Топливные системы

ТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ

Топливные системы предназначены для подачи необходимого количества топлива к двигателям. К ним предъявляются такие требования:

1. Надежное питание двигателей топливом на всех режимах полета.

2. Пожарная безопасность.

3. Емкость баков должна обеспечить размещение необходимого количества топлива.

4. Автоматическая и максимальная выработка топлива из баков в заданной последовательности и сохранение при этом центровки летательного аппарата в допустимом диапазоне.

5. Закрытая заправка топливом для летательных аппаратов с общей емкостью баков более 6000 л.

6. Слив топлива в полете для летательных аппаратов, имеющих ограничения по посадочному весу или центровке.

7. Полный слив топлива на земле.

8. Надежный и удобный контроль работы топливной системы на земле и в полете.

Для ПД в качестве топлива применяют бензин Б-70, Б-91/115 и Б-95/130 (ГОСТ 1012—54). Некоторые двигатели используют бен­зин СБ-78 состава 20-25% Б-91/115 + 80 — 75%Б-70 (ТУ 4—60). ТРД и ТВД работают на керосине сортов Т-1, ТС-1 (ГОСТ 10227— 62), Т-5 (ГОСТ 9145—59), Т-6 и Т-7 (ГОСТ 12308—66).

При анализе работы топливных систем и их эксплуатации при­ходится встречаться со следующими, характеристиками топлив:

плотность (удельный вес), давление насыщенных паров,. вязкость, теплоемкость, теплопроводность (см. приложения 3—7).

Топливная система является комплексом систем: питания дви­гателей топливом, дренажа топливных баков, автоматического уп­равления расходом топлива и измерения его количества. Система питания двигателей топливом состоит из магистралей, обеспечиваю­щих подачу топлива к двигателям, его заправку и слив.

МАГИСТРАЛИ ПОДАЧИ ТОПЛИВА К ДВИГАТЕЛЯМ СХЕМЫ ПОДАЧИ ТОПЛИВА

На выбор рациональной схемы подачи топлива к двигателям ока­зывают влияние назначение и компоновка летательного аппарата, режимы его полета, тип и число двигателей, сорт применяемого топлива, мероприятия по обеспечению безопасности, высотности полета и надежности летательного аппарата. Сложность создания рациональной схемы подачи топлива к двигателям обусловлена необходимостью размещения большого количества топлива в ограниченном объеме, необходимостью соблюдения установленного диапазона изменения центровки, требованиями по обеспечению беспе­ребойной работы двигателей в большом диапазоне скоростей и высот полета, внедрением автоматических устройств, обеспечивающих заданную программу выработки топлива и контроль работы топ­ливной системы.

Рассмотрим некоторые применяемые схемы подачи топлива к двигателям (рис. 40). Выработка топлива из бака 5 при помо­щи насоса 6 позволяет создать достаточно большое давление на входе из насос двигателя, обеспечивая необходимую высотность.

Рис. 40. Магистраль подачи топлива к двигателям

Надтопливное пространство, _бака сообщается с окружающим воздухом при помощи заборника 1. Такая выработка топлива из баков называется открытой. Она является основной на летательных аппаратах гражданской авиации. Бак заправляют топливом через заливную горловину или штуцер 4. Определение количества топлива в баке и сигнализация об аварийном остатке производятся при помощи топливомера с датчиком 2 и указателями 3.

Насосы, применяемые для выработки топлива из баков и для создания давления на входе в насос двигателя, получили название подкачивающих насосов летательного аппарата (11НЛ). Назначением ПНЛ является преодоление всех сопротивле­ний на пути от бака до насоса двигателя и обеспечение необходимого давления на входе в его насос. На современных летательных аппаратах для обеспечения надежной подачи топлива двигателям при­меняется многоступенчатая подкачка. Обычно обходятся одним подкачивающим насосом 6 на летательном аппарате и одним подка­чивающим насосом двигателя (ПНД) 14. При этом ПНЛ создает, не­обходимое давление на входе в ПНД, а последний обеспечивает потребное давление на входе в основной насос двигателя (ОНД) 24.

Преимущество выработки топлива из баков при помощи ПНЛ за­ключается в том, что баки не нагружены и вес их невелик. Можно откачать топливо из бака, расположенного ниже двигателя. Режим работы ПНЛ во многих случаях регулируют, поддерживая необ­ходимое давление. Определенный порядок включения и выключения ПНЛ обеспечивает программную выработку топлива из баков. К недостаткам относится то, что необходима мощность для привода ПНЛ. Увеличение тяги (мощности) газотурбинных двигателей (ГТД) и соответственный рост часового расхода Топлива увеличивают мощность, вес и габариты ПНЛ. Давление, создаваемое ПНЛ, должно быть больше минимально допустимого, на которое настроен датчик сигнализатора давления 7. При этом условии в зависимости от устройства сигнализации дав­ления за ПНЛ на приборной доске летчиков гаснет красная или загорается зеленая лампа 8.

 

Рис. 41. Выра­ботка топлива из бака самоте­ком:

/ — заборник воз­духа из атмосфе­ры; 2—бак;

3— трубопровод по­дачи топлива к насосу двигателя

Обратный клапан 9 обеспечивает необходимое направление движения топлива. Например, при наличии у одного бака двух ПНЛ в случае выхода из строя одного из них топливо, захватываемое дру­гим, возвращалось бы через неработающий насос в бак. Но обратный клапан, находящийся за не­работающим ПНЛ, перекроет подачу топлива в бак. Аналогично работают обратные клапаны при вступ­лении в действие топливного аккумулятора 10, при открытии крана перекрестного питания 12 и в других случаях. Воздух из топливной камеры аккумулятора через дроссель 11 поступает в бак.

Пожарный кран 13 перекрывает подачу топ­лива. При помощи датчика расходомера 15 опре­деляют расход топлива по указателю 16. При охлаждении масла топливом в магистраль включают топливно-масляный радиатор 17, который также подогревает топливо. При этом улучшается распыл и предохраняется фильтр 19 от обмерзания. Если для питания двигателя требуется расход топлива меньше, чем для охлаждения масла в топливно-масляном радиато­ре, то часть топлива, пройдя радиатор, можно по перепускной ма­гистрали 18 вернуть в бак. Датчик сигнализатора давления 20 с указателем 21 дает возможность судить о засорении (обмерзании) фильтра 19. Датчик манометра (или сигнализатора давления) 22 подает сигнал на прибор 23, который показывает значение (или на­личие) давления перед ОНД. При помощи датчика давления 25 за ОНД и манометра 26 определяют величину давления перед коллек­тором форсунок 27.

Выработка топлива из баков самотеком (рис. 41) возможна, но малоэффективна. Такой способ выработки применяется на лета­тельных аппаратах со сравнительно маломощными ПД, где потреб­ное давление на входе в насос двигателя невелико. На летательных аппаратах с двигателями, развивающими большую тягу (мощность), выработка топлива из баков самотеком применяется для перели­вания топлива из высокорасположенного бака в нижерасположенный. Это возможно при наличии поперечного V крыла.

Выработка топлива из баков вытеснением может быть осуществлена сжатым воздухом или нейтральными газами (рис. 42). Надтопливное пространство бака изолировано от окружающего воздуха (происходит закрытая выработка). Преимуществами закрытой наработки являются: большая высота полета, отсутствие топливных насосов на летательном аппарате (иногда и на двигателе), возмож­ность регулирования давления, отсутствие дренажа, потерь на испарение топлива и расхода энергии на привод насосов. Однако имеются существенные недостатки: большой вес нагруженных ба­ков и малая живучесть их при повреждении.

 

Рис. 42. Выработка топлива из бака вытеснением:

1-  бак; 2—трубопровод подачи топлива к насосу двигателя;

3 и 4—пре­дохранительный и обратный клапаны;

5—заборник воздуха от двигателя

Рис 43 Объединение баков в группу:

1—заборник воздуха из атмосферы; 2—ба­ки;

3— дренажный трубопровод; 4—расход­ный бак;

5—подкачивающий насос: 6—топ­ливный трубопровод

На современных летательных аппаратах гражданской авиации выработка топлива из баков только вытеснением не применяется, но в некоторых случаях возможен наддув топливного бака небольшим избыточным дав­лением (15—30 кн/м2). Такое избыточное давление получают от компрессора двигателя (через дросселирующее устройство) или за счет скоростного напора.

При значительном количестве топлива для его размещения тре­буются большие баки. Затруднения при монтаже таких баков за­ставляют использовать сравнительно небольшие баки, но число их соответственно увеличивается. Для организации рациональной подачи топлива к двигателям с малыми гидравлическими сопротивлениями, небольшим весом магистралей и для обеспечения необхо­димого диапазона центровки баки объединяют в группы, обычно путем их последовательного соединения (рис. 43). Таким образом, | группу баков можно рассматривать как один большой бак с перего­родками.

Бак, на котором установлен подкачивающий насос для подачи топлива к двигателям, называется расходным, а магистраль, ведущая от расходного бака к двигателю, называется заборной. Группы баков (баки) могут, в свою очередь, объединяться параллель­но или последовательно.

Магистраль подачи топлива с параллельно объединенными груп­пами баков (рис. 44) дает возможность управлять расходом топлива по любой программе. Насос одного бака (одной группы) может работать на режиме, отличном от режима работы насоса другого бака (другой группы). В этом случае обратный клапан, расположенный у насоса с пониженным режимом работы, закроется, обеспечивая выработку топлива только из бака, где работает насос на повышенном режиме. Живучесть топливной системы при такой груп­пировке баков повышается. Для осуществления данной схемы надо располагать ПНЛ в каждой группе баков, что увеличивает вес кон­струкции и требует сложной системы питания.

Рис. 44. Магистрали подачи топлива к двум двигателям с

параллельно объединенными баками (группами баков):

/—баки; 2— подкачивающие насосы; Я—обратные клапаны;

4 и S— пожарный и перекрестного питания краны

Магистраль подачи топлива с последовательно объединенными группами баков (рис. 45) выполнена так, что из каждой группы топ­ливо направляется в расходный бак, а из него подается к двигате­лю. Такая схема позволяет снизить вес магистрали, так как требу­ется меньше насосов, сокращается число трубопроводов и можно •применить простую систему управления. Однако наличие расход­ного бака снижает живучесть топливной системы.

В топливных системах, имеющих магистраль подачи топлива с последовательно объединенными группами баков, топливо перелива­ется в расходный бак самотеком или перекачивается насосом. Для обеспечения этих операций предусматриваются переливные и пере­качивающие магистрали. Перекачивающие насосы (ПН) направляют топливо из одного бака в другой с давлением, необходимым только для преодоления сопротивлений на участке перекачки. Поэтому от них требуется меньший перепад давления, чем от ПНЛ. Это снижает вес и потребную мощность. Для предот­вращения переполнения расходного бака в нем монтируется кла­пан предельного уровня поплавкового типа.

