ГЕНЕРАТОР ИНЕРТНОГО ГАЗА ДЛЯ СИСТЕМЫ ИНЕРТИРОВАНИЯ ТОПЛИВНОГО БАКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И СПОСОБ ИНЕРТИРОВАНИЯ Российский патент 2023 года по МПК B64D37/04 B64D37/32 A62C3/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области техники систем генерирования инертного газа, в частности используемых в системах инертирования для по меньшей мере одного топливного бака летательного аппарата, такого как самолет, вертолет или подобного.

Уровень техники

В области воздухоплавания хорошо известно использование систем инертирования для генерирования инертного газа, такого как азот, или любого другого инертного газа, такого как диоксид углерода, и для введения указанного инертного газа в топливные баки по соображениям безопасности с целью снижения риска детонации указанных баков.

В целом, генератор инертного газа содержит систему с впуском воздуха и средствами распределения воздушного потока в несколько модулей разделения воздуха, расположенных параллельно в воздушной системе с целью обеднения воздуха кислородом и генерирования на выпуске обогащенного азотом инертного газа.

Современные системы инертирования позволяют вводить в топливные баки инертный газ с уровнем воспламеняемости, который является несовместимым с правилами сертификации в области авиации, которые хорошо известны специалистам в данной области техники.

На практике системы инертирования выполняют с размером для введения количества инертного газа, вычисленного в соответствии с конкретным рабочим режимом летательного аппарата, в частности, во время этапа снижения на высоте 4000 футов.

Данный конкретный рабочий режим позволяет вычислить требования к расходу и чистоте инертного газа и вывести из них количество и тип требуемых модулей разделения воздуха. За исключением данного момента определения размера летательного аппарата, топливные баки требуют меньшего количества инертного газа.

Из вышесказанного следует, что для некоторых этапов полета генератор инертного газа, реализованный в современном известном уровне техники, имеет избыточный размер по сравнению с фактическими потребностями в инертном газе. То же применимо и к фильтрующим элементам и другим компонентам системы инертирования, что увеличивает вес, расход и стоимость системы инертирования в ходе указанных этапов полета.

Краткое описание изобретения

Таким образом, одной из целей настоящего изобретения является преодоление недостатков известного уровня техники путем обеспечения генератора инертного газа, а также способа инертирования, в которых размер и эксплуатация системы инертирования оптимизированы с целью снижения ее расхода и стоимости эксплуатации.

Еще одной целью настоящего изобретения также является обеспечение такого генератора инертного газа, содержащего компоненты с более длительным сроком службы.

С этой целью был разработан генератор, генерирующий инертный газ из воздушного потока, в частности встроенный в систему инертирования для по меньшей мере одного топливного бака летательного аппарата, при этом генератор содержит систему с впуском воздуха и средства распределения воздушного потока в несколько модулей разделения воздуха, расположенных параллельно в воздушной системе с целью обеднения воздуха кислородом и генерирования на выпуске обогащенного азотом инертного газа.

Согласно настоящему изобретению, генератор инертного газа содержит блок управления средствами распределения, запрограммированный на избирательную подачу воздуха, в один, часть или все из модулей разделения воздуха в зависимости от этапа полета летательного аппарата.

Таким образом, эксплуатация модулей разделения воздуха привязана к фактической потребности в инертном газе, и эта потребность определяется, в частности, этапом полета летательного аппарата. Так, генератор инертного газа потребляет количество воздуха, необходимое для удовлетворения потребности в инертном газе. Это позволяет избежать избыточного потребления. Таким образом, изобретение обеспечивает возможность сокращения эксплуатационных расходов системы и генератора инертного газа, а также уменьшает амортизацию и, таким образом, увеличивает срок службы компонентов генератора инертного газа.

Например, на этапе крейсерского полета блок управления запрограммирован на подачу воздуха в один модуль разделения воздуха, и в один или часть модулей, когда летательный аппарат находится на этапе набора высоты.

Аналогично, блок управления преимущественно запрограммирован для подачи воздуха в несколько или во все из модулей разделения воздуха, когда летательный аппарат находится на этапе снижения.

На основе данной концепции было разработано несколько вариантов осуществления как по отдельности, так и в комбинации.

Например, согласно одному частному варианту осуществления, когда воздух подается в один или часть модулей разделения воздуха, блок управления запрограммирован на подачу воздуха в модуль (модули) разделения воздуха с наименьшим количеством часов суммарной наработки среди нескольких модулей разделения воздуха.

