Топливная система летательного аппарата

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

То́пливная система летательного аппарата - система силовой установки самолета для размещения топлива на самолете, выработки его в определенном порядке, подачи топлива в потребители, а также выполнения вспомогательных функций (определение ТС по ГОСТ 22945-78). То есть это группа ёмкостей для хранения запаса жидкого топлива на борту летательного аппарата с системой соединительных трубопроводов, а также система подачи топлива к двигателям и его перекачки, заправки и слива топлива, наддува и дренажа топливных баков, а также электронная система заправки, измерения и центровки. Небольшие маломанёвренные летательные аппараты имеют несложную топливную систему, тогда как высотные и скоростные - много сложнее.

Количество топлива на борту воздушного судна измеряют не в единицах ёмкости, а как вес - в килограммах (в метрической системе) или в фунтах (LBS).

История[править | править вики-текст]

..

Современное состояние[править | править вики-текст]

В качестве горючего в турбореактивных и турбовинтовых двигателях самолётов и вертолётов обычно применяют авиакеросин с различными присадками или без таковых. В легкомоторной авиации с поршневыми двигателями используется высокооктановый бензин.

Небольшие самолёты зачастую имеют один или несколько соединённых между собой топливной арматурой топливных баков из алюминиевого сплава и небольшой расходный или пилотажный бак (отрицательных перегрузок). Топливо к мотору поступает самотёком (за счёт земной силы тяжести). Имеется простой измеритель уровня топлива или измеритель расхода. Заправка производится через верхние горловины.

Схема расположения топливных баков современного пассажирского лайнера

В современных больших летательных аппаратах широко применяются кессон-баки, представляющие собой герметичные полости в крыле, киле или стабилизаторе, а также мягкие резиновые баки, склеенные из листовой керосиностойкой резины. Внутри мягких баков могут быть смонтированы металлические профили, для поддержания формы бака. Иногда применяются довольно сложные конструкции под названием — бак-отсек, выполняющие роль силовых элементов планера, отсеков для оборудования и одновременно являющиеся ёмкостями для топлива.

На манёвренных самолётах, например - истребителях топливные баки часто заполняются губчатым синтетическим материалом (пенополиуретаном), для предотвращения переливания топлива при эволюциях самолёта и нарушения центровки. Также губчатый наполнитель предотвращает взрыв паров топлива при повреждениях и прострелах. Для маломанёвренных летательных аппаратов внутри баков с той же целью устанавливаются жёсткие перегородки с калиброванными отверстиями.

Ту-144, рабочее место бортинженера. Справа расположены органы управления и контроля ТС

Топливная система (ТС) большого воздушного судна обычно состоит из групп баков, со встроенными погружными электрическими топливными насосами. Все баки соединяются между собой системой трубопроводов (внутрисамолётные топливные трубопроводы окрашены в жёлтый цвет) с электрическими перекрывными кранами, обеспечивающими тот или иной порядок расхода топлива. Так как для самолёта критически важен уровень центровки, то топливо вырабатывается по заданной программе, поддерживая полётную центровку самолёта в заданных пределах. Обычно топливо подаётся к двигателям в течение всего полёта из расходных баков (или расходных отсеков внутри баков), а топливо из остальных баков перекачивается в расходные баки, в соответствии с программой расхода топлива. Кроме этого, манёвренные самолёты в топливной системе имеют специальный бак (или полость в баке), предназначенный для питания двигателей при отрицательной продольной перегрузке (при выполнении фигур пилотажа).

Топливные насосы условно делятся на подкачивающие - они подают топливо к двигателям, и перекачивающие - они необходимы для перекачки топлива внутри топливной системы по заданной программе. Основной топливный насос установлен на двигателе и проводится в действие механическим приводом (через коробку приводов). Электроприводной топливный насос подкачки установлен в расходном баке и создаёт необходимое давление топлива на входе в топливный насос двигателя. Все подкачивающие и перекачивающие насосы часто дублируются, и при неисправности одного насоса из пары обеспечивается полноценная работа ТС. Работа насосов (порядок их включения и исправность) контролируется по давлению топлива в трубопроводах срабатыванием соответствующего сигнализатора давления.

Дополнительный топливный бак в грузовой кабине вертолёта Ми-14

Иногда перекачивающие насосы не устанавливаются и топливо подаётся самотёком. Так, например, организована подача топлива из килевого топливного бака на Ил-62М и крыльевых баков на Бе-12.

Центробежный топливный насос постоянного тока ЭЦН-19А. Обычно применяется в качестве насоса откачки.

Также все топливные баки самолёта имеют систему дренажа и наддува. Дренажная система обеспечивает сообщение надтопливного пространства бака с атмосферой и предотвращает появления разряжения в баке при выработке топлива. Чтобы при эволюциях самолёта топливо не выливалось через дренажную систему, в топливной системе могут быть установлены дренажные топливные бачки, из которых скапливающееся топливо перекачивается дополнительными насосами откачки обратно в баки. Система наддува создаёт некоторое избыточное давление в баках, для предотвращения кавитации топливных насосов.

