DE69507383T2

DE69507383T2 - Verbesserungen in Bezug auf Flüssigkeitsbehälter

Info

Publication number: DE69507383T2
Application number: DE1995607383
Authority: DE
Inventors: George R. Seyfang
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2015-06-29
Also published as: EP0689991A1; GB9413053D0; EP0689991B1; ES2127994T3; DE69507383D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen von Flüssigkeitsbehältern, beispielsweise Brennstofftanks, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verbesserungen, die geschaffen wurden, um die Probleme zu verringern oder zu mildern, die verursacht werden durch eine plötzliche Stoßbelastung, die auf den Flüssigkeitsbehälter ausgeübt wird.
Die Brennstofftanks von Flugzeugen sind hydraulischen Stössen unterworfen, die beispielsweise erzeugt werden, wenn ein mit hoher Geschwindigkeit auftreffendes Geschoß oder Splitter den Tank treffen oder in diesen eindringen, wodurch die Stoßenergie auf den Tank übertragen wird, was zu einer Überbelastung der Tankwandbefestigungen führt, wodurch möglicherweise der Tank aufgerissen werden kann. Obgleich Beschädigungen, die durch Überschall-Stoßwellen durch ein Geschoß oder Splitter eines Projektils erzeugt werden, von besonderem Interesse sind, so ist es klar, daß hydraulische Stoßbelastungen, die zu einer Beschädigung führen können, auch auf andere Weise erzeugt werden können.
Die DE 39 18 073A beschreibt eine Brennstofftankanordnung, bei der ein Luftkissen als Sicherheitsexpansionsvolumen vorgesehen ist.
Die GB 2 155 873A beschreibt eine Brennstofftankanordnung, bei der die innere Oberfläche der Brennstofftankwandung mit einem Lufttaschenaufbau versehen ist, um Stöße zu absorbieren.
Die DE 32 46 1990A beschreibt eine Brennstofftankanordnung, bei der ein Zwischenraum im Brennstofftank vorgesehen ist, um Stöße zu verringern.
Die US 4 615 455 beschreibt eine Brennstofftankanordnung, die einen kompressiblen, elastischen Aufbau hat, um den Tank explosionssicher zu gestalten.
Die US 3 787 279 beschreibt eine Brennstofftankanordnung, bei der der Tank mit einem Schaummaterial ausgekleidet ist, um Stöße zu absorbieren.
Die FR 746 625 beschreibt eine Brennstofftankanordnung mit einem Leerraum oder einer Kammer, um Stöße zu absorbieren.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Flüssigkeitsbehälter mit Mitteln zur Absorption oder Verteilung von Energie, um wenigstens teilweise hydraulische Stöße zu dämpfen oder zu verteilen, die im Gebrauch in die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter eingeführt werden oder sich in dieser Flüssigkeit ausbreiten, wobei die Mittel zur Absorption oder Verteilung der Energie Einrichtungen aufweisen, um in die Flüssigkeit eine Vielzahl von Gasblasen einzuleiten, wodurch das die Flüssigkeit enthaltende Volumen kompressibel gemacht wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung zum Einführen von Gasblasen ein Speichergefäß auf, um Druckgas zu speichern, und es sind Mittel vorgesehen, die das Gas aus dem Gefäß austreten lassen, um es in dem Flüssigkeitsbehälter zu dispergieren.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Einrichtung zum Einführen von Gas Mittel aufweisen, um im Betrieb eine Gaskomponente aus einer Gasturbinenanlage abzuzweigen.
Vorzugsweise wird die Luft mit einer Konzentration zwischen 0,1 Volumenprozent und 10 Volumenprozent der Flüssigkeit und vorzugsweise mit etwa 1 Volumenprozent der Flüssigkeit zugeführt.
Der Flüssigkeitsbehälter kann außerdem eine Gastasche benachbart zu einer Außenwand des Flüssigkeitsbehälters oder innerhalb des Flüssigkeitsbehälters aufweisen. Stattdessen kann der Flüssigkeitsbehälter eine Verteilung von Zellen aufweisen, die jeweils ein Gasvolumen enthalten und in der Lage sind, gemäß einem Ansteigen oder einem Abfall im Flüssigkeitsdruck elastisch komprimiert zu werden bzw. sich elastisch auszudehnen. Demgemäß können die Zellen allgemein geschlossene kugelförmige Zellen oder allgemein hohle langgestreckte Fasern umfassen. Alternativ kann der Flüssigkeitsbehälter eine vernetzte Schaummatrix aufweisen.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden, und es werden nur zwei Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Flugzeug-Brennstofftanks, der einer Stoßbelastung durch ein Geschoß oder Schrapnell ausgesetzt ist, und
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstofftanks, und
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstofftanks.
Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Brennstofftank für ein Flugzeug. Wenn dieser Brennstofftank von einem Geschoß oder einem Schrapnell getroffen wird, dann wird die kinetische Energie des Geschosses oder Schrapnells in eine hydraulische Überschallstoßwelle umgewandelt, die sich durch den Tank ausbreitet. Hierdurch wird eine potentielle Überbelastung der Tank wandanschlüsse und demgemäß ein Aufbrechen des Tanks bewirkt. Wenn der Tank leer ist, wird er nur durchschlagen, aber er wird keinem katastrophischen Zusammenbruch ausgesetzt, weil darin kein relativ inkompressibles Medium befindlich ist, durch das sich die Stoßwelle ausbreiten könnte.
Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird der Brennstoff im Stoßwellenpfad zwischen dem Auftreffpunkt und den Tankwänden durch verschiedene Maßnahmen kompressibel gestaltet. Brennstoff ist ebenso wie Wasser fast inkompressibel, während Luft und Brennstoffdampf hoch kompressibel sind. Unsere Untersuchungen zeigen, daß schon der Einschluß von nur 1 Volumenprozent Luft im Brennstoff dessen Kompressibilität um einen Faktor von ungefähr 100 erhöhen könnte. Die folgende Tabelle liefert das Kompressibilitätsverhältnis (βMix/βBrennstoff) für verschiedene Mischungen von Luft und Flüssigkeit.
So kann durch einen relativ geringen Kapazitätsverlust die Kompressibilität beträchtlich auf einen Wert erhöht werden, bei dem die Stoßwelle, die durch den Aufprall erzeugt wird, absorbiert oder verteilt werden kann, ohne den Tank wesentlich zu beschädigen. Die Fig. 2 und 3 zeigen die Vergrößerung der Kompressibilität des Brennstoffs in einem Brennstofftank 10 eines Flugzeugs, der eine allgemein flache Form aufweist, die typisch ist für im Flugzeugtragflügel eingebaute Kastentanks.
Im folgenden wird insbesondere auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Es wird eine feine Dispersion von Gasblasen dann in den Brennstofftank eingeblasen, wenn das Flugzeug in einem Risikobereich fliegt oder eine unmittelbare Gefahr besteht.
Gemäß Fig. 2 erstreckt sich ein Belüftungsrohr 26 in den Brennstofftank 10, und dieses Belüftungsrohr besitzt feine Löcher 28 über die Länge, und durch diese Löcher können Gasblasen in den Brennstoff eintreten. Das Belüftungsrohr ist mit einer Druckgasflasche oder einer Luftflasche 30 über ein Ventil 32 verbunden, das automatisch durch einen Gefährdungsannäherungssensor geschaltet wird. Stattdessen kann das Ventil 32 auch durch den Flugzeugführer bedient werden.
Gemäß Fig. 3 wird das Belüftungsrohr 26 durch Abzapfung von der Flugzeugtriebwerksanlage 34 gespeist.
Bei diesen Systemen, die aktive Maßnahmen umfassen, ergibt sich ein Verlust des ausnutzbaren Brennstoffvolumens in den betreffenden Brennstofftanks nur dann, wenn das System aktiviert wird, und dies ist gewöhnlich der Fall, wenn die Brennstofftanks nicht voll sind.
Es ist klar, daß die aktiven Maßnahmen gemäß Fig. 2 und 3 mit passiven Maßnahmen kombiniert werden können, wie sie oben beschrieben wurden.

