JP2010036887A

JP2010036887A - 無人航空機用の燃料ラインの空気トラップ

Info

Publication number: JP2010036887A
Application number: JP2009128943A
Authority: JP
Inventors: Daniel Ross Collette; ダニエル・ロス・コレット
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-02-18
Also published as: US20100024897A1; US8070103B2; EP2151571A2

Abstract

【課題】無人航空機用の燃料ラインの空気トラップを提供すること。
【解決手段】無人航空機用の燃料ラインの空気トラップは、燃料ラインに沿った容器と、燃料ラインコネクタと、燃料の流入口および流出口のステムとを有する。容器は、遠位端部において流入口と、近位端部において流出口とを含む。燃料ラインコネクタは、容器に燃料ラインを結合するために、流入口および流出口において容器に取り付けられる。燃料流入口ステムは、流入口において容器に付随し、燃料流出口ステムは、流出口において容器に付随する。燃料流入口ステムおよび燃料流出口ステムの両方は、ギャップがそれらの間に存在するように、所定の距離だけ突き出ている。気泡が燃料ラインの空気トラップ中のギャップに入ったとき、気泡は、燃料流から分離され、そして容器の外壁に移動する。捕捉されたままである気泡は、燃料補給中、除去される。
【選択図】図１

Description

無人航空機（ＵＡＶ：ｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ）または超小型飛行機（ＭＡＶ：ｍｉｃｒｏ−ａｉｒｖｅｈｉｃｌｅ）の用途では、ガス貯蔵器中にポンプを有するのとは対照的に、燃料を引き入れるためにエンジンからの真空に依存するが、燃料ライン中に気泡が発生する恐れがある。さらに、ＵＡＶは、乱気流に遭遇し、そして航空機が少ない予備燃料でピッチングする、または前進飛行しているときなどのように、燃料ライン中に空気が導入される恐れがある不都合な飛行条件に遭遇することがしばしばある。同様に、温度が上昇する砂漠のような動作環境下では、真空によって引き込まれる燃料は、燃料ライン中の空気によって引き起こされるベーパーロックを特に受け易い。したがって、これらの状況のいずれでも、エンジンの燃料不足による航空機の損失に繋がる恐れがある。

エンジンに供給する燃料量を適切に調節するために用いられる１つの装置は、キャブレターである。通常、キャブレターは、即時に使用するために、ある量の燃料を保持するフロートチャンバを含む。この容器は、燃料ポンプによって供給される燃料が絶え間なく補充される。チャンバ中の燃料レベルは、吸入バルブの開口部と協働するフロートによって正確に維持される。エンジンが燃料レベルを減少させるにつれて、フロートが低下し、それに従って吸入バルブが開かれて燃料が入る。燃料レベルが上昇するにつれて、フロートは、上昇し、吸入バルブがしっかりと閉じられる。通常、チャンバが燃料で満たされたとき、通気チューブによって空気をチャンバから逃がすことができ、またチャンバが空になったとき、空気を入れることができ、それによってフロートチャンバ内の大気圧が維持される。

しかし、エンジンが、ＵＡＶ中など、地面に対して様々な方向で運用されることがある場合、キャブレターのフロートチャンバは、それが重力に依存しているので、役に立たないものにされる。さらに、燃料ポンプおよびフロートチャンバに関連した重量が著しく、それは、ＵＡＶ中でそれらを使用しない主な理由である。この問題を解決するために、フレキシブルなダイアフラムが、燃料チャンバの壁を形成するために使用されることがあり、燃料がエンジン中に引き込まれるとき、ダイアフラムが環境大気圧によって内側に押しやられる。ダイアフラムは、ニードルバルブに結合されており、ダイアフラムがチャンバ中に移動したとき、ニードルバルブは、押し開けられてより多くの燃料を入れる。燃料がチャンバに入ったとき、ダイアフラムは、外側に膨張してニードルバルブを閉じる。どのような方向でも一定に留まる定常的な燃料レベルを生じる平衡状態が達成される。この修正されたキャブレターは、空気抜き機構が欠けており、したがってＵＡＶが提起するベーパーロックの問題を解決しない。

本明細書に提示される発見は、エンジンによって生成される真空圧を受ける燃料ラインから気泡を捉えて除去するための装置を概説し、その装置は、どのような方向でも機能する。

