СПОСОБ ОПОРОЖНЕНИЯ И СЛИВНОЙ КОЛЛЕКТОР ТОПЛИВНОГО ТРУБОПРОВОДА ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2017 года по МПК F02C7/232 B64D37/32 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к способу опорожнения топливного трубопровода вертолета, к сливному коллектору вертолета, предназначенному для осуществления способа, а также к двигателю вертолета, снабженному таким коллектором.

Из вертолетных двигателей обычно производят слив при остановках для исключения коксования топлива, которому способствовала бы остаточное тепло. Сливаемое топливо собирается, затем выбрасывается в сопла при запусках двигателя при последующей работе.

Конструкция каждого двигателя обычно содержит камеру сгорания, в которую впрыскивается топливо через колесо впрыска. Камера сгорания сообщается с воздухом через дренаж, который также продувается на входе.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время сливаемое при остановке двигателей топливо передается в сливной дренажный коллектор. В коллектор также поступает слив (содержащий конденсаты воды, загрязнения и т.д.) из дренажа сообщения с воздухом камеры сгорания. При повторном запуске двигателя топливо, конденсаты и загрязнения из коллектора всасываются в выхлопное сопло двигателя и выбрасываются.

Выброс в сопло вызывает сгорание топлива и загрязнений, а также испарение водных конденсатов. Это сгорание и это испарение образуют облако видимых дымов, исходящих, в частности, от второго двигателя, который, по существу, запускается быстрее, чем первый, и, таким образом, быстрее всасывает слитое топливо. Наличие этого облака дымов является неприемлемым, так как может вызвать отказ в работе двигателей.

Для решения этой проблемы было предложено осуществить возврат топлива в топливный бак. Однако такое решение не является приемлемым, так как повышенная температура сливаемого топлива и его объем (в особенности в случае отказа эжекционного клапана) несовместимы с пластическим материалом, обычно используемым в трубопроводаx для сообщения с воздухом топливного бака. Кроме того, соединение между коллектором и баком ставит проблемы избирательности и совместимости (герметизация, загрязнение горячими газами и т.д.).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение направлено на предотвращение образования дымов, по меньшей мере, при повторном запуске двигателей и избавление от недостатков существующего уровня техники. Для этого предусмотрен захват сливаемого топлива при остановке двигателя и опорожнение в начале следующего полета, пользуясь наклоном вертолета.

Точнее, объектом настоящего изобретения является способ опорожнения двигателя вертолета, в соответствии с которым топливо, слитое при остановке двигателя, собирают в сливном коллекторе, связанном с соплом выброса газов. Топливо передается в корпус коллектора, закрытого на донном конце и открытого на противоположном конце, находящемся в сторону передней части вертолета. Корпус имеет, относительно горизонтальной опорной поверхности земли и при нахождении вертолета в положении на земле, опорный положительный восходящий наклон о донного конца к открытому концу, находящемуся в сторону передней части вертолета. Корпус выполнен по размеру и по наклону таким, чтобы захватывать топливо, сливаемое в этот корпус. В процессе фазы повторного запуска двигателя слитое топливо остается захваченным без выливания в сопло выброса. В фазе взлета с последующим ускорением наклон вертолета переходит от, по существу, нулевого до, постепенно, отрицательного. Корпус также выполнен по размеру и наклону с возможностью того, что, следуя за изменениями наклона вертолета в фазах взлета и последующего ускорения топливо начинает выливаться из корпуса в сопло выброса, сначала медленно, затем постепенно ускоряясь до опорожнения корпуса, что препятствует появлению значительного количества дыма в фазе запуска, взлета и начала ускорения вследствие этой постепенности.

В соответствии с частными вариантами воплощения:

- опорный угол наклона корпуса определен в зависимости от угла наклона вертолета на земле и номинальной величины наклона вертолета в фазе ускорения относительно горизонтальной опорной поверхности земли таким образом, чтобы в фазе ускорения вертолета корпус имел наклон в интервале, расположенном около нуля градусов относительно горизонтальной опорной поверхности земли;

- опорный наклон корпуса заранее определен в заданном интервале для того, чтобы наклон корпуса в фазе ускорения относительно опорной поверхности земли находился в интервале ± 5°;

- поток топлива, выливающийся из корпуса в направлении передней части вертолета, осуществляется путем возврата в направлении, обратном относительно направления слива, в коллектор из открытого конца корпуса в выбрасывающее сопло.