Рабочее место бортинженера Ту-95. Верхний щиток заправки и топливных насосов

Заправка топливом может выполнятся вручную с помощью раздаточного пистолета через верхние заливные горловины баков, или через стандартную горловину централизованной заправки под давлением. В первом случае топливо заливается в строгой очерёдности, чтобы не нарушалась центровка самолёта и самолёт просто не упал на хвост. При централизованной заправке топливо подаётся под давлением от аэродромного топливозаправщика (ТЗ) или от стационарной централизованной системы заправки (ЦЗТ) под давлением через заливную горловину и автоматически (по программе) распределяется по бакам. Для этой цели на борту ВС устанавливаются различные электронные системы заправки, измерения, расхода и центровки.

В простейшем случае на борту имеется топливомер, показывающий количество топлива в баках и расходомер, определяющий текущий расход топлива силовыми установками. Топливомер измеряет массу топлива (в килограммах) в каждом баке и общую сумму топлива на борту. В качестве датчиков уровня топлива обычно применяют ёмкостные датчики (реже - поплавковые), представляющие собой цилиндрический электрический конденсатор внутри бака, включённый в плечо самоуравновешивающегося измерительного моста переменного тока. Принцип работы такого датчика основан на изменении ёмкости конденсатора при понижении уровня топлива, за счёт разницы диэлектрических свойств керосина и воздуха. Расходомер измеряет скорость потока топлива в трубопроводе посредством крыльчатки, механически привязанной к датчику частоты вращения. Чем больше скорость потока топлива в калиброванном трубопроводе, тем больше частота вращения крыльчатки и частота снимаемых с датчика электрических импульсов.

Поддержание полётной центровки выполняется вручную включением насосов перекачки в заданной очередности. Более сложные системы программного управления расходом топлива (СПУТ) самостоятельно управляют насосами перекачки в соответствии с заложенной программой. Современная аппаратура (типа СУИТ - система управления и измерения топлива) автоматизирует всё процессы заправки, управления расходом топлива в полёте (в том числе при неравномерной выработке), аварийного слива топлива, а также контролирует температуру топлива и наличие воды, и выдаёт соответствующие электрические сигналы в смежные системы (например, в САУ).

Топливный насос и клапан аварийного слива снизу на крыле, между ними - отверстие дренажа с топливного насоса.

Пистолетная заправка в настоящее время осталась только на небольших самолётах и вертолётах. В основном применяется централизованная система заправки, так как этот процесс технологически проще и быстрее. Также при пистолетной заправке неизбежно попадание в баки посторонних частиц и воды (при непогоде).

Перед выполнением процедуры заправки топливозаправщик и летательный аппарат в обязательном порядке заземляются, а также соединяются меж собой металлическим тросиком металлизации, для выравнивания электрического потенциала. Это делается для предотвращения возникновения искры от статического электричества и возникновения пожара - при движении больших масс топлива с большой скоростью потока неизбежно возникает электризация конструкции.

Часть аппаратов военного назначения имеют возможности дозаправки топливом в полёте, с целью которой устанавливаются топливоприёмники различной конструкции. Топливо при воздушной дозаправке распределяется по бакам также, как и при наземной заправке.

Все баки в самолёте имеют сливные горловины. Перед каждой заправкой топливом с топливозаправщика обязательно отбирается топливо для контроля качества. После каждой заправки топливом летательного аппарата в обязательном порядке из каждого бака выполняется так называемый слив отстоя — некоторого количества топлива из нижней части бака, для проверки на наличие воды и механических примесей (присутствие воды в керосине определяется введением нескольких крупинок сухого марганцовокислого калия). Тара со слитым топливом маркируется установленным порядком, так как является отчётным материалом и хранится до следующей заправки воздушного судна.

Топливозаправщик ТЗ-22 под самолётом Ту-134

Для аварийного слива топлива из баков в полёте предусматриваются различные системы. Топливо сливается для облегчения самолёта перед вынужденной (аварийной) посадкой, если она становится необходимой вскоре после взлёта, поскольку максимальный допустимый посадочный вес (в соответствии с требованиями к прочности конструкции планера) обычно несколько меньше взлётного веса самолёта.

Помимо аварийного, предусматривается эксплуатационный слив топлива из баков летательного аппарата в топливозаправщик (т.н. "раскачка"), что требуется при определённых технических работах.

Для повышения дальности полёта на военных самолётах иногда применяются подвесные (сбрасываемые в полёте после выработки из них топлива) топливные баки обтекаемой формы, расположенные на внешней подвеске. Иногда при перегонке машины применяются дополнительные баки, установленные в грузоотсеке вместо штатного ракетно-бомбового вооружения самолёта. На вертолётах для увеличения дальности полёта практикуется установка дополнительных топливных баков в грузовой кабине.

Для предотвращения пожаров и взрывов паров топлива при аварийных ситуациях (боевые повреждения или вынужденные посадки) все военные и некоторые гражданские самолёты имеют систему заполнения баков т.н. "нейтральным газом" (НГ). Обычно это азот или техническая углекислота в баллонах высокого давления, иногда применяются бортовые генераторы нейтрального газа (например, на Ил-76). Нейтральный газ подаётся в баки по мере выработки топлива от той же самой топливной автоматики, управляющей порядком расхода. На пассажирских самолётах на законцовках крыла устанавливаются ударные датчики, срабатывающие при посадке "на брюхо" и вызывающие мгновенную подачу НГ в баки.

Литература[править | править вики-текст]

  • Топливные баки и система их дренажа. Самолёт Ан-26. An-26.com
  • Топливная система Ан-22
  • Техническое описание самолёта Ан-2
  • "Авиационное оборудование". Воениздат 1989 г. ISBN 5-203-00138-3