книги из ГПНТБ / Конструкция летательных аппаратов учебник

Обычно при расчете высотности топливной системы учиты­ вают:

— максимальную высоту полета ~ Н + 2 км (2 км — запас на возможные отклонения давления на высоте от стандартной атмосферы);

—все возможные режимы полета самолета (из них выби­ рают наиболее тяжелый случай);

—максимально возможные температуры топлива: положи­ тельные и отрицательные;

—особенности компоновки агрегатов топливной системы на самолете, которые влияют на величины г, &ph и Дpt;

—особенности работы двигателя, т. е. потребные расходы на всех характерных режимах полета.

341. Система наддува и дренажа топливных баков.

При заправке топливной системы необходимо обеспечить свободный выход воздуха из баков, чтобы в них не повышалось давление по мере заполнения топливом.

При выработке топлива из баков не должно быть падения

давления в надтопливном пространстве. Даже незначительное падение дазления внутри баков, по отношению к окружающе­ му атмосферному, недопустимо с точки зрения потери устойчи­ вости стенок жестких металлических баков. При мягких баках в этом случае возможен отрыв узлов крепления баков.

Падение давления внутри баков также отрицательно сказы­ вается на обеспечении потребного давления на всасывании р вс, т. е. на кавитационные характеристики системы. Эти причины заставляют делать дренаж топливной системы, т. е. сообщать баки с атмосферой.

Однако для повышения высотности топливной системы не­ обходимо, начиная с определенных высот полета, повышать давление в баках

Рб= *Р „+ ЬРб-

Наддув баков может осуществляться:

—воздухом за счет скоростного напора;

—воздухом от компрессора газотурбинного двигателя;

—нейтральными газами (НГ) из баллонов;

—нейтральными выхлопными газами;

—комбинированным способом.

Применение нейтральных газов повышает пожарную безо­ пасность и боевую живучесть системы. Скоростной напор и сжа­ тые газы подводятся внутрь баков через специальные устройст­ ва, обеспечивающие необходимое давление.

При заданном давлении в баках на расчетной высоте могут быть применены два способа регулирования:

1. (Система наддува поддерживает постоянное избыточно

давление A/?6=const.

380

2.Система наддува поддерживает постоянное абсолютное

давление в баках р6= const на всех высотах, на которых

Р б п о т р ^ Р Н '

Первый способ прост и надежен, но менее совершенен, чем вто­ рой. При регулировании Лр ь = const защита системы от перенаддува обеспечивается постановкой предохранительного клапана постоянного перепада давления (фиг 16.4). На боль­

солютное давление в баках

Рн,мнpm.cm.

381

такой системе устанавливается предохранительный клапан по­ стоянного абсолютного давления.

Для повышения высотности топливных систем могут приме­ няться и другие меры: охлаждение топлива, постановка допол­ нительных насосов подкачки, предварительное удаление из топ­ лива растворенного в нем воздуха.

§16.2. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА РАБОТУ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ

342.Изменения режима работы топливной системы, связан­ ные с изменениями расхода топлива, могут привести к пони­ жениям и повышениям давления в системе.

В самолетных топливных системах резкие изменения давле­ ния могут привести к нарушению герметичности соединений тру­ бопроводов и к появлению течи топлива, к разрушению упругих элементов агрегатов топливной системы, к кавитационным яв­

лениям, к ложным срабатываниям сигнализаторов автомати­ ки и т. п. Часто колебания давления наступают после резкого изменения расхода топлива.

Для топливных систем самолетов с ТРД особенно резкие изменения расхода топлива через двигатель и давления в си­ стеме происходят при включении — выключении форсажного ре­ жима; более плавные изменения давления происходят в про­ цессе дросселирования и приемистости двигателя. При пере­ ключении различных кранов топливной системы (кранов пере­ крестного питания и др.) в системе могут также возникать рез­ кие изменения давления.

Колебания давления топлива в системе также связаны с ре­ зонансными режимами работы упругих элементов (пружин, мембран и т. п.), помпажиыми и вообще неустойчивыми режи­ мами работы насосов, а также с наличием в отдельных участ­ ках системы воздуха или паров топлива.

Колебания давления нарушают нормальную подачу топлива в двигатель, вызывают вибрации трубопроводов и их поломку, с вытекающими отсюда последствиями.

Кроме этого, трубопроводы и другие агрегаты топливной системы могут быть подвержены механическим колебаниям, по­

системы, даже если колебательные режимы наблюдаются пе­ риодически.

