ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА САМОЛЕТА

Изобретение относится к топливным системам силовых установок летательных аппаратов, преимущественно пассажирских самолетов.

Топливная система предназначена для обеспечения бесперебойной подачи топлива к двигателям и включает в себя подсистемы:

- подкачки - подачи топлива к двигателям (создает давление топлива на входе в двигатель),

- перекачки (перекачивает топливо из остальных в расходные баки, из которых топливо поступает в двигатель),

- дренажа,

- заправки,

- топливоизмерения и индикации.

Для подачи топлива к двигателю используют подкачивающие насосы (см. Лещинер Л.Б., Ульянов И.Е. «Проектирование топливных систем самолетов» // Под ред. Г.С.Скубачевского. - М: Машиностроение, 1975, стр.56). Перекачка топлива осуществляется насосами перекачки, как правило, струйными (там же, стр.98-109).

В струйном насосе топливо увлекается струей того же топлива (так называемого активного или приводного топлива), создаваемой другим насосом. В качестве насосов, создающих струю для струйных насосов перекачки, могут быть использованы, например, подкачивающие насосы.

В топливных системах некоторых самолетов (ЯК, ИЛ, SAAB), использующих подкачивающие насосы для создания струи в насосах перекачки, отслеживание уровня топлива при отрицательных перегрузках осуществляется с помощью гибкого шланга. Это решение неприемлемо при полетах в условиях низких температур (зимой в Сибири и на севере), так как при температурах порядка -45°С и ниже шланг теряет эластичность и не следует за уровнем топлива при его перемещениях.

Топливная система самолета ИЛ-114 является наиболее близкой к предлагаемому решению (см. Руководство по технической эксплуатации ИЛ-114, раздел 028 «Топливная система», 028.00.00). Она содержит размещенные в крыльях топливные баки, в том числе расходные и перекачиваемые, средства заправки, дренажа, топливоизмерения и индикации, подкачивающие насосы, соединенные трубопроводами подкачки с двигателями, струйные насосы перекачки топлива, активное (приводное) топливо для которых создают подкачивающие насосы.

Подсистемы подкачки и перекачки одного крыла не зависят от аналогичных подсистем другого крыла, но трубопроводы подкачки объединены через кран кольцевания (называемый в литературе еще перекрывным краном или краном перекрестного питания), который в нормальной (штатной) ситуации закрыт. При отказе одного из подкачивающих насосов летчик открывает кран кольцевания с панели управления, чтобы оставшийся работающим насос обеспечил подкачку и перекачку из отсеков обоих крыльев.

Речевой информатор отказов не дает исчерпывающих рекомендаций экипажу в случаях отказов элементов топливной системы, поэтому требуется тщательный контроль летчиком работы элементов топливной системы, который затруднен, так как приборы контроля и элементы управления расположены на нескольких топливных пультах и табло в кабине, что может привести к тому, что между временем возникновения внештатной ситуации и действием пилота по ее парированию произойдет разрыв, иногда недопустимый.

Так как подкачивающий насос одновременно подает топливо и в насос перекачки, при отрицательных перегрузках топливо продолжает поступать на перекачку, в которой нет необходимости, потому что заборники топлива при этом фактически оголены, а отсек отрицательных перегрузок и насосы подкачки из-за нерасчетного расхода в систему перекачки имеют избыточные характеристики.

Таким образом, известная система имеет следующие недостатки:

- необходимость постоянного наблюдения за группой приборов, контролирующих исправность работы топливной системы, и, как следствие, увеличение нагрузки на пилота,

- ручное управление элементами топливной системы, что может привести к увеличению времени вмешательства пилота в управление в случае необходимости,

- возможное нарушение топливоподачи при околонулевых и отрицательных перегрузках в условиях низких температур,

- недостаточный объем информации о работе топливной системы и рассредоточение приборов контроля.

Задачей изобретения является повышение автоматизации управления системой, обеспечение надежной топливоподачи при отрицательных перегрузках при низких температурах забортного воздуха и эволюциях самолета, облегчение контроля работы топливной системы.

