CN102358429A

CN102358429A - 一种并列分布式油箱系统

Info

Publication number: CN102358429A
Application number: CN2011102578328A
Authority: CN
Inventors: 张炜; 徐孝武; 蒋坤; 吕佩剑; 张冰融
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: CN102358429B

Abstract

本发明公开了一种并列分布式油箱系统，五个油箱沿飞机纵向依次分布，沿以飞机重心为原点的体轴系中的纵轴和横轴对称分布，两个防气泡油箱或配重块在飞机左右两侧对称分布，各个油箱之间通过连接件和软橡胶油管按照规定的供油路线次序进行连接，能够克服由于燃油消耗造成飞翼布局飞机的重心位置的明显变化；在飞行过程中一侧发动机熄火，或者两侧发动机的动力不对称导致吸油不均的情况下也能够保证重心位置没有变化。另外，本发明制作简单、成本低、周期短，且实用可靠，使用方便，并可根据具体的飞机尺寸制作各种大小尺寸的燃油系统，特别适用于小型涡喷飞翼布局无人验证机。

Description

一种并列分布式油箱系统

技术领域

本发明涉及一种油箱系统，尤其是针对小型飞翼布局无人机设计的一种油箱系统。

背景技术

与常规布局飞机相比，飞翼式气动布局主要有减重、减阻等优势。但是，采用飞翼布局也带来了一系列问题，如纵向稳定性较弱，飞机对纵向重心位置的敏感，纵向配平的问题等等。近年来，国内也逐渐展开了对飞翼布局飞机的多方面研究。随着遥控航模技术和自动控制技术的快速发展，缩比验证机飞行试验技术由于其低成本、低风险和短周期的特点而越来越受到重视。

对于小型飞翼布局验证机，为了达到更好的验证效果，保证飞行试验的有效性，并且保证足够的燃油装载进行长时间飞行，通常需要采用较高的燃油系数设计。现有的涡喷发动机的航模飞机的油箱多采用玻璃钢制作，制作成本低，可靠性好，但燃油装载量有限，对于安装耗油率很高的涡喷发动机的无人机来讲，不能够保证进行长时间飞行，滞空时间太短，因而难以有效的进行飞行试验。

当无人机的设计燃油系数较高时，对于常规布局飞机，由于机身尺寸相对较大，而且飞机的纵向稳定余度一般都较大，因而可以直接在重心位置处增加油箱体积，燃油消耗过程中，不会产生明显的影响。但对于翼身融合的飞翼布局无人机来讲，一方面燃油系数设计要求会更高，机身厚度有限，难以通过直接增加油箱体积满足要求；另一方面，由于飞翼布局飞机对重心纵向位置敏感，如果单纯的增加油箱体积，在飞行过程中由于燃油晃动可能会导致重心位置出现较大变化，从而造成飞机操纵和配平问题的不足，影响安全飞行。

发明内容

为了克服现有技术由于燃油消耗导致飞翼布局飞机的重心位置明显变化，造成飞机操纵和配平问题的不足，本发明在现有的航空模型飞机的油箱制作技术的基础上，针对小型飞翼布局无人机设计了一种专用的并列分布式油箱组成的燃油系统，保证在正常飞行中的任何时段，飞机的重心位置都不会出现较大的改变。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括七个油箱，其中包括五个容积相等的主油箱和两个容积相等的防气泡油箱。1号至5号油箱作为主油箱沿飞机纵向依次分布，沿以飞机重心为原点的体轴系中的纵轴和横轴对称分布；6号油箱和7号油箱作为防气泡油箱在飞机左右两侧对称分布，具体位置可根据机身内部装载布置进行调整，只要满足机身重心配平要求即可。各个油箱之间通过连接件和软橡胶油管按照规定的供油路线次序进行连接。在加油时防气泡油箱首先加满油，将其中的空气全部排除，然后开始给主油箱加油；燃油消耗过程中，防气泡油箱中始终保持满油，直到所有燃油消耗完，通过这两个油箱直接给发动机供油可以保证发动机不会吸入气泡。理论上增加主油箱的数量，减小单个油箱的体积会更好的达到维持重心位置的效果，但一方面每增加一级油箱都会导致加油和供油时各油箱之间的压差阻力增大，影响加油速度和供油效率；另一方面增加油箱个数会增加油箱之间的连接，使连接更加复杂，同时又增加和重量。因此权衡利弊，并根据燃油系数的大小，最终采用五加二的布局。

