УЗЕЛ ТОПЛИВНОГО БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, ЕГО ВКЛЮЧАЮЩИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ И НАБОР ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ ЕГО СОЗДАНИЯ
AIRCRAFT FUEL TANK ASSEMBLY, AIRCRAFT WITH SAID FUEL TANK AND SET OF PARTS FOR ITS PRODUCTION

Область, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к конструкциям узлов топливных баков. Более конкретно, оно имеет отношение к узлам топливных баков летательного аппарата и устройствам топливных насосов для использования в таких узлах топливных баков.
Уровень техники
Устройства топливного насоса часто расположены в крыльях летательного аппарата, вблизи или внутри топливных баков, помещенных в крыло. Устройство топливного насоса может выполнять функцию насоса для перекачки топлива из одного топливного бака в другой или подкачивающего насоса для подачи топлива в двигатели летательного аппарата.
Расположение устройств топливных насосов летательного аппарата внутри топливных баков летательного аппарата приводит к необходимости соблюдать жесткие меры предосторожности, чтобы предотвратить или снизить риск возгораний и взрывов.
Является также желательным, чтобы устройства топливных насосов летательного аппарата имели возможность съема для обслуживания.
Устройства топливных насосов летательного аппарата традиционно снабжаются энергией электрическими двигателями, асинхронными индукционными или щеточными с постоянным магнитом. Такие двигатели не требуют каких-либо электронных элементов управления. В таких системах к двигателю насоса подводится электропитание от источника электропитания переменным трехфазным током постоянной частоты 400 Гц или постоянным током. Когда электропитание подводится, двигатель вращается, что, в свою очередь, вызывает вращение насоса с практически постоянной скоростью. Пример такой системы показывается ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
В подобных системах предшествующего уровня устройство топливного насоса располагают в крыле летательного аппарата, в наполненном топливом специальном контейнере. Контейнер располагают выступающим внутрь топливного бака, помещенного в крыло. Контейнер крепится и уплотняется к внутренней части стенки топливного бака.
Насос и электрический двигатель, которые соединены вместе, образуют устройство топливного насоса, помещаются в контейнер с возможностью изъятия их оттуда. Устройство топливного насоса может быть удалено из его положения в контейнере снятием болтов крышки, расположенной на наружной части топливного бака, к которой имеется возможность доступа снаружи крыла, и последующим извлечением насоса и присоединенного к нему двигателя. Задвижки и обратные клапаны автоматически перекрывают входной канал и выходной канал насоса, тем самым позволяют удалять узел насоса без необходимости в сливе топлива из топливного бака.
Прогресс в полупроводниковой коммутационной электронике позволил разработать более эффективные двигатели, бесщеточные или с регулируемым магнитным сопротивлением. Такие двигатели могут быть снабжены энергией от источника электропитания, снабженного генераторами переменной частоты, работающими со скоростью, пропорциональной скорости движения летательного аппарата.
Для такого улучшенного управления двигателем токов высокого напряжения и высокого напряжения необходима коммутационная электроника и необходимо охлаждение. Также подобного рода электроника требует применения преобразователей переменной частоты переменного тока в постоянный ток. Такие преобразователи также требуют охлаждения.
Примеры таких разработок с улучшенным управлением двигателя также иллюстрируются прилагаемыми чертежами, пояснения к которым приводятся ниже в соответствующем разделе описания.
При работе подобных систем устройство топливного насоса служит для перекачки топлива из входного канала топливного насоса к выходному каналу. Насос также служит для нагнетания части топлива через каждый электрический двигатель и блок электроники, тем самым осуществляя охлаждение.
Настоящее изобретение имеет целью получения улучшенной конструкции узла топливного бака.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение предусматривает узел топливного бака летательного аппарата, включающий бак для топлива, контейнер и устройство топливного насоса. Упомянутое устройство топливного насоса включает в себя электрический двигатель, насос и блок электроники. Блок электроники и контейнер расположены таким образом, что образуют между собой сухой отсек.
