Топливная система. Топливная система самолёта Определяем время слива топлива из баков

Представьте себе, что сидя в центре салона Ту-154М, под вами находится минимум 3 тонны, а то и все 8 тонн керосина. Выглядит это примерно так:

Вы можете себе представить 8 тонн керосина? Согласен, сложно. Уверяю, что в крыльях самолета помещается гораздо больше, чем в центроплане, под пассажирскими креслами. Причем, топливо в самолете есть всегда , сливается полностью только в случаях специального ТО. На Ту-154М с установленными двигателями все топливо вообще сливать запрещено, иначе он сядет на хвост. Такое случается, фото дальше;).

Заправимся?

Рассказ в этой статье пойдет о топливе в самолете. Очень много и подробно;).

Стоимость керосина на сегодняшний день варьируется от 17 до 35 тысяч рублей за тонну. Простейший гугл поиск дает такие сайты:
http://www.riccom.ru/sale_market_r_np_12.htm
http://distoplivo.ru/prais/
Там вы и без меня разберетесь=).

У нас в Пулково заправляют два сорта авиационного керосина, которые считаются взаимозаменяемыми и могут смешиваться в любых пропорциях: ТС-1 и РТ. За границей заправляют Jet Fuel A, Jet Fuel A-1 (температура замерзания −47°C) и еще чего-то. Тоже можно заливать и мешать в любых пропорциях. Главное - что написано в документации на самолет. Если экипаж встречает какую-то незнакомую марку, нужно консультироваться с базой.

Зимой в керосин добавляют присадку, жидкость "И" для того, чтобы он не замерзал при более низких температурах (за −60°C точно). Добавляют совсем немного, 0,05% всего. Еще жидкость "И" Предотвращает загустение и парафинирование дизельного топлива при низких температурах. предотвращает обледенение топливного фильтра. Способствует полному сгоранию топлива. Удаляет воду из топливной системы. Повышает крутящий момент. Обеспечивает легкий запуск двигателя в мороз.
http://www.masla.su/?Produkciya:Tehnicheskie_%0Azhidkosti

Говорят, что чистый керосин можно пить, и он помогает вылечить болезни (кровь, ЖКТ, мочеполовая система). НО! С жидкостью "И" керосин пить нельзя! . Я не знаю почему да как, но единственное прошу, не пытайтесь попросить знакомых техников или пилотов налить баночку керосина зимой, весной или осенью. Там может содержаться эта опасная присадка. Чем именно опасна я не знаю, но рисковать лучше не стоит.

Итак, топливные баки в большинстве своем представляют собой баки-кессоны. Это значит, что в полости крыла просто заливается керосин, каких-то специальных емкостей нет, все расположено в герметичном отсеке конструкции.

Давайте посмотрим, где же все-таки хранится и как используется топливо на борту? На разных самолетах баки расположены по-разному, но вцелом тенденция одна - три бака (центральный, он же расходный, с него забирается топливо к двигателям, и крыльевые).

Давайте посмотрим A-320:

Boeing 737 Classic (самый популярный в России тип 737ых, производства 90х годов).

Ну а теперь гвоздь номера Ту-154М:

У "полтинника" баки расположены довольно хитро. Расходный бак называется: "Первый", и расположен в середине, сзади. Четвертый бак заправляется в первую очередь и очень часто используется для сохранения центровки.

Что такое расходный бак? Это топливный бак, из которого топливо напрямую уходит потребителям-двигателям. Со всех остальных баков топливо перекачивается в расходный и только потом отправляется к моторам.

На некоторых самолетах (например A330, по-моему на последних модификациях Ту-204 его тоже разрешено использовать) есть дополнительный хвостовой топливный бак для регулировки центровки самолета в полете. Могут располагаться как в киле(Ту-204), так и в стабилизаторах (A330).

Любой бак должен сообщаться с атмосферой, проще говоря быть "дырявым". Зачем? Попробуйте пить дюшес (кока-колу, кому что нравится) из стеклянной бутылки, не отрывая губ (чтобы не проходил воздух внутрь). Надолго вас не хватит. Давление внутри бутылки резко упадет, и пить вы не сможете.

Поэтому, вместо уходящего топлива, на его место в бак должен попадать воздух, из-за борта самолета. Для этого на иностранных самолетах распространена практика создания дренажных баков. Они расположены в концевой части крыла. И выход в атмосферу у них выглядит так:

Такой хитрый вход (часто применяется) для того, чтобы набегающий поток воздуха поддавливал керосин в баках.

В случае Ту-154М дренажных баков нет. Они соединены напрямую с атмосферой по хитрым трубопроводам, опоясывающим фюзеляж. Трубы сначала идут вверх, потом огибают контур фюзеляжа и имеют вывод внизу. Это сделано для того, чтобы при наклонах самолета (кренах) топливо не выливалось наружу. Картинка сложная, рекомендую увеличить.

В журнале я уже однажды писал про заправку самолета перед полетом . Постараюсь не повторяться.

Итак, прежде чем заправлять самолет, необходимо слить отстой топлива, чтобы проверить наличие воды в баках самолета. Как раз и предназначено для того, чтобы в него сливать отстой в полевых условиях.

Слив отстоя техником зачастую контролирует бортинженер (на фото слив отстоя с Ил-76):

Затем подъезжает топливозаправщик.

Техник должен сказать водителю заправщика сколько топлива нужно заправить, поэтому пока заправщик подсоединяет шланг (бывает, что подсоединяет сразу два, чтобы ускорить процесс), техник идет смотреть остаток топлива:

Остаток определяется по приборам самолета, а также записан в бортовом журнале. Как вы понимаете, эти данные иногда не сходятся. Изменилась температура на улице - изменилась плотность топлива, изменились показания приборов. Все дело в том, что в самолете оно измеряется в килограммах, а в топливозаправщике в литрах. Цена деления стрелочки 1 тонна. От напряжения в электросети самолета, показания стрелок могут плавать. На фото панель управления топливной системы Ту-154М (стрелочные индикаторы показывают количество топлива в каждой группе баков):

Куча лампочек и переключателей помогает управлять расходом керосина в полете из различных баков. Лампочки показывают включен или выключен в данный момент насос каждого бака. Вообщем, я долго привыкал к этой системе, сначала разобраться было сложно=). На заре эксплуатации самолета Ту-154 была катастрофа, когда в полете выключились двигатели из-за того, что в расходном баке кончилось топливо, а перекачку с других в расходный бортинженер включить забыл. Двигатели остановились, самолет упал=(. После этого были сделаны изменения и при снижении определенного уровня в расходном баке, топливо начинает поступать из других автоматически.