6、7号油箱分别直接给左、右侧发动机供油；3号油箱同时分别与6、7号油箱相连；2、4号油箱分别与3号油箱相连，5号油箱与2号油箱相连，1号油箱与4号油箱相连；1号和5号油箱的顶部分别引出进气管与大气连接，保证发动机油泵的吸油顺畅。由6、7号油箱分别引出的两路油管通过金属气密元件三通连接，引出另一路油管与专用的受油阀气密元件相连，此元件在连接加/抽油口元件时保持畅通，否则自动关闭，以此保证油路的气密性。

对于单发的无人机，仅需使用一个防气泡油箱直接给发动机供油，即采用五加一的布局，1号至5号油箱作为主油箱沿飞机纵向依次分布，沿以飞机重心为原点的体轴系中的纵轴和横轴对称分布；6号油箱作为防气泡油箱在飞机任意一侧，另一侧对称分布一个配重块，防气泡油箱具体位置可根据机身内部装载布置进行调整，其它连接方式均与双发的无人机一样。

燃油消耗过程中，根据虹吸现象，燃油先由1号和5号油箱中分别吸入4号和2号油箱，然后同时吸入3号油箱，再分别吸入6号和7号油箱，使得这两个防气泡油箱始终保持满油，保证在飞行过程中给发动机连续供油。飞行前加油时，将加油口插入受油阀，先加满两个防气泡油箱，然后依次是3号油箱，2、4号油箱，最后加满1号和5号油箱。飞行结束后，同样通过受油阀可将剩余的燃油完全抽出，抽油顺序与发动机消耗燃油的顺序相同。

本发明的有益效果是：油箱加满油后的重心位置与飞机的重心位置重合，按照此方法布置燃油系统，能够保证在正常飞行中的任何时段，飞机的重心位置都不会较大改变，不会影响到安全飞行。如果在飞行过程中一侧发动机熄火，或者两侧发动机的动力不对称导致吸油不均，由于共用了位于飞机重心位置处的3号主油箱，因而不会导致另外四个主油箱的相对横轴不对称，引起重心位置沿飞机纵轴移动。由于燃油消耗过程中仅有其中的两个主油箱中的燃油位置会随飞机左右晃动而沿横轴移动，且飞翼布局的飞机横向结构重量分布均匀，因而在横轴方向上燃油重心的移动影响很小。

如果在飞行过程中由于某些不确定的因素造成左侧发动机供油和右侧发动机供油的速度有所偏差，由于左侧供油路线中的5号、2号油箱和左侧供油路线中的1号、4号油箱在飞机纵轴方向上交叉分布，因而能最小限度的减小整机重心位置的移动。由于单个主油箱的尺寸在飞机的纵向相对很小，因此无论在抬头起飞和降落过程中，或者飞行过程中的俯仰角有较大变化时，单个油箱内的燃油移动均不会造成对整机重心比较大的影响。

附图说明

图1：油箱排列分布俯视原理图；

图2：供油路线原理图；

图3：燃油系统结构示意图；

图4：主油箱结构示意图；

图5：防气泡油箱结构示意图；

图6：连接件1结构示意图；

图7：连接件2结构示意图；

其中：1-1号油箱；2-2号油箱；3-3号油箱；4-4号油箱；5-5号油箱；6-6号油箱；7-7号油箱；8-左侧发动机供油管；9-右侧发动机供油管；10-三通；11-受油阀；12-连接件2；13-连接件1；14-重锤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本实施例为用于一架小型双发涡喷飞翼布局无人机的燃油系统，飞机起飞总重约45kg，燃油总重11kg。

如图3所示，本发明共包括七个油箱，有序连接在一起组成供油系统。所有油箱均以玻璃钢制作而成。如图4所示，1、2、4、5号油箱均在侧面和上表面的中心位置各预留一个孔；3号油箱两侧面各留一孔，上表面留两个孔；如图5所示，6、7号防气泡油箱上下表面各留一孔，前方侧面留一孔；所有孔的直径均为16mm。

如图6所示，连接件1由一铝金属件(普通硬铝加工件)和对应大小的铜管(普通黄铜加工件)通过环氧树脂粘接而成，铝金属件尺寸保证能够刚好扣在油箱预留的孔上；铜管长度保证与铝金属件粘接后，向油箱内伸出1mm，向外伸出6mm，用来连接软橡胶油管；粘接牢固以后直接用环氧树脂将其扣粘在主油箱的上表面孔和防气泡油箱的上下表面的孔上。如图7所示，连接件2的铝金属件和连接件1一样，制作方法也一样，只是铜管长度保证与铝金属件粘接后，向油箱内伸出10mm，向外伸出6mm，；制作完成后将内侧铜管与长度约为对应油箱长度2/3的软橡胶油管相连，油管末端连接重锤，以保证吸油从油箱底部开始；然后将重锤塞入油箱内，用环氧树脂将连接件2与油箱剩余孔扣粘牢固。所有主油箱的上表面的孔均采用连接件1，两侧的孔采用连接件2；防气泡油箱的上下表面的孔采用连接件1，前侧面孔采用连接件2。注意：所有粘接进行之前均要用较粗糙的砂纸将粘接表面打毛，并用酒精擦拭干净，以保证粘接牢固。

