RU2376210C1 - System and method for aircraftfuel-tank pressurisation by neutral gas - Google Patents
System and method for aircraftfuel-tank pressurisation by neutral gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2376210C1 RU2376210C1 RU2008124644/11A RU2008124644A RU2376210C1 RU 2376210 C1 RU2376210 C1 RU 2376210C1 RU 2008124644/11 A RU2008124644/11 A RU 2008124644/11A RU 2008124644 A RU2008124644 A RU 2008124644A RU 2376210 C1 RU2376210 C1 RU 2376210C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- neutral gas
- fuel tanks
- tanks
- aircraft
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/40—Weight reduction
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам обеспечения взрывозащиты топливных баков летательных аппаратов, а именно к системам наддува топливных баков летательных аппаратов нейтральным газом, обеспечивающим создание взрывобезопасной среды в надтопливном пространстве баков путем подачи воздуха, обогащенного азотом, получаемого на борту с помощью воздухоразделительной установки.The invention relates to systems for ensuring explosion protection of fuel tanks of aircraft, namely, systems for pressurizing the fuel tanks of aircraft with neutral gas, providing an explosion-proof environment in the fuel space of the tanks by supplying nitrogen enriched air obtained on board using an air separation unit.
Системы наддува топливных баков летательных аппаратов нейтральным газом предназначены для поддержания взрывобезопасной концентрации кислорода в надтопливном пространстве баков во время полета (в течение всего полета или на наиболее опасных участках - при высокой вероятности воздействия поражающих средств, аварийной посадке, пожаре и т.п.) и в наземных условиях, а также для поддержания в топливных баках давления, необходимого для нормальной работы топливной системы.Neutral gas fuel tank pressurization systems are designed to maintain an explosion-proof oxygen concentration in the fuel space of the tanks during the flight (throughout the flight or in the most dangerous areas - with a high probability of exposure to damaging means, emergency landing, fire, etc.) and in ground conditions, as well as to maintain the pressure in the fuel tanks necessary for the normal operation of the fuel system.
Известны способ и система наддува топливных баков летательного аппарата нейтральным газом по патенту US 2007/0144347 А1 от 28.06.2007 г., отличающиеся наличием в бортовой воздухоразделительной установке нескольких воздухоразделительных модулей, каждый из которых предназначен для продуцирования нейтрального газа (воздуха, обогащенного азотом) на определенном режиме полета летательного аппарата (набор высоты, горизонтальный полет и пр.). Характеристики потока нейтрального газа (содержание кислорода, расход), продуцируемого различными воздухоразделительными модулями, соответствуют определенному режиму полета. При этом соответствующим образом регулируются параметры потока воздуха (давление, расход, температура), подаваемого на вход воздухоразделительной установки.The known method and system of pressurizing the fuel tanks of an aircraft with neutral gas according to US 2007/0144347 A1 dated 06/28/2007, characterized by the presence of several air separation modules in the onboard air separation unit, each of which is designed to produce neutral gas (air enriched with nitrogen) on a certain flight mode of the aircraft (climb, horizontal flight, etc.). The characteristics of the neutral gas flow (oxygen content, flow rate) produced by various air separation modules correspond to a specific flight mode. In this case, the air flow parameters (pressure, flow, temperature) supplied to the inlet of the air separation unit are adjusted accordingly.
Известны способ и система по патенту WO 00/00389 от 06.01.2000 г., отличающиеся наличием в бортовой воздухоразделительной установке двух типов модулей:The known method and system according to patent WO 00/00389 from 01/06/2000, characterized by the presence in the onboard air separation unit of two types of modules:
модулями первого типа продуцируется поток нейтрального газа с низким расходом;modules of the first type produce a flow of neutral gas with a low flow rate;
модулями второго типа продуцируется поток нейтрального газа с расходом, большим, чем у модулей первого типа.modules of the second type produce a neutral gas flow with a flow rate greater than that of the modules of the first type.
При этом содержание кислорода в потоке, продуцируемом модулями первого типа, ниже, чем в потоке, продуцируемом модулями второго типа. Модули первого типа используют на режимах полета с низким потребным расходом газа (например, во время горизонтального крейсерского полета). Модули второго типа используются на режимах с высоким потребным расходом газа (например, во время снижения).The oxygen content in the stream produced by the modules of the first type is lower than in the stream produced by the modules of the second type. Modules of the first type are used in flight modes with a low gas flow rate (for example, during a horizontal cruise flight). Modules of the second type are used in modes with a high gas flow rate (for example, during descent).
