CN104169170B - 惰化装置、配设有此装置的燃料箱和航空器以及相应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加压的航空器燃料箱、即配设有主容器(2)和单独的溢流空间(3)的燃料箱的惰化装置，所述装置包括富氮气体的发生器(1)，用于传送由发生器(1)所产生的富氮气体的回路(4、5)，所述传送回路(4、5)包括连接至发生器(1)的上游端，可连接至主容器(2)的第一下游端(4)和可连接至溢流空间(3)的第二下游端(5)，所述装置包括用于测量代表在溢流空间(3)的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3‑Pa)的信息的多个传感器(6、7)，所述装置还包括用于从多个传感器(6、7)接收测量值的电子逻辑电路(8)，所述电子逻辑电路(8)连接至发生器(1)和/或传送回路(4、5)，并且设计成当溢流空间的内部和所述外部之间的压力差(P3‑Pa)降到预定的阈值S以下时，控制富氮气体流供应到第二下游端(5)。

Description

惰化装置、配设有此装置的燃料箱和航空器以及相应的方法
技术领域
本发明涉及一种惰化装置、配设有此装置的燃料箱和航空器以及相应的方法。
本发明更具体地涉及一种用于加压类型的航空器燃料箱、即用于配设有主容器和单独的溢流空间的燃料箱的惰化装置。
背景技术
惰化装置可用于保护燃料箱，尤其是例如为固定翼飞机或直升机的航空器的燃料箱。
惰化装置通过富有惰性气体(氮气)的气体来代替燃料箱的气态顶部空间，该富有惰性气体(氮气)的气体可由例如为“OBIGGS”的发生器生产。这些燃料箱通常借助于溢流空间(有时在英语中称作“排气盒(venting box)”)连接至外部(大气)。溢流空间是与容纳液体燃料的箱的容器连通的空间，然而此溢流空间在正常情况下不容纳任何液体燃料。
文献US8074932涉及一种用于分配受到环境压力的飞机燃料箱内部的富氮气体的系统。根据此文献，在飞机的下降阶段，富氮气体被注入到位于连通的机翼燃料箱和应急储备燃料箱之间的混合室中。机翼燃料箱与中央燃料箱连通，而应急储备燃料箱借助于自由开口与外部连通。视情况而定，可在机翼燃料箱中设置氧传感器以便确保分配系统能够确定浓度是否是可接受的。
此装置在一定程度上是符合要求的，然而它不能允许在任何情况下都有效使用富氮空气并且它需要位于两个较远的燃料箱之间的混合盒。此外，氧浓度的检测是困难的，并且不能提供确保整个燃料箱中的氧浓度所需要的数据。最后，此构型和此功能不能很好地适用于压力下的燃料箱。
本发明更具体地涉及一种称为处于“压力下”的燃料箱。也就是说，溢流空间借助于两个孔与大气连通，每个孔均配设有止回阀(英语中的“check valve”)。第一“上升”阀仅在溢流空间内部的压力超出大气压力一预定值(其与阀的标定相对应)时才会打开以便导致气体从燃料箱中离开。这使得能够(尤其在航空器上升时)限制溢流空间相对于外部压力的超压(并且因此限制燃料箱的超压)。
第二“下降”阀仅在大气压力超出溢流空间内部的压力一预定值(其与阀的标定相对应)时才会打开以便导致气体进入燃料箱。这使得能够(尤其在航空器下降时)保持溢流空间内部相对于外部压力的欠压(并且因此保持燃料箱内部的欠压)。
一般来说，这些燃料箱包括由挡板隔开的多个隔室，该挡板配设有允许流体交换的开口。理想地，富氮气体优选注入至燃料箱的不同部分，以此来使燃料箱内的氧浓度尽可能地均匀。然而富氮气体的注入点受制于相互冲突的需求。事实上，当航空器上升时，在燃料箱中的气体的一部分会随着大气压力降低而自然地向着大气排出。因此，为了优化燃料箱内部的气态氧浓度的下降，注射富氮气体的最合适的点一定要尽可能的远离由上升阀控制的出口孔。相反地，在航空器的下降阶段(或高燃料消耗阶段)，大气空气经由下降阀被允许进入至燃料箱中并且增加了燃料箱内部的氧的量(多达21％)。在这种情况下，注射富氮气体的最合适的点一定要尽可能的接近由下降阀控制的出口孔。因此，这两个要求是矛盾的。
发明内容
本发明的一个目标是克服上文中所提到的现有技术的全部或部分缺陷。