Трубопроводы топливной системы современного самолета имеют сложную конфигурацию со многими подсоединениями, разветвлениями и местами крепления. Даже небольшие произ­ водственные отклонения при изготовлении и монтаже трубо­ проводов вызывают предварительные деформации и напряже­ ния в них. В эксплуатации при изменении температуры мо­

382

гут возникнуть температурные напряжения в трубопроводах изза разности деформаций конструкции самолета, к которой кре­ пятся трубопроводы, и самих трубопроводов.

343. Колебания свободной поверхности уровня топлива з баках возможны при резком изменении тяги двигателя. Допол­ нительные нагрузки на стенки баков и узлы крепления баков

единице, мала). Однако колебания топлива в баках могут стать причиной неприятных физиологических ощущений летчика и от­ рицательно сказаться на работе топливной аппаратуры. Для борьбы с этим явлением в баках, имеющих большую длину в направлении оси х, ставятся перфорированные перегородки, при протекании через которые топливо теряет свою энергию. По­ становка глухих перегородок дает малый эффект, так как по­ глощение энергии в замкнутых отсеках происходит сравнитель­ но медленно.

344.Эксплуатация самолета на грунтовых аэродромах мо­ жет привести к попаданию пыли в систему, что недопустимо из-за наличия в топливных системах современных самолетов жиклеров и плунжерных насосов высокого давления, выпол­ ненных по высокому классу точности. Для очистки топлива от механических загрязнений в системе устанавливаются фильтры.

345.Изменение температуры топлива оказывает существен­

ное влияние на работу топливных систем.

При дозвуковых скоростях полета и при значительной отри­ цательной температуре окружающего воздуха на стоянке топ­ ливо обычно охлаждается (особенно в неизолированных ба­ ках — отсеках конструкции), что может привести к выпадению

мени, температура топлива может значительно повыситься за счет аэродинамического нагрева.

383

Расчет нагрева топлива в данном случае может быть при­ нят следующим:

1.В первом приближении, пренебрегая лучистым теплооб­ меном, т. е. принимая а* «= а, определяем k и q3.

2.Пренебрегая тепловым сопротивлением обшивки (I —М6

\^об1 \

и топлива | ----- >0), находим температуру обшивки ат

Об

К1

и далее коэффициент теплопередачи k и удельный тепловой по­ ток q3.

3.Последовательно решая приведенные уравнения с урав­

За время полета режимы полета меняются, поэтому необ­ ходимо профиль полета разбить на участки с более или менее установившимися режимами и определять нагрев по участкам.

На величину —^ определяющую в числе других парамет-

Vт

ров нагрев топлива М [см. формулу (16.2)], оказывают влия­ ние размеры и конфигурации баков и выработка топлива из баков.

При цилиндрической форме баков, полностью заполненных топливом,

Vr кг2 г

где г — радиус бака.

С увеличением размера бака г интенсивность нагрева топ­ лива уменьшается. Нетрудно показать, что в полностью за­ правленном баке, имеющем форму прямоугольного параллеле­ пипеда, топливо при прочих равных условиях нагревается быстрее, чем в цилиндрическом. При выработке топлива из ци­ линдрического бака все время меняется отношение

^ - = (3 — , так какЗ = var (фиг. 16.8).

Максимально допустимый нагрев топлива в полете определяет основные параметры топливной системы, выбор марки топлива

Фиг. 16.8

и потребную величину наддува баков. Кроме того, нагрев в ря­ де случаев определяет компоновку топливных баков, их конфи­ гурацию, порядок выработки топлива (очевидно, в первую оче­ редь должно вырабатываться топливо из баков, наиболее под­ верженных нагреву) и систему теплоизоляции топливной си­ стемы.

Вопросу нагрева топлива на скоростных самолетах уделяет­ ся особое внимание.

386

Высокие температуры топлива приводят:

—к повышению упругости паров топлива, что заставляет увеличивать наддув топливных баков;

—к выделению из топлива смол и нерастворимых осадков

—к самовоспламенению топлива при высоких температурах несмачиваемых стенок баков (для керосина эти температуры лежат в пределах 570—770°К (300—500°С).

