CN108869049A

CN108869049A - 航空器的燃料系统

Info

Publication number: CN108869049A
Application number: CN201810438552.9A
Authority: CN
Inventors: G·沃兹尼亚克
Original assignee: Gulfstream Aerospace Corp
Current assignee: Gulfstream Aerospace Corp
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2018-11-23
Also published as: US20180327106A1; FR3066179B1; DE102018110364A1; FR3066179A1

Abstract

提供一种用于航空器的燃料系统，包括配置为接收燃料的燃料箱和燃料泵。燃料泵包括设置在燃料箱附近的电动机。燃料泵还包括与电动机电通信并设置在燃料箱外部的电源。燃料系统还包括设置在电源和燃料箱之间的隔离部件。隔离部件的电阻率大于燃料箱的电阻率，以使电源和燃料之间的电传递最小化。

Description

航空器的燃料系统

技术领域

本发明总体上涉及运载工具，更具体地涉及航空器燃料系统。

背景技术

为了满足与防止燃料箱点火相关的条例和法规的单一和双重容错要求，需要进行相当多的测试和分析。满足这些要求的一种方法是允许电功率进入燃料箱，量化电功率的水平，设计电功率的水平并测试电功率的水平。当允许电功率进入燃料箱时，必须通过测试设计，在需要时实施设计更改，增加维护检查以及满足复杂的认证策略来解决所有可能产生点火源的可预见故障模式。另一种方法是使进入燃料箱的电传递最小化，从而最大限度地减少可预见的故障模式。有可能允许电流进入燃料箱的燃料系统的一个部件是燃料泵。

传统的燃料泵包括设置在燃料箱内的电动机和设置在燃料箱外部并与燃料箱直接电接触的电源。电源内部发生的电故障可能会通过电源和燃料箱之间的直接电路径进入燃料箱。此外，利用导热的燃料冷却式洗涤板来冷却电源。该洗涤板也可能无意中充当电源内发生的电故障和燃料箱之间的导电路径。燃料泵还包括设置在燃料箱中的叶轮，叶轮通过轴联接到电动机。叶轮的轴可以充当电动机内发生的电故障和燃料箱之间的导电路径。

因此，期望提供一种改进的燃料系统。此外，结合附图和前述技术领域和背景技术，通过随后的发明内容和具体实施方式以及所附权利要求，其他期望的特征和特点将变得显而易见。

发明内容

本文公开了用于航空器的燃料系统的各种非限制性实施例以及包括该燃料系统的航空器的各种非限制性实施例。

在一个非限制性实施例中，该燃料系统包括但不限于配置为接收燃料的燃料箱。该燃料系统还包括但不限于燃料泵。燃料泵包括但不限于设置在燃料箱附近的电动机。燃料泵还包括但不限于与电动机电通信并设置在燃料箱外部的电源。该燃料系统还包括但不限于设置在电源和燃料箱之间的隔离部件。隔离部件具有但不限于比燃料箱的电阻率大的电阻率，以使电源和燃料之间的电传递最小化。

在另一个非限制性实施例中，该航空器包括但不限于燃料系统。燃料系统包括但不限于设置在该航空器中并配置为接收燃料的燃料箱。燃料系统还包括但不限于燃料泵。燃料泵包括但不限于设置在燃料箱附近的电动机。燃料泵还包括但不限于与电动机电通信并设置在燃料箱外部的电源。该燃料系统还包括但不限于设置在电源和燃料箱之间的隔离部件。隔离部件具有但不限于比燃料箱的电阻率大的电阻率，以使电源和燃料之间的电传递最小化。

附图说明

在下文中将结合附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且

图1是示出用于包括燃料箱和燃料泵的航空器的燃料系统的非限制性实施例的透视图；

图2是示出图1的燃料泵的非限制性实施例的截面图；

图3是示出图1的燃料泵的轴的非限制性实施例的截面图；和

图4是示出图1的燃料泵的轴的另一非限制性实施例的截面图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并且不意图限制本发明或本发明的应用和用途。此外，不打算受前面背景技术或以下详细描述中呈现的任何理论的限制。