为此，除了符合前文所提供的概括限定以外，根据本发明的装置的主要特征在于，所述装置包括用于富氮气体的发生器，用于传送由发生器所产生的富氮气体的回路，所述传送回路包括连接至发生器的上游端，可连接至主容器的第一下游端和可连接至溢流空间的第二下游端，所述装置包括用于测量代表溢流空间的内部和燃料箱的外部之间的压力差的数据的多个传感器，所述装置还包括用于从所述多个传感器接收测量值的电子逻辑电路，该电子逻辑电路连接至发生器和/或传送回路，并且设计成当溢流空间的内部和(燃料箱的)外部之间的压力差降到预定的阈值S以下时，控制富氮气体流供应到第二下游端。
此外，本发明的实施例可包括一个或多个下列特征：
–所述电子逻辑电路设计成仅当溢流空间的内部和燃料箱的外部之间的压力差降到预定的阈值以下时，才会控制富氮气体流供应到第二下游端，
–所述传送回路的第二下游端包括用于有选择的控制意在供应至溢流空间的富氮气体的流量的阀，所述阀由电子逻辑电路操作，
–所述传送回路的第一下游端包括用于有选择的控制意在供应至主容器的富氮气体的流量的阀，所述阀由电子逻辑电路操作，
–所述传送回路的第一和第二下游端并联地连接至回路的上游端，所述回路包括用于在第一和第二下游端之间有选择的调整源自发生器的富氮气体的流量的三通阀，所述三通阀由电子逻辑电路操作，
–所述传送回路的上游端、第一下游端和第二下游端中的至少一个包括用于防止气体从下游运动至上游的止回阀，
–所述传送回路的第一下游端和第二下游端中的至少一个包括被标定的孔，以便将气体流量限制到预定的值，
–发生器包括分离膜类型的浓缩器(concentrator)。
本发明还涉及一种加压类型的航空器燃料箱，该燃料箱包括用于储存液体燃料的主容器和单独的溢流空间，溢流空间与主容器流体地连接以便临时地吸收但不会保留来自主容器的液体燃料的任何溢流，溢流空间借助于具有相反的打开方向的两个止回阀组成的系统与燃料箱的外部连通，其中，所述燃料箱包括根据上文或下文所描述的任一特征的惰化装置，所述传送回路的第一下游端连接至主容器并且所述传送回路的第二下游端连接至溢流空间。
此外，本发明的实施例可包括一个或多个下列特征：
–所述溢流空间经由进气阀与所述燃料箱的外部连通，该进气阀构造成仅当溢流空间的内部(P3)和燃料箱的外部(PA)之间的压力差达到预定的打开水平(Y)时才会打开，所述电子逻辑电路设计成当溢流空间的内部和(燃料箱的)外部之间的压力差(P3-PA)在所述打开水平的70％至100％之间(P3-PA>70％Y)时，控制富氮气体流经由第二下游端供应到溢流空间，
–所述电子逻辑电路设计成当溢流空间(3)的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)接近50mbar或达到足够打开进气阀的水平时，控制富氮气体流经由第二下游端供应到溢流空间，
–用于测量代表溢流空间的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)的数据的所述多个传感器包括至少一个压力传感器，
–所述传送回路集成在发生器和/或燃料箱中，
–所述传送回路的第二下游端连接在溢流空间的排放管线的位置处，即，提供在溢流空间和燃料箱的外部之间的连通的管线的位置处。
本发明还涉及一种包括根据上文或下文所描述的任一特征的燃料箱的航空器，其中，用于测量代表溢流空间的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)的数据的所述多个传感器包括下列中的至少一个：用于压力差的传感器、一对压力传感器、用于航空器海拔的传感器、用于航空器周围的大气压力的传感器、用于航空器周围的大气温度的传感器、用于航空器的下降速率的传感器、用于航空器的燃料消耗的传感器、用于为了富氮目的而向发生器供应的进气的压力的传感器、用于为了富氮目的而向发生器供应的进气的温度的传感器、用于在发生器的出口处的富氮气体的流量的传感器、用于在发生器(1)的出口处的富氮气体流的氧/氮浓度的传感器、用于在储存由发生器(1)产生的富氮气体的缓冲罐的出口处的富氮气体的流量的传感器、用于在储存由发生器(1)产生的富氮气体的缓冲罐的出口处的富氮气体流的氧/氮浓度的传感器。
本发明还涉及一种用于惰化加压类型的航空器燃料箱、即在压力下的配设有主容器和单独的溢流空间的燃料箱的方法，在所述燃料箱中，惰化是借助于惰化装置实现的，所述惰化装置包括用于富氮气体的发生器，所述方法包括用于确定溢流空间的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)的步骤，和当此压力差(P3-PA)降到预定的阈值S以下时用于将富氮气体流传送至溢流空间(3)中的步骤。
