Расчет соединительных трубопроводов

В топливных системах соединительная магистраль необходима для подпитки расходного бака топливом из основного (группы баков) при выходе из строя перекачивающего насоса. В этом случае топливо перекачивается за счет разницы в уровнях топлива в этих баках. Цель расчета состоит в оценке потребного диаметра трубопровода при выбранном перепаде высот, который бы обеспечил потребную подачу топлива Q в бак. Расчетная схема дана на рис.5.17.

Для двух сечений (1-1 – на уровне зеркала топлива в баке 1 и 11-11- на выходе из переливной магистрали) записывается уравнение Бернулли:

Р₁+y₁ρg+ = Р₂+y₂ρg+ +ΔР, ( 5.18 )

Где Р_1, = Р₂ –статическое давление соответственно в баках 1 и 2;

V₁, V₂ –скоростьдвижения жидкости в сечениях 1-1 и 11-11;

ΔР= ΔР_тр.+ ΔР_м. – гидравлические потеридавления.

Здесь ΔР_тр= , ΔР_м= - соответственно потери трения и местные.Тогда (5.18) запишется:

Δy= (5.19)

Считая, что V_1<< V₂ и λ,<<Σξ_i , то уравнение (5.19 ) примет вид:

Δy= (5.20)

Выражая скорость V через потребный расход Q, имеем:

V= (5.21)

Подставив (5.21), в (5.20) находится искомый диаметр переливного трубопровода:

d = (5.22)

5.10.4. Расчет ”нижней точки”

В топливных системах с одним расходным баком откачка топлива из крыльевых баков осуществляется, как правило, одновременно. При различных гидравлических сопротивлениях магистралей, а также при скольжении самолета возможна неравномерная выработка топлива из баков, что может вызвать попадание воздуха в откачивающую магистраль. Это заблокирует подачу топлива из еще невыработанного бака. Для исключения этого соединение параллельных баков необходимо производить посредством “нижней точки”, смещенной на некоторое расстояние вниз относительно топливных баков.

На рис. 5.18 дана принципиальная схема расчета “нижней точки”.

Учитывая принятые выше допущения, уравнение Бернулли (5.6) для двух сечений (1-1-зеркало топлива в баке; 11-11-«нижняя точка»), запишется:

P₁+y₁ρg+ = P_н.т.+ +ΔР_тр.+ ΔР_мест. (5.23)

Здесь принимается ΔР_ин=0 вследствие небольшой протяженности трубопроводов. В ином виде (5.23) запишется:

P_н.т- P_б.= yρg - (1+ ) (5.24)

Для исключения подсоса топлива в отводящую магистраль (P_н.т- P_б )>0, формула (5.24) примет вид:

y > (1+ ) (5.25)

5.11. ДРЕНАЖ И НАДДУВ ТОПЛИВНЫХ БАКОВ

Система дренажа соединяет надтопливное пространство баков с внешней атмосферой и предназначено для создания избыточного давления в надтопливном пространстве для улучшения кавитационных характеристик насосов и выравнивания его во всех топливных баках во избежание несанкционированного (нештатного) перетекания топлива из баков. В ряде случаев некоторые трубопроводы дренажной системы используются для подвода воздуха под повышенным давлением в баки (подвесные, крыльевые) для выработки топлива из них методом вытеснения.

Сообщение надтопливного пространства с атмосферой необходимо при заправке баков топливом для удаления воздуха из баков, исключая противодавления воздуха при заполнении баков; при изменении высоты полета для поддержания постоянного перепада давлений между надтопливным пространством и внешней атмосферой и т.д. Избыточное давление в баках необходимо для улучшения кавитационных характеристик насосов и сохранения формы и прочности баков. Его величина создается за счет скоростного напора, поддавливания баков воздухом, отбираемым от компрессора двигателя или от баллонов со сжатым нейтральным газом. Системы дренажа и наддува топливных баков работают совместно и всегда рассматриваются в единстве.

Воздушный поток подается в баки или от компрессора двигателя, или из баллонов, или от воздухозаборника скоростного напора. В зависимости от типа и назначения самолета системы могут быть открытого, закрытого или комбинированного типа.

В открытых системах наддув баков осуществляется скоростным напором с помощью воздухозаборника, выведенного в верхнюю часть фюзеляжа. На маневренных самолетах предусматривается пространственная петля, играющая роль гидрозатвора при отрицательных перегрузках.