Известны также способ и система по патенту WO 2006/020286 А2 от 23.02.2006 г., отличающиеся тем, чтоAlso known is the method and system of patent WO 2006/020286 A2 of February 23, 2006, characterized in that
с помощью специальных устройств определяется потребный расход нейтрального газа в соответствии с необходимым уровнем концентрации кислорода и давления в надтопливном пространстве баков летательного аппарата;using special devices, the required consumption of neutral gas is determined in accordance with the necessary level of oxygen concentration and pressure in the fuel space of the aircraft tanks;
в соответствии с определенным значением расхода регулируется подача нейтрального газа, продуцируемого бортовой воздухоразделительной установкой, в топливные баки.in accordance with a certain flow rate, the supply of neutral gas produced by the airborne separation unit to the fuel tanks is regulated.
К недостаткам данных систем следует отнести:The disadvantages of these systems include:
сложность конструкции в связи с необходимостью регулирования характеристик потока продуцируемого нейтрального газа в зависимости от режима полета;design complexity due to the need to control the flow characteristics of the produced neutral gas depending on the flight mode;
ограниченность их применения: они наилучшим образом адаптированы для неманевренных летательных аппаратов (например, пассажирских или транспортных самолетов), для которых не свойственна быстрая незапланированная смена режимов полета.the limitations of their use: they are best adapted for non-maneuverable aircraft (for example, passenger or transport aircraft), for which a quick unplanned change of flight modes is not characteristic.
Необходимо также отметить, что существует значительная проблема поддержания взрывобезопасной концентрации кислорода в надтопливном пространстве баков летательных аппаратов во время режима набора высоты. При снижении атмосферного давления до определенного уровня начинается выделение газа, растворенного в топливе, причем концентрация кислорода в выделенном газе составляет, в среднем, 31,5%, что превышает значение естественной концентрации кислорода в атмосферном воздухе (порядка 21%).It should also be noted that there is a significant problem of maintaining an explosion-proof oxygen concentration in the fuel space of aircraft tanks during the climb mode. With a decrease in atmospheric pressure to a certain level, the release of gas dissolved in the fuel begins, and the oxygen concentration in the released gas is, on average, 31.5%, which exceeds the value of the natural oxygen concentration in the atmospheric air (about 21%).
Применительно к системам наддува топливных баков нейтральным газом с бортовым генератором азота известен способ обеспечения взрывобезопасности топливных баков на режиме набора высоты (а.с. SU 658850), заключающийся в продуве нейтральным газом надтопливного пространства с помощью специальной продувочной линии, соединенной с магистралью наддува баков нейтральным газом. Недостатками данного способа являются: низкая эффективность при сложной конфигурации топливных баков (возможность образования таких зон, где концентрация кислорода будет превышать допустимую норму), а также необходимость селектирования режимов полета для определения момента включения линии продувки баков.In relation to neutral gas pressurization systems with an on-board nitrogen generator, a method is known for ensuring the explosion safety of fuel tanks in climb mode (AS SU 658850), which consists in purging the fuel space with neutral gas using a special purge line connected to the neutral tank pressurization line gas. The disadvantages of this method are: low efficiency with a complex configuration of the fuel tanks (the possibility of the formation of such zones where the oxygen concentration will exceed the permissible norm), as well as the need to select flight modes to determine when the tanks purge line is turned on.
Известен также способ по патенту WO 00/00389, предусматривающий подачу части нейтрального газа, продуцируемого воздухоразделительной установкой, под слой топлива, что позволяет очистить топливо, по крайней мере, от части растворенного в нем кислорода. Недостатком данного способа является необходимость монтажа в топливных баках сети специальных трубопроводов, которая должна обеспечивать эффективное удаление из топлива кислорода, растворенного в нем, что усложняет конструкцию и ведет к увеличению массы летательного аппарата.There is also a known method according to patent WO 00/00389, which provides for the supply of a part of the neutral gas produced by the air separation unit under the fuel layer, which makes it possible to purify the fuel from at least part of the oxygen dissolved in it. The disadvantage of this method is the need to install in the fuel tanks a network of special pipelines, which should ensure the effective removal of oxygen from the fuel dissolved in it, which complicates the design and leads to an increase in the mass of the aircraft.
