ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА САМОЛЕТА
AIRPLANE FUEL SYSTEM

Изобретение относится к авиации, точнее к топливным системам силовых установок самолетов.
В топливных системах самолетов широкое распространение получили струйные (эжекторные) насосы для перекачки топлива, в которых топливо увлекается струей того же топлива (так называемого активного или приводного топлива), подаваемой под давлением от другого насоса. Активное топливо отбирается, как правило, из расходного бака теми же подкачивающими насосами, которые снабжают топливом двигатели. На отдельных режимах полета расход активного топлива сопоставим с расходом топлива на двигатели. При режимах полета с нулевыми и отрицательными перегрузками в некоторых ситуациях может возникнуть потребность повышенного расхода топлива двигателями, например на форсаже. Для обеспечения предельных расходов, а также необходимого времени работы двигателей в условиях отлива топлива от основного подкачивающего насоса ставят второй подкачивающий насос, причем размещают его выше основного, чтобы он был залит топливом при этом режиме, а уменьшение топливоподачи из-за отлива топлива от основного насоса компенсируется бачком-аккумулятором. Для обеспечения необходимого времени полета при отрицательной перегрузке иногда увеличивают объем бачка-аккумулятора или их число, что повышает вес и ухудшает летные характеристики самолета. Поэтому для уменьшения расхода топлива целесообразно иметь возможность отключения подачи активного топлива в струйные насосы перекачки, и когда в этом нет необходимости (по окончании топлива в баке, из которого идет перекачка), а также и на время действия нулевой или отрицательной перегрузки, т.е. в условиях, когда насос не перекачивает топливо из-за его отлива от заборника насоса.
Известна система подкачки топлива на самолете (а.с. СССР №335908, кл. B64D 37/14), содержащая внутрибаковый эжекторный насос и линию подачи в указанный насос активного топлива, в которой (в этой линии) перед соплом эжекторного насоса смонтирован переключатель, исполнительный орган которого соединен с установленным в баке инерционным механизмом, имеющим груз с отрицательной плавучестью, обеспечивающий предотвращение подачи в насос активного топлива при нулевых и отрицательных перегрузках.
Известна система подкачки топлива летательного аппарата (а.с. СССР №378077, кл. B64D 37/20), содержащая установленные в расходном баке основной (струйный) и вспомогательный подкачивающие насосы, в которой напорный трубопровод (подающий активное топливо) основного насоса соединен с магистралью питания и каналом, сообщающим магистраль питания с камерой, соединенной с клапаном, открывающимся при нулевой и отрицательной перегрузках. В этих ситуациях клапан открывается и стравливает давление из напорного трубопровода, отключая подачу активного топлива в основной насос.
Известна топливная система самолета (а.с. СССР №526126, кл. B64D 37/20), которая содержит топливный бак с расходным отсеком, насосы подкачки, установленные в расходном отсеке, струйные насосы перекачки топлива из бака, подсоединенные к насосам подкачки, и трубопроводы. С целью повышения надежности работы, в том числе при обесточенной системе и отрицательных перегрузках, в топливном баке перед расходным отсеком вмонтирован предрасходный отсек с заправочным устройством, в нижней части отсека размещен струйный насос, перекачивающий топливо в расходный отсек, в стенках предрасходного отсека, примыкающего к топливному баку, выполнены отверстия, обеспечивающие заданный уровень топлива в нем, а выходы струйных насосов перекачки топлива из бака в предрасходный отсек и участки трубопроводов, соединяющих эти струйные насосы с насосами подкачки, расположены выше заданного уровня топлива в предрасходном отсеке, и в верхних точках этих трубопроводов выполнены отверстия, перед которыми установлены обратные клапаны, а выход из струйного насоса перекачки топлива в расходный отсек расположен в верхней его части и на нем установлен инерционный клапан, перекрывающий этот выход при отрицательных перегрузках.
Во всех указанных системах при нулевых и отрицательных перегрузках подача активного топлива перекрывается с помощью инерционного клапана. Он действует как запорное устройство только при отрицательных перегрузках. Перекрытие подачи активного топлива инерционным клапаном приемлемо для постоянно работающих насосов перекачки, но ситуации, когда необходимо отключать струйные насосы перекачки, этим не ограничиваются. В ситуациях положительной перегрузки он не перекрывает активное топливо тогда, когда, например, в работе струйных насосов нет необходимости, т.к. закончилось топливо в баке, где установлен насос.
