0

Топливная система на самолете предназначена для размещения топлива и бесперебойной подачи его к двигателям в необходимом количестве и с достаточным давлением на всех заданных режимах и высотах полета.

Топливная система современного самолета включает следующие основные элементы:

баки или отсеки самолета, в которых размещается необходимый для полета запас топлива;

краны управления питанием (переключением баков); краны экстренного отключения подачи топлива к двигателям (противопожарные краны);

краны для слива отстоя топлива из разных точек системы; фильтры для очистки топлива;

насосы, подающие топливо к двигателям и перекачивающие топливо из одних баков в другие;

приборы контроля количества топлива, расхода его и давления; трубопроводы для подачи топлива к двигателям, соединения баков с атмосферой и возврата отсеченного топлива.

Баки. На современных самолетах запасы топлива могут достигать многих десятков тонн. При полетах на значительные расстояния топливо размещают в большом количестве баков, устанавливаемых в крыле и реже в фюзеляже.

В настоящее время применяются три типа топливных баков: жесткие, мягкие и герметичные баки-отсеки.

Жесткие баки выполняются из легких алюминиево-марганцовистых сплавов, которые допускают глубокую штамповку и выколотку, хорошо свариваются, обладают большой эластичностью и устойчивостью против коррозии. Для придания бакам необходимой прочности и жесткости они имеют каркас из продольных и поперечных перегородок и профилей. Поперечные перегородки одновременно служат для уменьшения ударов, возникающих в результате перемещения топлива внутри бака при полете с ускорением. Баки малых размеров могут не иметь внутренних перегородок.

В настоящее время получили широкое применение мягкие баки. Они проще в эксплуатации, более долговечны, имеют меньший вес. Выполняются мягкие баки из специальной резины или капрона. Тонкие резиновые баки выклеиваются на болванках из ткани и одного или двух слоев резины из синтетического полисульфидного (тиоколового) каучука. В такие баки вклеивают резино-металлическую арматуру: фланцы для датчиков топливомера, заправочные горловины, соединительные патрубки, гнезда замков крепления и т. д.

Крепление резиновых тонкостенных баков осуществляется в контейнерах внутри крыла или фюзеляжа.

Бак-отсек представляет собой соответствующим образом загерметизированный внутренний объем части крыла. Герметизация бака-отсека осуществляется синтетическими пленками. Заклепочный шов выполняется герметичным, для чего заклепки предварительно покрываются герметиком. Окончательная герметизация обеспечивается многократным покрытием всей внутренней поверхности жидким герметиком, вулканизирующимся при комнатной температуре.

Крышки эксплуатационных люков баков-отсеков крепятся на болтах с резиновыми уплотнительными кольцами и герметичными (глухими) гайками.

Краны, установленные в системе питания топливом, позволяют управлять подачей его к двигателям от соответствующих баков (или групп баков), а также отключать подачу топлива к вышедшему из строя двигателю. В соответствии с назначением все краны делятся на запорные (перекрывные) и распределительные. По способу управления краны бывают непосредственного и дистанционного управления. По конструкции они могут быть пробковые, золотниковые, клапанные и др.

Дистанционное управление кранами осуществляется при помощи электромеханизмов закрытия крана типа МЗК или сжатым воздухом.

Фильтры. Необходимость очистки топлива, подаваемого в двигатели, от посторонних примесей вызывается наличием в карбюраторах, агрегатах непосредственного впрыска, насосах зазоров размером от десятых до тысячных долей миллиметра, которые необходимо предохранять от попадания в них твердых частиц. Хотя топливо, заправляемое в баки, фильтруется, и баки защищаются от попадания в них механических примесей, в процессе эксплуатации возможно образование продуктов коррозии трубопроводов и агрегатов топливной системы, попадание кусочков резиновых прокладок и т. д. Наличие самых незначительных количеств воды в топливе резко повышает коррозионные свойства его и, кроме того, может привести к засорению трубопроводов в случае появления льда при низких температурах. Особенно опасным является выпадение влаги и образование льда в трубопроводах топливных систем современных высотных самолетов, могущих за короткое время набрать большую высоту, в результате чего образование конденсата резко ускоряется.

В топливных системах летательных аппаратов применяются сетчатые металлические, шелковые, щелевые, металлокерамические, бумажные и механические фильтрующие устройства.

Насосы топливной системы служат для подачи топлива к двигателям в полете на всех высотах, при любых эволюциях и из всех баков или групп баков.

Насосы по назначению разделяются на подкачивающие и перекачивающие, а по типу привода - с приводом от авиадвигателя и с автономным приводом, как правило, от электродвигателя. Из большого разнообразия различных конструкций и типов насосов наибольшее распространение получили коловратные или центробежные насосы низкого давления, поршневые и шестеренчатые - высокого давления.

На современных самолетах обычно устанавливаются два насоса подкачки, один из которых с электрическим приводом размещается в топливном расходном баке или в начале трубопровода подачи топлива, а другой с приводом от авиадвигателя - в конце трубопровода перед насосом подачи (высокого давления). Такая установка насосов обеспечивает надежное питание двигателей топливом.

Насосы перекачки предназначены для перекачки топлива из тех баков, из которых оно должно вырабатываться в первую очередь, в баки расходные, т. е. в баки, из которых топливо направляется непосредственно к двигателям. Выработка топлива из разных баков или групп их диктуется необходимостью сохранить строго определенную центровку самолета в течение всего полета и обеспечить нужную разгрузку крыла.

Трубопроводы топливной системы, обеспечивающие подачу топлива к двигателям, сообщение баков с атмосферой, заправку топливом под давлением, выполняются чаще всего из алюминиевого сплава и шлангов с соединительной арматурой. Наиболее распространенными соединениями трубопроводов являются: дюритовое (гибкое) на стяжных хомутах и ниппельное (жесткое).

В последнее время широко применяются гибкие металлические Рукава, которые хорошо сопротивляются вибрационным нагрузкам, Удобны при монтаже, относительно легки.

На рис. 115 представлена схема топливной системы самолета.

Выработка топлива из баков осуществляется при помощи самолетных подкачивающих насосов, давление на выходе из которых должно быть больше минимально допустимого (обычно около 0,3 кГ/см 2). За насосом подкачки обычно устанавливается обратный клапан, не допускающий обратного движения топлива.

Пожарный кран перекрывает магистраль подачи топлива при неработающем двигателе и в полете при аварийных случаях.

На некоторых самолетах гидравлические сопротивления в магистрали от бака до насоса двигателя достигают большой величины. Это вызвало необходимость включения в топливную магистраль дополнительного двигательного подкачивающего насоса, который обеспечивает нужное давление у основного насоса двигателя.

Если предусматривается охлаждение масла системы смазки двигателя топливом, то в топливной системе устанавливается топливомасляный радиатор.

По мере выработки топлива из бака давление в последнем будет уменьшаться, что может привести к смятию бака. Для предотвращения этого топливные баки сообщаются с атмосферой через дренажные трубопроводы.

На самолетах, летающих на высотах, превышающих 15- 20 тыс. м, создается угроза выброса значительного количества топлива через дренаж. Для устранения этого в баках должно быть создано избыточное давление. Это давление создается инертными газами - азотом, углекислотой и другими, которые одновременно являются средством борьбы с пожаром.

Характерной особенностью топливных систем современных самолетов является большая емкость их баков. Заправить большое количество топлива через верхние обычные горловины баков сложное, трудоемкое дело, поэтому на подавляющем большинстве современных самолетов имеются системы заправки топливом снизу под давлением. Эти системы позволяют осуществить заправку за очень короткое время.

Система заправки топливом каждого самолета состоит из заправочных горловин (одной или двух), щитка управления заправкой, трубопроводов подвода топлива в заправляемые баки или группы баков, заправочных кранов с электрическим дистанционным управлением, поплавковых предохранительных клапанов, исключающих переполнение баков при отказе заправочных кранов.

Для увеличения дальности полета боевых самолетов некоторые типы их могут заправляться топливом в воздухе со специально оборудованного самолета-заправщика.

Вынужденная посадка современного транспортного самолета сразу после взлета, т. е. при максимальном полетном весе, в ряде случаев из-за ограниченной прочности шасси недопустима. Облегчение посадочного веса в этих аварийных случаях может быть достигнуто сливом топлива.

Система аварийного слива топлива в полете должна удовлетворять следующим требованиям: слив определенного количества топлива (достаточно облегчающего самолет) должен быть произведен за ограниченное время порядка 10-15 мин. При этом центровка самолета должна изменяться незначительно. Сливаемое топливо не должно попадать в зону горячих газов.

Система аварийного слива топлива состоит из кранов, трубопроводов и кранов управления сливом.

Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Топливная система двигателя предназначена для питания двигателя топливом в процессе запуска и на всех режимах работы. Топливная система двигателя состоит из системы основного топлива и системы пускового топлива.

Топливо на самолете размещено в сообщающихся между собой топливных баках под избыточным давлением 0, 1 кг. на см. кв.

Топливная система самолета обеспечивает подачу топлива из баков к двигателям в заданной последовательности на всех режимах работы самолета и при любом положении его в воздухе. Топливная система включает в себе баки, в которых размещается топливо; агрегаты, устройства и топливопроводы для заправки топливом баков на земле; агрегаты, устройства и трубопроводы, обеспечивающие подачу топлива из баков к двигателям; систему питания двигателей при действии нулевых и отрицательных перегрузок; приборы и устройства для контроля работы топливной системы на земле и в воздухе; агрегаты, устройства и трубопроводы наддува и дренажа топливных баков.

топливо размещается в двух фюзеляжных баках-отсеках - баке №1 (переднем) и баке №2 (заднем), в баке в центроплане, расположенным над баком №2, в крыльевых баках (по одному в каждой консоли). всего в самолете Су-25 5 топливных баков. Под консоли крыла самолета можно установить 4 подвесных топливных бака, по два под каждую консоль. Суммарная эксплуатационная емкость топливных баков составляет 3660 литров, в том числе емкость фюзеляжных топливных баков составляет 2386 литра, емкость бака-отсека каждой консоли составляет 637 литров. Топливо из подвесных топливных баков выдавливается в бак №1 воздухом с избыточным давлением 0, 65 кг. на см. кв. Каждый бак имеет емкость 80 литров.

Расходным баком является бак № 2, расположенный в центре тяжести самолета.

Фюзеляжные и крыльевые баки представляют собой герметичные баки-отсеки, являющиеся элементами конструкции фюзеляжа и крыла самолета.

На боковых поверхностях баков №1 и №2, отделенных от воздушного канала компоновочным зазором и на нижних поверхностях бака в центроплане и бака №1 установлен протектор, который существенно снижает потери топлива при пробоях стенок баков и уменьшает возможность возникновения пожара. Двухслойные проектирующие элементы имеют толщину до 20 мм.

Для обеспечения взрывобезопасности топливных баков фюзеляжа, крыла, центроплана и подвесных баков их внутренние объемы заполнены пористым заполнителем - пенополиуретаном. Для обеспечения защиты от пожара смежных отсеков, расположенных рядом с первым и вторым топливными каналами и баками также заполнено пенополиуретаном.

Закладка в баки пенополиуретановых вкладышей производится через монтажные люки.

В подвесные топливные баки пенополиуретановые вкладыши закалываются при разобранном по стыковым шпангоутам баке. Крепление вкладышей в баке осуществляется путем их натяга при помощи лент, а также вследствие того, что вкладыши вырезаются по внешнему контуру баков с припуском.

Система дренажа и наддува обеспечивает в крыльевых и фюзеляжных баках избыточное давление на всех режимах полета, с этой целью все баки соединены дренажными трубопроводами, в которые подается воздух от заборника скоростного напора и системы наддува.

Заправка баков топливом осуществляется двумя способами: - открытым централизованным; - открытым через заливные горловины каждой емкости. При открытом централизованном способе заправка фюзеляжных и крыльевых баков выполняется через заправочную горловину бака №1.

