RU2133696C1

RU2133696C1 - Fuel tank for flying vehicles

Info

Publication number: RU2133696C1
Application number: RU98105726A
Authority: RU
Inventors: Л.Б. Блюмкин
Original assignee: Блюмкин Лев Борисович
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-07-27

Abstract

FIELD: fuel systems of flying vehicles, mainly special heavy aeroplanes including external tanks. SUBSTANCE: fuel tank includes shell and fuel suction device. Shell has front and rear end shields and inner cavity filled with fuel. Granulated hydrocarbon polymer material is used as fuel. Inner cavity of tank is provided with axially movable piston. Fuel suction device is located between working surface of piston and rear end shield. EFFECT: improved explosion-proof and fire safety properties; extended range of application. 17 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике, более конкретно к топливным системам летательных аппаратов, преимущественно сверхтяжелых самолетов. В частном случае изобретение относится к топливным бакам, в том числе и подвесным, упомянутых топливных систем. Наиболее эффективно оно может быть использовано в тех топливных системах, к которым предъявляются повышенные требования по взрывобезопасности и надежности. The invention relates to aircraft, and more specifically to the fuel systems of aircraft, mainly superheavy aircraft. In a particular case, the invention relates to fuel tanks, including suspension tanks, of said fuel systems. It can be used most effectively in those fuel systems that are subject to increased requirements for explosion safety and reliability.

Известны топливные баки для летательных аппаратов, содержащие корпус с двумя торцевыми днищами и с внутренней полостью, заполненной топливом, и устройство для забора последнего (см. патент РФ N 2030334, кл. B 64 D 37/12, 1995). В качестве топлива в данном баке использовано широко применяемое жидкое углеводородное топливо, а сам бак выполнен подвесным. Конструкция устройства для забора топлива в патенте не раскрыта. Known fuel tanks for aircraft, comprising a housing with two end faces and with an internal cavity filled with fuel, and a device for collecting the latter (see RF patent N 2030334, CL B 64 D 37/12, 1995). The fuel used in this tank is the widely used liquid hydrocarbon fuel, and the tank itself is suspended. The design of the device for fuel intake in the patent is not disclosed.

Технический результат, достигаемый изобретением, в таких баках достигнут быть не может, т.к. жидкое топливо взрывоопасно. The technical result achieved by the invention cannot be achieved in such tanks, because liquid fuel is explosive.

Известны топливные баки для летательных аппаратов, содержащие корпус с двумя торцевыми днищами и с внутренней полостью, заполненной топливом, и устройство для забора последнего (см. патент РФ N 2097280, кл. B 64 D 37/34, 1997). Known fuel tanks for aircraft, comprising a housing with two end faces and with an internal cavity filled with fuel, and a device for collecting the latter (see RF patent N 2097280, CL B 64 D 37/34, 1997).

В качестве топлива в этих баках использована криогенная жидкость (сжиженный водород или метан). Конструкция устройства для забора топлива в данном патенте не раскрыта. The fuel used in these tanks is cryogenic liquid (liquefied hydrogen or methane). The design of the device for the intake of fuel in this patent is not disclosed.

В вышеописанных баках технический результат, достигаемый изобретением, не может быть получен, т.к. сжиженные газы отличаются повышенной взрыво- и пожароопасностью. In the above tanks, the technical result achieved by the invention cannot be obtained, because liquefied gases are characterized by increased explosion and fire hazard.

Известны топливные баки для летательных аппаратов, содержащие корпус с двумя торцевыми днищами и с внутренней полостью, заполненной топливом, и устройство для забора последнего, расположенное в этой полости (см. патент РФ N 2092396, кл. B 64 D 37/00, 1997). Known fuel tanks for aircraft, containing a housing with two end faces and with an internal cavity filled with fuel, and a device for collecting the latter located in this cavity (see RF patent N 2092396, CL B 64 D 37/00, 1997) .

В качестве топлива в этих баках использовано жидкое углеводородное топливо. Устройство для забора топлива выполнено в виде находящегося внутри бака топливопровода, подсоединенного к топливной системе двигателя. В баке предусмотрено устройство для предотвращения вытекания топлива при разгерметизации. В этом баке также не достигается технический результат изобретения, т. к. в случае нештатной ситуации (например, вынужденной посадки) возможна разгерметизация бака с последующим растеканием топлива и его воспламенением. Конструкция данного бака выбрана за прототип. The fuel used in these tanks was liquid hydrocarbon fuel. The device for fuel intake is made in the form of a fuel line inside the tank, connected to the fuel system of the engine. A device is provided in the tank to prevent fuel leakage during depressurization. In this tank, the technical result of the invention is also not achieved, because in the event of an emergency (for example, an emergency landing), it is possible to depressurize the tank with subsequent spreading of the fuel and its ignition. The design of this tank is selected as a prototype.