本发明还涉及包括上文或下文所描述的特征的任何组合的任何替代的装置或方法。
附图说明
通过阅读结合附图所给出的下文的描述，将会看到其他特征和优点，在附图中：
–图1示出了示意性局部视图，该视图示出了根据本发明的第一可能的示例性实施例的惰化装置的结构和功能，
–图2示出了示意性局部视图，该视图示出了根据本发明的第二可能的示例性实施例的惰化装置的结构和功能，
–图3示出了示意性局部视图，该视图示出了根据本发明的第三可能的示例性实施例的惰化装置的结构和功能，
–图4示出了示意性局部视图，该视图示出了根据本发明的第四可能的示例性实施例的惰化装置的结构和功能，
–图5示出了示意性局部视图，该视图示出了根据本发明的第五可能的示例性实施例的惰化装置的结构和功能。
具体实施方式
图1示出了用于航空器的燃料箱的惰化装置。
航空器的燃料箱包括意在容纳液体燃料的主容器2和单独的溢流空间3。
溢流空间3与主容器2流体地连通(在图中由两个箭头来表示所述连通)。
在正常情况下，溢流空间3不容纳液体燃料，但是能够吸收填充过程中或在某些运动期间的任何溢流。
燃料箱是“压力下”类型的燃料箱，即溢流空间3借助于两个孔与外部大气连通，每个孔均配设有止回阀(英语中的“check valve”)。第一“上升”阀10仅在溢流空间3内部的压力超出大气压力一预定值(其与阀10的标定相对应)时才会打开(图1包括表示气体可能从溢流空间3排出的箭头)。
第二“下降”阀11仅在大气压力超出溢流空间3内部的压力一预定值(其与阀11的标定相对应)时才会打开(图1包括表示气体可能进入溢流空间3的箭头)。这样，阀10、11的系统保持了溢流空间内部(和主容器2内部)的(正或负的)预定压力。
因此，当航空器处于高海拔时(例如高于4000m)，在燃料箱内部的压力等于外部大气压力加上导致上升阀10打开所需要的压力值。下降阀11是关闭的，并且上升阀10是打开的。当航空器开始降低海拔时，燃料箱内的压力逐渐地降低，然后上升阀10关闭，于是两个阀10、11是关闭的。在下降期间，当燃料箱内部的压力达到大气压力与下降阀11的打开值之差时，下降阀11打开并且允许空气进入。
所述惰化装置包括用于富氮气体的发生器1和回路4、5，所述发生器1例如为膜分离器和/或在压力下的氮储存装置或者任何其他合适的设备，所述回路4、5用于传送由发生器1产生的富氮气体。传送回路4、5包括连接至发生器1的上游端，流体地连接至主容器2的第一下游端4和连接至溢流空间3的第二下游端5。
因此，由发生器1产生的富氮气体有选择地且同时地供应至主容器2和溢流空间3。所述惰化装置包括用于测量代表溢流空间3的内部和燃料箱的外部之间的压力差P3-PA的数据的多个传感器6、7。所述多个传感器连接至电子逻辑电路8。电子逻辑电路8连接至发生器1和/或传送回路4、5并且设计成在溢流空间3的内部和(燃料箱的)外部之间的压力差P3-PA降到预定的阈值S以下时，控制富氮气体流向燃料箱并且特别是向溢流空间3的供应。
更具体地，电子逻辑电路8因此能够确定这样的时刻，即，此时燃料箱内的压力降低并且达到接近或等于导致下降阀11打开所需要的值的预定值。这使得能够确定空气在何时进入或即将进入燃料箱。
基于这些观察，电子逻辑电路8能够在空气进入燃料箱之时或稍稍之前的时刻控制氮注入到燃料箱中。
例如，下降阀11仅在外部大气压力超出燃料箱内部的压力一位于0.1psi(689Pa)和5.0psi(34,474Pa)之间的值时才会打开。例如，当外部大气压力超出燃料箱内的压力一位于0.1psi(689Pa)和5.0psi(34,474Pa)之间的值时，才会发生氮注射至溢流空间3中。
用于测量代表溢流空间3的内部和燃料箱的外部之间的压力差P3-PA的数据的多个传感器可例如包括至少一个压力传感器。例如，如在图1中所示出的，两个传感器6、7可分别地测量溢流空间3内部和燃料箱外部的压力P3、PA。因此，所述两个传感器6、7可测量压力差。