Последовательность выработки топлива из баков обусловлена требованием сохранения центровки самолета в заданных пределах на всех режимах полета. Так как бак №2 - расходный, от вырабатывается в последнюю очередь и поддерживается заполненным на всех режимах работы двигателя за счет перекачки топлива из баков фюзеляжа и крыла. Подача топлива к двигателям обеспечивается тремя способами:

• - подкачивающим насосом из бака №2 на всех режимах полета при отсутствии нулевых и отрицательных перегрузок;
• - вытеснением из бачка-аккумулятора при действии нулевых и отрицательных перегрузок;
• - самотеком через обратные клапаны при отказе насоса. Топливо к насосам, установленным по одному на каждом двигателе, подается из расходного бака насосом подкачки.

Емкость бачка-аккумулятора обеспечивает работу двигателей на нулевых или отрицательных перегрузках в течении 15-ти секунд. При нормальной работе топливной системы бачок-аккумулятор полностью заполнен топливом.

Топливо из крыльевых баков в расходный перекачивается струйными насосами.

Выработка топлива из подвесных топливных баков производится под действием давления наддува. Подвесные топливные баки вырабатываются в первую очередь. Конструктивно подвесной топливный бак выполнен в виде цилиндрической оболочки, подкрепленной шпангоутами, приваренными к ней электросваркой. Для улучшения транспортабельности и условий хранения подвесной бак выполнен разъемным, из трех частей: носовой, средней и хвостовой, соединенных по стыку болтами. Герметичность обеспечивается установкой по разъемам стыковых колец. На хвостовой части подвесного топливного бака установлен стабилизатор, состоящий из двух горизонтально расположенных консолей. Средняя часть подвесного топливного бака - силовая, на ней расположены узлы подвески бака к балочному держателю; в средней части подвесного бака установлена труба, служащая для отбора топлива из бака.

Топливная система

Топливная система (ТС) самолета RRJ спроектирована и разработана фирмой Гражданские Самолеты Сухого (ГСС) в соответствии с требованиями сертификационного базиса. Система показана в материалах по двигателю SaM-146. ТС самолета состоит из взаимосвязанных подсистем (далее по тексту – систем), которые обеспечивают:
размещение топлива на борту;
подачу топлива к основным двигателям;
выработку всего имеющегося на борту топлива в случае останова (отказа) одного из двигателей;
подачу топлива к вспомогательной силовой установке (ВСУ);
централизованную заправку самолета топливом на земле;
централизованный слив топлива на земле из топливных баков самолета в наземные емкости;
слив отстоя и остатков топлива на земле;
дренажирование топливных баков;
управление и контроль за работой топливной системы;

Управление и контроль

Управление и контроль над работой топливной системы осуществляется с помощью независимых подсистем управления, которые выполняют следующие функции (далее система управления и контроля):
управление и контроль над работой топливных насосов;
управление и контроль над работой перекрывных кранов в системах подачи топлива к двигателям и ВСУ и крана перекрестного питания;
вычисление и индикацию оставшегося количества топлива на самолете по информации от датчиков расхода топлива, установленных в топливных системах двигателей;
измерение количества топлива в топливных баках, управление заправкой и другие функции, которые перечислены ниже.

Система управления и контроля над работой топливных насосов обеспечивает:
ручное управление основными топливными насосами, которые обеспечивают подачу топлива к двигателям и подачу активного топлива на привод струйных насосов перекачки;
ручное и автоматическое управление насосами постоянного тока, которые обеспечивают подачу топлива к ВСУ и основным двигателям при их запуске, работе и при отказах основных насосов;
формирование сигналов о состоянии топливных насосов (работает, не работает, отказ);
формирование предупредительных сигналов о состоянии топливных насосов;

Система управления и контроля над работой перекрывных кранов в системах подачи топлива к двигателям и ВСУ и крана перекрестного питания обеспечивает:
ручное управление работой перекрывных кранов;
формирование сигналов о состоянии кранов (работает, не работает, отказ);
формирование предупредительных сигналов о состоянии о состоянии кранов
Система вычисления и индикации оставшегося количества топлива на самолете по информации от датчиков расхода топлива, установленных в топливных системах двигателей, обеспечивает:
вычисление суммарного оставшегося количества топлива на самолете по информации от датчиков расхода топлива, установленных в топливных системах двигателей (далее расходомеры);
вычисление оставшегося количества топлива для каждого двигателя по информации от расходомера;
вычисление разности значений запаса топлива между вычислениями топливомера и расходомеров;
формирование сигнала о превышении допустимой разности;
индикацию оставшегося запаса топлива экипажу.

Измерение количества топлива и управление заправкой осуществляется (СУИТ-RRJ), которая обеспечивает:
измерение, вычисление и индикацию количества топлива в каждом баке и отсеке по информации от топливомера;
вычисление и индикацию суммарного количества топлива на самолете по информации от топливомера;
вычисление суммарного количества топлива на самолете по информации от топливомера для левого и правого борта;
вычисление разности значений запаса топлива между вычислениями топливомера и расходомеров и формирование сигнала превышения допустимой разности;
измерение температуры топлива в баках и сигнализацию о приближении её к температуре кристаллизации топлива;
измерение и вычисление плотности топлива при заправке на земле и при выработке в полете;
ручное и автоматическое управление заправкой топливом на земле;
управление централизованным сливом топлива на земле;
обнаружение и формирование сигнала о наличии в баках свободной воды;
формирование сигналов о резервном остатке топлива на самолете по левому и правому бортам от независимых сигнализаторов уровня;
формирование сигналов об остатке топлива на самолете по левому и правому бортам от независимых сигнализаторов уровня на 30 минут полета;
формирование сигнала о резервном остатке топлива на самолете по информации от топливомера;
формирование сигнала об остатке топлива на самолете по информации от топливомера на 30 минут полета;
выдачу необходимой кодовой информации в смежные системы самолета;
проведение встроенного контроля исправности системы и взаимодействующих с ней изделий в процессе предполетной подготовки.

Топливная система на самолетах семейства RRJ унифицирована.

Рис. 1.4-2 Схема размещения баков и отсеков

Рис. 1.4-3 Порядок выработки топлива

Управление и контроль топливной системы

Управление и контроль над работой топливной системы осуществляется с помощью системы управления и измерения топлива (СУИТ-RRJ), которая обеспечивает:

• измерение, вычисление и индикацию количества топлива в каждом баке и отсеке по информации от топливомера;
• вычисление и индикацию суммарного количества топлива на самолете, для левого и правого борта по информации от топливомера;
• вычисление и индикацию оставшегося количества топлива на самолете по информации от датчиков расхода топлива на двигатели (далее расходомеры);
• вычисление и индикацию оставшегося количества топлива по бортам по информации от расходомера каждого двигателя;
• вычисление разности значений запаса топлива между вычислениями топливомера и расходомеров и формирование сигнала превышения допустимой разности;
• измерение температуры топлива в баках и сигнализацию о приближении её к температуре кристаллизации топлива;
• измерение и вычисление плотности топлива при заправке на земле и при выработке в полете;
• ручное и автоматическое управление топливными насосами подкачки топлива к двигателям, формирование сигналов об их состоянии и предупредительных сигналов;
• ручное и автоматическое управление заправкой топливом на земле;
• управление централизованным сливом топлива на земле
• обнаружение и формирование сигнала о наличии в баках свободной воды;
• формирование сигналов о резервном остатке топлива на самолете по левому и правому бортам от независимых сигнализаторов уровня;
• формирование сигнала о резервном остатке топлива на самолете по информации от топливомера;
• выдачу необходимой кодовой информации в смежные системы самолета;
• проведение встроенного контроля исправности системы и взаимодействующих с ней изделий в процессе предполетной подготовки.

Общие сведения

Подача топлива к каждому двигателю осуществляется независимыми подсистемами. Каждая топливная подсистема может обеспечивать подачу топлива по топливным трубопроводам к двум двигателям одновременно. Во время полёта перелив топлива между топливными баками отсутствует. Топливная система функционирует на всех высотах во всем диапазоне
режимов полета и ОУЭ.

Контроль и мониторинг топливной системы осуществляется с помощью следующих средств:

• мнемокадров FUEL (ТОПЛИВО) многофункционального индикатора;
• верхнего пульта управления и контроля подачи топлива;
• бортовой системы регистрации и технического обслуживания.

Каналы измерения количества и расхода топлива независимы и изолированы друг от друга. Расчет величины остатка топлива выполняется с помощью контроллера топливной системы на основе данных от датчиков массового расхода топлива на двигатель. Измерение количества топлива осуществляется системой индикации количества топлива (FQIS) на основе данных от ёмкостных датчиков уровня топлива.

Топливные баки

Топливо на борту размещается в трёх топливных баках:

• центральном;
• левой и правой крыльевых консолях.

Общий запас топлива во всех баках составляет 15805 литров.

Топливные баки имеют коррозионно-стойкую конструкцию. Баки имеют свободный дополнительный объем для безопасного расширения топлива во всех эксплуатационных
температурных режимах. Дренажные баки состоят из двух сообщающихся отсеков.

Для доступа в баки на нижних панелях консолей крыла и на стенке заднего лонжерона центрального бака имеются люки, закрываемые герметичными крышками. Нижняя часть топливных баков используется в качестве емкости для слива осадка и воды. Клапаны слива отстоя установлены в нижних точках всех топливных отсеков и дренажных баков. Слив отстоя проводится в наземных условиях.

Дренажная система

На борту самолёта установлена дренажная система открытого типа. Система состоит из двух дренажных баков, дренажного короба, поплавковых клапанов, струйных насосов откачки топлива из дренажных баков, предохранительных пружинных клапанов. Дренажные отверстия трубопроводов и поплавковые клапаны расположены в топливных баках так, что при всех возможных положениях самолёта в полёте и на земле обеспечивается беспрепятственный дренаж топливных баков и предотвращается вытекание топлива через дренажную систему.

Дренажная система поддерживает давление воздуха в надтопливном пространстве топливных баков близкое к давлению наружного воздуха и предотвращает возникновение недопустимого перепада этих давлений. Дренажная система топливных баков работает полностью автоматически, ручного управления и индикации не имеет. В дренажных баках расположены предохранительные (разрывающиеся) диски, защищающие топливные баки от повреждения при возникновении отрицательного или избыточного давления, превышающего установленный предел безопасной эксплуатации. При отклонении давления от заданных значений диск разрушается и после устранения неполадок заменяется. Также на смотровом люке между нервюрами 17 и 18 расположены заборники дренажа с пламяпреградителями, препятствующими попаданию открытого пламени в дренажные баки.

В нижней зоне каждого из дренажных баков установлен датчик – сигнализатор уровня, посылающий сигнал в систему заправки топливом на блокировку заправки при заполнении 1/3 высоты дренажного бака топливом, а также всасывающие патрубки струйных насосов, предназначенных для откачки топлива, попавшего в дренажные баки.

Дренажная система топливных баков поддерживает давление в баках в пределах эксплуатационных ограничений на всех режимах эксплуатации.

Такие режимы включают следующие:

• снижение с пустыми баками на максимальной аварийной скорости;
• набор высоты с баками наполненными топливом, с максимально допустимой скоростью набора;
• случайный перелив топлива при заправке.

Распределение топлива

Каждый двигатель имеет индивидуальную внутреннюю фильтрационную защиту. На заборниках топлива в расходных отсеках установлены специальные сетки.

При отказе всех топливных насосов подкачки, двигатели могут нормально функционировать, при условии соблюдения определенных ограничений по высоте и маневренной нагрузке. Эти ограничения определены в Руководстве по летной эксплуатации.

В режиме крейсерского полёта при отказе всех топливных насосов, или одновременном отключении электропитания бортовых электрических систем переменного и постоянного тока, подача топлива в двигатель обеспечивается самотёком из крыльевых топливных баков, при этом топливо из центрального бака перестаёт вырабатываться. Во время полёта под действием отрицательных перегрузок стабильная работа двигателей обеспечивается в течение 10 секунд при расходе топлива 1700 кг/час на один двигатель. В режиме самотёка, в крыльевом отсеке № 1, за счет его более низкого днища, может остаться невырабатываемый остаток топлива до 420 кг.