В остальных случаях дренажный трубопровод должен быть свободен для прохода воздуха, поэтому его прокладка производится без каких-либо перегибов и петель, в которых возможно скопление воды и других посторонних включений. Целесообразность применения в системе дренажа и наддува редукторов, жиклеров, предохранительных, обратных клапанов и других элементов автоматики определяется требованиями надежности, допустимыми величинами расхода воздуха (нейтрального газа), массой, стоимостью изготовления и эксплуатации. Во всех случаях необходимо учитывать опасные последствия выпадения влаги и образования льда на регулирующих и дозирующих элементах автоматики дренажа и наддува.

В системах закрытого типа подвод газа (как правило, нейтрального) производится от автономного баллона высокого давления через редуцирующую систему.

Комбинированные системы представляют совокупность открытой и закрытой систем, при этом перед врезкой трубопровода от баллона высокого давления на открытой магистрали устанавливается обратный клапан. Последний обеспечивает подачу воздуха в систему при значительных скоростных напорах и исключает сброс давления из баков, когда давление от скоростного напора мало и наддув баков осуществляется от баллонов со сжатым газом.

На рис. 5.19. приведена схема дренирования и наддува, обеспечивающие одинаковое давление в баках. Атмосферный воздухозаборник представляет собой трубопровод, установленный против потока воздуха на внешней поверхности обшивки фюзеляжа так, чтобы в полете был постоянный подпор воздухом надтопливного пространства баков. Величина располагаемого давления зависит от скорости полета и конструкции заборника. Параллельно с линией скоростного напора имеется линия поддавливания баков от баллона со сжатым нейтральным газом, который редуцируется до давления поддавливания и поступает в баки. От возможного превышения давления в баках в дренажной магистрали устанавливается предохранительный клапан.

Рис. 6.3. Схема системы с различным давлением наддува баков, поддерживаемых жиклерами и предохранительными клапанами: 1—приемник воздуха; 2—обратный клапан; 3—расходный бак; 4—клапан (ограничитель расхода); 5—предохранительный клапан повышенного давления; 6, 7—жиклеры; 8—предохранительный клапан всей системы; 9—источник сжатого воздуха; 10—бак, расходуемый в первую очередь; 11—насос подкачки

Рис. 6.4. Схема системы с различным давлением наддува баков, поддерживаемым воздушными редукторами: а—с клапаном предельного давления; - 1—приемник воздуха из атмосферы; 2—обратный клапан; 3-предохранительный клапан; 4-редукционный клапан низкого давления; 5-источник сжатого воздуха; 6-редукционньп клапан повышенного давления; 7-бак с топливом, расходуемые в первую очередь; 8-клапан перекрытия подачи воздуха; 9-кла пан предельного перепада давлений; 10-насос подкачки; 11-бакподачи топлива в двигатель; 12-клапан предельного уровня .

В линии наддува обычно предусматриваются жиклеры, ограничивающие поступление газа в баки в случае выхода из строя редуктора. Петля воздуховода с дренажным жиклером является гидравлическим затвором против вытекания топлива при эволюциях самолета. В нижней ее части установлен дренажный жиклер для удаления перелитого топлива и атмосферной воды, попавшей в воздухозаборник при полете самолета.

При быстром снижении самолета в надтопливном пространстве баков может возникнуть разрежение (по сравнению с окружающим атмосферным давлением), что может привести к потере их устойчивости и к возможному разрушению. Для предотвращения этого в линию наддува дренажной системы до предохранительного клапана устанавливают вакуум-клапан, который при возникновении отрицательного перепада открывается и пропускает воздух на атмосферы внутрь баков, выравнивая внутрибаковое давление с атмосферным.

На стоянке самолета дренажная система должна обеспечивать связь надтопливного пространства баков с атмосферой. Обычно это осуществляется через жиклеры небольшого сечения. Такая связь необходима для выравнивания давления при изменении атмосферного давления и температурных условий.

5.12. СИСТЕМА ЗАПРАВКИ ТОПЛИВОМ

На самолетах применяются два вида заправки:

а) открытая, при которой бак или группа баков заполняются топливом через открываемую заливную горловину бака, расположенную в верхней точке бака. Заправка осуществляется вручную оператором через заправочный пистолет, устанавливаемый в горловину бака. Темп заправки определяет оператор регулируя проходное сечение заправочного пистолета. Обычно заправляют «под пробку», оставляя необходимый свободный объем на случай теплового расширения топлива.