В настоящем изобретении предлагается система наддува топливных баков летательного аппарата нейтральным газом, поддерживающаяThe present invention provides a system for pressurizing aircraft fuel tanks with neutral gas, supporting
взрывобезопасную концентрацию кислорода в надтопливном пространстве баков,explosion-proof oxygen concentration in the fuel space of tanks,
уровень давления в топливных баках, необходимый для нормальной работы топливной системы.the pressure level in the fuel tanks necessary for the normal operation of the fuel system.
Предлагаемая система расширяет область применения систем нейтрального газа с бортовым генератором азота (в том числе и для маневренных летательных аппаратов) и не имеет недостатков, отмеченных выше.The proposed system expands the application of neutral gas systems with an onboard nitrogen generator (including for maneuverable aircraft) and does not have the drawbacks noted above.
Для лучшего понимания описания изобретения приводится сопроводительный чертеж, где изображена схема заявляемой системы.For a better understanding of the description of the invention is given an accompanying drawing, which shows a diagram of the inventive system.
Предлагаемая в настоящем изобретении система наддува топливных баков летательного аппарата нейтральным газом функционирует следующим образом. От системы кондиционирования 1 летательного аппарата сжатый воздух поступает на вход воздухоразделительной установки ВРУ 2, основным элементом которой является один или несколько воздухоразделительных модулей одного типа. Принцип работы данных модулей может быть основан на применении способа разделения воздуха либо с помощью полупроницаемых половолоконных мембран, либо с помощью адсорбционной технологии, известных из предшествующего уровня техники. Продуцируемый ВРУ 2 воздух, обогащенный азотом, поступает через подсистему газораспределения 3 в топливные баки 4 летательного аппарата в течение всего полета.Proposed in the present invention, the system of pressurizing the fuel tanks of the aircraft with neutral gas operates as follows. From the air conditioning system 1 of the aircraft, compressed air enters the inlet of the air separation unit ASU 2, the main element of which is one or more air separation modules of the same type. The principle of operation of these modules can be based on the application of a method of air separation either using semi-permeable hollow fiber membranes, or using adsorption technology known from the prior art. Air, enriched with nitrogen, produced by ASU 2 enters through the gas distribution subsystem 3 into the
Подсистема дренажа и наддува топливных баков атмосферным воздухом 5 перекрыта нормально закрытым перекрывным устройством с электроприводом - электрическим краном 6, который установлен в таком месте, что линия, соединяющая топливные баки 4 с устройствами подачи атмосферного воздуха 7 (например, соответствующие ступени компрессоров двигателей, специальные воздухозаборники, система кондиционирования и т.п.), перекрыта, но при этом, в случае повышения давления в топливных баках 4 выше допустимого значения, может производиться сброс газа через клапан дренажа 8. Для повышения надежности электрический кран 6 дублируется механическим противовакуумным клапаном 9.The subsystem of the drainage and pressurization of the fuel tanks with
Датчик избыточного давления 10 измеряет разность между давлением в топливных баках 4 и атмосферным давлением в течение всего полета и выдает текущее значение в виде соответствующего сигнала в блок управления и контроля БУК 11.The
БУК 11 взаимодействует с ВРУ 2, датчиком избыточного давления 10 и электрическим краном 6 посредством электрических линий связи 12, 13 и 14 соответственно. Также БУК 11 может быть связан с помощью линии передачи информационных сигналов 15 с информационно-управляющей системой ИУС 16 летательного аппарата для получения команд и информационных сигналов от бортовых систем, а также для осуществления контроля работоспособности агрегатов системы.
Из ВРУ 2 обогащенный азотом воздух поступает в топливные баки 4 с расходом, который может варьироваться вследствие изменения параметров потока воздуха (давления, температуры) на входе в ВРУ 2. Продуцируемый нейтральный газ имеет высокое содержание азота, например, порядка 95% (данное значение приводится здесь только в качестве примера и не ограничивает область применения предлагаемого изобретения).From the
Если расход подаваемого нейтрального газа превышает потребный расход на каком-либо режиме полета, излишки газа стравливаются через клапан дренажа 8. Такая ситуация наиболее характерна для режимов набора высоты и горизонтального полета.If the flow rate of the supplied neutral gas exceeds the required flow rate in any flight mode, excess gas is vented through the
На режимах с большим потребным расходом газа (например, на режиме снижения с большой вертикальной скоростью), превышающим расход продуцируемого нейтрального газа, атмосферное давление может превысить давление внутри топливных баков летательного аппарата.In regimes with a large gas flow rate (for example, in the reduction mode with a large vertical speed) that exceeds the flow rate of the produced neutral gas, atmospheric pressure can exceed the pressure inside the aircraft fuel tanks.