Задача решается с помощью топливной системы, содержащей в каждом из симметричных крыльев разделенную на расходный и перекачиваемые отсеки емкость для топлива, средства заправки, средства дренажа, средства топливоизмерения и средства индикации, подкачивающий насос, соединенный трубопроводом подкачки с двигателем и с трубопроводом подкачки другого крыла через закрытый в штатной ситуации кран кольцевания подкачки, струйный насос перекачки, отличающейся тем, что она содержит в каждом крыле бачок-аккумулятор, соединенный с упомянутым трубопроводом подкачки, приводной насос перекачки для подачи активного топлива в упомянутый струйный насос перекачки, при этом выходы приводных насосов симметричных крыльев соединены между собой через закрытый в штатной ситуации кран кольцевания перекачки, расходные отсеки симметричных крыльев соединены между собой через закрытый в штатной ситуации кран объединения расходных отсеков, имеются средства автоматического открытия крана кольцевания подкачки по давлению на выходе каждого из подкачивающих насосов, средства автоматического открытия крана кольцевания перекачки по давлению на выходе каждого из приводных насосов, средства автоматического открытия крана объединения расходных отсеков при достижении величины резервного остатка в одном из расходных отсеков.

Упомянутые средства автоматического открытия крана кольцевания подкачки содержат первые датчики давления, установленные на выходе каждого из подкачивающих насосов и выполненные с возможностью открытия крана кольцевания подкачки при отсутствии сигнала наличия давления от одного из первых датчиков давления.

Упомянутые средства автоматического открытия крана кольцевания перекачки содержат вторые датчики давления, установленные на выходе каждого из приводных насосов перекачки, и выполнены с возможностью открытия крана кольцевания перекачки при отсутствии сигнала наличия давления одного из вторых датчиков давления и наличии, по показаниям средств топливоизмерения, свободного объема в отсеках крыла, где обнаружено отсутствие сигнала.

Один из перекачиваемых отсеков является предрасходным, имеется трубопровод для возврата избыточного топлива из расходного отсека в предрасходный, в котором имеется датчик, формирующий сигнал о заполнении этого отсека, а кран кольцевания перекачки выполнен с возможностью закрытия при поступлении сигнала от упомянутого датчика.

Средства автоматического открытия крана объединения расходных отсеков содержат в каждом крыле автономный датчик, способный формировать сигнал достижения резервного остатка топлива, и выполнены с возможностью открытия крана объединения расходных отсеков при наличии такого сигнала.

Упомянутые средства топливоизмерения выполнены с возможностью определения количества оставшегося топлива в каждом крыле отдельно, а также разницы между этими количествами.

Предлагаемое изобретение значительно уменьшает вероятность отказов и их последствия, позволяет своевременно принять меры по устранению негативных последствий, а также обеспечивает бесперебойную подачу топлива в случае отрицательных перегрузок, в том числе при низких температурах.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, на котором изображена часть схемы топливной системы, соответствующая одному из симметричных крыльев.

В каждом из симметричных крыльев имеется емкость 1 для топлива, разделенная перегородками на расходный отсек 2 и перекачиваемые отсеки 3. Система содержит средства заправки топлива (не показаны), средства дренажа 31 (в том числе отсек дренажа 32), средства топливоизмерения (не показаны) и средства индикации (не показаны).

В расходном отсеке 2 каждого крыла установлены подкачивающий насос 4, струйный насос 6 перекачки, приводной насос 5 перекачки для подачи активного топлива в струйный насос 6 перекачки.

Подкачивающий насос 4 трубопроводом 7 подкачки соединен через пожарный кран 10 с входом двигателя 11. С трубопроводом 7 соединены также бачок-аккумулятор 8, термоклапан 9 и кран слива 12.

В бачке-аккумуляторе 8 имеется пружина, которая установлена с возможностью сжатия под давлением топлива в трубопроводе и распрямления при отсутствии давления.

Трубопровод 7 подкачки соединен через кран 14 кольцевания подкачки с трубопроводом подкачки симметричного крыла - таким образом через кран 14 объединены выходы подкачивающих насосов 5. В нормальной ситуации (штатно) кран 14 закрыт.

Приводной насос 5 перекачки подает активное топливо в струйный насос 6 перекачки по трубопроводу 15. Выходы приводных насосов 5 перекачки симметричных крыльев соединены через кран 16 кольцевания перекачки, установленный в трубопроводах 15. В нормальной ситуации (штатно) кран 16 закрыт.