Задача, решаемая изобретением, - создание топливного бака, который мог бы обеспечить взрыво- и пожаробезопасность летательного аппарата, при этом блок представлял бы собой автономный модуль, обеспечивающий одновременное хранение углеводородного полимерного топлива и его газификацию. The problem solved by the invention is the creation of a fuel tank that could ensure the explosion and fire safety of the aircraft, while the unit would be a stand-alone module that provides simultaneous storage of hydrocarbon polymer fuel and its gasification.

Основной технический результат, достигаемый изобретением, - повышение взрыво- и пожаробезопасности в аварийных ситуациях с одновременным использованием топлива в широком диапазоне температур окружающей среды. The main technical result achieved by the invention is to increase the explosion and fire safety in emergency situations with the simultaneous use of fuel in a wide range of ambient temperatures.

Первый дополнительный технический результат - обеспечение одновременного хранения углеводородного полимерного топлива и перевод его в газообразное состояние. The first additional technical result is the simultaneous storage of hydrocarbon polymer fuel and its transfer to a gaseous state.

Второй дополнительный технический результат - обеспечение выполнения топливного бака в виде автономного модуля со всеми необходимыми для газификации элементами. The second additional technical result is the implementation of the fuel tank in the form of an autonomous module with all the elements necessary for gasification.

Третий дополнительный технический результат - обеспечение выполнения топливного бака подвесным. The third additional technical result is to ensure that the fuel tank is suspended.

Основной технический результат изобретения достигается тем, что в топливном баке для летательных аппаратов, содержащем корпус с передним и задним торцевыми днищами и с внутренней полостью, заполненной топливном, и устройство для забора последнего, расположенное в этой полости, в качестве топлива использован гранулированный углеводородный полимерный материал, и во внутренней полости установлен с возможность осевого перемещения поршень, а устройство для забора топлива расположено между рабочей поверхностью поршня и задним торцевым днищем. The main technical result of the invention is achieved by the fact that in the fuel tank for aircraft, comprising a housing with front and rear end bottoms and with an internal cavity filled with fuel, and a device for collecting the latter located in this cavity, a granular hydrocarbon polymer material is used as fuel and the piston is axially moved in the internal cavity, and the fuel intake device is located between the piston working surface and the rear end day present.

В частном случае этот технический результат достигается тем, что в топливном баке, характеризуемом вышеперечисленными признаками, устройство для забора топлива выполнено в виде системы примыкающих одна к другой воронкообразных ячеек, образующих заборную решетку. In the particular case, this technical result is achieved by the fact that in the fuel tank, characterized by the above characteristics, the device for fuel intake is made in the form of a system of funnel-shaped cells adjacent to one another, forming a fence.

Первый дополнительный технический результат достигается тем, что в топливном баке, характеризуемом признаками основного технического результата, внутри бака установлены газогенератор низкомолекулярных углеводородов; корпус газогенератора установлен по оси бака и выполнен цилиндрическим, и в поршне выполнено отверстие, при этом наружная поверхность цилиндра служит направляющей для поршня, а сам цилиндр жестко соединен с обоими днищами; газогенератор выполнен в виде трубчатого теплообменника с тремя секциями по длине; первая секция трубчатого теплообменника выполнена в виде деструктора, вторая - в виде пиролитического реактора, а третья - в виде закалочного агрегата; первая секция выполнена в виде кожухотрубного аппарата с межтрубным пространством для топлива и с трубами для нагревающей среды; вторая секция выполнена в виде кожуха, заполненного теплообменными элементами типа "труба в трубе", герметично контактирующими один с другим, при этом внутренняя поверхность труб заполнена греющей средой, а пространство между трубами - продуктами разложения углеводородного полимерного топлива; третья секция выполнена в виде кожуха, заполненного охлаждаемым пирогазом и двумя системами труб, первая из которых заполнена охлаждающим воздухом, а вторая - газообразным топливом, образующим греющую среду; цилиндрический корпус выполнен за одно целое из кожухов всех трех секций; трубы первой секции сопряжены с внутренними трубами второй секции, а последние сопряжены с системой труб, заполненных охлаждающим воздухом, при этом на границе второй и третьей секций установлено устройство для зажигания топлива, образующего греющую среду. The first additional technical result is achieved in that in the fuel tank, characterized by the features of the main technical result, a gas generator of low molecular weight hydrocarbons is installed inside the tank; the gas generator housing is mounted along the axis of the tank and is made cylindrical, and a hole is made in the piston, while the outer surface of the cylinder serves as a guide for the piston, and the cylinder itself is rigidly connected to both bottoms; the gas generator is made in the form of a tubular heat exchanger with three sections in length; the first section of the tubular heat exchanger is made in the form of a destructor, the second in the form of a pyrolytic reactor, and the third in the form of a quenching unit; the first section is made in the form of a shell-and-tube apparatus with an annular space for fuel and with pipes for a heating medium; the second section is made in the form of a casing filled with tube-in-pipe heat exchange elements that are tightly in contact with one another, while the inner surface of the pipes is filled with a heating medium, and the space between the pipes is the decomposition products of hydrocarbon polymer fuel; the third section is made in the form of a casing filled with cooled pyrogas and two pipe systems, the first of which is filled with cooling air, and the second is gaseous fuel, forming a heating medium; the cylindrical body is made in one piece from the casings of all three sections; the pipes of the first section are connected with the internal pipes of the second section, and the latter are connected with a system of pipes filled with cooling air, while a device for igniting fuel forming a heating medium is installed at the boundary of the second and third sections.

