ES2218235T3 - Mejoras relacionadas con liquidos inflamables. - Google Patents

Abstract

Un recipiente (101) de almacenamiento de un líquido inflamable (119), comprendiendo el recipiente una primera cámara (103) y una segunda cámara (105) en comunicación de fluido entre sí a través de al menos un conducto (109) de fluido que se extiende desde una parte inferior (108) de la primera cámara, cuando está en uso, estando contenida la segunda cámara dentro de la primera cámara, y medios de desplazamiento, caracterizado porque los medios de desplazamiento desplazan, bajo demanda, el líquido de la primera cámara a la segunda cámara, a través de dicho conducto de fluido, para crear una barrera protectora dentro del recipiente alrededor de la segunda cámara.

Description

Mejoras relacionadas con líquidos inflamables.

La presente invención concierne a mejoras relacionadas con el almacenamiento de líquido inflamable, especialmente a un recipiente de almacenamiento de líquido inflamable y un método de reconfiguración del recipiente que evita los llamados efectos de ariete hidrodinámico en el líquido. Más particularmente, aunque no exclusivamente, la presente invención se refiere a un depósito de combustible de un avión militar, cuyo objetivo es reducir el riesgo de rotura catastrófica del depósito provocada por la penetración de un proyectil.

El depósito de combustible es uno de los componentes más vulnerables de un avión militar cuando éste es atacado, en particular durante las operaciones de vuelo rasante o a baja altura. La horadación del depósito puede ocasionar una pérdida limitada de combustible, en el mejor de los casos, pero puede provocar su estricta inutilización o la destrucción del avión, en el peor caso.

Si el depósito es perforado por un proyectil incendiario, la estela incendiaria del proyectil puede inflamar la carga de combustible y provocar un incendio devastador, de progreso muy rápido. No obstante, la mera penetración de proyectiles de diámetro suficientemente grande puede provocar la rotura catastrófica del depósito por medio de efectos de ariete hidrodinámico que se generan en el combustible líquido.

Cuando un proyectil impacta contra el depósito de combustible, transfiere gran parte de su energía cinética al líquido que contiene. Si el proyectil consigue perforar el depósito, desaloja violentamente combustible en el punto de entrada, emitiéndose una onda de choque desde el lugar de impacto. Aunque el líquido puede disipar esta onda rápidamente, el líquido es relativamente incompresible y no puede absorber las ondas de presión que genera el proyectil a medida que atraviesa el depósito. Tales ondas de presión se propagan con la velocidad del sonido en el líquido, la cual resulta mucho mayor que la del proyectil. Las ondas de presión se transmiten, por tanto, por delante del proyectil, generando una presión intensa en el punto de impacto del proyectil contra la pared interna del depósito. Estos efectos de ariete hidrodinámico generados en el combustible líquido hacen que el orificio del depósito de salida del proyectil resulte mucho mayor que su orificio de entrada del proyectil.

Como consecuencia de la ergonomía de espacio, los depósitos de combustible de los aviones a reacción se sitúan, por lo general, a lo largo de los conductos de entrada del motor. Por consiguiente, el depósito de combustible puede ser perforado de modo que se rompa de modo grave la pared que comparte con el conducto del motor. Pueden ser aspiradas entonces hacia el interior del motor del avión grandes cantidades de combustible, provocando una explosión de proporciones masivas.

Al tratar el problema de la rotura catastrófica del depósito de combustible, debe procurarse que tanto el espacio ocupado por el depósito como su peso sean mínimos, al tiempo que debe mantenerse la capacidad del depósito.

Anteriormente, se han realizado diversos intentos para tratar la rotura del depósito de combustible. Por ejemplo, la patente norteamericana nº 4.345.698 describe un depósito autoobturante que es capaz de obturar orificios producidos por pequeños proyectiles y mantener la integridad del depósito, ya que los efectos asociados de ariete hidrodinámico son de poca importancia. Este método de protección no resulta eficaz frente a proyectiles de gran calibre, tales como la munición incendiaria explosiva superior o HEI (high explosive incendiary) de 23 mm, que además de producir orificios que resultan demasiado grandes para autoobturarse, también generan considerables efectos de ariete hidrodinámico en el combustible.

