Топливная система предназначена для размещения на летательном аппарате необходимого для полета количества топлива и подачи его к двигателям на всех режимах полета. Принципиальное устройство топливной системы в большой степени определяется типом двигателя, установленного на летательном аппарате. При воздушно-реактивных двигателях топливная система рассчитана на размещение одного компонента топлива, при жидкостно-реактивных — на размещение двух компонентов.
Система топливопитания может включать в себя следующие различные по назначению системы:
- питания двигателей топливом;
- централизованной заправки топливом на земле;
- дозаправки топливом в воздухе;
- аварийного слива топлива в воздухе;
- питания топливом подвесного летательного аппарата до его пуска и др.
Рассмотрим топливную систему самолета (вертолета) с воздушно-реактивными двигателями. На современных военных самолетах необходимость размещения большого количества топлива, масса которого в ряде случаев достигает 50% полетной массы самолета, делает топливную систему весьма разветвленной, располагающейся почти по всему самолету.
Топливная система должна удовлетворять целому ряду специальных требований. К ним относятся:
- наличие емкости, обеспечивающей размещение топлива, необходимого, для выполнения боевого задания, и необходимого аварийного запаса;
- бесперебойная подача топлива на всех режимах полета и работы двигателей;
- малое изменение центровки самолета при выработке топлива;
- высокая боевая живучесть;
- малое время заправки системы топливом и его слива, в том числе и аварийного слива в полете;
- автоматическое поддержание заданного порядка выработки топлива;
- абсолютная внешняя герметичность (отсутствие подтекания топлива);
- постоянный замер оставшегося в системе топлива.
У ряда самолетов топливная система должна позволять в случае необходимости значительно увеличивать ее емкость за счет подвесных баков.
Система топливопитания современного самолета с ТРД или ТВД состоит из топливных баков, трубопроводов, насосов, клапанов и кранов, фильтров, системы контроля за наличием, выработкой топлива.
На схеме (рис. 7) топливо из бака 5 засасывается подкачивающим насосом (ПН) 6 и по магистрали через обратный клапан 9 и пожарный кран 11 подается к подкачивающему насосу двигателя (ПНД) 12. Этот насос через фильтр 17 нагнетает топливо под давлением 1,6—2,6 кгс/см2 в основной насос-регулятор двигателя 22, откуда топливо поступает в коллектор форсунок 25.
Дренажная система 1 обеспечивает необходимое избыточное давление в баке (например, скоростным напором воздуха) и этим создает подпор топлива перед насосом 6, что повышает высотность топливной системы.
По указателю 3 определяют количество топлива в баке и аварийный запас его, а по расходомеру 14 — текущий расход топлива. Сигнализатор давления 7 срабатывает при падении давления топлива в магистрали ниже допустимого. По указателю 19 судят о засорении топливного фильтра, а по указателям 21 и 24 о давлении перед насосом и форсунками.
Рис. 7. Схема системы подачи топлива к двигателям: 1—воздухозаборник системы наддува; 2—топливомер; 3, 19, 21, 24—указатели; 4—заливная горловина; 5—топливный бак; 6—подкачивающий насос; 7—сигнализатор давления; 8—сигнальная лампа (указатель); 9—обратный клапан; 10—кран перекрестного питания; 11—пожарный кран; 12—подкачивающий насос двигателя; 13—датчик расходомера топлива; 14—расходомер; 15—перепускная магистраль; 16—топливомасляный радиатор; 17— топливный фильтр; 18—датчик сигнализатора давления; 20—датчик манометра; 22-основной насосдвигателя; 23—датчик манометра; 25—коллектор форсунок
На самолете с большим числом топливных баков их объединяют в группы. В системе с параллельно объединенными группами баков (рис. 8) можно управлять расходом топлива (центровкой самолета), устанавливая режим работы подкачивающих насосов (дежурный, номинальный, форсированный). Можно отрегулировать так, что ПН одного бака (одной группы) будет работать в режиме, отличном от режима работы ПН другого бака (другой группы). В этом случае обратный клапан 3, расположенный у насоса с пониженным режимом работы, закроется, обеспечивая выработку топлива только из бака, где работает насос на повышенном режиме.