Заправка

Централизованная заправка выполняется через стандартный штуцер, установленный на правой передней кромке крыла для заправки самолёта топливом под давлением до 350 кПа (3,5 кгс/см 2) с максимальным расходом до 1000 л/мин. Продолжительность полной заправки баков составляет около 16 минут для самолетов моделей LR и для моделей B. Централизованная заправка осуществляется автоматически или вручную.

Процесс заправки или её прекращения осуществляется в автоматическом режиме по сигналам от блока вычисления количества топлива (FQIC), при достижении заданного количества топлива или от сигнализаторов предельно допустимого уровня в каждом из баков. В ручном режиме количество топлива контролируется по сигналам от счётчика топливозаправщика и топливомера; при достижении требуемого количества топлива заправка должна быть прекращена вручную; в случае достижения предельно допустимого количества топлива заправка прекращается автоматически.

При попадании топлива в дренажный бак во время заправки производится автоматическое прекращение заправки. Для откачки топлива, попавшего в дренажные баки, используются струйные насосы, которые начинают откачку после включения основных насосов подкачки.

Нецентрализованная заправка.

Для обеспечения нецентрализованной заправки (заправки по уровню) в левой и правой консолях между нервюрами 3 и 4 на люке доступа установлены два вспомогательных штуцера заправки. Каждый из штуцеров сообщён непосредственно с соответствующим отсеком №3.

Размещение на самолете отсеков для топливных баков производится при компоновке самолета, при этом масса топлива в отсеке определяется как

M т =ρ(W 0 -W св -W a -W ст -W м.б.),= ρ W т

W 0 - объем отсека в конструкции самолета для бака;

ρ - плотность топлива при данной температуре;

W св - свободный объем надтопливного пространства, необходимый для расширения топлива при изменении его температуры;

W a - объем внутрибаковой арматуры, насосов, топливомеров и др.;

W ст - объем стенок баков;

W м.б - объем пространства между внешней поверхностью бака и элементами конструкции самолета;

W т – объем залитого топлива.

Условно приняв плотность топлива при температуре 20 °С за исходную и введя понятие коэффициента заполнения отсека к з.о. , можно оценивать и сопоставлять использование объемов отсеков самолета для размещения топлива. Этот коэффициент представляет собой отношение объема, заполняемого топливом, к объему пространства внутри конструкции самолета, отведенного для него: к з.о. = W т / W 0 .

В зависимости от типа самолета, места расположения, назначения и конструктивной схемы бака этот коэффициент может меняться в довольно широких пределах. Наибольшее значение, близкое к единице, он имеет для баков, выполненных в виде герметизированных отсеков самолета, из которых топливо вытесняется сжатым газом. Наименьшее значение коэффициента заполнения отсека (к з.о. = 0,8-0,9) бывает у расходных протектированных баков с большим количеством устройств автоматического управления порядком выработки топлива, насосами и другим оборудованием.

Увеличение потребных запасов топлива вызывает определенные трудности в его размещении на самолетах. На транспортных самолетах в фюзеляже размещаются пассажиры и груз, а топливо, в основном, может быть размещено только в консолях крыла. В связи с этим выбор высоты его профилей производится не только из аэродинамических требований, но и из условия размещения в них необходимых запасов топлива. Для наиболее рационального использования внутренних объемов крыльев и увеличения емкости топливной системы на современных самолетах под топливные баки используются образованные конструкцией крыла отсеки. Они покрываются изнутри герметиком и называются баками-кессонами.

Обычно под топливо отводится только часть объема крыла, а в остальном объеме размещаются насосы, механизация крыла, шасси и элементы системы управления самолетом. При верхнем расположении крыла его центроплан может использоваться для размещения топлива, что не допустимо для низкоплана (возможно возгорание топлива при аварийной посадке на “живот”).

Необходимо отметить, что масса топлива в полете разгружает крыло, благодаря чему получается определенный выигрыш в массе его конструкции. При посадке масса топлива увеличивает нагрузку, действующую на крепление крыла, но обычно посадка совершается с небольшим количеством топлива в крыльевых баках. В аварийных случаях посадки через небольшой промежуток времени после взлета предусматривается слив топлива из баков, например на самолетах Ту-104, Ту-114 и др.

Для восполнения запасов топлива и увеличения продолжительности полета на боевых самолетах применяется дозаправка топливом в полете от специальных самолетов-заправщиков. На пассажирских самолетах из соображений безопасности заправка топливом в полете не предусматривается.

На самолетах-истребителях из-за ограниченных объемов конструкции самолета основная масса топлива размещается в фюзеляже и дополнительно в крыле. Фюзеляжные баки имеют сложную форму, которая определяется местом их расположения. Они имеют относительно большую высоту, что способствует более полной выработке топлива. На этих самолетах фюзеляж имеет относительно небольшой свободный объем для топлива в связи с размещением в нем специального оборудования. Поэтому для увеличения запасов топлива применяются подвесные топливные баки.

Подвесные топливные баки на самолетах со стреловидным крылом устанавливают под фюзеляжем и консолями. На самолетах с малыми углами стреловидности крыла подвесные баки устанавливают на концах крыла, что объясняется наименьшим увеличением лобового сопротивления, эффективным увеличением площади крыла и разгрузкой крыла.

Емкость подвесных топливных баков колеблется от 500л до 5000 л, а на некоторых типах самолетов, например бомбардировщике В-58, где подвесной топливный бак выполнен в виде контейнера, подвешиваемого под фюзеляжем, достигает 10000 л.

Подвесные баки оказывают отрицательное влияние на летные характеристики самолета (ухудшаются маневренность и разгонные характеристики, увеличивается лобовое сопротивление, уменьшается высотность и т. д.).

Объем подвесных сбрасываемых баков для конкретного самолета определяется расходом топлива на неответственных участках траектории полета (запуск, опробование, руление, взлет, набор высоты, полет над своей территорией и т. д.). При необходимости на ответственных участках траектории полета (эволюции, воздушный бой) подвесные баки сбрасываются, не зависимо от наличия в них топлива.

Большое распространение на боевых самолетах получила заправка топливом в полете, которая позволяет увеличить продолжительность и повысить боевую эффективность самолета. Размещение топлива во всех свободных объемах крыла и фюзеляжа, а в некоторых случаях и в вертикальном оперении приводит к большому количеству топливных баков, расположенных в различных местах продольной оси самолета. Поэтому по мере выработки топлива из баков происходит изменение положения центра масс самолета.

При компоновке самолета выбирается такое расположение топливных баков, чтобы центр масс самолета, полностью заправленного топливом, располагался вблизи центра масс самолета, не заправленного топливом. В зависимости от компоновки самолета могут быть два варианта размещения топлива на самолете. Симметричное расположение, когда центры масс полностью заправленных баков находятся на одинаковом расстоянии х от центра масс самолета и объемы топлива W 1 и W 2 передних и задних баков (относительно центра масс самолета) равны между собой. Не симметричное расположение, когда объемы баков и их расстояние до центра масс самолета не равны, а равны только моменты масс баков:

ρW 1 X 1 = ρW 2 X 2 .

В первом случае расход топлива при необходимости поддержания постоянной центровки самолета должен производиться при сохранении равенства расходов из передних и задних баков (Q 1 = Q 2 ). При этом расход топлива из каждого бака должен быть пропорционален расходу топлива на двигатель:

Q 1,2 = ,

Q дв. - расход топлива на двигатель;

n - количество двигателей, питаемых из одного расходного бака;

k - количество одновременно вырабатываемых баков в расходный бак.

Неравномерность выработки в этом случае передних и задних баков, т. е. изменение центровки самолета, может происходить из-за различных расходов топлива двигателями и нестабильности гидравлических характеристик перекачивающих магистралей.

На самолетах, где топливо должно вырабатываться несимметрично, перекачка топлива производится с преимущественным расходом топлива из передних или задних баков.

При несимметричном расположении топлива, если не требуется компенсация центровки для сохранения равенства моментов, например при десантировании грузов, расход топлива производится или непрерывно пропорционально закону

Q 1 = или Q 1 = Q 2

или отдельными порциями в границах заданного поля центровок.

В общем случае центровка самолета при расходовании топлива из баков оценивается:

= /b сах,

где G i – запас (или выработка части топлива) i топливного бака;

x i – координата центра масс соответствующего топливного бака относительно носка средней аэродинамической хорды;

b сах, средняя аэродинамическая хорда.

Положение центра масс во время полета определяет необходимые характеристики устойчивости, управляемости при наименьших потерях топлива на балансировочное сопротивление на всех участках траектории полета.

Для самолетов с различной стреловидностью крыла рекомендуются следующие диапазоны центровок:

самолеты с прямым крылом 0,20…0,25;

самолеты со стреловидным крылом (χ=35 0 …40 0) 0,26…0,30;

самолеты со стреловидным крылом (χ=50 0 …55 0) 0,30…0,34;

самолеты с треугольным крылом

малого удлинения 0,32…0,36.

По функциональному назначению топливные баки, являющиеся частью конструкции самолета, подразделяются на расходные и основные. Основные топливные баки предназначены для размещения наибольшего объема топлива на борту. Эти баки могут размещаться в различных «свободных» местах самолета (с учетом необходимых требований), что приводит к их значительному количеству.

Расходные топливные баки, относящиеся к основной топливной системе, служат как для его размещения части топлива, так и для обеспечения двигателей топливом. Кроме того, установленная в них автоматика позволяет управлять порядком выработки топлива в пределах всей топливной системы. Расходные баки обычно размещаются вблизи центра масс самолета так, чтобы существенно не повлиять на изменение центровки самолета после выработки из них топлива.

Наиболее целесообразно располагать в расходных топливных баках заборные отсеки или отсеки отрицательных перегрузок, которые обеспечивают бесперебойную подачу топлива при любых возможных положениях и перегрузках самолета.

Кроме того, применение системы расходных баков позволяет:

а) простыми конструктивными методами обеспечить в расходных баках посадочный остаток топлива (резерв топлива);

б) при сложных схемах перекачки упростить контроль экипажем автоматики и обеспечить резерв времени в случае появления отказа в магистралях перекачки;

в) снизить и выравнить температуру топлива, подаваемого к двигателю;

г) конструктивно обеспечить дегазацию топлива, поступающего в расходный бак из очередных баков, и улучшить кавитационные характеристики насосов подкачки;

д) обеспечить частичный отстой топлива, поступающего к двигателям;

е) мощные насосы подачи топлива в двигатели устанавливать только в расходных баках, во всех остальных баках устанавливать перекачивающие низконапорные и, следовательно, и более легкие насосы.

Количество расходных баков обычно соответствует количеству двигателей, но в отдельных случаях могут применяться схемы с общим расходным баком для нескольких двигателей.

Схема магистралей перекачки зависит от количества топливных баков, их расположения на самолете, минимальной массы и надежности работы

Выполнение заданной программы перекачки топлива на маневренных самолетах требует от системы топливных баков, трубопроводов и агрегатов стабильности гидравлических характеристик вне зависимости от эволюции самолета в пространстве.

Из всех основных баков топливо перекачивается в расходные. При этом порядок перекачки топлива определяется необходимой центровкой самолета в полете и требованиями, выполнение которых необходимо для нормального функционирования самой топливной системы:

Порядок перекачки топлива должен обеспечивать поддержание расходного бака (баков) полным или почти полным до опорожнения всех других баков;

Во всех случаях остаток топлива в расходном баке (баках) к моменту опорожнения всех других емкостей не должен быть меньше резерва топлива,

Порядок перекачки топлива в расходный бак должен исключить попадание топлива в уже выработанные основные баки, так как по окончании выработки топлива из бака перекачивающий насос оголяется, выходит на нерасчетный режим и должен быть выключен экипажем или автоматически. Это же требование сохраняется и при подаче топлива в расходный бак из других баков под давлением воздуха (выдавливанием). В этом случае после окончания выработки топлива из бака наддув отключается и топливо, вновь попавшее в бак, останется невыработанным.

На самолетах-истребителях при отсутствии подвесных сбрасываемых баков начинать перекачку топлива в расходный бак следует из крыльевых баков. Объясняется это малой высотой и большой площадью крыльевых топливных баков, что затрудняет полную и равномерную выработку топлива из них, особенно при эволюциях самолета. Темп перекачки топлива из крыльевых баков обычно невелик, так как прокладка трубопроводов больших диаметров в тонких крыльях затруднительна. В крыльевых баках самолетов-истребителей перекачивающие насосы из-за их больших габаритов обычно не применяются, а подача топлива производится под давлением воздуха, повышение которого связано с увеличением массы конструкции и трудностями обеспечения герметичности баков-отсеков.

