DE2120632B2

DE2120632B2 - Brennstofftank für Luftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2120632B2
Application number: DE2120632A
Authority: DE
Inventors: Harold Thomas Charlie Thornbury Boucher; John Martin Redland West; Christopher Frank Arthur Whitchurch Wheeler
Original assignee: British Aircraft Corp Ltd
Current assignee: British Aircraft Corp Ltd
Priority date: 1970-05-01
Filing date: 1971-04-27
Publication date: 1979-12-13
Also published as: GB1343772A; DE2120632A1; DE2120632C3; FR2099079A5; US3722180A

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstofftank für Luftfahrzeuge, mit einer Entgasungsleitung zur Atmosphäre und einer Pumpe zum Ausfördern von im Tank enthaltenem Brennstoff.

Derartige Brennstofftanks sind bekannt.
Wenn flüssiger Brennstoff (beispielsweise Flugkerosin) der Atmosphäre ausgesetzt wird, löst sich in ihm Luft bis zu 15 Vol.-%. Das Gleichgewichtsverhältnis des gelösten Luftvolumens zum Volumen des reinen Brennstoffs bleibt unabhängig vom Umgebungsdruck konstant; die Menge der gelösten Luft ändert sich natürlich entsprechend dem Umgebungsdruck. Wenn daher Brennstoff, der der Atmosphäre ausgesetzt worden war, in den Brennstofftank eines Luftfahrzeugs gefüllt und in größere Höhen gebracht wird (also einem verringerten Druck ausgesetzt wird), ergeben sich zwei mögliche Schwierigkeiten:
1. Die gelöste Luft kann durch einen Anstoßvorgang, beispielsweise durch Flugzeugschwingungen oder das Einschalten einer Brennstoffpumpe, plötzlich freigesetzt werden. Bei einer Flughöhe von beispielsweise 18000 m ist der Umgebungsdruck so gering, daß die freigesetzte Luft etwa 210% des Brennstoffvolumens ausmachen kann, was trotz einer Entgasung des Tanks zur Atmosphäre zu einer vorübergehenden starken Druckerhöhung im Brennstofftank führen kann. Dies kann zu einer Beschädigung des Brennstofftanks oder zumindest zu einem Brennstoff verlust führen_; da der Brennstoff durch die überschüssige, zur Atmosphäre entweichende Luft herausgedrückt und/oder mitgerissen wird.
2. Es kann ein örtliches Absondern der gelösten

s Luft in den Brennstoffpumpen auftreten, so daß

der Brennstoff zumindest teilweise am Einströmen in das Pumpenlaufrad gehindert wird. Die Pumpe vermag dann nicht mehr zufriedenstellend zu arbeiten.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brennstoff der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß ein plötzliches Freisetzen und/oder ein örtliches Absondern der im Brennstoff gelösten Luft bei einer Verringerung des Umgebungsdrucks vermieden

is werden.

Diese Aufgabe wind bei einem Brennstofftank mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Entfernen von Gasen aus dem Brennstoff eine Rückführleitung zum Rückführen zumindest eines Teils des von der Pumpe geförderten Strömungsmittels in den Tank vorgesehen ist und die Rückführleitung mit einer Auslaßvorrichtung zum Abgeben des rückgeführten Brennstoffs und des in diesem enthaltenen Gases in den Tank versehen ist, wobei das rückgeführte Gas den im Tank befindlichen Brennstoff in Form von Blasen durchströmt. Es hat sich herausgestellt, daß bei Druckbeaufschlagung des im Brennstofftank befindlichen Brennstoffs mit einem geringeren Umgebungsdruck das

ίο Hindurchwandern kleiner Bläschen durch den Brennstoff dazu führt, die Hauptmenge der im Brennstoff gelösten Luft fortschreitend freizusetzen. Dies ist vermutlich auf die große Oberfläche zurückzuführen, die die Blasen im Brennstoff bilden. Die gelöste Luft

D wandert vom Brennstoff in die Luftblasen, die sich vergrößern, wenn sie in Form von Gastaschen durch den Brennstoff der Brennstoffoberfläche wandern. Die auf diese Weise durch die Blasen freigesetzte Luft wird dann zur Atmosphäre entlüftet.

