RU2828406C1 - Лопаточные диски роторного типа в топливных баках самолёта - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к авиастроению. Самолёт включает фюзеляж, крыло, топливные баки. В топливных баках фюзеляжа и в крыльевых топливных баках установлены диски (1) с лопатками (4), аналогичные дискам активной турбины, и валом (2), закрепленным в опорных подшипниках, расположенных на стенках баков, с выходом за пределы бака через стенку, близкую к продольной оси самолёта. Вал (2) может быть объединен с аналогичными валами в общий вал с возможностью использования энергии колебательных движений топлива в топливных баках по любому из направлений относительно диска (1). Достигается повышение энергоэффективности. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области авиастроения и может быть использовано на авиационных заводах при сборке новых самолётов военного и гражданского назначения.

В самолётах отечественного и зарубежного производства важным элементом конструкции являются баки с топливом. Количество баков зависит от типа самолёта. И устанавливаются они в консолях крыла-крыльевые баки правый и левый со сравнительно малой емкостью, в фюзеляже самолёта, например в самолёте МИГ-29, бак №1, за которым следует баки №2, 3 и баки-отсеки 3А правый и левый. Возможен также подвесной фюзеляжный бак. Количество заправленного топлива с оборудованием топливных систем по массе от общей массы самолёта в зависимости от его типа достигает 25-60%. Большие баки фюзеляжа разделены на отсеки перегородками для снижения активности колебаний жидкого топлива, при которых происходят гидравлические толчки на ограждающие стенки баков и перегородки в баках, которые должны обладать соответствующей прочностью, а следовательно, и массой [Гончаров Г.А., Фефелов С.Л., Агапитов В.Г. и др. Конструкция самолёта МиГ-29. Учебно-наглядное пособие. Краснодар, Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков, 2008 г., 269 с.; Викулин А.Н., Зайцев В.Н., Коц В.М. и др. Конструкция и прочность самолёта. Под редакцией. Д.Е. Липовского. М.: Воениздат МО, 1973 - 388 с.; Дуров Д.С. патент на изобретение №RU 2614438 С1 «Сверхзвуковой преобразующий малошумный самолёт», 2017]. При стабильном режиме полета колебания топлива в баках самолёта затухают. Энергия колебательных перемещений топлива в баках самолёта теряется.

Недостатком самолётов военного и гражданского назначения является отсутствие в топливных баках устройств для использования энергии движущихся масс топлива, возникающих при маневрах самолёта, когда самолёт переходит с одного вертикального уровня на другой или меняет направление полета, а также при дозаправке самолёта в воздухе от воздушного танкера.

Задача изобретения: разработать конструктивную возможность использования энергии колебательных движений топлива в топливных баках фюзеляжа и в крыльевых баках самолёта, возникающей при маневренности самолёта и при заправке самолёта в воздухе и на поверхности аэродрома; уменьшить ударную гидравлическую нагрузку на стенки топливных баков; устранить в больших баках перегородки, разделяющие баки на сообщающиеся между собой отсеки, для предотвращения колебаний топлива и переложить эти функции на диски с лопатками, выполненные по образцу диска активной турбины.

Техническим результатом является конструкция диска роторного типа по образцу диска активной турбины, устанавливаемого в баках фюзеляжа и в крыльевых баках самолёта, для использования кинетической энергии при перемещении топлива в баках самолёта и при поступлении топлива извне.

Технический результат достигается тем, что в топливных баках фюзеляжа и в крыльевых баках самолёта устанавливаются по горизонтально ориентированной оси вращения, диски с валом роторного типа по образцу диска активной турбины, способные использовать энергию ускоренно движущихся объемов жидкого топлива в диаметрально противоположных и в любом другом направлении, возникающих при маневре самолёта, при котором самолёт переходит с одного уровня высоты на другой или меняет направление полета, а также при заправке самолёта в воздухе от воздушного танкера. В первом случае возникают гидравлические толчки на ограждающие поверхности баков и перегородки, которые должны обладать соответствующей прочностью, а следовательно, и массой.

На фиг. 1 представлен конструкции диска роторного типа с лопатками, аналогичного диску активной турбины; на фиг. 2 - схема работы диска с лопатками в виде радиального разреза его, как активной ступени турбины, в топливном баке самолёта.