Второй дополнительный технический результат достигается тем, то в топливном баке, характеризуемом признаками основного технического результата, торцевые днища выполнены полыми и в полости заднего днища размещено устройство для транспортировки гранул топлива к деструктору; к каждому днищу снаружи примыкает колпак, образующий с днищем технологический отсек; в технологическом отсеке заднего торцевого днища размещен привод устройства для транспортировки гранул, образующий с приводом дозатор; в технологическом отсеке переднего днища размещены ресиверы со сжатым газом, связанные с надпоршневой полостью, а также камера для газообразного топлива, образующего греющую среду; дозатор содержит систему шнеков, каждый из которых имеет соответствующий шаг. The second additional technical result is achieved by the fact that in the fuel tank, characterized by the features of the main technical result, the end bottoms are made hollow and in the cavity of the rear bottom there is a device for transporting fuel granules to the destructor; a cap is adjacent to each bottom outside, forming a technological compartment with a bottom; in the technological compartment of the rear end bottom there is a drive of a device for transporting granules, forming a dispenser with a drive; in the technological compartment of the front bottom there are receivers with compressed gas associated with the over-piston cavity, as well as a chamber for gaseous fuel forming a heating medium; the dispenser contains a system of screws, each of which has a corresponding step.

Третий дополнительный технический результат достигается тем, что наружная поверхность колпаков имеет аэродинамическую форму. The third additional technical result is achieved by the fact that the outer surface of the caps has an aerodynamic shape.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематически показан описываемый топливный бак, предназначенный для размещения внутри летательного аппарата; на фиг. 2 показан подвесной топливный бак; на фиг. 3 изображена часть топливного бака с передним торцевым днищем; на фиг. 4 изображена часть топливного бака, примыкающая к заднему торцевому днищу; на фиг. 5 показана заборная решетка в плане. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 schematically shows the described fuel tank, designed to be placed inside the aircraft; in FIG. 2 shows an outboard fuel tank; in FIG. 3 shows a portion of a fuel tank with a front end face; in FIG. 4 shows a portion of the fuel tank adjacent to the rear end face; in FIG. 5 shows a fence in plan view.

Конструкция устройства. Device design.

Топливный бак содержит цилиндрический корпус 1 с передним днищем 2 и задним днищем 3. Внутренняя полость 4 бака заполнена углеводородным полимерным гранулированным топливом 5. Во внутренней полости размещен поршень 6 с рабочей поверхностью 7, контактирующей с мембраной (не показана), образующий надпоршневую полость 8 и подпоршневую (рабочую) полость 9, которая загружена гранулированным топливом 5. Корпус 1 по существу представляет собой обечайку, снабженную продольно-кольцевым силовым набором. Надпоршневая полость 8 соединена с источником газа, хранящимся под давлением в ресиверах 10, снабженных клапанами 11. В подпоршневой полости 9 расположено устройство для забора гранулированного топлива 5, выполненное в виде системы примыкающих одна к другой воронкообразных ячеек 12 с отверстиями 13, которые образуют заборную решетку 14. Для перемещения гранул полимерного топлива 5 служит привод, состоящий из электродвигателей 15 с редукторами 16, который связан с системой шнеков 17, образующих дозатор. В частном случае каждая система связывает три отверстия 13 ячеек 12, расположенных на одной прямой (например, радиусе). В частном (преимущественном) варианте решетка 14 выполнена в виде диска с выпукло-вогнутой поверхностью, имеющего центральное отверстие 18. Площадь заборной части 19 ячеек 12 возрастает по мере удаления от центра решетки 14 к периферии, и ячейки 12 сгруппированы по кольцевым секциям, лежащим на одних радиусах. Заборные части 19 ячеек 12 каждой секции равновелики. Иначе говоря, ячейки 12 имеют радиально-кольцевое расположение. В частном случае (показанном на чертежах) секций ячеек 12 три, и каждая секция по окружности состоит из двенадцати ячеек. Каждый шнек соответственно имеет три винтовые поверхности 20, 21, 22, причем каждая поверхность имеет шаг, соответствующий определенной секции ячеек 12 (шаг просчитывается по известной формуле, определяющей пропорциональность шага квадрату радиуса секции). The fuel tank contains a cylindrical body 1 with a front bottom 2 and a rear bottom 3. The inner cavity 4 of the tank is filled with hydrocarbon polymer granular fuel 5. In the inner cavity there is a piston 6 with a working surface 7 in contact with a membrane (not shown), forming a supra-piston cavity 8 and a sub-piston (working) cavity 9, which is loaded with granular fuel 5. The housing 1 is essentially a shell equipped with a longitudinally annular power set. The supra-piston cavity 8 is connected to a gas source stored under pressure in receivers 10 provided with valves 11. In the sub-piston cavity 9 there is a device for collecting granular fuel 5, made in the form of a system of funnel-shaped cells 12 adjacent to one another with openings 13 that form the intake grille 14. To move the pellets of polymer fuel 5 is a drive consisting of electric motors 15 with gears 16, which is connected to a system of screws 17 forming a dispenser. In the particular case, each system connects three holes 13 of the cells 12 located on one straight line (for example, radius). In a particular (advantageous) embodiment, the lattice 14 is made in the form of a disk with a convex-concave surface having a central hole 18. The area of the intake part 19 of the cells 12 increases with distance from the center of the lattice 14 to the periphery, and the cells 12 are grouped into annular sections lying on same radii. Intake parts of 19 cells 12 of each section are equal. In other words, cells 12 have a radially annular arrangement. In the particular case (shown in the drawings), the sections of the cells 12 are three, and each section along the circumference consists of twelve cells. Each screw, respectively, has three screw surfaces 20, 21, 22, and each surface has a step corresponding to a particular section of cells 12 (the step is calculated according to the well-known formula that determines the proportionality of the step to the square of the radius of the section).