Bei einem Flugzeug, das am Boden betankt wurde, befindet sich die im Brennstoff gelöste Luft im Gleichgewichtszustand und läßt sich nicht dadurch absondern, daß der Brennstoff durch die Rückführleitung umgewälzt wird, das heißt, das Verhältnis der im

4¹S Brennstoff gelösten Luftmenge zur Brennstoffmenge hat den richtigen Gleichgewichtswert füi den betrachteten Umgebungsdruck (Atmosphärendruck am Boden). Die Entgasung des im Tank befindlichen Brennstoffs kann durch eine solche Umwälzung erst dann

w in Gang gebracht werden, wenn der Umgebungsdruck zu fallen beginnt, das heißt, wenn das Flugzeug zu steigen beginnt.

Wenn der Umgebungsdruck, dem die Flüssigkeit ausgesetzt ist, auf einen zweiten niedrigeren Umge-

r> bungsdruck abfällt, geht das in der Flüssigkeit gelöste Gas in den gasförmigen Zustand an irgendeiner beliebigen Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Gas über, um dadurch das entsprechende Gleichgewichtsverhältnis der gelösten Gasmenge zur Flüs-

bo sigkeitsmenge bei dem neuen zweiten Umgebungsdruck einzustellen. Bei Brennstofftanks für Luftfahrzeuge reicht die Flächengröße, an der dieser Vorgang selbsttätig ablaufen kann, nicht aus, um diesen Übergang mit einer ausreichenden Geschwindigkeit ablau-

b5 fen zu lassen. Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Brennstofftank kann sich die im Brennstoff gelöste Luft allmählich freisetzen, so daß die obenerwähnten Schwierigkeiten beim Steigflug des Flugzeugs nicht

auftreten.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die-durch den Brennstoff wandernden Blasen aus der bereits im Brennstoff gelösten Luft stammen. Somit wird tatsächlich ein Teil der gelösten Luft als ί Treibmittel zum Freisetzen der Hauptmenge der übrigen Luft verwendet. Die Bauteile, die zusätzlich zu den bereits im Brennstofftank vorhandenen Bauteilen benötigt werden, haben einen geringen Platzbedarf, und ein besonderer Vorteil liegt in dem Umstand, daß diese zusätzlichen Bauteile keine bewegten Bauteile sind und nur eine geringe Überwachung erfordern, wenn sie einmal eingebaut sind.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Flugzeug-Brennstofftanks,

Fig. IA einen Teilschnitt längs der Linie a-a der Fig. 1,

Fig. 2A und 2B vergrößerte Teilansichten eines in Fig. 1 gezeigten Bauteils, wobei die Fig. 2B einen Schnitt längs der Linie b-b der Fig. 2A ist, und

Fig. 3,4 und 5 Aufsichten dreier Flugzeug-Brennstofftanks.

Gemäß Fig. 1 enthält der gebrochen dargestellte Flugzeug-Brennstofftank 10 flüssigen Brennstoff 10a. Mit 10 b ist der Brennstoff pegel des beinahe vollen Tanks gezeigt. Oberhalb des Brennstoffpegels befindet sich im Tank ein dampfförmiges Brennstoff-Luftgemisch, das über eine Entgasungsieitung 11 mit der jo Atmosphäre in Verbindung steht. In Fig. 1 ist die Entgasungsleitung 11 als Verzweigungsstück einer Rohrleitung gezeigt.

Der Tank enthält eine abgesenkte Pumpe 12, die den Tank-Brennstoff über eine Leitung 13 zu weiteren r> (nicht gezeigten) Brennstofftanks und/oder zu den ebenfalls nicht gezeigten Flugzeugtriebwerken fördert.