本文提供一种用于航空器的燃料系统。在示例性实施例中，该燃料系统包括配置为接收燃料的燃料箱和配置为移动燃料的燃料泵。燃料泵包括设置在燃料箱内的电动机。电动机可以联接到并邻近燃料箱。燃料泵还包括与电动机电通信并且设置在燃料箱外部的电源。该燃料系统还包括设置在电源和燃料箱之间的隔离部件。隔离部件可以具有至少1×10⁴欧姆-米的电阻率，以使电源和燃料之间的电传递最小化。在实施例中，该隔离部件可以具有无穷电阻率，以防止电源和燃料之间的电传递。隔离部件可以包括或者由电阻率为至少1×10⁴欧姆-米的材料形成。该材料可以包括或者可以由酚醛材料形成。在实施例中，酚醛材料具有合适的机械强度，但不具有传导电能的能力。

在电动机运转期间电源可以产生热量。由于产生热量，电源可能会温度升高。为了降低电源的温度，燃料系统可以进一步包括与电源流体连通的冷却部件，以将热量从电源传走。冷却部件可以包括风扇，该风扇配置为移动电源附近的流体载体，如空气，以将热量从电源传走。流体载体可以基本上不含燃料以使电源和燃料之间的电传递最小化。

燃料泵可以进一步包括设置在燃料箱内并且可旋转地联接到电动机的叶轮。叶轮包括叶片和轴，该轴具有第一端和与第一端间隔开的第二端。电动机联接到第一端，叶片连接到第二端。该轴在第一端和第二端之间具有至少1×10⁴欧姆-米的电阻率，以使电动机和燃料之间的电传递最小化。在实施例中，该轴在第一端和第二端之间具有无穷电阻率，以防止电动机和燃料之间的电传递。

通过审查本申请的附图连同审查以下详细说明，可以获得对上述系统的更多理解。

图1是示出用于航空器12的燃料系统10的透视图。航空器12包括机身和机翼部分14，机翼部分14从机身延伸。燃料系统10包括配置为接收燃料如烃基燃料的燃料箱16和配置为移动燃料的燃料泵18。在实施例中，燃料箱16设置在航空器12中。在某些实施例中，机翼部分14包括限定燃料箱16的部件，如前翼梁和后翼梁以及顶部和底部机翼蒙皮。航空器12可以包括附加燃料箱16，如左翼和右翼燃料箱，以及中央燃料箱。其他附加燃料箱16包括多体燃料箱、垂直尾翼箱等。在某些实施例中，机翼部分14包括限定燃料箱16的一部分的后翼梁60。每个燃料箱16可以包括一个或多个燃料泵18。燃料箱16可以包括含金属的材料。然而，应该理解的是，燃料箱16可以不包括含金属的材料并且仍然是导电的。在某些实施例中，燃料箱16的电阻率不大于1×10³，可选地不大于1×10^-2或可选地不大于1×10^-6欧姆-米，或者为1×10^-10至1×10³，可选地1×10^-10至1×10^-2，或可选地1×10^-10至1×10^-6欧姆-米。在实施例中，本文所述的任何电阻率值是在20℃和50％相对湿度下进行测量电压后一分钟确定的。

图2是示出图1的燃料泵18的截面图。在本领域中，燃料泵18也可以被称为燃料增压泵。燃料泵18包括设置在燃料箱16附近的电动机20。在实施例中，电动机20设置在燃料箱16内，电动机20联接到并且邻近燃料箱16。在某些实施例中，电动机20联接到并且邻近后翼梁60。然而，应该理解，电动机20可以设置在燃料箱16外部，或者电动机20可以部分设置在燃料箱16内，部分设置在燃料箱16外部。燃料泵18还包括与电动机20电通信并设置在燃料箱16外部的电源22。

燃料系统10还包括设置在电源22和燃料箱16之间的隔离部件24。可选地，隔离部件24可以设置在电动机20和燃料箱16之间。隔离部件24的电阻率大于燃料箱16的电阻率，以使电源22和燃料之间的电传递最小化。在实施例中，隔离部件24具有的电阻率为至少1×10⁴，可选地至少1×10⁵或可选地至少1×10⁶欧姆-米，或者为1×10⁴至1×10²⁰，可选地1×10⁵至1×10²⁰，或者可选地1×10⁶至1×10²⁰欧姆-米，以使电源22和燃料之间的电传递最小化。在实施例中，隔离部件24具有无穷电阻率，以防止电源22和燃料之间的电传递。不受理论的束缚，本公开考虑到在电源22经历电故障的情况下，隔离部件24可以中断电故障和燃料箱16内的燃料之间的导电路径。