Конструкция диска роторного типа с лопатками по образцу диска активной турбины для топливных баков самолёта состоит из диска 1, насаженного на вал 2, обода 3, на котором монтируются лопатки 4. Вал 2 находится в опорных подшипниках 5 и 6, которые закреплены соответственно на периферийной стенке 7, удаленной от продольной оси самолёта, и приближенной к продольной оси самолёта стенке 8. Подшипник 6, находящийся на стенке 8, позволяет валу 2, при наличии необходимого уплотнения 9, пройти через стенку 8 бака. Вал 2 за пределами топливного бака может быть объединен с аналогичными валами в общий вал, энергия вращения которого может быть использована, например, для генератора электрического тока или для привода, например, насосов подачи топлива из топливных баков в системе с насосной подачей топлива, например, в камеры сгорания двигателей и для других целей. На фиг. 2 показаны возможные направления 10 и 11 ускоренного движения жидкого топлива в баке на симметричные лопатки диска, выполненного по образцу диска активной турбины, и направление 12 вращения диска независимо от направления движения топлива.

Диск роторного типа с лопатками по образцу диска активной турбины в виде конструкции, объединяющей элементы 1, 3 и 4, преобразует кинетическую энергию перемещений жидкого топлива, независимо от направления, в баках самолёта и кинетическую энергию топлива, поступающего в топливный бак самолёта извне, в механическую энергию. И, следовательно, в каждом из больших топливных баков самолёта диск с лопатками выполняет функцию перегородок для устранения отрицательного ударного влияния колебаний топлива. Таким образом диск с лопатками, аналогичный диску активной турбины, представляет собой роторный двигатель, преобразующий энергию колебательных движений по любому из направлений, жидкого топлива в топливных баках и возможно в крыльевых баках самолёта в механическую энергию вращательного движения вала 2, находящегося в опорных подшипниках 5 и 6, с выходом вала 2 за пределы бака через подшипник 6 и стенку бака 8 при наличии уплотнения 9. Левый конец вала 2 имеет опору в подшипнике 5. Любое из направлений движения жидкого топлива в баках с точки зрения входа жидкости на лопатки 4 диска с левой и правой полусфер относительно лопаточного диска можно свести к направлениям 10 и 11. По сути колебаний жидкого топлива, как таковых, в топливных баках с диском уже нет. Колебания топлива возникают в баках при отсутствии в них диска. Диск с лопатками нейтрализует движение жидкого топлива, используя его энергию.

Итак, диск роторного типа по образцу диска активной турбины обладает той особенностью, что механическая энергия вращения его вала 2 создается за счет кинетической энергии перемещающегося жидкого топлива в топливных баках, возникающей при маневре самолёта и изменении направления его полета, а также при дозаправке самолёта в воздухе. Проходя через лопатки 4 диска, жидкое топливо отдает им свою энергию и приводит во вращение диск, как сообщество элементов 1 и 3, называемое ротором, с лопатками 4. Получается это так: топливная жидкость попадает на лопатки 4, где направление ее изменяется и за счет поворота струи жидкости появляется сила, действующая на лопатки 4, которая производит механическую работу вращения диска подобного рабочей ступени активной турбины. Давление на лопатках 4 роторного диска при этом остается постоянным, а абсолютная скорость жидкого топлива в лопаточных каналах понижается до приемлемого минимального значения, равного геометрической разности относительной и угловой скоростей лопаток. Этому помогает симметрия левой и правой половинок лопаток 4, при которой, как показано на радиальном разрезе активного диска с лопатками, вначале имеет место сужение проходного сечения каналов, образованных лопатками, а затем его увеличение. Подобная необходимость обусловлена тем, что течение жидкости через лопаточные каналы диска сопровождается потерями энергии на трение и вихреобразование, а следовательно, и падением скорости жидкости, что необходимо в рассматриваемых условиях колебательного движения топлива в топливных баках самолёта.

Claims (1)

1. Самолёт, включающий фюзеляж, крыло, топливные баки, отличающийся тем, что в топливных баках фюзеляжа и в крыльевых топливных баках установлены диски с лопатками, аналогичные дискам активной турбины, и валом, закрепленным в опорных подшипниках, расположенных на стенках баков, с выходом за пределы бака через стенку, близкую к продольной оси самолёта, причем вал может быть объединен с аналогичными валами в общий вал с возможностью использования энергии колебательных движений топлива в топливных баках по любому из направлений относительно диска.

Images