Необходимо отметить, что на некоторых типах самолетов-истребителей с целью разгрузки конструкции крыла, в полете первоначально топливо частично вырабатывается из фюзеляжных баков, а затем – из крыльевых.

5.6. СПОСОБЫ ПОДАЧИ ТОПЛИВА К ДВИГАТЕЛЯМ

Схемы

На выбор рациональной схемы подачи топлива к двигателям оказывают влияние: назначение и компоновка самолета, режимы его полета, тип и число двигателей, сорт применяемого топлива, мероприятия по обеспечению безопасности и высотности полетов. Сложность создания рациональной схемы подачи топлива к двигателям обусловлена: необходимостью размещения большого количества топлива в ограниченном объеме, обеспечения бесперебойной работы двигателей в большом диапазоне скоростей и высот полета, включения автоматических устройств, обеспечивающих заданную программу выработки топлива и контроль работы топливной системы.

Одним из важнейших фрагментов схемы магистралей подачи топлива к двигателям является выработка топлива из баков. Для обеспечения выработки топлива применяются следующие способы: самотеком, вытеснением, насосом подкачки

Выработка топлива из баков самотеком (рис. 5.4 а) применяется на самолетах со сравнительно маломощными ПД, где расходы топлива и потребное давление на входе в насос двигателя невелико. На самолете с двигателями, развивающими большую тягу (мощность), выработка топлива из баков самотеком применяется для переливания топлива из бака в бак, как сообщающиеся емкости (или в пределах одной группы, или в качестве аварийного перелива топлива).

Выработка топлива из баков вытеснением (рис. 5.4 б) осуществляется сжатым воздухом или нейтральными газами. Надтопливное пространство бака изолировано от окружающей атмосферы. Преимуществами такой выработки являются: возможность полета на большой высоте, отсутствие топливных насосов на самолете, возможность регулирования давления, отсутствие дренажа, потерь на испарение топлива и расхода энергии на привод насосов. Однако имеются существенные недостатки: большая масса нагруженных баков внутренним давлением и малая живучесть их при повреждении.

На современных самолетах гражданской авиации выработка топлива из баков только вытеснением не применяется, но в некоторых случаях возможен наддув топливного бака небольшим избыточным давлением (15…30 кПа). Такое избыточное давление получают от компрессора двигателя (через редуцирующее устройство) или за счет скоростного напора.

Выработка топлива из баков насосом подкачки (рис. 5.4 в) приводит к тому, что баки нагружены в меньшей степени, стенки их могут быть изготовлены более тонкими, а баки - легкими. Бак может быть расположен и ниже насоса подкачки, возможна автоматизация управления насосом. Подкачка позволяет создать достаточное давление на входе в основной насос двигателя, обеспечивая необходимую высотность. Недостатком способа является утяжеление топливной системы. У насосов подкачки с электрическим приводом повышенная пожарная опасность. Недостаточна высотность самих насосов. Для повышения надежности иногда в топливной магистрали устанавливаются два параллельно работающих насоса.

Системы перекачки топлива на самолете выполняют различные функции и могут быть подразделены на основную и вспомогательную.

Основная система перекачки топлива участвует непосредственно в цепи подачи топлива из очередных баков в расходный с подачей топлива, необходимой для питания двигателей.

Вспомогательные системы обеспечивают откачку топлива из дренажных бачков, выработку остатков топлива из баков и трубопроводов и т.д.

Система балансировочной перекачки обеспечивает создание необходимого балансировочного момента самолета. Наибольшее распространение получили системы перекачки топлива в расходные баки с центробежными электроприводными насосами. Такие системы применяются почти на всех отечественных и зарубежных самолетах.

На рис. 5.5 дана принципиальная схема топливной системы самолета. Она представляет многобаковую систему, обеспечивающую бесперебойную подачу топлива к двигателю на всех допускаемых режимах эксплуатации самолета. Эта схема, состоящая из ряда магистралей, отражает наличие основных, необходимых агрегатов и устройств, обеспечивающих надежную работу силовой установки. В зависимости от назначения, типа самолета и условий его эксплуатации состав топливной системы может варьироваться не только по номенклатуре самих подсистем, но и по входящим в них агрегатам. Поэтому представленную схему следует рассматривать, как функциональную.

В рассматриваемую схему входят:

Подкачивающая магистраль (подача топлива из расходного бака к двигателю);

Перекачивающая магистраль, обеспечивающая подачу топлива из крыльевых и фюзеляжных основных и подвесных топливных баков;

Дренажная магистраль.

Рассмотрим подачу топлива по предложенной схеме (см. рис. 5.5). Топливо из расходного бака 1 поступает в топливозаборник отсека отрицательных перегрузок 8. При действии отрицательных перегрузок топливо, занимая верхнее положение, беспрепятственно будет поступать в заборный патрубок вплоть до полной выработки отсека. Его заполнение происходит при возвращении самолета к нормальному полету через клапаны 9. Последние исключают выливание

Рис.5.5 Принципиальная схема топливной системы самолета 1 - расходный топливный бак, 2 -фюзеляжный топливный бак, 3. - крыльевые топливные баки, 4 - подвесной топливный бак, 5 - подкачивающая магистраль, 6 - перекачивающая магистраль, 7 - аварийная пере­ливная магистраль, 8 - отсек отрицательных перегрузок, 9 - клапан отсека отрицательных перегрузок, 10 -подкачивающий центробежный насос (ГШН), 11 - двигательный центробежный насос (ДЦН), 12 - обратный клапан, 13-топливный аккумулятор, 14 -топливно-масляный аккумулятор, 15 - термо клапан, 16-фильтр тонкой очистки, 17 - перекрывной (противопожарный) кран, 18 - датчик расходомера, 19,21 - поплавковые гидроклапаны, 20 - перекачивающий центробежный насос, 22 - топливный клапан с сервоприводом,23 -гидроклапан выработки топлива, 24 - гидроклапан дренажа крыльевых топливных баков, 25 - дренажная магистраль, 26 - предохранительный клапан, 27 - линия командного давления выработки топлива, 28 - линия командного давления дренажа крыльевых топливных баков,29-сигнализатор давления, 30 - датчик аварийного остатка топлива.

топлива из отсека при некоторых эволюциях самолета. Следует отметить, что отсеки отрицательных перегрузок устанавливаются на пилотажных машинах, а их объем обеспечивает работу двигателя в течение (15…30)с действия отрицательных перегрузок.

Подается топливо к двигателю подкачивающим насосом 10. Для повышения надежности работы в расходных баках устанавливают, как правило, по два насоса с обязательной установкой обратных клапанов на их выходе. При отказе одного из насосов его обратный клапан перекроет перелив топлива обратно в бак от работающего насоса. Дублирующий насос работают или параллельно с основным, или имеет автономное управление и включаются в случае выхода из строя основного насоса.

В качестве дублирующих обычно применяют однотипные насосы, но известны системы с дублирующими насосами, имеющими неэлектрический привод (эжекторные или турбоприводные насосы). В последнем случае может обеспечиваться также перекачка топлива в аварийном случае при отказе системы электропитания самолета.

На самолетах, имеющих большие расходы топлива, в отдельных случаях в качестве основных насосов перекачки топлива применяются центробежные насосы с приводом от воздушной или гидравлической турбины.

В последнее время широкое распространение в системах перекачки топлива (особенно в режиме доработки) получили струйные насосы.

На современных самолетах для обеспечения надежной подачи топлива к двигателям (в том числе и для исключения кавитации на входе в основной насос двигателя) применяется многоступенчатая подкачка. Обычно обходятся одним насосом подкачки первой ступени (НП1) 10и одним насосом подкачки второй ступени на двигателе (НП2) 11. При этом НП1 создает необходимое давление на входе в НП2, а последний обеспечивает потребное давление на входе в основной насос двигателя (ОНД). Преимуществами такой двухступенчатой подкачки является меньшая суммарная масса НП1 и НП2 и также меньшая мощность на их привод по сравнению с одним насосом подкачки, обеспечивающим потребное давление на входе в ОНД. Кроме того, такая схема включения насосов позволяет подавать топливо из расходного бака при меньших давлениях, что разгружает трубопроводы подкачивающей магистрали и исключает возникновение течи топлива.

Топливный аккумулятор 13 может выполнять двоякую функцию: обеспечить подачу топлива из расходного бака (в случае отсутствия отсека отрицательных перегрузок) при действии отрицательных перегрузок и гашения колебаний расхода и давления топлива на переходных режимах.

Топливный аккумулятор состоит из двух полостей, разделенных гибкой резиновой мембраной - воздушной полости и топливной полости. В воздушную полость подается давление воздуха (или газа), несколько меньшее давления, создаваемого топливным насосом расходного бака. Топливная полость сообщена с магистралью питания двигателя, За насосом расходного бака 10, устанавливается обратный клапан 12, пропускающий топливо только в сторону двигателя. При работе насоса за счет гибкой резиновой мембраны аккумулятор заполняется топливом и давлением топлива поддерживается в заполненном состоянии. При падении давления за насосом (уменьшение или прекращение подачи топлива) топливный аккумулятор компенсирует его подачу из своей полости. После восстановления давления за насосом расходного бака аккумулятор вновь заполняется топливом. Длительность действия отрицательных перегрузок и их величина зависят от предназначения самолета и режимов его полета.

На самолетах с ТРД в топливные системы включается топливно-масляные радиатор 14, охлаждающий масло маслосистемы самолета протекающим топливом. При этом нагретое топливо лучше распыляется в форсунках двигателя, предохраняет фильтр 16от возможного обмерзания. Если для питания двигателя требуется расход топлива меньше, чем для охлаждения масла в топливно-масляном радиаторе, то часть топлива, пройдя радиатор, перепускается посредством термоклапана 15, обратно в бак. Фильтр тонкой очистки топлива 9 обязателен во всех топливных системах. Тонкость фильтрации составляет около 15 мкм. При возможном его засорении топливо, минуя фильтроэлемент, поступает к двигателю по перепускному каналу, предусмотренному в конструкции самого фильтра.

Перекрывной (пожарный) кран 17 предназначен для прекращения подачи топлива к двигателю в аварийных ситуациях (пожар, посадка на «живот» и т.д.). Он имеет дистанционный сервопривод на закрытие. Открывается только на земле. Контрольно-измерительная аппаратура представлена датчиком аварийного остатка топлива 30, манометром или сигнализатором давления 29, расходомером 18.

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 потерями давления, небольшой массой магистралей и для обеспечения необходимого диапазона центровки баки объединяют в группы 2, обычно путем их последовательного соединения по схеме сообщающихся сосудов.

Причем таких групп может быть несколько и выработка топлива из каждой группы осуществляется своим перекачивающим насосом 20.

Уровень наполнения расходного бака контролируется клапаном 22. При наличии нескольких групп, каждая из них подключается к своему клапану, при этом порядок выработки топлива среди групп будет зависеть от уровня установки этих клапанов.

Поплавковый клапан (рис. 5.6) служит для предохранения расходного бака от переполнения при перекачке топлива из основных топливных баков.

Устанавливается клапан внутри расходного бака в верхней его части. Клапанный узел помещен в корпус 1. Разъем между корпусом и крышкой 5 герметизируется резиновой прокладкой 4. Внутри корпуса находится клапан-демпфер 2, перекрывающий доступ топлива в бак. Он состоит из грибкового клапана 20, и ряда деталей, собранных в один узел. При гидравлическом ударе клапан 2 перемещается в поршне вниз, отходит от седла корпуса и стравливает избыточное давление в бак. При достижении определенного уровня топлива в расходном баке клапан-демпфер 2 перекрывает доступ топлива в бак под действием пружины 3 и давления топлива в момент перекрытия клапаном 6 отверстия в крышке 5. При снижении уровня топлива в баке рычаг с поплавком клапан 6 открывается, что вызывает снижение давления под поршнем 18. Под давлением топлива клапан-демпфер 2, сжимая пружину 3, отходит от седла, открывая проходное сечение и топливо

через окна в корпусе 1 выливается в бак и заполняет его. При заполнении бака, когда поплавок занимает верхнее положение, клапан 6 перекрывает отверстие в крышке 5. Через жиклер в клапане 20 топливо протекает во внутреннюю полость клапана и своим давлением совместно с пружиной 3 прижимает клапан-демпфер к седлу, перекрывая поступление топлива в бак. Из крыльевых баков 3 и подвесного бака 4 топливо вылавливается под избыточным давлением, отбираемым либо от двигателя или баллонов сжатого газа.

