СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОПЛИВА В ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЕ САМОЛЕТА
METHOD OF FUEL TEMPERATURE REGULATION IN AIRPLANE FUEL SYSTEM

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к способам предупреждения снижения температуры топлива ниже критической.
Необходимость предупреждения снижения температуры топлива в баках обусловлена следующим. При длительных полетах на больших высотах в холодных условиях температура топлива в баках может приблизится и опустится ниже температуры кристаллизации, что приводит к загустению топлива и может привести к перебоям в работе и/или остановке двигателя. Для предупреждения подобной ситуации предусмотрена сигнализация экипажу о приближении топлива к температуре, близкой к температуре кристаллизации. Рекомендуемые действия экипажа при срабатывании данной сигнализации - снижение в более теплые слои атмосферы, что приводит к повышенному расходу топлива и снижению дальности полета, а это может привести к вынужденной посадке и/или уходу на запасной аэродром.
Известны различные технические решения, направленные на предупреждение снижения температуры топлива ниже критической, а именно, FR 2862724, FR 2923462, EP 1902950, WO 2008132400, WO 0216743, US 4776536, US 6182435, US 2006180703. Все они направлены на уменьшение вероятности переохлаждения топлива в баках при длительных полетах в зимних условиях, но при этом сложны.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран патент РФ на изобретение №2225907, 2003 г., в котором описано устройство подогрева топлива летательного аппарата. Топливный бак соединен с подогревателем топлива, выполненным в виде топливомасляного теплообменника, датчика температуры топлива, фильтра с сигнализатором перепада давления, который функционально связан с масляной системой двигателя, содержащей датчик температуры масла, основное и резервное распределительные устройства в виде трехканальных заслонок с электроприводами, воздушно-масляный теплообменник. Функциональная связь топливной и масляной систем осуществляется через автоматический блок управления подогрева топлива, взаимосвязанный с индикаторами информационного табло. Индикатор информационного табло связан с сигнализатором перепада давления. Связь топливной и масляной систем осуществляется через систему трубопроводов и электропроводов для подачи команд и сигналов. Устройство подогрева топлива реализует следующий способ. При запуске двигателя с отрицательной температурой масло и топливо поступают по трубопроводам в двигатель. Топливо сгорает в камере двигателя, обеспечивает его работу, а масло охлаждает и смазывает опоры двигателя и нагревается до температуры, позволяющей нагреть топливо до плюсовой температуры в подогревателе топлива. Подогреватель топлива в данном случае работает за счет соединения с основным и резервным распределительными устройствами. До достижения указанной температуры масло циркулирует по обводной линии через двигатель, основное и резервное распределительные устройства и воздушно-масляный теплообменник с перепускным клапаном. Для направления потока горячего масла к подогревателю топлива, при наличии сигналов датчика температуры топлива и датчика температуры масла через автоматический блок управления подогрева топлива электропривод посредством жесткой механической связи поворачивает исполнительный орган основного распределительного устройства. Сигнал датчика температуры топлива индицируется на индикаторе информационного табло "Температура топлива - отрицательная". В подогревателе топлива топливо нагревается до положительной температуры, и по команде датчика температуры топлива автоматический блок управления подогрева топлива снимает сигнал с индикатора "Температура топлива - отрицательная", дающий разрешение на взлет. По мере работы двигателя 6 и нагрева масла температура топлива может достичь верхнего допустимого предела. В этом случае датчик температуры топлива через автоматический блок управления подогрева топлива подает команду на электропривод основного распределительного устройства, и исполнительный орган основного распределительного устройства закрывает канал, подающий масло в подогреватель топлива, и открывает канал движения масла по контуру резервное распределительное устройство - воздухомасляный теплообменник, в котором масло охлаждается и снова поступает в двигатель. При взлете, когда температура топлива на земле плюсовая, сигнал на индикаторе информационного табло отсутствует. Во время полета в верхних слоях атмосферы при отрицательной температуре воздуха в топливном баке происходит процесс охлаждения топлива, и при снижении температуры ниже допустимой датчик температуры топлива подает команду через автоматический блок управления подогрева топлива на электропривод основного распределительного устройства, и поток горячего масла поступает в подогреватель топлива. Если температура топлива становится выше максимально допустимой посредством автоматического блока управления подогрева топлива и основного распределительного устройства поток горячего масла перекрывается.
К недостаткам прототипа относится его сложность.
