Система хранения топлива самолета

Топливо на самолете находится в баках, которые могут быть встроенные, жесткие или гибкие.

1. Встроенные баки – находятся внутри крыла и, в зависимости от типа самолета, в кессоне центроплана и горизонтального стабилизатора. Баки устанавливаются и герметизируются при производстве самолета для хранения большого количества топлива. Преимуществом таких баков является небольшой прирост веса самолета, т.к. конструкция бака сформирована в уже имеющейся конструкции. На всех современных пассажирских самолетах устанавливаются баки данного типа.

2. Жесткие баки – герметичные металлические контейнеры, остановленные на крыле или фюзеляже самолета. Они просты в исполнении, но добавляют вес самолету и требуют крепежную конструкцию. Наиболее распространены среди легких самолетов. Баки данного типа могут устанавливаться снаружи, например, на законцовке крыла, и иметь металлическую или композитную конструкцию.

3. Гибкие баки – герметичные баки, изготовленные из прорезиненной ткани, иногда называются топливными баллонами или мягкими баками. Для баков данного типа требуется конструкция для крепления и поддержки внутри самолета. Они обычно устанавливаются внутри крыла или фюзеляжа, наиболее популярны для военных самолетов, т.к. их можно эффективно герметизировать самостоятельно в случае повреждения в бою.

Внутри баков устанавливаются перегородки для минимизации больших внутренних сил, создаваемых при колебаниях топлива во время маневров самолета, ускорения, замедления или, например, бокового скольжения. У некоторых больших самолетов могут быть установлены дроссельные запорные клапаны, которые пропускают топливо на борт и не пропускают обратно в крыло во время маневров. Топливные баки также содержат вентиляционные клапаны, клапаны дренажа воды, штуцеры заправки и крышки заливной горловины, систему калибровки. У больших самолетов в баках устанавливаются подкачивающие насосы, поплавковые датчики высокого и низкого уровня, клапаны централизованной заправки и фильтры.

Топливная система самолета разработана для хранения и доставки топлива в топливную систему двигателя. Она должна быть способна доставить больше топлива, чем может потреблять двигатель в самой критической фазе полета, чтобы двигатель никогда не испытывал топливного голодания.

На рисунке ниже приведена топливная система легкого однодвигательного самолета. Жесткие топливные баки установлены в крыле и заправляются топливом с верхней части крыла (открытая линия через фильтр верхней части бака). Из баков топливо подается с помощью механического или электрического насоса через селекторный клапан топливного бака и фильтр перед подачей карбюратор. Заливка двигателя производится с помощью подкачивающего насоса, который берет топливо из корпуса фильтра и подает во входной коллектор. Топливная система позволяет отслеживать вместимость и давление топлива, а также дренаж топлива с удалением воды перед полетом.

Рис. 18.1. Топливная система легкого однодвигательного самолета

Многодвигательные самолеты имеют более сложные топливные системы с дополнительными требованиями к высоте и конфигурации двигателя. Топливные баки встроенные и неизменяемые, расположены в крыле. У большинства современных самолетов есть центральный бак – бак в кессоне центроплана между полуплоскостями крыла. Существуют самолеты с топливными системами, имеющими баки на хвостовом оперении (киле или стабилизаторе), которые вместе с увеличением топливной емкости могут применяться для изменения положения ЦТ самолета.

Система будет включать следующие компоненты:

1. Система суфлирования (вентиляции и дренажа) – может содержать вентиляционные клапаны и уравнительный дренажный бак. Позволяет выравнивать давление воздуха в баке над топливом с наружным давлением, а также может пропускать воздух скоростного напора для частичного наддува баков в полете, что способствует формированию потока топлива и помогает уменьшить кипение топлива на высоте. Любое топливо, попадающее в систему суфлирования, скапливается в уравнительном дренажном баке и возвращается обратно в основные баки. Вентиляционное пространство в каждом топливном баке согласно требованиям JAR 23 и JAR 25 составляет 2% от объема бака.

2. Фильтры (экраны) – используются для предотвращения попадания любых частиц из бака в подкачивающие насосы.

3. Подкачивающие насосы – обычно устанавливаются попарно в каждом баке для подачи топлива из бака в двигатель. Эти насосы необходимы высотным самолетам для предотвращения кавитации в насосе с приводом от двигателя. Подкачивающие насосы обычно центробежного типа с приводом от индукционных моторов переменного тока, создают низкое давление (20-40 psi) и высокий расход. В случае двойного отказа подкачивающих насосов в одном главном баке, максимальная высота полета самолета будет ограничена согласно Перечню Минимального Исправного Оборудования (MEL) для предотвращения топливного голодания.

