КЛАПАН ПРОТИВОПОЖАРНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ
AERIAL FIRE VALVE

Изобретение относится к области противопожарной защиты вспомогательной силовой установки вертолета, для использования в случае возникновения пожара в защищаемых отсеках, а также защиты вспомогательной силовой установки от попадания посторонних предметов в газовоздушный тракт газотурбинного двигателя вспомогательной силовой установки, защиты лопаток компрессора газотурбинного двигателя от абразивного износа при работе вспомогательной силовой установки в условиях пыльных площадок, а также защиты радиоотсека вертолета от попадания атмосферных осадков.
Известна система противопожарной защиты летательного аппарата (патент US 4351394, B64D 45/00, публ. 28.09.1982 г.), которую применяют в отсеках двигателя фюзеляжа, система содержит множество контейнеров с огнетушащим веществом, причем контейнеры соединены с общим коллектором. Коллектор соединяется с рядом зональных клапанов с электромагнитным управлением и обратной связью, каждый из которых подключен через распределительную линию к определенной пожарной зоне самолета. Каждый выпускной клапан включает в себя соленоид, который перемещает клапанный элемент между открытым и закрытым положениями, и имеет переключатель, указывающий его рабочее положение, соединяется с выпускной линией, которая затем проходит от клапана на общем коллекторе до соответствующей пожарной зоны для этой линии. При этом система управления содержит датчики обнаружения пожара, закрывает определенные клапаны зоны пожара, и открывает тот, открытие которого требуется для направления огнетушащего вещества в эту конкретную зону самолета, а затем открывает отдельный контейнер. Система предназначена для самолетов авиации общего назначения среднего размера, оснащенных двигателями, установленными на крыле и пассажирским салоном, размещенным в фюзеляже.
Недостатком данной конструкции является низкая надежность, в связи с тем, что не предусмотрен клапан, перекрывающий доступ атмосферного воздуха в мотогондолу двигателя, что не может гарантировать прекращение пожара.
Известна система для сбора инертного газа, выходящего из двигателя, и использования собранного инертного газа для предотвращения воспламенения и/или тушения пожара (патент US 2020398093, B64D 37/32, публ. 24.12.2020 г.), которая содержит связанные с контроллером датчики давления и температуры, имеющие заданную пороговую температуру в разных частях летательного аппарата. Инертный газ, двуокись углерода и/или азот, собирают из одного или нескольких двигателей. Собранный инертный газ подается по трубопроводу от двигателя к теплообменнику, в котором происходит снижение температуры газа. В трубопроводе расположен клапан управления потоком, который соединен проводным или беспроводным способом с контроллером.
Недостатком данного решения является недостаточная скорость движения огнегасящего газа по подающим коллекторам, в связи с большим расстоянием от области горения до запорных клапанов.
Известно изолирующее устройство для быстрого построения защитной зоны газового пожаротушения авиационного двигателя (патент CN 215136209 U, А62С 2/04, публ. 14.12.2021 г.), которое содержит основной корпус подушки безопасности цилиндрической формы, используемый для окружения двигателя летательного аппарата, подушка безопасности дополнительно содержит газовую форсунку, расположенную на кронштейне подвески авиационного двигателя и расположенную в корпусе подушки безопасности. Основной корпус подушки безопасности и воздушная форсунка подключены к одному и тому же устройству источника воздуха. Когда двигатель самолета загорается во время испытания, корпус подушки безопасности может быть надут с помощью источника газа. Когда устройство источника воздуха надувает основной корпус подушки безопасности, оно также надувает газовое сопло, поэтому огнетушащий газ может заполнить внутреннее пространство основного корпуса подушки безопасности, так что огнетушащий газ может быстро собраться вокруг двигателя самолета. К корпусу подушки безопасности присоединена изолирующая огнеупорная ткань для изоляции нижнего пространства двигателя летательного аппарата. Одна сторона соединительного отверстия между вспомогательным соплом и основным корпусом подушки безопасности соединена с эластичным резиновым листом, и между эластичным резиновым листом и вспомогательным соплом в естественном состоянии предусмотрен зазор. Когда давление воздуха в основном корпусе подушки безопасности невелико, газ может проходить через зазор между эластичным резиновым листом и вспомогательным соплом, так что вспомогательное сопло распыляет огнетушащий газ на двигатель самолета. Когда давление в корпусе подушки безопасности достаточно высокое, эластичный резиновый лист закрывается, чтобы предотвратить утечку огнетушащего газа через корпус подушки безопасности. Достигается быстрое и надежное тушение пожара.
