CN105235909B - 适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，包括贮箱筒体、活塞、气路端盖、液路接头、传感器磁感应座、气路三通管和油位传感器；其中，所述贮箱筒体的一端设置有液路接头，另一端设置有气路端盖；所述气路端盖的一侧设置有凹形结构，另一侧设置有凸形结构；所述油位传感器设置在所述气路端盖的凹形结构内侧；所述活塞设置在所述贮箱筒体内，能够沿所述贮箱筒体的内壁滑动；所述活塞的一侧设置有凹形结构，另一侧设置有凸形结构；所述传感器磁感应座设置在所述活塞的凹形结构内；本发明可以很好的解决贮箱排放次数、工作环境温度限制等问题。

Description

适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱

技术领域

本发明涉及航空航天飞行器动力设备，具体地，涉及一种适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱。

背景技术

目前航空飞行器动力系统中，燃油系统的主要功能是保证飞机在各种地面和飞行状态下(包括极端条件和各种机动飞行情况),不间断地有效地向发动机供油,即满足发动机燃油泵入口的流量、压力、温度、汽液比要求。航空器燃油贮箱与航天的空间飞行器贮箱相比，无需复杂液体管理装置，仅依靠其飞行环境中地球重力和发动机中推力加速度即可保证燃油和气体的分离，使得燃油泵入口的汽液比满足要求。采用这种供油方式的燃油贮箱，其中的燃油排放需要涡轮泵抽送，即要求燃油输送泵要求先于发动机工作，而航空动力系统中燃油输送泵需要发动机转动来驱动。这就造成了航空发动机主引擎不能自行启动，而需要机场地勤服务辅助启动，这大大限制了军用飞机的机动性和应急能力。以欧美第五代战斗机为代表的新型战机配套了燃气发生分系统用于辅助发动机启动，实现了发动机主引擎在无地勤服务的情况下多次启动。燃气发生分系统的任务要求贮箱在发动机主引擎启动前具有自主排放能力和主引擎启动后从主油箱内补加燃油的能力。

由于非金属囊袋的工作温度和低温环境下疲劳次数的限制，以及囊袋式贮箱难以满足准确空/满指示功能和反复补加使用需求，本发明研制了新型活塞式结构燃气发生分系统燃油贮箱，目前尚无与本发明类似的航空动力系统燃油贮箱，未见能满足极限气候条件长寿命且具备空/满指示能力的轻质化活塞式贮箱的报道。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱。本发明可以很好的解决贮箱排放次数、工作环境温度限制和准确空/满指示等问题。贮箱液端、气端和活塞都为椭球体，气端盖为内螺母连接，径向静密封结构，结构的外包络尺寸小、重量轻且维修性好。贮箱依靠压力推动活塞使贮存在贮箱内部的燃料排放或加注，工作时只有活塞单一的运动部件，排放效率高、重复使用率高、维护成本低，且活塞的移动速度随压力大小而变化，能够使燃料获得大流量输送。

根据本发明提供的适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，包括贮箱筒体、活塞、气路端盖、液路接头、传感器磁感应座、气路三通管和油位传感器；

其中，所述贮箱筒体的一端设置有液路接头，另一端设置有气路端盖；所述气路端盖的一侧设置有凹形结构，另一侧设置有凸形结构；所述油位传感器设置在所述气路端盖的凹形结构内侧；