Если показания топливомеров и записи в бортжурнале совпадают хотя бы +/- 200 кг, то заправку можно начинать. Главное на этом этапе не забыть проконтролировать водителя заправщика, чтобы он соединил свою машину с самолетом тросом заземления (электрические потенциалы должны выравняться через него, а не через заправочный шланг, потому что это может вызвать нехилую искру статического электричества). А также еще один трос заземления должен быть подключен от машины к точке заземления на перроне (обычно представляет собой кусок трубы, закопанный в землю).

Открываем заправочную горловину (как правило в крыле):

И подсоединяем шланг:

Или шланги (на фото Boeing-767):

Горловина отличается от автомобильной тем, что там стоят обратные клапаны. Можно не переживать о том, что топливо выльется наружу. Весь процесс "сухой", клапаны открываются только при подаче давления:

К счастью и на Ту-154, и на инострнных самолетах - везде это соединение унифицировано и никаких переходников не надо. Пружинка поддавливает пластину, чтобы топливо не вытекало обратно.

У топливозаправщика счетчик стоит литрах. Поэтому, прежде, чем заправлять нам надо посчитать сколько нужно литров. Плотность топлива зависит от температуры окружающего воздуха и варьируется от 0,779 до 0,791 (цифры могут быть не точными, забыл уже все) и написана на контрольном талоне, который подтверждает кондиционность топлива. Последняя проверка должна быть выполнена не дольше шести часов назад, иначе топливо заправлять нельзя. Все необходимые подписи и часы проверки указаны на талоне. Если все в порядке, считаем литры и называем их заправщику.

Но прежде, чем сказать "поехали", нужно выполнить еще одну процедуру: контроль топлива в ТЗ на наличие воды. Любезно просим заправщика предоставить пробу в баночке. Если воды не обнаружено (на моем веку в ТЗ воды никогда не видел), значит можно заправлять.

Открываем краны нужных нам баков (куда будем заправлять в данный момент). Все готово.

Поехали!

Керосин с огромной скоростью устремляется в баки самолета. Это все происходит еще до прихода пассажиров. В России есть специальные процедуры заправки самолета с пассажирами, но все стараются этого не делать. Зачем рисковать?

Конечно же, в баках есть защита от перенаддува, чтобы он не лопнул при заправке. Защита представляет собой маленький клапан, который открывается при превышении давления и стравливает воздух. Простой и часто встречающийся механизм.

Контролировать заправку на иностранных самолетах можно прямо рядом с местом подсоединения шланга, там же можно управлять кранами (для выбора наполнения нужных нам баков):

Панель заправки A330 расположена на фюзеляже в хвостовой части:

Семейство A320х:

Иногда панель находится прямо на крыле, иногда на фюзеляже, по желанию заказчика самолета.

На Ту-154М снаружи можно только управлять кранами, в то время как вся индикация внутри, в кабине экипажа. Только. Меня это всегда раздражало, приходилось бегать из кабины под крыло и обратно.

Можно, конечно, использовать мерные линейки снаружи, но минимальное значение у них бывает не достаточным, чтобы показать нужный уровень. Вытаскиваются прямо из крыла:

Получается, что в баке плавает магнитик, который в нужный момент подхватывает линейку и не дает ей опуститься ниже уровня керосина. Таким образом можно без всякой электроники определить заправку бака. Честно скажу, я никогда не пользовался этим методом. Мне всегда было надежнее посмотреть в кабине.

Можно ли перезаправить бак, залить слишком много? Нельзя. Автоматика закроет краны и не даст заливать в самолет больше, чем можно. Но автоматика имеет свойство отказывать. На этот случай работает механика:

В крыле есть клапаны, которые в определенный момент начинают сливать лишний керосин прямо на землю. Открываются во время заправки от давления поступающего керосина:

В авиации все предусмотрено;).

В кабине летчики всегда имеют возможность посмотреть показания приборов об уровне топлива. Например в 737:

Управление насосами в полете:

На эйрбасах все проще, информация о топливе вообще отображается на одной из страниц многофункционального дисплея:

Сравните с панелью управления топливной системой 154го=). Вот где сила=).

На самом деле я шучу. Конечно же, именно поэтому на новых иностранных самолетах в составе экипажа бортинженер не летает. Он там просто не нужен. Самолет все делает сам.

Особенно на больших самолетах необходимо внимательно следить за заправкой, чтобы в одно крыло не закачалось намного больше топлива, чем в другое. Это называется "вилка". Сами понимаете, если в одном крыле на несколько тонн топлива будет больше, то это может не только сказаться на удобстве летчика (самолет будет тянуть в сторону), но и на безопасности полетов.

Хуже всего то, что ситуацию очень сложно исправить. Если получилась большая вилка, нужно сливать лишнее топливо и заправлять в другое крыло. А это не меньше часа (если все удачно совпадет, и нужная наземная техника окажется под рукой, чего никогда не бывает) времени. Соответственно задержка. А за задержки по личной вине техсостав по головке не погладят... Слитое топливо в самолеты больше не заправляют. Оно идет на аэродромную технику, тракторы и чего-нибудь еще.

Итак, заправка закончена. Водитель ТЗ выписывает требование, в котором написаны литры керосина по счетчику. Это очень ответственный момент, когда нужно чтобы все расчеты сошлись, иначе будут проблемы. Литры в требовании переводим в килограммы и прибавляем к остатку перед заправкой. Если это значение равно требуемому на полет, то все отлично, ставим нужные росписи (а вы как думали, каждый отвечает головой, тем более в вопросе топлива).

Сколько берет самолет керосина? Я не буду называть конкретные цифры под рейсы, потому что уже начал их забывать. Могу сказать, что обычно Ту-154М заправлял 25-35 тонн. B-737-500 не больше 15 тонн. A320 примерно 15-25 тонн. Эти данные указаны при приблизительно одинаковых маршрутах. Как рассчитывается топливо лучше спрашивать у пилотов, я этим никогда не занимался и особо не интересовался. Знаю, что в заправку закладывается аэронавигационный запас, позволяющий летать самолету еще несколько часов и для каждого типа считается по-своему.