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является упрощение способа и снижение энергоемкости при его реализации.
Поставленная задача решается за счет того, что при регулировании температуры топлива в топливной системе самолета, заключающемся в том, что измеряют температуру масла в масляной системе двигателя, измеряют температуру топлива в баках и при достижении температуры топлива ниже заданного значения подают топливо из топливного бака к подогревателю топлива, в котором циркулирует нагретое масло масляной системы двигателя, затем направляют топливо из подогревателя обратно в бак, в качестве подогревателя топлива используют систему охлаждения вспомогательных агрегатов и масла двигателя с клапаном возврата топлива от двигателя, при этом передают сигнал от датчиков температуры топлива в блок вычисления количества топлива, где постоянно вычисляют среднее значение температуры от всех датчиков температуры топлива и передают это осредненное значение в блок управления двигателем, одновременно датчиком измеряют температуру масла в теплообменнике двигателя и передают ее значение в блок управления двигателем, а при достижении средней температуры топлива ниже допустимой величины или при достижении температуры масла выше допустимой величины по сигналу от блока управления двигателем включают подачу топлива во внутренний контур двигателя в количестве, большем, чем необходимо для питания двигателя с одновременным открытием клапана возврата топлива от двигателя для стравливания нагретого топлива обратно в бак до достижения средней температуры топлива или температуры масла, равной соответствующему заданному значению, после чего по сигналу от блока управления двигателем уменьшают подачу топлива во внутренний контур двигателя и закрывают клапана возврата топлива от двигателя.
Общими признаками для заявленного изобретения и прототипа является наличие датчиков температуры топлива и датчика температуры масла, обработка информации от датчиков температуры топлива с помощью автоматического блока, который связан с индикаторами информационного табло. Также общим для заявленного изобретения и прототипа является обработка блоком управления показания датчика температуры и выдача сведений о температуре топлива на индикацию экипажу, а также контроль за приближением температуры к минимально допустимой для топлива или максимально допустимой для масла и выдача необходимой информации для формирования предупреждения экипажу системой авионики самолета. При снижении температуры ниже допустимой датчик температуры топлива подает команду через автоматический блок управления подогрева топлива на средство, направляющее поток горячего масла в подогреватель топлива до достижения топливом требуемой температуры. Затем поток возвращаемого топлива из топливомасляного теплообменника перекрывается.
Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что при осуществлении способа используется информация о средней температуре топлива в баках для управления соответствующим клапаном возврата топлива от каждого двигателя и стравливания нагретого топлива обратно в бак. При этом вместо отдельного агрегата - подогревателя топлива используется имеющаяся на самолете система охлаждения вспомогательных агрегатов и масла двигателя, в которой циркулирует нагретое масло масляной системы двигателя, охлаждаемое топливом, подаваемым из бака. Особенностью предлагаемого изобретения является также то, что заявленный способ позволяет одновременно поддерживать температуру масла на требуемом уровне. Как и в случае регулирования температуры топлива, при достижении температуры масла выше допустимой величины топливо подается во внутренний контур двигателя в количестве, большем, чем необходимо для питания двигателя, что возможно вследствие открытия клапана возврата топлива от двигателя для увеличения расхода более холодного топлива и снижения за этот счет температуры масла в теплообменнике. После достижения средней температуры топлива или температуры масла, равной соответствующему заданному значению, топливо подается во внутренний контур двигателя в количестве, необходимом для питания двигателя, а клапан возврата топлива закрывается.
Техническим результатом от использования изобретения является упрощение способа и снижение его энергоемкости.
Технический результат достигается за счет управления обратным клапаном двигателя с использованием средней температуры топлива в баках, получаемой от блока вычисления количества топлива (БВКТ) системы топливоизмерения блоком управления двигателем (DECU). Клапан возврата топлива открывается по выполнении условия - средняя температура топлива в баках самолета близка к температуре кристаллизации. Клапан остается открытым до тех пор, пока температура топлива в баках не повысится.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема системы топливоизмерения самолета, а также элементы других систем, с помощью которых осуществляется заявленный способ регулировки температуры топлива в баках.
На чертеже использованы следующие обозначения:
1- электронный блок управления двигателем (DECU);
2 - блок вычисления количества топлива (БВКТ);
3 - авионика (концентратор);
4 - теплообменник;
5 - датчик температуры топлива;
6 - датчик температуры масла масляной системы двигателя;
7 - клапан возврата топлива;
8 - насос низкого давления;
9 - насос высокого давления;
10 - линия подачи топлива на двигатель;
11 - линия возврата топлива в баки.