По схеме выработка из бака 4 осуществляется в первую очередь с помощью поплавкового гидроклапана 19 и гидроклапана выработки топлива 23, их принципиальные схемы даны соответственно на рис.5.7 и 5.8.

При снижении уровня топлива в баке 1 поплавок 4 (см.рис.5.7) опускается вниз и шариковый клапан 2 перекрывает сброс топлива (отбор последнего осуществляется от насоса 10). Это вызывает рост давления в командной магистрали 6, которая подключена к мембранной коробке 1 гидроклапана (см. рис.5.8). Под действием избыточного давления мембрана 4, преодолевая усилие пружины 3, открывает клапан 6, чем обеспечивает подачу топлива в расходный бак. При достижении необходимого уровня топлива в расходном баке поплавок 4 (см. рис.5.7) откроет шариковый клапан, давление в командной магистрали упадет и клапан 23 (см. рис.5.5) перекроет подачу топлива из подвесного бака. После опорожнения подвесного бака гидроклапан выработки 23 будет находиться в открытом состоянии.

Выработка топлива из крыльевых баков контролируется гидроклапаном 21 и его поплавок установлен на более низком уровне топлива в расходном баке. При уменьшении уровня топлива, ниже заданного, в командной магистрали 28 возрастает давление, которое закрывает клапан 3 (см. рис. 5.9), отсекая полости крыльевых баков от общей системы дренажа. В крыльевых баках возрастает давление, под действием которого вытесняется через открытый клапан 23 и повышает уровень топлива в расходном баке 1. После чего гидроклапан 22 сбрасывает давление в командной магистрали 28. Клапан сброса командного давления 24 соединяет полости крыльевых баков с дренажем и подача топлива прекращается.

5.7 ТОПЛИВНЫЕ НАСОСЫ.

Насосы, применяемые в топливных системах самолетов, должны обеспечивать в зависимости от типа самолета подачу топлива от 0,3 до 100 м 3 /ч и более при сравнительно невысоком давлении (не более 200 ...250 кПа) и небольших подпорах на входе. Они должны быть надежными в работе, иметь малые массу и габаритные размеры и большой ресурс работы. Кроме того, к топливным насосам предъявляются специальные требования, обусловленные температурой топлива и окружающего воздуха, величинами перегрузок, положением агрегата в пространстве и т.д. Из большого количества существующих в настоящее время типов насосов наиболее полно соответствуют этим требованиям лопастные и струйные насосы.

Лопастные (центробежные) насосы по сравнению с объемными имеют ряд преимуществ:

Работают при значительной частоте вращения рабочего колеса;

Обладают высокой производительностью;

Характеризуются малыми габаритами и небольшой массой;

Упрощается соединение крыльчатки с приводом (как, правило, напрямую), что устраняет сложные передаточные механизмы;

Обеспечивают свободное протекание топлива при неподвижной крыльчатке.

Все эти преимущества и относительно высокий к.п.д. делают лопастные насосы надежными в работе и удобными в эксплуатации.

Струйные насосы по сравнению со всеми перечисленными типами насосов имеют наименьшую массу и большую надежность, но обладают не всегда удовлетворительными характеристиками по экономичности из-за малых значений к.п.д.

Центробежные топливные насосы приводятся в действие с помощью различных типов приводов. Непосредственный привод от вала авиадвигателя наиболее надежен и экономичен, но может быть использован только для насосов, установленных непосредственно на авиадвигателе, например насосов второй ступени подкачки топлива. Для всех остальных топливных насосов применяются различные приводы: электрические, гидромоторные и пневмотурбоприводы.

Топливные насосы с приводом от электродвигателя .

Широкое распространение получили внутрибаковые электроприводные центробежные насосы (ЭЦН) (рис.5.10). Основным преимуществом этих насосов является возможность их размещения внутри бака с использованием топлива для охлаждения электродвигателя.

Надежность и ресурс работы внутрибаковых ЭЦН во многом зависит от степени герметичности и, следовательно, от совершенства конструкции уплотнений вращающихся деталей. Охлаждение уплотнительной манжеты осуществляется топливом, просачивающимся между манжетой и валом насоса. Просачивающееся топливо, попадая на центробежный отражатель 4, закрепленный на валу, отбрасывается к дренажному каналу 10, к которому подсоединяется трубка, свободный конец которой выводится за борт самолета в область пониженного давления.

Насосы с приводом от электродвигателей имеют достаточно высокую надежность. В подкачивающих и перекачивающих топливных насосах на случай выхода из строя привода подача топлива обеспечивается самотеком (благодаря подсосу последующей насосной ступенью) по внутренним каналам крыльчатки.

В качестве привода центробежных насосов наибольшее распространение получили электродвигатели постоянного тока со смешанным возбуждением и трехфазные асинхронные двигатели переменного тока. Необходимо отметить, что ресурс электропривода постоянного тока определяется надежностью щеточно-коллекторного узла.

Большим преимуществом электродвигателей переменного тока благодаря отсутствию коллектора и щеток является безотказность в работе в сильно разряженной атмосфере с пониженной влажностью (большие высоты). Недостатками электродвигателя переменного тока являются строго регламентированные частоты вращения и меньший, чем у двигателей постоянного тока, пусковой момент, что в некоторых случаях ограничивает их применение.

Топливные насосы с пневмотурбоприводом. Потребная мощность привода насосных агрегатов в некоторых случаях может превышать (7... 10) кВт.

Пневмотурбопривод обладает небольшой массой и габаритными размерами при больших мощностях, высокой надежностью и отсутствием влияния привода на тепловой баланс топлива. Этим объясняется широкое распространение такого типа привода на сверхзвуковых самолетах с высокими температурами топлива на входе в двигатель.

Применение насосов с приводом от воздушной турбины позволяет уменьшить мощность агрегатов, установленных непосредственно на двигателе. При этом уменьшается мидель силовой установки и ее масса.

Струйные насосы. На самолетах с ГТД при наличии на борту высоконапорного топлива из линии перепуска основных и форсажных насосов двигателя струйные насосы благодаря простоте их конструкции, удобству в эксплуатации, надежности в работе и практически неограниченному ресурсу получают все большее распространение.

Принципиальная схема установки и питания струйного насоса I ступени подкачки топлива показана на рис.5.11. В такой схеме топливо из расходного бака поступает в струйный насос и далее подается к центробежному насосу второй ступени подкачки. Высоконапорное топливо в струйное сопло насоса поступает по трубопроводу 6 из контура постоянного перепуска насоса-регулятора ТРД. Электроприводной насос, размещенный в топливном баке, подключен трубопроводом 7 к магистрали между струйным насосом и насосом П ступени подкачки и обеспечивает подачу топлива на режимах приемистости двигателя.

Возможны схемы питания струйных перекачивающих насосов за счет резервной мощности подкачивающих насосов I ступени, установленных в расходном баке, поскольку их полная производительность используется лишь в течение короткого времени на режиме набора самолетом высоты.

На рис. 5.12. приведены данные КПД эжектора для различных значений, коэффициента смешения q см и различных коэффициентов размерных соотношений m. Как видно из этих графиков, максимально возможный КПД струйного насоса составляет 27 % при q 0 = 2,25 и m = 7.75.

Значения КПД струйного насоса (25...27) % могут быть получены только при постоянных значениях коэффициента смешения q c м и коэффициента размерных соотношений m , что может быть реализовано в некоторых случаях только для перекачивающих насосов. Получить высокие значения КПД для струйных насосов I ступени подкачки, для которых характерны переменные значения коэффициента смешения q см , можно только при применении специальных систем регулирования соотношения размеров сечения сопла и смесительного трубопровода (при переменном значении коэффициента m ).

5.8. КАВИТАЦИЯ

Кавитация (от латинского cavitas – пустота) произвольный переход жидкой фазы топлива в парообразную, когда статическое давление в жидкости сравнивается с давлением насыщенных паров.

В магистралях авиационных силовых установок кавитация может возникнуть в связи с уменьшением внешнего давления при увеличении высоты полета. В начальной стадии паровая фаза представлена мелкими пузырьками; затем происходит укрупнение пузырьков, которые в горизонтальной трубе движутся в верхней части сечения и, наконец, возможно разделение паровой и жидкой фаз и разрыв струи.

Наибольшее давление паров, находящихся над жидкостью, которое устанавливается при выделении пара в закрытом сосуде при данной температуре, называется давлением насыщенных паров (p t). Для однокомпонентной жидкости величина p t зависит только от температуры и физических свойств данной жидкости и не зависит от объемного соотношения паровой и жидкой фаз, для многокомпонентной жидкости - не только от температуры, но и от соотношения паровой и жидкой фаз (с уменьшением объема, занятой паровой фазой, давление насыщенных паров вырастает). При испытаниях авиационных топлив в лабораториях принято стандартное отношение паровой и жидкой фаз, равное 4/1. . На графиках рис. 5.13 даны значения р t для различных топлив.

С ростом температуры давление насыщенных паров одно- и многокомпонентных жидкостей увеличивается, но у разных жидкостей в разной степени. Для характеристики давления насыщенных паров жидкости одним числом, условно принята температура 37,8°С = 100°F, при которой давление называют давлением по Рейду и обозначается p Rid . Эта величина является физической характеристикой конкретного топлива и находится по справочным данным.

С увеличением высоты полета уменьшающееся атмосферное давление приводит к падению давления в баках и топливных магистралях, при этом в надтопливное пространство выделяется большее количество воздуха и газовых включений, которые уносят с собой пары топлива. Если внешнее давление выше давления насыщенных паров топлива, то испарение топлива с поверхности несущественно влияет на размеры и интенсивность выделения пузырьков воздуха; если внешнее давление ниже давления насыщенных паров топлива, то начинается внутреннее испарение (кипение) топлива, которое начинается тем раньше, чем выше давление насыщенных паров топлива.

В начальной стадии небольшое снижение давления приводит к выделению растворенного в топливе воздуха, который появляется в потоке топлива в виде мелких пузырьков, приблизительно равномерно распределенных по объему движущейся жидкости (рис. 5.13а, а ).

При дальнейшем снижении давления происходит выделение из жидкости паров легкокипящих фракций топлива. Пузырьки, в основном, состоят из паров топлив, а поток жидкости становится двухфазным; с последующим укрупнением пузырьков. В горизонтальной трубе они движутся преимущественно в верхней части сечения (рис. 5.13а, б ). Наконец, возможны случаи полного разделения паровой и жидкой фаз и движение их осуществляется самостоятельными потоками (рис. 5.13а, в ).

При глубоком снижении давления вся жидкость переходит в парообразное состояние, что приводит к нарушению сплошности потока и возникновению паровых “пробок”. Это вызывает прекращение подачи жидкости (рис. 5.13а, г ).

Отрицательные последствия заключаются в снижении пропускной способности магистрали (вплоть до полного срыва подачи), возникновении колебательных процессов течения топлива и кавитационного разрушения элементов топливной системы.

Колебания расхода вызвано тем, что паровая пробка, попав в крыльчатку насоса, практически полностью прекращает его производительность. Это приводит к снижению скорости потока и росту статической составляющей давления, превышающего упругость паров топлива. Это вызывает их конденсацию, жидкость становится однофазной, подача топлива восстанавливается и процесс повторяется.

Кавитационное разрушение поверхностей объясняется следующим. В процессе турбулентного течения топлива, имеющиеся паровые пузырьки оказываются на поверхности стенки в пограничном слое, где статическое давление превышает упругость пара. В результате конденсации пузырька в месте контакта создается местный гидроудар, приводящий к удалению поверхностной защитной окисной пленки. Со временем этот участок вновь окисляется и процесс повторяется снова. Таким образом, поверхность подвержена эррозионно-коррозонному разрушению.