在实施例中，隔离部件24具有面向燃料箱16的第一侧26和面向电源22的第二侧28。第一侧26可以设置在燃料箱16上并与之直接接触。某些实施例中，第一侧26设置在后翼梁60上并与之直接接触。电源22可设置在第二侧28上并与之直接接触。隔离部件24可限定在第一侧26和第二侧28之间延伸的第一孔(未示出)。电源22可以通过该孔与电动机20电通信。隔离部件24可以具有适合于将电源22或电动机20与燃料箱16隔离的任何配置。隔离部件24在第一侧26和第二侧28之间延伸的厚度可以具有任何量，只要隔离部件24具有如本文所述的合适的电阻率即可。

在实施例中，隔离部件24包括或者由电阻率为至少1×10⁴，可选地至少1×10⁵或可选地至少1×10⁶欧姆-米，或者为1×10⁴至1×10²⁰，可选地1×10⁵至1×10²⁰，或者可选地1×10⁶至1×10²⁰欧姆-米的材料形成。在实施例中，隔离部件24包括或者由具有无穷电阻率的材料形成。隔离部件24可以包括或可以由占隔离器组分24的总重量的至少50重量％，可选地至少75重量％或可选地至少90重量％，或者占隔离部件24的总重量的50～100重量％，可选地75～100重量％或者可选地90～100重量％的材料形成。在实施例中，隔离部件24的该材料是电惰性的。在某些实施方案中，该材料选自由聚合物材料、木质纤维素材料、玻璃、橡胶、瓷、陶瓷及其组合构成的组。合适的聚合物材料的非限制性例子包括塑料例如酚醛材料。在一个实施例中，该材料包括或者由酚醛材料形成。

在实施例中，电源22在电动机20运转期间产生热量。作为产生热量的结果，电源22可能温度升高。电源22可以包括变压器(未示出)，该变压器在电动机20运转期间产生热量。应当理解，电源22可以包括本领域已知的附加部件，如印刷电路板(PCB)、电阻器、电容器等。这些附加部件也可能在电动机20运转期间产生热量。电源22还可以包括与航空器12电通信的电连接30。电源22可以被配置为从航空器12接收DC或AC电流。电源22可以被配置为向电动机20提供经调节的三相AC电流以使电动机22运转。

在实施例中，燃料系统10还包括与电源22流体连通的冷却部件58(参见图1)，以将热量从电源22传走。热量可利用传导、对流或辐射传走。冷却部件58可利用流体载体(未示出)将热量从电源22传走，从而降低电源22的温度。流体载体可以是气态流体、液态流体或其组合。在某些实施例中，流体载体包括来自机翼部分14外部的空气，该空气被用于将热量从电源22传走。应该认识到，来自航空器12外部的空气也可用于将热量从电源22传走。在实施例中，来自机翼部分14内的空气由于其中的空气中潜在的燃料蒸气而不适合将热量从电源22传走。在各种实施例中，流体载体包括空气并且基本上不含燃料，以尽可能减少电源22暴露于燃料蒸气。关于燃料的术语“基本上不含”是指流体载体包含不大于流体载体总重量的10重量％，可选地不大于5重量％，可选地不大于3重量％，可选地不大于1重量％，或者可选地不大于0.1重量％的燃料。不受理论束缚，本公开考虑到，在电源22经历电故障的情况下，基本上不含燃料的流体载体尽可能减少电源22在电故障期间暴露于燃料蒸汽。

冷却部件58可以包括风扇(未示出)，该风扇配置为移动电源22附近的空气以将热量从电源22传走。在一个实施例中，冷却部件58与燃料泵18电通信，使得当电动机20运转时，冷却部件58运转。在另一个实施例中，冷却部件58包括温度传感器(未示出)，该温度传感器配置为确定电源22的温度。冷却部件58可以配置为当温度传感器检测到电源22已经达到预定温度时运转。

在实施例中，燃料泵18还包括设置在燃料箱16内并可旋转地联接到电动机20的叶轮32。燃料泵18还可包括设置在燃料箱16内并且配置为支撑叶轮32的壳体34。壳体34可以联接到并且邻近电动机20。燃料泵18还可以包括入口36和出口38，入口36通过壳体34与出口38流体连通。叶轮32可以从电动机20经由壳体34延伸到入口36。在电动机20运转期间，叶轮32可以旋转以将燃料移动到入口36中，经由壳体34从出口38流出。在实施例中，出口38与发动机(未示出)流体连通以向发动机提供燃料。