б) централизованная, которая осуществляется под давлением через топливный приемник, расположенный в нижней части самолета, в месте, удобном для обслуживания техническим персоналом. Централизованная заправка всей топливной системы или ее части производится в определенной последовательности заполнения топливных баков, обеспечивающей необходимую центровку самолета.

Централизованная заправка обеспечивает наибольший темп и чистоту топлива в баках. Обычно топливная система заправляется полностью, но иногда для проведения кратковременных проверочных полетов производится частичная заправка топливом. Допустимость частичной заправки и порядок ее проведения устанавливаются инструкцией по эксплуатации самолета.

На стоянках самолета во избежание образования конденсата баки должны быть полностью заправлены топливом.

В процессе заправки топливом необходимо выполнять условия, предотвращающие возможное образование искры разряда статического электричества.

1. Перед заправкой и в процессе заправки самолет и топливозаправщик должны быть надежно заземлены.

2. Для предотвращения чрезмерной напряженности поля (возрастающей во время заправки), что может привести к электрическому разряду, все трубопроводы и агрегаты топливной системы должны быть металлизированы с корпусом самолета.

Дозаправка самолета топливом в полете осуществляется от самолета-заправщика по шлангу, состыкованному с приемником топлива на заправляемом самолете. В линию дозаправки в воздухе входят убирающийся приемник топлива, клапаны заправки, система сигнализации готовности к заправке, прохождения процесса заправки, завершения заправки, а также система продувки шланга и заправочных магистралей во избежание выброса остатков топлива. Топливоперекачивающие насосы расположены на самолете-заправщике.

5.13. СИСТЕМЫ СЛИВА ТОПЛИВА

Слив топлива из топливных систем самолетов предусматривается:

- частично в полете на некоторых типах летательных аппаратов, когда их посадочная масса больше допустимой.

- из всех баков (или отдельных баков) на земле при выполнении регламентных работ на стоянке путем отсоса его топливозаправщиком; или удалении отстоя топлива

Слив топлива в полете необходим в случае вынужденной посадки через небольшой промежуток времени после взлета для уменьшения массы самолета до посадочной величины. Слив осуществляется самотеком за счет давления наддува или насосами (двигателя или электроприводными). Применение того или иного способа зависит от компоновки летательного аппарата, размещения баков и двигателей. Топливо в баках, расположенных вдали от двигателей, сливается самотеком или поддавливанием. Из баков, расположенных вблизи работающих двигателей, для уменьшения пожарной опасности топливо необходимо перекачивать в безопасное место слива, например, в конец крыла. Последовательность слива топлива из баков обычно соответствует порядку выработки при нормальном полете.

Слив топлива из топливной системы на стоянке путем отсоса его топливозаправщиком используется при выполнении ремонтных работ, работ по проверке порядка выработки топлива из баков, для тарировки топливных емкостей, отстоя выделившейся из топлива воды и т. д.

Расчет слива топлива.

Расчеты

Рассмотрим проектировочный расчет аварийного слива топлива в полете самотеком при заданном времени слива τ_сл через сливной патрубок сечением F_сл. из бака произвольной формы объемом V (рис. 5.20), имеющего некоторую осредненную площадь поперечного сечения

F_{б. ср.} = , (5.26)

где y=y₁-y₂ – полная высота топливного бака.

Исходя из равенства изменения объемного расхода по зеркалу бака и сливной трубы:

-F_б dy=F_сл v_cл dτ, (5.27)

где соответственно F_сл – площадь сечения, v_c – скорость и dτ- время слива.

При малых потерях на трение в сливном патрубке:

v_cл= (5.28)

Тогда выражение (5.27) с учетом (5.28) запишется:

-dy F_б = F_сл dτ (5.29)

Разделение переменных и интегрирование (5.29) в определенных пределах дает выражение:

-2

или

F_сл= . (5.30)

Если слив топлива производится с поддавливанием при избыточном давлении Δр_изб, то энергетическая высота столба жидкости увеличивается на величину .(плотность топлива ρ_топл в данном случае следует принимать при температуре - 60° С).Тогда (д) примет вид:

F_сл = ,

где F_сл - искомая величина.