所述活塞设置在所述贮箱筒体内，能够沿所述贮箱筒体的内壁滑动；所述活塞的一侧设置有凹形结构，另一侧设置有凸形结构；所述传感器磁感应座设置在所述活塞的凹形结构内；

所述油位传感器用于通过与所述传感器磁感应座之间的响应确定活塞移动，进而判断贮箱筒体内的燃油量；

所述活塞的凹形结构与所述气路端盖的凸形结构相对；所述气路三通管设置在所述气路端盖上。

优选地，所述活塞的侧面设置有密封面；所述密封面的端面设置密封槽；所述密封槽内设置有第一O形密封圈；

所述密封面的两侧面分别设置有U型密封圈。

优选地，所述U型密封圈采用以不锈钢张力弹簧作为预压力支撑环且以四氟聚合物树脂和石墨碳纤维制成的唇口型U型密封圈；

所述第一O形密封圈采用氟塑料包覆4751*胶料基体的密封圈。

优选地，所述贮箱筒体的柱段上设置有多个沿轴向依次排列，沿周向方向延伸的等边梯形加强筋。

优选地，还包括紧固螺圈；

其中，所述气路端盖的侧面设置有第二O形密封圈；所述紧固螺圈用于将所述气路端盖压紧固定在所述贮箱筒体上；

所述紧固螺与所述贮箱筒体螺纹连接。

优选地，所述紧固螺圈采用双螺圈对顶结构的螺圈。

优选地，所述活塞的凹形结构和气路端盖的凸形结构之间形成椭球面配合，配合后所述活塞和所述气路端盖之间的间隙不大于0.5mm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中贮箱筒体与活塞结构一体化设计以及活塞的O形圈+双U型密封圈结构设计，PTFE四氟聚合物树脂+石墨碳纤维的唇口型U型密封圈中的不锈钢张力弹簧作为预压力支撑环保证了活塞的往复运动过程中PTFE四氟聚合物树脂+石墨碳纤维的密封唇口始终具有足够的预压力，以保证密封；

2、本发明采用氟塑料包覆4751*胶料基体的第一O形密封圈8嵌于活塞的密封面中部，能够大幅提高贮箱的内漏率指标，保证了贮箱的气液的有效隔绝，第一O形密封圈和U型密封圈的储存环境温度－50℃～91℃，工作温度范围－40℃～70℃保证了贮箱以及飞行器动力系统可在热带至极地的广大区域内工作；

3、本发明中贮箱内漏率不大于4.5×10^-7Pa·m3/s，排放次数12000次以上，实现了燃油贮箱密封件能够满足首飞期3000飞行小时/10年使用寿命，更换密封件后可满足总寿命8000飞行小时/30年的寿命要求。

4、本发明中贮箱筒体在薄壁筒体柱段上间隔110mm设置一道高0.5mm、顶宽2mm底宽6mm的等边梯形加强筋，有效的保证贮箱壳体的强度和刚度并实现壳体的轻量化，满足贮箱0MPa～3MPa的工作压力要求，并保证活塞在滑动过程中不会因为贮箱筒体的变形导致活塞卡住或活塞漏液，轻量化贮箱筒体与活塞结构保证了贮箱的干重与容积的比值不大于1.1kg/L；

5、本发明中中活塞在贮箱筒体内灵活往复运动12000次以上保证了贮箱的排放次数，使得贮箱可以反复补加和排放，为动力系统的长寿命提供保障。活塞运动12000次内，贮箱内漏率不大于4.5×10^-7Pa·m3/s也保证贮箱的排放性能；

6、本发明中油位传感器能够实现了燃料注满检测和指示功能，保证了贮箱的燃油安全补加，活塞的凹形结构和气路端盖的凸形结构之间相互配合，既满足了非接触式磁感应接近检测方式对空间距离的需求，又有效的利用贮箱的结构空间保证贮箱的排放效率达到97％以上，避免了因油位传感器4的安装导致贮箱排放效率的下降；

7、本发明能够通过便捷拆卸紧固螺圈，取出气路端盖、活塞和油位传感器进行检查，实现了燃油贮箱活塞密封结构的故障和油位传感器的便捷检修；

8、本发明中的机械接口均为可拆卸结构，检查、拆装工作均简便快捷，维修工具均为通用工具，适于维修人员人手握持，使得修理或更换产品及其零部件时拆装方便，产品结构形式方便维修人员操作，完成所有维护维修工作项目都有合适的操作姿势，符合人体工程和飞机维修性要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，本发明提供的适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，包括贮箱筒体1、活塞11、气路端盖9、液路接头13、传感器磁感应座12、气路三通管和油位传感器4；其中，所述贮箱筒体1的一端设置有液路接头13，另一端设置有气路端盖9；所述气路端盖9的一侧设置有凹形结构，另一侧设置有凸形结构；所述油位传感器4设置在所述气路端盖9的凹形结构内侧；所述活塞11设置在所述贮箱筒体1内，能够沿所述贮箱筒体1的内壁滑动；所述活塞11的一侧设置有凹形结构，另一侧设置有凸形结构；所述传感器磁感应座12设置在所述活塞11的凹形结构内；所述油位传感器4用于通过与所述传感器磁感应座12之间的响应确定活塞11移动，进而判断贮箱筒体1内的燃油量；所述活塞11的凹形结构与所述气路端盖9的凸形结构相对；所述气路三通管设置在所述气路端盖9上，通过所述气路端盖9连通所述贮箱筒体1。