したがって、第１の態様では、本発明は、無人航空機用の燃料ラインの空気トラップを提供し、その空気トラップは、（ａ）遠位端部に流入口および近位端部に流出口を含む、燃料ラインに沿った容器と、（ｂ）燃料ラインを容器に取り付けるために、流入口および流出口において容器にそれぞれ取り付けられた遠位燃料ラインコネクタおよび近位燃料ラインコネクタと、（ｃ）流入口において容器に取り付けられた燃料流入口ステムおよび流出口において容器に取り付けられた燃料流出口ステムであって、燃料流入口ステムおよび燃料流出口ステムの両方は、ギャップが燃料流入口ステムと燃料流出口ステムの間に存在するように、所定の距離だけ容器中に突き出ている、燃料流入口ステムおよび燃料流出口ステムとを含む。

また、本発明は、無人航空機用の燃料ラインの空気トラップを提供し、その空気トラップは、（ａ）燃料ラインに沿った容器であって、容器は、空気トラップとエンジンの間の燃料ライン中で起きるすべての気化が、エンジン内でベーパーロックを発生させないように、十分エンジンの近くに配置され、容器は、遠位端部に流入口および近位端部に流出口を含み、流入口および流出口は、互いに対して同心である、容器と、（ｂ）燃料ラインを容器に取り付けるために、流入口および流出口において容器にそれぞれ取り付けられた遠位燃料ラインコネクタおよび近位燃料ラインコネクタと、（ｃ）流入口において容器に結合された燃料流入口ステムおよび流出口において容器に結合された燃料流出口ステムであって、燃料流入口ステムおよび燃料流出口ステムの両方は、ギャップが燃料流入口ステムと燃料流出口ステムの間に存在するように、所定の距離だけ容器中に突き出ており、容器の遠位端部と、燃料流入口ステムがギャップ中で終わる、燃料ラインに実質的に垂直な平面において取られた容器の横断面の間で容器が含む容積、ならびに容器の近位端部と、燃料流出口ステムがギャップ中で終わる、燃料ラインに実質的に垂直な平面において取られた容器の横断面の間で容器が含む容積は、それぞれが、燃料補給の必要前に発生する空気の総量に少なくとも実質的に等しい、燃料流入口ステムおよび燃料流出口ステムとを含む。

さらに、本発明は、無人航空機用の燃料ラインの空気トラップを提供し、その空気トラップは、（ａ）燃料ラインに沿った容器であって、容器は、円筒の形であり、容器は、容器とエンジンの間の燃料ライン中での燃料気化を最小にするように、エンジンから１２ｃｍまたはそれより近くに配置され、容器は、遠位端部に流入口および近位端部に流出口を含み、流入口および流出口は、互いに対して同心である、容器と、（ｂ）燃料ラインを容器に取り付けるために、流入口および流出口において容器にそれぞれ取り付けられた遠位燃料ラインコネクタおよび近位燃料ラインコネクタと、（ｃ）流入口において容器に取り付けられた燃料流入口ステムおよび流出口において容器に取り付けられた燃料流出口ステムであって、燃料流入口ステムおよび燃料流出口ステムの両方は、ギャップが燃料流入口ステムと燃料流出口ステムの間に存在するように、所定の距離だけ容器中に突き出ている、燃料流入口ステムおよび燃料流出口ステムとを含む。

空気トラップの一実施形態の横断面図である。空気トラップの他の一実施形態の横断面図である。

第１の態様では、本発明は、無人航空機用の燃料ラインの空気トラップ１０を提供し、その空気トラップは、（ａ）遠位端部１８に流入口１６および近位端部２２に流出口２０を含む、燃料ライン１４に沿った容器１２と、（ｂ）燃料ライン１４を容器１２に取り付けるために、流入口１６および流出口２０において容器１２にそれぞれ取り付けられた遠位燃料ラインコネクタ２４および近位燃料ラインコネクタ２６と、（ｃ）流入口１６において容器１２に取り付けられた燃料流入口ステム２８および流出口２０において容器１２に取り付けられた燃料流出口ステム３０であって、燃料流入口ステム２８および燃料流出口ステム３０の両方は、ギャップ３２が燃料流入口ステム２８と燃料流出口ステム３０の間に存在するように、所定の距離だけ容器１２中に突き出ている、燃料流入口ステム２８および燃料流出口ステム３０とを含む。

