Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА НАДДУВА ТОПЛИВНОГО БАКА

Изобретение относится к области топливных систем (ТС) летательных аппаратов (ЛА), преимущественно беспилотных, в которых для подачи топлива в двигатель применяется система наддува бака, имеющая в своем составе баллон со сжатым газом.

Известная система наддува топливных баков (Беляев Н.М. Системы наддува топливных баков ракет. М.: Машиностроение, 1976 г., с. 20, рис. 1.5) содержит баки с компонентами топлива и баллон со сжатым воздухом с заправочным краном и датчиком давления, сообщенный через пусковой клапан, регулятор давления и обратные клапаны с топливными баками, топливные полости которых сообщены с линиями подачи компонентов топлива в двигатели.

Совпадающими признаками с известной системой наддува является то, что система наддува топливного бака содержит топливный бак, топливная полость которого сообщена с линией подачи топлива в двигатель, и газовый баллон с заправочным клапаном, сообщенный через пусковой клапан и регулятор давления с баком.

Известная система обеспечивает плавное регулирование потребного расхода газа с широким диапазоном соответственно изменению расхода топлива, поступающего в двигатель.

Недостатком известной системы является малая плотность газа (˜0,3÷0,5 кг/литр) при максимальном расчетном давлении в газовом баллоне (300-500 атм), что увеличивает потребный объем и массу баллона, усложняя тем самым компоновку ЛА и ухудшая его технические характеристики.

Предлагаемым изобретением решается задача уменьшения объема и массы газового баллона и системы наддува, которые необходимы для обеспечения вытеснения топлива из бака.

Для достижения указанного технического результата система наддува ЛА, имеющая в своем составе топливный бак, топливная полость которого сообщена с линией подачи топлива в двигатель, и газовый баллон с заправочным клапаном, сообщенный через пусковой клапан и регулятор давления с баком, дополнительно оснащена твердотопливным газогенератором, в процессе работы которого образующийся газ поступает по магистрали в газовый баллон, далее через клапан и регулятор давления продолжает поступать в полость бака, обеспечивая поступление топлива в двигатель. За счет увеличения плотности рабочего тела (заряда) твердотопливного генератора (1,5÷2,5 кг/л) уменьшается потребный объем и масса предлагаемой системы наддува.

Для усиления указанного технического результата магистраль сообщения твердотопливного газогенератора с газовым баллоном снабжена теплообменником, установленным в полости бака в объеме топлива. При этом высокотемпературный газ, образующийся при горении заряда в газогенераторе, пройдя теплообменник поступает в газовый баллон с уменьшенной температурой, что позволяет при максимальном рабочем давлении в газовом баллоне разместить большую массу газа.

Дополнительно, для увеличения работоспособности газа топливный бак разделен на отсеки, а газовый баллон и теплообменник размещены в одном из отсеков, который сообщен с другим отсеком магистралями наддува и перелива топлива, что позволяет за счет уменьшения массы топлива, воспринимающей тепловую энергию от теплообменника, увеличить температуру топлива вокруг газового баллона. Соответственно, при выработке газа из баллона и снижении его температуры ниже температуры топлива за счет расширения газа увеличивается количество тепла, передаваемого от топлива к газу в баллоне через его стенки за счет его теплопроводности.

Дополнительно, для увеличения работоспособности рабочего газа на отсек топливного бака с газовым баллоном и теплообменником нанесено теплоизолирующее покрытие, которое уменьшает потери тепловой энергии через стенки отсека. Соответственно, увеличивается количество тепловой энергии, передаваемой от топлива через стенки баллона к газу, при уменьшении его температуры за счет расширения.

Отличительным признаком предлагаемой конструкции системы наддува топливного бака от указанной выше известной, является наличие твердотопливного газогенератора, в процессе работы которого образующийся газ поступает по магистрали в газовый баллон, далее через клапан и регулятор давления продолжает поступать в полость бака, обеспечивая поступление топлива в двигатель. Кроме того, дополнительно магистраль сообщения твердотопливного газогенератора с баллоном может быть снабжена теплообменником, который размещен в полости бака в объеме топлива; топливный бак может быть разделен на отсеки, в одном из которых размещен газовый баллон и теплообменник, размещеные в одном из отсеков, который сообщен с другим отсеком топливного бака магистралями наддува и перелива топлива; на отсеке топливного бака с газовым баллоном и теплообменником может быть нанесено теплоизолирующее покрытие.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы), достигается следующий технический результат: в условиях автономного полета ЛА обеспечивается возможность подзарядки газового баллона и от твердотопливного газогенератора, имеющего более высокую плотность рабочего тела (заряда), и за счет этого уменьшаются объем и масса баллона и системы наддува, необходимые для вытеснения топлива из бака, при этом сохраняется основное преимущество газобаллонной системы наддува - плавное регулирование расхода газа, подаваемого в топливный бак, соответственно изменению расхода топлива с широким диапазоном возможных расходов.

Предложенное техническое решение может найти применение в конструкциях топливных систем ЛА, преимущественно беспилотных, в которых для подачи топлива в двигатель применяется вытеснительная система подачи, имеющая в своем составе баллон со сжатым газом.