所述活塞11的侧面设置有密封面；所述密封面的端面设置密封槽；所述密封槽内设置有第一O形密封圈8；所述密封面的两侧面分别设置有U型密封圈10。

所述U型密封圈10采用以不锈钢张力弹簧作为预压力支撑环且以四氟聚合物树脂和石墨碳纤维制成的唇口型U型密封圈；所述第一O形密封圈8采用氟塑料包覆4751*胶料基体的密封圈。

所述贮箱筒体1的柱段上设置有多个沿轴向依次排列，沿周向方向延伸的等边梯形加强筋。本发明提供的适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，还包括紧固螺圈7；其中，所述气路端盖9的侧面设置有第二O形密封圈；所述紧固螺圈7用于将所述气路端盖9压紧固定在所述贮箱筒体1上；所述紧固螺圈7与所述贮箱筒体1螺纹连接。

所述紧固螺圈7采用双螺圈对顶结构的螺圈。所述活塞11的凹形结构和气路端盖9的凸形结构之间形成椭球面配合，配合后所述活塞11和所述气路端盖9之间的间隙不大于0.5mm。

本发明提供一种适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，用于储存燃料(航空煤油)，并向发动机/燃气发生器提供一定流量的不夹气燃料，且具有燃料注满检测功能的适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱。该贮箱依靠压力推动活塞使贮存在贮箱液腔的燃油加注或排出，由于在工作时只有活塞单一的运动部件，所以结构简单、可靠性高、重复使用率高、维护成本低，再有活塞的移动速度随压力大小而变化，能够使燃油获得大流量输送，具有很高的排放效率。

本发明中将轻量化贮箱筒体与活塞结构一体化设计，通过贮箱筒体1的结构强度和刚度计算，保证了不同压力下贮箱筒体1和活塞11的配合间隙，解决了本发明中轻量化设计和活塞密封对贮箱筒体1刚度要求，保证了本发明在0MPa～3MPa的工作压力范围内的活塞运动流畅和可靠密封。针对活塞11的万次排放次数要求，为提高燃油贮箱的高低温寿命考核，燃油贮箱活塞组件的密封件采用O形圈+双U型密封圈结构，U型密封圈是以不锈钢张力弹簧作为预压力支撑环的PTFE四氟聚合物树脂+石墨碳纤维的唇口型密封圈，由于不锈钢张力弹簧的预压力持续作用于密封唇上，保证即使在零压力工况下也不会产生泄漏，能适应煤油介质及高低温(250℃～－150℃)和高压(35MPa)并具备良好的干摩擦运动性和低热膨胀高耐磨性等特点。在日常贮存时，U型密封圈材质特性对气候因素(热、光、水或盐雾、油气等)不敏感且不发脆或降解，因此，U型密封圈能满足寿命指标要求。活塞11、气路端盖9和三通管接头用O形圈选用航标4571*胶料特制，适用温度90℃～－50℃，与煤油有良好的相容性，满足燃油贮箱使用工况要求。正常情况下可使用5000-6000个工作小时，燃油贮箱密封件能够满足首飞期3000飞行小时/10年使用寿命。

油位传感器4属燃油贮箱的单元成品，用于检测燃油贮箱是否注满燃油，并将信号输出给控制器。根据磁场的状态判断燃油贮箱燃料的注满状态。活塞11的凹形结构和气路端盖9的凸形结构之间相互配合，满足了非接触式磁感应接近检测方式对空间距离的需求，有效地利用了活塞11和气路端盖9的结构空间，实现了在燃料加注时提供煤油注满检测输出功能。油位传感器4的金属壳体内由稳压电路、霍尔开关电路、输出控制电路组成，其设计工作寿命为10年(累计工作时间8000小时)，可满足30年使用寿命要求。