В вариантах осуществления изобретения наличие сухого отсека отделяет электронные схемы управления большой мощности, помещенные в блок электроники, от топливного бака, тем самым сводя к минимуму контакт между горячей электроникой и воспламеняемым топливом.
Сухой отсек может быть заполнен воздухом или другим подходящим изоляционным материалом. Сухой отсек может также простираться, по существу, вокруг электрического двигателя.
Узел топливного бака летательного аппарата может быть помещен внутрь крыла летательного аппарата. Разумеется, узел топливного бака летательного аппарата может размещаться где угодно, где может помещаться топливный бак.
Сухой отсек может быть предусмотрен с контрольным сливным каналом. В таком варианте выполнения сухой отсек может быть напрямую соединен с наружной частью летательного аппарата, в которую помещен узел топливного бака. Так как сухой отсек является расположенным вблизи топливного бака, соединение сухого отсека с наружной частью летательного аппарата, в которую помещается узел топливного бака, позволяет своевременно обнаруживать повреждения сухого отсека. Повреждение стенки сухого отсека, расположенной примыкающей к топливному баку, приводит к вытеканию части топлива в сухой отсек. Утечки топлива в сухой отсек могут при наличии контрольного сливного канала, обнаруживаться визуально. Сухой отсек может также примыкать к блоку электроники, тем самым отделяя блок электроники от топливного бака.
Блок электроники может находиться примыкающим к внутренней поверхности стенки топливного бака. Альтернативно, насос может находиться примыкающим к внутренней поверхности стенки топливного бака. Внутренняя поверхность стенки топливного бака может быть расположена на открытом конце контейнера.
Расположение блока электроники примыкающей к внутренней поверхности стенки топливного бака обеспечивает легкий доступ к электронным схемам управления, помещенным в блок электроники.
Устройство топливного насоса, включающее в себя двигатель, насос и блок электроники, может выполняться в виде еденного встраиваемого блока. В этом случае двигатель, насос и блок электроники соединяются между собой.
Для обычного насоса в широкофюзеляжном летательном аппарате электрическая энергия часто подается между 0,5 кВ и 5 кВ. В результате расположения узла в летательном аппарате, прилегающего к топливному баку, физический путь между электронными схемами управления, помещенными в блок электроники, и электрическим двигателем удается сокращать настолько, насколько это возможно, тем самым сводя к минимуму помехи и искажение форм сигнала. Соединение двигателя, насоса и блока электроники с образованием одного объединенного блока позволяет поддерживать минимальным физический путь между блоком электроники и электрическим двигателем.
Блок электроники может дополнительно включать корпус. Размещение контейнера и корпуса блока электроники вместе служит для установления границ сухого отсека.
Корпус может окружать блок электроники. Корпус блока электроники может иметь изоляционные свойства для того, чтобы гасить за счет корпуса мелкие электрические или электронные сбои в работе блока электроники.
В экстремальном случае, когда сбои в работе внутри блока электроники, имеющие малую электрическую мощность, со временем смогут преодолеть обычные меры предосторожности против них и создать, например, отверстие в стенке оболочки, то в этом случае сухой отсек между блоком электроники и контейнером может в вариантах осуществления изобретения обеспечить дополнительный слой защиты.
Контейнер может выполняться или в форме, соответствующей форме стенки топливного бака, или в форме отдельной сменной части.
Контейнер может, например, быть уплотнен к внутренней поверхности топливного бака. Расположение устройства топливного насоса в контейнере помогает легко удалять устройство топливного насоса из узла топливного бака летательного аппарата для обслуживания. Контейнер может иметь открытый конец в районе внутренней поверхности стенки топливного бака. Контейнер может быть закрыт крышкой. Удаление или открытие упомянутой крышки может обеспечить устройству топливного насоса возможность извлечения из канистры. Устройство топливного насоса может быть расположено с возможностью удаления в контейнере. Контейнер может при использовании быть частично заполненным топливом.
Область контейнера, которая является сухим отсеком, может быть выполнена или сконструирована с возможностью восприятия обычных нагрузок, возникающих при воспламенении или взрыве любого топлива или паров топлива, которые могут быть в сухом отсеке.