Через 15 минут после заправки нужно снова слить отстой топлива с самолета. За это время возможная вода должна была опуститься на дно баков, где мы ее и проверяем через точки слива:

Подносим баночку и смотрим состояние керосина. Все отлично?

А сейчас я лучше пару слов скажу о том, как оно расходуется в полете. Итак, из расходного бака топливо подается насосами. Как правило эти насосы центробежные:

Такой тип насосов устроен проще других и позволяет работать на холостом ходу, даже если топливо качать некуда (перекрыты краны подачи топлива к двигателям). Насосы есть перекачивающие и подкачивающие. Одни помогают перемещаться топливу по бакам, а другие отправляют его в магистраль питания двигателей.

Но, чтобы запустить двигатель, недостаточно включить насосы. Нужно еще и открыть "пожарные краны" (так называются на отечественной технике, потому что перекрываются в первую очередь в случае пожара двигателя). Когда краны открылись, топливо поступает в двигатель, где фильтруется и подогревается (как правило стоит радиатор, который охлаждает масло, циркулирующее в двигателе, и одновременно нагревает топливо) и подается на форсунки. Это уже двигательная часть, поэтому про нее подробно в следующих постах. Могу сказать только, что есть несколько степеней фильтрации и даже если забьются все фильтры, топливо пойдет в обход. Главное - поддержать бесперебойную работу, чтобы можно было посадить самолет.

Напоследок хотелось бы показать вам что бывает, когда допускаются ошибки с заправкой на Ту-154:

Фото с просторов интернета

Да-да, самолет просто может сесть на хвост!

Фото с просторов интернета

На самом деле это страшный сон каждого техника и бортинженера Ту-154. Хвост у самолета очень тяжелый. Выход пассажиров желательно в порядке - второй салон, первый салон, особенно, если в четвертом баке осталось мало топлива.

Фото с просторов интернета

Про то, как топливо хранится в аэропорту недавно писали здесь: http://community.livejournal.com/sky_hope/180444.html#cutid1
Очень рекомендую посмотреть.

Энергетическим источником для работы авиационных двигате­лей является углеводородное топливо, размещаемое в самолете. Чем больше запас топлива на самолете, тем больше возможные даль­ность и длительность полета. Топливо на самолете размещается в отсеках фюзеляжа, крыльев и иногда киля. Для увеличения дальности полета применяют установ­ку подвесных сбрасываемых баков, которые располагаются под фю­зеляжем и под крыльями.

На транспортных самолетах устанавлива­ют дополнительные съемные баки в грузовых отсеках. В зависи­мости от типа самолета, места расположения баков их количество и конструкция меняются в широких пределах.

При выборе объема баков необходимо учитывать, что при наг­реве объем топлива увеличивается.

Для обеспечения аварийной посадки предусматривается слив топлива из баков, чтобы посадочная масса самолета на превышала допустимых норм прочнос­ти шасси и других узлов самолета.

В целях восполнения запасов топлива и увеличиения продолжи­тельности полета применяется дозаправка топливом в полете от спе­циальных самолетов-заправщиков.

При поле­тах на больших высотах топ­ливо значительно охлаждается, поэтому имеется устройство подогрева топлива для предупреждения забивания трубо­проводов и фильтров кристаллами льда.

Компоновка топливной системы определяется:

Расположением топливных баков в районе центра тяжести само­лета с тем, чтобы по мере выработки топлива существенно, не меня­лась центровка самолета;

Максимальным использование объемов для размещения топли­ва; -расположением топливных магистралей, насосов, аккумулято­ров ниже днища баков с тем, чтобы они всегда были заполнены топ­ливом;

Проведением дренажной системы наддува баков выше баков с тем, чтобы в эти системы не попадало топливо.

Порядок выработки топлива и центровка самолета

При компоновке самолета выбирается такое располо­жение топливных баков, чтобы центр тяжести самолета, полностью заправленного топливом, располагался вблизи центра тяжести пусто­го (не заправленного топливом и без грузов) самолета.

Количество расходных баков обычно соответствует количеству двигателей, но находят применение топливные системы с общим рас­ходным баком для нескольких двигателей.

Топливная система с расходным баком позволяет: устанавливать высоконапорные насосы перекачки топлива в дви­гатели только в расходном баке, а в остальных баках устанавливать легкие низконапорные насосы для перекачки топлива в расходный бак;

упростить автоматическое управление и схему ручного управ­ления выработкой топлива при появлении отказа;

обеспечить простыми конструктивными методами устойчивое питание двигателей при различных эволюциях полета и посадочный остаток топлива (аварийный) в расходных баках для завершения полета;

обеспечить фильтрацию, дегазацию топлива и при необходимос­ти снизить или выровнять температуру топлива, поступающего к дви­гателям, и т.д.

Очередность выработки топлива определяется следующими фак­торами: допустимой центровкой самолета, снижением нагрузки на крылья, уменьшением нагрева топлива за счет аэродинамического наг­рева от работающих двигателей и системы кондиционирования, зада­чами, выполняемыми самолетом (первоочередная выработка подвес­ного сбрасываемого бака на скоростных самолетах).

Система подачи топлива к двигателям

Система подачи топлива к двигателям включает в себя топлив­ный бак (обычно расходный бак), из которого непосредственно топ­ливо поступает к двигателю или двигателям (в зависимости от выб­ранной схемы); насосы высокого напора, которые обеспечивают тре­буемый расход и подпор топлива, поступающего к насосам-регуля­торам двигателя (насосы-регуляторы плунжерного типа для создания давления распыла на форсунках в камерах сгорания двигателя требу­ют повышенного давления на входе во избежание кавитации); топ­ливную магистраль от расходного бака с датчиком расходомера, сиг­нализатором давления топлива перед двигателем, перекрывным кра­ном дистанционного управления для отсечки топлива от двигателей в аварийной ситуации; кран кольцевания для питания двигателей от другого расходного бака (при схеме с несколькими расходными ба­ками).

Топливная система характеризуется высотой по­лета, до которой обеспечивается бесперебойная подача топлива к дви­гателям. Основными факторами, определяющими высотность топлив­ной системы, являются:

давление топлива перед насосом-регулятором двигателя.

Система перекачки топлива

Система перекачки топлива в расходный бак обеспечивает сохра­нение центровки самолета при выработке топлива двигателем за счет соблюдения заранее заданной очередности и порядка перекачки топ­лива из баков топливной системы в расходный бак.