Для обеспечения подачи топлива к нескольким двигателям при­меняются автономные, централизованные и комбинированные ма­гистрали. Выбор того или иного способа подачи топлива зависит от компоновки летательного аппарата и числа двигателей.

Рис. 45. Магистрали подачи топлива к двум двигателям с после­довательно объединенными баками (группами баков):

/—баки; 2 и 5 —перекачивающие и подкачивающие насосы; 3—расходные баки; 4 и 6—предохранительный поплавковый и обратные клапаны;

7 8 и 9—пожарные, объединения баков и перекрестного питания краны

Автономные магистрали (см. рис. 44 и 45) подают топливо к каждому двигателю летательного аппарата от определен­ных групп баков.

Централизованная магистраль (рис. 46) вы­полнена так, что топливо от одного расходного бака (или от несколь­ких баков через многоходовый кран) подается ко всем двигателям.

Комбинированные магистрали представляют собой сочетание автономных и централизованных. На рис. 47 по­казаны комбинированные магистрали, состоящие из двух автоном­ных магистралей (левая и правая), но каждая из них централизованно подает топливо к двум двигателям.

На летательных аппаратах с нечетным числом двигателей подачу топлива к среднему двигателю, обычно расположенному в хвостовой части фюзеляжа, обеспечивают ПНЛ двух автономных маги­стралей. В пределах допусков эти насосы отличаются напорными характеристиками, что может привести к неодинаковой подаче топлива насосами автономных магистралей с последовательно объе­диненными баками к указанному двигателю и в результате—к разным уровням топлива в расходных баках. Аналогичное явление наблюдается при открытии крана перекрестного питания и подаче топлива насосами двух автономных магистралей к одному двигателей. Даже при одинаковых характеристиках насосов из-за разных гидравлических сопротивлений заборных магистралей расходы топлива по каждой из них будут различными.

Выравнивание уровня топлива в расходных баках автономных магистралей можно осуществить самотеком, путем объединения баков переливной магистралью (см. рис. 45).

Рис. 46. Централизован­ная магистраль подачи топлива к двум двига­телям:

/—баки;

2 и 5—перекачи­вающие и подкачивающий насосы;

3 и 6—запорные и пожарные краны; 4—рас­ходный бак

При достижении определен­ного превышения уровня топлива в одном баке над уровнем топлива в другом и открытом кране 8 объединения баков будет происходить перелив топлива.

Для повышения надежности питания двигателей топливом применяют следующие мероприятия.

Рис. 47. Комбинирован­ные магистрали подачи топлива к четырем дви­гателям:

/—расходные баки;

2—под­качивающие насосы;

3—об­ратные клапаны;

4 и 5— пожарные и перекрестного питания краны

Перекрестное питание двигателей топливом (кольцевание, объе­диненное питание) применяют на летательном аппарате с несколь­кими баками, (группами баков) и с двумя или большим числом дви­гателей. Заборные магистрали соединены после ПНЛ магистралью перекрестного питания (см. рис. 44, 45 и 47). В случае выхода из строя одного из двигателей при открытом кране перекрестного пи­тания топливо будет подаваться к работающему двигателю не только от своей заборной магистрали, но и от заборной магистрали нера­ботающего двигателя. Если выйдут из строя ПНЛ какой-либо авто­номной заборной магистрали, то работа двигателя, получавшего юпливо по этой магистрали, при открытом кране перекрестного питания будет обеспечена за счет работы ПНЛ другой заборной магистрали. Поэтому возможная производительность ПНЛ превышает максимальный расход топлива одним двигателем. Однако из баков сборной магистрали с вышедшим из строя ПНЛ топливо не будет вырабатываться, и это скажется на центровке летательного аппарата, дальности и продолжительности полета. Магистраль перекрестного питания может быть также использована для выравнивания остатка топлива в расходных баках автономных заборных магистралей.

 

Рис. 48. Топливные баки:

а—без перегородки; б—с перегородкой и обратным клапаном

Заборные отсеки с обратными клапанами применяют в баках для исключения отлива топлива от ПНЛ при эволюциях летатель­ного аппарата и при действии перегрузок. Они создают резервный объем топлива при его отливе от заборника подкачивающего насоса Рис. 48). Возможна также установка подкачивающих и перекачивающих насосов в заборных отсеках Резервирование ПНЛ состоит и том, что при выходе из строя одного насоса включается в работу другой. Последний для повышения живучести топливной системы может иметь другой тип привода.

Дублирование ПНЛ выражается в установке двух параллельно работающих насосов, каждый из которых обладает производитель­ностью, достаточной для самостоятельного питания двигателей топ­ливом. При совместной работе каждый ПНЛ обеспечивает примерно половину расхода топлива дви­гателями, что снижает потреб­ный кавитационный запас давле­ния и повышает высотность однако дублирование увеличивает вес конструкции и требует дополнительной мощности на привод насосов.

.

Рис 49 Разгрузочные магистрали для перепуска топлива при повышенном давлении

1 - бак; 2 - подкачивающий насос;

3 и 5 - обратный и разгрузочный клапаны;

4 - пожарный кран.

Разгрузочные магистрали при повышении давления на некото­рых участках заборной магистрали сверх определенного значения перепускают топливо из участка с большим давлением в участок с малым давлением, например, в бак (рис. 49). Давление может повыситься после остановки двигателя при закрытии пожарного крана. При этом прекращается движение холодного топлива. Оно, нагреваясь на участках магистрали, проходящих вблизи еще горя­чих частей двигателя, расширяется, вызывая деформации элементов магистрали. Кроме того, краны с рычажным управлением запорной заслонкой работают неудовлетворительно при наличии большого противодавления. Разгрузка от повышенного давления осущест­вляется разгрузочными клапанами, которые могут представлять собой самостоятельную конструкцию или монтироваться на обрат­ных клапанах. Простейшим видом разгрузки является небольшое отверстие в обратном клапане.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Баки

Баки предназначены для содержания необходимого количества топлива. Они подразделяются на основные, дополнительные и рас­ходные. В зависимости от монтажа дополнительные баки делятся на помещаемые внутри летательного аппарата и на подвесные, которые могут сбрасываться.

Баки на летательном аппарате размещают в фюзеляже или в крыле. Вес топлива на современном летательном аппарате доходит до 35—50% его взлетного веса. В связи с этим при выборе разме­ров летательного аппарата приходится учитывать вопросы разме­щения топлива. Выработка топлива из баков, расположенных в концевых тонких частях крыла, при эволюциях плохая. Поэтому необходимо максимально использовать корневые сечения крыла. Нахождение в этих частях крыла двигателей и гондол шасси за­трудняет размещение здесь топлива.

В зависимости от материалов баков и их конструкции они де­лятся на мягкие, жесткие и кессонные.

Мягкие баки изготовляют из топливостойкой резины с наруж­ным слоем из прорезиненной ткани (корда), капронового полотна» заменителя кожи, плащ-палатки. Они не имеют силового набора или же их внутренний набор не связан жестко со стенками бака. Нахо­дясь в контейнере, они воспринимают небольшое внутреннее избы­точное давление, но не допускают разрежения.

Эти баки получили широкое распространение. Их легко монти­ровать при малых размерах люков. Они обладают большой живу­честью. При возможном ударе летательного аппарата о землю мяг­кие баки не разрушаются, лучше используют объем летательного аппарата и не чувствительны к вибрациям. Такие баки не сложны в изготовлении, вес их меньше, чем у металлических такого же объема. Они обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, что уменьшает подогрев топлива при сверхзвуковых скоростях полета.

Недостатком мягких баков является то, что при понижении температуры они теряют эластичность. Это затрудняет их монтаж в зимних условиях (перед постановкой баков их приходится подогревать, теплым воздухом), ведет к подтеканию топлива в местах соеди­нения арматуры. Также не исключена возможность растворения некоторого количества резины внутреннего слоя в топливе. Поэтому мягкие баки необходимо периодически промывать. Их наружный слой разрушается от действия пролитого при заправке топлива.

Жесткие баки изготовляют обычно из листов алюминиево-марганцевых сплавов АМц и АМцП (полунагартованного) и АМцМ (отожженного). Эти листы допускают глубокую выколотку, хорошо свариваются, эластичны и достаточно стойки против коррозии. Баки состоят из днищ, обечаек и внутреннего набора в виде перегородок для обеспечения жесткости баков и успокоения движения топлива.

Обычно днища и обечайки привариваются, а внутренний набор приклепывается. В перегородках имеются отверстия для сообщения полостей бака между собой. Жесткие баки крепят к силовым эле­ментам летательного аппарата при помощи лент и амортизирующих. подкладок. Это уменьшает воздействие вибраций и деформаций частей летательного аппарата на баки. Большой вес жестких баков трудность монтажа и демонтажа их на летательном аппарате и малая вибростойкость ограничивают их применение.

Кессонные баки являются разновидностью жестких. Для уст­ройства топливного резервуара используют емкость и силовую кон­струкцию крыла. Такие баки имеют хорошие весовые характеристики (нет специальных стенок и днищ), не требуют специальных монтажных и демонтажных работ. Наивыгоднейшее использование объема крыла увеличивает емкость топливных резервуаров. По этим при­чинам кессонные баки получили широкое распространение. Недостатком является их подверженность термическим, аэродинамиче­ским и вибрационным нагрузкам. Герметичность сохраняется при­менением тепло-, морозо - и топливостойких герметиков.

Для обеспечения работы топливной системы баки снабжены. арматурой, к которой относятся: заправочные горловины, отстой­ники, сливные краны, клапаны обратные и предельного уровня» штуцера питания, соединения баков между собой, дренажа, подвода нейтральных газов, фланцы крепления измерительной аппаратуры, насосов. Для осмотра баков имеются люки со съемными крышками.

Объемное количество топлива Ет, которое должно быть помещена в баки, равно

Ет = Gт / γ +Ен. о + Еисп

где Ет — вес топлива, необходимый для полета с заданной макси­мальной дальностью и продолжительностью с учетом навигационного запаса не менее чем на 1ч полета

γ — наименьший удельный вес топлива (при температуре 45° С;)

Ен. о — невырабатываемый остаток топлива;

Еисп — потери на испарение топлива в атмосферу.

Невырабатываемый остаток топлива возникает вследствие кон­структивных особенностей расположения ПНЛ на баке или внутри его. При расположении насосов на стенках баков невырабатывае­мый остаток топлива увеличивается, но не должен превышать 1 % от общего количества топлива.

Потери на испарение зависят от сорта топлива, времени полета и конструкции наружных патрубков дренажных трубопроводов. У керосина эти потери составляют примерно 0,2—0,5% от перво­начального количества на 1 ч полета. Общий объем баков

Eб=Eт+ ΔEк+ΔEс

где ΔEк —объем баков, занятый агрегатами (датчики топливоме-ров, подкачивающие насосы, клапаны предельного уровня и слива, внутренний набор и другие конструк­тивные устройства, находящиеся внутри бака). Ориен­тировочно можно считать, что A£„ составляет 2—3% от общего объема;

ΔEс— свободный объем баков, необходимый для расширения топлива при нагреве (не менее 2% от общего объема баков). Для ориентировочных расчетов можно принять, что общий объем баков Eб=1,05Eт

Трубопроводы

Трубопроводы служат для соединения агрегатов данной маги­страли и подачи жидкости. В зависимости от материала они могут быть жесткие и гибкие. Трубопроводы подвергаются деформациям и вибрациям в результате влияния на них частей летательного аппарата и двигателя, а также в результате гидравлических ударов и пульса­ции давления топлива. Магистраль из жестких трубопроводов долж­на иметь гибкие участки для снижения вибрационного воздействия.