Наиболее близкой к изобретению является топливная система самолета (а.с. СССР №942366, кл. B64D 37/00). Она содержит топливные баки, предрасходный отсек с обратными клапанами и отверстиями, обеспечивающими заданный уровень топлива, расходный отсек, в котором размещен насос подкачки, и отсек отрицательных перегрузок, а также подключенные к насосам подкачки струйные насосы перекачки топлива: два для перекачки из топливных баков в предрасходный отсек и один для перекачки из прерасходного в расходный отсек. Струйные насосы снабжены трубопроводами подачи активного топлива, а с целью повышения надежности питания двигателя в трубопроводе подачи активного топлива установлен клапан и имеются специальные изгибы, а в месте подключения этого трубопровода к насосам подкачки размещен общий для всех струйных насосов обратный клапан. На входных патрубках струйных насосов установлены обратные клапаны.
Недостатком этой системы является то, что в ней не предусмотрены средства для уменьшения расхода активного топлива тогда, когда это необходимо.
Задачей изобретения является увеличение времени работы системы подачи топлива к двигателям при нулевых и отрицательных перегрузках за счет уменьшения или, по возможности, прекращения расхода активного топлива.
Задача решается с помощью топливной системы самолета, содержащей топливные баки, предрасходный и расходный отсеки, как минимум один размещенный в расходном отсеке насос подкачки, а также струйные насосы перекачки топлива из топливных баков в предрасходный отсек и как минимум один струйный насос перекачки топлива из предрасходного в расходный отсек, трубопровод подачи активного топлива к упомянутым струйным насосам, снабженный клапанами, отличающейся тем, что она содержит бачок-аккумулятор, датчики уровня топлива, датчики опорожнения бака и датчик давления на выходе насоса подкачки, а упомянутые клапаны выполнены гидравлическими и установлены так, что каждый струйный насос перекачки топлива из топливных баков в предрасходный отсек снабжен гидравлическим клапаном, управляемым от одного из датчиков уровня топлива, к каждому участку трубопровода между упомянутым гидравлическим клапаном и датчиком уровня топлива подключен электрически управляемый клапан, выполненный с возможностью стравливания давления на этом участке при поступлении от соответствующего датчика опорожнения бака сигнала об опорожнении бака или от датчика давления на выходе насоса подкачки сигнала о падении давления ниже заранее определенного значения и с возможностью обеспечения восстановления давления на этом участке при поступлении от упомянутого датчика давления на выходе насоса сигнала о повышении давления выше упомянутого значения.
Система содержит два насоса подкачки, причем они установлены на разной высоте и каждый снабжен датчиком давления на выходе.
Упомянутое поступление сигнала от датчика давления за насосом подкачки на упомянутые электрически управляемые клапаны осуществляется через блок управления клапанами.
Блок управления клапанами содержит подключенную к источнику напряжения цепь из последовательно включенных нормально разомкнутых первых реле, таймера и светосигнализатора, причем первые реле соединены с датчиками давления на выходе насоса подкачки.
Первые реле соединены параллельно друг другу и замыкают упомянутую цепь при сигнале о падении давления от одного из датчиков давления на выходе насоса подкачки и размыкают ее при поступлении сигнала о повышении давления на выходе насоса подкачки.
Таймер выполнен с возможностью размыкания цепи через заранее определенный промежуток времени.
Блок управления клапанами содержит также нормально разомкнутые вторые реле, включенные в упомянутую цепь, причем вторые реле соединены с датчиками признака включения двигателя и замыкают цепь, если двигатели включены.
Предлагаемая топливная система позволяет уменьшить расход активного топлива за счет отключения струйных насосов перекачки по мере опорожнения соответствующих баков, а также на время действия нулевых и отрицательных перегрузок, что исключает необходимость увеличения объема бачка-аккумулятора или применения насоса подкачки повышенной производительности, а также позволяет увеличить длительность полета при отрицательных и нулевых перегрузках.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема предлагаемой топливной системы.
На фиг.2 изображена схема блока управления клапанами.
Топливная система содержит топливные баки 1, расходный отсек 2, предрасходный отсек 3, как минимум один размещенный в расходном отсеке 2 насос подкачки 4, струйные насосы 5 перекачки топлива из топливных баков 1 в предрасходный отсек 3, как минимум один струйный насос 16 перекачки топлива из предрасходного отсека 3 в расходный отсек 2.
Для повышения надежности снабжения двигателей топливом при отрицательных перегрузках лучше, если система содержит два установленных на разной высоте насоса подкачки 4. Насосы подкачки 4 трубопроводом 6 соединены с двигателями 7.
Насосы 5 установлены в каждом баке 1. Имеется трубопровод 9 подачи активного топлива к струйным насосам 5 и 16.
Для повышения производительности струйных насосов 5 и 16 система содержит дополнительные насосы 8, повышающие давление топлива на входе в двигатель и соединенные входами с трубопроводом 6, а выходами с трубопроводом 9. Трубопровод 9 подключен также к гидроприводным насосам подкачки 4.
Топливная система содержит также бачок-аккумулятор 15, подключенный к трубопроводу 6 подкачки топлива к двигателям 7.