Левый и правый расходные отсеки 2 соединены между собой трубопроводом 17 через кран 18 объединения расходных отсеков, который в нормальной ситуации (штатно) также закрыт.

Одним из перекачиваемых отсеков 3 является предрасходный отсек 19, т.е. из него струйный насос 6 перекачивает топливо в расходный отсек 2. Предрасходный отсек 19 соединен обратным клапаном 20 с расходным отсеком 2. Этот клапан обеспечивает подачу топлива самотеком из отсека 19 в отсек 2. Имеется трубопровод 21, который возвращает топливо из отсека 2 в отсек 19 при переполнении расходного отсека 2 перекачкой.

Такими же клапанами 20 другие отсеки емкости 1 соединены с предрасходным отсеком 19.

Имеются срабатывающие в нештатных ситуациях средства автоматического открытия крана 14 кольцевания подкачки, которые содержат первые датчики 22 давления, установленные на выходе каждого из подкачивающих насосов 4, и выполнены с возможностью открытия крана 14 кольцевания подкачки при отсутствии сигнала наличия давления от одного из первых датчиков 22 давления. Причиной отсутствия давления на выходе насоса 4 в полете является отказ этого насоса. Один подкачивающий насос 4 в случае отказа другого при открытом кране 14 способен обеспечить необходимое давление на входах в оба двигателя и зарядку обоих бачков-аккумуляторов 8, что исключает ограничения в эксплуатации при отказе одного насоса подкачки.

Имеются также средства автоматического открытия крана 16 кольцевания перекачки, которые содержат вторые датчики 23 давления, установленные на выходе каждого из приводных насосов перекачки 5, и выполнены с возможностью открытия крана 16 кольцевания перекачки при отсутствии сигнала наличия давления одного из вторых датчиков 23 давления (т.е. в случае отказа приводного насоса 5) и при наличии свободного объема в баках того крыла, где обнаруживается отсутствие сигнала датчика 23. Один из приводных насосов 5 в этом случае при открытом кране 16 способен обеспечить работу насосов 6 в правом и левом крыле.

Наличие свободного объема определяется по показаниям средств топливоизмерения, которые выполнены с возможностью определения количества оставшегося топлива в каждом крыле отдельно, а также разницы между этими количествами. Топливная система содержит также средства извещения пилота о рекомендуемых ему действиях при посадке в случае, если эта разница превышает предопределенную величину, создающую существенный крен самолета. Это может быть реализовано с помощью вычислителя, соединенного со средствами топливоизмерения и с звуковым информатором или с дисплеем, на котором отображается нештатная ситуация независимо от вызова топливного кадра.

Имеются средства автоматического открытия крана 18 объединения расходных отсеков, которые содержат в отсеке 2 каждого крыла автономный датчик 24, способный формировать сигнал достижения резервного остатка топлива, и выполнены с возможностью открытия крана 18 объединения расходных отсеков при наличии сигнала достижения резервного остатка топлива от датчика 24 одного из крыльев. После снятия сигнала кран 18 остается открытым.

В предрасходном отсеке 19 имеется датчик 25, формирующий сигнал о заполнении отсека 19, и в топливной системе предусмотрено закрытие крана 16 кольцевания перекачки при поступлении такого сигнала, что исключает переполнение отсека 19.

Указанная автоматизация открытия кранов 14, 16 кольцевания и крана 18 объединения расходных отсеков при отказах, а также закрытия крана 16 может быть реализована различными способами, известными из многочисленных источников информации. Один из вариантов - реализация с помощью вычислителя, входы которого соединены с датчиками 22, и/или 23, и/или 24. Датчики 22, 23, 24 подают сигналы наличия или отсутствия давления топлива в местах их установки. Выходы вычислителя соединены соответственно с упомянутыми кранами 14, и/или 16, и/или 18. Альтернативное выполнение средств автоматического открытия кранов 14, 16, 18 - использование в них реле.

