает упруго нагруженный клапан, смещенный по направлению к нормальному закрытому положению. Когда внешний бак располагается на воздушном судне, первый контакт между клапаном 100 и воздушным судном выполняется между герметизируемой поверхностью на воздушном судне и держателем 150 уплотнения, который может качаться в любом направлении относительно оси клапана 100 для выравнивания с герметизируемой поверхностью воздушного судна. Когда бак перемещается дальше к своему положению, поверхности клапана прижимаются друг к другу для обеспечения надлежащего герметичного зацепления, и пружина 118 сжимается, когда телескопический уплотнительный элемент 114 частично отводится в корпус 112 клапана (например, к положению, показанному на Фиг. 2b). Очевидно, что расстояние, на которое телескопический уплотнительный элемент отводится, может зависеть от конкретного соединения, для которого используется внешний бак. Когда телескопический уплотнительный элемент 114 отводится, зацепляющий элемент 116 клапана начинает продолжаться за плоскость упорной поверхности 154 держателя уплотнения 150 (которая является плоскостью герметизируемой поверхности воздушного судна). Таким образом, зацепляющий элемент 116 клапана может зацепляться с упруго нагруженным клапаном на воздушном судне и перемещать его в открытое положение так, чтобы клапан топливного бака и клапан воздушного судна приводились в жидкостное сообщение. В случае перемещения между баком и воздушным судном (например, в ходе маневрирования воздушного судна), уплотнение способно сохранять герметичное зацепления путем приспособления к перемещению. Более конкретно, осевое перемещение компенсируется путем перемещения между телескопическим уплотнительным элементом и корпусом клапана; вращательное или наклонное перемещение компенсируется перемещением сферической опоры между держателем уплотнения и телескопическим элементом; и боковое перемещение компенсируется путем скольжения между параллельно выровненными герметизируемыми поверхностями держателя уплотнения и воздушного судна.
Фиг. 4 изображает альтернативный уплотнительный узел 400, который может быть использован в альтернативных варианты осуществлениях. Уплотнительный узел 400 эквивалентен ранее описанному варианту осуществления, но в ней применяется обратно ориентированный сферический опорный элемент 460 между держателем 450 уплотнения и телескопическим уплотнительным элементом 414. Соответственно, телескопический уплотнительный элемент 460 выполнен с вогнутой опорой поверхностью, а держатель 450 уплотнения выполнена с выпуклой опорной поверхностью. Выпуклая поверхность, как правило, будет сферической, и вогнутая поверхность будет в форме усеченного конуса.
На Фиг. 5 изображена альтернативный уплотнительный узел 500, который может быть применен в дополнительных варианты осуществлениях. Уплотнительный узел 500 в данном варианте осуществления выполнен с радиальной опорной поверхностью 560 между держателем 550 уплотнения и телескопическим уплотнительным элементом 514. Такая конструкция ограничивает перемещение держателя уплотнения возможностью качания в одной плоскости. Вращательное перемещение в такой конструкции также ограничено по сравнению с вариантами осуществления, в которых применяются сферические опоры, поскольку вращательное перемещение компенсируется вращением телескопического уплотнительного элемента 514 относительно корпуса клапана. Это вращательное перемещение должно преодолевать силу трения между уплотнениями (как отмечено позициями А и В на Фиг. 5) и сопротивление вращению пружины 518.
Следует отметить, что сферическая опора в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления состоит из комбинации сферической опорой поверхности и опорной поверхности в форме усеченного конуса. Это обеспечивает линейный контакт между опорными поверхностями и снижает допуски, требуемые при производстве поверхностей (при этом ключевое требование заключается лишь в том, чтобы сообщающиеся поверхности имели хорошее качество поверхности). Опорная поверхность в форме усеченного конуса также обеспечивает большее сопротивление износу опоры, чем конструкция с контактом по окружной кромке.
Очевидно, что настоящее изобретение должно быть совместимо с частями существующих клапанов воздушных судов без необходимости модификации. Также очевидно, что корпус клапана в соответствии с вариантами осуществления изобретения может быть по существу идентичен корпусу клапана существующих конструкций. Соответственно, уплотнительный узел в соответствии с вариантами осуществления изобретения может быть установлен в существующий корпус клапана для обеспечения клапана в соответствии с изобретением.