Блок электроники может охлаждаться топливом, пропускаемым через блок электроники. Блок электроники может включать канал для прохода топлива через блок электроники. Этот канал может выходить из насоса и может возвращаться в насос. Насос может при использовании служить для нагнетания части топлива через канал в блоке электроники. Топливо может нагнетаться через канал в результате перепадов высокого и низкого давления, создаваемых насосом. Наличие упомянутого канала позволяет охлаждаться блоку электроники, по меньшей мере, частично потоком топлива через канал. Двигатель может охлаждаться топливом, которое проходит через двигатель. Двигатель может снабжаться каналом для прохода топлива через двигатель. Этот канал может выходить из насоса и может возвращаться в насос. Насос может при использовании служить для нагнетания части топлива через канал в двигателе. Топливо может нагнетаться через канал в результате перепадов высокого и низкого давления, создаваемых насосом. Наличие упомянутого канала позволяет охлаждаться двигателю, по меньшей мере, частично потоком топлива через канал.
Каждый из каналов, упомянутых выше (проходящих через блок электроники или двигатель), может быть соединен с насосом пламегасителями. Пламегасители защищают насос и какие-либо соединительные трубы или топливный бак от небольших взрывов в двигателе или блоке электроники.
Насос, например насос устройства насоса, может быть использован в качестве перекачивающего насоса для перекачки топлива из одного топливного бака в другой или как подкачивающий насос для подачи топлива в двигатель летательного аппарата. Насос может иметь удаленный входной канал. Такой насос может быть использован в варианте, где невозможно закрепить насос в самой нижней точке топливного бака. В такой конструкции насоса насос имеет возможность самостоятельной заливки путем всасывания. Поскольку в подобной конструкции насоса с удаленным входным каналом не требуется прямого потока топлива в насос для его заливки, следовательно, возможно располагать блок электроники прямо на стенке топливного бака, ниже насоса и двигателя.
Насос может быть насосом с прямым входным каналом. Принцип работы насоса с прямым входным каналом основан на том, что поток топлива поступает в него для его заливки, и, в общем, требуется, чтобы топливо входило в насос под действием силы тяжести. Насос может быть расположен на днище топливного бака, а двигатель и блок электроники расположены над насосом.
Настоящее изобретение также предусматривает летательный аппарат, включающий узел топливного бака, который здесь раскрывается.
Настоящее изобретение также предусматривает набор деталей для создания узла топливного бака в соответствии с изобретением, которое раскрыто здесь. Набор может, например, включать контейнер и блок электроники, подходящий для использования с устройством топливного насоса, упомянутый блок электроники и контейнер являются расположенными таким образом, что при использовании, когда вышеупомянутые детали собраны как части узла топливного бака летательного аппарата, они образуют сухой отсек между блоком электроники и контейнером. Набор может дополнительно включать детали для образования, вместе с блоком электроники, по меньшей мере, части устройства топливного насоса. Под такими деталями могут, например, пониматься непосредственно насос и/или электрический двигатель для насоса.
Краткое описание чертежей
Сейчас, только в качестве примера, будут раскрыты некоторые варианты осуществления изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:
фиг.1 представляет собой схематичное изображение узла топливного бака, соответствующее первому варианту его выполнения согласно предшествующему уровню техники,
фиг.2 представляет собой схематичное изображение узла топливного бака, соответствующее второму варианту его выполнения согласно предшествующему уровню техники,
фиг.3 представляет собой схематичное изображение узла топливного бака, соответствующее первому варианту осуществления настоящего изобретения, и
фиг.4 представляет собой схематичное изображение узла топливного бака, соответствующее второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Сейчас следует подробное описание двух узлов топливных баков предшествующего уровня техники для лица, знакомящегося с изобретением, для получения полного представления о проиллюстрированных вариантах осуществления настоящего изобретения.
Фиг.1 показывает узел топливного бака 1, соответствующий первому варианту его осуществления согласно предшествующему уровню техники, узел топливного бака является расположенным в крыле летательного аппарата. Узел топливного бака включает топливный бак 2 и устройство топливного насоса 3. Устройство насоса 3 включает электрический двигатель 4 и насос 5. Насос имеет входной канал 7 и выходной канал 8, соединенные с топливным баком 2 топливопроводами 9 посредством задвижки (золотника) и обратного клапана 10.