Жесткие трубопроводы изготовляют из дюралюминия, алюминиево-марганцевых сплавов, латуни и стали. Последняя применяется при наличии в магистрали высокого давления (подача топлива к форсункам). Для предохранения от коррозии трубопроводы из алюминиево-марганцевых сплавов могут анодироваться, из стали — оцинковываться.

Гибкие трубопроводы (шланги) применяются для соединения жестких трубопроводов или на участках, где затруднен. монтаж.

При монтаже труб следует избегать возвышений, в которых мог бы скапливаться воздух, а также прогибов, препятствующих выработке и сливу топлива из магистрали. Малый радиус изгиба грубы увеличивает гидравлические сопротивления и концентрацию напряжений. Рекомендуется выполнять изгиб трубы так, чтобы ра­диус изгиба (до оси трубы) был не менее трех ее наружных диаметров. И местах, где нельзя изогнуть трубопровод, ставят угольники. Для соединения жестких труб между собой и присоединения их к агре­гатам применяют соединения дюритовыё, с развальцовкой труб и ниппельные. Гибкие шланги соединяют между собой при помощи наконечников. При соединении нескольких труб устанавливают тройники и крестовины.

Внутренние диаметры трубопроводов определяют гидравличе­ским и весовым расчетами магистрали. Для уменьшения гидравличе­ского сопротивления необходимо ограничить скорость течения жидкости. В магистралях подачи топлива к двигателям скорость тече­ния топлива находится в пределах 2—5 м/сек. В других магистра­лях возможны более высокие скорости. Большие скорости течения топлива в трубопроводах, хотя и уменьшают их диаметр и вес, но вызывают значительные гидравлические сопротивления и увеличе­ние заряда статического электричества. С другой стороны, малые скорости течения топлива приводят к большим диаметрам трубо­проводов, что увеличивает их вес и создает трудности при монтаже.

Толщина стенки не должна быть меньше 1 мм для труб из алю­миниевых сплавов и 0,5 мм — из стали. Расчетные значения диамет­ра и толщины стенки трубы уточняют по размерам, указанным ГОСТ 1947—56 на трубы из алюминия и алюминиевых сплавов (см. приложение 8) и ГОСТ 8734—58 на трубы стальные бесшовные холоднотянутые и холоднокатаные.

Насосы

Насосами называются гидравлические машины, осуществляющие перекачку жидкости с необходимым перепадом давления. Насосы, применяемые в топливных системах авиационных силовых установок, делятся на лопастные и объемные.

В лопастных насосах вращающееся лопаточное колесо сообщает жидкости повышенное давление и с увеличенной скоростью отбра­сывает ее в отводящее устройство. К лопастным относятся центробежные насосы.

В объемных насосах жидкость под давлением вытесняется из рабочей камеры в напорную. Они делятся на поршневые и роторные. У роторных жидкость вытесняется из подвижных рабочих камер вращающимися вытеснителями. К роторным относятся пластинчато - коловратные насосы.

0ычно ПНЛ и ПН бывают центробежные, ПНД — центробежные и пластинчато-коловратные. Преимуществами центробежных насосов являются равномерная производительность, минимальное количество подвижных частей, отсутствие клапанов, простота обслуживания, небольшие вес и габариты, дешевизна. К недостаткам относятся небольшая высота всасывания, умеренная величина к. п. д. (обычно не выше 0,6), возможность срыва работы из-за по­явления кавитации при малых давлениях на входе.

Топливо, подаваемое в центробежный насос, проходит сетча­тый фильтр 1 (рис. 50), который предохраняет насос от попадания, в него механических частиц, предотвращает образование воронки (вихревого течения топлива) на входе в насос при небольшом ко­личестве топлива в баке и подсос воздуха через эту воронку. Пройдя фильтр, топливо захватывается осевым колесом 2, которое создает некоторый напор и предварительную закрутку потока перед входом его на центробежное колесо. Антикавитационные свойства насоса при этом улучшают­ся, так как осевое колесо обеспечивает перепад дав­ления, компенсирующий падение давления на входе в центробежное колесо.

Рис. 50. Внебаковый подкачивающий насос (нерабочее состояние—обратный клапан 6 открыт)

Рабочее центробежное колесо 3 может быть за­крытого (двухдискового), полуоткрытого (однодискового) или открытого типа (без дисков). Выбор того или иного Типа определяется действующими на­грузками. Для уменьше­ния гидравлического со­противления неработающего насоса предусмотрен обратный клапан 6. При работе насоса клапан перекрывает отверстия 4 во входной части насоса. При отказе в работе насоса давление падает, клапан опускается и часть жидкости проходит через отверстия, минуя рабочее колесо. После рабочего колеса топливо направляется в отводящее устройство 5, которое преобразует кинетическую энергию потока в энергию давления и раскручивает жидкость для уменьшения сопротивления. Отводящие устройства сделаны обычно в виде спирального или кольцевого лопаточного диффузора. Из отводящего устройства жидкость поступает в магистраль.

Привод во вращение вала центробежного насоса встреча­ется электрический. или механический. Последний может быть осу­ществлен от вала. авиационного двигателя при помощи гидро - либо пневмотурбины. Электрический привод — наиболее легкий для не­больших ПНЛ. Для питания электродвигателей таких

Рис. 51. Внутрибаковый подкачивающий насос:

/ —корпус;

2—сетчатый фильтр;

3 —электродвигатель

Рис. 52. Внутрибаковый кессонный подка­чивающий насос:

/—корпус; 2—кольцевой канал; Я—выходной патрубок; 4— электродвигатель; 5— кожух;6—рабочее центробежное колесо; 7—осевое колесо

насосов обычно применяется система постоянного тока напряжением 27 в.

Для более мощных ПНЛ целесообразно для уменьшения веса перейти на систему переменного трехфазного тока с напряжением 200 в и частотой 400 гц. Преимуществом двигателей, работающих временном токе, является отсутствие коллектора и щеток, что обеспечивает их ресурс и снижает уровень радиопомех. ПНЛ с электрическим приводом могут быть размещены вне или внутри бака и магистрали.

Внебаковые ПНЛ крепят на нижней или боковой стенках бака. Последний способ размещения насоса позволяет лучше использовать внутрибаковое пространство, но приводит к значительному невырабаемому остатку.

Внебаковые насосы монтируют на топливном баке так, что корпус насоса

с укрепленным на нем электродвигателем помещается с наружной стороны. Благодаря хорошему доступу к насосу и электродвига­телю внебаковые насосы удобны в эксплуатации. Электродвигатели снабжены вентиляторами. Имея достаточное охлаждение, внебаковыe ПНЛ могут работать на повышенных режимах без перегрева.

Внутрибаковые насосы устанавливают на нижней стенке. бака Рис. 51). При внутрибаковом размещении насоса лучше используется внебаковое пространство и снижается невырабатываемый остаток топлива. Нахождение двигателя в топливе, а в некоторых птах и циркуляция топлива вокруг корпуса электродвигателя, спо­собствует его охлаждению. Но при выработке топлива из бака охлаждение электродвигателя ухудшается. Поэтому длительная работа внутрибакового насоса без топлива недопустима. Применение кессонных баков привело к созданию кессонных внутрибаковых насосов. У них вся насосная часть вместе с отводящим устройством II подводом электропитания находится внутри бака (рис. 52).

Размещение подкачивающих насосов на магистрали, вдали от бака, не получило распространения. Их высотность мала, так как участок магистрали от бака до насоса представляет собой гидравли­ческое сопротивление. Кроме того, выделяющийся на входе в насос воздух не отводится в бак, а направляется через насос к двигателю.

При необходимости ПНЛ могут иметь разную скорость вращения. Различные режимы работы насоса (например, дежурный, номи­нальный и форсированный) вместе с использованием обратных кла­панов обеспечивают программу выработки топлива при параллель­но объединенных группах баков магистрали подачи топлива к двигателям

Изменение скорости вращения у электродвигателей по­стоянного тока с параллельным возбуждением достигается изменением сопротивления обмоток возбуждения.

Привод вала центробежного насоса от вала двигателя применя­ется для ПНД. Необходимая скорость вращения достигается при помощи редуктора. Для регулирования давления с изменением рас­хода топлива эти насосы снабжены регуляторами давления.

Привод вала ПНЛ при помощи пневмотурбины (пневмотурбопривод) может быть осуществлен отбором воздуха от компрессора двигателя или путем использования скоростного напора набегаю­щего потока воздуха. Пневмотурбопривод ПНЛ целесообразно при­менять на летательных аппаратах с большими расходами топлива. Вес и габариты пневмотурбопривода гораздо меньше, чем у электропривода. Недостатком пневмотурбопривода ПНЛ с отбором воз­духа от компрессора двигателя является то, что насос не может подавать топливо на режимах запуска и малого газа. Для обеспе­чения работы пневмотурбопривода ПНЛ на этих режимах можно применять подачу воздуха от баллонов, пополняемых затем в про­цессе вступления двигателя в работу. Топливо на этих режимах можно также подавать при помощи насоса с электроприводом, па­раллельного пневмотурбоприводному насосу.

Воздух, отбираемый к пневмотурбине ПНЛ от ком­прессора двигателя, имеет большую температуру. Поэто­му необходимы тщательное уплотнение вала ПНЛ и теп­ловая изоляция насосной части от турбинной. При не­достаточной герметичности и изоляции увеличивается тем­пература топлива. Отбор воз­духа сказывается также на работе двигателя: растет рас­ход топлива.

Пневмотурбопривод ПНЛ с использованием скоростного напора набегающего потока

воздуха применяется в аварийных случаях, при отказе насосов с другими типами приводов. Такие резервные насосы устанавли­вают в нижней части крыла. Для включения насоса в работу по­дается сжатый воздух, который выдвигает турбинную часть в воз­душный поток. Из-за увеличения лобового сопротивления крыла нельзя использовать такой привод для обеспечения постоянной работы ПНЛ.

Привод вала ПНЛ при помощи гидротурбины (гидротурбопри-нод) лишен многих вышеуказанных недостатков. При использова­нии топлива в качестве рабочего тела для привода турбины можно обойтись простейшими уплотнениями вала и не требуется тщатель­ная тепловая изоляция насосной части от турбинной. Для подачи топлива к турбине ПНЛ используют ПНД и ОНД. Для получения необходимого давления в гидротурбоприводе ПНЛ (15—25 кГ/см2) ч ПНД нужно располагать вторую ступень соответствующего дав­ления или в ОНД организовать перепуск части топлива.