Согласно другому варианту осуществления, когда воздух подается в один или часть из модулей разделения воздуха, блок управления запрограммирован на подачу воздуха в наилучшим образом функционирующий модуль (модули) разделения воздуха среди нескольких модулей разделения воздуха, т.е. модуль (модули) с самым низким уровнем кислорода в генерируемом инертном газе.

Эффективность модулей разделения воздуха можно измерить, когда летательный аппарат находится на этапе снижения, на земле или на этапе крейсерского полета.

Преимущественно, генератор инертного газа содержит по меньшей мере один анализатор кислорода и средства для направления инертного газа на выпуске каждого модуля разделения воздуха в анализатор кислорода с целью измерения эффективности каждого модуля разделения воздуха независимо от других модулей.

Данный признак позволяет контролировать чистоту инертного газа на выпуске каждого модуля разделения воздуха и выбирать, какой из модулей разделения воздуха следует использовать, если выбор основан на критерии эффективности. Данный признак также обеспечивает возможность последовательной проверки эффективности модулей разделения воздуха, например, когда летательный аппарат находится на этапе крейсерского полета, на земле или на этапе снижения, и, таким образом, можно предусмотреть замену модуля разделения воздуха, который, например сам по себе, функционирует неудовлетворительно. В известном уровне техники в настоящее время невозможно независимо проверить эффективность каждого модуля разделения воздуха, и, таким образом, при обнаружении потерь эффективности часто необходимо заменять весь узел модулей разделения воздуха, содержащий от двух до пяти или даже более модулей.

В другом варианте осуществления, который используется отдельно или в комбинации с описанными вариантами осуществления, когда воздух подается в один или часть модулей разделения воздуха, блок управления запрограммирован на чередование подачи воздуха в модули разделения воздуха среди нескольких модулей разделения воздуха через заданные промежутки времени.

В данной конфигурации в настоящем изобретении может выполняться переключение между различными модулями разделения воздуха после заданного периода эксплуатации с целью выравнивания амортизации различных модулей разделения воздуха, например, за счет переключения к следующим модулям, модулям, функционирующим наилучшим образом, или модулям с наименьшим количеством часов суммарной наработки.

Таким образом, можно делать более равномерными эксплуатацию и амортизацию различных модулей разделения воздуха.

Согласно одному частному варианту осуществления, средства распределения воздушного потока имеют форму соответствующего клапана, например многоканального, который, таким образом, может направлять воздушный поток в один или несколько модулей разделения воздуха.

Согласно другому варианту осуществления, средства распределения воздушного потока выполнены в виде нескольких клапанов, в частности, клапанов в количестве, равном количеству модулей разделения воздуха, и при этом каждый из клапанов расположен выше по потоку относительно модуля разделения воздуха.

Таким образом, в зависимости от того, используются эти клапаны по одному, частично или все вместе, воздушный поток может быть направлен в один, часть или все модули разделения воздуха.

Преимущественно, во избежание любой рециркуляции воздуха в отсутствие эксплуатации некоторых модулей разделения воздуха, генератор инертного газа содержит обратные клапаны, расположенные на каждом выпуске каждого модуля разделения воздуха.

Настоящее изобретение также относится к способу инертирования топливного бака летательного аппарата при помощи вышеописанного генератора инертного газа. Данный способ заслуживает внимания тем, что он состоит в избирательной подаче воздуха в один, несколько или все из модулей разделения воздуха в зависимости от этапа полета летательного аппарата.

Краткое описание графических материалов

Дальнейшие преимущества и признаки станут более ясными из следующего описания системы генерирования инертного газа согласно настоящему изобретению, представленной в виде неограничивающего примера, со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:

на фиг. 1 показано схематическое представление системы инертирования топливного бака летательного аппарата;

на фиг. 2 показано схематическое представление генератора инертного газа, в котором средства распределения находятся под управлением с целью подачи воздуха в один модуль разделения воздуха;

на фиг. 3 показано схематическое представление, аналогичное фиг. 2, в котором средства распределения находятся под управлением с целью подачи воздуха в часть модулей разделения воздуха;

на фиг. 4 показано схематическое представление, аналогичное фиг. 2, в котором средства распределения находятся под управлением с целью подачи воздуха во все модули разделения воздуха;

на фиг. 5 показано схематическое представление другого варианта осуществления генератора инертного газа, в котором средства распределения воздушного потока имеют выполнены в виде нескольких клапанов, каждый из которых расположен выше по потоку относительно модуля разделения воздуха;

на фиг. 6 показано схематическое представление, аналогичное показанному на фиг. 5, без клапана выше по потоку относительно анализатора кислорода.