Рис. 8. Пример принципиальной схемы подачи топлива к двум двигателям с параллельно объединенными баками (группами баков): 1—баки; 2—подкачивающие насосы; 3—обратные клапаны; 4—пожарные краны; 5—кран перекрестного питания
При выходе из строя одного из двигателей при открытом кране перекрестного питания (кольцевания) 5 топливо будет направляться, например, к левому работающему двигателю из группы баков правого двигателя.
На самолетах с тремя и более двигателями применяются автономные, централизованные и комбинированные системы подачи топлива. В автономных системах топливо подается к каждому двигателю от определенной группы баков, а в централизованной системе — через расходный бак (баки) ко всем двигателям.
Комбинированные системы — сочетание автономных и централизованных систем.
Для сокращения времени на заправку топливом и сокращения времени обслуживания тяжелые самолеты оборудуют дополнительной системой для подачи топлива от наземных источников под давлением 3— 4,5 кгс/см2, при производительности насосов 1000—2000 и даже до 5000 л/мин. Бортовая система обеспечивает автоматический контроль за заправкой топливом. Схема закрытой заправки топливом представлена на рис. 9.
Заправка баков под давлением ведется топливозаправщиком через зарядный штуцер 1, обычно устанавливаемый снизу крыла или на борту фюзеляжа.
Рис. 9. Пример принципиальной схемы централизованной (закрытой) заправки топливом:
1—зарядный штуцер; 2—электромагнитные краны заправки; 3—топливные баки; 4— предохранительные топливные клапаны уровня; 5—индуктивные датчики уровня; 6—дренажный кран; 7—заправочная магистраль
Доступ топлива в баки 3 открывается и прекращается при помощи электромагнитных кранов заправки 2. Открытие и закрытие кранов 2 производится со щитка управления заправкой, на котором имеется сигнализация лампами положения этих кранов.
После заполнения баков индуктивные датчики уровня 5 подают сигналы на автоматическое закрытие кранов заправки. В случае их отказа поступление топлива в баки прекращают предохранительные поплавковые гидравлические клапаны 4. Остатки топлива из заправочной магистрали откачивают через дренажный клапан 6 с помощью шланга топливозаправщика, работающего в режиме отсоса.
На большинстве самолетов подача топлива из подвесных баков осуществляется путем создания в них избыточного давления по сравнению с давлением в расходном баке основной системы. На схеме (рис. 10) воздух от компрессора 1 поступает через клапан постоянного перепада давления 2 в бак 3 и вытесняет из него топливо по магистрали 5 в расходный бак топливной системы самолета. Клапаны 4 предохраняют баки от смятия при крутом планировании самолета, а обратные клапаны 7 — от возможного перетекания топлива из бака в бак при эволюциях самолета.
Рис.10. Пример принципиальной схемы подачи топлива в расходный бак из подвесных баков: 1—заборник от компрессора двигателя; 2—клапан постоянного перепада давления; 3—подвесные баки; 4—предохранительный клапан; 5—магистраль подачи топлива в расходный бак; 6—заливная горловина; 7—обратные клапаны
Для контроля полной выработки топлива служит система сигнализации в кабине летчика.
Дозаправку топливом в воздухе выполняют специально оборудованные для этого самолеты. На самолете-заправщике устанавливают насосы перекачки с производительностью в 1000 — 2000 л/мин и более, агрегаты регулирования давления топлива, приспособления для осуществления контакта с заправляемым самолетом. Заправляемые самолеты имеют сложное оборудование — централизованную систему заправки с внешним приемником топлива, сигнализаторы заправки, блокирующие устройство систем захвата и расчленения, аэронавигационную аппаратуру, обеспечивающую синхронизацию режимов полета самолетов при заправке и др.