燃料ライン１４は、本明細書で使用されるとき、２つのセクション３４、３６に分割され、第１のセクション３４は、燃料源（図示せず）と容器１２の間に結合され、第２のセクション３６は、容器１２とエンジン（図示せず）の間に結合される。燃料ライン１４の２つのセクション３４、３６の中心線は、実質的に同じ軸上に在ってもよく、または実質的に平行な軸上に在ってもよい。

容器１２は、本明細書で使用されるとき、本体３８、流入口１６、流出口２０、燃料流入口ステム２８、燃料流出口ステム３０、遠位燃料ラインコネクタ２４および近位燃料ラインコネクタ２６からなる。容器本体３８は、燃料源に最も近い容器１２の端部が遠位端部１８であるように、燃料ライン１４に沿っており、一方、エンジンに最も近い端部は、近位端部２２である。容器本体３８は、多くの形を取ることができ、たとえば砂時計（図１参照）、円筒（図２参照）、箱、球などを含む。容器１２は、ガスまたはディーゼル燃料によって影響されない任意の材料、たとえばポリプロピレンプラスチックから製作することが好ましい。また、容器１２は、燃料補給中、空気が燃料システムから除去されたかどうかを決定するのに役立つように、透明または半透明であることが好ましい。

容器１２の遠位端部１８は、流入口１６を含み、近位端部２２は、流出口２０を含む。遠位および近位の燃料ラインコネクタ２４、２６は、容器の流入口１６および容器の流出口２０にそれぞれ配置される。これらのコネクタ２４、２６は、それらがステムの形で容器１２の外側から突き出るように、容器本体の一部分として型で作ってもよい。このステム構成では、燃料ラインコネクタ２４、２６は、それぞれのコネクタが燃料ライン１４内にぴったりと納まり、本技術で一般に知られた任意のタイプのクランプ（図示せず）を用いて固定することができる外径を有する。あるいは、ステム燃料ラインコネクタ２４、２６の外側表面は、対応するネジを用いて燃料ライン１４に結合するために、ネジを切ってもよい。燃料ラインコネクタ２４、２６は、同様に、容器本体中に埋め込み、対応するネジを用いて燃料ライン１４を受け入れるために、ネジを切ってもよい。

また、燃料流入口ステム２８および燃料流出口ステム３０は、容器の流入口１６および流出口２０にそれぞれ配置される。これらの燃料の流入口および流出口のステム２８、３０は、それらが容器１２中に突き出て燃料ラインコネクタ２４、２６の間に配置されるように、容器本体の一部分として型で作ることができる。燃料ステム２８、３０は、ギャップ３２が燃料の流入口および流出口のステム２８、３０の間に存在するように、所定の距離だけ延在する。ギャップ３２は、燃料流出口ステム３０が、近接した蓄積された空気からよりもむしろギャップ３２中の燃料を引き込むように十分小さく、そして容器１２に入る燃料の速度のために気泡がギャップ３２を横切って燃料流出口ステム３０中に運ばれないように十分広い。このギャップの距離は、１２ｃｍであることが好ましい。各ステム２８、３０が延在する所定の距離は、燃料の流入口および流出口のステム２８、３０が、たとえばステム２８、３０が同心円状に配列されない場合、重ならないような長さであることが好ましい。

動作の際、ＵＡＶまたはＭＡＶは、空気が除去され、燃料が十分に供給される。この状態では、燃料源（図示せず）、燃料ライン１４および空気トラップ１０は、燃料が完全に満たされる。ＵＡＶまたはＭＡＶが飛行の過程中に燃料を消費するとき、気泡が、高温、乱気流、予備燃料が少ないなどの動作状態のために、システム中に生成される。これらの気泡は、燃料ライン１４を通って空気トラップ１０に運ばれる。燃料は、燃料流入口ステム２８を通って容器１２中に入る。気泡がギャップ３２に到達したとき、気泡が、燃料流出口ステム３０中に引き込まれることとは反対に、燃料流から分離され、そして空気トラップの容器１２の外壁４４、１８、２２まで浮かぶことができる程度に、燃料の速度が減速される。ＵＡＶが標準の前進飛行方向にある場合、気泡は、上部まで浮かび、それは、この態様では、遠位端部１８である。ＵＡＶが様々な方向でマニューバーしている場合、空気トラップ１０中に蓄積されたエアポケットは、容器１２の壁４４に沿って地面に対して最も高い点まで進むことになり、入る気泡すべては、燃料を通ってこのエアポケットまで進むことになる。蓄積された空気が容器１２の周辺に沿って進むので、燃料流出口ステム３０は、ギャップ３２から燃料だけを引き込み続ける。