Изобретение относится также к сливному коллектору вертолета, выполненному с возможностью осуществления выше описанного способа. Такой коллектор содержит в целом цилиндрическую внешнюю продольную стенку, ограниченную в поперечном направлении двумя закрытыми концевыми стенками, продольную ось симметрии, наклоненную восходящим образом от концевой стенки, называемой нижней, расположенной наиболее близко к опорной горизонтальной поверхности земли, когда вертолет расположен в положении на земле (Н₀), по меньшей мере один патрубок, предназначенный для соединения со сливным дренажом топливного колеса впрыска топлива в камере сгорания двигателя, и связь, предназначенную для соединения с соплом выброса газов, соединенным с донной концевой стенкой. Коллектор определяет внутреннее пространство, в котором расположен корпус в целом цилиндрической формы и с осью симметрии, по существу, параллельной оси коллектора. Корпус имеет продольную стенку и две концевых поперечных стенки, первую стенку и донную стенку, при этом донная стенка расположена ближе к опорной поверхности земли, чем упомянутая первая стенка, когда вертолет находится в положении на земле, а также отверстие, выполненное вблизи этой первой стенки. Корпус соединен со сливным патрубком колеса впрыска через радиальную связь, открывающуюся на его продольную стенку, причем его ось симметрии наклонена относительно опорной поверхности земли, когда вертолет находится в положении на земле c опорным углом так, что эта ось симметрии может оказаться, по существу, параллельной опорной поверхности земли, когда вертолет находится в фазе ускорения.

В соответствии с предпочтительными вариантами воплощения:

- ось корпуса наклонена на относительный угол, установленный между +5 и +10° относительно основной оси вертолета, определяющей наклон вертолета относительно горизонтальной опорной поверхности земли;

- радиальная связь сливного дренажного патрубка колеса впрыска открывается ближе к первой стенке, чем к донной стенке корпуса, для облегчения заполнения;

- корпус имеет цилиндрическую форму с кольцевым сечением;

- корпус имеет объем, более чем в два раза превышающий объем топлива, который может быть захвачен в корпусе, для предупреждения особых случаев заполнения, таких как прерванный запуск или неполное опорожнение в процессе полета.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг. 1 изображает прозрачный вид сбоку двигателя вертолета с дренажной системой;

- фиг. 2 изображает прозрачный вид сбоку коллектора согласно изобретению, когда вертолет находится в положении на земле;

- фиг. 3 изображает вид коллектора по фиг. 2, когда вертолет находится в начале фазы ускорения после взлета.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Если не указано иное, наклоны, упомянутые в настоящем описании, измерены относительно земли «S₀», которая является опорной поверхностью, расположенной в горизонтальной плоскости относительно поля земного притяжения.

На виде сбоку по фиг. 1 двигатель вертолета (прозрачный вид) содержит газогенератор 2, образованный компрессором 21, камеру сгорания 22 и турбину 23, соединенную со свободной турбиной 24. Свободная турбина 24 приводит во вращение несущий винт (не изображенный на чертеже) через силовой вал 11 и редуктор 12. Газы, образующиеся при сгорании, выбрасываются в выхлопную трубу 5.

Для того, чтобы содержать двигатель в чистоте, дренажный узел 3 собирает оставшиеся жидкости (топливо, масло, водяной конденсат, загрязнения и т.д.) в коллектор 4. В частности, коллектор сохраняет количество топлива, слитого в процессе остановки двигателя. Этот узел содержит:

- дренажные масляные трубопроводы 31 и 32 от силового вала 11 и топливного насоса 13;

- дренажный трубопровод 33 камеры сгорания 22; и

- сливной трубопровод 34 колеса впрыска топлива в камере сгорания 22.

Коллектор 4 согласно изобретению далее детально описан со ссылкой на прозрачный вид сбоку на фиг. 2. Коллектор 4, закрепленный на двигателе фиксирующими лапками 4а, 4b, содержит внешнюю продольную цилиндрическую стенку 41, в данном примере, круглого сечения, ограниченную в поперечном направлении двумя закрытыми концевыми стенками 42 и 43. Продольная стенка 41 имеет продольную ось симметрии Х’X, наклоненную в положительном направлении восходящим образом от донной концевой стенки 42. Эта донная стенка 42 расположена ближе к земле «S₀», чем другая концевая стенка 43, когда, как в изображенном примере, вертолет находится в положении покоя и размещен на земле (называемом в «положении на земле»).