Наибольшее распространение получили системы перекачки топли­ва в расходный бак с центробежными электроприводными насосами. На некоторых самолетах по условиям повышенных темпов перекач­ки применяются гидроприводные насосы или турбонасосы. В послед­нее время в системах перекачки находят широкое применение струй­ные насосы.

Системы перекачки со струйными насосами

Струйные насосы применяются для перекачки топлива, откачки остатков топлива из баков сложной конфигурации с большой поверх­ностью днища, которая характерна для крыльевых баков.

Малые габаритные размеры и масса, отсутствие подвижных час­тей и электропроводки определяют широкое применение их в топлив­ных системах, несмотря на меньший КПД, чем у другого вида на­сосов.

Привод струйных насосов осуществляется от насосов двигате­ля или электроприводных центробежных насосов.

Система дренажа наддува топливных баков

Надтопливное пространство баков сообщается с атмосферой с помощью системы дренажа. Сообщение надтопливного пространства с атмосферой нужно при заправке баков топливом, особенно при зак­рытой централизованной заправке для удаления - воздуха из баков, исключая противодавления воздуха при заполнении баков; при над­дуве баков для стравливания избытков воздуха в атмосферу; при изменении высоты полета для поддержания постоянства закона пе­репада давлений между надтопливным пространством и внешней ат­мосферой и т.д.

Система заправки топливом

Применяются два вида заправки:

а) открытая, при которой бак или группа баков заполняются топ­
ливом через открываемую заливную горловину бака, расположен­
ную в верхней точке бака.

б) централизованная, которая осуществляется под давлением
через топливный приемник, расположенный в нижней части самолета, в месте, удобном для обслуживания.

Дозаправка самолета топливом в полете осуществляется от са­молета-заправщика по шлангу, состыкованному с приемником топ­лива на заправляемом самолете.

Системы слива топлива

В топливной системе должны быть предусмотрены:

слив топлива в полете;

слив топлива из всех баков (или отдельных баков) на стоянке путем отсоса его топливозаправщиком;

слив отстоя топлива на земле.

Топливные баки

В зависимости от типа самолета, тепловых режимов работы кон­струкции, расположения на самолете применяются мягкие топливные баки, баки-отсеки фюзеляжа из легких сплавов, пластмасс или компо­зиционных материалов.

Мягкие топливные баки изготавливаются путем выклейки на раз­борных формах из теплостойкой резины и армировочной ткани по размерам и конфигурации соответствующим контейнеру-отсеку, в который помещается бак.

Сварная конструкция самолета позволяет использовать гермети­ческие емкости отсеков фюзеляжа и крыла в качесгве баков-отсеков.

Баки-отсеки, выполненные сборочными процессами, состоят из панелей внешней обшивки и стенок.

Подвесные баки применяются для увеличения дальности поле­та, обычно они сбрасываемые, но при необходимости самолеты мо­гут совершать посадку с пустыми подвесными баками.

Топливные насосы

Насосы в топливных системах необходимы для создания подпо­ра перед плунжерными насосами-регуляторами двигателя и для пе­рекачки топлива из бака в расходный бак.

Центробежные и осевые топливные насосы приводятся в дейст­вие электрическими двигателями постоянного или переменного то­ка, гидравлическими и пневматическими турбинами.

Гидротурбоприводной насос рпботает на использова­нии энергии высокого давления топлива, создаваемой насосом, уста­новленным непосредственно на двигателе, для вращения насоса пере­качки, установленного на топливном баке. Энергия передается че­рез турбину, установленную на рабочем колесе Топли­во от двигателя, отдавая энергию турбине насоса, приводит во вра­щение низконапорный насос с большим расходом.

Топливный насос с пневмотурбоприводом представляет собой агрегат, у которого насос работает от воздушной турбины. Сжатый воздух отбирается от компрессора двигателя и по трубопроводу под­водится к месту установки агрегата. Сжатый воздух вращает турби­ну и после передачи своей энергии турбине выбрасывается в атмос­феру.

Топливный бак – это емкость, в которой хранится жидкое топливо, он размещается непосредственно на борту самолета. От топливных баков идут топливные провода к силовой установке, что и обеспечивает ее питание горючим. Также на борту самолета могут размещаться баки для снабжения горючим отопительных систем.

Турбовинтовые и турбореактивные двигатели самолетов в своей работе используют авиационный керосин с дополнительными присадками. Легкомоторная авиация, оснащенная поршневыми силовыми установками, в качестве горючего использует бензин с высоким октановым числом.

Топливный бак в крыле самолета

В современном самолетостроении используют кессон-баки, они имеют вид герметичных полостей. В основном они устанавливаются в крыльях, стабилизаторе и киле. Это мягкие баки, изготовленные из резиновых материалов, это позволяет сохранить их целостность при перегрузках и ударах. Кроме того, подобный материал очень надежен и эффективно занимает отведенное пространство.

Иногда используют баки-отсеки, которые выполняют как роль топливной емкости, так и роль силового элемента. Чтобы предотвратить проливание топлива из кессон-баков, на истребителях используют губчатый наполнитель по типу поролона.

Большие авиалайнеры, которые предназначены для дальних перелетов, имеют несколько топливных баков, которые дополнительно оснащаются насосами. Все топливные баки соединяются между собой системой топливных проводов, которые позволяют использовать топливо из любого бака или производить его перекачку. Перекачка топлива из одного бака в другой возможна благодаря осуществлению более эффективной центровки летательного аппарата. Топливо из расходных баков перекачивается в запасные соответственно с разработанной программы расхода горючего в полете.

Топливные баки изготовленные из стандартных алюминиевых канистр

Нужно отметить, что сам процесс заправки топлива в баки самолета происходит также в соответствии с планом центровки. Горючее подается в баки аппарата под давлением из специального заправщика через горловину, после чего оно распределяется между баками.

Каждый топливный бак в самолете имеет так называемую горловину слива, через которую можно слить все топливо. После каждой заправки проводится открытие данной горловины, что позволяет слить осевший на дне бака конденсат или воду. Естественно, в баке не должно быть никаких примесей, иначе это может послужить причиной отказа двигателя и аварии.

Также самолеты имеют системы аварийного сброса топлива прямо в воздухе. Данная система необходима при выполнении аварийных посадок, непосредственно после взлета, поскольку допустимая масса посадки летательного аппарата значительно меньше, нежели взлетная масса.