Внутри бака 1, преимущественно по его оси, установлен газогенератор низкомолекулярных газообразных углеводородов. Его корпус выполнен цилиндрическим. В этом случае в поршне 6 выполнено отверстие 23, а цилиндрическая поверхность корпуса служит направляющей для поршня 6. Сам цилиндр жестко соединен с обоими торцевыми днищами 2,3. При этом часть корпуса может выходить за пределы днищ 2 и 3. Inside the tank 1, mainly along its axis, a gas generator of low molecular weight gaseous hydrocarbons is installed. Its body is cylindrical. In this case, a hole 23 is made in the piston 6, and the cylindrical surface of the housing serves as a guide for the piston 6. The cylinder itself is rigidly connected to both end faces 2,3. In this case, part of the body may extend beyond the bottoms 2 and 3.

Газогенератор выполнен в виде теплообменника с тремя секциями по длине. Первая секция 24 представляет собой по функциональному назначению деструктор, вторая секция 25 - пиролитический реактор, а третья 26 - закалочный агрегат. Выполнение секций газогенератора может быть самым разнообразным по конструкции теплообменников, например пластинчатым. В предпочтительном варианте первая секция 24 выполнена в виде кожухотрубного аппарата с межтрубным пространством 27 для полимерного топлива и термопластичном состоянии и с трубами 28 для греющей среды. Вторая секция выполнена в виде кожуха, заполненного теплообменными элементами типа "труба в трубе", герметично контактирующими один с другим. При этом внутренняя полость труб меньшего диаметра 29 заполнена греющей средой 30, а пространство между трубами 31 - продуктами пиролиза полимерного топлива 5. Третья секция выполнена в виде кожуха, заполненного охлаждаемым пирогазом и двумя системами труб 32, 33, первые (32) из которых заполнены охлаждающим воздухом, а вторые (33) - газообразным топливом, образующим греющую среду 30. В частном случае (наиболее предпочтительном) этим топливом служит пирогаз, полученный из топлива 5. Корпус 34 газификатора выполнен за одно целое из кожухов всех трех секций 24, 25, 26. Теплообменные трубы секций 24, 25, 26, (все или некоторые из них) могут быть выполнены оребренными. В предпочтительном варианте трубы 28 первой секции 24 сопряжены с внутренними трубами 29 второй секции 25, а последние (29) сопряжены с трубами 32, заполненными охлаждающим воздухом. На границе второй 25 и третьей 26 секций установлено устройство 35 для зажигания топлива 30, выполненное, например, в виде электрических свеч. Внутреннее пространство труб 32 в предпочтительном варианте подключено к нагнетательной линии осевого нагнетателя 36 (нагнетатель может быть также выполнен центробежным). Внутреннее пространство труб 33 подведено к нагнетателю 37, при этом оба нагнетателя могут быть кинематически связаны с общим электроприводом. Трубы 33 имеют малый диаметр, при этом каждая из них и соответствующая труба 32 могут составлять элемент типа "труба и трубе" (данный вариант является предпочтительным). Не исключен вариант, при котором как охлаждающий воздух, так и воздух, служащий для заполнения надпоршневой полости 8, может нагнетаться посредством отбора воздушной массы от компрессора авиационной газовой турбины (силовой установки самолета). В предпочтительном варианте в зоне нагнетателя 37 предусмотрена камера 38, соединенная линией 39, имеющей дросселирующую заслонку с линией 40 подачи продуктов пиролиза к газотурбинному двигателю летательного аппарата. The gas generator is made in the form of a heat exchanger with three sections in length. The first section 24 is a destructor according to its functional purpose, the second section 25 is a pyrolytic reactor, and the third 26 is a quenching unit. The implementation of the sections of the gas generator may be the most diverse in the design of heat exchangers, for example plate. In a preferred embodiment, the first section 24 is made in the form of a shell-and-tube apparatus with an annular space 27 for polymer fuel and a thermoplastic state and with pipes 28 for a heating medium. The second section is made in the form of a casing filled with heat exchanger elements of the type "pipe in pipe", hermetically in contact with one another. In this case, the inner cavity of the pipes of smaller diameter 29 is filled with heating medium 30, and the space between the pipes 31 is the pyrolysis products of polymer fuel 5. The third section is made in the form of a casing filled with cooled pyrogas and two pipe systems 32, 33, the first (32) of which are filled cooling air, and the second (33) - gaseous fuel, forming a heating medium 30. In the particular case (most preferable) this fuel is pyrogas obtained from fuel 5. The gasifier housing 34 is made in one