Подробное описание изобретения

Как показано на фиг. 1, настоящее изобретение относится к генератору (1) инертного газа, содержащему воздушную систему (2) для обеднения кислородом с целью генерирования обогащенного азотом инертного газа.

Генератор (1), в частности, предназначен для применения в системе (11) инертирования по меньшей мере одного топливного бака (12) летательного аппарата. Для этого генератор (1) инертного газа содержит впуск (3) воздуха, в который подается воздух, отбираемый из по меньшей мере одного двигателя и/или воздух пассажирского салона, и/или снаружи летательного аппарата, поступающий через систему (14) подготовки воздуха, который может быть подвергнут сжатию в компрессоре, и выпуск (4) газа, соединенный со средствами (13) распределения вводимого газа в топливный бак (баки) (12). Система (1) генерирования также содержит выпуск (15) обогащенного кислородом газа.

Система (11) инертирования обеспечивает возможность генерирования и введения инертного газа в указанный топливный бак (баки) (12) летательного аппарата по соображениям безопасности с целью снижения риска взрыва указанных баков. Введение инертного газа направлено на то, чтобы сделать топливный бак (баки) (12) инертным, т. е. обеспечить снижение уровня кислорода, присутствующего в указанном баке (баках), и, в частности, поддержание данного уровня ниже определенного порогового значения, предпочтительно менее 12%.

Со ссылкой на фиг. 2—5, генератор (1) инертного газа содержит несколько модулей (2) разделения воздуха, т. е. по меньшей мере два, предпочтительно по меньшей мере три модуля, расположенных в воздушной системе параллельно.

Модули (2) разделения воздуха содержат, например, полимерные мембраны, через которые воздух под давлением вводится так, что получается как инертный газ с высоким содержанием азота, так и инертный газ с высоким содержанием кислорода.

Кроме того, генератор (1) инертного газа содержит средства (5) распределения воздушного потока, расположенные выше по потоку относительно модулей (2) разделения воздуха. Согласно настоящему изобретению, генератор (1) инертного газа содержит блок (6) управления, такой как, например, электронная плата со встроенным программным обеспечением, обеспечивающий возможность контроля и управления средствами (5) распределения.

В частности, блок (6) управления запрограммирован на управление средствами (5) распределения с целью избирательной подачи в один, часть или все модули (2) разделения воздуха в зависимости от этапа полета летательного аппарата. Блок управления извлекает данные, относящиеся к этапу полета летательного аппарата, с использованием любых подходящих средств, например, они непосредственно передаются бортовым компьютером летательного аппарата.

Таким образом, изобретение обеспечивает регулировку количества модулей (2) разделения воздуха таким образом, чтобы они эксплуатировались в соответствии с фактической потребностью в инертном газе для введения в топливные баки (12), которая изменяется в соответствии с этапом полета летательного аппарата.

Например, блок (6) управления может быть запрограммирован на подачу воздуха в часть модулей (2) разделения воздуха, предпочтительно в один модуль (2) разделения воздуха, когда летательный аппарат находится на этапе крейсерского полета или набора высоты, см. фиг. 2 и 3, и, в то же время, он может быть запрограммирован на подачу воздуха в несколько, предпочтительно во все из модулей (2) разделения воздуха, когда летательный аппарат находится на этапе снижения, см. фиг. 4.

Из вышесказанного следует, что настоящее изобретение также обеспечивает уменьшение общего количества часов, в течение которых эксплуатируются модули (2) разделения воздуха, так как в некоторых случаях определенные модули (2) не будут эксплуатироваться.

Из этого следует, что настоящее изобретение обеспечивает оптимизацию размера системы (11) инертирования и, таким образом, значительное сокращение потребления воздушного потока генератором (1) инертного газа, а также оптимизацию размера обменников и фильтрующих элементов. Соответственно, это с очевидностью обеспечивает уменьшение стоимости эксплуатации системы (11) инертирования, а также риска превышения давления и температуры в топливных баках (12).