Топливный бак в лонжероне

Боевые самолеты, которым необходимо выполнять боевые операции на большом удалении от базы, могут оснащаться дополнительными баками подвесного типа. Они имеют обтекаемую форму для улучшения общей аэродинамики и подвешиваются к фюзеляжу или крылу самолета. После выработки всего горючего они сбрасываются. Также подобные устройства применяются для перегонки самолетов на другие аэродромы дислокации, они, как правило, установлены в середине корпуса.

Подвесные топливные баки

Безопасность топливных баков

Боевые самолеты и некоторые пассажирские машины используют нейтральный газ для заполнения баков, который подается по мере расходования горючего. В качестве газа используют углекислоту или азот. Это позволяет предотвратить пожар на борту или взрыв топливного бака из-за механических повреждений. Подобную схему заполнения газами топливного бака использовали еще во Второй мировой войне, только в качестве газа использовали охлажденный выхлоп из коллектора двигателя.

Тема 10. Топливная система самолёта.

Общие сведения.

Система топливопитания предназначена для размещения на самолёте необходимого количества топлива для полёта и подачи его к двигателям на всех режимах полёта. В качестве топлива на современных самолетах применяется авиационный керосин марок Т-1, ТС-1, РТ и др.

К топливным системам, в соответствии с нормами летной годности, предъявляются общие требования в отношении надёжности, живучести, пожарной безопасности, массовых и габаритных характеристик, простоты конструкции, ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности.

Основные требования, предъявляемые к топливной системе:

Топливная система должна обеспечивать бесперебойное питание двигателей топливом на всех режимах полета;

В случае выключения подкачивающего насоса топливная система должна обеспечивать питание двигателей от МГ до взлетного режима на высотах до 2000 м с сохранением центровки и кренящих моментов в допустимых пределах;

- ёмкость топливных баков должна быть достаточной для выполнения полета на заданную дальность и должна включать аварийный (аэронавигационный) запас на 45 мин. полёта на крейсерском режиме (по нормам FAR и JAR);

Выработка топлива не должна существенно влиять на центровку ВС;

Топливная система должна быть безопасной в пожарном отношении;

Топливная система должна обеспечивать централизованную заправку, а также должна иметь приспособления для заправки под давлением;

Должна предусматриваться возможность аварийного слива топлива в полёте в случае, если максимальная масса ВС превышает допустимую из условий посадки;

Топливная система должна иметь возможность надежного и непрерывного контроля за очередностью и количеством выработки топлива, как в отдельном баке, так и в группе баков.

Система включает в себя топливные баки, систему дренажа топливных баков, систему централизованной заправки, системы подачи и перекачки топлива, систему централизованного слива отстоя топлива, систему сигнализации водного отстоя, органы управления и контроля топливной системы, топливомер и расходомер. На современных самолётах запасы топлива могут составлять от 20 до 50 процентов взлётной массы самолёта.

Для размещения топлива используют объёмы крыла и фюзеляжа. На пассажирских и грузовых самолётах топливо размещают в крыле, освобождая фюзеляж для полезной нагрузки.

По принципу размещения различают внутренние, подвесные, фюзеляжные, центропланные и консольные топливные баки, по характеру применения - расходные, предрасходные, балансировочные. Расходными называются баки, из которых топливо подаётся к двигателям. Предрасходными называются баки, из которых топливо подается в расходные баки. Балансировочными называются баки, из которых топливо перекачивается в другие топливные баки для обеспечения необходимой центровки самолёта.

Конструктивно топливные баки представляют собой герметичные отсеки воздушного судна, так называемые бакикессоны. От порядка выработки топлива из баков, обеспечиваемого автоматом расхода, зависит центровка самолёта. С целью обеспечения необходимой устойчивости по крену самолёта топливо из правых и левых баков вырабатывается равномерно с помощью автомата выравнивания или вручную.

Слив топлива из баков может производиться через сливные штуцеры, установленные на двигателях или через систему централизованной заправки.

На некоторых самолётах для уменьшения посадочного веса самолета предусмотрена система аварийного слива топлива. В этом случае система оснащается устройством, исключающим слив из баков топлива, потребного для питания двигателей при посадке.

Схема компоновки топливных баков на самолете-истребителе представлена на рисунке7.1.

Рис.7.1.Схема компоновки топливных баков на самолете-истрибителе

Из-за малых объемов конструкции крыльев основная масса топлива размещена в фюзеляжных мягких (с внутренним резиновым и наружным, создающим каркас бака, резинотканевым слоем) баках 3, размещенных сбоку от воздушных каналов 1 под обшивкой фюзеляжа. Жесткий топливный бак 6, сваренный из тонких листов алюминиево-марганцевого сплава, закреплен на конструкции в хвостовой части фюзеляжа под двигателем 4 и его выхлопной трубой 5.

Крыльевые баки-отсеки 7 и все фюзеляжные баки соединены трубопроводами с расходным баком-отсеком 2, из которого топливо подается к двигателю. В баке 2 размещен отсек отрицательных перегрузок, конструкция и топливная аппаратура которого позволяют подавать топливо к двигателю при любых маневрах самолета, в том числе и при перевернутом полете.

Герметичность (по имени легендарного египетского мудреца Гермеса Триждывеличайшего, которому, в числе прочего, приписывалось искусство прочной закупорки сосудов) баков-отсеков обеспечивается плотной постановкой заклепок в заклепочных швах и тепло-, морозо- и керосиностойкими герметиками (полимерными композициями, обеспечивающими непроницаемость швов) в местах соединения отдельных элементов конструкции.

Для увеличения дальности полета под крылом установлены подвесные топливные баки 8, топливо из которых вырабатывается на начальных участках полета и которые сбрасываются перед выполнением собственно боевой операции, так как они ухудшают маневренность и разгонные характеристики самолета. На военных самолетах широко применяется дозаправка топливом в полете путем перекачки топлива из баков самолета-заправщика.

Выбранное при компоновке самолета расположение, конфигурация и объемы топливных баков определяют порядок расходования топлива в полете и построение схемы топливной системы самолета.

Принципиальная схема топливной системы двухдвигательного пассажирского самолета

проиллюстрирована на рисунке 7.2.

Рис.7.2.Топливная система самолета представляет собой две автономные, аналогичные по конструкции системы: правую и левую, каждая из которых подает топливо к соответствующему двигателю.