В топливной системе также имеются (не показаны) средства доведения до пилота информации о состоянии крана 14 кольцевания подкачки (открыт он или закрыт), средства доведения до пилота информации о состоянии крана 16 кольцевания перекачки (открыт или закрыт), средства доведения до пилота информации о состоянии крана 18 объединения расходных отсеков (открыт или закрыт). Эти средства могут быть выполнены, например, в виде топливного мнемокадра - экрана, отображающего информацию о состоянии топливной системы в виде схемы баков с установленными в них насосами, трубопроводами подкачки и перекачки и их кранами кольцевания.. Возможные варианты исполнения таких средств известны, используются на самолетах и описаны в литературе.

Система содержит также размещенные в кабине пилота средства ручного открытия кранов 14, 16, 18. Варианты реализации таких средств известны.

Кроме описанных выше насосов, еще некоторые элементы топливной системы снабжены средствами обнаружения отказа этих элементов и имеются средства извещения пилота о рекомендуемых ему действиях при отказе любого из этих элементов.

Система работает следующим образом.

Перед полетом емкость 1 заполняют топливом с помощью средств заправки.

В режиме нормального полета в каждом крыле подкачивающий насос 4 по трубопроводу 7 подает топливо из расходного отсека 2 через открытый пожарный кран 10 под давлением на вход в двигатель 11. Под действием давления топлива в трубопроводе 7 пружина в бачке-аккумуляторе 8 сжимается и позволяет топливу его заполнить.

Приводной насос 5 подает струю активного топлива в насос 6, благодаря чему насос 6 перекачивает топливо из предрасходного отсека 19 в расходный отсек 2. При интенсивной перекачке по трубопроводу 21 сбрасывается излишек топлива из расходного отсека 2 в предрасходный отсек 19.

С помощью датчика 22 по наличию давления топлива на выходе насоса 4 определяется исправность этого насоса. При отсутствии давления (т.е. в случае отказа насоса 4) средства автоматического открытия крана 14 кольцевания подкачки открывают кран 14. Тогда оставшийся исправным насос 4 подкачивает топливо в оба двигателя 11.

С помощью датчика 23 по наличию давления топлива на выходе насоса 5 определяется исправность насоса 5. При отсутствии давления (т.е. в случае отказа насоса 5) и при наличии свободного объема в отсеках крыла, где обнаружено отсутствие давления (сигнала датчика 23), средства автоматического открытия крана 16 кольцевания перекачки открывают кран 16. Тогда оставшийся исправный насос 5 подкачивает активное топливо в оба струйных насоса 6.

В случае отказа одного из насосов 5 в ситуации, когда активное топливо подается в крыло с отказавшим насосом 5 быстрее, чем расходуется двигателем 11 этого крыла, избыток топлива, в том числе и приводное топливо из работающего насоса 5, из отсека 2 по трубопроводу 21 перетекает в отсек 19, и тот нештатно заполняется. Чтобы исключить при переполнении течь через дренаж, по сигналу датчика 25 о переполнении отсека 19 кран 16 закрывается.

С помощью средств топливоизмерения осуществляется определение количества оставшегося топлива в каждом крыле отдельно, а также определение разницы между этими количествами. Если к моменту начала посадки по каким-то причинам эта разница превосходит некоторую предварительно определенную величину, пилот получает извещение о рекомендуемых ему действиях по выравниванию самолета.

В случае срабатывания датчика 24 достижения резервного остатка топлива средства автоматического открытия крана 18 объединения расходных отсеков открывают этот кран.

Средства дренажа 31 обеспечивают отбор забортного воздуха в отсеки 2 и 3 для исключения вакуума при расходе топлива в полете.

В случает отказа автоматики и получения информации об этом с помощью средств ручного открытия кранов 14,16,18 пилот может их открыть.

В ситуациях околонулевых и отрицательных перегрузок давление за насосом в трубопроводе 7 пропадает, пружина в бачке-аккумуляторе 8 распрямляется и вытесняет топливо по трубопроводу 7 в двигатель 11.

Термоклапан 9 при нагревании топлива в отсеке двигателя после посадки для исключения повышения давления в трубопроводах стравливает его излишек из трубопровода 7 в расходные отсеки 2.

Кран 12 используют при наземной эксплуатации в случае необходимости слива топлива из самолета.