当然，用于测量代表压力差P3-PA的数据的多个传感器并不限于此实施例。因此，所述多个传感器可包括下列中的至少一个：用于压力差的传感器、一对压力传感器、用于航空器海拔的传感器、用于航空器周围的大气压力的传感器、用于航空器周围的大气温度的传感器、用于航空器的下降速率的传感器、用于航空器的燃料消耗的传感器、用于为了富氮目的而向发生器供应的进气的压力的传感器、用于为了富氮目的而向发生器供应的进气的温度的传感器、用于来自发生器的在出口处的富氮气体的流量的传感器、用于来自发生器1的在出口处的富氮气体流的氧/氮浓度的传感器、用于来自储存由发生器1产生的富氮气体的缓冲罐的在出口处的富氮气体的流量的传感器、用于来自储存由发生器1产生的富氮气体的缓冲罐的在出口处的富氮气体流的氧/氮浓度的传感器。
通常，可以采用任何下述装置来控制富氮气体到溢流空间3的供应：即，所述装置允许由于燃料箱内部相对于外部的相对压力的下降而检测到空气进入至燃料箱中或即将进入至燃料箱中。这样，所述装置允许了在空气进入溢流空间3之前和/或期间防止燃料箱内部的氧水平上升。
图2至图5示出了本发明的可能的实施例的变型。为了简洁起见，与上文描述的那些元件相同的元件由相同的附图标记所指代并且不会被再次描述。
在图2中所描述的实施例与图1中所描述的实施例的唯一不同在于，传送回路的第二下游端5包括用于有选择的控制意在供应至溢流空间3的富氮气体的流量的阀15。所述阀15优选由电子逻辑电路8操作以便控制供应至溢流空间3的富氮气体。所述阀是全开全闭类型的阀或成比例(打开)类型的阀。这样，尽管注入到溢流空间3仅在必要的时候(在空气进入期间或空气进入之前)发生，富氮气体仍然会一直注入至主容器2中。
在图3中所描述的实施例与图1中所描述的实施例的唯一不同在于，传送回路的第一下游端4包括用于有选择的控制意在供应至主容器2的富氮气体的流量的阀14。该(全开全闭类型的或成比例类型的)阀14优选由电子逻辑电路8操作。
这样，尽管注入到主容器2仅在需要的时候发生，富氮气体仍然一直会注入至溢流空间3中。
在图4中所示出的实施例中，第一下游端4和第二下游端5均包括各自的控制阀14、15。这使得能够控制分别供应至主容器2和溢流空间3的富氮气体的量。
根据图5中所示出的实施例，在回路中设有三通阀9以用于在第一下游端4和第二下游端5之间有选择的调整源自发生器1的富氮气体的流量。优选地，此三通阀9不允许将富氮气体同时供应至两个下游端，而是交替地供应至一者或另一者。
在适当情况下，可组合上文的实施例中的结构特征。
类似地，对于每个上文的实施例，可以在传送回路的第一下游端4处和/或第二下游端5处设置止回阀，以便防止气体从下游运动至上游。
此外，可在传送回路的第一下游端4和/或第二下游端5设置标定孔，以便将气体流量限制到预定值。
此外，传送回路可物理地集成在发生器1和/或燃料箱中。
根据另一可能的特征，传送回路的第二下游端5可连接在用于溢流空间3的排放管线的位置处，即，提供在溢流空间3和燃料箱的外部之间的连通的管线的位置处。

Claims (11)

1.一种用于加压类型的航空器燃料箱、即用于配设有主容器(2)和单独的溢流空间(3)的燃料箱的惰化装置，所述惰化装置包括用于富氮气体的发生器(1)，用于传送由发生器(1)所产生的富氮气体的传送回路，所述传送回路包括连接至发生器(1)的上游端，能够连接至主容器(2)的第一下游端(4)和能够连接至溢流空间(3)的第二下游端(5)，所述惰化装置包括用于测量代表溢流空间(3)的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)的数据的多个传感器(6、7)，所述惰化装置还包括用于从所述多个传感器(6、7)接收测量值的电子逻辑电路(8)，所述电子逻辑电路(8)连接至发生器(1)和/或传送回路，并且设计成在溢流空间(3)的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)降到预定的阈值S以下时，控制富氮气体流供应到第二下游端(5)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电子逻辑电路(8)设计成仅当溢流空间(3)的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)降到预定的阈值以下时，才会控制富氮气体流供应到第二下游端(5)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述传送回路的第二下游端(5)包括用于选择性地控制意在供应至溢流空间(3)的富氮气体的流量的阀(15)，所述阀(15)由电子逻辑电路(8)操作。