В каждой половине (консоли) крыла передний и задний лонжероны совместно с верхней и нижней панелями крыла и герметическими нервюрами образуют три кессон-бака 1, 2 и 3.

Кессон-баки каждой консоли связаны трубопроводом 11, в котором установлен кран кольцевания (кран перекрестного питания) 12, обеспечивающий подачу топлива из левой группы баков в правую и наоборот. Трубопроводы топливной системы (топливопроводы) выполняются из алюминиевых и стальных труб.

Топливо из кессон-баков по трубопроводам 4, 5 и 6 с помощью спаренных (дублирующих друг друга) перекачивающих насосов 7 в определенном порядке перекачивается в размещенный внутри кессон-бака 1 расходный отсек 8, из которого спаренными подкачивающими насосами 9 под определенным давлением подается по трубопроводу 10 через перекрывной (противопожарный) кран 13 к агрегатам топливной системы на двигателе (подкачивающий насос 14, датчик расходомера 15, топливомасляный радиатор 16, топливный фильтр 17, насос-регулятор 18, после которого под высоким давлением через коллектор подается к форсункам камеры сгорания).

Дренаж топливных баков.

Дренажная (от англ. drain - осушать) система обеспечивает поддержание необходимой разницы давлений в надтопливном пространстве баков и окружающей атмосфере и уменьшение концентрации взрывоопасных паров керосина путем наддува (и вентиляции) баков воздухом через трубопроводы, выходящие к верхним точкам баков, за счет скоростного напора, воздухом от компрессоров двигателей или из бортовых баллонов, нейтральными газами из бортовых баллонов или специальных систем.

Дренаж топливных баков поддерживает в топливных баках заданное избыточное давление для: обеспечения бескавитационной работы насосов; обеспечения минимального внутреннего и внешних давлений на стенки баков; регулирования давления воздуха в баках при их заправке топливом и сливе его.

Для нормального функционирования топливной системы в надтопливном пространстве баков с помощью дренажных устройств поддерживается давление, значение которого определяется прочностью баков и кавитационными свойствами подкачивающих насосов. Дренаж баков может быть открытым либо закрытым. При открытом дренаже надтопливное пространство баков сообщается с атмосферой трубопроводом, конфигурация которого исключает вытекание топлива из баков при выполнении эволюции воздушного судна. Давление в баках зависит от формы заборного патрубка и располагаемого скоростного напора набегающего потока воздуха. При закрытом дренаже воздух для подачи в баки отбирается за компрессором двигателя. В этом случае устанавливаются клапан наддува, поддерживающий требуемое давление, и предохранительные клапаны.

Дренаж баков в большинстве случаев осуществляется открытой системой дренажа через дренажный отсек, соединенный трубопроводами с атмосферой через воздухозаборники.

Для предохранения системы дренажа при закупорке в трубопроводы, идущие от воздухозаборников дренажа, вварены патрубки, в которых установлены вакуумные клапаны дренажа, открывающиеся при создании в трубопроводе разрежения, предохраняя его от смятия.

Системы подачи и перекачки топлива.

Систему выработки топлива условно можно разбить на систему перекачки топлива и систему подачи его к двигателям. Схема подачи топлива к двигателям определяется количеством топливных баков, двигателей и их компоновкой на самолёте.

На многодвигательных самолётах применяются общие (централизованные), раздельные и автономные системы подачи топлива (см. рис. 8.1.). В общей системе топливо подается через расходный бак ко всем двигателям. В раздельных системах топливо подаётся к каждому двигателю от определённой группы баков. Автономные системы обеспечивают питание каждого двигателя из своего бака. Подача топлива к двигателям осуществляется из расходного (расходных) отсека с помощью насосов подкачки.

Рис.7.3. Классификация систем подачи топлива к двигателям: а - общая; б - раздельная; в - автономная; РО - расходный отсек; ПК - перекрывной кран; КК - кран кольцевания

В расходном баке размещаются, как правило, два насоса подкачки, которыми топливо подаётся к двигателям, датчики топливоизмерительной аппаратуры, элементы предохранения бака от переполнения при перекачке в него топлива из других баков, а также устройства, разгружающие стенки бака от чрезмерного давления. Бесперебойная работа двигателя на режимах полёта с нулевыми или отрицательными перегрузками обеспечивается встроенным в конструкцию расходного топливного бака противоперегрузочным отсеком, в котором устанавливается насос подкачки, либо топливным аккумулятором. Принцип действия противоперегрузочного отсека основан на том, что топливо из бака свободно поступает в отсек и заполняет его, но при отливах топлива в расходном топливном баке оно из отсека уйти не может. Объём отсека обеспечивает работу насоса в течение заданного расчетного времени действия перегрузок, в результате которых произошёл отлив топлива в расходном топливном баке.

Подача топлива к насосам высокого давления двигателей для обеспечения их бескавитационной работы производится при двухступенчатом повышении давления. Вначале давление повышается баковыми насосами подкачки, а затем двигательным насосом. В магистралях подачи топлива в двигатели устанавливаются обратные клапаны, краны кольцевания, топливные аккумуляторы, обеспечивающие питание двигателей топливом на режимах полёта с околонулевыми и отрицательными вертикальными перегрузками, перекрывные краны, датчики расходомёров, топливомасляные теплообменники и фильтры.

Топливные фильтры снабжаются перепускными клапанами, через которые обеспечивается питание двигателя топливом в случаях засорения или обледенения фильтра.

Наличие линии кольцевания с кранами кольцевания обеспечивает подачу топлива в любой двигатель при отказах в подкачивающей магистрали любого расходного бака, а также служит для выравнивания количества топлива в симметричных баках.

Топливный аккумулятор (см. рис. 7.4.) представляет собой цилиндрический или сферический сосуд, разделённый прорезиненной мембраной на две полости - воздушную и топливную. Воздушная полость находится под давлением сжатого воздуха. Топливная полость соединена с трубопроводом, идущим от подкачивающего насоса к двигателю, и при работающем подкачивающем насосе заполнена топливом, так как давление воздуха в воздушной полости меньше минимально возможного давления топлива. При этом мембрана прижата к стенкам сосуда

и весь его объём заполнен топливом. При отливе топлива от насоса давление в трубопроводе за ним падает, сжатый воздух давит на мембрану и она вытесняет топливо из топливной полости в магистраль подкачки (проходу топлива в насос препятствует установленный в магистрали обратный клапан). Вместимость топливного аккумулятора определяется расчётным временем действия перегрузок, приводящих к отливу топлива от насоса.