一実施形態では、容器１２は、空気トラップ１０とエンジンの間の燃料ライン１４中で起きるすべての気化がエンジン中でベーパーロックを発生させないように、十分エンジン（図示せず）の近くに配置される。空気トラップ１０からエンジンまでの必要な距離は、主として、エンジンによって生成される真空度および動作環境温度の関数になる。気泡は、真空度がより大きく温度がより高い状況であると、より速く発生する。たとえば、温度が上昇して１００度に達する砂漠環境では、空気トラップは、エンジンから５から１２ｃｍにあることが好ましい。同様に、生成される真空度がより小さい、および／または環境温度がより低いとき、空気トラップは、１２ｃｍより大きくエンジンから離すことができる。考慮すべき別のファクタは、燃料ライン１４の真空度が、燃料の消費量が増加することによって、高くなると、燃料は、燃料ライン１４中に引き込まれるので、より容易に気化しがちであるということである。したがって、１２ｃｍより大きい距離にある空気トラップ１０は、飛行の初期の部分中では機能的なことがあるが、もっと後の飛行で真空度が高まった状態では、機能しなくなることがある。これから、空気トラップ１０のエンジンへの接近の仕方は、具体的なＵＡＶまたはＭＡＶがそれらの下で飛行するように設計される、用途および状態に依存することが明らかになる。したがって、十分エンジンの近くに空気トラップ１０を配置することによって、空気トラップ１０とエンジンの間の燃料ライン１４中で起きるすべての気化を無視できることになる。

一実施形態では、容器の遠位端部１８と、燃料流入口ステム２８がギャップ３２中で終わるポイント４０の間で容器１２が含む容積、ならびに容器の近位端部２２と、燃料流出口ステム３０がギャップ３２中で終わるポイント４２の間で容器１２が含む容積は、それぞれが、燃料補給の必要になる前に発生する空気の総量に少なくとも等しい。このように容器の容積を構成することによって、蓄積された空気は、ＵＡＶの飛行中の方向に依存して、容器の壁および流入口または流出口のステム２８、３０に近接して留まり、ギャップ３２中で燃料流中に引き込まれることが回避されることになる。蓄積された空気が、遠位端部１８において燃料流入口ステム２８の近傍で容積を超えることになる場合、エアポケットによって、ギャップ３２が実質的に短くなり、燃料流入口ステム２８からの燃料流の力によって、燃料流出口ステム３０中に空気が導入されることがある。同様に、蓄積されたエアポケットが、容器の壁４４に沿って近位端部２２へ進み、燃料流出口ステム３０の近傍で容器の容積を超えることになる場合、空気は、燃料流出口ステム３０中に直接引き込まれることになる。

一実施形態では、流入口１６および流出口２０が互いに対して偏心するように、流入口１６は、容器の遠位端部１８の中心からはずして置かれ、流出口２０は、容器の近位端部２２の中心に配置される。流入口１６および流出口２０を互いに対してずらして置くことによって、燃料の流入口および流出口のステム２８、３０は、同様にずらして置かれる。この偏心構成によって、ギャップ３２を横切る燃料の速度が減速され、それによって燃料流から気泡がより容易に分離され、蓄積されたエアポケットに進むことができる。燃料の流入口および流出口のステム２８、３０の両方を、容器１２のそれぞれの端部１８、２２のそれぞれの中心からずらして置くことができる場合、燃料流入口ステム２８をずらして置くことが好ましい。燃料流出口ステム３０を中心に保持することによって、真空吸い込みが、容器１２の側壁４４から離されており、したがって蓄積されたエアポケットから離される。