5.9. КАВИТАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Кавитационной характеристикой центробежного насоса (рис.5.14) называется зависимость действительной производительности Q д в зависимости от давления на его входе P вх . Кавитационные явления чаще всего возникают на входе в насосы.

Кавитационные характеристики, определяются опытным путем и снимаются при постоянной частоте вращения крыльчатки насоса и постоянным перепадом давления на его выходе и входе ∆Р нас =Рвых. - Р вх =const. Эти характеристики приводятся для конкретного топлива и эксплуатационной температуры.

Кавитационные явления чаще всего возникают на входе в насосы. Кавитационные свойства насоса определяются кавитационными характеристиками, которые определяются испытаниями и устанавливают зависимость между давлением на входе и подачей насоса (рис. 5.14). Эта характеристика приводится для данной жидкости при некоторой постоянной значениях частоте вращения

Рис.5.14 Кавитационная (высотная характеристика центробежного насоса)

вала насоса и температуры. Для определения подачи насоса при испытаниях поддерживают постоянный перепад давления и наоборот, для определения перепада давления, создаваемого насосом, поддерживают постоянную подачу.

Расчет топливной системы на высотность заключается в определении условий бескавитационной работы топливной системы. Основная величина, определяющая нормальную работу топливной системы, давление. на входе в топливный насос р вх , которое, во избежание появления кавитации, должно превышать упругость паров топлива р t на некоторую величину.

Потребное давление на входе в насос р вх потр однозначно определяется по имеющейся кавитационной характеристике при заданном минимально допустимом расходе топлива Q min .

При отсутствии кавитационной характеристики р вх потр определяется расчетным путем:

р вх ≥ р t + Δ р кав . (5.4)

Здесь Δ р кав - кавитационной запас давления, превышающий упругость паров топлива, может быть определен двумя различными способами – расчетным и использованием опытных данных.

Расчетный вариант оценивается по формуле С.С. Руднева:

Δ р кав =ρg 10, (5.5)

где Q - подача насоса, м 3 /с;

n – частота вращения рабочего колеса, об/мин;

с – коэффициент кавитации: для насосов с плохими кавитационными свойствами с =600…700, обычных насосов с =800…1000; и насосов с хорошими свойствами с =1000…1500.

Это условие должно выполняться на всех режимах полета самолета при всех перегрузках и температурах топлива. Величина потребного кавитационного запаса для различных насосов меняется в очень широких пределах от сотых долей атмосферы до нескольких атмосфер, в зависимости от типа насоса, режима его работы, быстроходности, и т. д.

Даже для одного и того же насоса, в зависимости от расхода, условий работы и предъявляемых к нему требований, потребный кавитационный запас может существенно изменяться.

Сточки зрения требований к производительности перекачивающего насоса и создаваемому им давлению, его работа даже в зоне заметно развитой кавитации может оказаться удовлетворительной. Однако, пониженное давление на всасывании для насосов подкачки недопустимо, так как при этом возникают резкие колебания давления в системе, приводящие к нарушению работы автоматики и т.д. Кроме того, резкие колебания давления могут вызвать эрозионный износ насосов двигателя и, в частности, плунжерных пар.

В ряде случаев потребный кавитационный запас должен исключать даже малые признаки кавитации, не оказывающие влияния на протекание основных характеристик насоса.

Насосы перекачки могут работать с довольно малыми давлениями на всасывании, то есть в области существенной кавитации на входе, при условии, что они должны обеспечивать потребный расход топлива.

Величина наддува топливных баков большей частью определяется требованиями к основным насосам подкачки, установленным в расходных баках, хотя по условиям работы насосов перекачки наддув баков в большинстве случаев мог бы быть меньше.

Потребные кавитационные запасы давления Dр кав для различных насосов в большинстве случаев определяются экспериментальным путем.

Ниже приводятся осредненные статистические (опытные) данные по кавитационным запасам давления для насосов топливной системы.

Для насосов невысокого давления (100…150) кПа и умеренной производительности (баковые насосы подкачки и перекачки) Dр кав =(10…25) кПа. Для ДЦН (промежуточные насосы подкачки, устанавливаемые на двигателе) -Dр кав =(60…80) кПа.

Для насосов высокого давления (насосы-регуляторы) - Dр кав = (150…250) кПа.

Чтобы уменьшить выделение воздуха из топлива для самолетов с большой скороподъемностью увеличивают кавитационный запас (запас по давлению в баках) примерно, на (70 … 100) мм рт. ст.

Для улучшения кавитационных характеристик насосов подкачки (и других центробежных насосов) перед рабочим колесом (крыльчаткой) устанавливают внутренний насос подкачки (преднасос) в виде осевой или шнековой ступени (рис. 5.6).

Преднасос, благодаря низкому давлению, создаваемому им и пониженным нагрузкам на лопасти не требует таких больших давлений на всасывании как основные, более нагруженные ступени. Вместе с тем лопастное колесо преднасоса создает за собой закрутку топлива, чем обеспечивает понижение относительной скорости входа жидкости в центробежную ступень, которая в основном определяет местное разрежение на входе в колесо и тем самым потребный кавитационный запас.

Установленная в качестве преднасоса сепарирующая крыльчатка пропускает расход больше, чем основная центробежная ступень, и вместе с избытком топлива, отводимым между ступенями обратно в бак, удаляются и пузырьки воздуха и газа, выделившегося из топлива. Все это улучшает кавитационные характеристики насоса.

В этих случаях насосы требуют совершенно ничтожных кавитационных запасов, вплоть до удовлетворительной работы насоса подкачки на кипящей и, особенно, воздуховыделяющей жидкости.

Все эти качества сепарирующих крыльчаток проявляются в полной степени только в тех случаях, когда излишек производительности преднасоса вместе с захваченными им пузырями пара и воздуха может свободно отсепарироваться в полость бака. Если же этой возможности нет или она затруднена, то часто установка такой осевой ступени оказывается даже вредной.

5.10. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ

Расчет топливной системы сводится к следующему:

Определение потребной емкости баков;

Определение необходимых объемов воздушных подушек, особенно для закрытых систем;

Расчеты, связанные с порядком выработки топлива из баков и обеспечением центровки самолета;

Расчет топливной системы на высотность.

Высотностью топливной системы называется предельная высота полета, до которой обеспечивается бесперебойная подача топлива к основным насосам двигателя с необходимым давлением и требуемым расходом.

Поскольку с первого по третий пункты полностью решаются в процессе предварительных эскизных компоновок самолета, далее эти вопросы не рассматриваются и считается, что в расчете топливной системы заданными являются емкости баков, их конфигурация и размещение на самолете, а также потребный порядок выработки топлива.

Требования при расчете высотности топливной системы

Технические условия должны предусматривать самые невыгодные из возможных режимов условия эксплуатации самолета:

Принципиальную и монтажную схемы топливной системы с их геометрическими и гидравлическими характеристиками;

Максимальные расходы топлива Q ;

Наиболее высокие (а иногда самые низкие) расчетные температурные условия топлива t (РаТУ);

Максимальные высоты полета H рас;

Наибольшую скороподъемность;

Максимальные перегрузки n x , n y и n z .

Напорные и кавитационные характеристики насосов ТС самолета.

Дополнительно должны быть известны:

физические характеристики топлива – плотность r , коэфф. кинематической вязкости n , давление насыщенных паров топлива при эксплуатационной температуре Р t .

Рассчитываются участки магистрали, находящиеся в наименее благоприятных условиях подачи топлива (по длине трубопроводов и относительной высоте одного объекта над другим). Поэтому расчетная схема топливной системы должна давать представление о протяженности магистралей и взаимном расположении агрегатов. Исходя из наименее благоприятных условий, берется случай, когда топливо в баке на исходе (т. е. уровнем топлива в баке следует пренебречь).

В общем случае расчеты выполняются для ряда режимов. Необходимо проверить работу магистралей подачи топлива в наиболее тяжелых условиях работы. Таковыми являются разбег и разгон самолета до скорости отрыва, взлет и набор высоты на максимальном режиме, горизонтальный полет на высоте заданного эшелона. Перегрузки п определяются из аэродинамических расчетов. Если этих данных нет, то для самолетов гражданской авиации можно принять:

п у =(+4…-0,5); п х =±0,3; п z =0.

Зависимость объемного расхода топлива двигателем от высоты полета (рис. 5.15) указана в его характеристиках.

Необходимые режимы работы двигателей определяются аэродинамическими расчетами. Для расчета высотности ВС гражданской авиации с работающими НП1 рекомендуется принять характер изменения объемного расхода топлива по линии абв, соответствующей максимальному режиму, а для расчета высотности с неработающими НП1 - по линии абгд, где участок гд - крейсерский режим.

Расчет ТС можно подразделить на два варианта: проектировочный и проверочный.

5.10.1. Проектировочный расчет высотности ТС.

Он сводится к оценке источников давления (величины наддува в топливном баке Δр б . и давления за подкачивающим насосом р нас .), которые, преодолев все гидравлические потери по тракту топливной магистрали, обеспечивали бы потребное давление на входе в основной топливный насос двигателя.

Расчет ТС базируется на уравнении Бернулли, записанного для двух сечений 1-1 и 11-11, высота уровней соответствующих сечений y 1-1 и y 11-11 оценивается относительно произвольно взятой базовой плоскости 0-0. Все обозначения даны на расчетной схеме рис.5.16.

р 1 +y 1 ρg+ =p 11 +y 11 ρg+ +Δp, (5.6)

где p 1 - давление в надтопливном пространстве;

V 1 - вертикальная скорость перемещения жидкости в баке;

V 11 - скорость движения топлива на выходе из топливной системы;

Δp - потери давления по тракту подкачивающей магистрали.

Здесь можно принять V 1 , исходя из FVρ= сonst , то ,а F 1 >>F 11 и V 1 <.

Тогда (5.6) можно записать:

p 1 =p 11 +(y 11 - y 1) ρg + +p трен. +p местн. +p ин. , (5.7)

где p трен. , p местн. , p ин. соответственно потери давления от трения, от преодоления местных сопротивлений и инерционные давления.

Статическое давление в сечении 1-1определяется давлением атмосферы p H , соответствующей заданной высоте полета H, и величиной наддува топливного бака Dp б . : p 1 =p H +Dp б. .

Наддув баков (Dp б.) не следует делать больше минимально необходимого, так как это вызывает неоправданное увеличение массы баков (или контейнеров - в случае мягких баков) особенно, если в конструкции присутствуют баки с более или менее плоскими стенками.

Для несущих баков наддув можно принять несколько увеличенным, так как влияние внутреннего давления на вес баков в этом случае существенно снижается. Встречаются даже случаи при очень тонкостенных баках или при передаче стенкой бака тяги двигателя, когда повышение внутреннего давления улучшает условия работы конструкции несущего бака и даже приводит к снижению его веса.

Обычно для самолетов с насосной подачей принимается Dp б max 30 кПа . В случае вытеснительной подачи - Dp б. = 80 кПа.

Давление p 11 есть ничто иное, как потребное давление на входе в насос (ДЦН или основной насос двигателя) p вх потр. и может быть определено по выражению (5.4) или по имеющимся кавитационным характеристикам.

Выражение (5.7) запишется в следующем виде, если считать левую часть уравнения источниками давления, а правую - потерями:

p H +Dp б. = p вх потр. ± yrg + p трен. + p мест. +р ин. + , (5.8).

Гидростатическое давление . В случае горизонтального полета гидростатическое давление yrg определяется высотой y (см. рис. 5.16). Знак «+» берется в случае принижения уровня топлива в баке относительно выходного трубопровода ТС и в противном случае – знак «-»

В полете с некоторым углом j к горизонту y находится как превышение зеркала топлива в расходном баке над окончанием топливной системы самолета и запишется в следующем виде:

y = -h топл ± , (5.9).

где h топл -превышение высоты топлива над заборным патрубком бака;

l x и l y –проекции длин трубопроводов (при сложной пространственной схеме) на соответствующие координатные оси самолета.