Eine Rückführleitung 14 ist mit der Leitung 13 verbunden und endet in einem oder mehreren als Aus- laßvorrichtung dienenden Mundstücken 15, die nahe dem Tankboden angeordnet sind. Gemäß den Figuren hat die Rückführleitung 14 vier Zweigleitungen 14c, die jeweils in einem Mundstück 15 enden. Die Anzahl und Lage der Mundstücke 15 hängt von der Form und Größe des jeweiligen Brennstofftanks, in den sie eingebaut sind, ab; dies wird genauer weiter unten erläutert.

Die F i g. 2 A und 2 B zeigen ein Mundstück 15. Dies hat die Form einer mit einem Sechskantkopf versehe- ~>o nen Schraube, deren Schaft 15 a in Strömungsmittelverbindung mit der Leitung 14 gebracht werden kann. Wie gezeigt, verläuft eine Bohrung 15 d koaxial zum Schaft durch die Schraube. In jeder Flachseite 156 des Sechsecks ist eine radial verlaufende öffnung 15c μ gebildet, die in die Bohrung 15 d verläuft. Koaxial zu der Bohrung ISd durchsetzt eine öffnung 15 e den Sechskantkopf der Schraube.

Es können auch anders aufgebaute Mundstücke verwendet werden. Bei einem nicht gezeigten Aus- «> führungsbeispiel kann das Mundstück mehrere schmale Hohlrohre enthalten, die radial vom abgeschlossenen Ende einer Rückführleitung 14 verlaufen.

Die Rückführleitung 14 (Fig. 1) verläuft im Tank b5 10 nach oben zu einer Stelle 14a oberhalb des Brennstoff pegels 10 b. Die Stehe 14a liegt zwischen der Pumoe 12 und den Mundstücken 15 und enthält eine schmale öffnung 14b, durch die eine Saugwirkung verhindert wird, die andernfalls bei einem Abtrennen der an die Leitung 13 angeschlossenen Einrichtung einen Rückstrom des Tank-Brennstoffs in der Rückführleitung 14 und zur Leitung 13 gestatten könnte. Wahlweise kann auch ein (nicht gezeigtes) Rückschlagventil in der Rückführleitung 14 zwischen der Leitung 13 und den Mundstücken 15 angeordnet sein. In diesem Fall sind die öffnung 146 und die hochgelegene Knickstelle 14a nicht erforderlich.

In jedem Fall liegt in der Rückführleitung 14 ein Filter 16, vorzugsweise neben einem nicht gezeigten Überwachungsdeckel in der Wandung des Tanks 10. Durch dieses Filter wird verhindert, daß Fremdstoffpartikel die öffnungen 15c und die öffnung ISe zusetzen.

Die Funktionsweise des beschriebenen Tanks ist wie folgt: Der Tank 10 wird mit Brennstoff aufgefüllt, der normalerweise eine darin gelöste Luft-Teilmenge enthält. Die Pumpe 12 wird entweder ständig oder in Zeitabständen in Gang gesetzt, je nach den Erfordernissen der Brennstoff-Förderung und des Brennstoffverbrauchs während des Starts und Flugs. Während des Betriebs der Pumpe 12 wird druckbeaufschlagter Brennstoff zunächst durch die Leitung 13 gefördert, und ein Teil dieses Brennstoffs gelangt in die Rückführleitung 14. Dieser Brennstoff-Nebenstrom wird über die öffnungen 15 c und die öffnungen 15e in den im Tank befindlichen Brennstoff ausgestoßen. Die öffnungen ISe dienen jedoch hauptsächlich als Entlüftungslöcher für möglicherweise in den Mundstücken 15 angesammeltes Wasser.

Die plötzlichen Geschwindigkeitsänderungen des durch die öffnungen 15 c strömenden Brennstoffs führen zu einem Freisetzen zumindest eines Bruchteils der in diesem Brennstoff gelösten Luft. Vermutlich unterstützen auch die in dem durch die Auslaßöffnungen strömenden Brennstoff wirksamen Scherkräfte die Freigabe der gelösten Luft, und diese Luft wandert in Form eines stetigen Vorhanges kleiner Blasen 17 nach oben durch den im Tank befindlichen Brennstoff. Es hat sich herausgestellt, daß diese Bläschen die Freigabe eines hohen Anteils der im Tank-Brennstoff gelösten Luft hervorrufen. Diese freigesetzte Luft wandert zum Brennstoffpegel und wird über die Entgasungsleitung 11 zur Atmosphäre abgegeben.