piece from the casing of all three seconds s 24, 25, 26. The heat exchanger tube sections 24, 25, 26 (all or some of them) may be made ribbed. In a preferred embodiment, the pipes 28 of the first section 24 are paired with the inner pipes 29 of the second section 25, and the latter (29) are paired with pipes 32 filled with cooling air. At the border of the second 25 and third 26 sections, a device 35 for igniting fuel 30 is installed, made, for example, in the form of electric candles. The inner space of the pipes 32 is preferably connected to the discharge line of the axial supercharger 36 (the supercharger can also be made centrifugal). The inner space of the pipes 33 is connected to a supercharger 37, while both superchargers can be kinematically connected with a common electric drive. Pipes 33 have a small diameter, and each of them and the corresponding pipe 32 can constitute an element of the type "pipe and pipe" (this option is preferred). An option is not ruled out in which both the cooling air and the air used to fill the supra-piston cavity 8 can be pumped out by taking the air mass from the compressor of the aircraft gas turbine (aircraft power plant). In a preferred embodiment, a chamber 38 is provided in the area of the supercharger 37, connected by a line 39 having a throttling flap with a line 40 for supplying pyrolysis products to the gas turbine engine of the aircraft.

Торцевые днища 2 и 3 выполнены полыми, и в полости 41 заднего днища размещено устройство для транспортировки гранул 5 к деструктору 24 (заборная решетка 14). Днища снаружи снабжены колпаками 42 и 43, образующими с днищами 2 и 3 технологические отсеки 44 и 45. В технологическом отсеке 44 заднего днища 3 размещен привод, состоящий из электродвигателей 15 и редукторов 16, который кинематически связан с системой шнеков 17. В технологическом отсеке 45 переднего днища 2 размещены ресиверы 10, заполненные сжатым газом и связанные через клапаны 11 с надпоршневой полостью 8. В этом же отсеке может быть расположена и камера 38 для углеводородного топлива, образующего греющую среду 30. Предусмотрено выполнение наружных поверхностей колпаков 42, 43 аэродинамической формы. Камера 38 выполнена в виде гaзораспределительного устройства, имеющего трубную решетку 46 для труб 33. Трубную решетку 47 имеет как первая секция 24 (для труб 28), так и третья секция 26 (для труб 32). К секции 24 (к межтрубному пространству 27) примыкает и трубопровод 48 отработавших газов (греющей среды 30). В технологическом отсеке 44 расположены топливопроводы 49 с сужающимися участками 50, подведенными к межтрубному пространству 27 первой секции 24 (в участках 50 полимерное топливо 5 находится в термопластичном состоянии). Для прогрева газогенератора предусмотрен ресивер 51 (пусковой), заполненный горючим газом и размещенный в технологическом отсеке 45. Камера 38 соединена с ресивером 51 посредством трубопровода 52 с дросселирующей заслонкой 53. Поршень 6 уплотнен относительно корпуса 1 бака и относительно цилиндрического корпуса 34 газификатора манжетными уплотнениями 54, 55. End bottoms 2 and 3 are hollow, and in the cavity 41 of the rear bottom there is a device for transporting granules 5 to the destructor 24 (intake grill 14). The bottoms outside are equipped with caps 42 and 43, forming technological compartments 44 and 45 with bottoms 2 and 3. In the technological compartment 44 of the rear bottom 3 there is a drive consisting of electric motors 15 and gearboxes 16, which is kinematically connected to the screw system 17. In the technological compartment 45 front bottom 2 are receivers 10 filled with compressed gas and connected through valves 11 to the over-piston cavity 8. A chamber 38 for hydrocarbon fuel forming a heating medium 30 may also be located in the same compartment. surfaces of caps 42, 43 aerodynamic shape. The chamber 38 is made in the form of a gas distribution device having a tube sheet 46 for pipes 33. The tube sheet 47 has both a first section 24 (for pipes 28) and a third section 26 (for pipes 32). The section 24 (to the annular space 27) is adjacent to the exhaust pipe 48 (heating medium 30). In the technological compartment 44 fuel lines 49 are located with tapering sections 50 connected to the annular space 27 of the first section 24 (in sections 50, the polymer fuel 5 is in a thermoplastic state). To warm the gas generator, a receiver 51 (start-up) is provided, filled with combustible gas and placed in the technological compartment 45. The chamber 38 is connected to the receiver 51 via a pipe 52 with a throttle valve 53. The piston 6 is sealed relative to the tank body 1 and relative to the cylindrical gasifier body 34 by lip seals 54 , 55.