Преимуществами гидротурбопривода являются малый вес и габариты, пожарная безопасность, простота конструкции и надеж­ность в эксплуатации. Недостаток заключается в невозможности подачи топлива на режимах запуска и малого газа.

Работу ПНЛ с турбоприводом регулируют изменением расхода и давления воздуха или топлива, подводимых к турбине.

Рис. 54. Характеристики Подкачиваю­щего насоса ЭЦН-Т при различных ре­жимах (штриховые линии — потребляе­мая сила тока):

/—дежурный; 2 номинальный;

3—форсиро­ванный

Для центробежных ПНЛ с турбоприводом расход воздуха или жидкости Wт необходимый для привода турбины, можно определить по формуле

W T = Δ PП W дв / ΔPT η П η Т

Если принять значения к. п. д. турбины и насоса =0.7 и отношение перепада давления, создаваемого насосом, к перепаду давления, срабатываемому на турбине, около 0,05, то получим, что расход воздуха или жидкости в данном случае должен быть примерно в 10 раз меньше расхода топлива двигателем Wдв. .

Фильтры

Для обеспечения надежной работы агрегатов двигателя топливо не должно содержать механические примеси. Поэтому топливо как в самой топливной системе летательного аппарата, так и вне ее перед заправкой) тщательно фильтруют.

Фильтрацию производят путем перепуска топлива через порис­тый материал, задерживающий механические частицы, размеры ко­торых превышают размеры поровых ячеек. Таким образом, размер стороны ячейки в свету характеризует тонкость очистки.

Баки летательных аппаратов заправляют предварительно очищенным топливом. Первую фильтрацию осуществляют на складе аэропорта в раздаточном пункте при заполнении топливозаправщиков, вторую—в процессе заправки через фильтры топливозаправщиков, с тонкостью очистки до 5 мк. Заправка баков очищенным топливом еще не обеспечивает надежную работу агрегатов топливной системы. В топливо могут попасть частицы мягких баков, продукты коррозии трубопроводов и агрегатов, кусочки резины. Поэтому на летательных аппаратах с ПД и ТРД топливо снова фильтруется, а на ТВД — дважды. Это объясняется конструктивными особенностями топливной аппаратуры этих двигателей. На ТВД топливо вначале проходит фильтр грубой очистки с тонкостью очистки не менее -100 мк. Затем оно проходит фильтр тонкой очистки, который задерживает частицы размером более 8—10 мк.

Для обеспечения питания двигателей топливом фильтры снаб­жены перепускными клапанами, которые автоматически срабаты­вают при достижении заданного перепада давления на фильтрую­щем элементе в случае его засорения или обмерзания и сохраняют необходимый расход топлива. При рабочем давлении До 3 кГ/см2 кла­пан срабатывает при наличии перепада давления 0,4—0,6 кГ/см2, при давлении до 6 кГ/см2 — при 0,7—0,9 кГ/см2.

Фильтрующие элементы изготовляют из сетки или бумаги. Материал сетки (ГОСТ 6613—53) — никелевая, латунная или бронзовая проволока. Номер сетки указывает величину стороны ячейки в свету (табл. 4). 78

Таблица 4

Характеристики фильтрующих элементов

Материал		• Сетка
никелевая	бронзовая	латунная
саржевого плетения	плющен­ная № 000	№ 000	№ 000	№ 01	№ 02»
ГОНКОСТЬ ОЧИСТКИ, мк......	8—12	12—16	20—30	40	56	100	280

Сетчатые фильтрующие элементы выполняют в виде каркасов, имеющих в сечении цилиндрическую или звездообразную форму, а также в виде тарельчатых перфорированных дисков. Бумажные фильтрующие элементы изготовляют из бумаги АФБ-1К, пропитан­ной спиртовым раствором бакелитового лака (марки А). Для уве­личения поверхности бумага собрана в складки, поддерживаемые металлическим каркасом.

Подбор фильтра выполняют по характеристикам зависимости гидравлических сопротивлений от прокачки (см. рис. 26).

Топливные аккумуляторы

Топливные аккумуляторы обеспечивают кратковременную по­дачу топлива к ПНД при действии околонулевых и отрицательных перегрузок, при отливе топлива от ПНЛ в случае крена и скольже­ния летательного аппарата, а также отделение воздуха из топлива. Они бывают с плавающим поршнем и с мембраной (рис. 55).

Рис55. Топливные аккуму­ляторы:

. 1—поршневой; 2—мембранные

Чаще встре­чаются последние как более легкие (могут быть выполнены в виде шара).

На входе топлива в аккумулятор расположен обратный клапан. При действии околонулевых и отрица­тельных перегрузок, когда топливо из бака не подается к ПНЛ, обрат­ный клапан закрывается и топливо, находящееся в топливной камере ак­кумулятора, под давлением воздуха поступает к ПНД. После окончания действия этих перегрузок ПНЛ через открытый обратный клапан подает топливо в аккумулятор и к ПНД. Топливный аккумулятор необходимо устанавливать ближе к ПНЛ и обратному клапану. При наполнении аккумулятора топливом выделяющийся воздух по дренажной трубке отводится в бак или дренажный трубопровод.

79

РАСЧЕТ

Исходные данные

В задачу расчета входят определение диаметров трубопрово­дов магистралей, подбор ПИЛ и ПН, нахождение объема топливных аккумуляторов и высотности с работающими и выключенными ПНЛ, подбор, тепловой изоляции баков и расчет их на прочность.

При проектировочном расчете на основании заданных условий работы топливной системы (расход и температура топлива, высота и скорость полета) определяют диаметры магистралей и подбирают ПНЛ и другие агрегаты, обеспечивающие подачу топлива к двига­телям. При проверочном расчете, исходя из характеристик имею­щихся агрегатов и магистралей, делают проверку: обеспечит ли данная магистраль заданные условия работы. При расчете магистра­лей подачи топлива к двигателям используют оба вида расчетов.

Для расчета необходимо иметь следующие исходные данные:

схему магистралей. подачи топлива к двигателям";

параметры расчетного режима полета;

зависимость секундного расхода топлива от высоты полета;

характеристики применяемого топлива;

напорные и кавитационные характеристики ПНЛ и ПНД.

Расчет магистралей подачи топлива к двигателям ведут для участ­ков от баков до ПНД. Последний (вместе с расположенными за ним агрегатами) уже подобран на заводе-изготовителе двигателя для обеспечения работы ОНД. Но излагаемой методикой можно восполь­зоваться и для подбора ПНД.

Рассчитывают участки, магистрали, находящиеся в наименее благоприятных условиях подачи топлива (по длине трубопроводов и относительной высоте одного объекта над другим). Поэтому схе­ма топливной системы должна давать представление о протяжен­ности магистралей и превышении агрегатов. Исходя из необходи­мости рассматривать наименее благоприятные условия, берут слу­чай, когда топливо в баке на исходе (т. е. уровнем топлива в баке следует пренебречь).

Расчеты выполняют для ряда режимов. Необходимо проверить работу магистралей подачи топлива в наиболее тяжелых условиях работы. Таковыми являются разбег и разгон летательного аппара­та до скорости отрыва, взлет и набор высоты на взлетном режиме, горизонтальный полет на высоте заданного эшелона. Коэффициенты перегрузок берут из аэродинамического расчета. Если этих данных нет, то для летательных аппаратов гражданской авиации можно принять: n у = 4 и —1; пx = ± 0,3; пz == 0.

Зависимость секундного расхода топлива двигателем от высоты полета (рис. 56) указана в его характеристиках. Необходимые ре­жимы работы двигателей определяют в аэродинамическом расчете. Для расчета высотности летательных аппаратов гражданской авиа­ции с работающими ПНЛ рекомендуется принять характер изменения секундного расхода топлива по кривой абвг с тем, что на участке аб- взлетный режим, на участке вг—номинальный, а для расчета высотности с выключенными ПНЛ — по кривой абде, где на участке де — крейсерский режим.

Расчетная температура топлива для дозвуковых летательных аппаратов составляет обычно 45° С, так как в этом случае сильнее оказывается давление насыщенных паров топлива. Но для лета­тельных аппаратов с длинными магистралями необходимо выпол­нить расчеты и при температуре минус 60° С, так как здесь решаю­щими могут оказаться гидравлические сопротивления. Для сверхзвуковых летательных аппаратов расчетную температуру топлива в баках выбирают после расчета тепловой изоляции стенок топлив­ных баков. Большая толщина слоев тепловой изоляции дает воз­можность иметь сравнительно низкую температуру топлива в баках, но приводит к увеличению веса.

Рис. 56. Зависимость относительного секун­дного расхода топ­лива двигателем от высоты полета и ре­жима работы:

1— взлетный; 2 — номинальный; 3—крейсерский

.

Малая толщина слоев тепловой изоляции приводит к высокой температуре топлива в баках и ухуд­шению работы подкачивающих насосов и заборной магистрали. Та­ким образом, выбор расчетной температуры топлива в баках сверх­звукового летательного аппарата решается с учетом весов баков, насосов, трубопроводов и мощностей, потребных для привода насо­сов.

Подбор подкачивающего насоса и определение диаметров трубопроводов заборной магистрали

Подбор ПНЛ и определение диаметров трубопроводов ведут для максимального расхода топлива через заборную магистраль. Для летательных аппаратов с ГТД расчетная высота Н = 0, расчет­ный режим полета — взлетный.

Для получения расчетных формул составим уравнение Бернулли для сечения П—П (рис. 57), расположенного за ПНЛ, и сече­ния Д—Д — на входе в ПНД:

Δ р П + γТ V П 2 /2 g + γп у T = Рвх д + γТ V Д 2 /2 g + γД+ ΔрГ + ΔрИ

где Δ р П— перепад давления на ПНЛ;

V П и V Д — скорости течения топлива за ПНЛ и на входе в ПНД;

• уп и уд — высоты расположения сечении П—П и Д—Д;

Рвх д — давление на входе в ПНД.

Рис. 57. Расчетная схема магистралей подачи топлива к дви­гателям:

1—заборчик воздуха из атмосферы;

2— бак; З-ПНЛ;

4— обратный клапан;

5—топливный аккумулятор; 6 и'8— пожарные и перекрестного питания краны; 7—ПНД

В формуле (49) все слагаемые представляют собой давление, вы­раженное в ньютонах на квадратный метр.

Δ р П min = P вх Д min + γТ (V Д 2 - V П 2 )/2 g - γТ (Y П - YД) + Δ рГ + Δ р И (50)

Наименьший перепад давления, который должен создавать ПНЛ

Для обеспечения бескавитационной работы ПНД необходимо, чтобы

Рвх д min = Pt 4/1 + Δ р П кав ПНД min (51)

Подставляя выражение (51) в формулу (50) и заменяя Δ р г на значение по формуле (24), получим

Δ р min = P t 4/1 + Δ р П кав ПНД min + γТ (V Д 2 - V П 2 )/2 g - γТ (У П - У Д) +

+ с2 k2маг γТ W2расч + Δ р И

Если внутренний диаметр трубопровода постоянен по длине заборной магистрали, то равны и скорости течения топлива. Тогда разность динамических давлений γТ (V Д 2 - V П 2 )/2 g =0

При различных значениях внутреннего диаметра трубопровода исходят из условий постоянного значения скорости течения топлива по всем трубопроводам.