La patente norteamericana nº 4.469.295 describe un depósito segmentado de combustible, en el que en primer lugar se extrae combustible de un depósito auxiliar para crear una zona protectora de aplastamiento en un lado de un depósito principal, a fin de atenuar los efectos de ariete hidrodinámico provocados por grandes proyectiles. La protección requerida sólo está disponible cuando se ha extraído todo el combustible del depósito auxiliar y ello puede plantear un problema de protección del depósito en la primera fase de la misión del avión. Asimismo, son necesarias bombas distintas para el depósito auxiliar y el depósito principal, lo cual aumenta el peso del sistema de distribución de combustible.

La patente norteamericana nº 4.886.225 describe un depósito de combustible con una cámara inflable que está fijada a lo largo de la pared del depósito de combustible compartida con un conducto de entrada del motor. Esta cámara inflable sólo forma una barrera de protección cuando está inflada, normalmente cuando el avión es atacado. No obstante, la cámara se infla en un momento preseleccionado del vuelo, normalmente después de haber consumido cierta cantidad de combustible. La escasa protección que proporciona este dispositivo no está disponible inicialmente y, por tanto, el avión es vulnerable durante un período inicial de tiempo.

La patente norteamericana nº 2.464.827 describe un depósito de combustible con un volumen superior de combustible confinado por una cavidad de cámara aire, cuya parte inferior externa tiene un compuesto obturador. La cavidad de cámara de aire no se extiende por la parte superior del volumen de combustible, y por tanto no proporciona protección, por ejemplo contra los efectos de ariete hidrodinámico, cuando es atravesada desde arriba.

La patente británica nº 565.121 describe un depósito de combustible que tiene una serie de compartimentos internos dentro del cuerpo principal, teniendo cada uno su descarga por separado. Esta invención no proporciona medios para trasladar bajo demanda el combustible del compartimento "externo", que protejan de ese modo el combustible, particularmente contra los efectos de ariete hidrodinámico.

Los intentos anteriores de reducir las roturas catastróficas del depósito de combustible, hasta ahora sólo han tenido un éxito limitado. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos, por ejemplo, cita actualmente las muertes relacionadas con el efecto de ariete hidrodinámico como causa principal de mortalidad a bordo de los aviones militares.

En consecuencia, un objetivo de esta invención es reducir substancialmente o subsanar al menos alguno de los problemas anteriormente descritos. Más específicamente, se desea reducir la vulnerabilidad actual, ante el fuego enemigo, de los depósitos de combustible para aviación.

Otro objetivo más es mejorar los diseños de los depósitos de combustible para aviación actualmente disponibles.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un recipiente de almacenamiento de un líquido inflamable, comprendiendo el recipiente una primera cámara y una segunda cámara en comunicación de fluido entre sí a través de al menos un conducto de fluido que se extiende desde una parte inferior de la primera cámara, estando contenida la segunda cámara dentro de la primera cámara, y medios de desplazamiento que desplazan, bajo demanda, el líquido de la primera cámara a la segunda cámara, a través de dicho conducto de fluido, para crear una barrera protectora dentro del recipiente. Como se comprenderá, la referencia a una parte "inferior" de la primera cámara debe interpretarse con relación al recipiente en su orientación normal. Por ejemplo, cuando el recipiente es un depósito de combustible de un avión, inferior debe interpretarse con relación a la orientación del depósito de combustible cuando el avión va derecho y en vuelo horizontal.

La presente invención proporciona el control de la creación de la barrera protectora y ello permite que pueda formarse "bajo demanda" en cualquier momento. Además, cuando los medios de desplazamiento están activados, todo el combustible existente en la primera cámara puede ser transferido a la segunda cámara para maximizar la cantidad almacenada de combustible protegido disponible en ese instante.

De modo opcional, el recipiente comprende además una salida del líquido inflamable de la segunda cámara y el al menos un conducto de fluido se extiende hacia el interior de la segunda cámara de modo que termina por encima de la salida.