Функционирование топливного бака. The functioning of the fuel tank.

Топливный бак в общем случае предназначен для хранения гранулированного углеводородного полимерного топлива (предпочтительно полиэтилена) и забора этого топлива для потребителя с помощью агрегатов, установленных вне бака. В баке могут отсутствовать технологические отсеки и газификатор. В наиболее благоприятном варианте (при наличии газогенератора низкомолекулярных углеводородов и другого технологического оборудования) бак функционирует следующим образом. A fuel tank is generally intended for storing granular hydrocarbon polymer fuel (preferably polyethylene) and for collecting this fuel for the consumer using units installed outside the tank. There may be no process compartments or gasifier in the tank. In the most favorable embodiment (in the presence of a gas generator of low molecular weight hydrocarbons and other technological equipment), the tank operates as follows.

Из ресиверов 10 через клапаны 11 наддувочный газ под давлением 0,5-1 кг/см² поступает в надпоршневую полость 8, вследствиe чего поршень 6 перемещается в направлении заборной решетки 14. Одновременно включаются электродвигатели 15, которые через редукторы 16 кинематически связаны с системой шнеков 17, вследствиe чего гранулированное полимерное топливо 5 через отверстия 13 поступает в топливопроводы 49. В сужающихся участках 50, примыкающих к тепловой зоне деструктора 24, происходит размягчение полимера 5 и трансформация его в термопластичное состояние (Т 120-280^oC). Далее под воздействием греющей среды термопластичный полимер 5 (топливо) начинает разлагаться, подвергаясь деструкции (Т выше 290^oC) и дальнейшему пиролизу, начальная стадия которого имеет место при 475^oC. При этом образуется газообразная смесь, состоящая из относительно длинных углеводородных молекулярных обрывков. Она поступает в межтрубное пространство 31 второй секции 25 (пиролитического реактора), в котором происходит окончательный распад цепочек углеводородных молекул и образование пирогаза, состоящего из этилена, пропилена, метана и др. (T 600-700^oC). Пирогаз покидает межтрубное пространство 31 и далее поступает в третью секцию 26 (охладитель - предварительный подогреватель воздуха). Здесь температура пирогаза за сотые доли секунды понижается до 250-350^oC (т. е. происходит его закалка), после чего газообразное топливо по линии 40 направляется к газовым турбинам самолета. Греющая среда, поступающая в газификатор, может быть получена с помощью самых различных устройств, в предпочтительном варианте она образуется следующим методом.From the receivers 10, through the valves 11, pressurized gas at a pressure of 0.5-1 kg / cm ² enters the over-piston cavity 8, as a result of which the piston 6 moves in the direction of the intake grill 14. At the same time, the electric motors 15, which are connected kinematically through the gears 16 with the screw system 17, owing to which the granular polymer fuel 5 enters the fuel lines 49 through openings 13. In the narrowing sections 50 adjacent to the thermal zone of the destructor 24, the polymer 5 softens and transforms into a thermoplastic state (T 120-280 ^o C). Then, under the influence of a heating medium, thermoplastic polymer 5 (fuel) begins to decompose, undergoing degradation (T above 290 ^o C) and further pyrolysis, the initial stage of which takes place at 475 ^o C. This forms a gaseous mixture consisting of relatively long hydrocarbon molecular fragments . It enters the annulus 31 of the second section 25 (pyrolytic reactor), in which the final decomposition of the chains of hydrocarbon molecules and the formation of pyrogas, consisting of ethylene, propylene, methane, etc. (T 600-700 ^o C). Pyrogas leaves the annulus 31 and then enters the third section 26 (cooler - air pre-heater). Here, the temperature of the pyrogas in hundredths of a second drops to 250-350 ^o C (i.e., it is quenched), after which gaseous fuel is sent via line 40 to the gas turbines of the aircraft. The heating medium entering the gasifier can be obtained using a variety of devices, in the preferred embodiment, it is formed by the following method.