Формулу (52) можно тогда представить в виде

Δ р п min = P t 4/1 + Δ р П кав ПНД min - (УП - Уд) γТ + Δ р И +

+ с2 k2маг γТ W2расч = А + В kмаг2, (53)

где А - величина, не зависящая от диаметра трубопровода;

В — коэффициент при kмаг2

Эти коэффициенты определяются по формулам:

А = P t 4/1 + Δ р П кав ПНД min - (УП - Уд) γТ + Δ р И

В = с2 γТ W2расч

Для вычисления приведённого коэффициента гидравлических

сопротивлений элементов магистрали по формуле (26) необходимо

знать диаметр трубопровода. Для определения последнего нужно при данном расходе топлива располагать значением скорости течения топлива, которая в свою очередь зависит от диаметра трубопровода. Тогда для получения решения задаются значениями скорости на основании статистических данных. Более точное решение может быть получено при Использовании способа последовательных приближений или графоаналитического способа.

При наличии нескольких двигателей и расходных баков с ПНЛ возможны различные варианты течения топлива по заборной магистрали и соответственно разные значения приведенного коэффициента гидравлических сопротивлений k маг- Рассматривая три возможных варианта подачи топлива: одним ПНЛ к двум двигателям (при открытом кране перекрестного питания), одним ПНЛ

к одному двигателю (при закрытом кране перекрестного питания) и двумя ПНЛ к одному двигателю (при открытом кране перекрестного питания), можно установить, что расчетный—первый вариант.

Подача топлива одним насосом к двум двигателям. При отказе ПНЛ одной автономной магистрали подачи топлива к двигателю необходимо подавать к нему топливо насосом другой автономной магистрали и открыть кран перекрестного питания. Вместо автономных магистралей питания двигателей топливом получается централи­зованная подача топлива одним ПНЛ к двум двигателям по развет­вленному трубопроводу, включающему и магистраль перекрестного питания. Таким образом, при отыскании диаметра трубопроводов за­борной магистрали определяют и диаметры трубопроводов магист­рали перекрестного питания. Если до открытия крана перекрест­ного питания максимальный расход топлива через ПНЛ был Wдв то теперь он будет Wрасч == 2 Wдв.

В тех случаях, когда ПНЛ обеспечивает не только подачу топ­лива к ИНД, но и охлаждение масла в топливно-масляном радиа­торе, работу гидротурбопривода самого ПНЛ, открытие и закры­тие створок реактивного сопла, поворот лопаток входного направляющего аппарата компрессора, заполнение топливной камеры аккумулятора (расход через ПНЛ больше потребного расхода топлива двигателями, и часть топлива перепускается обратно в бак) необходимо вести расчет на увеличенный расход топлива WД :

WД =WДВ +WПЕР +WА. З

W пер — прокачка по перепускной магистрали;

WА. З — расход топлива при заполнении топливной камеры аккумулятора.

При открытии крана перекрестного питания в случае выхода из строя ПНЛ одной автономной магистрали и перепуске топлива расчетное значение расхода топлива составит

Wрасч =2 WД =2 (WД +WПЕР +WА. З ).

Рассмотрим графоаналитическое решение задачи по определению диаметров трубопроводов заборной магистрали и подбору ПНЛ задаемся несколькими значениями внутреннего диаметра трубопроводов dа на участке а (см. рис. 57). Это дает возможность определить по формуле (16) число Рейнольдса. Тогда для обычно ветречающегося турбулентного режима можно по формулам (18), (19) ; (20) определить коэффициент сопротивления от трения λ. Зная длину участка а и коэффициенты местных сопротивлений на этом участке, по формуле (23) находим эквивалентный коэффициент гидравлических сопротивлений ξэ. Приведенный коэффициент гидравлических сопротивлений ka для участка а рассчитываем по формуле (26). Принимая постоянным .значение скорости течения топ­лива V по всем трубопроводам магистрали, запишем

V = 4Wа /π d2а=4Wб /π d2б=4Wв /π d2в=4Wш /π d2ш (56).

Тогда d i = d a ( Wi /W a )0

где W a = Wрасч = 2 Wд

Полученное соотношение (57) дает возможность определить значения kб kв, а и затем по формуле (35) величину kмаг Так как топливные аккумуляторы обычно расположены вблизи заборной магистрали, то гидравлическим сопротивлением трубопровода, ведущего к аккумулятору, можно пренебречь и учесть только, местное сопротивление отвода. Если топливный аккумулятор поставлен вдали от заборной магистрали, необходимо учитывать такое разветвление

. Рис. 58. Подбор ПНЛ и определение диа­метра трубопровода:

/, 2, 3—напорные характеристики ПНЛ (ЭЦН - 45, ЭЦН-Т и ЭЦН-10 на номинальном режиме); 4— минимальное потребное давление ПНЛ

Используя уравнение (53), можно построить графически изменения наименьшего перепада давления Δ р п min, который должен

создавать ПНЛ в зависимости от диаметра dа (кривая 4 на рис. 58). Для решения задачи с этими двумя неизвестными необходимо иметь еще одно уравнение. Напорная характеристика ПНЛ может быть использована для представления недостающего уравнения в графической форме.

Зная расход топлива Wрасч можно по напорной характеристике подобранного ПНЛ (кривая 2) определить перепад давления, создаваемого подкачивающим насосом, которое равно минимальному перепаду давления, необходимого для заборной магистрали, и соответствующий диаметр dа. Используя соотношение (57), получаем диаметры других участков магистрали.

Рис. 59. Напорная ха­рактеристика ПНЛ и ха­рактеристики заборных магистралей при откры­тии и закрытии крана перекрестного питания:

/—напорная характеристи­ка ПНЛ; 2—кран перекрест­ного питания открыт (цент­рализованная подача к двум двигателям);

3 —кран пере­крестного питания закрыт (автономная подача)

Полученные расчетные диаметры труб уточняются по стандарту, (приложение 8).

Ели имеются несколько типов ПНЛ, то возможны различные варианты выбора необходимого перепада давления ПНЛ и диаметры трубопроводов. Здесь надо иметь в виду, что большие диаметры труб приводят к увеличению веса трубопроводов, а малые—требуют значительных перепадов давления ПНЛ и, соответственно, большую мощность на привод вала ПНЛ. Всесторонний учет этих обстоятельств позволяет прийти к оптимальному решению для дан­ных условий. Когда напорные характеристики имеющихся насосов не удовлетворяют требуемым значениям расхода и давления, не­обходимо заказать новый насос или модифицировать имеющийся (см. гл. II).

После подбора ПНЛ и определения диаметров труб всех участ­ков магистрали можно построить характеристику магистрали (кривая 2 на рис. 59). Тогда ее пересечение с напорной характеристи­кой подобранного ПНЛ (кривая /) соответствует расчетному зна­чению расхода топлива 2Wy При закрытом кране перекрестного питания (кривая 3) и расходе топлива И^д на входе в ПНД будет до­полнительное избыточное давление.

Подбор перекачивающего насоса

и определение диаметра трубопровода перекачивающей магистрали

Расчет ведут для максимальной перекачки топлива из бака 5 (рис. 60), равной максимальному расходу из расходного бака /. Очевидно, и в данном случае максимальный расход будет при от­крытом кране перекрестного питания в случае. выхода из стрря ПНЛ одной автономной магистрали. Для летательных аппаратов с ГТД расчетная высота Н = О, расчетный режим полета — взлетный.

bVJ 2g

Составим уравнение Бернулли для сечения А—А, располо­женного за ПН бака 5, и сече­ния Б—Б — на входе в бак.1:

Рис. 60. Расчетная схема магистрали перекачки топлива: /—расходный бак; 2 и 4— подкачивающий и перекачивающий насосы; Я—предохрани­тельный поплавковый клапан; 5—бак

Δрпн + γV2А/2g+ YAγ = рВХБ + γV2Б/2g+ YБγ + Δрг + Δри

где рВХБ — давление на входе

в бак.

Наименьший перепад давления, который должен создать ПН,

Δ р ПН min = P вх Б min + γТ (Y Б 2 - Y А 2 ) + Δ р Г + Δ р И

(58)

Для обеспечения перекачки топлива минимальное давление на входе в бак / должно быть

PвхБmin<<Р/Fк (59)

где Р —сила, действующая на клапан для его закрытия;

Fк — площадь клапана.

Поэтому можно принять что Р вхБ min = 0

Подставляя выражение (59) в формулу (58) и заменяя Δ р ПГ на значение по формуле (24), получим

Δ р ПН min = γТ (Y Б - Y А ) + Δ р И + c2k2маг γТ W2расч= А1 + В1k2маг (60)

А1 = γТ (Y Б 2 - Y А 2 ) + Δ р И (61)

В1= c2γТ W2расч (62)

Подбор перекачивающего насоса и определение диаметра трубо­провода перекачивающей магистрали также решается графоаналитическим способом (см. предыдущий расчет). Расчет облегчается тем, что перекачивающая магистраль, как правило, — простой трубопровод. Потребный минимальный перепад давления ПН меньше перепада давления ПНЛ.

Чтобы клапан находился в закрытом положении, необходимо:

G T i > Δ рот F к

где G T — вес топлива в объеме поплавка;

i — передаточное число плеч рычагов от поплавка до клапана;

Δ рот — избыточное давление на клапан для. его открытия.

Максимальное значение избыточного давления будет при W = 0. Тогда.

Δ рот max = Δ р пн W=0 - A1

Минимальное значение веса топлива в объеме поплавка

G T min = Δ рот max F к / i = (Δ р пн W=0 - A1) F к / i

Минимальный объем поплавка

Emin = G T min / γТ =(Δ р пн W=0 - A1) F к / i γТ

Определение диаметра трубопровода переливной магистрали

Переливная магистраль (рис. 61) дает возможность органи­зовать течение топлива самотеком. Ее можно рассматривать как перекачивающую магистраль без насоса. Тогда уравнение (60) можно записать в виде

γТ (Y А - Y В ) = Δ р И + c2k2маг γТ W2расч

Для перелива топлива требуется разность уровней hT

hT = Y А - Y В = (Δ р И + c2k2маг γТ W2расч)/ γТ

Если пренебречь величиной инерционных потерь давления А/?„, то потребная высота столба топлива

hT = c2k2маг W2расч = c2 W2расч ξ э d 4

Задаваясь значениями диаметра трубопровода переливной ма­гистрали и прокачки по ней, можно для конкретной магистрали (для определенных значений длины трубопровода и местных сопро­тивлений) по формуле (64) по­строить кривые зависимости диаметра магистрали от про­качки и высоты столба топлива (рис. 62).

