Двигательная установка летательного аппарата
Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов, конкретно, к устройствам и способам, связанным с подачей топлива к силовым (двигательным) установкам, а также к мерам безопасности летательных аппаратов, связанным с двигательной установкой. Предлагаемыми способом и устройством решается задача исключения попадания воздуха из магистрали подачи топлива в двигатель при его запуске. Предлагаемой полезной моделью решается задача исключения попадания воздуха из магистрали подачи топлива в двигатель при его запуске. Для решения поставленной задачи в ДУ ЛА, содержащей двигатель с входным клапаном, сообщенным с топливным насосом двигателя, топливный бак с магистралью подачи топлива в двигатель, содержащей подкачивающий топливный насос, магистраль подачи топлива перед входным клапаном сообщена с топливным баком дополнительной магистралью.
Полезная модель относится к оборудованию летательных аппаратов, конкретно, к устройствам, связанным с подачей топлива к силовым (двигательным) установкам, а также к мерам безопасности летательных аппаратов, связанным с двигательной установкой.
Известна двигательная установка летательного аппарата (ЛА), представленная в книге: «Проектирование топливных систем самолетов», Л.Б.Лещинер, И.Е.Ульянов, изд. «Машиностроение» 1975 г. (стр.84, рис.4.23 - цветная вкладка), содержащая топливный бак (баки) с дренажным клапаном, заливной горловиной, магистралью подачи топлива в двигатель с подкачивающими насосами, топливным аккумулятором, расходомером, сливным и перекрывным кранами, переливными магистралями с обратными клапанами, датчиками и сигнализаторами системы управления, а также двигатель с входным перекрывным клапаном, сообщенным с топливным насосом двигателя.
Существенными признаками предлагаемой двигательной установки ЛА, совпадающими с признаками прототипа, являются наличие двигателя с входными клапаном и топливным насосом, топливного бака с магистралью подачи топлива в двигатель, содержащей подкачивающий топливный насос.
В известной двигательной установке обеспечивается минимальный уровень давления в топливном баке, что уменьшает эксплуатационные нагрузки, соответственно, уменьшаются потребные толщины элементов конструкции, их количество и масса ДУ, а также обеспечивается безкавитационная работа насоса двигателя при отсутствии газовых пузырей в магистрали подачи. Однако, в
известном устройстве перед открытием клапана и подачей топлива в насос двигателя для его запуска не обеспечивается удаление воздушных пузырей или объема воздуха, оставшегося в магистрали подачи после заправки бака топливом или выделившегося из топлива, или попавшего в магистраль подачи при транспортировании или такелажных работах. Попадание воздуха в полости двигателя приводит к провалу давления топлива за насосом двигателя, нештатной работе агрегатов системы автоматического регулирования и остановке двигателя, хотя это несущественно для мощных двигательных установок (ДУ) самолетов, задействуемых на земле, но становится существенным для маломощных ДУ с малыми проходными сечениями каналов и полостей агрегатов регулирования и расходами топлива, особенно беспилотных ЛА, сбрасываемых с самолета носителя, поскольку приводит к потере их скорости и связанных с ней подъемной силы (из-за малой площади крыла) и аэродинамической устойчивости, с последующими необходимостью повторных запусков маломощных ДУ ЛА или падением дорогостоящих беспилотных ЛА. Дополнительно, отмеченный недостаток ДУ ЛА приводит к задержке запуска двигателя, нерациональному расходу топлива при запуске двигателя и увеличению загрязнения окружающей среды.
Предлагаемой полезной моделью решается задача исключения попадания воздуха из магистрали подачи топлива в двигатель при его запуске.
Для решения поставленной задачи в ДУ ЛА, содержащей двигатель с входным клапаном, сообщенным с топливным насосом двигателя, топливный бак с магистралью подачи топлива в двигатель, содержащей подкачивающий топливный насос, магистраль подачи топлива перед входным клапаном сообщена с топливным баком дополнительной магистралью.
Кроме того, для снижения уменьшения затрат энергии на перекачку топлива по дополнительной магистрали в полете ЛА дополнительная
магистраль может быть выполнена с уменьшенным проходным сечением относительно магистрали подачи или снабжена устройством ограничения расхода топлива.
Отличительным признаком предлагаемой ДУ ЛА является сообщение магистрали подачи топлива перед входным клапаном с топливным баком дополнительной магистралью.
Кроме того, дополнительная магистраль может быть выполнена с уменьшенным проходным сечением относительно магистрали подачи или с устройством ограничения расхода топлива.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат - повышается надежность запуска двигателя ЛА, уменьшаются потери БПЛА, отделяемых от самолета носителя в полете, связанные с незапуском двигателя БПЛА, уменьшается время заполнения полостей двигателя ЛА топливом, количество повторных запусков двигателя и нерациональные потери топлива до его воспламенения в камере сгорания двигателя, что улучшает экологические характеристики ДУ ЛА. Кроме того, увеличивается ресурс работы агрегатов двигателя и двигателя в целом.