Устройство насоса 3 помещено в контейнер 11, выступающий в топливный бак 2 из нижней обшивки крыла летательного аппарата. Контейнер окружен внутренней частью стенки топливного бака 12.
Электрический двигатель обычно представляет собой асинхронный индукционный или щеточный с постоянным магнитом, а электропитание к нему подводится от источника электропитания 13 переменным трехфазным током постоянной частоты 400 Гц или постоянным током в зависимости от того, что является приемлемым. Вращение насоса 5 зависит от конструкции двигателя 4. Вращение насоса с практически постоянной скоростью достигается при подаче электрической мощности к двигателю 4.
Когда насос 5 вращается, топливо подается через входной канал 7 и вытесняется из насоса через выходной канал 8. Общий поток топлива, проходящий через устройство насоса, показан стрелкой.
Часть топлива в насосе также проходит через электрический двигатель 4 для осуществления охлаждения. Надлежащим образом расположенные пламегасители 14 защищают насос 5, трубы и топливный бак 2 от небольших взрывов в двигателе 4.
Контейнер 11, пока устройство насоса работает, заполнен топливом. Устройство насоса 3 может быть удалено для обслуживания снятием болтов крышки (не показана), расположенной с возможностью доступа снаружи крыла летательного аппарата. Крышка расположена на наружной части топливного бака на нижнем крыле.
Если болты крышки сняты, устройство насоса 3 может быть удалено. Задвижки и обратные клапаны 10 автоматически перекрывают топливопроводы 9 на входном канале 7 и выходном канале 8, давая возможность удалять устройство топливного насоса 3 без необходимости в дренаже всего топлива из топливного бака.
Фиг.2 показывает схематическое изображение узла топливного бака 1, соответствующее второму варианту его осуществления согласно предшествующему уровню техники. На фигуре используются позиции чертежей, идентичные использованных для обозначения деталей, показанных на фиг.1. Устройство насоса 3 на фигуре 2 включает электрический двигатель 4, блок электроники 6 и насос 5. Электрический двигатель 4 выбран в виде бесщеточного двигателя постоянного тока или двигателя с регулируемым магнитным сопротивлением. Электрический двигатель 4 снабжается энергией от источника электропитания 13, который может быть снабжен генераторами переменной частоты, работающими со скоростью, пропорциональной скорости двигателя летательного аппарата.
В блоке электроники 6 размещается коммутационная электроника, которая управляет электрическим двигателем и также, если необходимо, электроникой для преобразования напряжения из переменного тока в постоянный ток. Блок электроники 6 регулирует токи высокого напряжения и высокое напряжение в интегральной микросхеме пакетов программ. Такая конструкция вырабатывает значительное количество тепла, и вследствие этого блок электроники требует охлаждения.
Устройство насоса 3 размещается в заполненном топливом контейнере 11, выступающем в топливный бак 2 из нижней обшивки крыла летательного аппарата. Контейнер 11 уплотнен к внутренней части стенки крыла 12. Когда двигатель 4 работает, насос 5 вращается и осуществляет нагнетательное действие, подавая топливо через входной канал и вытесняя топливо из насоса через выходной канал, как показано стрелкой, показывающей поток топлива.
Часть топлива в насосе нагнетается в поток, протекающий через электрический двигатель 4, а дополнительная часть топлива в насосе 5 нагнетается в поток, протекающий через блок электроники 6. Указанные потоки топлива служат для осуществления охлаждения электрического двигателя 4 и блока электроники 6, соответственно. Надлежащим образом расположенные пламегасители 14 защищают насос, топливные трубы или топливный бак 2 от каких-либо небольших взрывов в двигателе.