Дренажные трубопроводы соединены с коллектором с помощью патрубков (изображенных также на фиг. 1), соответственно патрубок 51 для масляного дренажного трубопровода 31 и 32, патрубок 52 для дренажного трубопровода 33 камеры сгорания и патрубок 53 для сливного трубопровода 34 колеса впрыска. Патрубок 52 имеет приточное отверстие 52а (изображенного на фиг. 1) для слива избытка воздуха под давлением в камеру сгорания. Кроме того, соединительный трубопровод 54 связывает нижнюю концевую стенку 42 коллектора 4 с соплом выброса газов 5.

Продольная стенка 41 ограничивает внутренний объем «V», в котором установлен корпус 6, по существу, в центре объема «V», в данном примере. Этот корпус 6 имеет в целом цилиндрическую форму и ось симметрии E’E, в данном случае совпадающую с осью X’X продольной стенки 41 коллектора 4. Корпус 6 имеет, таким образом, тот же наклон, что и коллектор 4. Он имеет также продольную стенку 61 кольцевого сечения и две поперечные концевые стенки, первую концевую стенку 63 и концевую стенку 62, называемую донной. Первая стенка 63 расположена в сторону передней части AV вертолета, а донная стенка 62 расположена ближе к опорной поверхности земли S₀, чем первая концевая стенка 63. В данном примере корпус 6 закреплен своими концевыми стенками 62 и 63 к соответствующим концевым стенкам 42 и 43 коллектора 4.

Отверстие в форме прорези 8 выполнено в нижней части кольцевого сектора продольной стенки 61 корпуса 6, часть называется нижней по отношению к опорной поверхности земли S₀. Прорезь 8 выполнена вблизи первой концевой стенки 63. Альтернативно, отверстие 61 может быть выполнено частично или полностью по краю продольной стенки 61. В этом случае корпус может иметь полное отверстие или первую поперечную частичную стенку, которая не соединена с концевой стенкой 43 коллектора 4.

Кроме того, корпус 6 сочленен с патрубком 53 сливного трубопровода колеса 34 впрыска через соединительный радиальный трубопровод 64, открывающийся на продольную стенку 61. Соединительный радиальный трубопровод 64 открывается ближе к открытому концу 43, чем к закрытому концу 42 корпуса 4, для облегчения заполнения сливаемым топливом 7 корпуса 6, не вызывая разбрызгивания топлива.

В данном примере наклонный корпус выполнен по таким размерам, что его объем «V», например, превышающий 60 мл, и его длина «L» достаточны для обеспечения хранения примерно 30 мл топлива, когда вертолет находится в положении на земле без выливания в коллектор 4 перед фазой ускорения вертолета, следующей за взлетом.

Обычно, когда вертолет находится на земле или в полете, угол наклона «А» оси Х’Х корпуса 6 относительно опорной поверхности земли (далее «угол наклона корпуса») является суммой угла наклона «Н» основной оси Y’Y вертолета относительно опорной поверхности земли (далее «угол наклона вертолета») и относительного угла наклона «С» оси корпуса X’X относительно основной оси вертолета Y’Y.

Когда вертолет находится в положении на земле, угол наклона корпуса «А» принимает опорное значение, обозначаемое «А₀», относительно опорной поверхности земли. Величина этого опорного угла «А₀» непосредственно зависит от относительного угла «С» наклона корпуса 6 относительно вертолета при константе около «Н₀», при этом «Н₀» является углом наклона вертолета в положении на земле. Относительный угол наклона «С» корпуса и, следовательно, опорный угол наклона «А₀» является таким, что ось X’X корпуса 6 может оказаться, когда вертолет находится в фазе ускорения, по существу, параллельно опорной поверхности земли, таким образом, под углом наклона «А», который колеблется вокруг нуля. Эта фаза детально описана ниже.

В представленном примере опорный угол наклона «А₀» равен 11°, как сумма угла наклона «Н₀» вертолета в положении на земле, установленного на 3°, и относительного угла наклона «С», равного в данном примере 8°. Предпочтительно, угол «С» составляет от +5 до +10°. Этот относительный угол наклона «С» заранее определен в зависимости от угла наклона вертолета «Н» в фазе ускорения после повторного запуска двигателей и взлета вертолета, как изложено ниже со ссылкой на фиг. 3.