Die Anzahl und Lage der Mundstücke 15 ist vermutlich nicht entscheidend, vorausgesetzt, daß durch die Bläschen-Vorhänge oder -Wolken ein großer Teil des >m Tank befindlichen Brennstoffs aktiviert wird. Infolge der radial gerichteten Auslaßöffnungen werden die Gasblasen 17 in seitlicher Richtung ausgesprüht, bevor sie ansteigen.

Luftfahrzeug-Brennstofftanks haben natürlich nicht notwendigerweise eine regelmäßige Form, und die Fig. 3, 4 und 5 zeigen Aufsichten dreier Brennstofftanks eines Delta-Flügel-Flugzeugs, wobei die entsprechenden Lagen für die Mundstücke 15 ersichtlich sind. Diese Figuren haben etwa den angedeuteten Maßstab.

Eine geeignete Einbauhöhe für die Mundstücke oberhalb des Tankbodens liegt in der Größenordnung zwischen 50 und 75 mm.

Ein geeigneter Durchmesser für die Rückführleitung 14 ist 13 mm. Geeignete Durchmesser für die öffnungen 15c und die öffnungen 15e sind 1,3 mm. Bei diesen Maßen sollte die Pumpe 12 zusätzlich zu ihrer normalen Fördermenge eine zusätzliche Förder-

leistung von etwa 7,5 l/min für jedes Mundstück 15 bei einem Druck von etwa 17,15 N/cm² haben. Es wurde ermittelt, daß der Luft-Absonderungsvorgang gut innerhalb der Zeitspanne beendet wird, die das Luftfahrzeug nach dem Abheben zum Erreichen seiner Reise-Flughöhe benötigt, d. h. die erforderliche Zeit liegt in der Größenordnung von Minuten. Falls ein Tank mit einer eingebauten Pumpe vorhanden ist, die während bestimmter Flugzustände nicht benutzt werden kann, kann zur Luftabsonderung eine eigene Pumpe vorgesehen sein. Bei einem Tank mit fünf Mundstücken 15 hat eine zu diesem Zweck geeignete Pumpe eine Förderleistung von etwa 38 1/ min bei einem Druck von etwa 17,15 N/cm².

Falls eine öffnung 14b vorgesehen ist, hat sie vorzugsweise einen Durchmesser von 1,5 mm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstofftank für Luftfahrzeuge, mit einer Entgasungsleitung zur Atmosphäre und einer Pumpe zum Ausfördern von im Tank enthaltenem Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entfernen von Gasen aus dem Brennstoff eine Rückführleitung (14) zum Rückführen zumindest eines Teils des von der Pumpe (12) geförderten Strömungsmittels in den Tank (10) vorgesehen ist und die Rückführleitung mit einer Auslaß vorrichtung (Mundstück 15) zum Abgeben des rückgeführten Brennstoffs und des in diesem enthaltenen Gases in den Tank versehen ist, wobei das rückgeführte Gas den ün Tank befindlichen Brennstoff (10a) in Form von Blasen (17) durchströmt.

2. Brennstofftank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßvorrichtung (Mundstück 15) mehrere öffnungen (15 c) aufweist.

3. Brennstofftank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Offnungen (15 c) so gerichtet sind, daß die Blasen (17) anfangs in horizontaler Richtung durch die im Tank (10) verbleibende Brennstoffmenge (10a) strömen.

4. Brennstofftank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (14) eine Leitung mit mehreren Zweigleitungen (14c) bildet, die jeweils in einer entsprechenden Einrichtung (Mundstück 15) zum Freisetzen von Gasen endet.