Фиг.3 показывает узел топливного бака летательного аппарата 101 в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Узел топливного бака 101 расположен в крыле летательного аппарата и включает топливный бак 102, контейнер 111 и устройство насоса 103. Показанное устройство насоса 103 часто используют в качестве перекачивающего насоса, используемого для перекачки топлива из одного топливного бака в другой. Устройство насоса 103 включает электрический двигатель 104, блок электроники 106 и насос 105. Насос имеет входной канал 107 и выходной канал 108, соединенный с топливным баком 102 топливопроводами 109 посредством задвижки и обратного клапана 110.
Физический путь между блоком электроники 106, в котором размещаются электронные схемы управления, и электрическим двигателем 104 по необходимости сведен к минимуму для снижения помех и искажения форм сигнала. Блок электроники 106, таким образом, образует неотъемлемую часть устройства насоса 103.
Узел топливного бака 101, показанный на фиг.3, включает устройство насоса 103, который имеет скорее удаленный, чем прямой входной канал 107. Крыльчатка насоса имеет возможность самостоятельной заливки насоса посредством всасывания. Так как такой насос не требует, чтобы топливо протекало непосредственно во входной канал 107 для заливки насоса, блок электроники 106 расположен ниже входного канала 107 и, как показано, ниже насоса 105 и электрического двигателя 104. Блок электроники 106 устройства насоса 103 на фиг.3 расположен прямо на стенке топливного бака 112 и снабжается энергией от источника электропитания 113, который может быть снабжен генераторами переменной частоты, работающими со скоростью, пропорциональной скорости двигателя летательного аппарата.
Электрический двигатель 104 и насос 105 помещены в заполненную топливом часть контейнера 111, в то время как блок электроники 106 расположен в сухом отсеке 115. Контейнер 111 образует внешнюю стенку сухого отсека 115. Блок электроники 106 помещен в изолирующую оболочку 116, которая окружает блок электроники 106.
Сухой отсек 115 заполнен воздухом и изолирует блок электроники от заполненной топливом части 117 контейнера 111 и топливного бака 102.
Если внутри блока электроники 106 возникают сбои в работе, вызываемые низкими напряжениями, изолирующая оболочка 116 выполняет функцию первой защиты. В экстремальном случае, сбои в работе могут превысить меры предосторожности, предусмотренные наличием изолирующей оболочки 116, и возгорание может распространиться за ее пределы. В такой ситуации сухой отсек 115 обеспечивает дополнительный слой защиты своим отдельным расположением от главного топливного бака. Сухой отсек 115 сконструирован и испытан для противодействия силе любых взрывов, которые могут возникать, если в нем воспламеняется топливо или пары топлива.
Сухой отсек 115 соединен с наружной частью узла топливного бака 101 контрольным сливным каналом 118.
Поскольку сухой отсек 115 соединен с внешней стороной летательного аппарата контрольным сливным каналом 118, любые сдвижки стенки бака 112 в направлении сухого отсека немедленно становятся очевидными из-за утечек топлива через контрольный сливной канал 118. Подобный контрольный сливной канал позволяет избегать значительных повреждений до их необратимого развития.
Когда двигатель 104 работает, насос 105 вращается и осуществляет нагнетательное действие, подавая топливо через входной канал 107 и вытесняя топливо через выходной канал 108, как показано стрелкой, показывающей поток топлива.
Часть топлива в насосе 105 нагнетается в поток через электрический двигатель 104, а дополнительная часть топлива в насосе 105 нагнетается в поток через блок электроники 106. Указанные потоки топлива служат для осуществления охлаждения электрического двигателя 104 и блока электроники 106, соответственно. Надлежащим образом расположенные пламегасители 114 защищают насос 105, топливные трубы или топливный бак 102 от любых небольших взрывов в двигателе.
Фиг.4 показывает узел топливного бака летательного аппарата 101 в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Второй вариант осуществления представляет собой альтернативу тому, который показан на фиг.3. Следует понимать, что, в общем, работа устройства насоса является аналогичной той, которая описана в отношении варианта осуществления, показанного на фиг.3. Устройство насоса, показанное на фиг.4, часто используется в качестве подкачивающего насоса для подачи топлива в двигатель летательного аппарата.