Para acelerar de manera ventajosa la retirada del líquido de la primera cámara hacia la segunda cámara, la comunicación de fluido entre las cámaras primera y segunda comprende preferentemente una pluralidad de conductos de fluido.

Los medios de desplazamiento pueden comprender un mecanismo de bomba y pueden estar dispuestos, opcionalmente, de modo que introduzcan un gas en la primera cámara para efectuar el desplazamiento del líquido hacia la segunda cámara. La capa de gas protectora resultante es capaz de disipar las ondas de presión generadas por la penetración del proyectil, ya que es fácilmente compresible comparada con el líquido ininflamable. En consecuencia, cualquier orificio de salida del proyectil tendrá un tamaño comparable a su orificio de entrada, impidiendo la fuga repentina de gran cantidad de combustible. El gas es preferentemente ininflamable, extinguiéndose así cualquier rastro o estela incendiaria del proyectil, y, más preferentemente, el gas es substancialmente inerte (como, por ejemplo, nitrógeno o dióxido de carbono), garantizando la ausencia de riesgos de almacenamiento.

El recipiente puede comprender, además, medios colectores que capten el gas procedente de la segunda cámara y reciclen el gas para su utilización en los medios de desplazamiento. De este modo se minimiza la cantidad de gas requerida para mantener la barrera protectora, mejorándose así las características de espacio y peso respecto a los sistemas de la técnica anterior.

Opcionalmente, el recipiente puede comprender además medios de extracción que extraigan el exceso de líquido inflamable, respecto a la capacidad de la segunda cámara, cuando estén activados los medios de desplazamiento que desplazan el líquido desde la primera cámara a la segunda cámara.

El recipiente comprende preferentemente un depósito de combustible de utilización en un avión. Las ventajas de la invención se llevan a cabo mejor en el contexto de este tipo de depósito de combustible para aviación. No obstante, la presente invención puede aplicarse a diversos vehículos militarse de transporte de combustible – tales como los buques y vehículos en los que exista algún riesgo, bajo fuego enemigo, de penetración de proyectiles.

La presente invención se extiende también a un sistema reconfigurable de almacenamiento de combustible, que comprende un recipiente, como el descrito anteriormente, y medios de control conectados a los medios de desplazamiento del recipiente para controlar la activación de los medios de desplazamiento. Además, un avión que emplee este tipo de sistema reconfigurable de almacenamiento de combustible o un recipiente como el descrito anteriormente, también forma parte de la presente invención.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método de reconfiguración de un recipiente de almacenamiento de un líquido inflamable, comprendiendo el método suministrar el líquido inflamable a una primera cámara del recipiente y a una segunda cámara del recipiente contenida dentro de la primera cámara, teniendo las cámaras primera y segunda una comunicación de fluido entre ellas, y crear bajo demanda una barrera protectora alrededor de la segunda cámara, dentro del recipiente, introduciendo un gas en la primera cámara para efectuar el desplazamiento del líquido inflamable desde la primera cámara a la segunda cámara a través de los medios de comunicación de fluido.

Opcionalmente, el método puede comprender además captar el gas procedente de la segunda cámara y reciclar el gas para su utilización en la etapa de crear la barrera.

Preferentemente, el método puede comprender además extraer cualquier exceso de líquido inflamable, respecto a la capacidad de la segunda cámara, cuando el líquido es desplazado desde la primera cámara a la segunda cámara.

Ahora se describirán realizaciones actualmente preferentes de la presente invención, con referencia a los dibujos anejos. En los dibujos:

la figura 1 es una vista esquemática en sección de un depósito de combustible para aviación totalmente lleno de combustible, según una realización de la presente invención;

la figura 2 es una vista esquemática en sección del depósito de combustible de la figura 1, después de haberse suministrado parte del combustible del depósito de combustible para su consumo; y

la figura 3 muestra el recipiente de la figura 1 después de haberse activado un sistema de bombeo de gas y haberse desplazado todo el combustible de una cámara externa a una cámara interna.