Рис. 61. Расчетная схема пере­ливной магистрали:

1 и З—баки; 2—кран объединения баков

Рис. 62. Определение диаметра трубопровода переливной маги­страли (пример)

Для получения весовых соотношений примем, что перелив топ­лива должен наступать при определенном весе топлива GT в одном из баков. Тогда объем этого топлива

Ет =GT / γТ

Тт

В свою очередь объем ЕТ. связан с площадью бака f б и высотой столба топлива соотношением ЕТ = f б h T

Располагаемый напор топлива, при котором должен начаться перелив

h T =ЕТ / f б = GT/ γТ f б

откуда GT = γТ f б h T = γТ f б c2 W2расч ξ э d 4 (65)

На рис. 62 нанесены также зависимости веса топлива, при ко­тором начнется перелив, от его столба для определенного сорта топ­лива и различной площади баков. — Задаваясь весом топлива, при котором должен начаться его пере­лив, и зная площадь бака, можно найти высоту столба топлива в данном баке. По значению последнего и потребной прокачке опре­деляют необходимый диаметр трубопровода переливной магистрали.

Определение объема топливного аккумулятора

Общий объем топливного аккумулятора складывается из объемов топливной и воздушной камер. Объем топливной камеры аккумулятора определяют из условия кратковременного обеспечения подачи от него топлива к двигателю с расходом Wa. p, равным расходу топлива двигателем и прокачке по перепускным магистралям Wдв'-

Wa. p = Wдв'= ЕП / τ Р

— полезный объем топливной камеры аккумулятора, м3;

τ Р — время, в течение которого обеспечивается необходимый

расход топлива, сек.

Откуда 'ЕП = Wдв' . τ Р

Исходя из заданного времени обеспечения расхода W^ от ак­кумулятора можно найти полезный объем его топливной камеры.

Рис 61 Схема работы топливного аккумулятора а—начало заполнения топливом:

б—конец за­полнения; в—вытеснение топлива при падении его давления;

После выработки топлива из аккумулятора ПНЛ должен обес­печить расход топлива двигателем, перепуск топлива и заполнение топливной камеры аккумулятора

Wп=Wдв+W а. з. = Wдв + ЕП / τ З

где Wa. a и Тз - расход топлива при заполнении камеры аккуму­лятора и время ее заполнения.

Тогда τ З = ЕП /( Wп - Wдв)

Давление воздуха, подаваемого в воздушную камеру аккумулятоpa Рв должно быть несколько меньше давления топлива Рт. Когда давление воздуха Рв > Рт., происходит выработка топлива || i аккумулятора.

Для определения общего объема аккумулятора Ео выразим полезный объем аккумулятора (рис. 63) в виде

Еп =Е1 - Е2 (66)

где Е1 и Е2 — объемы аккумулятора при давлениях воздуха в на­чале заполнения топливом Р1 в конце Р2

Принимая, что процесс расширения и сжатия воздуха является изотермическим, можно записать соотношение Е1Р1 = Е2Р2= Е0РО = Е Р, тогда

Е1= Е0РО/ Р1 Е2 = Е0РО/ Р2

(Е1 - Е2)/ Е0 = ЕП/ Е0 = (Р0/Р2) (Р2/Р1 -1)

где Р0 —давление аккумулятора, когда он заряжен лишь воздухом. Обычно

p0= p1. Тогда получаем

ЕП/ Е0 = 1- Р1/ Р2

Давление Р2 несколько меньше давления, создаваемого ПНЛ за вычетом гидравлических потерь на участке от насоса до акку­мулятора.

Для определения давления Р1 запишем элементарную энергию (работу) dA в виде

dA = р dE = E0P0 dE/E

Произведя интегрирование в пределах от Е2 до E1 получим

A= E0P0ln(E1/E2) = E0P0ln(P2/P1)

При P0= P1 A= E0P1ln(P2/P1)

Считая, что давление P2 и общий объем аккумулятора E0 зада­ны, можно найти оптимальное отношение давлений P2/P1-, которому будет соответствовать наибольший запас энергии. Для этого при­равниваем нулю производную и находим (P2/P1) OPT = (E1/E2) OPT = e = 2,72

и далее E2= 0,367 E1 EП = E1- E2 = 0,633 E1 принимая E1 = E0 EП=0,633 E0

и E0 = EП/0,633 = 1.58 EП

Высотность топливной системы с выключенными ПНЛ

Расчетная схема определения высотности топливной системы с выключенными ПНЛ

1-заборник воздуха из атмосферы; 2-бак;

3-неработающий пнл; 4-пнд

:Высотностью топливной системы называется наибольшая высота полета летательного аппарата, до которой обеспечивается бес­перебойная потребная подача топлива к двигателям. Большая вы­сота полета отражается на работе агрегатов топливной системы вследствие кавитационных явлений. Применение ПНЛ позволяет получить достаточное давление на входе в ПНД и необходимую высотность топлив­ной системы, но при отказе (выключении) ПНЛ высотность будет низкой.

Питание двигателей топливом при выключенных ПНЛ долж­но происходить бесперебойно для дозвуковых летательных аппа­ратов на режимах работы двигателей от малого газа до взлетного на высотах до 2000, а от малого газа до крейсерского до 8000 м.

Рассмотрим простейшую топливную систему в виде заборной магистрали с выключенными ПНЛ (рис. 64). Составим для сече­ний Б—Б и Д—Д уравнение Бернулли:

Рн + Δризб + YБ γт + γтV2Б / 2g = Р ВХ Д + YД γт + γтV2Д / 2g + Δрг+ Δри

(68)

Рн — атмосферное давление;

VБ— скорость опускания уровня топлива в баке, которой по малости можно пренебречь.

Решая уравнение (68) относительно Рн и исходя из того, что наибольшая высота полета соответствует минимальному значению давления Рн при которое при прочих равных условиях будет при минимальном потребном давлении Рвх д min получим

Р H min = Рвх д min+ Δрг + γтV2Д / 2g + Δри + (YБ - YД) γт - Δризб

В формуле (69) все слагаемые представляют собой давления, выраженные в ньютонах на квадратный метр.

Зная Р H min по таблицам стандартной атмосферы (приложение 2), можно определить высотность топливной системы. Такое решение задачи соответствует проверочному расчету. При проектировоч­ном расчете необходимая высота полета и соответствующее дав­ление Р H известны. Тогда уравнение (69) должно быть решено отно­сительно необходимого давления на входе в ПНД.

Из рассмотрения уравнения (69) можно установить, что на вы­сотность топливной системы при выключенных ПНЛ влияют сле­дующие факторы:

минимальное потребное давление на входе в ПНД;

гидравлические сопротивления;

инерционные потери давления;

взаимное расположение бака и ПНД;

избыточное давление в баке.

Минимальное потребное давление на входе в ПНД определя­ется условием бескавитационной работы по формуле (40) и зависит от давления насыщенных паров Pt 4/1 и минимального потребного навигационного запаса давления ΔРкав min Применение топлив с высокими давлениями насыщенных паров и выбор ПНД с большим потребным кавитационным запасом давления приводят к низкой высотности. Поэтому для уменьшения потребного давления на входе в ПНД желательно располагать топливом с низким давле­нием насыщенных паров, предохранять топливо от нагрева в баках и магистралях, выбирать ПНД с малым потребным кавитационным запасом давления.

Гидравлические сопротивления при достаточно больших ско­ростях течения топлива снижают высотность. Их определяют по формуле (24). При выключенных ПНЛ в величину гидравлических сопротивлений магистрали необходимо включить дополнительное сопротивление, возникающее при протекании топлива через ПНЛ,

ΔРг ПНЛ = аW2

Значение коэффициента а зависит от конструкции ПНЛ. Ориен­тировочно можно принять, что а = 1,2 109 н сек2/м 8.

Для уменьшения гидравлических сопротивлений рекомендует­ся: применять топлива с малой вязкостью, устанавливать на участ­ке заборной магистрали от бака до ПНД как можно меньше агре­гатов, прокладывать трубопроводы минимальной длины и с большими радиусами поворота, применять ПНЛ с кольцевым обратным клапаном на входе, снижающим гидравлические сопротивления питающего ПНЛ.

Инерционные потери давления при расчете высотности не учитывают. Рассматривают установившийся полет без ускорений. Если ПНЛ не работают, то экипаж обязан согласно руководствам по летной эксплуатации пилотировать летательный аппарат, не создавая ускорений. Взаимное расположение бака и ПНД на современных летательныx аппаратах мало влияет на высотность топливной системы. Условия компоновки летательного аппарата приводят к небольшим повышениям или принижениям бака над ПНД.

Избыточное давление в баке способствует повышению высотности топливной системы. Допустимая величина избыточного давления ограничена прочностью бака и у дозвуковых летательных аппаратов обычно не превышает 30 /снАм2.

Для определения высотности по формуле (69) удобнее предста­ть ее в виде

р Н min = р t 4/1 + Δ ркав Д min - γТ (Y Б - Y А ) + Δ р Изб + (c2k2маг γТ + а)W2 =

= А2 + В2W2 (70)

где А2 —величина, не зависящая от расхода топлива;

В2 — коэффициент при W2, зависящий от расхода топлива. Величины А2 и В2 определяют по формулам: k2маг

А2= р t 4/1 + Δ ркав Д min - γТ (Y Б - Y А ) + Δ р Изб

В2= c2k2маг γТ + а

(72)

Так как уравнение (70) учитывает необходимое минимальное печение давления на входе в ПНД по условию бескавитационной работы, его можно назвать уравнением допустимого расхода топлива по условию бескавитационной работы с выключенными ПНЛ.

В уравнении (70) два неизвестных: р Н min и W. Задача решается графоаналитическим способом с использованием второго уравнения в виде зависимости потребного расхода топлива от высоты полета. Принимаем в данном случае, что расход топлива от земли до высоты 2000 м соответствует взлетному режиму полета, а свыше 2000 м — крейсерскому (см. рис. 56, кривая абдв). На рис. 65 приведена кривая 1 -2 изменения потребного расхода топлива W от высоты по­чта при подаче его по автономной заборной магистрали. Кривая 4 соответствует уравнению (70) и показывает допустимый расход топлива Wдоп по условию бескавитационной работы топливной системы. Рабочая точка, образованная пересечением кривых 1—2 и 4, указывает высотность топливной системы Н1.

Порядок расчета аналогичен вышеизложенному и состоит в следующем. Задаются несколькими значениями расхода топлива в области средних высот полета и определяют числа Рейнольдса, затем — коэффициенты сопротивлении от трения λ, эквивалент­ный ξ и приведенный k коэффициенты гидравлических сопротив­лений. Принимая вначале, что Δризб = 0, по формуле (71) подсчи­тывают величину A2, а по формуле (72) —значение В2. Это дает возможность по формуле (70) найти для ряда принятых значений Wдв величины P H min

При помощи таблиц стандартной атмосферы или кривой 3, связывающей давление воздуха и высоту полета по стандартной атмосфере, строят кривую 4 допустимого расхода топлива по ус­ловию бескавитационной работы ПНД.