Предложенные технические решения могут найти применение при разработке ЛА с ДУ на жидком топливе, особенно беспилотных ЛА, отделяемых от самолета-носителя в полете, или в которых маршевый двигатель запускается в полете после разгона ЛА стартовой ступенью. Например, в ДУ ЛА, предназначенных для метеоизмерений, аэрофотосъемки или проведения поисковых операций.
Предлагаемая ДУ ЛА проиллюстрирована на рисунке.
Представленная на рисунке ДУ ЛА содержит двигатель 1 с входным клапаном 2, сообщенным с топливным насосом 3 двигателя 1, топливный бак 4 с магистралью 5 подачи топлива из бака 1 ко входному клапану 2 двигателя 1, содержащей подкачивающий топливный насос 6. Магистраль 5 подачи топлива перед входным клапаном 2 сообщена с топливным
баком 4 дополнительной магистралью 7. Дополнительная магистраль 6 может быть снабжена устройством 8 ограничения расхода топлива. Устройство 8 ограничения расхода топлива может быть выполнено в виде дросселя постоянного сечения или регулируемого дросселя, например, вентиля, либо перекрывного крана.
Устройство по п.1 формулы работает следующим образом. Производится задействование подкачивающего топливного насоса 6 в магистрали 5 подачи топлива. Благодаря создаваемому насосом подкачки 6 перепаду давления между баком 4 и выходом насоса 6 топливо из бака 4 движется через насос 6 и магистраль 5 ко входному клапану 2 двигателя 1 и далее по дополнительной магистрали 7 и устройство ограничения расхода 8 (при реализации устройства по п.п.2, 3) возвращается в бак 4.
Струя топлива, движущаяся в полостях подкачивающегося насоса 6 магистралей 5 и 7, захватывает пузырьки воздуха, перемещая их в полость бака 1, при этом благодаря резкому уменьшению давления топлива при выходе из магистрали 7 в полость бака 1, и наличию гравитационного перепада давления по высоте столба топлива в баке 1 происходит сепарация газа из топлива, поступающего из магистрали 7.
Время прокачки магистрали 7 определяется конструктивными особенностями подкачивающего насоса 6 и магистрали 5, наличием тупиковых полостей, радиусов поворота потока топлива, объемом внутренних полостей насоса 6 и магистрали 5, временем выхода насоса 6 на рабочий режим, которое подбирается опытным путем и может составлять от нескольких секунд до нескольких минут.
После реализации режима прокачки открывается входной клапан 2 и топливо без газовых пузырей поступает во внутренние полости насоса 3 двигателя 1, а также во внутренние полости двигателя 1 и агрегаты управления расходом топлива (на рисунке не показаны). Отсутствие воздуха в топливе, поступающем по магистрали 5 в полости двигателя 1, уменьшает время выхода на рабочий режим насоса 3, агрегатов управления расходом
топлива, сокращает время запуска двигателя 1, предотвращается кавитационный запас насоса 3, повышается надежность запуска двигателя 1 и увеличивается ресурс работы его агрегатов.
В последующем полете ЛА в случае попадания воздуха на вход в насос 6 и магистраль 5 при эволюции ЛА наличие магистрали 7 будет способствовать уменьшению попадания воздуха в полости двигателя 1 и агрегаты управления расходом топлива, поскольку на входе в клапан 2 часть топлива, возвращаясь по магистрали 7 в полость бака 1, будет частично возвращать в полость бака и газовые пузыри, что также будет способствовать увеличению ресурса агрегатов двигателя 1 и двигателя в целом.
Устройство по п.3 работает аналогично работе устройства по п.1, при этом снабжение магистрали 7 устройством 8 ограничения расхода топлива способствует увеличению гидравлического сопротивления магистрали 7 и уменьшению затрат мощности насоса 6 на переток топлива по магистрали 7 в полете. Устройство 8 может быть выполнено в виде регулируемого дросселя, например, вентиля, что обеспечит возможность регулирования расхода топлива по магистрали 7 для режима прокачки по магистрали 5 перед запуском двигателя 1 и для перетекания топлива по магистрали 7 в полете.
При отсутствии сложных эволюции ЛА в полете в качестве устройства 8 может быть использован как вентиль, так и клапан перекрытия, которые для прокачки магистрали 7 открываются, а после прокачки перед запуском двигателя закрываются.
1. Двигательная установка летательного аппарата, содержащая двигатель с входным клапаном, сообщенным с топливным насосом двигателя, топливный бак с магистралью подачи топлива в двигатель, содержащей подкачивающий топливный насос, отличающаяся тем, что магистраль подачи топлива перед входным клапаном сообщена с топливным баком дополнительной магистралью.
2. Двигательная установка летательного аппарата по п.1, отличающаяся тем, что дополнительная магистраль выполнена с уменьшенным проходным сечением относительно магистрали подачи.
3. Двигательная установка летательного аппарата по п.1, отличающаяся тем, что дополнительная магистраль снабжена устройством ограничения расхода топлива.