На основе данной концепции, когда воздух подается в один или часть модулей (2) разделения воздуха, блок (6) управления запрограммирован на подачу воздуха в модули (2) разделения воздуха среди нескольких модулей (2) разделения воздуха с наименьшим количеством часов суммарной наработки. Таким образом, блок (6) управления выбирает и эксплуатирует модули (2) разделения воздуха в соответствии с их количеством часов суммарной наработки, что выравнивает амортизацию различных модулей (2) разделения воздуха и, таким образом, оптимизирует срок их службы. Например, это обеспечивает переключение между различными модулями (2) разделения воздуха в летательном аппарате на этапе крейсерского полета или набора высоты. Это делает активную систему инертирования более долговечной и дешевой.

Согласно другому варианту осуществления, когда воздух подается в один или часть модулей (2) разделения воздуха, блок (6) управления предпочтительно запрограммирован на подачу воздуха в наилучшим образом функционирующий, т. е. с самым низким уровнем кислорода в генерируемом инертном газе, модуль (модули) (2) разделения воздуха среди нескольких модулей (2) разделения воздуха.

Для количественной оценки эффективности каждого модуля (2) разделения воздуха, генератор (1) инертного газа содержит по меньшей мере один анализатор (7) кислорода и средства, в частности трубы и, возможно, клапаны (8), для направления инертного газа на выпуске каждого модуля (2) разделения воздуха в анализатор (7) кислорода. Это обеспечивает возможность измерения эффективности каждого модуля (2) разделения воздуха независимо от других модулей.

Данное измерение эффективности можно осуществлять во время полета, например на этапе снижения, или на земле. Это обеспечивает возможность знать об эффективности каждого из модулей (2) разделения воздуха и чередовать их эксплуатацию в соответствии с их эффективностью.

Согласно одному частному варианту осуществления, в частности изображенному на фиг. 2—4, средства (5) распределения воздушного потока, например, имеют форму многоканального клапана (9), расположенного выше по потоку относительно всех модулей (2) разделения воздуха и приспособленного для избирательного направления воздушного потока в один, часть или все модули (2) разделения воздуха.

В другом варианте осуществления, в частности изображенном на фиг. 5, каждый модуль (2) разделения воздуха выше по потоку соединен с клапаном (10), что обеспечивает возможность избирательной подачи воздуха в один, часть или все из модулей (2) разделения воздуха путем приведения в действие каждого из клапанов (10). Кроме того, генератор инертного газа содержит обратные клапаны (16), расположенные на выпуске каждого модуля разделения воздуха.

В случае как многоканального клапана (9), так и нескольких клапанов (10), присутствие клапанов (8) ниже по потоку относительно модулей (2) разделения воздуха не является важным, как показано на фиг. 6.

Согласно настоящему изобретению, блок (6) управления, таким образом, управляет средствами (5) распределения воздушного потока с целью избирательной эксплуатации модулей (2) разделения воздуха и подачи в них воздуха в зависимости от этапа полета летательного аппарата. Если необходимо использовать один или часть модулей (2) разделения воздуха, блок (6) управления выбирает для использования модули (2) в соответствии с несколькими критериями, как, например, в соответствии с эффективностью, амортизацией, количеством часов суммарной наработки или просто в соответствии с тем, насколько длительной была их эксплуатация, с целью переключения от одного модуля (2) разделения воздуха к другому после определенного времени эксплуатации, например в течение одного часа.

Разумеется, могут быть предусмотрены комбинации данных критериев. Например, блок (6) управления может выбрать модуль (2) с наименьшим количеством часов наработки, и если два модуля (2) имеют одинаковое количество часов суммарной наработки, блок (6) управления может выбрать из этих двух модулей (2) наилучшим образом функционирующий модуль. По окончании определенного времени эксплуатации выбранный модуль (2) может быть заменен другим модулем (2) в соответствии с теми же критериями.

Концепция, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в выборе количества модулей (2) разделения воздуха в соответствии с этапом полета. Это обеспечивает возможность регулировки размера системы (11) инертирования в соответствии с фактической потребностью в инертном газе в топливных баках (12). Тем не менее, критерии выбора различных модулей (2) применимы и без учета этапа полета. Например, выбор модулей (2) может определяться исключительно в соответствии с амортизацией, эффективностью и периодом времени фактической эксплуатации (временной задержкой) с целью выравнивания амортизации различных модулей (2) разделения воздуха.