Рис. 65. Определение высотности топливной системы с выключенными ПНЛ

Если высотность H1 окажется ниже 8000 м, необходимо создать избыточное давление в баке. Величина потребного избыточного давления составляет

Δризб = PH1 - P8000,

где PH1 и P8000— давления воздуха по стандартной атмосфере на высотах Н1 и 8000 м.

Высотность топливной системы с работающими ПНЛ

Определение высотности топливной системы с работающими ПНЛ сводится к определению высотности самих ПНЛ.

Составим уравнение Бернулли относительно уровня топлива в баке — сечение Б—Б и входа в ПНЛ — сечение П—П (рис. 66

Рн + Δризб + YБ γт + γтV2Б / 2g = Р ВХ П + YП γт + γтV2П / 2g + Δрг+ Δри

скорость течения топлива в баке Уц примем равной нулю. Гидравлические сопротивления и инерционные потери также не будем учитывать. Тогда наименьшее значение Рн определится фор­мой

Рн mln= Р ВХ П mln - γт (YБ - YП) - Δризб-

Пренебрегая величиной (ув—Уп) Тт и используя уравнение 10) бескавитационной работы насоса, формулу (73) можно представить в виде

Рн mln= р t 4/1 + Δ ркав П min - Δ р Изб

Рис. 66. Расчетная схема опре­деления высотности топливной системы с работающими ПНЛ:

/—заборник воздуха из атмосферы;

2—бак; а—ПНЛ

Из анализа уравнения (74) можно установить, что на высотность топливной системы с работающими ПНЛ влияют давление на­чищенных паров топлива, величина избыточного давления в над-топливной части бака и максимальный потребный кавитационный запас давления подкачивающего насоса. При определении последней ве­личины необходимо учесть, что на кавитацию в топливных системах оказывает влияние также скороподъ­емность летательного аппарата.

Вес растворенного в топливе воз­духа пропорционален давлению по­следнего над топливом (закон Генри). При наборе высоты вес растворен­ного воздуха в топливе уменьшается пропорционально падению давления и топливном баке. Избыток воздуха выделяется в виде пузырьков, кото­рые постепенно выходят из топлива. !^сли скороподъемность летательного аппарата невелика, то мала и ско­рость понижения давления воздуха, который успевает выйти из топлива, не оказывая заметного влия­ния на работу ПНЛ и заборной магистрали топливной системы.

Значительная скороподъемность летательного аппарата, особенно на больших высотах полета, и резкое уменьшение давления воздуха приводят к большим избыткам воздуха в топливе, который не успевает из него выделиться. В результате происходит кратко­временное вскипание топлива. В ПНЛ тогда поступает топливо, перенасыщенное воздухом, что приводит к вихреобразованию, бо­лее раннему возникновению и развитию кавитации в насосе и попа­данию воздуха в заборную магистраль. Последнее может создать пульсацию давления топлива, вызываемую особенностями течения диухфазной жидкости. Поэтому при значительных вертикальных скоростях (Vу>10 м/сек) на больших высотах необходимо повысить значение минимального кавитационного запаса ПНЛ на ве­личину δРкавП определять его по формуле

ΔРI кав П min = ΔР кав П min + δРкавП

Для центробежных ПНЛ согласно формуле (43)

ΔР кав П min = [10(60 n)4/3W2/3γ T ]/C4/3

где п — скорость вращения, об/сек. Для этих насосов установлено, что

δРкавП = 48kр (Vy - 10) lg V Y,

где kp — коэффициент, учитывающий давление насыщенных па­ров топлива. Этот коэффициент определяется формулой

kр =1+23•10-6(p t 4/1- 400

В формуле (76) значения p t 4/ даны в ньютонах на квадратный метр.

Тогда выражение (75) представится в виде

ΔРI кав П min = [10(60 n)4/3W2/3γ T ]/C4/3 48kр (Vy - 10) lg V Y (78)

Если высотность топливной системы больше аэродинамического потолка летательного аппарата, то Vy = 0 и δРкавП = 0. Поэтому вначале следует выполнить расчет высотности без учета Vy. Если в результате этих расчетов высотность топливной системы окажет­ся ниже аэродинамического потолка, то необходимо определить δРкавП. Значения Vy берут из аэродинамического расчета. Для упрощения вычислений можно воспользоваться постоянными зна­чениями Vy на предельно возможной высоте полета, которая была ранее определена без учета Vy.

Подставляя выражение (77) с формулу (74), получаем значения высотности с учетом Vy:

Рн mln= р t 4/1 + 48kр (Vy - 10) lg V Y,- Δ р Изб + [10(60 n)4/3W2/3γ T ]/C4/3 =

= A 3+ B3 W2/3 (78)

A 3 = р t 4/1 + 48kр (Vy - 10) lg V Y,- Δ р Изб (79)

B3 =[10(60 n)4/3γ T ]/C4/3 (80)

Формула (78) является уравнением допустимого расхода топлива по условию бескавитационной работы топливной системы при работающих ПНЛ.

В уравнении (78) два неизвестных: Рн mln и W, поэтому задача, решается графоаналитическим способом. Принимаем, что расход топлива на высотах от земли до 2000 м соответствует взлетному режиму, а выше—номинальному (кривая 1 на рис. 67). Если на­нести на график кривую допустимого расхода топлива по условию. бескавитационной работы топливной системы с работающими ПНЛ

Рис. 67. Определение высотности топливной системы с ра­ботающими ПНЛ:

/—потребный расход топлива двигателем на номинальном режиме при закрытом крапе перекрестного питания; 2—то же, при откры­том кране^3—давление воздуха по стандартной атмосфере; 4—до­пустимый расход топлива по условию бескавитационной работы ПНЛ

(кривая 4), то ее пересечение с кривой 1 укажет высотность Нз. Порядок расчета такой же, как при расчете высотности с выключен­ными ПНЛ.

Для определения высотности топливной системы в случае откры­тия крана перекрестного питания, когда вышли из строя ПНЛ одной автономной магистрали, проводят кривую 2 увеличенного расхода топлива. Новая расчетная точка укажет высотность топливной системы Ну, которая будет ниже высотности Нз.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДАЧИ ТОПЛИВА К ДВИГАТЕЛЯМ НА БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ И ВЫСОТАХ ПОЛЕТА

Полеты сверхзвуковых летательных аппаратов при скорости, вдвое превышающей скорость звука, на высотах более—16 000 м в значительной степени усложняют работу топлив­ной системы. В результате нагрева топлива увеличивается давление его насыщенных паров, что снижает высотность топливной системы. Полеты на больших высотах, при малом атмосферном давлении, сопровождаются также значительным испарением топлива. При больших скоростях полета температура несмачиваемых стенок бака может достигнуть температуры самовоспламенения топлива, что снижает безопасность полета. Смещение центра давления аэроди­намических сил при переходе от дозвуковых скоростей к сверхзву­ковым приводит к нарушению балансировки летательного аппара­та, ухудшению устойчивости и управляемости.

Для обеспечения высотности топливной системы путем сни­жения давления насыщенных паров топлива необходимо уменьшить его температуру. С этой целью желательно заправлять баки сверх­звукового летательного аппарата холодным топливом. Кроме того, возможно использование холодильников (турбинного или другого типа) для охлаждения топлива в полете и применение магистралей подачи топлива с последовательно, а не параллельно объединен­ными группами баков, так как длительное нахождение топлива в баке, из которого оно вырабатывается в последнюю очередь, при­водит к повышенному нагреву.

Расходный бак необходимо располагать в наименее нагретой части летательного аппарата, а из наиболее нагреваемых баков топ­ливо следует вырабатывать прежде всего. Осуществление этих ре­комендаций затруднено условиями центровки летательного ап­парата.

Применение тяжелых сортов топлив с более низким давлением насыщенных паров (типа Т-5, Т-6) и дегазация топлив улучшают работу топливной системы на больших скоростях полета. Дегазацию топлива выполняют при помощи паровоздухоотделителей (центробежных или отстойного типа). Работа центробежных паро-воздухоотделителя основана на разности удельных весов газов, и жидкого топлива, смеси которых придается быстрое вращательное движение. При этом газы легко отделяются от жидкости. Работа отстойного паровоздухоотделителя также основана разности удельных весов газов и жидкого топлива, но в этом случае жидкости не придается вращение, а используется принцип отстаивания ее. Простейшим способом отделения газов из топлива шляется его прокачка по замкнутому контуру с участком понижен­ного давления.

Кроме воздействия на величину давления насыщенных паров топлива, возможны мероприятия по снижению кавитационного запаса давления ПНЛ. Для этого необходимо снижать скорость вращения рабочих колес и производительность центробежных насосов, применять насосы с хорошими антикавитациопными свойствами.

Увеличение избыточного давления в баках способствует повы­шению высотности топливной системы. Если наддув баков осущест­вляется инертными газами, то это тоже снижает потери на испаре­ние и повышает пожарную безопасность.

Для обеспечения устойчивости и управляемости летательного аппарата при переходе от дозвуковых скоростей к сверхзвуковым и обратно применяют балансировочную пе­рекачку топлива, при которой вслед за перемещением центра давления перемещается и ц. т. С этой целью на летательном аппарате должен быть автомат центровки для определения в полете ц. т. и автомат перекачки, который получает сигналы о положе­нии ц. д. и величине скорости полета, влияющей на положение центра давления. После сравнения этих сигналов при необходимости автоматически выдается команда на включение в работу ПН топливных баков. После достижения допустимых соотношений между положениями центров давления и тяжести насосы выключаются.

Для осуществления эффективной балансировочной перекачки топлива нужно располагать группы баков в передней и задней частях фюзеляжа, применять специальные перекачивающие магистрали с минимальными гидравлическими сопротивлениями и мощ­ными ПН {большой производительности).

СИСТЕМЫ ЗАПРАВКИ ТОПЛИВОМ

Принятая при эксплуатации самолета методика заполнения топлив­ных баков на земле и дозаправка в полете определяют его эксплуата­ционные, экономические и другие характеристики, а также надежность работы силовых установок.

Система заправки является связующим звеном между топливной сис­темой самолета и средствами наземного обслуживания, их взаимодей­ствие должно быть оптимальным по времени и трудозатратам.

Применяются два вида заправки: первый верхняя или открытая заправка - раздельное заполнение одного или нескольких баков через открываемую сверху горловину и второй - центра­лизованная заправка под давлением через один или несколько герме­тизированных приемников, расположенных в месте, удобном для соеди­нения источника и потребителя.

Открытая заправка топливом

Заправка сверху применяется как на легких самолетах с малым числом баков, так и на тяжелых, оборудованных системой центра­лизованной заправки. В этом случае она может использоваться как резервная, когда на аэродроме отсутствуют специальные заправщики, или для дозаправки баков до максимально возможной массы топлива.

Схема заправки сверху двух баков показана на рис. 6.1. Баки сое­динены последовательно, одновременная заправка их через горловину 3 возможна при открытом клапане 4. Клапан управляет очередностью расходования топлива из баков.

