×
25.08.2017
217.015.c2d1

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к выработке топлива из бака летательного аппарата. Способ выработки топлива из бака летательного аппарата, оснащенного капиллярным заборным устройством, заключается в том, что выработку топлива из бака проводят через капиллярное заборное устройство до объема остатка топлива в баке. Объем остатка топлива определяется удерживающей способностью и гидравлическим сопротивлением капиллярного фазового разделителя. В процессе выработки топлива уменьшают объем КЗУ так, чтобы его высота над уровнем топлива в баке в направлении действия перегрузки () была меньше высоты гидростатического столба, удерживаемого силами поверхностного натяжения капиллярного фазового разделителя (). Изобретение позволяет обеспечить минимальный остаток при выработке топлива из бака в условиях эксплуатации летательного аппарата. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам выработки топлива из бака высокоманевренного летательного аппарата (ЛА), использующего капиллярные заборные устройства (КЗУ).

Известны способы выработки топлива из бака ЛА, основанные на использовании различных физических принципов: механического (инерционные, эластичные и металлические разделители газовой и жидкой фаз и др.), капиллярного (сеточные и пористые фазоразделители), комбинированного (сочетание механического и капиллярного способов) и другие, реализованные в различных устройствах.

Известны способы выработки топлива из бака ЛА с использованием эластичных мешков, металлических диафрагм и сильфонов (Козлов Α.Α., Новиков В.Н., Соловьев Е.В. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. М.: Машиностроение, 1988. С. 291. Рис. 4.15, 4.16, 4.17). Они обеспечивают высокую степень выработки топлива, но практически неприменимы в конструкциях ЛА, имеющих сложную (кольцевую и т.п.) форму бака, например, в ЛА с прямоточным воздушно-реактивным двигателем с центральным воздухозаборником, внутренние полости бака которых загромождены агрегатами и транзитными трубопроводами.

Широкое применение в ЛА нашли инерционные заборные устройства (Козлов Α.Α., Новиков В.Н., Соловьев Е.В. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. М.: Машиностроение, 1988. С. 290. Рис. 4.13, 4.14). Основным недостатком этих устройств является низкая чувствительность к воздействию малых и нечувствительность к нулевым перегрузкам, которые имеют место при маневрировании ЛА, что приводит к нарушению сплошности потока топлива на входе в маршевый двигатель (МД).

Капиллярный способ выработки топлива нашел применение в космической технике (Капиллярные системы отбора жидкости из баков космических летательных аппаратов / В.В. Багров [и др.]. Под ред. проф. В.М. Поляева. М.: УНПЦ «Энергомаш», 1997), а также в атмосферных ЛА (Пневмогидравлические системы двигательных установок с жидкостными ракетными двигателями / В.Н. Челомей [и др.]. М.: Машиностроение, 1978. С. 26. Рис. 27). Вместе с тем, основным недостатком этого способа является существенная зависимость удерживающей способности КЗУ от перегрузок и изменения физических свойств топлива при изменении (росте) температуры в полете, характерном для функционирования атмосферных ЛА.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, реализованный в комбинированной инерционно-капиллярной системе выработки топлива, представленной в патенте РФ №2497724, который рассматривается в качестве ближайшего аналога. Расходный отсек бака (последний по выработке в баке) разделен на две соединенные последовательно емкости. В последней из них по выработке установлено КЗУ, в предыдущей - инерционные переливные устройства. Инерционные переливные устройства обеспечивают перелив топлива в емкость с КЗУ без газовых включений при воздействии перегрузок в процессе маневрирования ЛА. При смене знака перегрузок сплошность потока на входе в МД обеспечивается КЗУ. Преимущество такого способа выработки топлива заключается в том, что он может быть применен в баке сложной конфигурации, в том числе и в баке кольцевого сечения, внутри которого располагаются агрегаты системы наддува и магистральные трубопроводы.

Недостатком такого способа является то, что остаток топлива в емкости, в которой установлено КЗУ, зависит от размера КЗУ и значительно увеличивается при увеличении перегрузки и увеличении температуры топлива за счет уменьшения коэффициента удерживающей способности (КУС) КЗУ. В первом случае увеличение перегрузки приводит к пропорциональному увеличению давления гидростатического столба, а во втором - увеличение температуры приводит к уменьшению коэффициента поверхностного натяжения топлива. Для многих современных высокоманевренных ЛА характерным является высокий градиент роста температуры топлива от начала до конца полета из-за аэродинамического нагрева. Размер КЗУ ограничивается при этом характерными размерами отсека, где оно расположено, и необходимостью обеспечения минимального значения гидравлического сопротивления КЗУ (максимальной площади поверхности капиллярного фазового разделителя (КФР)) в начале полета в условиях низких температур.

На представленных графических материалах изображено: фиг. 1 - схема топливного бака с КЗУ, фиг. 2 - порядок выработки топлива из бака при наличии КЗУ изменяемого объема, фиг. 3 - уменьшение остатка топлива при использовании предлагаемого способа.

