JP2013221409A - 航空機燃料ポンプのエアロック防止システム及び航空機燃料ポンプのエアロック防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンクからエンジンに燃料を吐出するための燃料ポンプにおけるエアロック現象を低減させることである。
【解決手段】実施形態に係る航空機燃料ポンプのエアロック防止システムは、燃料タンクからエンジンに燃料を移送するための配管及び流量調整手段を備える。流量調整手段は、前記配管から分岐して前記燃料タンクに前記燃料の一部を戻すリターンラインを少なくとも有し、前記燃料タンクから前記燃料を吐出するためのポンプを通過する前記燃料の流量を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、航空機燃料ポンプのエアロック防止システム及び航空機燃料ポンプのエアロック防止方法に関する。

航空機のエンジンには、燃料が燃料タンクから燃料ポンプの駆動によって供給される。従来の燃料ポンプは、エンジンにおいて必要とされる量を燃料タンクから移送できるように設計されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−２４２５０２号公報

航空機では、自動車等の他の輸送機器と異なり、高度の上昇に伴って気圧が低下し、燃料の状態が変化する。特に、航空機の高度が高い場合には、燃料ポンプの流量が低下し、燃料ポンプ内においてエアロックが生じることが問題となっている。

そこで、本発明は、燃料タンクからエンジンに燃料を吐出するための燃料ポンプにおけるエアロック現象を低減させることが可能な航空機燃料ポンプのエアロック防止システム及び航空機燃料ポンプのエアロック防止方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る航空機燃料ポンプのエアロック防止システムは、燃料タンクからエンジンに燃料を移送するための配管及び流量調整手段を備える。流量調整手段は、前記配管から分岐して前記燃料タンクに前記燃料の一部を戻すリターンラインを少なくとも有し、前記燃料タンクから前記燃料を吐出するためのポンプを通過する前記燃料の流量を調整する。
また、本発明の実施形態に係る航空機燃料ポンプのエアロック防止方法は、配管を用いて燃料タンクからエンジンに燃料を移送し、前記配管から分岐して前記燃料タンクに前記燃料の一部を戻すリターンラインを少なくとも設けることによって、前記燃料タンクから前記燃料を吐出するためのポンプを通過する前記燃料の流量を調整する。

本発明の実施形態に係る航空機燃料ポンプのエアロック防止システム及び航空機燃料ポンプのエアロック防止方法によれば、燃料タンクからエンジンに燃料を吐出するための燃料ポンプにおけるエアロック現象を低減させることができる。

本発明の実施形態に係る航空機燃料ポンプのエアロック防止システムの構成図。 図１に示す燃料ポンプの作動特性を示す図。 図１に示す制御装置による可変バルブの制御方法の一例を示すフローチャート。

本発明の実施形態に係る航空機燃料ポンプのエアロック防止システム及び航空機燃料ポンプのエアロック防止方法について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る航空機燃料ポンプのエアロック防止システムの構成図である。

エアロック防止システム１は、航空機のエンジン２と燃料タンク３との間に備えられる。燃料タンク３には、燃料タンク３から燃料を吐出するための燃料ポンプ３Ａが設けられる。従って、より正確には、エアロック防止システム１は、燃料ポンプ３Ａの出口とエンジン２の燃料供給口との間に設けられる。但し、エンジン２、燃料ポンプ３Ａ及び燃料タンク３の全部又は一部をエアロック防止システム１の構成要素としてもよい。

エアロック防止システム１は、燃料ポンプ３Ａにおけるエアロックを防止するためのシステムである。そのために、エアロック防止システム１は配管４、リターンライン５、可変バルブ６、流量計７、制御装置８及び逆止弁９を有する。

配管４は、燃料ポンプ３Ａの出口とエンジン２の燃料供給口とを接続し、燃料タンク３からエンジン２に燃料を移送する役割を担う。リターンライン５は、配管４から分岐して燃料タンク３と接続される。そして、リターンライン５によって、燃料タンク３からエンジン２に移送される燃料の一部を戻すことができる。