После взлета вертолета, который следует за фазой повторного запуска двигателей и до начала фазы ускорения, наклон вертолета «Н» становится, по существу, нулевым и угол наклона «А» становится равным относительному углу наклона «С», или примерно 8° в данном примере. Корпус 6 соответствует размерам - объем «V» и длина «L», - как и наклон «А», таким образом, что сливаемое топливо 7 приближается к свободной концевой стенке 63 корпуса 6 вследствие перехода угла наклона «А» от 11 до 8° и может начать медленно переливаться в коллектор 4.

Действительно, величина относительного угла наклона «С», в данном случае 8°, и, таким образом, наклон «А» корпуса при взлете, а также величина объема «V» корпуса 6, в данном случае 70 мл, заранее определены для облегчения медленного перелива в фазе взлета и в начале ускорения, мешая бурному переливу захваченного топлива в сопло выброса через коллектор 4 и соединительный трубопровод 54. Бурный перелив вызывает образование нежелательных дымов при взлете, чего стараются избежать.

Фиг. 3 изображает вид коллектора по фиг. 2 в начале фазы ускорения, следующей за взлетом. В фазе ускорения, между фазой висения и периодом установившегося полета, вертолет наклоняется вперед: угол наклона вертолета «Н» является негативным, могущим достичь значения - 5° и до примерно - 10° и больше по отношению к опорной поверхности земли.

В процессе этой фазы ускорения топливо 7 переливается все быстрее (стрелка F) в коллектор 4 по мере того, как угол наклона вертолета «Н» становится все более и более отрицательным. Топливо 7 оказывается в коллекторе, и будет втянуто к соплу 5 выброса (Фиг. 1) по обратному потоку (стрелка R) в направлении, противоположном переливанию (стрелка F) - из прорези 8 корпуса 6 к соединительному трубопроводу 54 - и до опорожнения корпуса 6. Постепенность всасывания позволяет исключить появления значительных дымов в фазе запуска, взлета и начала ускорения вертолета.

Ускоренный перелив является следствием того, что относительный угол наклона «С» заранее определен для того, чтобы угол наклона корпуса «А» колебался вокруг нуля в процессе фазы ускорения. Для этого относительный угол наклона «С» регулируется - предпочтительно, от +5 до +10°, в данном примере +8° - для компенсации, по существу, угла наклона «Н» вертолета, который при ускорении может доходить до - 5° и до - 10° (или больше), например в среднем - 8°. В этих условиях в фазе ускорения после взлета угол наклона «А» корпуса 6 остается, по существу, близким к нулю, между +3 и - 2° в данном примере (обычно в интервале ± 5°, когда угол «С» регулируется между +5 и +10°), при этом угол наклона вертолета в положении на земле «Н₀», в данном случае 3°, который компенсируется после взлета. Предпочтительно, движение вертолета вызывает образование «волн» в корпусе 6, которые также помогают переливу топлива.

Настоящее изобретение не ограничено описанными и представленными примерами, можно, например, предусмотреть патрубок опорожнения для слива собственно из коллектора жидких загрязнителей, удаляемых непосредственно в коллектор. С другой стороны, форма корпуса или коллектора может, в целом, быть цилиндрической с многогранным продолговатым сечением. Можно также предусмотреть механизм регулировки угла наклона коллектора для того, чтобы скорректировать его в зависимости от основной оси вертолета и/или наклона вертолета, которую можно предусмотреть в фазе ускорения, например, в рамках особых поисковых миссий.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям дренажных систем авиационных двигателей. Коллектор (4) двигателя вертолета содержит внешнюю продольную стенку (41) и две закрытые концевые стенки (42, 43), продольную ось симметрии (X’X), наклоненную восходящим образом, патрубок (51-53), предназначенный для соединения со сливными дренажами, и связь (54), соединенную с соплом выброса газов (5) и соединенную с донной концевой стенкой (43). Коллектор (4) содержит также в своем внутреннем объеме (V) корпус (6) с осью симметрии Е’E, по существу, параллельной оси коллектора (X’X). Корпус (6) имеет продольную стенку (61) и две поперечных концевых стенки (62, 63). Корпус (6) соединен со сливным патрубком (53) колеса впрыска через радиальную связь (64), открывающуюся на его продольную стенку (61), при этом ось симметрии (Е’E) наклонена относительно опорной горизонтальной поверхности земли (S0), когда вертолет находится в положении (Н0) на земле, причем опорный угол (А0), как и эта ось (Е’Е), параллельны опорной поверхности земли (S0), когда вертолет находится в фазе ускорения. Обеспечивается предотвращение образования дымов при повторном запуске двигателей. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ опорожнения двигателя вертолета, в соответствии с которым топливо (7), слитое при остановке двигателя, собирают в сливном коллекторе (4), связанном с соплом выброса газов (5), отличающийся тем, что топливо в процессе слива передают в корпус (6) коллектора (4), при этом корпус (6) выполнен с возможностью захватывать слитое топливо (7) в процессе фазы повторного запуска двигателя, а слитое топливо (7) остается захваченным без выливания в сопло выброса (5), и тем, что в фазах взлета и последующего ускорения корпус (6) также выполнен с возможностью того, что, следуя за изменениями наклона вертолета (Н) в процессе этих фаз взлета и последующего ускорения, топливо выливается из корпуса (6) в сопло выброса (5).