349. Возможные меры борьбы с нагревом топлива в полете:

—специальная теплоизоляция топливных баков (фиг. 16.9,а);

—трехслойные панели с заполнителем, выполняющим роль стенок топливных баков (фиг. 16.9,6);

—постановка мягких баков с малой теплопроводностью стенок баков;

—воздушные прослойки между обшивкой и стенками метал­ лических баков (фиг. 16.9,в). Воздушная прослойка даже в не­

сколько миллиметров дает заметный эффект;

—заправка самолета предварительно охлажденным топли­ вом (фиг. 16.10);

—различные комбинации этих мер.

350. При эксплуатации топливной системы особое внимание необходимо уделять:

—герметичности дюритовых соединений трубопроводов;

—герметичности уплотнительных узлов крепления топлив­ ных насосов;

—герметичности обратных клапанов;

—чистоте дренажной системы.

Кроме этого, следует иметь в виду, что в топливах Т-1 и ТС-1 при /=+200°К ( + 30°С) может содержаться до 0,02% рас­ творенной воды, причем ее содержание увеличивается с повы­ шением температуры и влажности окружающего воздуха. Кро­

ме этого, в топливе может содержаться вода в виде тонкодис­ персной устойчивой эмульсии (до 0,005Р/о); при понижении тем­ пературы топлива происходит выпадение кристаллов льда (из каждой тонны топлива может выпасть до 150—200 граммов льда), которые засоряют фильтры и нарушают нормальную работу топливной системы. Мероприятиями по борьбе с кри-

без теплоизо­ ляции

С теплоизоля­ ц и ей

С предЬаритель-

ным охлаждением *— топлива

т. м и *

Фиг. 16.10

сталлообразованием в эксплуатации самолетов могут быть:

—различные методы отделения воды перед заправкой (на­ пример, сепарация, охлаждение топлива с последующей фильт­ рацией и др.);

—использование присадок, препятствующих образованию льда: легкие спирты, хлористый цинк, хлористый калий и др.;

—подогрев отдельных элементов топливной системы в по­

лете;

—перемешивание топлива с сухим воздухом;

—продувка самолетных баков окружающим воздухом в по­

лете.

§16.3. КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ

ИЕЕ АГРЕГАТОВ

Взависимости от условий, в которых должна работать топ­ ливная система, от требований надежности работы, от запаса топлива на самолете, от компоновки топливных емкостей, от требований соблюдения центровки самолета в определенных

пределах и т. п. конструктивное выполнение топливной системы и ее агрегатов может быть различным.

Отдельные участки и магистрали топливной системы и их агрегаты при разном конструктивном оформлении для боль­ шинства современных самолетов имеют одинаковые принципы работы. Топливо размещается в нескольких основных баках (отсеках конструкции) и в подвесных баках. К двигателю топ­ ливо обычно подается из расходного бака, размещенного вбли­

388

зи центра тяжести самолета. Из всех остальных баков топ­ ливо подается в определенной последовательности в расходный бак.

351. Магистраль расходный бак — двигатель (фиг. 16.11а).

Подача топлива к двигателю (к подкачивающему насосу дви­ гателя 6) осуществляется подкачивающим насосом 1, установ-

Ф и г. 16.11а

ленным в расходном баке. Подкачивающие насосы могут быть конструктивно выполнены как с электроприводом, так и с тур­ боприводом. При больших часовых расходах топлива насосы с турбоприводом получаются более компактными и легкими, чем с электроприводом.

При маневрах самолета, когда действуют вертикальные от­ рицательные перегрузки и перегрузки, близкие к нулю, топливо в заборник насоса 1 не поступает. Чтобы при этом не прекраща­ лась подача топлива в двигатель, устанавливаются топливные аккумуляторы 2 различных конструкций.

При маневрах самолета, когда топливо не поступает в насос

2 — насос 1 в расходный бак. На этом режиме полета топли­ во в двигатель поступает из аккумулятора 2 под давлением воздуха, подаваемого в аккумулятор, например, от компрессо­ ра двигателя. При положительных перегрузках, когда насос / работает нормально, давление топлива за насосом 1 не­ сколько выше, чем давление воздуха, подаваемого в аккуму­ лятор, и топливо, отжимая (перемещая) мембрану, полностью заполняет аккумулятор 2. Объем топлива в топливном аккуму­ ляторе рассчитан обычно на 15—20 секунд полета с отрица­ тельными перегрузками. Производительность подкачивающего насоса 1 должна быть несколько больше максимального рас­ хода топлива на двигатель, чтобы быстро заполнить аккумуля­

389