Трубопровод 9 снабжен клапанами 10, которые выполнены гидравлическими и установлены так, что гидравлическим клапаном 10, управляемым от одного из датчиков уровня топлива 11, снабжен каждый струйный насос 5 перекачки топлива из топливных баков 1 в предрасходный отсек 3.
Датчики уровня топлива 11 представляют собой струйные сигнализаторы уровня, снабжаемые активным топливом также от насосов 8 по тем же трубопроводам 9. Датчики 11 выполнены так, что они выдают сигналы о понижении уровня топлива до значения, при котором следует начать перекачку топлива из очередного бака 1 в предрасходный отсек 3 или из предрасходного отсека 3 в расходный отсек 2. Клапан 10 открывается при поступлении сигнала от датчика 11.
К каждому участку трубопровода 9 между гидравлическим клапаном 10 и датчиком 11 подключен электрически управляемый клапан 12. В каждом из баков 1 имеются датчики 14 опорожнения баков. Каждый из датчиков 14 электрически соединен с соответствующим клапаном 12 (на фигуре точечными линиями 22 показаны некоторые соединения) и управляет клапаном 12.
Каждый из насосов 4 снабжен датчиком 13 давления на выходе насосов 4 подкачки. Каждый датчик 13 подключен между выходом одного из насосов 4 и обратным клапаном 19, установленным в трубопроводе 6. Датчик давления на выходе принято устанавливать на каждый насос подкачки во всех используемых в настоящее время топливных системах.
Топливная система подключена к датчику/датчикам 13 давления на выходе насосов 4 подкачки через клапаны 12, т.е. датчик 13 включен в схему управления клапанами 12. Подключение клапанов 12 к датчику (датчикам) 13 может быть осуществлено непосредственно или через блок 23 управления клапанами 12 (этот случай и показан на фиг.1, принципиальная схема блока 23 показана на фиг.2).
Каждый электрически управляемый клапан 12 выполнен с возможностью стравливания давления или прекращения подачи давления на том участке, где он установлен, при поступлении от соответствующего датчика 14 опорожнения бака сигнала об опорожнении соответствующего бака 1 или от датчика 13 давления на выходе насоса 4 подкачки сигнала о падении давления ниже заранее определенного значения и с возможностью обеспечения восстановления давления на этом участке при поступлении от упомянутого датчика 13 давления на выходе насоса 4 сигнала о повышении давления выше упомянутого значения (т.е. сигнала, обратного сигналу о понижении давления, сигнал о повышении давления можно считать снятием сигнала о понижении давления). Заранее определенные значения давления для датчиков 13 нижнего и верхнего насосов различны.
Система содержит также датчики 24 признака включения двигателей 7. Каждый из датчиков 24 подает сигнал, если соответствующий двигатель 7 включен.
Блок 23 управления клапанами обеспечивает отключение при отрицательных перегрузках и последующее после окончания этого режима включение струйных насосов 4 и может быть выполнен следующим образом. Блок 23 (фиг.2) содержит подключенную к источнику напряжения 28 цепь из последовательно включенных нормально разомкнутых первых реле 25, таймера 27 и светосигнализатора 29. Первые реле 25 соединены с датчиками 13 давления на выходе насоса 4 подкачки и замыкают цепь 30 при поступлении сигнала от датчиков 13 о падении давления ниже заранее определенного значения и размыкают цепь при поступлении сигнала от датчика 13 о повышении давления выше этого значения. Два первых реле 25 соединены параллельно друг другу, т.е. замыкают цепь 30 при сигнале о падении давления от одного из датчиков 13 и размыкают ее при поступлении сигнала о повышении давления от обоих датчиков 13 (если второй датчик 13 не подавал сигнала о понижении давления, то при сигнале о повышении давления одного из датчиков 13).
Таймер 27 выполнен с возможностью размыкания цепи 30 через заранее определенный промежуток времени, который начинается с того момента, когда замкнулась цепь 30, независимо от наличия или отсутствия сигнала о падении давления на выходе насоса 4 (т.е. независимо от сигнала датчиков 13). Длительность промежутка времени определяется емкостью бачка-аккумулятора 15 и является максимально допустимым временем работы на режимах отрицательных и околонулевых перегрузок. По окончании цикла таймер приходит в исходное положение и готов к повторной работе.
Блок 23 содержит также нормально разомкнутые вторые реле 26, включенные в цепь 30 между источником питающего напряжения и первыми реле 25. Вторые реле 26 соединены с датчиками 24 признака включения двигателей 7 и замыкают цепь 30 при поступлении сигнала от датчиков 24 о том, что двигатели 7 включены. Два вторых реле 26 соединены параллельно, т.е. цепь 30 замыкается при включении одного из двигателей 7 и размыкается при выключении обоих двигателей 7.