2. Способ по п. 1, в котором корпус (6) с размерами (V, L) закрыт на донном конце (62) и открыт на своем противоположном конце (63), расположенном в сторону передней части вертолета (AV), при этом корпус (6) имеет, относительно горизонтальной опорной поверхности земли (S₀) и при нахождении вертолета в положении на земле (Н₀), опорный положительный восходящий наклон (А₀) от донного конца (62) к своему открытому концу (63) и наклон (А), когда вертолет находится в фазе взлета с последующим ускорением, при этом наклон вертолета (Н) переходит от, по существу, нулевого до, постепенно, отрицательного.

3. Способ по предыдущему пункту, в котором угол опорного наклона (А₀) корпуса (6) определен в зависимости от наклона вертолета (Н) в фазе ускорения таким образом, что в фазе ускорения вертолета корпус (6) имеет наклон (А) в интервале, расположенном вокруг нуля градусов относительно опорной горизонтальной поверхности земли (S₀).

4. Способ по предыдущему пункту, в котором опорный наклон (А₀) корпуса (6) заранее определен в заданном интервале для того, чтобы наклон (А) корпуса (6) в фазе ускорения находился в интервале ±5°.

5. Сливной коллектор (4) двигателя вертолета (1) для осуществления способа по одному из предыдущих пунктов, выполненный с возможностью крепления на двигателе вертолета, причем упомянутый коллектор содержит в целом цилиндрическую внешнюю продольную стенку (41), ограниченную в поперечном направлении двумя закрытыми концевыми стенками (42, 43), продольную ось симметрии (Х'Х), наклоненную восходящим образом от донной концевой стенки (42), расположенной наиболее близко к опорной горизонтальной поверхности земли (S₀), когда вертолет, на двигателе которого может быть закреплен сливной коллектор, расположен в положении на земле (Н₀), по меньшей мере один патрубок (53), предназначенный для соединения со сливным дренажом колеса впрыска топлива в камере сгорания (22) двигателя (1), и связь (54), предназначенную для соединения с соплом выброса газов (5), соединенным с донной концевой стенкой (43), отличающийся тем, что коллектор определяет внутренний объем (V), в котором размещен корпус (6) в целом цилиндрической формы и с осью симметрии (Е'Е), по существу, параллельной оси коллектора (Х'Х), при этом корпус (6) имеет продольную стенку (61) и две концевые поперечные стенки, первую стенку (63) и донную стенку (62), причем донная стенка (62) расположена ближе к опорной поверхности земли (S_o), чем упомянутая первая стенка (63), когда вертолет, на двигателе которого может быть закреплен сливной коллектор, находится в положении на земле (Н₀), и также отверстие (8), образованное вблизи этой первой стенки (63), и тем, что корпус (6) соединен со сливным патрубком колеса (53) впрыска через радиальную связь (64),

6. Сливной коллектор по предыдущему пункту, в котором ось корпуса (E’E) наклонена на относительный угол (С), установленный между +5 и +10° относительно основной оси вертолета (Y’Y), определяющей наклон вертолета (Н) относительно опорной горизонтальной плоскости (S₀).

7. Сливной коллектор по п. 5, в котором радиальная связь (64) сливного дренажного патрубка колеса (53) впрыска открывается ближе к первой стенке (63), чем к донной стенке (62) корпуса (6).

8. Сливной коллектор по п. 5, в котором корпус (6) имеет цилиндрическую форму с кольцевым сечением.

9. Сливной коллектор по п. 5, в котором корпус (6) имеет объем (V), более чем в два раза превышающий объем топлива (7), который может быть захвачен в корпусе (6).

10. Двигатель вертолета (1), снабженный сливным коллектором (4) по одному из пп. 5-9.