Недостатками известного устройства является низкая надежность в связи с применением резиновой мембраны, которая не является пожаростойким материалом.
Известно устройство обеспечения противопожарной защиты вспомогательной силовой установки летательного аппарата наиболее близкое к заявляемому техническому решению (патент US 7093666 B2, B64D 41/00, А62С 13/62, публ. 07.10.2004 г.), которое содержит защитные устройства, блокирующее попадание на маслоохладитель пламени пожара в отсеке, при этом защитные устройства установлены на масляном радиаторе, противопожарный экран приспособлен по существу полностью закрывать первую сторону маслоохладителя. Устройство включает в себя противопожарный экран со створками типа «шкаф», которые закрываются исполнительным гидравлическим механизмом. Противопожарный экран может крепиться к маслоохладителю, эжектору или другой конструкции в отсеке. Створки перекрывают воздушный поток через эжектор в случае пожара, помогают потушить огонь в отсеке, препятствуя попаданию разбавляющего воздуха в отсек, тем самым повышая концентрацию средства пожаротушения в отсеке.
К недостаткам прототипа можно отнести наличие приводного механизма принудительного закрытия створок, что усложняет конструкцию клапана и снижает надежность.
Технические проблемы, не решенные в известных устройствах, решаемые заявляемым изобретением, заключаются в создании устройства, предназначенного для использования в случае возникновения пожара в защищаемых отсеках и создания необходимой концентрации огнегасящей смеси для тушения пожара в соответствии с Общими техническими требованиями военно-воздушных сил, выпуск 1986 г. (далее - требования ОТТ ВВС-86) для пожароопасных отсеков, а также в расширении области применения вертолетов в условиях загрязненной атмосферы за счет изоляции отсека забора воздуха для турбокомпрессора вспомогательной силовой установки.
Технический результат заключается в улучшении изоляции, быстроте срабатывания створок, простоте конструкции и надежности ее срабатывания, повышении герметичности, защите смежного отсека от возможного протекания жидкостей или попадания загрязнений.
Для достижения технического результата предлагается клапан противопожарный авиационный, содержащий корпус 4 из огнеупорного материала, на котором закреплена по меньшей мере одна створка 9, в соответствии с заявляемым изобретением отличающийся тем, что на корпусе 4 закреплены проушины 5, в которые вставлена ось 6 с установленными на нем петлями шарнирными 7, на которых закреплена по меньшей мере одна створка 9, между петлями шарнирными 7 на оси 6 размещен упругий элемент, контур корпуса 4 и место крепления створки 9 снабжены уплотнителем.
При этом клапан 3 установлен на потолочной панели 2 радиоотсека 1 вертолета.
Кроме того, корпус клапана 4 имеет отверстия под крепежные элементы и выполнен из стали.
При этом на корпусе 4 закреплены две створки 9, при этом каждая створка 9 выполнена из титанового сплава, имеет по меньшей мере одно ребро жесткости 14 и закреплена к петлям шарнирным 7 с помощью заклепок 8.
Также упругий элемент выполнен в виде возвратной пружины 10, которая установлена на оси 6 между петлями шарнирными 7.
Кроме того, уплотнитель створок 13 выполнен из жаростойкого профиля резинового, прикрепленного к корпусу 4 клапана 3 при помощи стальной ленты 11 и винтов 12.
При этом с внутренней стороны к створкам 9 с помощью заклепок 8 закреплена уплотнительная лента, выполненная из брезента.
Применение огнеупорного противопожарного клапана 3, на корпусе 4 которого закреплены проушины 5, в которые вставлена ось 6 с установленными на нем петлями шарнирными 7, на которых закреплены створки 9, с размещенным на оси 6 упругим элементом 8, направлено на изоляцию подкапотного пространства отсека вспомогательной силовой установки от радиоотсека 1 вертолета при срабатывании противопожарной системы, а также создание и поддержание необходимой концентрации огнегасящей смеси для тушения пожара в отсеке, что повышает надежность и быстроту срабатывания створок в случае пожаре при общей простоте конструкции за счет исключения приводных механизмов по сравнению с прототипом.
Наличие элементов уплотнителя по контуру корпуса 4 и в месте крепления каждой створки 9 позволяет повысить герметичность, улучшить изоляцию подкапотного пространства отсека вспомогательной силовой установки от радиоотсека 1 при выключенной вспомогательной силовой установке и предотвратить попадания атмосферных осадков и загрязнений.