配管４のリターンライン５への分岐点よりも上流又は下流に流量計７が設置される。配管４のリターンライン５への分岐点よりも上流及び下流のいずれか一方における燃料の流量を測定すれば、他方の流量を流量計算によって求めることができる。従って、流量計７により燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量を直接的又は間接的に測定することができる。

尚、図１に例示されるように、配管４のリターンライン５への分岐点よりも上流側に流量計７を設置すれば、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量を直接測定することが可能である。

リターンライン５上には、可変バルブ６が設けられる。更に、リターンライン５上には、望ましくは逆止弁９が設けられる。リターンライン５に逆止弁９を設けることによって、リターンライン５を流れる燃料の配管４への逆流を防止することができる。

制御装置８は、可変バルブ６と接続される。制御装置８は、流量計７による燃料の流量の測定値に基づいて可変バルブ６の開度を制御するように構成される。そして、制御装置８による制御下における可変バルブ６の開閉動作によって、リターンライン５を流れる燃料の流量を調整することができる。すなわち、流量計７による燃料の流量の測定値に基づいてリターンライン５を流れる燃料の流量を調整することができる。

更に、リターンライン５を流れる燃料の流量の調整によって燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量を間接的に調整することができる。従って、図１に例示されるエアロック防止システム１では、リターンライン５、可変バルブ６、流量計７、制御装置８及び逆止弁９が協働して、燃料ポンプ３Ａを通過する燃料の流量を調整する流量調整手段として機能する。そして、この流量調整手段の作用によって燃料ポンプ３Ａにおけるエアロックの回避又は低減を行うことができる。

図２は図１に示す燃料ポンプ３Ａの作動特性を示す図である。

図２において、縦軸は燃料ポンプ３Ａからの燃料の相対吐出圧力を示し、横軸は燃料ポンプ３Ａからの燃料の相対吐出流量Q_PUMPを示す。燃料ポンプ３Ａからの燃料の吐出流量及び吐出圧力は、エンジン２に付属するバルブの調整によって変動する。但し、図２に示すように燃料ポンプ３Ａからの燃料の吐出流量及び吐出圧力は、燃料ポンプ３Ａの特性に応じた関係を有する。すなわち、燃料ポンプ３Ａの出口における燃料の吐出流量が減少する程、非線形に燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の圧力が増加する。

従って、エンジン２における燃料の消費量が増加し、燃料ポンプ３Ａの出口における燃料の流量が増加すると、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の圧力は低下する。逆に、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量が減少すると、燃料ポンプ３Ａ内部のインペラ周りに還流が発生する。このため、燃料ポンプ３Ａ内において燃料の流れが乱れ、燃料ポンプ３Ａにエアロックが生じる。すなわち、燃料ポンプ３Ａには、図２に示すようにエアロックが生じる恐れがある低流量域Q_ALが存在する。低流量域Q_ALは、燃料ポンプ３Ａの特性や特に高度等の環境条件に依存して変わる。典型的な燃料ポンプ３Ａの低流量域Q_ALは、高空において燃料ポンプ３Ａの最大流量に対して0〜20%程度である。

しかしながら、航空機の高度が高い場合には、エンジン２において消費される燃料の流量が減少する。従って、図２に示すように、エンジン２において必要とされる燃料の流量域Q_ENGは、エアロックが生じる恐れがある低流量域Q_ALに跨る。典型的な例では、エンジン２において必要とされる燃料の流量域Q_ENGは、燃料ポンプ３Ａの最大流量に対して10〜100%程度である。

従って、リターンライン５を設けずに燃料ポンプ３Ａから燃料を全てエンジン２に供給すると、特に航空機が高空にある場合においてエアロックが生じる可能性が高い。燃料ポンプ３Ａにおけるエアロックは、エンジン２への適切な燃料供給の阻害要因となる。