Знаки перед суммой определяются по следующему правилу: если топливо в трубопроводах течет по направлению земного тяготения, то берется знак «-» и в противном случае – знак «+»

Гидравлические потери. Путевые потери давления p трен. вызываются трением жидкости о стенки трубопровода и выражается:

p трен. = , (5.10)

где l – длина трубопровода,

d - гидравлический диаметр диаметр трубопровода.

Здесь же для турбулентного течения коэфф. трения , число Рейнольдса Re=Vd/ν , где ν – коэфф. кинематической вязкости топлива при эксплуатационной температуре топлива.

В проектировочных расчетах V принимается равной (1…2) м/с при движении топлива самотеком и (4…7) м/с при насосной подаче. Потребный диаметр d при заданной прокачке топлива Q определится:

d= , (5.11)

Полученное значение d округляется до стандартного значения, далее оценивается p трен (формула 5.10) по истинным величинам V n

В направлении осей х и z перегрузки обычно невелики, но зато длины трубопроводов могут быть большими. Как правило, все же наиболее существенной оказывается перегрузка в направлении оси у, доходящая в отдельных случаях до расчетных значений п у = (10… 12)

Для расчета необходимо брать предельно неблагоприятный случай, когда все давления относятся к категории потерь.

Теперь, когда определены все составляющие потерь, из (5.8) можно найти величину источника давления:

Dp б. = p вх. потр. ± yrg + p трен. + p мест. +р ин. + - p H . (5.14)

Если полученное значение Dp б > 30 кПа, то в систему необходимо включить подкачивающий насос с давлением на выходе р нас.

В этом случае выражение (5.14) примет вид:

р нас. = p вх. потр. ± yrg +(p трен.) 1 +(p мест.) 1 + +() 1 -(p H +Dp б) . (5/15)

В (5.15) значения (p трен.) 1, (p мест.) 1 и () 1 определить при новых значениях скоростей, соответствующих насосной подаче топлива [принимается V= (4…7) м/с]. Полученное значение р нас. соответствует одному расчетному режиму Работы силовой установки.

5.10.2.Проверочный расчет высотности ТС (полет на потолке) .

Полет на потолке предполагает равномерный и горизонтальный полет. В этом случае инерционные потери давления р ин. равны нулю.

Особым случаем расчета топливной системы является проверочный расчет ее высотности на высотах существенно выше статического потолка самолета в связи с тем, что для скоростных самолетов с высокой энерговооруженностью динамический потолок может значительно отличаться от статического.

Для некоторых (например, опытных) самолетов остановка двигателей на предельных высотах в ряде случаев допустима, поскольку после выполнения задания самолет может снизиться до умеренных высот, на которых система запуска позволяет произвести надежный запуск двигателей и продолжать полет. Для боевых самолетов необходимость существенного снижения высоты полета для запуска двигателей может полностью уничтожить все преимущества, получаемые за счет превышения статического потолка путем использования накопленной кинетиче

(a) Каждая топливная система должна быть сконструирована и выполнена таким образом, чтобы обеспечивалась подача топлива с расхо­дом и давлением, установленными для нор­мальной работы основного и вспомогательного двигателей во всех ожидаемых условиях эк­сплуатации, в том числе при всех маневрах, на которые запрашивается сертификат и в течение которых разрешена работа основных и вспомо­гательных двигателей.

(b) Каждая топливная система должна быть выполнена так, чтобы воздух, попадающий в систему, не мог привести:

(1) К потере мощности более чем на 20 с для поршневых двигателей.

(2) К срыву горения в газотурбинном двигателе.

(c) Каждая топливная система самолета с га­зотурбинными двигателями должна быть спо­собна длительно работать во всем диапазоне расходов и давлений топлива, содержащего мак­симально возможное в ожидаемых условиях эк­сплуатации количество растворенной и свобод­ной воды и охлажденного до наиболее критиче­ской с точки зрения обледенения температуры, которые могут встретиться в эксплуатации.

(d) Каждая топливная система самолета с газотурбинным двигателем должна отвечать применимым требованиям Части 34 Авиа­ционных правил по выбросу топлива из дре­нажных систем.

(a) Нормальная работа топливной системы во всех ожидаемых условиях эксплуатации должна быть показана посредством анализа и таких ис­пытаний, которые будут признаны Компетент­ным органом необходимыми. Испытания, если требуются, должны выполняться на топливной системе самолета или на испытательном стенде, который воспроизводит рабочие характеристи­ки испытываемого участка топливной системы.

(b) Возможный отказ любого теплообмен­ника, использующего топливо в качестве одной из рабочих жидкостей, не должен создавать опасных последствий.

Каждая топливная система должна удовле­творять требованиям 25.903(b) посредством:

(a) Подачи топлива к каждому двигателю по системе, не зависимой от любого участка систе­мы, обеспечивающего подачу топлива к друго­му двигателю; или

(b) Любого другого приемлемого метода.

Топливная система должна быть сконструи­рована и размещена так, чтобы предотвраща­лось воспламенение паров топлива внутри си­стемы в результате:

(a) Прямого удара молнии в те зоны самоле­та, которые характеризуются большой вероят­ностью попадания в них разряда молнии.

(b) Скользящих разрядов молний в зоны, где вероятность скользящих разрядов велика.

(c) Коронного разряда и протекания тока молний в зоне топливных дренажных выходов.

(a) Каждая топливная система должна обес­печивать подачу топлива с расходом не менее 100% расхода, необходимого для двигателя при каждом ожидаемом эксплуатационном режиме и маневре. Должно быть показано следующее:

(1) Топливо должно подаваться в каждый дви­гатель под давлением и с температурой в преде­лах, указанных в сертификате типа двигателя.

(2) При испытаниях количество топлива в рассматриваемом баке не должно превышать величины, установленной в виде невырабаты­ваемого остатка топлива для этого бака в соот­ветствии с требованиями 25.959, плюс количе­ство топлива, необходимое для демонстрации соответствия требованиям данного параграфа.

(3) Каждый основной топливный насос дол­жен обеспечивать каждый режим и простран­ственное положение самолета, для которых де­монстрируется соответствие данному парагра­фу, а соответствующий аварийный насос дол­жен быть в состоянии заменить основной на­сос, используемый таким образом.

(4) При наличии расходомера топливо дол­жно свободно проходить через расходомер, если он заблокирован, либо через каналы перепуска.

(b) Если двигатель может питаться топливом более чем из одного бака, топливная система должна:

(1) Обеспечивать для каждого поршневого двигателя восстановление полного давления топлива, поступающего в этот двигатель, не бо­лее чем через 20 с после переключения на лю­бой другой топливный бак, содержащий ис­пользуемое топливо, если становится очевид­ным, что нарушение работы двигателя вызвано недостаточным количеством топлива в баке, из которого двигатель до этого питался; и

(2) Для каждого газотурбинного двигателя дополнительно к соответствующему ручному переключению должно быть предусмотрено устройство, предотвращающее перебои подачи топлива к этому двигателю без участия экипажа в случае, если топливо, в любом баке, питающем этот двигатель, выработано в процессе нормаль­ной работы, а в любом другом баке, из которого обычно подается топливо только к этому двига­телю, содержится используемый запас топлива.

(а*) Подача топлива должна быть продемон­стрирована при наихудших условиях подачи то­плива на самолете в отношении высоты полета, пространственного положения самолета и дру­гих условий, при:

(1) Неработающих баковых насосах подкачки.

(2) Подаче топлива в два двигателя из одно­го бака с открытым краном кольцевания.

Если в полете имеется возможность пере­качки топлива из одного бака в другой, то си­стема дренажа баков и система перекачки то­плива не должны допускать повреждения кон­струкции баков в случае их переполнения.

Для каждого топливного бака с относящи­мися к нему компонентами топливной системы невырабатываемый остаток топлива должен устанавливаться не менее того количества, при котором наблюдается первый признак наруше­ния работы двигателя при наиболее неблаго­приятных условиях подачи топлива на всех предполагаемых эксплуатационных режимах и полетных маневрах, при которых производится забор топлива из данного бака. Не требуется рассматривать отказы компонентов топливной системы.

25.961. Работа топливной системы при высокой температуре

(а) Топливная система самолета должна функционировать удовлетворительно в жарких климатических условиях. Для этого должно быть продемонстрировано, что в топливной системе на участке от бака до каждого двигателя имеется такое давление при всех заданных условиях ра­боты, которое предотвращает парообразование, или это должно быть показано в наборе высоты с уровня аэродрома, выбранного Заявителем, до максимальной высоты, установленной эксплуа­тационными ограничениями 25.1527.

Если выбраны испытания с набором высо­ты, то не должно быть признаков появления паровых пробок или других нарушений работы системы при проведении испытаний с набором высоты в следующих условиях:

(1) У самолетов с поршневыми двигателями все двигатели должны работать на режиме мак­симальной продолжительной мощности, за ис­ключением того, что на высотах от высоты на 300 м ниже критической до критической включи­тельно должна применяться взлетная мощность.

Время работы на взлетном режиме не дол­жно быть меньше допустимой длительности взлетного режима.

(2) У самолетов с газотурбинными двигате­лями двигатели должны работать на взлетном режиме в течение времени, выбранного для де­монстрации траектории набора высоты при взлете, и на режиме максимальной продолжи­тельной мощности на остальном участке набо­ра высоты.

(3) Масса самолета должна складываться из массы самолета с полными топливными бака­ми и минимальным числом членов экипажа и массы балласта, необходимого для выдержива­ния центра тяжести в допустимых пределах.

(4) Скорость набора высоты не должна пре­вышать:

(i) для самолетов с поршневыми двигателя­ми - максимальной воздушной скорости, уста­новленной для набора высоты от взлета до мак­симальной рабочей высоты при следующей конфигурации самолета:

(A) шасси убрано;

(B) закрылки в наиболее благоприятном по­ложении;

(C) створки капотов (или другие средства регулирования охлаждения двигателей) в поло­жении, обеспечивающем надлежащее охлажде­ние в условиях жаркого дня;

(D) двигатели работают в пределах ограни­чений максимальной продолжительной мощ­ности;

(E) масса соответствует максимальной взлетной массе; и

(ii) для самолетов с газотурбинными двига­телями - максимальной воздушной скорости, установленной для набора высоты от взлета до максимальной рабочей высоты.

(5) Температура топлива перед взлетом дол­жна быть не менее 45 °С. Кроме того, топливо должно иметь давление насыщенного пара, максимально возможное для тех его марок, на которых может эксплуатироваться самолет.

(b) Испытания, указанные в пункте (а) дан­ного параграфа, могут проводиться в полете или на земле в условиях, близко имитирующих условия полета. Если летные испытания про­водятся в холодную погоду, которая может по­мешать правильному проведению испытаний, то поверхности топливных баков, трубопрово­ды и другие элементы топливной системы, подверженные воздействию холодного возду­ха, должны быть изолированы, чтобы имити­ровать (насколько это возможно) полет в жар­кую погоду.

(а) Каждый топливный бак должен выдер­живать без повреждений и потери нормирован­ной герметичности вибрации, инерционные силы, массу топлива и нагрузку от конструк­ции, которым он может подвергаться на само­лете при эксплуатации.

(b) Оболочки мягких топливных баков дол­жны быть одобренного типа или должно быть продемонстрировано, что они соответствуют данному назначению.

(c) Топливные баки-отсеки (баки-кессоны) должны иметь средства для внутреннего осмо­тра и ремонта.

(d) Топливные баки, размещенные в фюзе­ляже, не должны разрушаться и терять герме­тичность при действии инерционных сил, ука­занных в 25.561 для случая аварийной посадки. Кроме того, эти баки должны быть защищены таким образом, чтобы трение баков о землю было невозможным.

(e) Крышки люков топливных баков дол­жны отвечать следующим критериям во избе­жание вытекания опасных количеств топлива:

(1) Должно быть показано анализом или ис­пытаниями, что все крышки, расположенные в зоне, в которой, судя по опыту эксплуатации или анализу, возможен удар, минимально подверже­ны пробиванию или деформации кусками шин, обломками двигателей, обладающими малой энергией, или другими подобными обломками.