Самолеты, имеющие ограничение по посадочной массе, оборудуются системами для аварийного слива топлива в воздухе. В этом случае топливо аварийными насосами с производительностью до 2000 л/мин подается в трубу слива на концевом обтекателе крыла.
Топливные системы дальних сверхзвуковых самолетов, как правило, оборудуются командной автоматикой, которая обеспечивает программную выработку топлива и его перекачку из одних баков в другие при переходе к длительному сверхзвуковому полету и обратно и др. Для этих целей перекачивается топливо из передних балансировочных баков и в задний бак и обратно. Программную выработку топлива и его перекачку применяют для обеспечения необходимого положения центра тяжести самолета («центровки») относительно его фокуса, обеспечивающего заданную степень продольной устойчивости.
В баках устанавливаются емкостные топливомеры, внутренняя полость которых используется для размещения поплавка индукционного датчика 2 управления подкачивающими насосами 3, работающими на один общий коллектор. При запуске двигателя включается подкачивающий насос бакана рабочий режим (рраб= (1÷1,1) 105 Па). Когда большая часть топлива из бака Iбудет выработана и поплавок опустится до заранее установленного уровня а — а, он дает сигнал, на усилитель, который включает насос бака IIна рабочий режим и одновременно переключает насос бака I на форсированный режим (р форс = (1,3÷1,4) 105 Па). Поэтому, несмотря на работающий насос бака II, в магистраль будет подаваться топливо из бака I. После того как топливо из бака I полностью выработано, оно без перебоя начнет поступать из бака II. После выработки определенного количества топлива в баке II(уровень в — в) его поплавок отключает насос бака.
Это делается для гарантий, что насос бака не отключится при случайном колебании топлива и оставит его невыработанным.
В качестве подкачивающих насосов применяются насосы центробежного типа. Они при небольших габаритах обладают высокой подачей и создают необходимый подпор в трубопроводах. При неработающем насосе топливо может проходить через него с небольшими гидравлическими потерями. Насос выполняется совместно с электромотором, частота вращения ротора которого возрастает при переводе насоса на форсированный режим.
Для уменьшения вероятности загорания топлива на самолете или для тушения загоревшегося топлива делается противопожарная система. Она должна резко увеличить живучесть как самой топливной системы, так и всего самолета в целом.
Огромное влияние на работу топливной системы может оказать загрязнение топлива. Поэтому в топливной системе устанавливаются топливные фильтры часто такой же конструкции, как и в гидросистеме. Фильтры соединяются с отстойниками, одно из назначений которых — отстой воды, растворенной в топливе.
Вывод: система топливопитания современного самолета состоит из топливных баков, трубопроводов, насосов, клапанов и кранов, фильтров, системы контроля за наличием, выработкой топлива.
Заключение
Совокупность бортовых устройств, обеспечивающих управление движением самолета и управление различными агрегатами и частями самолета, называют системой управления самолетом. Система управления самолетом может быть неавтоматической, полуавтоматической или автоматической.
Вопросы для самоконтроля
1. Общая характеристика управления самолетом.
2. Состав системы управления самолетом.
3. Назначение, принципиальная схема и работа гидравлической системы.
4. Назначение, принципиальная схема и работа пневматической системы.
5. Краткая характеристика топливной системы летательного аппарата.
Литература
1. В.Ф. Павленко, А.А. Дьяченко, В.И. Жулев, Б.К. Колпаков, А.П. Назаров, В.А. Тихонравов, Боевая авиационная техника. - М.: Военное издательство, 1984. – 300 с. - стр. 116-126.
2. А.Н. Глаголев, М.Я. Гольдинов, С.М. Григоренко, Конструкция самолетов. - М.: «Машиностроение», 1975. – 342. - стр. 391-400.
Преподаватель военной кафедры при ГУАП
(должность)
И.Машков
(подпись, инициал имени и фамилия)