在实施例中，叶轮32包括叶片42和轴44。轴44具有第一端46和与第一端46间隔开的第二端48。电动机20联接到第一端46，叶片42联接到第二端48。在实施例中，轴44在第一端46和第二端48之间的电阻率大于燃料箱16的电阻率，以使电动机20和燃料之间的电传递最小化。在某些实施例中，轴44在第一端部46与第二端部48之间的电阻率为至少1×10⁴，可选地至少1×10⁵或可选地至少1×10⁶欧姆-米，或者1×10⁴至1×10²⁰，可选地1×10⁵至1×10²⁰，或可选地1×10⁶至1×10²⁰欧姆-米，以使电动机20与燃料之间的电传递最小化。在实施例中，轴44在第一端46和第二端48之间具有无穷电阻率，以防止电动机和燃料之间的电传递。不受理论束缚，本公开考虑到，在电动机20经历电故障的情况下，轴44可以中断电故障和燃料箱16内的燃料之间的导电路径。

如图3所示，在实施例中，轴44包括或者由电阻率为至少1×10⁴，可选地至少1×10⁵或可选地至少1×10⁶欧姆-米或者1×10⁴至1×10²⁰，可选地1×10⁵至1×10²⁰，或可选地1×10⁶至1×10²⁰欧姆-米的材料形成。在实施例中，轴44包括或者由具有无穷电阻率的材料形成。轴44可以包括或者可以由轴44的总重量的至少50重量％，可选地至少75重量％或可选地至少90重量％的该材料形成，或者由轴44的总重量的50～100重量％，可选地75～100重量％或可选地90～100重量％的该材料形成。在实施例中，轴44的材料是电惰性的。在某些实施方案中，该材料选自由聚合物材料、木质纤维素材料、玻璃、橡胶、瓷、陶瓷及其组合构成的组。合适的聚合物材料的非限制性例子包括塑料，如酚醛材料。在一个实施例中，该材料包括或者由酚醛材料形成。该材料可以基本均匀地设置在第一端46和第二端48之间的整个轴44上。关于材料的术语“基本均匀地设置”是指材料以至少50％，可选地至少75％，可选地者至少80％，可选地至少90％，可选地至少95％，或者可选地至少99％的量均匀地设置在整个轴上。

如图4所示，在实施例中，轴44包括第一部分50、第二部分52和隔离部分54，隔离部分54设置在第一部分50和第二部分52之间，以使电动机20和燃料之间的电传递最小化。在实施例中，隔离部分54设置在第一部分50与第二部分52之间，以防止电动机20与燃料之间的电传递。轴44的第一端46可以邻近第一部分50，并且轴44的第二端48可以邻近第二部分52。轴44可以是包括部分50、52、54的单一部件，或者部分50、52、54可以是分离的部件，其中部分50、52、54相互联接以形成轴44。在某些实施例中，部分50、52、54是分离的部件，其中第一部分50和第二部分52被配置为联接到隔离部分54。第一部分50和第二部分52每个可以包括锁定特征56。隔离部分54可以包括彼此间隔开的两个锁定特征56，第一部分50和第二部分52的锁定特征56与隔离部分54的锁定特征56配合以形成轴44。锁定特征56的合作导致轴44的第一端46和第二端48之间的刚性关系，使得当第一端46在电动机20运转期间旋转时，第二端48使叶片42旋转。

在实施例中，隔离部分54的电阻率大于燃料箱16的电阻率，以使电动机20和燃料之间的电传递最小化。在某些实施例中，隔离部分54包括或者由电阻率为至少1×10⁴，可选地至少1×10⁵或者可选地至少1×10⁶欧姆-米或者1×10⁴至1×10²⁰，可选地1×10⁵至1×10²⁰，或者可选地1×10⁶至1×10²⁰欧姆-米的材料形成。在实施例中，隔离部分54包括或者由具有无穷电阻率的材料形成。隔离部分54可以包括或者可以由占隔离部分54的总重量的至少50重量％，可选地至少75重量％或可选地至少90重量％的该材料形成，或者由占隔离部分54的总重量的50～100重量％，可选地75～100重量％或者可选地90～100重量％的该材料形成。在实施例中，隔离部分54的该材料是电惰性的。在某些实施例中，该材料选自由聚合物材料、木质纤维素材料、玻璃、橡胶、瓷、陶瓷及其组合构成的组。合适的聚合物材料的非限制性例子包括塑料，如酚醛材料。在一个实施例中，该材料包括或由酚醛材料形成。