そこで、制御装置８による可変バルブ６の開閉制御によってリターンライン５に燃料の一部を導き、燃料ポンプ３Ａからの吐出流量を、エアロックの発生の恐れがない適切な流量域Q_{PUMP_COR}に調整することができる。すなわち、流量計７による燃料の流量の測定値に基づいて、燃料ポンプ３Ａからの吐出流量のフィードバック制御を行うことができる。尚、近年注目されているフィードフォワード制御を行うようにしてもよい。

フィードバック制御の一例として、流量計７による流量の測定値が閾値以上または閾値よりも大きくなった場合に可変バルブ６の開度を小さくする一方、流量計７による流量の測定値が閾値未満又は閾値以下となった場合に可変バルブ６の開度を大きくするという可変バルブ６の制御方法が挙げられる。

図３は、図１に示す制御装置８による可変バルブ６の制御方法の一例を示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、制御装置８により可変バルブ６の開度が初期値、例えば開度100%に制御される。次に、ステップＳ２において、燃料ポンプ３Ａが作動する。続いて、ステップＳ３において、エンジン２が始動する。

これにより、燃料タンク３内の燃料が燃料ポンプ３Ａにより吐出され、燃料ポンプ３Ａから吐出された燃料は、配管４を通ってエンジン２に供給される。そして、航空機のエンジンが作動し推力が生じることにより、航空機は滑走及び飛行することが可能となる。このとき、燃料ポンプ３Ａから吐出された燃料の一部は、リターンライン５に流入し、可変バルブ６及び逆止弁９を経由して再び燃料タンク３に戻る。

次に、ステップＳ４において、制御装置８は、流量計７によって測定された燃料ポンプ３Ａの出口における燃料の流量を取得する。そして、制御装置８は、流量計７による燃料の測定値に基づいて、燃料ポンプ３Ａを通過する燃料の流量が、エアロックの発生の恐れがない流量域Q_{PUMP_COR}となるように可変バルブ６の開度を制御する。

より具体的には、ステップＳ４１において、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量Q_PUMPが流量計７によって測定される。測定された燃料の流量Q_PUMPは制御装置８に出力される。次に、ステップＳ４２において、制御装置８は、測定された燃料の流量Q_PUMPが閾値THよりも大きいか否か或いは閾値TH以上であるか否かを判定する。

閾値THは、燃料ポンプ３Ａにおいてエアロックが生じると推定される臨界的流量にマージンを付加した値とすることができる。例えば、燃料ポンプ３Ａにおいてエアロックが生じ得る低流量域Q_ALが、最大流量の0〜20%であれば、閾値THを25%にすることができる。

そして、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量Q_PUMPが閾値THよりも大きいと判定された場合、或いは燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量Q_PUMPが閾値TH以上であると判定された場合には、ステップＳ４３において、制御装置８が可変バルブ６の開度を減少させる。これにより、リターンライン５に流入する燃料が減少し、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量Q_PUMPも減少する。

逆に、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量Q_PUMPが閾値TH以下であると判定された場合、或いは燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量Q_PUMPが閾値TH未満であると判定された場合には、ステップＳ４４において、制御装置８が可変バルブ６の開度を増加させる。これにより、リターンライン５に流入する燃料が増加し、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量Q_PUMPも増加する。

このような可変バルブ６の開度の制御によって、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量Q_PUMPを、常に閾値THよりも大きい流量又は閾値TH以上の流量にすることができる。すなわち、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量Q_PUMPを、最大流量の25〜100%等のエアロックが生じない流量域Q_{PUMP_COR}とすることができる。

そして航空機の飛行が完了して航空機が着陸及び停止すると、ステップＳ５においてエンジン２が停止する。そして、ステップＳ６において、制御装置８により可変バルブ６の開度が初期値、例えば開度100%に制御される。