Claims

1. Flüssigkeitsbehälter (10) mit Mitteln zur Absorption oder Verteilung von Energie, um wenigstens teilweise hydraulische Stöße zu dämpfen oder zu verteilen, die im Gebrauch in die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter (10) eingeführt werden oder sich in dieser Flüssigkeit ausbreiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Absorption oder Verteilung der Energie Einrichtungen (26, 28, 30, 34) aufweisen, um in die Flüssigkeit eine Vielzahl von Gasblasen einzuleiten, wodurch das die Flüssigkeit enthaltende Volumen kompressibel gemacht wird.

2. Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 1, bei welchem die Einrichtung zum Einführen von Gasblasen ein Speichergefäß (30) aufweist, um Druckgas zu speichern und daß Mittel (32, 26, 28) vorgesehen sind, die das Gas aus dem Gefäß (30) austreten lassen, um es in dem Flüssigkeitsbehälter (10) zu dispergieren.

3. Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 1, bei welchem die Einrichtung zum Einführen von Gas Mittel (26, 28) aufweist, um eine Gaskomponente aus einer Gasturbinenanlage (34) abzuzweigen und das Gas in dem Flüssigkeitsbehälter (10) zu dispergieren.

4. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Einrichtung zum Einführen des Gases im Gebrauch Luft in die Flüssigkeit mit einer Konzentration zwischen 0,1 Volumenprozent und 10 Volumenprozent einführt.

5. Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 4, bei welchem die Luft mit einer Konzentration von etwa 1 Volumenprozent eingeführt wird.

6. Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem wenigstens eine Gastasche benachbart zur Außenwand des Flüssigkeitsbehälters oder innerhalb des Flüssigkeitsbehälters von den Außenseiten weg vorgesehen ist.

7. Flüssigkeitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welcher außerdem eine Verteilung von Zellen aufweist, die jeweils ein Gasvolumen enthalten und in der Lage sind, gemäß einem Ansteigen oder einem Abfall im Flüssigkeitsdruck elastisch komprimiert zu werden bzw. sich elastisch auszudehnen.

8. Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 7, bei welchem die Zellen wenigstens eine von allgemein geschlossenen kugelförmigen Zellen und allgemein hohle langgestreckte Fasern umfassen.

9. Flüssigkeitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welcher außerdem eine vernetzte Schaummatrix aufweist, um wenigstens teilweise hydraulische Stöße innerhalb des Flüssigkeitsbehälters zu absorbieren oder zu verteilen.

10. Flugzeug mit einem Flüssigkeitsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

11. Flugzeug nach Anspruch 10, welches Mittel aufweist, um die Einrichtung zur Absorption oder Verteilung der Energie zu aktivieren, sobald eine Bedrohung auftritt oder wahrgenommen wird.