Настоящее изобретение также предусматривает способ инертирования топливного бака летательного аппарата при помощи вышеописанного генератора (1) инертного газа. Данный способ заслуживает внимания тем, что он предусматривает избирательную подачу воздуха в один, часть или все модули (2) разделения воздуха в зависимости от этапа полета летательного аппарата и в соответствии с различными критериями выбора модулей (2) разделения воздуха.

Изобретение относится к системам инертирования топливных баков летательных аппаратов. Генератор (1) инертного газа из воздушного потока в системе инертирования по меньшей мере одного топливного бака летательного аппарата содержит систему с впуском воздуха и средствами (5) распределения воздушного потока в несколько модулей (2) разделения воздуха. Блок (6) управления средствами (5) распределения запрограммирован для избирательной подачи воздуха в один, часть или все из модулей (2) разделения воздуха в соответствии с этапом полета летательного аппарата. Генератор (1) содержит по меньшей мере один анализатор (7) кислорода и средства (5) для направления инертного газа на выпуске каждого модуля (2) разделения воздуха в анализатор (7) кислорода с целью измерения эффективности каждого модуля (2) разделения воздуха независимо от других модулей. Достигается снижение массы системы и уменьшение расхода инертного газа. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Генератор (1) инертного газа из воздушного потока в системе инертирования по меньшей мере одного топливного бака летательного аппарата, при этом генератор (1) содержит систему с впуском воздуха и средствами (5) распределения воздушного потока в несколько модулей (2) разделения воздуха, расположенных параллельно в воздушной системе с целью обеднения воздуха кислородом и генерирования на выпуске обогащенного азотом инертного газа, отличающийся тем, что генератор содержит блок (6) управления средствами (5) распределения, запрограммированный для избирательной подачи воздуха в один, часть или все из модулей (2) разделения воздуха в соответствии с этапом полета летательного аппарата, при этом генератор (1) содержит по меньшей мере один анализатор (7) кислорода и средства (5) для направления инертного газа на выпуске каждого модуля (2) разделения воздуха в анализатор (7) кислорода с целью измерения эффективности каждого модуля (2) разделения воздуха независимо от других модулей.

2. Генератор (1) по п. 1, отличающийся тем, что блок (6) управления запрограммирован на подачу воздуха в один модуль (2) разделения воздуха, когда летательный аппарат находится на этапе набора высоты или крейсерского полета.

3. Генератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что блок (6) управления запрограммирован на подачу воздуха во все модули (2) разделения воздуха, когда летательный аппарат находится на этапе снижения.

4. Генератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что, когда воздух подается в один или часть модулей (2) разделения воздуха, блок (6) управления запрограммирован на подачу воздуха в модуль (модули) (2) разделения воздуха с наименьшим количеством часов суммарной наработки среди нескольких модулей (2) разделения воздуха.

5. Генератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что, когда воздух подается в один или часть модулей (2) разделения воздуха, блок (6) управления запрограммирован на подачу воздуха в наилучшим образом функционирующий модуль (модули) (2) разделения воздуха среди нескольких модулей (2) разделения воздуха.

6. Генератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что, когда воздух подается в один или часть модулей (2) разделения воздуха, блок (6) управления запрограммирован на чередование подачи воздуха в модули (2) разделения воздуха среди нескольких модулей (2) разделения воздуха с заданной временной задержкой.

7. Генератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что средства (5) распределения воздушного потока имеют форму многоканального клапана (9).

8. Генератор (1) по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что средства (5) распределения воздушного потока выполнены в форме клапанов в количестве, равном количеству модулей (2) разделения воздуха, при этом каждый из клапанов расположен выше по потоку относительно модуля (2) разделения воздуха.

9. Генератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что генератор содержит обратный клапан (16) на выпуске каждого модуля (2) разделения воздуха.

10. Способ инертирования топливного бака летательного аппарата при помощи генератора (1) инертного газа из воздушного потока, содержащего воздушную систему с впуском воздуха, выпуском инертного газа и несколькими модулями (2) разделения воздуха, расположенных параллельно в воздушной системе с целью обеднения воздуха кислородом и генерирования на выпуске обогащенного азотом инертного газа, при этом способ предусматривает избирательную подачу воздуха в один, часть или все из модулей (2) разделения воздуха в зависимости от этапа полета летательного аппарата.