Узел топливного бака 101 расположен в крыле летательного аппарата и включает топливный бак 102, контейнер 111 и устройство топливного насоса. Устройство топливного насоса на фиг.4 включает электрический двигатель 104, связанный с ним блок электроники 106 и насос 105. Насос 105 имеет входной канал 107 и выходной канал 108, соединенные с топливным баком 102 топливопроводами 109 посредством задвижки и обратного клапана 110.
Узел топливного бака 101, показанный на фиг.4, имеет устройство насоса 103, снабженное прямым входным каналом 107. Вследствие этого насос 15 расположен прямо на стенке топливного бака 112, а входной канал 107 расположен примыкающим к стенке топливного бака 112. Электрический двигатель 104 расположен над насосом 105, и блок электроники 106 расположен над электрическим двигателем 104. Блок электроники и электрический двигатель снабжаются энергией от источника электропитания 113, который может быть снабжен генераторами переменной частоты, работающими со скоростью, пропорциональной скорости двигателя летательного аппарата.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.4, только насос 105 расположен в заполненной топливом части 107 контейнера 111.
Блок электроники 106 и электрический двигатель 104 расположены в сухом отсеке 115. Сухой отсек 115 окружает блок электроники 106 и окружает существенную часть электрического двигателя. Контейнер 111 образует наружную стенку сухого отсека 115. Блок электроники 106 помещен в изолирующую оболочку 116, которая окружает блок электроники 106.
Сухой отсек 115 заполнен воздухом и изолирует блок электроники 106 от заполненной топливом части 117 контейнера 111 и топливного бака 102.
Если неисправность, вызванная низким напряжением, возникает внутри блока электроники, изолирующая оболочка выполняет функцию первой защиты. В экстремальном случае сбой в работе может нарушить все условия безопасности, предусмотренные изолирующей оболочкой 116, и вызвать возгорание за пределами упомянутой оболочки. В этой ситуации сухой отсек 115 обеспечивает дополнительный слой защиты своим отдельным расположением от главного топливного бака. Сухой отсек 115 является, однако, сконструированным и испытанным для противодействия силе любых воспламенений или взрывов, которые могут возникать, если топливо или пары топлива присутствуют в воздушной полости, окружающей блок электроники. Сухой отсек, вмещающий блок электроники и электрический двигатель, соединен с наружной частью узла топливного бака контрольным сливным каналом 118.
Поскольку сухой отсек 115 соединен с внешней стороной летательного аппарата контрольным сливным каналом 118, любые сдвижки стенки бака в сторону сухого отсека 115 будут незамедлительно замечены из-за утечек топлива через контрольный сливной канал 118. Подобный контрольный сливной канал 118 позволяет устранить значительное повреждение прежде, чем оно может получить необратимый характер.
Когда двигатель работает, насос вращается и осуществляет нагнетательное действие, подавая топливо через входной канал и вытесняя топливо через выходной канал. Общий поток топлива через устройство насоса является показанным стрелкой.
Часть топлива в насосе 105 нагнетается в поток через электрический двигатель 104, а дополнительная часть топлива в насосе нагнетается в поток через блок электроники 106. Указанные потоки топлива служат для осуществления охлаждения электрического двигателя и блока электроники, соответственно. Надлежащим образом расположенные пламегасители 114 защищают насос, топливные трубы или топливный бак от любых небольших взрывов в двигателе.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было раскрыто и проиллюстрировано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, среднему специалисту в области техники будет понятно, что изобретение само по себе может быть применимым для множества различных изменений, конкретно не показанных здесь. Например, вполне допустимым является заполнение сухого отсека не воздухом, а другим газом или материалом.
Там, где в вышеприведенном описании упомянуты целые части или элементы, которые известны, очевидны или имеют очевидные эквиваленты, такие эквиваленты здесь включены так, как будто они явным образом раскрыты. Следует проводить параллели с формулой изобретения для определения истинной области настоящего изобретения, которая должна толковаться таким образом, чтобы охватывать любой из таких эквивалентов. Будет также понятно читателю, что целые части или признаки изобретения, которые раскрыты в качестве предпочтительных, преимущественных, подходящих и тому подобного, являются необязательными и не ограничивают область независимых пунктов формулы изобретения.