СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТОПЛИВНОГО БАКА, ИЗГОТОВЛЕННОГО ИЗ КОМПОЗИТОВ, ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ Российский патент 2009 года по МПК B64D37/32 B64D45/02 

Описание патента на изобретение RU2374145C1

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу защиты от электрических разрядов, вызванных молнией, бьющей в топливные баки, изготовленные из материалов, имеющих низкую электропроводимость и, в частности, к способу защиты устройств, таких как трубы, клапаны и насосы, расположенных внутри топливных баков.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Композиты обладают большим электрическим сопротивлением по сравнению с металлическими материалами. Последние обычно использовались в области аэронавтики для изготовления структур, предназначенных для хранения топлива, с учетом их механических характеристик, обусловленных весом таких материалов.

Присущее композитам высокое электрическое сопротивление вызывает очень существенный эффект индуктивности на внутренних системах, расположенных в топливном баке. Этот эффект наводит внутренние электрические токи, которые могут привести к катастрофическим авариям или явлениям, связанным с общей целостностью конструкции.

Явлениями, связанными с умеренными или сильными электрическими разрядами, возникающими в случае удара молнии, которые следует предотвратить в конструкции, изготовленной из материала с низкой электропроводностью, чтобы обеспечить ее структурную целостность, предотвратить отказы важнейших элементов электрооборудования и не допустить возникновения электрической дуги внутри бака, являются:

участки перегрева: высокая плотность тока в определенных специфичных местах конструкции, таких как стыки или пересекающиеся элементы, может приводить к возникновению участков, нагретых до высокой температуры. Если температура превышает 200°С (точка самовоспламенения топлива, принятая FAA/JAA), то в случае наличия внутри бака соответствующей стехиометрической концентрации, топливо может нагреться до температуры воспламенения;

электрические дуги (искрение): поток тока через материалы, имеющие разное сопротивление и находящиеся в геометрически разнесенных положениях, может создать падение напряжения на переходах, приводящее к возникновению разрядов в форме электрической дуги и к воспламенению топлива и воспламеняемой жидкости, содержащейся в конструкции;

неисправность электрооборудования: электрические разряды, вызванные ударом молнии, создают сильные токи, циркулирующие по внешней конструкции, и могут привести к прохождению тока через внутренние системы в результате шунтирования или индукции. Эти эффекты могут привести к критическим отказам, создающим опасность катастрофической аварии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является защита топливных баков самолета, расположенных в крыльях и/или стабилизаторах, выполненных из композита и снабженных различным электрооборудованием, от сильных электрических разрядов. Однако настоящее изобретение применимо для любой конструкции, выполненной из материала с низкой электропроводностью и содержащей внутри себя воспламеняемые жидкости, а также электрические и/или гидродинамические системы.

В конструкциях топливных баков нашло применение новое поколение материалов и, в частности, композитов с низкой электрической проводимостью, привело к появлению конструкций топливных баков с иными механическими и электрическими характеристиками, обусловленными свойствами материалов, используемых для их изготовления. Хотя бак изготовлен из неметаллических материалов с низкой электрической проводимостью, устройства, расположенные внутри, выполнены из материалов с высокой проводимостью, например системы топливопроводов, выполненные из алюминиевых труб, и оборудование в металлических корпусах.

Недостатки, приводящие к катастрофическим авариям, вызванным электрическими разрядами в топливном баке самолета, во многих случаях происшедших при ударе молнии, описаны выше. Когда используемые конструкции изготавливаются из непроводящих материалов, возникает риск циркуляции тока по внутренним системам, обычно изготавливаемым из металлических материалов. Такая ситуация может привести к возникновению электрических дуг, внутренних раскаленных частиц, горячих точек или к неисправностям оборудования, которые считаются критическими, создающими потенциальные источники воспламенения, которое может привести к взрыву и последующему разрушению конструкции.

Согласно настоящему изобретению предлагается способ защиты группы металлических устройств, расположенных внутри топливного бака, полностью или частично изготовленного из композитов, от электрических разрядов, согласно которому:

а) в точках, где металлические устройства крепятся к топливному баку или фиксируются на нем, устанавливают изолирующий элемент, обеспечивая электрическую изоляцию этих металлических устройств относительно топливного бака;

б) в линейные металлические устройства устанавливают изолирующие вставки так, чтобы эти устройства подразделялись на части, изолированные друг от друга;

в) соединение с металлическими субструктурами с очень низким сопротивлением обеспечивают в каждой из частей, изолированных друг от друга в группе металлических устройств.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания иллюстративного варианта его реализации со ссылками на прилагаемые чертежи.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - схематическая иллюстрация применения способа по настоящему изобретению в топливном баке, оснащенном несколькими устройствами.

Фиг.2 - труба, расположенная в топливном баке, защищенном способом по настоящему изобретению.