Рис. 7.4. Топливный аккумулятор: 1 - полусфера; 3 - резинотканевая мембрана; 4 - прокладки; 5 - болт; 6 - штуцер трубопровода отвода газов; 7 - диафрагма; 8 - полусфера; 9 - патрубок отвода топлива; 10 - профиль; 11 - стыковые кольца; 12 - патрубок подвода топлива; 13 - штуцер сливного крана; 14 - штуцер трубопровода наддува

Подача топлива в двигатели контролируется сигнализаторами давления, датчики которых устанавливаются за каждым баковым насосом подкачки и на входе в насос высокого давления двигателя, а также сигнализаторами перепада давления, характеризующими состояние фильтров. Сигнализация осуществляется обычно на мнемосхеме топливной системы в кабине экипажа.

Системы перекачки топлива выполняют различные функции и могут быть подразделены на основную, вспомогательную и балансировочную. Основная система перекачки топлива обеспечивает подачу топлива из баков в расходные отсеки в определённой очередности. Вспомогательные системы обеспечивают откачку топлива из дренажных бачков, выработку остатков топлива из баков и т.д. Система балансировочной перекачки обеспечивает необходимую центровку самолёта.

Для повышения надёжности работы в баках устанавливают по два электрических центробежных насоса. В последнее время в системах перекачки топлива дополнительно используются струйные насосы.

Примером наиболее характерной топливной системы может служить самолёт Ту-154, на котором используется централизованная топливная система (см. рис. 7.5.). Ко всем трём двигателям этого самолёта топливо подаётся из общего расходного бака, а из остальных баков топливо перекачивается в расходный бак по определённой программе. Для обеспечения равного расхода топлива, перекачиваемого в расходный бак из баков левого и правого крыла, используется порционер.

Рис. 7.5. Принципиальная схема топливной системы с расходным баком: 1 - кессон-бак расходный; 2, 3, 4 - кессон-баки; 5 - насосы перекачки; 6 -подкачивающий насос; 7 - порционер; 8 - блок обратных клапанов; 9 - обратные клапаны

На самолёте Ил-76 топливо в процессе выработки перекачивается в расходные отсеки последовательно из резервных и дополнительных баков перекачивающими насосами, установленными по два насоса в каждом баке. Из расходных отсеков, установленных в главных баках, топливо подается к двигателям двумя подкачивающими насосами. Управление порядком выработки топлива производится системой управления и измерения топлива, работающей от сигнализаторов уровня топлива в очередных баках.

На самолете Як-42 топливо размещено в трех кессонах (см. рис. 7.6.) - двух крыльевых и одном центропланом (среднем).

Рис.7.6. Топливная система самолета Як - 42

Органы управления агрегатами топливной системы размещены на верхнем пульте кабины экипажа и пульте управления ВСУ.

На щитке топливной системы расположены:

АЗР-ы "НАСОСЫ ВКЛ. ОТКЛ." для управления подкачивающими насосами;

Зеленые светосигнализаторы наличия давления топлива за насосами;

Желтые светосигнальные табло "НЕТ ДАВЛ. ТОПЛ." сигнализации падения давления топлива на входе в двигатель;

Выключатели "ЛЕВ. КРАН КОЛЬЦ." и "ПРАВ. КРАН КОЛЬЦ." для ручного управления кранами кольцевания;

Выключатель "ОТКЛ. АВТОМ. КРАН КОЛЬЦ." для автоматического управления кранами кольцевания. В исходном положении выключатель закрыт крышкой, законтрен и опломбирован.

В таком положении выключателя краны кольцевания открываются автоматически только в полете (при разжатой левой опоре), если обесточена сеть переменного тока 200В или загорелось одно из табло "320 кг".

Желтые и зеленые лампы кранов кольцевания, которые срабатывают так же, как соответствующие лампы пожарных кранов;

Светосигнальные табло "670 ЛЕВ., СРЕДН., ПРАВ.", "320 ЛЕВ., СРЕДН., ПРАВ." для сигнализации остатка топлива;

Кнопка "КОНТРОЛЬ СИГНАЛИЗАТОРОВ" для проверки сигнализаторов СУИТЗ.

Контроль работоспособности сигнализаторов остатка топлива "870" и "320" выполняется при заполненных топливных кессонах. Четыре пожарных крана (три для двигателей Д-36 и один для ВСУ) управляются четырьмя переключателями "ПОЖАРНЫЕ КРАНЫ ТОПЛИВА", расположенными на панели "ПРОТИВОПОЖАРНАЯ СИСТЕМА" на верхнем пульте. Закрытое и открытое положения пожарных кранов контролируются четырьмя желтыми и четырьмя зелеными сигнальными лампами, размещенными там же.

Система управления и измерения топлива предназначена для:

Измерения количества топлива в центропланном (среднем) кессоне и в каждом крыльевом (левом и правом) кессонах и выдачи информации на индикатор, установленный на приборной доске;

Измерения суммарного количества топлива в кессонах и выдачи информации на индикатор, установленный на приборной доске;

Измерения заправляемого количества топлива в центропланном (среднем) кессоне и в каждом крыльевом (левом и правом) кессонах;

Выдачи на табло "ТОПЛИВО 870", установленные на верхнем пульте в кабине экипажа, сигналов остатка топлива в центропланном кессоне 870 кгс и в каждом крыльевом кессоне 870 кгс;

Выдачи на табло "ТОПЛИВО 870" дублирующих сигналов остатка топлива 650 кгс по каждому кессону;

Выдачи на табло "ТОПЛИВО 320", установленные на верхнем пульте, сигналов остатка топлива в центропланном кессоне 320 кгс и в каждом крыльевом кессоне 320 кгс;

Выдачи сигналов о суммарном количестве топлива в самолетный ответчик и МСРП-64М-2.

Суммарное количество топлива определяется по показаниям трехразрядного барабанчикового счетчика, а количество топлива в каждом кессоне - по показаниям трех индексов профилей индикатора, которые устанавливаются против деления шкалы, соответствующего количеству топлива в кессоне.