По линии 39 газообразное топливо поступает в камеру 38 с помощью нагнетателя 37 и далее по трубам 33 направляется на границу секций 25, 26, где расположено устройство 35 для зажигания топливовоздушной смеси (устройство может быть выполнено, например, в виде электрических свеч). Одновременно к устройству зажигания 35 подводят по трубам 32 предварительно подогретый воздух, который нагнетается вентилятором 36. В результате происходит воспламенение отобранного из магистрали 40 газообразного топлива (необходимая масса топлива для рализации процесса пиролиза составляет 7-10% от массы топлива, подвергаемого деструкции). При сгорании пирогаза в воздушной среде на границе пиролитического реактора 25 и закалочного агрегата 26 образуется факел (внутри труб 29) с температурой 800-900^oC, который образует собственно греющую среду. Упомянутая греющая среда 30 (высокотемпературные продукты сгорания) протекает по трубам 29 реактора 25 и трубам 28 деструктора 24 и затем по трубопроводу 48 отводится в атмосферу.On line 39, gaseous fuel enters the chamber 38 by means of a supercharger 37 and then passes through pipes 33 to the boundary of sections 25, 26, where the device 35 for igniting the air-fuel mixture is located (the device can be made, for example, in the form of electric candles). At the same time, preheated air is supplied to the ignition device 35 through pipes 32, which is pumped by the fan 36. As a result, the gaseous fuel selected from the line 40 is ignited (the necessary mass of fuel for the implementation of the pyrolysis process is 7-10% of the mass of the fuel subjected to destruction). When pyrogas is combusted in air at the boundary of the pyrolytic reactor 25 and the quenching unit 26, a torch forms (inside the pipes 29) with a temperature of 800-900 ^o C, which forms the actual heating medium. Said heating medium 30 (high-temperature combustion products) flows through the pipes 29 of the reactor 25 and the pipes 28 of the destructor 24 and then is discharged through the pipe 48 to the atmosphere.

В процессе предварительного прогрева (запуска) пиролитического реактора 25 и деструктора 24 начальная порция топлива поступает из пускового ресивера 51 и затем подается в трубы 33 одновременно с воздухом, поступающим в трубы 32. После воспламенения топливовоздушной смеси посредством свеч 25 в течение 5-10 мин осуществляется прогрев реакционной зоны газификатора до достижения необходимого температурного уровня, обеспечивающего стабильность процесса пиролиза полимерного топлива 5. In the process of preheating (starting) the pyrolytic reactor 25 and the destructor 24, the initial portion of the fuel comes from the starting receiver 51 and then is supplied to the pipes 33 simultaneously with the air entering the pipes 32. After ignition of the air-fuel mixture by means of the candles 25 for 5-10 minutes heating the reaction zone of the gasifier to the required temperature level, ensuring the stability of the process of pyrolysis of polymer fuel 5.

Для того чтобы обеспечить полную выработку топлива 5 из бака 1, т.е. вытеснение гранул 5 из ячеек 12 решетки 14, можно использовать следующее устройство. Рабочая поверхность 7 поршня 6 сопрягается с эластичной мембраной (нe показано). При перемещении поршня 6 в крайнее конечное положение (т. е. вытеснение из бака 1 основной массы гранулированного полимерного топлива 5) он сопрягается с решеткой 14. При этом оставшееся в ячейках 12 гранулированное топливо 5 (около 5% от общей массы) вытесняется из упомянутых ячеек 12 за счет избыточного давления газовой среды, которая обеспечивается между рабочей поверхностью 7 поршня 6 и эластичной мембраной (возможны и другие варианты устройства для достижения данной цели). In order to ensure the full production of fuel 5 from tank 1, i.e. the displacement of granules 5 from the cells 12 of the lattice 14, you can use the following device. The working surface 7 of the piston 6 mates with an elastic membrane (not shown). When the piston 6 is moved to its final position (i.e., the bulk of the granular polymer fuel 5 is displaced from the tank 1), it is mated to the grate 14. In this case, the granular fuel 5 remaining in cells 12 (about 5% of the total mass) is displaced from the above cells 12 due to the excess pressure of the gaseous medium, which is provided between the working surface 7 of the piston 6 and the elastic membrane (other variants of the device to achieve this goal are possible).