4. Коллектор (распределитель) – подкачивающие насосы устанавливаются в коллектор или распределитель, который всегда содержит расчетное количество топлива (обычно 500 кг), чтобы насосы были постоянно погружены в топливо для предотвращения кавитации насосов в связи с изменением пространственного положения самолета, когда они могут остаться непокрытыми топливом. Коллектор может иметь средства, обеспечивающие замену насосов без слива всего топлива из бака.

5. Клапаны перекрестной подачи и отсечки – обеспечивают подачу топлива из любого бака в любой двигатель и изоляцию в случае отказа или аварии.

6. Поплавковые выключатели высокого и низкого уровня или датчики уровня – выключатели высокого уровня топлива используются для автоматического закрытия клапана заправки, когда бак наполнен во время дозаправки, а выключатели низкого уровня используются для поддержания требуемого минимума топлива в главных баках во время аварийного сброса или слива топлива.

7. Слив топлива – как на легком самолете, любой бак имеет штуцер слива в самой нижней точке для слива воды из бака.

8. Перегородки – устанавливаются в баках для гашения резких колебаний топлива (плескания или разбрызгивания) во время маневрирования.

9. Клапан стравливания давления – на случай избыточного наддува топливного бака из-за отказа для предотвращения повреждений конструкции может быть установлен перепускной клапан.

На следующем рисунке представлена типичная схема системы двухдвигательного реактивного самолета с органами управления и приборами контроля. Заметим, что крыльевые баки разбиты на два элемента: внешнюю и внутреннюю секцию, которые иногда объединяются для сохранения во внешней секции определенного количества топлива, пока уровень топлива во внутренней секции не достигнет определенного значения. Сохранение топлива во внешней секции помогает снизить изгибающую нагрузку на крыло и избегать флаттера.

Рис. 18.2. Схема топливной системы

Нормальная последовательность использования топлива после взлета будет заключаться в первоначальном расходовании топлива из центрального бака, а затем топлива из крыльевых баков. Эта последовательность позволяет снизить изгибающую нагрузку на крыло. Когда подкачивающие насосы более не могут выкачивать топливо из центрального бака, остаток топлива может быть перемещен в бак №1 по линии откачки центрального бака.

Клапан перекрестной подачи позволяет питать оба двигателя с одной стороны или один двигатель с обеих сторон. Впускные клапаны (клапаны подсоса) в баках позволяют питать двигатель с помощью сил гравитации или подсоса от насоса с приводом от двигателя в случае отказа обоих подкачивающих насосов в одном баке.

На контрольной панели показаны переключатели для каждого насоса вместе со световой сигнализацией низкого давления для предупреждения об отказе насоса или низком уровне топлива. Для клапана перекрестной подачи также существует переключатель и индикатор. В баке №1 имеется температурный датчик, передающий сигнал температуры топлива в баке на индикатор контрольной панели.

Клапан отсечки топлива закрывается при работе пожарного рычага соответствующего двигателя, у некоторых самолетов он также управляется переключателем топлива во время процедуры нормального запуска или останова.

Топливо для ВСУ подается из бака №1 при помощи перепускного клапана, если нет работающих подкачивающих насосов, или подача может осуществляться из любого бака при включении подкачивающего насоса соответствующего бака. Отсечной клапан ВСУ обычно управляется автоматической последовательностью запуска или останова.

Дисбаланс топлива в полете между баками №1 и №2 можно скорректировать с помощью переключения подкачивающих насосов и клапана перекрестной подачи (открыть перекрестный клапан и отключить насосы в баке с меньшим количеством топлива до достижения правильного баланса при питании обоих двигателей из бака с большим остатком топлива). При достижении правильного баланса необходимо включить подкачивающие насосы, которые были предварительно отключены, и перекрыть перекрестный клапан. Это восстановит конфигурацию «бак – двигатель» (бак №1 питает двигатель №1, бак №2 питает двигатель №2).

На контрольной панели имеются индикаторы для открытого положения перепускного клапана фильтра НД (блокировка фильтра). Это фильтр низкого давления в топливной системе двигателя, установленный за подогревателем топлива.