Работа измерительной части основана на измерении электрической емкости датчиков, изменяющейся с изменением уровня топлива в баках. Электроёмкостные датчики выполняются в виде конденсатора из коаксильно расположенных труб. Работа автоматической части управления расходом и заправкой основана на свойстве катушки индуктивности датчика - сигнализатора изменять индуктивное сопротивление от перемещения в ней стального сердечника при изменении уровня топлива. Измерение количества топлива в баке при помощи поплавково-рычажных топливомеров основано на принципе преобразования с помощью реостата перемещения поплавка в электрический сигнал.

Для измерения мгновенного расхода топлива каждым двигателем и остатка топлива в баках для каждого двигателя предназначен расходомер. Крыльчато-тахометрический расходомер представляет собой преобразователь, генерирующий электрический сигнал, пропорциональный расходу протекающего топлива и состоящий из расходомерной трубы, в которой установлена лопастная турбина, и системы измерения скорости вращения турбины.

Каждый из трех двигателей Д-36 и ВСУ питается топливом из соответствующего топливного кессона и имеет автономные трубопроводы питания топливом и агрегаты подачи топлива.

Топливо к двигателям подается под давлением подкачивающими насосами, установленными в кессонах. К каждому боковому двигателю Д-36 топливо из кессонов подается двумя электроприводными подкачивающими насосами, включенными в магистраль питания параллельно. Средний двигатель питается топливом от двух электроприводных подкачивающих насосов, установленных в среднем кессоне.

К магистральным трубопроводам питания двигателей Д-36 подсоединены обратные самотечные (обратные запорные) клапаны, предназначенные для подачи топлива к двигателям самотеком в случае отказа подкачивающих насосов. Кроме того, для обеспечения питания двигателей топливом под давлением при отказе отдельных подкачивающих насосов

магистральные трубопроводы питания боковых двигателей соединены с магистралью питания среднего двигателя через два крана кольцевания трубопроводом кольцевания.

В магистрали питания двигателей Д-36 включены топливные аккумуляторы и электроприводные перекрывные пожарные краны.

Питание топливом ВСУ осуществляется из центропланного кессона пусковым насосом постоянного тока. При работе подкачивающих насосов расходный отсек всегда (кроме случая отрицательной перегрузки) заполнен топливом. Топливо в расходный отсек боковых кессонов подается двумя струйными насосами, в расходный отсек среднего кессона четырьмя струйными насосами, использующими для своей работы активное топливо, отбираемое от подкачивающих насосов.

В стенках расходного отсека установлены три обратных клапана, обеспечивающие приток топлива в расходный отсек в случае питания двигателя на самотеке.

Система дренажа - открытого типа, с отбором воздуха для подачи в топливные кессоны непосредственно из атмосферы. Каждый боковой кессон имеет свою систему дренажа.

Для дренажирования среднего кессона в верхнюю его часть из дренажных отсеков боковых кессонов выведены два дренажных трубопровода.

Если разница топлива в симметричных баках превысит допустимую величину, его количество выравнивается следующим образом:

Открываются краны кольцевания симметричных двигателей;

Отключаются подкачивающие насосы двигателя с меньшим остатком топлива и вырабатывается топливо из баков двигателя с большим остатком до выравнивания его количества;

Включаются ранее выключенные подкачивающие насосы;

Закрываются краны кольцевания.

При отказе двух насосов в одном баке двигатели питаются самотеком. Полет выполняется с минимальными эволюциями на высоте, обеспечивающей устойчивую работу двигателя.

При всех обесточенных насосах полет выполняется с минимальными эволюциями до ближайшего аэродрома.

Перед полетом экипаж обязан:

Принять доклад от авиатехника о количестве и сорте заправленного топлива;

Убедиться, что слит отстой топлива и в нем отсутствуют механические примеси и вода, а в зимнее время кристаллы льда. Произвести внешний осмотр самолета, при этом проверить, нет ли течи бензина, проверить заправку самолета топливом. После посадки в кабину необходимо включить и проверить исправность топливомера, суммарное количество топлива в баках и количество топлива отдельно в левом и правом крыле. Контроль за расходом топлива в полете осуществлять по топливомеру и часам. Загорание сигнальной лампы с красным светофильтром на световом табло ОСТАТ. ТОПЛ. указывает пилоту на то, что в баках осталось на 30 мин полета.

Заправка самолёта топливом.

Применяются два вида заправки: первый - раздельное заполнение одного или нескольких баков через открываемую сверху горловину - так называемая верхняя, или открытая, заправка и второй - централизованная заправка под давлением через один или несколько штуцеров, расположенных в нижней части самолёта, в месте, удобном для обслуживания

Централизованная заправка самолёта топливом под давлением имеет значительные эксплуатационные преимущества перед открытой заправкой через заливные горловины, установленные в каждом баке, так как она более удобна и существенно сокращает время заправки, особенно при большой вместимости топливной системы. Кроме того, исключается возможность попадания в баки посторонних включений, улучшаются условия пожарной безопасности. Однако необходимое для применения централизованной заправки дополнительное оборудование топливной системы самолёта (в том числе предохраняющее баки от повышения допустимого давления) усложняет конструкцию и приводит к некоторому увеличению её массы.

Порядок заправки топливных баков должен обеспечивать нормальную центровку самолёта и обычно противоположен порядку выработки топлива.

Заправка баков осуществляется через штуцеры централизованной заправки. За штуцерами установлены магистральные краны заправки, а на входе трубопроводов в баки - краны заправки и гидроуправляемые клапаны.

При заполнении какого-нибудь бака сигнализатор заправки системы выдает сигнал на закрытие V крана заправки этого бака, кран автоматически закрывается и загорается его светосигнализатор. Аналогично автоматически закрываются краны всех заполненных баков. Если какой-нибудь из кранов не закрылся автоматически, то с повышением уровня топлива в баке закрывается поплавковый клапан и поступление топлива в бак все равно прекращается. Симметричные баки разных полукрыльев заправляются одновременно.

При заправке необходимо следить, чтобы разность в количестве топлива в баках левого и правого полукрыльев была не более 1000 кг.

При необходимости неполной заправки какого-нибудь бака заправку можно прекратить ручным закрытием соответствующего крана заправки. Кран закроется и автоматически, если предварительно установить кремальеру соответствующего индикатора на отметку требуемого количества заправляемого топлива. При необходимости применяется топливо с противообледенительными присадками "И", "И-М", "ТГФ" и "ТГФ-М" в количестве не более 0,3% по объему. В качестве антистатического присадка допускается применение "СИГБОЛА".