Насос 16 перекачки топлива из предрасходного отсека 3 в расходный отсек 2 снабжен гидравлическим клапаном 17, управляемым от датчика уровня топлива 18, соединенного с трубопроводом 9 (клапан 17 выполнен с возможностью открытия при поступлении сигнала от датчика 18).
Топливная система работает следующим образом.
Во время обычного полета насосы 4 по трубопроводу 6 подают топливо под давлением в двигатели 7. Бачок-аккумулятор 15 под давлением в трубопроводе 6 заполнен топливом, но оно не расходуется. Дополнительные насосы 8 обеспечивают подачу под повышенным давлением активного топлива по трубопроводу 9 к насосам 4, датчикам уровня топлива 11, 18 (струйным индикаторам уровня), насосу 16 и, если клапаны 10 открыты, к струйным насосам 5 и 16.
Пока уровень топлива находится выше датчиков 11 уровня топлива, клапаны 10 закрыты, поэтому активное топливо к насосам перекачки 5 не подается.
По мере выработки топлива его уровень опускается до одного из датчиков 11, который открывает проход топлива в соответствующий соединенный с ним гидравлический клапан 10, клапан 10 открывает поступление активного топлива в соответствующий насос 5, который начинает перекачивать топливо. Когда уровень топлива в перекачиваемом баке 1 опускается до датчика 14 опорожнения бака, последний подает сигнал об этом на соответствующий электрически управляемый клапан 12, который по получении этого сигнала стравливает давление на участке трубопровода 9, где он установлен, в результате чего давление в линии управления гидравлическими клапанами 12 падает, он закрывается и подача активного топлива через клапан 10 в соответствующий насос 5 прекращается, насос 5 отключается. Таким образом, подача активного топлива к насосам 5 осуществляется только в период перекачки топлива этим насосом: с того момента, когда должна начаться перекачка и только до тех пор, пока бак 1, где установлен насос 5, не пуст.
В полете реле 26 всегда замыкают цепь, т.к. двигатели 7 работают. Реле 26 нужны для того, чтобы при наземных работах, не связанных с работой топливной системы, не подавались сигналы на клапаны 12.
Во время действия отрицательных перегрузок возникает необходимость кратковременного (на время действия перегрузки) отключения подачи активного топлива к насосам 5. В это время топливо отливает от нижнего насоса 4 в расходном отсеке 2, а верхний насос 4 продолжает качать топливо в трубопровод 6. Если давление в трубопроводе 6 уменьшается до величины менее давления срабатывания бачка-аккумулятора 15, то топливо из него выдавливается в трубопровод 6.
При отрицательной перегрузке топливо сначала отливает от нижнего насоса 4 подкачки, давление за ним падает, и, если величина давления ниже или равна заранее определенному значению, датчик давления 13 выдает сигнал - реле 25 замыкает цепь 30. Когда замкнуты реле 25 и 26, через таймер 27 напряжение питания поступает на электрически управляемые клапаны 12, которые закрывают гидравлические клапаны 10, и подача активного топлива на струйные насосы 5 прекращается. Все топливо идет на питание двигателя. При замыкании цепи 30 включается светосигнализатор 29, информируя об отключении насосов 5 перекачки.
При замыкании цепи 30 начинается отсчет времени таймером 27. Если к моменту окончания действия отрицательной перегрузки период времени, отсчитываемый таймером 27, не закончится, то при окончании действия отрицательной перегрузки топливо приливает к заборнику насоса 4, повышается давление на выходе насоса 4 выше заранее определенного значения, и датчик 13 снимает сигнал, реле 25 размыкает цепь 30, клапаны 12 открывают клапаны 10, и восстанавливается подача активного топлива на насосы 5 для тех баков 1, которые еще не пусты.
Если через заранее заданный промежуток времени, на который рассчитан бачок-аккумулятор 15, реле 25 не разомкнет цепь 30, то ее разомкнет таймер 27. Благодаря этому отказ реле 25 или датчиков 13 не приведет к отказу в работе струйных насосов 5, нарушению очередности выработки топлива из баков, а значит и необеспечению центровки самолета в заданных пределах.
При восстановлении давления в трубопроводе 6 бачок-аккумулятор 15 заряжается, и при следующей ситуации отлива топлива от насоса 4 снова срабатывает реле 25, отключая питание насосов 5.
Таким образом, отключение струйных насосов 5 на период отлива топлива от насосов 4 позволяет управлять подачей активного топлива в зависимости от складывающейся ситуации и за счет сокращения потребителей увеличить время полета при отрицательной перегрузке, что особенно важно и регламентируется на режиме форсажа и максимальных оборотов двигателя техническими требованиями к самолету. Тем самым отпадает и необходимость увеличения емкости бачка-аккумулятора, а значит и веса топливной системы.