Отличительной особенностью заявленного способа является то, что в процессе выработки топлива уменьшают объем КЗУ так, чтобы его высота над уровнем топлива в баке в направлении действия перегрузки hст была меньше высоты гидростатического столба, удерживаемого силами поверхностного натяжения КФР :

а также то, что в процессе выработки топлива для уменьшения объема используют неуравновешенные силы объемного сжатия при появлении перепада давления между внутренней полостью КЗУ, расположенной над уровнем топлива, и газовой полостью бака (фиг. 1), возникающие при выполнении системы неравенств:

где mпр - приведенная масса подвижной части конструкции КЗУ, n - модуль вектора суммарной перегрузки, g - ускорение свободного падения, ρ - плотность топлива, х - величина перемещения конструкции КЗУ в процессе уменьшения объема относительно исходного состояния, x∈[0;хmах], xmax - перемещение конструкции КЗУ при максимальном уменьшении объема, Q - объемный расход топлива из бака, xΣ - перемещение поверхности раздела «газ-топливо» в баке относительно исходного положения конструкции КЗУ, Sэф - эффективная площадь КЗУ в направлении вектора суммарной перегрузки, - приведенный коэффициент жесткости конструкции КЗУ, , сКЗУ - коэффициент жесткости, ΔV(x) - объем конструкции КЗУ, расположенный над уровнем топлива, КУС - коэффициент удерживающей способности КФР, Δpсум - суммарные потери напора топлива на КФР, учитывающие гидравлические потери, потери на воздействие вибраций и динамические потери.

Технической задачей изобретения является уменьшение остатка топлива в баке по сравнению с ближайшим аналогом. Решение задачи достигается путем уменьшения объема КЗУ в процессе выработки топлива и использования для этого неуравновешенных сил объемного сжатия, возникающих и воздействующих на конструкцию КЗУ при появлении перепада давления между внутренней полостью КЗУ, расположенной над уровнем топлива, и газовой полостью бака.

Оценим условия, определяющие возможность реализации способа. Введем неподвижную систему координат (СК) ОХ, х∈[0;хmах], представленную на фиг. 2 (использованы обозначения: «г» - газовая фаза (газ наддува), «т» - жидкая фаза (топливо), Σ - поверхность раздела «газ-топливо»), в которой x - величина перемещения конструкции КЗУ в процессе уменьшения объема относительно исходного состояния, xmax - перемещение конструкции КЗУ при максимальном уменьшении объема, xΣ - координата уровня топлива в баке относительно начала СК. Определим координату hст - текущее значение высоты удерживаемого столба топлива, hст≥0, которая отсчитывается от подвижной части конструкции КЗУ. На фиг. 2 обозначены: Нmах - высота конструкции КЗУ в исходном состоянии, Н - текущее значение высоты конструкции КЗУ.

Без ограничений общности рассматривается случай уменьшения объема конструкции КЗУ в направлении вектора суммарной перегрузки. Получим систему неравенств (2). Запишем проекцию уравнения движения подвижной части конструкции КЗУ на ось ОХ, пренебрегая силой трения, возникающей при движении массы топлива по сетчатой поверхности КФР внутри КЗУ:

где t - время, рг - давление газа наддува, - давление топлива в точке А, FКЗУ - сила сопротивления, обусловленная жесткостью конструкции КЗУ.

Из уравнения (3) следует, что уменьшение объема конструкции КЗУ происходит только в том случае, если выполнено неравенство:

Давление топлива в точке А определяется давлением газа наддува рг и высотой столба топлива hст:

Подставляя формулу (5) в неравенство (4), получаем:

Модуль силы сопротивления FКЗУ определяется по формуле:

где - приведенный коэффициент жесткости, для которого , сКЗУ - коэффициент жесткости.

Положение уровня топлива в баке (поверхности раздела «газ-топливо» Σ) определяется в общем случае объемным расходом топлива Q:

Подставляя формулы (7) и (8) в неравенство (6), окончательно получаем:

Отметим, что сила объемного сжатия появляется только в том случае в процессе уменьшения объема КЗУ, если не нарушена удерживающая способность капиллярного экрана, образуемого топливом и КФР, т.е. выполнено условие:

где КУС=4σ cos θ/dэкв, σ - коэффициент поверхностного натяжения топлива, θ - краевой угол смачивания, dэкв - эквивалентный диаметр КФР.

Неравенства (9) и (10) образуют систему, которая определяет воздействие неуравновешенных сил объемного сжатия на уменьшение объема конструкции КЗУ.

Таким образом, при использовании предлагаемого способа суммарный остаток топлива зависит от геометрических характеристик КЗУ в баке и может быть уменьшен (при одинаковых значениях КУС, расхода топлива, исходного объема КЗУ (фиг. 3)) на:

- разность объемов топлива (внутри КЗУ) в исходном и конечном состоянии КЗУ;

- разность между объемом топлива в баке (вне КЗУ), соответствующим КУС в исходном состоянии КЗУ, и минимальным объемом топлива в баке, соответствующим минимальному конструктивному объему КЗУ в конечном состоянии.


СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 131-140 of 199 items.
11.10.2018
№218.016.8f91

Уплотнительное устройство для герметизации элементов отделяемых летательных аппаратов

Уплотнительное устройство для герметизации элементов отделяемых летательных аппаратов, содержащее плату с канавкой и уплотнительным кольцом, поджимаемым к седлу. Плата уплотнительного устройства имеет возможность ее перемещения с сохранением условий герметичности в пределах хода срабатывания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669113
Дата охранного документа: 08.10.2018
13.10.2018
№218.016.9175

Имплантат для замещения костных дефектов

Изобретение относится к медицине, хирургии и ортопедии. Имплантат для замещения костных дефектов выполнен из углерод-углеродного композиционного материала. Материал содержит пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема, при общем количестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669352
Дата охранного документа: 10.10.2018
19.10.2018
№218.016.93c7

Топливная система летательного аппарата

Изобретение относится к топливным системам летательных аппаратов. Топливная система состоит из бака, инерционного клапана, расходного отсека с перегородкой, трубопроводов забора топлива из бака. Инерционный клапан представляет собой цилиндрический груз (6), расположенный вдоль оси по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669913
Дата охранного документа: 16.10.2018
23.10.2018
№218.016.952b

Устройство для контроля диаметра критического сечения регулируемого сопла реактивного двигателя

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для контроля диаметра критического сечения регулируемого сопла при производстве авиационных или ракетных реактивных двигателей. Устройство для контроля диаметра критического сечения регулируемого сопла реактивного двигателя включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002670285
Дата охранного документа: 22.10.2018
01.11.2018
№218.016.97da

Способ управления полетом баллистического летательного аппарата

Изобретение относится к управляемому ракетному оружию (УРО) классов «поверхность - поверхность», «воздух - поверхность». Технической задачей предлагаемого изобретения является такое управление полетом баллистического летательного аппарата (ЛА), при котором обеспечивается сохранение расчетных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002671015
Дата охранного документа: 29.10.2018
01.11.2018
№218.016.98ad

Устройство аэродинамического торможения космического аппарата

Изобретение относится к средствам увода с орбиты выработавших свой ресурс или отказавших автоматических космических аппаратов (КА). Устройство содержит контейнер (1) с надувной конструкцией в виде эластичной оболочки (2), механизм ее крепления к контейнеру, выталкивания и раскрытия. Данный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002671067
Дата охранного документа: 29.10.2018
01.11.2018
№218.016.98b7

Береговой ракетный комплекс

Изобретение относится к мобильным системам вооружения. Береговой ракетный комплекс (БРК) включает самоходный командный пункт (СКП), содержащий машину боевого управления (МБУ) и самоходные пусковые установки (СПУ) с ракетами. МБУ и СПУ выполнены с возможностью соединения системами связи и обмена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002671222
Дата охранного документа: 30.10.2018
16.11.2018
№218.016.9e10

Упругая опора подшипника качения высокооборотного ротора

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения, и касается динамической устойчивости роторов. Может найти применение в устройствах с подшипниками качения роторов турбонасосных агрегатов, к которым предъявляются требования по герметичности при вибрационных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672516
Дата охранного документа: 15.11.2018
28.11.2018
№218.016.a16a

Система контроля и регистрации условий транспортирования ракетной и ракетно-космической техники

Изобретение относится к системам контроля и регистрации условий транспортирования. Система контроля и регистрации условия транспортирования изделий ракетно-космической техники включает в себя блок регистрации воздействий (БРВ) со встроенными датчиками температуры, влажности и виброускорения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673414
Дата охранного документа: 26.11.2018
12.12.2018
№218.016.a56b

Система спутниковой навигации передвижного ракетного комплекса

Изобретение относится к помехозащищенным системам спутниковой навигации, предлагаемым к использованию в составе передвижных ракетных комплексов. Система спутниковой навигации передвижного ракетного комплекса содержит аппаратуру спутниковой навигации и антенную систему, выполненную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674403
Дата охранного документа: 07.12.2018
Showing 131-133 of 133 items.
08.08.2020
№220.018.3df0

Стенд для настройки и испытаний многофункционального активного протеза плеча

Изобретение относится к медицине, а именно к стендам для настройки и испытаний многофункциональных активных протезов плеча. Стенд содержит основание, электродвигатель, редуктор, механизм воздействия с бесступенчатым регулированием рабочих параметров и элементы крепления протезов. Основание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002729449
Дата охранного документа: 06.08.2020
12.04.2023
№223.018.477b

Устройство для сравнительных испытаний систем управления активных многофункциональных протезов плеча разработчиком со здоровыми руками

Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам для сравнительных испытаний систем управления активных многофункциональных протезов плеча разработчиком со здоровыми руками. Устройство содержит разъемную приемную гильзу, охватывающую плечо с максимально согнутым предплечьем. Наплечник,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002744657
Дата охранного документа: 12.03.2021
01.06.2023
№223.018.74b3

Погружной гидромеханический редуктор

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано в погружных гидромеханических редукторах. Редуктор содержит винтовую передачу, гидравлическую часть, включающую гидромотор 17, соединенный через распределительный блок 14 с насосом 11 объемного типа, и мембрану...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002766656
Дата охранного документа: 15.03.2022
+ добавить свой РИД