Изобретение поясняется фиг.1, 2

На фиг.1 показана система наддува топливного бака по пункту 1 формулы - система наддува топливного бака, содержащая твердотопливный газогенератор, сообщенный с газовым баллоном.

На фиг.2 показана система наддува топливного бака по пунктам 2, 3 и 4 формулы - система наддува топливного бака, содержащая твердотопливный газогенератор, сообщенный с газовым баллоном, через теплообменник, установленный в полости бака в объеме топлива, а также в которой газовый баллон и теплообменник размещены в отдельном отсеке топливного бака, сообщенном с другим отсеком магистралями наддува и перелива топлива, а также в которой отсек с газовым баллоном и теплообменником имеет теплоизолирующее покрытие.

Представленная на фиг.1 и 2 система наддува топливного бака содержит газовый баллон 1 с заправочным клапаном 2, сообщенный через пусковой клапан 3 и регулятор давления 4 с топливным баком 5, топливная полость которого сообщена с линией 6 подачи топлива в двигатель ЛА, кроме того, система наддува оснащена твердотопливным газогенератором 7, сообщенным магистралью 8 с газовым баллоном 1.

Магистраль 8 снабжена теплообменником 9. Топливный бак 5 разделен на отсеки 10 и 11. Газовый баллон 1 и теплообменник 9 могут быть могут быть размещены в одном из отсеков 10 топливного бака 5, который сообщен с другим отсеком 11 магистралью 12 наддува и магистралью 13 перелива топлива. На отсек 10 топливного бака 5 может быть нанесено теплоизолирующее покрытие 14. Топливный бак 5 может быть снабжен сигнализатором 15 минимального давления.

Описанное устройство по п.1 формулы работает следующим образом. После выработки объема газа из баллона 1, определяемого, например, по времени или по срабатыванию сигнализатора давления 15, задействуется твердотопливный газогенератор 7, в процессе работы которого образующийся в газогенераторе 7 газ поступает во внутренние полости генератора 7 и по магистрали 8 в баллон 1, наддувая их до избыточного по отношению к полости бака 5 рабочего давления. Одновременно сжатый газ из баллона 1 через клапан 3 и регулятор давления 4 продолжает поступать в полость бака 5, обеспечивая поступление топлива к двигателю по линии 6, что увеличивает газопроизводительность системы наддува и уменьшает потребные для вытеснения топлива из бака 5 объем и массу баллона 1 и, в целом, объем и массу системы наддува. Кроме того, благодаря тому, что скорость газа, поступающего из газогенератора 7 по магистрали 8, уменьшается в баллоне 1 до значения, близкого к нулю, при наличии в газе твердых частиц, они будут выпадать в осадок на дно баллона 1, что исключит их попадание в полость бака 5.

Устройство по п.2 формулы работает аналогично устройству по п.1, при этом наличие теплообменника 9 в магистрали 8, установленного в полости бака 1 в объеме топлива, приводит при работе газогенератора 7 к уменьшению температуры газа, поступающего в полость баллона 1 и, соответственно, к размещению в баллоне 1 при одинаковом рабочем давлении большей массы газа, что дополнительно позволяет увеличить работоспособность системы наддува и, при сохранении работоспособности устройства по п.2, равной устройству по п.1, дополнительно уменьшить потребный объем баллона 1, следовательно, и массу баллона 1. При этом баллон 1 также может быть размещен в полости бака 5 в объеме топлива, что дополнительно будет способствовать увеличению работоспособности газа системы наддува, поскольку при работе системы наддува после снижения температуры газа в баллоне 1 за счет расширения до температуры, меньшей, чем температура топлива, дальнейшее уменьшение температуры газа наддува будет частично компенсироваться притоком тепла от топлива через стенки баллона 1 за счет теплопроводности.

Устройство по п.3 формулы работает аналогично устройствам по п.п.1 и 2, при этом размещение газового баллона 1 и теплообменника 9 в одном из отсеков 10 топливного бака 1 позволяет при работе газогенератора 7 за счет передачи тепла к топливу от теплообменника 9 повысить температуру топлива в отсеке 10 и, тем самым, дополнительно увеличить приток тепла к газу в баллоне 1 через его стенки и уменьшить снижение температуры газа при выработке баллона 1, что дополнительно увеличит работоспособность газа и уменьшит потребные для вытеснения топлива из отсеков 10 и 11 бака 5 объем и массу баллона 1 и, в целом, системы наддува.

Устройство по п.4 формулы работает аналогично устройству по п.З. Дополнительно, наличие теплоизолирующего покрытия 14 на стенках отсека 10 топливного бака 1 позволяет уменьшить охлаждение топлива в отсеке 10 за счет теплопроводности его стенок и, тем самым, дополнительно увеличить количество тепла, поступающего от топлива через стенки баллона 1 к газу наддува, увеличивая температуру и работоспособность газа, что приведет к дополнительному уменьшению потребного для вытеснения топлива из отсеков 10 и 11 бака 5 объема и массы баллона 1 и системы наддува в целом.