Заявленная конструкция топливного бака по существу является авиационным топливно-энергетическим модулем (АТЭМ), который может быть размещен как внутри фюзеляжа, так и в виде подвесных баков. На основании ориентированных расчетов (как конструктивных, так и тепловых) авиационный топливно-энергетический модуль имеет следующие характеристики (применительно к самолетам сo взлетной массой 500-1000 т):
Наружный диаметр, м - 2,6
Длина (внутрифюзеляжное размещение), м - 5,5
Длина в подвесном варианте, м - 10
Диаметр поршня, м - 2,4
Базовое отверстие поршня, м - 0,6
Ход поршня, м - 4
Масса гранулированного полимерного топлива, кг - 15000
Термодинамические параметры:
Длина труб пиролитического теплообменника, м - 4
Расход пирогаза, кг/с - 0,6
Соотношение топлива и воздуха-окислителя - 1/30-1/40лThe claimed design of the fuel tank is essentially an aviation fuel and energy module (ATEM), which can be placed both inside the fuselage and in the form of suspension tanks. Based on oriented calculations (both structural and thermal), the aviation fuel and energy module has the following characteristics (with respect to airplanes with take-off weight of 500-1000 tons):
Outer diameter m - 2,6
Length (fuselage), m - 5.5
Suspended length, m - 10
Piston diameter, m - 2.4
The base bore of the piston, m - 0.6
Piston stroke, m - 4
The mass of granular polymer fuel, kg - 15000
Thermodynamic parameters:
The length of the pipes of the pyrolytic heat exchanger, m - 4
Pyrogas consumption, kg / s - 0.6
The ratio of fuel and air oxidizer - 1 / 30-1 / 40l

Claims

1. A fuel tank for aircraft, comprising a housing with front and rear end bottoms with an internal cavity filled with fuel, and a device for collecting the latter located in this cavity, characterized in that granulated hydrocarbon polymer material is used as fuel in the internal cavity the piston is mounted with the possibility of axial movement, and the fuel intake device is located between the working surface of the piston and the rear end face.

2. The tank according to claim 1, characterized in that the device for collecting fuel is made in the form of a system of funnel-shaped cells adjacent to one another, forming a fence.

3. The tank according to claim 1, characterized in that a gas generator of low molecular weight hydrocarbons is installed inside the tank.

4. The tank according to claim 3, characterized in that the gas generator is installed along the axis of the tank, and its body is cylindrical, a hole is made in the piston, while the outer surface of the body serves as a guide for the piston, and the body itself is rigidly connected to the front and rear end bottoms .

5. The tank according to claim 4, characterized in that the gas generator is made in the form of a tubular heat exchanger with three sections in length.

6. The tank according to claim 5, characterized in that the first section of the tubular heat exchanger is made in the form of a destructor, the second in the form of a pyrolytic reactor, and the third in the form of a quenching unit.

7. The tank according to claim 6, characterized in that the destructor is made in the form of a shell-and-tube apparatus with an annular space for fuel and with pipes for a heating medium.

8. The tank according to claim 6, characterized in that the pyrolytic reactor is made in the form of a casing filled with heat exchanger elements of the "pipe in pipe" type, hermetically contacting one another, while the internal cavity of the internal pipes is filled with a heating medium, and the space between the pipes is decomposition products of polymer hydrocarbon fuels.

9. The tank according to claim 6, characterized in that the hardening unit is made in the form of a casing filled with cooled pyrogas, and two pipe systems, the first of which is filled with cooling air, and the second is gas fuel, which forms a heating medium.

10. The tank according to one of paragraphs.4, 6 to 9, characterized in that the cylindrical body is made of heat-insulating material in one piece with the casings of all three sections.

11. The tank according to claim 6, characterized in that the destructor is made in the form of a shell-and-tube apparatus with an annular space for fuel and with pipes for a heating medium, the pyrolytic reactor is made in the form of a casing filled with heat exchanging elements of the "pipe in pipe" type, hermetically contacting one with the other, while the inner cavity of the inner pipes is filled with a heating medium, and the space between the pipes is the decomposition products of polymer hydrocarbon fuel, and the quenching unit is made in the form of a casing filled with cooled pyro gas, and two pipe systems, the first of which is filled with cooling air, and the second with gas fuel, which forms a heating medium, and the pipes of the destructor are connected to the internal pipes of the pyrolytic reactor, which are connected to the pipe system filled with air, and at the boundary of the pyrolytic reactor and quenching The unit has a device for igniting the fuel forming the heating medium.

12. The tank according to one of claims 1, 3 and 6, characterized in that the end bottoms are hollow and a device for transporting granules to the destructor is placed in the cavity of the rear bottom.

13. The tank according to one of claims 1, 3 and 6, characterized in that each end bottom is provided with a cap on the outside, which forms a technological compartment with the end bottom.

14. The tank according to item 13, characterized in that in the technological compartment of the rear end bottom is placed the drive of the device for transporting granules, forming with the device for transporting granules a fuel dispenser.

15. The tank according to item 13, characterized in that in the technological compartment of the front end bottom there are receivers with compressed gas connected to the supra-piston cavity, as well as a chamber for hydrocarbon fuel forming a heating medium connected to the selection line for chilled pyrolysis products.

16. The tank according to 14, characterized in that the dispenser contains a system of screws.

17. The tank under item 13, characterized in that the outer surface of the caps has an aerodynamic shape.