紧固螺圈7采用双螺圈对顶结构压紧气路端盖9。该可通过便捷拆卸紧固螺圈7，取出气路端盖9、活塞11和油位传感器4进行检查，实现了燃油贮箱活塞密封结构的故障和油位传感器故障便捷检修。紧固螺圈7采用双螺圈对顶结构，满足了压紧气路端盖9和轻量化设计要求，又解决了振动等力学环境下的螺纹防松问题。操作人员监控及定时拆修工作等措施来保证成品在寿命期内的可靠性水平，可通过直接更换备用成品达到维修目的，且成品更换简单方便，可靠。

本发明中除密封材料外全部使用金属材料制造，与燃油I级相容。PTFE四氟聚合物树脂+石墨碳纤维的唇口型密封圈和4571*胶料基体上包覆氟塑料的特制O形圈，均与煤油有良好的相容性，正常情况下可使用5000-6000个工作小时，能够满足首飞期3000飞行小时/10年使用寿命要求。

所述贮箱筒体1体内腔在焊接后精加工完成后用千分表及专用量规进行测量。测量时应遵循下述原则：每只筒体均需取不少于3条环向测量带(其中包括焊接增厚区域的环向带)。每一环带的测量点不少于4点，测量点应分布均匀。专用量规在燃油贮箱壳体内腔的活塞移动范围内应能灵活移动，无阻滞或卡死现象。

所述O形密封圈8嵌于活塞11内，然后U形密封圈10从两侧装于活塞11上，构成活塞组件；

传感器磁感应座12安装于活塞11凹形腔内的突台内，油位传感器4安装于气路端盖9的椭球体凹形结构空间中，在活塞11移动过程中油位传感器4中会产生响应的电信号，通过电信号的变化来判断燃油贮箱内的燃油量。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，其特征在于，包括贮箱筒体(1)、活塞(11)、气路端盖(9)、液路接头(13)、传感器磁感应座(12)、气路三通管和油位传感器(4)；

其中，所述贮箱筒体(1)的一端设置有液路接头(13)，另一端设置有气路端盖(9)；所述气路端盖(9)的一侧设置有凹形结构，另一侧设置有凸形结构；所述油位传感器(4)设置在所述气路端盖(9)的凹形结构内侧；

所述活塞(11)设置在所述贮箱筒体(1)内，能够沿所述贮箱筒体(1)的内壁滑动；所述活塞(11)的一侧设置有凹形结构，另一侧设置有凸形结构；所述传感器磁感应座(12)设置在所述活塞(11)的凹形结构内；

所述油位传感器(4)用于通过与所述传感器磁感应座(12)之间的响应确定活塞(11)移动，进而判断贮箱筒体(1)内的燃油量；

所述活塞(11)的凹形结构与所述气路端盖(9)的凸形结构相对；所述气路三通管设置在所述气路端盖(9)上。

2.根据权利要求1所述的适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，其特征在于，所述活塞(11)的侧面设置有密封面；所述密封面的端面设置密封槽；所述密封槽内设置有第一O形密封圈(8)；

所述密封面的两侧面分别设置有U型密封圈(10)。

3.根据权利要求1所述的适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，其特征在于，所述贮箱筒体(1)的柱段上设置有多个沿轴向依次排列，沿周向方向延伸的等边梯形加强筋。

4.根据权利要求1所述的适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，其特征在于，还包括紧固螺圈(7)；

其中，所述气路端盖(9)的侧面设置有第二O形密封圈；所述紧固螺圈(7)用于将所述气路端盖(9)压紧固定在所述贮箱筒体(1)上；

所述紧固螺圈(7)与所述贮箱筒体(1)螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，其特征在于，所述紧固螺圈(7)采用双螺圈对顶结构的螺圈。

6.根据权利要求3所述的适应极限气候条件长寿命活塞式燃油贮箱，其特征在于，所述活塞(11)的凹形结构和气路端盖(9)的凸形结构之间形成椭球面配合，配合后所述活塞(11)和所述气路端盖(9)之间的间隙不大于0.5mm。