Заявленное изобретение поясняется прилагаемыми чертежами:
фиг. 1 - потолочная панель вспомогательной силовой установки с клапаном противопожарным, радиоотсек вертолета, общий вид;
фиг. 2 - клапан противопожарный.
На потолочной панели радиоотсека 1 вертолета установлен газотурбинный двигатель. Двигатель накрыт капотами, и таким образом образуется подкапотное пространство вспомогательной силовой установки. На отверстие в потолочной панели 2 радиоотсека 1 вертолета установлен противопожарный клапан 3.
Противопожарный клапан 3 состоит из корпуса 4, на котором приклепаны проушины 5. В проушины 5 вставлена ось 6 (стержень). На оси 6 посредством петель шарнирных 7 заклепками 8 закреплены подвижные створки 9 с возможностью их поворота вокруг оси 6. Между петлями шарнирными 7 размещен огнеупорный упругий элемент, к примеру, возвратная пружина 10. По контуру корпуса 4 с помощью стальной ленты 11 и винтов 12 закреплен уплотнитель 13. На каждой створке 9 выполнены по меньшей мере одно ребро жесткости 14. Корпус 4 клапана 3 имеет отверстия под крепежные элементы и выполнен из стали, предназначен для сборки противопожарного клапана 3 в единый узел и крепления его на потолочной панели 2 радиоотсека 1 вертолета.
Створка 9 клапана 3 выполнена из титанового сплава, предназначена для разделения подкапотного пространства отсека вспомогательной силовой установки от радиоотсека 1 вертолета. С внутренней стороны к створкам 9 закреплена изолирующая лента (не показана) посредством заклепок 8, к примеру, выполненная из брезента, которая обеспечивает герметичность створок и предохраняет радиоотсек от возможного попадания атмосферных осадков, а также от случайного пролива топлива и специальных жидкостей в процессе эксплуатации.
Возвратная пружина 10 выполнена из стали и предназначена для плотного прилегания створок 9 клапана 3 к корпусу 4.
Петля шарнирная 7 выполнена из стали и предназначена для соединения створок 9 между собой и поворота створок клапана на 90° вокруг оси стержня 6 при открытии.
Ось 6 выполнена из стали, предназначена для крепления створок 9 к корпусу 4 клапана 3. Проушины 5 выполнены из стали, закреплены к корпусу 4 клапана 3 посредством заклепок 15 и винтов 12.
Уплотнитель створок 13 выполнен из жаростойкого профиля резинового, прикрепленного к корпусу клапана 4 при помощи стальной ленты 11 и винтов 12. Обеспечивает плотное прилегание створок клапана 9 к корпусу 4.
Возможен вариант выполнения клапана 3 только с одной створкой 9, закрепленной на петлях шарнирных 7.
Размер клапана 3 рассчитан в зависимости от потребного расхода воздуха в компрессоре вспомогательной силовой установки.
Устройство работает следующим образом.
В штатном режиме при выключенной вспомогательной силовой установке уровень атмосферного давления в подкапотном пространстве вспомогательной силовой установке и радиоотсеке 1 одинаковый, при этом створки 9 клапана 3 противопожарного закрыты под действием возвратной пружины 10. Это обеспечивает герметизацию отсека вспомогательной силовой установки от радиоотсека 1 вертолета.
При запуске вспомогательной силовой установки происходит разряжение воздуха в отсеке вспомогательной силовой установки, создаваемого компрессором газотурбинного двигателя. За счет разницы атмосферного давления, действующего на створки 9 со стороны отсека вспомогательной силовой установки и со стороны радиоотсека 1, створки 9 клапана 3 противопожарного, преодолев усилие возвратной пружины 10 открываются.
Атмосферный воздух через открытые створки противопожарного клапана поступает в подкапотное пространство вспомогательной силовой установки из радиоотсека 1 вертолета всасывается компрессором газотурбинного двигателя, пройдя камеру сгорания и турбину, через выхлопной патрубок (в виде выхлопных газов) выбрасывается в атмосферу.
Применение данной схемы подачи воздуха в компрессор газотурбинного двигателя необходимо для исключения попадания посторонних предметов, снега и льда в газовоздушный тракт двигателя, а также значительного уменьшения абразивного износа лопаток компрессора газотурбинного двигателя, что особенно актуально при работе вспомогательной силовой установки на пыльных площадках, в условиях песчаной или пустынной местности.