所有油箱都粘牢之后再对油箱的气密性分别进行检测，通过气泵向油箱内加压，放入水中检查是否有漏气口。如若发现漏气，将漏气处周围用砂纸打毛，并用酒精擦拭干净，然后用玻璃布和酒精稀释的环氧树脂对漏气处进行修补，根据漏气严重程度使用2-3层玻璃布。

检验完成后，如图3所示，用软油管将各个油箱连接在一起：1号和5号油箱的上表面的连接件分别引出进气管环绕于油箱上面；1号油箱侧面的连接件引出油管与4号油箱顶部连接件相连，4号油箱侧面的连接件引出油管与3号油箱顶部左边的连接件相连；5号油箱侧面的连接件引出油管与2号油箱顶部连接件相连，2号油箱侧面的连接件引出油管与3号油箱顶部右边的连接件相连；3号油箱左右两侧分别引出油管与左右两个防气泡油箱顶部连接件相连；两个防气泡油箱由前侧的连接件引出油管，分别与左右两侧的发动机油路相连，给发动机供油；由两个防气泡油箱底部的连接件连出的两路油管通过金属气密元件三通连接，引出另一路油管与专用的受油阀气密元件相连，固定于飞机背部的控制面板上，方面飞行前加油和飞行后抽油。

对于单发的无人机，仅需使用一个防气泡油箱直接给发动机供油，即采用五加一的布局，包括六个油箱，其中包括五个容积相等的主油箱和一个防气泡油箱，1号至5号油箱作为主油箱沿飞机纵向依次分布，沿以飞机重心为原点的体轴系中的纵轴和横轴对称分布，6号油箱作为防气泡油箱在飞机任意一侧，另一侧对称分布一个配重块，各个油箱之间通过连接件和软橡胶油管按照规定的供油路线次序进行连接；6号油箱直接给发动机供油，3号油箱与6号油箱相连；2、4号油箱分别与3号油箱相连，5号油箱与2号油箱相连，1号油箱与4号油箱相连；1号和5号油箱的顶部分别引出进气管与大气连接；由6号油箱分别引出的两路油管通过金属气密元件三通连接，引出另一路油管与专用的受油阀气密元件相连，此元件在连接加/抽油口元件时保持畅通，否则自动关闭。

Claims

1.一种并列分布式油箱系统，包括七个油箱，其特征在于：其中包括五个容积相等的主油箱和两个容积相等的防气泡油箱，1号至5号油箱作为主油箱沿飞机纵向依次分布，沿以飞机重心为原点的体轴系中的纵轴和横轴对称分布，6号油箱和7号油箱作为防气泡油箱在飞机左右两侧对称分布，各个油箱之间通过连接件和软橡胶油管按照规定的供油路线次序进行连接；6、7号油箱分别直接给左、右侧发动机供油；3号油箱同时分别与6、7号油箱相连；2、4号油箱分别与3号油箱相连，5号油箱与2号油箱相连，1号油箱与4号油箱相连；1号和5号油箱的顶部分别引出进气管与大气连接；由6、7号油箱分别引出的两路油管通过金属气密元件三通连接，引出另一路油管与专用的受油阀气密元件相连，此元件在连接加/抽油口元件时保持畅通，否则自动关闭。

2.根据权利要求1所述的并列分布式油箱系统，其特征在于：包括六个油箱，其中包括五个容积相等的主油箱和一个防气泡油箱，1号至5号油箱作为主油箱沿飞机纵向依次分布，沿以飞机重心为原点的体轴系中的纵轴和横轴对称分布，6号油箱作为防气泡油箱在飞机任意一侧，另一侧对称分布一个配重块，各个油箱之间通过连接件和软橡胶油管按照规定的供油路线次序进行连接；6号油箱直接给发动机供油，3号油箱与6号油箱相连；2、4号油箱分别与3号油箱相连，5号油箱与2号油箱相连，1号油箱与4号油箱相连；1号和5号油箱的顶部分别引出进气管与大气连接；由6号油箱分别引出的两路油管通过金属气密元件三通连接，引出另一路油管与专用的受油阀气密元件相连，此元件在连接加/抽油口元件时保持畅通，否则自动关闭。