Во избежание разрушения конструкции баков вследствие образования вакуума, при падении избыточного давления в надтопливном пространстве до значения ΔP1, несколько превышающего атмосферное давление, по сигналу от БУК 11 происходит подача сигнала к электрическому крану 6, который при этом открывает линию, соединяющую топливные баки 4 с устройствами подачи атмосферного воздуха 7. Таким образом, в данной ситуации происходит одновременная подача нейтрального газа и воздуха. При этом производительность ВРУ 2 выбирается так, чтобы при смешивании потока нейтрального газа и потока воздуха концентрация кислорода в надтопливном пространстве баков во время таких режимов не превышала предельно допустимую (в зависимости от интенсивности источника воспламенения предельно допустимая концентрация кислорода может составлять от 9 до 12% от объема надтопливного пространства баков). В результате этого возможно оптимизировать производительность ВРУ 2, вследствие чего будет уменьшен ее объем и вес.In order to avoid destruction of the tank structure due to the formation of vacuum, when the excess pressure in the fuel space drops to a value ΔP1 slightly higher than atmospheric pressure, a signal from the
Коллекторы системы газораспределения 3 устанавливаются в топливных баках 4 таким образом, чтобы исключалось образование так называемых «застойных» зон, т.е. таких зон, где концентрация кислорода может превышать допустимую норму.The manifolds of the gas distribution system 3 are installed in the
При повышении избыточного давления в надтопливном пространстве баков до некоторого значения ΔР2, превышающего ΔP1, но являющегося значительно меньшим, чем давление, при котором происходит стравливание газовой смеси через дренажный клапан 8, электрический кран 6 по сигналу от БУК 11 закрывает линию, соединяющую топливные баки 4 с устройствами подачи атмосферного воздуха 7.If the overpressure in the fuel space of the tanks increases to a certain value ΔP2, exceeding ΔP1, but being much lower than the pressure at which the gas mixture is vented through the
Избыточное давление ΔP1, при котором электрический кран 6 открывается, может составлять, например, от 0,01 до 0,05 ати. Избыточное давление ΔР2, при котором электрический кран 6 закрывается, может составлять, например, от 0,06 до 0,09 ати. Данные значения приводятся только в качестве примера и не ограничивают область применения предлагаемого изобретения.The excess pressure ΔP1, at which the
Давление стравливания через дренажный клапан 8 устанавливается максимально возможным при ограничении по прочности конструкции топливных баков 4 и превышает значение давления, необходимого для нормального функционирования топливной системы (в частности, необходимого для бескавитационной работы насосов). Данное мероприятие, во-первых, позволяет постоянно иметь запас по давлению, в результате чего уменьшается потребная производительность воздухоразделительной установки и обеспечивается постоянная готовность к изменению режимов полета летательного аппарата и выполнению им различных маневров, во-вторых, поддержание максимально возможного избыточного давления служит для обеспечения взрывобезопасной концентрации кислорода на режиме набора высоты благодаря препятствованию выделению из топлива растворенного кислорода. Величина избыточного давления может составлять, например, от 0,4 до 0,9 ати (данные значения приводятся только в качестве примера и не ограничивают область применения предлагаемого изобретения).The bleed pressure through the
При выполнении предполетной подготовки на летательном аппарате, не эксплуатировавшемся в течение длительного периода, проводится продувка надтопливного пространства с помощью наземного источника азота, для подключения которого служит штуцер 17. Наземный источник азота может также подключаться в случае необходимости обеспечения взрывобезопасности при сливе топлива с летательного аппарата. Обратный клапан 18 препятствует попаданию в ВРУ 2 топлива и азота, подаваемого из наземного источника.When preflight preparation is performed on an aircraft that has not been used for a long period, the fuel space is purged using a ground nitrogen source, the
Проверка работоспособности ВРУ 2 в наземных условиях при неработающих двигателях осуществляется с помощью наземного источника сжатого воздуха, который подключается через штуцер 19. Обратный клапан 20 предназначен для обеспечения подачи воздуха при наземной проверке только в направлении ВРУ 2.Checking the operation of the ASU 2 in ground conditions with idle engines is carried out using a ground source of compressed air, which is connected through the
Таким образом, предлагаемая система отличается от аналогов:Thus, the proposed system differs from analogues:
отсутствием необходимости регулирования характеристик потока (содержания кислорода, расхода) направляемого в топливные баки нейтрального газа в зависимости от режима полета путем применения нескольких модулей разного типа или устройств, регулирующих расход нейтрального газа, подаваемого в топливные баки летательного аппарата;the absence of the need to regulate the flow characteristics (oxygen content, flow rate) of the neutral gas directed to the fuel tanks depending on the flight mode by using several modules of different types or devices that regulate the flow of neutral gas supplied to the aircraft fuel tanks;
способом поддержания взрывобезопасной концентрации кислорода в надтопливном пространстве баков на режиме набора высоты, отличающимся тем, что помимо продува баков нейтральным газом, поддерживается такое избыточное давление, при котором выделения кислорода, растворенного в топливе, не происходит или оно минимально;a method of maintaining an explosion-proof oxygen concentration in the fuel space of the tanks at a climb mode, characterized in that in addition to purging the tanks with neutral gas, an overpressure is maintained at which the release of oxygen dissolved in the fuel does not occur or is minimal;
применимостью для маневренных летательных аппаратов;Applicability for maneuverable aircraft;
простотой конструкции.simplicity of design.