Con referencia a la figura 1, a continuación se describe un depósito 101 de combustible para aviación, que incorpora la presente invención, junto con su funcionamiento en un avión. El depósito 101 de combustible para aviación comprende una cámara externa 103 y una cámara interna 105. La cámara interna 105 está substancialmente contenida dentro de la cámara externa 103, disponiendo la cámara interna 105 de una cavidad 107 circundante. El depósito 101 de combustible comprende trece tubos 109, de extremos abiertos, dispuestos en una parte inferior (base) 108 de la cámara interna 105 sobresaliendo por encima y por debajo de la pared 110 de la base. Estos tubos de extremos abiertos 109 proporcionan una comunicación de fluido entre las cámaras interna y externa, 105 y 103 respectivamente. Una tubería 111 de abastecimiento de combustible está dispuesta también en la parte inferior 108 de la cámara interna 105 para suministrar combustible del depósito 101 a los motores a reacción (no mostrados) del avión, mientras que una tubería de rebose 113 sale de una parte superior 114 de la cámara interna 105 y dispone de medios para eliminar el exceso de combustible del depósito 101. Una tubería de entrada 115 al depósito 101 de combustible está dispuesta de modo que desemboca en la cámara externa 103, mientras que una tubería de salida 117 del depósito 101 de combustible sale de la cámara interna 105, atraviesa la cavidad 107 y desemboca más allá de la cámara externa 103.

La figura 1 muestra el depósito 101 de combustible completamente lleno de combustible 119 de aviación. Los tubos de extremos abiertos 109, que unen entre sí las cámaras interna y externa, 105, 103, permiten utilizar todo el volumen del depósito 101, como se describirá con detalle más adelante. Normalmente, al comienzo de la misión del avión se dispone de esta configuración, es decir, un depósito 101 lleno de combustible.

La figura 2 muestra el depósito 101 de combustible algún tiempo después del despegue, cuando el avión ha utilizado parte del combustible 119. El combustible 119 se extrae del depósito 101 de combustible mediante una bomba de combustible (no mostrada) que se instala en serie en la tubería de abastecimiento 111. Los niveles 201, 203 del combustible de las cámaras interna y externa, 105 y 103 respectivamente, descienden sensiblemente al mismo ritmo durante el consumo de combustible.

En algún momento de la misión del avión, cuando se percibe una amenaza, un gas ininflamable 301, que es substancialmente inerte y no reacciona con el combustible 119 (tal como nitrógeno o dióxido de carbono), es introducido en el depósito 101 de combustible a través de la tubería de entrada 115, como se muestra en la figura 3. Para alimentar el gas ininflamable 301 hacia la cavidad 107 se utiliza un sistema electrónico de bombeo (no mostrado). El sistema electrónico de bombeo es activado de inmediato por un piloto del avión o puede ser accionado mediante algún sistema electrónico de sensor (no mostrado).

La mayor presión que ejerce el gas 301 sobre el nivel 203 de combustible hace que el combustible 119 de la cámara externa 103 sea transferido a la cámara interna 105 a través de los tubos de extremos abiertos 109. La existencia de una pluralidad de tubos garantiza que esa transferencia se realice con rapidez. Finalmente, substancialmente todo el combustible 119 de la cavidad 107 se traslada al interior de la cámara interna 105 y el gas ininflamable 301 puede circular a lo largo de la cavidad 107. Sin embargo, parte del gas pasa por los tubos de extremos abiertos 109, burbujeando hacia arriba a través de la cámara interna 105, dado que tiene menor densidad que el combustible 119. La existencia de tubos 109, en vez de simples orificios, que sobresalen hacia el interior de la cámara interna 105 más allá del nivel de entrada de la tubería de abastecimiento 111, sirve para evitar que el gas escape inadvertidamente por la tubería de abastecimiento 111. El gas 301 asciende a través del combustible 119 de la cámara interna 105 y luego sale de la parte superior 114 de la cámara interna 105 por la tubería de salida 117. El gas es devuelto después al sistema electrónico de bombeo para que lo recicle de nuevo hacia la cavidad 107, como se indica esquemáticamente en la figura 3.