(2) Все крышки люков должны быть огне­стойкими.

(f) Для топливных баков с наддувом должны быть обеспечены безопасные средства, препят­ствующие образованию чрезмерного перепада между давлением внутри бака и снаружи.

(a) При проведении испытаний топливных баков должно быть продемонстрировано, что установленные на самолете баки могут выдер­живать без повреждения или течи наиболее критические давления в условиях, указанных в пунктах (а)(1) и (а)(2) данного параграфа. Кро­ме этого, посредством анализа или испытаний должна быть продемонстрирована способность поверхностей баков, подвергающихся воздей­ствию наиболее критических давлений из числа возникающих в условиях, указанных в пунктах (a)(3) и (a)(4) настоящего параграфа, выдержи­вать следующие давления:

(1) Внутреннее давление 0,25 кг/см2.

(2) 125% максимального давления воздуха, создаваемого в баке скоростным напором.

(3) Гидравлические давления, возникающие при максимальных предельных перегрузках и маневрах самолета с полными баками.

(4) Гидравлические давления, возникающие при наиболее неблагоприятном сочетании кре­на самолета и запаса топлива.

(b) Каждый металлический бак с большими неподдерживаемыми или неусиленными пло­скими поверхностями, повреждение или де­формация которого может вызвать течь топли­ва, должен выдерживать следующие испытания (или эквивалентные им) без появления течи или чрезмерной деформации стенок бака:

(1) Каждый полностью собранный бак вместе с узлами крепления должен быть подвергнут ви­брационным испытаниям в компоновке, имити­рующей действительную установку на самолете.

(2) За исключением случая, изложенного в пункте (b)(4) данного параграфа, бак в сборе, наполненный на 2/3 водой или любой другой подходящей для испытаний жидкостью, дол­жен быть подвергнут вибрационным испыта­ниям в течение 25 ч с амплитудой колебаний не менее 0,8 мм, если не указывается другая доста­точно обоснованная амплитуда.

(3) Частота вибрационных колебаний при испытаниях должна быть следующей:

(i) если в нормальном рабочем диапазоне ча­стот вращения роторов двигателя отсутствует критическая частота вибрации бака, то частота вибрации при испытаниях должна быть равна 2000 колебаний в минуту (33,3 Гц);

(ii) если в нормальном рабочем диапазоне частот вращения двигателя имеется только од­на критическая частота колебаний бака, то ис­пытания должны проводиться с этой частотой;

(iii) если в нормальном рабочем диапазоне частот вращения роторов двигателя критиче­ской окажется более чем одна частота, то испы­тания должны проводиться с наиболее крити­ческой частотой.

(4) При выполнении испытаний в соответ­ствии с пунктами (b)(3)(ii) и (iii) данного па­раграфа должна быть изменена продолжитель­ность испытаний для получения такого же чи­сла циклов колебаний, как и в течение 25 ч ис­пытаний при частоте, указанной в пункте

(b) (3)(i) настоящего параграфа.

(5) При испытаниях бак в сборе должен быть подвергнут вибрационным испытаниям в тече­ние 25 ч с частотой 16-20 полных периодов в минуту на угол 15° в обе стороны от горизон­тального положения (в сумме 30°) относитель­но наиболее критической оси.

Если критическим является движение отно­сительно более чем одной оси, то бак должен качаться относительно каждой критической оси в течение 12,5 ч.

(c) Неметаллические баки должны выдер­жать испытания, указанные в пункте (b)(5) дан­ного параграфа, с топливом при температуре 45 °С, за исключением тех случаев, когда имеет­ся достаточный опыт эксплуатации подобного бака при его аналогичной установке. Во время этих испытаний бак данного типа должен быть установлен на опоры, имитирующие его уста­новку в самолете.

(d) Для топливных баков с наддувом должно быть показано путем расчета или испытаний, что топливные баки могут выдерживать макси­мальное давление, которое может иметь место на земле или в полете.

(a) Крепление каждого топливного бака не должно допускать концентрации нагрузок от массы топлива на неподкрепленные поверхно­сти баков. Кроме того, должны учитываться следующие положения:

(1) Для предотвращения трения между ба­ком и поддерживающей его конструкцией дол­жны устанавливаться прокладки.

(2) Прокладки должны изготавливаться из неабсорбирующих материалов, либо из матери­алов, обработанных соответствующим образом, предохраняющим от поглощения жидкостей.

(3) При использовании мягких баков их обо­лочки должны крепиться таким образом, чтобы они не подвергались воздействию гидравличе­ских нагрузок.

(4) Каждая внутренняя поверхность отсека установки бака должна быть гладкой и свобод­ной от выступов, наличие которых может при­вести к повреждению оболочки, за исключени­ем тех случаев, когда:

(i) приняты меры для защиты оболочки в та­ких точках; или

(ii) сама конструкция оболочки обеспечива­ет такую защиту.

(b) Полости, смежные с поверхностями ба­ка, должны вентилироваться, чтобы не допус­тить скопления паров в случае небольшой утеч­ки. Если бак находится в герметизированном отсеке, то вентиляция может осуществляться с помощью дренажных отверстий необходимого размера для предотвращения избыточного дав­ления при изменении высоты полета.

(c) Размещение каждого бака должно удо­влетворять требованиям 25.1185(а).

(d) Никакая часть обшивки гондолы двига­теля, лежащая непосредственно за основным выходом воздуха из отсека двигателя, не дол­жна служить в качестве стенки бака-отсека.

(e) Каждый топливный бак должен быть изолирован от кабин персонала и пассажиров конструктивными средствами, не допускаю­щими проникновения паров и топлива.

Каждый топливный бак должен иметь расши­рительное пространство объемом не менее 2% от емкости бака. Должна быть исключена возмож­ность непреднамеренного заполнения этого про­странства при нормальном стояночном положе­нии. Для систем заправки топлива под давлени­ем соответствие этому параграфу можно проде­монстрировать наличием устройств, применяе­мых для установления соответствия с 25.979(b).

25.971. Отстойник топливного бака

(а) Каждый топливный бак должен иметь от­стойник, рабочая емкость которого при стоя­ночном положении должна быть не менее 0,1% от емкости бака или 0,3 л, в зависимости от того, какая из этих величин больше, если только уста­новленные эксплуатационные ограничения не гарантируют, что при эксплуатации скопление конденсата не превысит емкость отстойника.

(b) Конструкция каждого топливного бака должна обеспечивать отвод опасного количест­ва конденсата из любой части бака в отстойник при стояночном положении самолета.

(c) Каждый отстойник топливного бака дол­жен иметь доступное сливное устройство, ко­торое:

(1) Обеспечивает слив отстоя на земле.

(2) Не допускает попадания сливаемого топ­лива на другие части самолета; и

(3) Имеет ручное или автоматическое уст­ройство для надежной фиксации в закрытом положении.

Конструкция каждой заправочной горлови­ны топливного бака должна не допускать попа­дания топлива в любые другие части самолета помимо самих баков. Кроме того:

(a) [Зарезервирован].

(b) Каждая утопленная заправочная горлови­на топливного бака, в которой может скопиться значительное количество топлива, должна иметь сливное устройство, не допускающее попадания сливаемого топлива на другие части самолета.

(c) Крышка каждой заправочной горловины должна обеспечивать плотное закрытие горло­вины, не допускающее просачивания топлива.

(d) Каждая точка заправки должна иметь сред­ства металлизации для электрического соедине­ния с наземным заправочным оборудованием.

(а) Дренаж топливных баков. Каждый топ­ливный бак должен сообщаться с атмосферой через верхнюю часть расширительного про­странства с тем, чтобы обеспечивался эффек­тивный дренаж при любых нормальных режи­мах полета. Кроме того:

(1) Расположение каждого дренажного от­верстия должно исключать возможность его за­грязнения или закупоривания льдом.

(2) Конструкция дренажа не должна допус­кать сифонирования топлива в нормальных ус­ловиях эксплуатации.

(3) Пропускная способность дренажной системы и уровень давления в ней должны быть достаточными для выдерживания прие­млемых перепадов давления внутри и снаружи бака при:

(i) нормальных режимах полета;

(ii) максимальной скорости набора высоты и снижения; и

(iii) заправке и сливе топлива.

(4) Воздушные полости баков с сообщающи­мися между собой топливными выходными ка­налами также должны сообщаться между собой.

(5) В дренажной системе не должно быть мест, где может скапливаться влага при поло­жении самолета на земле или в горизонтальном полете, в противном случае должна быть преду­смотрена возможность ее слива.

(6) Дренажные и сливные устройства не должны заканчиваться в точках:

(i) где выход топлива из дренажного отвер­стия может создать опасность пожара; или

(ii) откуда пары топлива могут проникнуть в кабины персонала и пассажиров.

(b) Дренаж карбюратора. Каждый карбюра­тор со штуцером для отвода паров должен иметь трубопровод для отвода паров обратно в один из топливных баков. Кроме того:

(1) Каждая дренажная система должна быть выполнена так, чтобы не происходило закупор­ки дренажа льдом.

(2) Если имеется более одного топливного бака и необходимо расходовать топливо из ба­ков в определенной последовательности, то ка­ждая линия возврата паров должна соединяться с баком, топливо из которого расходуется при взлете и посадке.

25.977. Заборник топлива из бака

(a) Заборник топлива из бака или вход в ба­ковый насос должен иметь защитную сетку — фильтр. Сетка-фильтр должна:

(1) Для самолетов с поршневыми двигателя­ми иметь 3 - 6 ячеек на 1 см; и

(2) Предотвращать прохождение частиц, ко­торые могут ограничить расход топлива или повредить любой элемент топливной системы самолета с газотурбинными двигателями.

(b) [Зарезервирован].

(c) Площадь проходного сечения каждого фильтра на заборнике или на входе бакового насоса должна не менее чем в 5 раз превышать площадь проходного сечения трубопровода по­дачи топлива из бака в двигатель.

(d) Диаметр каждого фильтра должен быть не меньше диаметра заборника топливного бака.

(e) К каждому фильтру (фильтрующему эле­менту) должен быть обеспечен доступ для про­верки и очистки.

К системам заправки баков топливом под давлением относится следующее:

(a) Каждое соединение трубопроводов сис­темы подачи топлива должно иметь средства, предотвращающие утечки опасных количеств топлива из системы в случае отказа впускного клапана.

(b) Должны быть предусмотрены средства автоматического закрытия, предотвращающие заполнение каждого бака топливом в количе­стве, большем, чем установлено для данного бака. Эти средства должны:

(1) Допускать проверку правильности закры­тия перед каждой заправкой бака топливом; и

(2) У каждого места заправки обеспечивать индикацию отказа средств закрытия с целью прекращения подачи топлива при максималь­ном количестве заправляемого топлива, уста­новленного для данного бака.

(c) Должны быть предусмотрены средства для предотвращения повреждения топливной системы в случае отказа средств автоматиче­ского закрытия, предписанных в пункте (b) данного параграфа.

(d) Система заправки самолета топливом под давлением (за исключением топливных ба­ков и их дренажа) должна выдерживать нагруз­ку, которая вдвое больше нагрузки, созда­ваемой при максимальных давлениях, в том чи­сле при пульсациях, которые могут иметь место во время заправки. Должно быть определено максимальное давление пульсаций для любой комбинации случайного или преднамеренного закрытия топливных кранов.

(e) Самолетная система слива топлива (за исключением топливных баков и их дренажа) должна выдерживать нагрузку, которая вдвое больше нагрузки, создаваемой при максималь­но допустимом давлении слива (положитель­ном или отрицательном) в самолетном топлив­ном соединительном штуцере.

(a) Должна быть определена наибольшая температура, которая на величину установлен­ного запаса ниже минимальной ожидаемой температуры самовоспламенения топлива в ба­ках самолета.

(b) Температура в любой точке внутри каждого топливного бака, где возможно воспламенение то­плива, не должна превышать температуру, опреде­ленную в соответствии с пунктом (а) данного пара­графа. Это должно быть продемонстрировано при всех возможных режимах работы, отказах и неис­правностях любого элемента, способного привес­ти к повышению температуры внутри бака.