一実施形態では、流入口１６および流出口２０は、互いに対して実質的に同心である。この構成は、流入口１６および流出口２０の偏心配列より好ましい。偏心配列には、気泡が容器１２に入ったとき、ＵＡＶがその方向を変えて、燃料流出口ステムがエアポケットへの気泡の経路中に直接入る可能性がある。この状態は、起こりそうにもないが、燃料の流入口および流出口のステム２８、３０を同心円状に配列することによって、この状態を完全に回避する。気泡が同心構成で容器１２に入ったとき、ＵＡＶが完全に逆さまで地上に向けて一直線に飛行している場合、燃料流出口ステム３０は、気泡の経路中に在るだけになる。しかし、この逆さまの飛行方向は、ＵＡＶの飛行中、起こることが最もありそうにもないマニューバーである。

一実施形態では、燃料流入口ステムおよび燃料流出口ステム２８、３０の直径は、それぞれ流入口１６および流出口２０における直径よりギャップ近傍で大きくなるように、次第に細くされる。このように燃料の流入口および流出口のステム２８、３０の直径を次第に細くすることによって、燃料の速度は、低下する。ギャップ３２を横切る速度がより遅くなることは有利である、というのは、それによって空気が燃料流から分離され、空気トラップ１０中に蓄積されるために、より多くの時間が得られるからである。

一実施形態では、燃料流入口ステム２８と燃料流出口ステム３０の間のギャップ３２の中点における容器１２の直径は、流入口１６における燃料流入口ステム２８の直径および流出口２０における燃料流出口ステムの直径より大きい。この構成によってやはり、空気トラップ１０を通る燃料の速度が減速され、空気が燃料流から分離されるための時間がより多く得られる。

一実施形態では、燃料ラインの空気トラップ１０は、容器１２に結合され捕捉された空気を除去する、１つまたは複数のリリースバルブ４６をさらに含む。この１つまたは複数のリリースバルブ４６は、燃料補給中、手動で開けられてシステムから空気を除去することができる。

一実施形態では、１つまたは複数のリリースバルブ４６は、ＵＡＶが静止しているとき、地面に対する容器１２の最高点に配置される。本発明のこの態様では、容器１２の遠位端部１８は、ＵＡＶが静止しているとき、空気トラップ１０の最高点を示す。したがって、燃料が、燃料補給中、空気トラップ１０に入ったとき、空気は、リリースバルブ４６から除去されることになる。そうでない場合、燃料は、トラップ１０中のすべての空気が除去される前に、バルブ４６からあふれることになる。

一実施形態では、ギャップ３２の中心は、遠位および近位の端部１８、２２の間の実質的に中ほどに配置される。
一実施形態では、容器１２は、ギャップ３２の両側で実質的に対称である。

一実施形態では、容器１２は、円筒の形である（図２参照）。
一実施形態では、容器１２は、砂時計の形である（図１参照）。
第２の態様では、本発明は、無人航空機用の燃料ラインの空気トラップ１０の形を取ることができ、その空気トラップ１０は、（ａ）燃料ライン１４に沿った容器１２であって、容器１２は、空気トラップ１０とエンジンの間の燃料ライン１４中で起きるすべての燃料気化がエンジン中でベーパーロックを発生させないように、十分エンジンの近くに配置され、容器１２は、遠位端部１８に流入口１６および近位端部２２に流出口２０を含み、流入口１６および流出口２０は、互いに対して同心である、容器１２と、（ｂ）燃料ライン１４を容器１２に取り付けるために、流入口１６および流出口２０において容器１２にそれぞれ取り付けられた遠位燃料ラインコネクタ２４および近位燃料ラインコネクタ２６と、（ｃ）流入口１６において容器１２に結合された燃料流入口ステム２８および流出口２０において容器１２に結合された燃料流出口ステム３０であって、燃料流入口ステム２８および燃料流出口ステム３０の両方は、ギャップ３２が燃料流入口ステム２８と燃料流出口ステム３０の間に存在するように、所定の距離だけ容器１２中に突き出ており、容器の遠位端部１８と、燃料流入口ステムがギャップ３２中で終わるポイント４０の間で容器１２が含む容積、ならびに容器の近位端部２２と、燃料流出口ステムがギャップ３２中で終わるポイント４２の間で容器１２が含む容積は、それぞれが、燃料補給の必要前に発生する空気の総量に少なくとも実質的に等しい、燃料流入口ステム２８および燃料流出口ステム３０とを含む。