Además de aplicarse el sistema de bombeo de gas ante una amenaza enemiga, también ha de ser activada la tubería de rebose 113. Antes de ese instante, es preciso que la tubería de rebose 113 se mantenga cerrada por medio de una válvula (no mostrada) para evitar la pérdida inadvertida de combustible 119, por ejemplo cuando el depósito esté lleno. Por consiguiente, la activación del sistema electrónico de bombeo está asociada con la apertura de la válvula de la tubería de rebose 113. En caso de que, en el momento de activación del sistema, el depósito 101 de combustible contenga un exceso de volumen de combustible respecto a la capacidad de la cámara interna 105, se vacía el exceso de combustible a través de la tubería de rebose 113. La tubería de salida 117 también puede funcionar como alternativa de la tubería de rebose 113, porque el exceso de combustible también puede ser extraído de la cámara interna 105 por la tubería de salida 117. En este caso, se dispone de un mecanismo (no mostrado) que separa el gas 301 y el combustible 119. En la realización actualmente preferente de la presente invención, el combustible sobrante se envía para su uso posterior a un depósito auxiliar de combustible (no mostrado), situado en una posición menos vulnerable dentro del avión. En una realización alternativa, el combustible simplemente se descarga (se lanza por la borda) del avión.

El sistema electrónico de bombeo puede ser activado a voluntad del piloto en el despegue y puede permanecer activado durante toda la misión. En este caso, el combustible 119 se transfiere a la cámara interna 105 al comienzo de la misión, con la transferencia que proceda del exceso de combustible al depósito auxiliar, y la protección contra los efectos de ariete hidrodinámico resulta inmediata. Si se precisa protección a lo largo de toda la misión, el sistema de bombeo de gas ha de estar en estado activado generando un flujo constante de recirculación de gas 301 que entre en la cámara externa 103, pase por los tubos 109 y salga de la cámara interna 105, manteniendo así la barrera protectora de gas.

De este modo, puede crearse y mantenerse una barrera de gas ininflamable 310 que rodee la cámara interna 105. Esto garantiza la protección del depósito 101 de combustible en todas las direcciones. Esta cavidad gaseosa es capaz de atenuar los efectos de ariete hidrodinámico provocados por la penetración de un proyectil por la cámara externa 103. Esto se debe fundamentalmente a que el gas se comprime con facilidad y, según ello, absorbe las ondas de presión de choque generadas por el impacto del proyectil. En caso de que la cámara interna 105 también fuese perforada por el proyectil, todo el combustible 119 perdido tras la rotura de la cámara interna 105 quedaría substancialmente contenido en la cámara externa 103, evitándose la rotura catastrófica del depósito 101 de combustible. La barrera de gas ininflamable también sirve para impedir que se inflame y entre en combustión el combustible 119 del depósito 101 cuando el proyectil en cuestión sea un dispositivo incendiario.

A los expertos en la técnica les resultará evidente que son totalmente posibles diversas configuraciones del depósito 101 de combustible. Por ejemplo, respecto a su forma y dimensiones, la posición de sus partes constituyentes y los medios mediante los que se controla.

La forma del depósito 101 de combustible no se limita de ningún modo a la estructura habitual similar a una caja. Más bien, la ergonomía del avión impondrá la forma que maximice el espacio disponible para el depósito 101 de combustible. Por ejemplo, si hubiera de situarse cerca de un conducto de aire del motor, el depósito de combustible tendría mayor capacidad siendo cóncavo en parte, de modo que ajuste perfectamente a lo largo del conducto cilíndrico.

Las dimensiones empleadas en el interior del depósito 101 de combustible también son susceptibles de variación. La eficacia de la atenuación de los efectos de ariete hidrodinámico puede estar supeditada a que se dispongan cavidades de cierta anchura que toleren proyectiles de un tamaño previsto. Dado que estas dimensiones son muy conocidas por los destinatarios expertos, no se ampliarán más detalles en la presente memoria.