Фиг.3 - опора, расположенная в стенке топливного бака, защищенного способом по настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показаны топливный бак 11, изготовленный из материала с низкой электрической проводимостью, устройство 13, состоящее из трубы топливопровода, и устройство 15, состоящее из элемента оборудования, заключенного в металлический кожух. Группа устройств 13, 15 представляет металлические узлы, расположенные внутри бака 11, необходимые для перекачки топлива.

Согласно способу, являющемуся объектом настоящего изобретения, в точках, где устройства 13 и 15 крепятся к баку 11, используются изолирующие элементы 21, которые могут быть выполнены из пластмассы и которые изолируют эти устройства 13, 15 от бака 11.

На фиг.3 показан конкретный пример изолирующего элемента 21 в точке крепления на баке 11.

В свою очередь, несколько изолирующих элементов 23 из непроводящего материала, например пластмассы, включены в трубу 13, ограничивая ее части 31, 33 и 35, изолированные друг от друга.

На фиг.2 показан пример изолирующей вставки 23 в трубе 13, расположенной между двумя соединениями с субструктурой 25, опорный потенциал.

Наконец, имеются соединения для частей 31, 33 и 35 трубы 13 и устройства 15, которое можно считать деталью, изолированной от остальных устройств, с субструктурой 25 с опорным потенциалом (0 В). Устройства 13 и 15, которые могут быть погружены в топливо, могут накапливать заряд до определенного уровня в результате генерирования статического заряда после получения баком 11 электрического разряда, но указанные соединения препятствуют возникновению электрических дуг и предотвращают повышение этого заряда до некоторого допустимого уровня (200 мкДж) за счет отвода статического заряда и предотвращения его накопления на компонентах системы.

Основой способа, являющегося объектом настоящего изобретения, является предотвращение шунтирования тока Се, циркулирующего по внешним стенкам топливного бака 11 в результате электрического разряда, вызванного, например, ударом молнии, на внутренние области, в которых расположены устройства 13 и 15.

Поскольку вся установка, состоящая из устройств 13 и 15, изолированных от главной конструкции бака 11, находится внутри единственного пути для внешнего тока Се, она образует точки соединения с субструктурой 25 с опорным потенциалом (металлической).

Индуктивность и малое сечение этих электрических точек соединения, а также наличие изолирующих вставок 23 в трубе 13 топливопровода заставляют внешний ток Се циркулировать внутрь через шунты Cs на очень низком уровне. Поэтому единственным током, воздействию которого подвергаются металлические элементы системы внутри бака, является ток Ci, возникающий под воздействием эффекта индукции.

С другой стороны, изолирующие вставки 23 в трубе 13 топливопровода или любом другом линейном устройстве предотвращают возникновение замкнутых цепей для тока Ci при повторяющемся возникновении циркуляции тока высокой плотности.

Изолирующие вставки 23 должны сохранять определенную длину, чтобы предотвратить возникновение электрической дуги. В частности, диапазон применимых размеров, прошедших испытания и применяемых в топливных баках самолетов, спроектированных и производимых компанией Airbus, составляет 25-80 мм.

Изолирующие вставки 23 должны изготавливаться из изолирующего материала, способного создавать электрическую изоляцию более 100 МОм для противодействия возможной разнице потенциалов, которая может возникнуть из-за сильного электрического разряда.

Определение точек, в которых следует разместить изолирующие вставки 23, требует детального исследования сопротивлений, имеющихся в системе, а также исследования уровней наводимых токов в каждой зоне системы в наиболее критическом случае внешнего электрического разряда. Тем не менее считается, что по общему правилу электрическое сопротивление менее 10 мОм должно существовать между любой металлической секцией субструктуры 25 (опорный потенциал) и каждой частью 31, 33, 35 трубы 13 или любым другим линейным устройством, расположенным внутри топливного бака 11 между двумя изолирующими вставками 23.

Следует отметить, что основная сущность метода, предлагаемого в настоящей заявке, основана на этих изолирующих вставках 23, поскольку они предотвращают циркуляцию сильных электрических токов по металлическим деталям, относящимся к внутренним системам топливного бака. В некоторых случаях эти изолирующие компоненты должны иметь совершенно новый дизайн, материалы, геометрию, поскольку они должны размещаться в очень малых областях или в очень коротких секциях труб.

Эффективность заявленного решения подкрепляется несколькими тестами, проведенными компанией-заявителем в отношении топливной системы, расположенной в горизонтальном стабилизаторе самолетов разных моделей.

В предпочтительный вариант изобретения, описанный выше, могут быть внесены модификации, входящие в объем настоящего изобретения, определенный приложенной формулой.