尽管在本公开的前述详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但应该理解的是存在大量的变体。还应该理解的是，一个或多个示例性实施例仅是示例，并不意图以任何方式限制本发明的范围，适用性或配置。而是，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实施本发明的示例性实施例的便利的路线图。应该理解，在不脱离如所附权利要求书中所阐述的本公开的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种改变。

Claims

1.一种用于航空器的燃料系统，包括：

燃料箱，其配置为接收燃料；

燃料泵，其包括：

电动机，其设置在所述燃料箱附近，以及

电源，其与所述电动机电通信并且设置在所述燃料箱外部；和

隔离部件，其设置在所述电源和所述燃料箱之间并且具有比所述燃料箱的电阻率大的电阻率，以使所述电源和所述燃料之间的电传递最小化。

2.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述隔离部件具有至少1×10⁴欧姆-米的电阻率，以使所述电源和所述燃料之间的电传递最小化。

3.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述隔离部件包括电阻率为至少1×10⁴欧姆-米的材料，并且所述隔离部件包括所述材料的量为所述隔离部件的总重量的至少50重量％。

4.根据权利要求3所述的燃料系统，其中所述材料包括酚醛材料。

5.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述电动机设置在所述燃料箱内，所述隔离部件具有面向所述燃料箱的第一侧和面向所述电源的第二侧，所述第一侧设置在所述燃料箱上并与之直接接触，并且所述电源设置在所述第二侧上并与之直接接触。

6.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述电源在所述电动机运转期间产生热量，并且所述燃料系统还包括与所述电源流体连通的冷却部件，以将所述热量从所述电源传走。

7.根据权利要求6所述的燃料系统，其中所述冷却部件可利用流体载体将热量从所述电源传走。

8.根据权利要求7所述的燃料系统，其中所述流体载体包括空气并且基本上不含燃料，以使所述电源和所述燃料之间的电传递最小化。

9.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述燃料泵还包括设置在所述燃料箱内并且可旋转地联接到所述电动机的叶轮。

10.根据权利要求9所述的燃料系统，其中所述叶轮包括叶片和轴，所述轴具有第一端和与所述第一端间隔开的第二端，并且所述电动机联接到所述第一端并且所述叶片联接到所述第二端。

11.根据权利要求10所述的燃料系统，其中所述轴在所述第一端和所述第二端之间的电阻率大于所述燃料箱的电阻率，以使所述电动机和所述燃料之间的电传递最小化。

12.根据权利要求11所述的燃料系统，其中所述轴包括电阻率为至少1×10⁴欧姆-米的材料，并且所述轴包括所述材料的量为所述轴的总重量的至少50重量％。

13.根据权利要求11所述的燃料系统，其中所述轴包括第一部分、第二部分和隔离部分，所述隔离部分设置在所述第一部分和所述第二部分之间。

14.根据权利要求13所述的燃料系统，其中所述隔离部分包括电阻率为至少1×10⁴欧姆-米的材料，并且所述隔离部分包括所述材料的量为所述隔离部分的总重量的至少50重量％。

15.一种包括燃料系统的航空器，所述燃料系统包括：

燃料箱，其设置在所述航空器中并且配置为接收燃料；

燃料泵，其包括：

电动机，其设置在所述燃料箱附近，以及

16.根据权利要求15所述的航空器，其中所述隔离部件具有至少1×10⁴欧姆-米的电阻率。

17.根据权利要求15所述的航空器，其中所述隔离部件包括电阻率为至少1×10⁴欧姆-米的材料，并且所述隔离部件包括所述材料的量为所述隔离部件的总重量的至少50重量％。

18.根据权利要求17所述的航空器，其中所述材料包括酚醛材料。

19.根据权利要求15所述的航空器，其中所述电动机设置在所述燃料箱内，所述隔离部件具有面向所述燃料箱的第一侧和面向所述电源的第二侧，所述第一侧设置在所述燃料箱上并与之直接接触，并且所述电源设置在所述第二侧上并与之直接接触。

20.根据权利要求15所述的航空器，其中所述电源在所述电动机运转期间产生热量，并且所述燃料系统还包括与所述电源流体连通的冷却部件，以将所述热量从所述电源传走。