Además, el número de tubos de extremos abiertos 109 del depósito 101 de combustible puede variarse, al igual que sus dimensiones. Por ejemplo, la variación de la suma de las áreas de las secciones transversales de los tubos puede ser un factor determinante de la rapidez con que pueda transferirse combustible entre las cámaras y, por consiguiente, también determina cuán rápidamente pueda conseguirse la protección contra los efectos de ariete hidrodinámico.

Han de preverse variaciones en el sistema de bombeo del gas ininflamable. Por ejemplo, el sistema electrónico de bombeo puede configurarse de modo que también extraiga gas de la cámara interna 105, reduciendo así la presión sobre el combustible contenido en la cámara interna 105 y facilitando la evacuación del combustible 119 de la cámara externa 103 por los tubos de extremos abiertos 109. De modo similar, para controlar el sistema de bombeo del gas ininflamable pueden utilizarse otros dispositivos distintos. Por ejemplo, son viables los dispositivos eléctricos, mecánicos y sensoriales.

Por consiguiente, deben consultarse las reivindicaciones anejas e incluso otras exposiciones generales, en vez de la descripción específica anterior, como indicativas del alcance de la invención.

Claims (9)

1. Un recipiente (101) de almacenamiento de un líquido inflamable (119), comprendiendo el recipiente una primera cámara (103) y una segunda cámara (105) en comunicación de fluido entre sí a través de al menos un conducto (109) de fluido que se extiende desde una parte inferior (108) de la primera cámara, cuando está en uso, estando contenida la segunda cámara dentro de la primera cámara, y medios de desplazamiento, caracterizado porque los medios de desplazamiento desplazan, bajo demanda, el líquido de la primera cámara a la segunda cámara, a través de dicho conducto de fluido, para crear una barrera protectora dentro del recipiente alrededor de la segunda cámara.

2. Un recipiente según la reivindicación 1, que comprende además una salida (111) del líquido inflamable de la segunda cámara y en el que el al menos un conducto de fluido se extiende hacia el interior de la segunda cámara de modo que termina por encima de la salida.

3. Un recipiente según cualquier reivindicación precedente, en el que la comunicación de fluido entre las cámaras primera y segunda comprende una pluralidad de conductos de fluido.

4. Un recipiente según cualquier reivindicación precedente, en el que los medios de desplazamiento comprenden un mecanismo de bomba dispuesto de modo que introduce un gas en la primera cámara para efectuar el desplazamiento del líquido inflamable a la segunda cámara.

5. Un recipiente según la reivindicación 4, que comprende además medios colectores dispuestos de modo que captan el gas procedente de la segunda cámara y reciclan el gas para su utilización en los medios de desplazamiento.

6. Un recipiente según cualquier reivindicación precedente, que comprende además medios de extracción que extraen el exceso de líquido inflamable, respecto a la capacidad de la segunda cámara, cuando están activados los medios de desplazamiento que desplazan el líquido desde la primera cámara a la segunda cámara.

7. Un método de reconfiguración de un recipiente (101) de almacenamiento de un líquido inflamable (119), comprendiendo el método suministrar el líquido inflamable a una primera cámara (103) del recipiente y a una segunda cámara (105) del recipiente contenida dentro de la primera cámara, teniendo las cámaras primera y segunda una comunicación de fluido entre ellas, caracterizado por crear bajo demanda una barrera protectora alrededor de la segunda cámara, dentro del recipiente, introduciendo un gas en la primera cámara para efectuar el desplazamiento del líquido inflamable desde la primera cámara a la segunda cámara a través de los medios de comunicación de fluido.

8. Un método según la reivindicación 7, que comprende además captar el gas procedente de la segunda cámara y reciclar el gas para su utilización en la etapa de crear la barrera.

9. Un método según la reivindicación 7 u 8, que comprende además extraer cualquier exceso de líquido inflamable, respecto a la capacidad de la segunda cámara, cuando el líquido es desplazado de la primera cámara a la segunda cámara.