尚、図３に示す可変バルブ６の制御例に限らず、様々なアルゴリズムによって可変バルブ６を制御することができる。

つまり以上のようなエアロック防止システム１は、燃料タンク３からエンジン２に燃料を移送するための配管４に、分岐して燃料タンク３に燃料の一部を戻すリターンライン５を設け、リターンライン５上に設置した可変バルブ６の制御によって燃料ポンプ３Ａを通過する燃料の流量を調整できるようにしたものである。

このため、エアロック防止システム１よれば、燃料ポンプ３Ａが移送する燃料の流量を調整することができる。具体的には、エンジン２における燃料消費量を１とすると、リターンライン５を流れる燃料の流量を０〜１．５に可変制御することができる。従って、燃料ポンプ３Ａから吐出される燃料の流量を１〜２．５にすることができる。このため、特に高空においてエンジン２に必要とされる燃料の流量が少ない場合であっても、燃料ポンプ３Ａからの吐出流量を一定以上となるように維持することができる。この結果、燃料ポンプ３Ａにおけるエアロック現象を回避することができる。

以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

例えば上述の例では、リターンライン５、可変バルブ６、流量計７、制御装置８及び逆止弁９を、燃料ポンプ３Ａを通過する燃料の流量を調整する流量調整手段としてエアロック防止システム１に設けた例を示したがリターンライン５のみであっても燃料ポンプ３Ａにおけるエアロックの発生を低減させる流量調整手段として機能する。従って、少なくともリターンライン５を設けることによって、燃料タンク３から燃料を吐出するための燃料ポンプ３Ａを通過する燃料の流量を調整する流量調整手段としての機能をエアロック防止システム１に備えることができる。

また、リターンライン５上に可変バルブ６に代えて、或いは可変バルブ６に加えてオリフィスを設置することによっても燃料ポンプ３Ａにおけるエアロックの発生を低減させることができる。従って、流量調整手段としてリターンライン５上に設けられるオリフィスを用いてもよい。

１ エアロック防止システム
２ エンジン
３ 燃料タンク
３Ａ 燃料ポンプ
４ 配管
５ リターンライン
６ 可変バルブ
７ 流量計
８ 制御装置
９ 逆止弁

Claims (6)

1. 燃料タンクからエンジンに燃料を移送するための配管と、
   前記配管から分岐して前記燃料タンクに前記燃料の一部を戻すリターンラインを少なくとも有し、前記燃料タンクから前記燃料を吐出するためのポンプを通過する前記燃料の流量を調整する流量調整手段と、
   を備える航空機燃料ポンプのエアロック防止システム。
2. 前記流量調整手段は、
   前記ポンプから吐出される前記燃料の流量を直接的又は間接的に測定する流量計と、
   前記流量計による前記流量の測定値に基づいて前記リターンラインを流れる前記燃料の一部の流量を調整する可変バルブと、
   を更に有する請求項１記載の航空機燃料ポンプのエアロック防止システム。
3. 前記流量調整手段は、
   前記流量計による前記流量の測定値が閾値以上または閾値よりも大きくなった場合に前記可変バルブの開度を小さくする一方、前記測定値が前記閾値未満又は前記閾値以下となった場合に前記可変バルブの開度を大きくする制御装置を更に有する請求項２記載の航空機燃料ポンプのエアロック防止システム。
4. 前記流量調整手段は、前記リターンライン上に設けられるオリフィスを更に有する請求項１記載の航空機燃料ポンプのエアロック防止システム。
5. 前記流量調整手段は、前記リターンラインを流れる前記燃料の一部の逆流を防止するための逆止弁を更に有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の航空機燃料ポンプのエアロック防止システム。
6. 配管を用いて燃料タンクからエンジンに燃料を移送し、前記配管から分岐して前記燃料タンクに前記燃料の一部を戻すリターンラインを少なくとも設けることによって、前記燃料タンクから前記燃料を吐出するためのポンプを通過する前記燃料の流量を調整する航空機燃料ポンプのエアロック防止方法。

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