Если необходимо быстро заполнить баки до максимально возможного объема, производится ступенчатая заправка сначала с большой, а в конце с малой скоростью подачи топлива.

Расчет заправки баков сложной конфигурации требует разбиения их объема на части.

Рис. 6.1. Принципиальная схема системы заправки сверху:

1 — заправлявший бак: 2 — при­соединенный бак; 3 — заправоч­ная горловина: 4 — управляемый клапан; 5 — система дренажа

Скорость подачи топлива в бак определяется конфигурацией и раз­мером бака, расположением и конструкцией канала горловины и зави­сит от вероятности вспенивания и выброса топлива, скорости перетекания топлива в присоединенные баки.

Наибольшие сложности возникают при заправке баков малой высоты, в которых для уменьшения вспенивания и силы удара струи топлива о стенки устанавливают специальные гасители или увеличивают площадь выходного канала горловины, снабжая их диффузорами той или иной конструкции, сетчатыми рассекателями, выполняющими также роль фильтров, защищающих бак от случайного попадания крупных посторон­них частиц. Поскольку перед заправкой топливо тщательно фильтрует­ся на наземных установках, в горловины самолетных баков фильтры тонкой очистки с мелкой сеткой не устанавливаются из-за их малой пропускной способности.

Контроль количества топлива, поданного в бак, может осуществ­ляться топливомерами, установленными в баке и на заправщике.

Заправка сверху при своей простоте обладает рядом эксплуата­ционных недостатков: велико подготовительно-заключительное время, связанное с перемещением автомобиля-заправщика, переносом и уста­новкой стремянок и шлангов, открытием и закрытием крышек, лючков, пробок горловин, заземлением и установкой заправочных пистолетов, запуском, регулированием подачи и выключением насосов заправщика, работающих, как правило, на пониженных режимах.

Поскольку горловины размешаются на поверхностях крыльев и фюзе­ляжей. перемещение по ним обслуживающего персонала (а также запра­вочного оборудования) ведет к повреждению лакокрасочных покрытий. В зимнее время из-за обледенения этих поверхностей заправка может оказаться опасной для персонала.

Через открытую горловину в бак могут попасть посторонние пред­меты, пыль, песок, снег и вода, при заправке не исключен выброс топлива и паров, что опасно в пожарном отношении.

Централизованная заправка топливом снизу

(заправка под давлением)

Существенно улучшаются условия работы при использовании центра­лизованной заправки топлива снизу под давлением, она состоит из двух автономных частей - наземной и самолетной, образуя разветв­ленную гидравлическую систему. Наземная чать системы может быть размещена на шасси автомобиля, на прицепе или представлять собой аэродромную сеть топливопроводов с раздаточными колонками у мест стоянки самолетов.

Наземная часть системы состоит из бака 1 (рис.6.2, о), топлив­ного насоса 2 с клапаном 3, ограничивающим давление подачи топлива, фильтра 4, расходомера 5, крана 6, манометра 7 и гибкого шлан­га 8 с датчиком топлива 9.

-

 

Рис. 6.2. Схема централизованной заправки:

а — параллельное соединение заправляемых баков; б — последователь­ное соединение; в — комбинированное соединение; 1 — бак заправщи­ка; 2 — топливный насос; 3 — перепускной клапан; 4 — фильтр: 5 — раходомер; 6 — Кран; 7 — манометр; 8 — гибкий шланг; 9 — датчик топлива (заправочный пистолет); 10 — приемник топлива (горловина);

11 — клапан; 12 — кран дистанционного управления, дублирующий кла­пан; 13 — магистральный трубопровод; 14 — дренажный клапан; 15 — дистанционно управляемые краны; 16 — заправляемые баки; 17 — кла­паны. ограничивающие уровень топлива при заправке; 18 — датчик уровня топлива; 19 — трубопроводы дренажной системы

На самолете размещены приемник топлива 10, клапан 11. обычно закрытый, открываемый только в период заправки, кран 12. магист­ральный трубопровод 13 с дренажным клапаном 14, открываемым при отсосе топлива из магистрали 13 и шланга 8 после окончания заправ­ки самолета. К магистральному трубопроводу присоединяются дистан­ционно управляемые краны 15 подачи топлива в баки 16.

В зависимости от принятой системы контроля и управления заправ­кой вслед за кранами 15 могут устанавливаться автоматические кла­паны 17, ограничивающие заданный уровень топлива, который дополни­тельно контролируется датчиком уровня 18 поплавкового, емкостного или иного типа.

Заправка под давлением может вызвать разрушение баков при не­правильно рассчитанной дренажной системе трубопроводов 19, которая должна обеспечивать беспрепятственный отвод воздуха.

Помимо параллельного включения баков (см. рис.6.2, о) применя­ются последовательное (см. рис.6.2, б) и комбинированное соедине­ния (см. рис.6.2, в), которые проще и легче, но требуют большого времени на заполнение сопоставимых объемов.

Расчет системы сводится к проектированию системы минимальной массы при заданной продолжительности заправки и характеристиках рекомендованных топливозаправщиков.

Расчет производится в два этапа: выбор оптимальной структурной схемы системы на этапе предварительного проектирования и уточнен­ный расчет гидравлических характеристик.

Уточненный расчет гидравлических характеристик

После выбора оптимальной структурной схемы, определения монтаж­ной схемы производится уточненный расчет совместной работы насоса топливозаправщика с топливной системой самолета, определение гео­метрических параметров отводов к бакам с учетом реальных гидравли­ческих характеристик выбранных агрегатов с целью достижения одно­временной заправки топливных баков.

Если по техническим требованиям время заправки всех баков

где W - суммарный объем поданного топлива, то объемные подачи в каждый бак должны быть пропорциональны объемам поданного в них топлива за период заправки:

Из опыта эксплуатации и статистических данных с учетом требова­ний ГОСТа относительно унификации типоразмеров агрегатов и труб можно Задаться наибольшей Допустимой скоростью движения топлива. Эта скорость в выполненных конструкциях колеблется в пределах 5м/с, при расчете ее часто принимают одинаковой для всей сети.

ЗАПРАВОЧНЫЕ МАГИСТРАЛИ

СПОСОБЫ ЗАПРАВКИ

Заправка баков топливом бывает открытой или закрытой. При открытой заправке отфильтрованное топливо от заправочного уст­ройства подается по гибкому шлангу через раздаточный кран (пи­столет) непосредственно к заливной горловине. Она располагается в верхней части бака, из которого, топливо (в случае группировки баков) по соединительным трубам или фланцам перетекает само­теком в другие баки. Заливные горловины должны обеспечивать применение раздаточных кранов, выполненных по размерам, ко­торые предусмотрены международными стандартами. Время за­правки всех баков летательного аппарата не должно превышать 10 мин.

Открытая заправка топлива имеет ряд недостатков:

большое время заправки, обусловленное малой скоростью те­чения топлива по соединительным трубопроводам баков и допол­нительным временем на подготовку к - заправке (открытие и закры­тие крышек заливных горловин, подтаскивание раздаточного шланга, включение и выключение насоса заправочного устрой­ства);

размещение обслуживающего персонала у заливных горловин, расположенных обычно на крыле. Это требует подъема его на кры­ло, перемещения и спуска, для чего необходимо иметь лестницы, стре­мянки, длинные шланги. Перемещение обслуживающего персо­нала и подтягивание шлангов приводит к повреждению лакокра­сочного покрытия крыла. В зимних условиях перемещение по обле­деневшей поверхности крыла опасно для людей;

испарение топлива и пожарная опасность;

попадание в бак влаги и пыли.

Недостатки, присущие открытой заправке топлива, устраняются при закрытой заправке. В этом случае отфильтрованное топливо от заправочного устройства подается по гибкому шлангу к запра­вочным штуцерам баков. Это обеспечивает большую скорость пода­чи топлива по заправочной магистрали и соединительным трубо­проводам баков.

Прокачка при заправке должна быть не менее 1500 л/мин через каждый заправочный штуцер при давлении, не превышающем 4,5 кГ/см2. ^Заправочные штуцера и наконечники раздаточных шлангов выполняются по размерам, предусмотренным междуна­родными стандартами.

Закрытая заправка осуществляется через один или два запра­вочных штуцера, поэтому такую заправку иногда называют «цен­трализованной». Для уменьшения длины раздаточных шлангов и удобства обслуживания заправочные штуцера располагаются на нижних частях летательного аппарата, и этот вид заправки полу­чил название «заправка снизу». Ввиду большой скорости течения топлива, значительного увеличения длины всей заправочной цепи и наличия ряда управляющих устройств гидравлические сопротив­ления заправочной магистрали большие. Поэтому требуются значительные перепады давления насосных установок заправочных устройств.

Эта особенность привела к появлению термина «заправка под давлением».

Закрытая заправка имеет и некоторые недостатки:

увеличение веса конструкции, вызванное размещением на летательном аппарате заправочной магистрали.

Усложнение оборудования (наличие управляющих и защитных устройств)

невозможность полной заправки топливом бака вследствие срабатывания клапанов предельного уровня. Поэтому предусматриваются устройства для открытой заправки топливом. Закрытая заправка топливом может быть осуществлена по различным схемам. Одна из них показана на рис. 71. Через заправоч-li] штуцер 1 топливо поступает в заправочную магистраль. При мощи выключателей достигается открытие кранов заправки 2. сигнализация положения крана отмечается лампами. После заполнения баков 3 топливом индуктивные датчики уровня выдают команды на автоматическое закрытие кранов заправки В случае несрабатывания индуктив­ных датчиков имеются поплавковые сигнализаторы уровня, которые дублируют команды на закрытие кранов заправки. В случае отказа крана имеются предохранительные поплавковые клапаны уровня, не допускающие переполне­ния баков и выброса топлива через трубопроводы дренажа. Для откачки топлива из шланга предусмотрен дренажный клапан 6. На щитке заправки могут располагаться указатели количества топлива в баках. Кроме. автоматического управления заправкой имеется и ручное.

Порядок заправки баков топливом может быть различным (поочередная или совместная). Поочередная заправка баков топливом занимает больше времени, чем совместная. Но при этом имеется возможность наполнять топливом не все группы баков, а только необходимые. При совместной заправке баков топливом гидравли­ческие сопротивления параллельных ветвей магистрали меньше, чем при поочередной. Это дает возможность иметь насосы топливо-|;и1равочных устройств меньшей мощности. Однако выборочное пополнение топливом только какой-либо группы здесь невозможно.

I \\т совместной заправке баков топливом возможно их одновремен­ное или неодновременное наполнение.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Заливные горловины для открытой заправки баков топливом представляют собой отверстия в баке или в заливном патрубке, скрытые крышками. Для предохранения от попадания в бак посторонних предметов внутри заливной горловины может устанавливаться сетчатый фильтр.. В некоторых случаях вокруг заливной горловины имеется чашка с трубкой, по которой сливается на землю топливо, пролитое при заправке.