В аварийном режиме при возникновении пожара в отсеке неработающей вспомогательной силовой установки створки 9 клапана 3 противопожарного закрыты. Сигнал с исполнительного блока системы сигнализации пожара поступает на реле в цепи пожаротушения в отсеке вспомогательной силовой установки, которое срабатывает и при отключенном реле времени обеспечивает подачу питания на пиропатроны отсека вспомогательной силовой установки для срабатывания противопожарного баллона первой очереди пожаротушения (не показано). Огнегасящая жидкость через распылительный коллектор противопожарной системы подается в отсек вспомогательной силовой установки без задержки по времени, обеспечивая необходимую концентрацию огнегасящей смеси для тушения пожара.
При возникновении пожара в отсеке работающей вспомогательной силовой установки исполнительный блок системы сигнализации пожара выдает сигналы о выключении вспомогательной силовой установки, параллельно на реле времени и на реле в цепи пожаротушения. Реле времени обеспечивает задержку подачи сигнала на пиропатроны противопожарного баллона первой очереди для срабатывания системы пожаротушения отсека вспомогательной силовой установки.
Временная задержка (5 сек) срабатывания пиропатронов пожарных баллонов первой очереди необходима для того, чтобы в течение указанного времени частота вращения ротора газотурбинного двигателя уменьшилась, соответственно уменьшился расход воздуха, проходящего через клапан противопожарный 3. Разряжение воздуха в отсеке вспомогательной силовой установки уменьшается, атмосферное давление действующее на створки клапана 9 со стороны отсека вспомогательной силовой установки и со стороны радиоотсека 3 выравнивается.
Створки клапана 9 противопожарного под действием усилия возвратной пружины 10 закроются, обеспечивая герметизацию отсека вспомогательной силовой установки от радиоотсека вертолета 1.
Закрытие створок 9 клапана противопожарного 3 до срабатывания пиропатронов пожарных баллонов первой очереди необходимо для обеспечения гарантированного создания и поддержания необходимой концентрации огнегасящей смеси в отсеке вспомогательной силовой установки для тушения пожара и предотвращает распространение пламени из отсека вспомогательной силовой установки в радиоотсек вертолета 1. Таким образом достигается технический результат, соответствующий требованиям ОТТ ВВС-86 для пожароопасных отсеков.
Установка противопожарного клапана 3 позволяет эффективно тушить пожар в случае его возникновения в отсеке вспомогательной силовой установки и не допускает распространения пламени из отсека вспомогательной силовой установки в радиоотсек 1 вертолета. Противопожарный клапан 3 автоматически закрывается под действием возвратной пружины 10 после штатного выключения вспомогательной силовой установки, а также в случае срабатывания противопожарной системы вспомогательной силовой установки, что позволяет достичь необходимой для тушения пожара концентрации огнегасящей смеси в подкапотном пространстве вспомогательной силовой установки и не допускает распространения пламени из отсека вспомогательной силовой установки в смежный радиоотсек 1 вертолета.
Предлагаемая схема подачи атмосферного воздуха для питания вспомогательной силовой установки из радиоотсека 1 вертолета через противопожарный клапан 3 позволяет избавиться от необходимости установки пылезащитного устройства на входе в компрессор вспомогательной силовой установки, уменьшить риски попадания посторонних предметов в газовоздушный тракт вспомогательной силовой установки и существенно уменьшить абразивный износ лопаток компрессора газотурбинного двигателя вспомогательной силовой установки при работе на пыльных площадках.
Дополнительно противопожарный клапан 3 защищает от возможного проникновения через капоты атмосферных осадков и случайного разлива специальных жидкостей на оборудование вертолета, установленное в радиоотсеке 1.
Применение противопожарного клапана 3 позволяет решить следующие задачи:
- беспрепятственную подачу атмосферного воздуха при работе вспомогательной силовой установки из радиоотсека 1 вертолета в подкапотное пространство вспомогательной силовой установки;
- изоляцию подкапотного пространства отсека вспомогательной силовой установки от радиоотсека 1 вертолета при выключенной вспомогательной силовой установке для предотвращения возможного попадания через негерметичные створки капотов отсека вспомогательной силовой установки в радиоотсек вертолета атмосферных осадков;
- автоматическую изоляцию подкапотного пространства отсека вспомогательной силовой установки от радиоотсека 1 вертолета при срабатывании противопожарной системы в отсеке вспомогательной силовой установки;
- создание и поддержание необходимой концентрации огнегасящей смеси для тушения пожара в отсеке вспомогательной силовой установки в случае возникновения пожара в отсеке вспомогательной силовой установки.