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述传送回路的第一下游端(4)包括用于选择性地控制意在供应至主容器(2)的富氮气体的流量的阀(14)，所述阀(14)由电子逻辑电路(8)操作。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述传送回路的第一下游端(4)和第二下游端(5)并行地连接至所述传送回路的上游端，所述传送回路包括用于在第一下游端(4)和第二下游端(5)之间选择性地调整源自发生器(1)的富氮气体的流量的三通阀(9)，所述三通阀(9)由电子逻辑电路(8)操作。
6.一种加压类型的航空器燃料箱，所述燃料箱包括用于储存液体燃料的主容器(2)和单独的溢流空间(3)，所述溢流空间(3)与主容器(2)流体地连接以便暂时地吸收来自主容器(2)的液体燃料的任何溢流，但不会保留这些溢流，所述溢流空间(3)借助于由具有相反的打开方向的两个止回阀(10、11)组成的系统与燃料箱的外部连通，其特征在于，所述燃料箱包括根据权利要求1至5中任一项所述的惰化装置，所述传送回路的第一下游端(4)连接至主容器(2)并且所述传送回路的第二下游端(5)连接至溢流空间(3)。
7.根据权利要求6所述的燃料箱，其特征在于，所述溢流空间(3)经由进气阀与所述燃料箱的外部连通，所述进气阀构造成仅当溢流空间(3)的内部(P3)和燃料箱的外部(PA)之间的压力差达到预定的打开水平(Y)时才会打开，并且其特征在于，所述电子逻辑电路(8)设计成当溢流空间(3)的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)在所述打开水平的70％至100％之间时，控制富氮气体流经由第二下游端(5)供应到溢流空间(3)。
8.根据权利要求7所述的燃料箱，其特征在于，所述电子逻辑电路(8)设计成当溢流空间(3)的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)接近50mbar或达到足够打开进气阀的水平时，控制富氮气体流经由第二下游端(5)供应到溢流空间(3)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的燃料箱，其特征在于，用于测量代表溢流空间(3)的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)的数据的所述多个传感器(6、7)包括至少一个压力传感器。
10.一种包括根据权利要求6至8中任一项所述的燃料箱的航空器，其特征在于，用于测量代表溢流空间(3)的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)的数据的所述多个传感器(6、7)包括下列中的至少一个：用于压力差的传感器、一对压力传感器、用于航空器海拔的传感器、用于航空器周围的大气压力的传感器、用于航空器周围的大气温度的传感器、用于航空器的下降速率的传感器、用于航空器的燃料消耗的传感器、用于为了富氮目的而向发生器供应的进气的压力的传感器、用于为了富氮目的而向发生器供应的进气的温度的传感器、用于在发生器的出口处的富氮气体的流量的传感器、用于在发生器(1)的出口处的富氮气体流的氧/氮浓度的传感器、用于在储存由发生器(1)产生的富氮气体的缓冲罐的出口处的富氮气体的流量的传感器、用于在储存由发生器(1)产生的富氮气体的缓冲罐的出口处的富氮气体流的氧/氮浓度的传感器。
11.一种用于惰化加压类型的航空器燃料箱、即在压力下的配设有主容器(2)和单独的溢流空间(3)的燃料箱的方法，在所述燃料箱中，惰化是借助于惰化装置实现的，所述惰化装置包括用于富氮气体的发生器(1)，所述方法包括用于确定溢流空间(3)的内部和燃料箱的外部之间的压力差(P3-PA)的步骤，和当此压力差(P3-PA)降到预定的阈值S以下时用于将富氮气体流传送至溢流空间(3)中的步骤。
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