Техническим результатом является уменьшение количества агрегатов системы наддува топливных баков нейтральным газом, упрощение конструкции и, следовательно, снижение ее объема и веса, а также повышение эксплуатационной технологичности и надежности системы и летательного аппарата.The technical result is to reduce the number of units of the system of pressurizing fuel tanks with neutral gas, simplifying the design and, consequently, reducing its volume and weight, as well as improving the processability and reliability of the system and the aircraft.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008124644/11A RU2376210C1 (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | System and method for aircraftfuel-tank pressurisation by neutral gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008124644/11A RU2376210C1 (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | System and method for aircraftfuel-tank pressurisation by neutral gas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2376210C1 true RU2376210C1 (en) | 2009-12-20 |
Family
ID=41625627
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008124644/11A RU2376210C1 (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | System and method for aircraftfuel-tank pressurisation by neutral gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2376210C1 (en) |
-
2008
- 2008-06-20 RU RU2008124644/11A patent/RU2376210C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8171932B2 (en) | Oxygen breathing device for an aircraft | |
EP1375349B1 (en) | Oxygen/inert gas generator | |
US7172157B2 (en) | Increasing the performance of aircraft on-board inert gas generating systems by turbocharging | |
WO2004002826A1 (en) | Modular on-board inert gas generating system | |
US6997013B2 (en) | Cooling system for an on-board inert gas generating system | |
US20050092177A1 (en) | Air separation system and method with modulated warming flow | |
CN101746508B (en) | Decompressing fuel-oil floor washing device and method | |
CA2913553C (en) | Nitrogen enriched air generation and fuel tank inerting system | |
EP2838795B1 (en) | Aircraft fuel supply systems | |
US20070144347A1 (en) | Method and Apparatus for Generating an Inert Gas on a Vehicle | |
RU2673123C2 (en) | Method and device for inerting a fuel tank | |
US11241653B2 (en) | Inert gas generator for an inerting system of an aircraft system of an aircraft fuel tank, and inerting method | |
US9345913B2 (en) | Oxygen breathing device with elongated supply time | |
EP1725450A1 (en) | Aircraft fuel tank and inerting system therefor | |
US20140353427A1 (en) | Fire extinguishing system for an aircraft | |
US20210178301A1 (en) | Air seperation modules, nitrogen generation systems, and methods of making air separation modules | |
US10603529B2 (en) | Method for controlling the purity/flow rate relationship of an inert gas injected into a fuel tank, an inerting system for carrying out the method | |
RU2376210C1 (en) | System and method for aircraftfuel-tank pressurisation by neutral gas | |
WO2013124344A1 (en) | Oxygen breathing device with elongated supply time | |
JP2020524634A (en) | System for deactivating at least one volume in an aircraft via at least one fuel cell | |
RU2742641C9 (en) | Method and system of fuel tank inertisation | |
US20050263005A1 (en) | Means for air fractionization | |
US10486824B2 (en) | Method for controlling a fuel tank inerting system and an inerting system for carrying out the method | |
CN112298581A (en) | Device and method for inerting oil tank of military unmanned aerial vehicle by using fuel oil backwashing | |
RU2319033C1 (en) | Method of blowing launch vehicle engines with nitrogen and system for realization of this method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20130527 |