Похожие патенты RU2374145C1

название год авторы номер документа
СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, ТРУБЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ТАКОЕ СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО ИЛИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА, И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО УСТРОЙСТВА 2013
  • Гонсалес Бейон Кристина
  • Бержер Стефан
  • Флоренц Бертран
RU2640147C2
СИСТЕМА ИЗОЛЯЦИИ ТОКА ДЛЯ ЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ 2006
  • Фернандес Виэйра Хесус
RU2406006C2
КОМПОЗИТНЫЕ ТРУБЫ ДЛЯ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ 2013
  • Ирвин Джеймс Патрик
  • Минтиэр Дэвид Уильям
  • Экстелл Джон Томас
  • Джонсон Бенджамин А.
RU2632041C2
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ВОЗГОРАНИЯ ТОПЛИВНОГО БАКА 2010
  • Футоси
RU2487060C2
КОМПОЗИТНАЯ СТРУКТУРА 2014
  • Тилбрук Дэвид
RU2676623C1
УЛУЧШЕННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ НА ФИТИНГАХ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО СЛОЯ ИЗ МЯГКОГО МЕТАЛЛА 2012
  • Квон Эдди
  • Рорэбо Майкл И.
  • Джонсон Бенджамин А.
  • Ирвин Джеймс П.
  • Фишер Роберт И.
RU2604470C9
ТОПЛИВНЫЙ БАК, ОСНОВНОЕ КРЫЛО, ФЮЗЕЛЯЖ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ И ПОДВИЖНОЕ ТЕЛО 2013
  • Камихара Нобуюки
  • Ямасита Масаюки
  • Абэ Тосио
  • Камино Юйтиро
RU2581104C1
СТЕНД ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ 2000
  • Матюшев А.В.
  • Сыроедов Н.Е.
  • Красовский В.С.
  • Галко С.А.
  • Петухов В.Г.
RU2194965C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИСКР 2012
  • Рорабауг Майкл Е.
  • Ирвин Джеймс П.
  • Джонсон Бенджамин А.
  • Доуэлл Эрик В.
RU2601053C2
ПРОВОДЯЩИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ В СБОРЕ 2013
  • Гоу Кевин О`Брайн
  • Келли Нейтан Майкл
  • Экстелл Джон Томас
  • Ирвин Джеймс Патрик
  • Минтиэр Дэвид Уиллиан
  • Веласко Диего А.
RU2556837C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 374 145 C1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТОПЛИВНОГО БАКА, ИЗГОТОВЛЕННОГО ИЗ КОМПОЗИТОВ, ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ

Изобретение относится к области защиты оборудования летательных аппаратов от электрических разрядов, вызванных молнией. Предложен способ защиты группы металлических устройств, установленных внутри топливного бака, изготовленного полностью или частично из композитов, от электрических разрядов. В точках, где металлические устройства крепятся к топливному баку или фиксируются на нем, устанавливают изолирующий элемент, обеспечивая электрическую изоляцию этих металлических устройств относительно топливного бака. В линейные металлические устройства устанавливают изолирующие вставки так, чтобы эти устройства подразделялись на части, изолированные друг от друга. В каждой из частей, изолированных друг от друга в группе металлических устройств, обеспечивают соединение с металлическими субструктурами с очень низким сопротивлением. Изобретение надежно исключает отказы и аварии летательного аппарата от ударов молнии и характеризуется широкой областью практического использования. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 374 145 C1

1. Способ защиты группы металлических устройств (13, 15), установленных внутри топливного бака (11), изготовленного полностью или частично из композитов, от электрических разрядов, отличающийся тем, что:
а) в точках, где металлические устройства (13, 15) крепятся к топливному баку (11) или фиксируются на нем, устанавливают изолирующий элемент (21), обеспечивая электрическую изоляцию этих металлических устройств (13, 15) относительно топливного бака (11);
б) в линейные металлические устройства (13) устанавливают изолирующие вставки (23), так, чтобы эти устройства подразделялись на части (31, 33, 35), изолированные друг от друга;
в) в каждой из частей (31, 33, 35), изолированных друг от друга в группе металлических устройств (13, 15), обеспечивают соединение с металлическими субструктурами (25) с очень низким сопротивлением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изолирующие вставки (23) создают электрическое сопротивление, превышающее 100 МОм.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что подразделение линейных устройств (13) на части (31, 33, 35) осуществляют так, что между каждой из них и металлической субструктурой (25) имеется электрическое сопротивление менее 10 мОм.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что топливный бак расположен в крыле и/или стабилизаторе самолета.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2374145C1

US 4654747 A, 31.03.1987
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ ЛИНИИ 1990
  • Макаров Г.К.
  • Солодкий П.А.
RU2006356C1
US 4479163 А, 23.10.1984
4- @ N-[4-(3,3-Диметилтриазено)-бензолсульфонил]амидо @ -1-фенил-2,3-диметилпиразолон-5, проявляющий противовоспалительное действие 1980
  • Казлаускас Д.А.
  • Кажемекайте М.А.
  • Астраускас В.И.
  • Микульскис П.П.
SU976653A1
EP 1484245 A1, 08.12.2004
Устройство для молниезащиты внешних топливных баков летательного аппарата 1986
  • Чистяков Юрий Алексеевич
  • Борисов Михаил Борисович
  • Трунов Олег Константинович
SU1362681A1

RU 2 374 145 C1

Авторы

Беренгер Монхе Оскар

Лопес-Рейна Торрихос Хосе Игнасио

Даты

2009-11-27Публикация

2005-09-29Подача