Способ регулирования температуры топлива в топливной системе самолета осуществляется следующим образом.
1
7
На самолете имеются топливные баки, электронный блок 1 управления двигателем (DECU), система топливоизмерения с блоком 2 вычисления количества топлива (БВКТ на чертеже), система охлаждения вспомогательных агрегатов и масла двигателя, выполненная в виде теплообменника 4. Теплообменник 4 согласно заявленному изобретению используется, помимо своей основной функции, в качестве подогревателя топлива в случае, если средняя температура топлива опускается ниже допустимой величины. Топливоизмерительная система самолета помимо датчиков, непосредственно измеряющих количество и другие характеристики топлива, включает в себя также датчики 5 температуры, установленные в каждом отсеке самолета (t…t на схеме). Кроме того, имеются датчики 6 температуры масла, передающие в блок 1 управления двигателем (DECU) информацию о температуре масла в теплообменнике 4 системы охлаждения вспомогательных агрегатов и масла двигателя.
Показания датчиков 5 температуры топлива и датчиков 6 температуры масла поступают в блок 2 вычисления количества топлива (БВКТ), при этом в FQIC постоянно вычисляется среднее значение температуры от всех датчиков температуры топлива. Осредненные сведения о температуре топлива через систему авионики 3 выдаются на индикацию экипажу. Блок 2 вычисления количества топлива (БВКТ) осуществляет постоянный контроль за приближением температуры к минимально (или максимально) допустимой и выдает необходимую информацию для формирования предупреждения экипажу системой авионики 3 самолета.
Топливо из топливных баков поступает через насос 8 низкого давления по линии 10 подачи топлива на двигатель, в первую очередь, в теплообменник 4, где, охлаждая масло, нагревается. Далее из теплообменника подогретое топливо через насос 9 высокого давления подается в двигатель.
К линии 10 подачи топлива на двигатель после выхода из теплообменника 3 подключена линия 11 возврата топлива в баки, в которую встроен клапан 7 возврата топлива в баки.
Информация о средней температуре топлива в баках передается по каналу связи от блока 2 вычисления количества топлива (БВКТ) в блок 1 управления двигателем (DECU), который каналом связи соединен с клапаном 7 возврата топлива и насосом 8 низкого давления используется для управления ими.
Клапан 7 возврата топлива работает в соответствии со следующим алгоритмом:
где
откр
K - сигнал на открытие клапана 7 возврата топлива в баки;
закр
K - сигнал на закрытие клапана 7 возврата топлива в баки;
ср
T- осредненное значение температуры топлива в баках;
м
T - значение температуры масла в масляной системе двигателя;
min
T - минимально допустимое значение температуры топлива в баках.
При снижении осредненного значения температуры ниже допустимой блок 1 управления двигателем (DECU) подает команду на подачу топлива через насос 8 низкого давления во внутренний контур двигателя в количестве, большем, чем необходимо для питания двигателя. Это необходимо, чтобы обеспечить избыток топлива, который из теплообменника 4 может быть направлен через клапан 7 возврата топлива в баки для подогрева находящегося там топлива. Одновременно от блока 1 управления двигателем (DECU) подается команда на открытие клапана 7 возврата топлива от двигателя. Клапан 7 возврата топлива открыт, топливо подается в теплообменник в избыточном количестве, и избыточное количество нагретого топлива стравливается обратно в бак до достижения топливом в баке требуемой температуры. Затем по сигналу с блока 1 управления двигателем (DECU) клапан 7 закрывается, подача топлива уменьшается до величины, необходимой, чтобы обеспечить работу двигателя.
Клапан 7 возврата топлива (с одновременным изменением расхода топлива через линию подачи топлива в двигатель) используется также для регулирования температуры масла. Сигнал на открытие клапана 7 подается также при достижении температуры масла выше допустимой величины, а сигнал на закрытие - при приближении температуры масла к минимально допустимой.
Предупреждающая сигнализация экипажу о предельно низкой температуре настроена на температуру более низкую, чем температура открытия клапана 7, и в случае если, несмотря на открытие клапана 7 возврата топлива и поступление подогретого топлива в баки, температура топлива в баках продолжит снижаться и достигнет величин, близких к температуре кристаллизации, экипажу будет выдано соответствующее предупреждение и рекомендации.