一実施形態では、ギャップ３２の中心は、遠位および近位の端部１８、２２の間の実質的に中ほどに配置される。
他の実施形態では、燃料ラインの空気トラップ１０は、容器１２に結合され捕捉された空気を除去する、１つまたは複数のリリースバルブ４６をさらに含む。

別の実施形態では、１つまたは複数のリリースバルブ４６は、ＵＡＶが静止しているとき、地面に対して容器の最高点に配置される。
第３の態様では、本発明は、無人航空機用の燃料ラインの空気トラップの形を取ることができ、その空気トラップは、（ａ）燃料ライン１４に沿った容器１２であって、容器１２は、円筒の形であり（図２参照）、容器１２は、容器１２とエンジンの間の燃料ライン１４中での燃料気化を最小にするように、エンジンから１２ｃｍまたはそれより近くに配置され、容器１２は、遠位端部１８に流入口１６および近位端部２２に流出口２０を含み、流入口１６および流出口２０は、互いに対して同心である、容器１２と、（ｂ）燃料ライン１４を容器１２に取り付けるために、流入口１６および流出口２０において容器１２にそれぞれ取り付けられた遠位燃料ラインコネクタ２４および近位燃料ラインコネクタ２６と、（ｃ）流入口１６において容器１２に取り付けられた燃料流入口ステム２８および流出口２０において容器１２に取り付けられた燃料流出口ステム３０であって、燃料流入口ステム２８および燃料流出口ステム３０の両方は、ギャップ３２が燃料流入口ステム２８と燃料流出口ステム３０の間に存在するように、所定の距離だけ容器１２中に突き出ている、燃料流入口ステム２８および燃料流出口ステム３０とを含む。

一実施形態では、燃料流入口ステム２８および燃料流出口ステム３０の直径は、それぞれ、流入口１６および流出口２０における直径よりギャップ近傍で大きいように、次第に細くされる。

他の実施形態では、燃料ラインの空気トラップ１０は、容器１２に結合され捕捉された空気を除去する、１つまたは複数のリリースバルブ４６をさらに含む。

１０空気トラップ
１２容器
１４燃料ライン
１６流入口
１８遠位端部
２０流出口
２２近位端部
２４遠位燃料ラインコネクタ
２６近位燃料ラインコネクタ
２８燃料流入口ステム
３０燃料流出口ステム
３２ギャップ
３４セクション
３６セクション
３８容器本体
４０ポイント
４２ポイント
４４容器外壁
４６リリースバルブ

Claims

無人航空機用の燃料ラインの空気トラップであって、
遠位端部に流入口および近位端部に流出口を含む、燃料ラインに沿った容器と、
前記燃料ラインを前記容器に取り付けるために、前記流入口および前記流出口において前記容器にそれぞれ取り付けられた遠位燃料ラインコネクタおよび近位燃料ラインコネクタと、
前記流入口において前記容器に取り付けられた燃料流入口ステムおよび前記流出口において前記容器に取り付けられた燃料流出口ステムであって、前記燃料流入口ステムおよび前記燃料流出口ステムの両方は、ギャップが前記燃料流入口ステムと前記燃料流出口ステムの間に存在するように、所定の距離だけ前記容器中に突き出ている、燃料流入口ステムおよび燃料流出口ステムとを含む、燃料ラインの空気トラップ。
前記容器は、前記空気トラップとエンジンの間の前記燃料ライン中で起きるすべての気化が前記エンジン内でベーパーロックを発生させないように、十分前記エンジンの近くに配置される、請求項１に記載の燃料ラインの空気トラップ。
前記容器の遠位端部と、前記燃料流入口ステムが前記ギャップ中で終わるポイントの間で前記容器が含む容積、ならびに前記容器の近位端部と、前記燃料流出口ステムが前記ギャップ中で終わるポイントの間で前記容器が含む容積は、それぞれが、燃料補給の必要前に発生する空気の総量に少なくとも実質的に等しい、請求項２に記載の燃料ラインの空気トラップ。