JP2020531364A - 航空機のタンクの充填管路中の燃料を循環するための方法および当該方法を実施するため管路に接続される弁 - Google Patents

航空機のタンクの充填管路中の燃料を循環するための方法および当該方法を実施するため管路に接続される弁 Download PDF

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Abstract

航空機のタンクの充填管路(2)中の燃料を循環するための方法。本発明による方法は、燃料が最高速度閾値に達するまで、燃料の通過のための横断面を自動的および機械的に変えることを含む。本方法を実施するための、航空機燃料タンクの充填管路(2)に接続される弁(1)。本発明によれば、燃料が管路(2)中を循環するとき、燃料速度が最高閾値に達するまで、燃料の通過のための横断面を自動的に変えることが可能な、燃料の通過のための横断面を制約するためのデバイス(7)を弁(1)が備える。

Description

本発明は、航空機の技術分野に関し、航空機タンクの充填パイプ中の燃料流のための方法および当該方法の実施のためパイプに接続される自己調整弁を含む。
航空分野、特にタンク充填パイプ中の燃料流の分野において、燃料中に帯電が現れることは回避しなければならない。というのは、それは、燃料蒸気中のスパークおよび爆発の危険をもたらすことになるためである。
したがって、タンクを充填する速度を制限しなければならない。現在の規制、特に、参考文献FAR (Federal Aviation Regulation, Title 14 Code of Federal Regulations)のI章C節25.981項の§8.f.(2).(b)には、タンク充填パイプ内部の燃料速度は、6m/sと7m/sの間に含まれる場合に許容できると示される。
充填パイプ中の燃料の流速を制限するために、しっかりとした関係がある燃料流量と流速を制限するため、充填パイプ中に流れを制約する手段を設置することが知られている。
特に段階的な開口の形でのこれらの制約する手段は、燃料、特に、55℃の温度を有する熱い燃料に関係する最も制限的となるパラメータを考慮することによって、充填パイプの通過部分を制約して、燃料の流量および充填速度を減少させるように設計およびサイズ決定される。
この解決策の欠点は、実際には、燃料がより冷えており、したがってより粘性があるとき、充填速度および流量が非常に制限されることが判明しており、このことによって燃料タンクの充填時間が延びることにある。
FAR (Federal Aviation Regulation, Title 14 Code of Federal Regulations)のI章C節25.981項の§8.f.(2).(b)
したがって、本発明の目標の1つは、航空機タンクのための充填パイプ中の燃料循環の方法を提案することによって、従来技術からの欠点を改善し、それによって、循環する燃料の特性、特にその温度にしたがってタンクの充填時間を最適化することである。目的は、充填時間を最小化し、一方、最適な安全性を提供することである。
このために、本発明によれば、航空機タンクの充填パイプ中の燃料流の方法が提案され、燃料が最高速度閾値に達するまで、燃料通過部分を自動的および機械的に変えることからなるという点で注目すべきである。
このように、通過部分を減らすことによって、パイプにおける負荷の損失を増加させ、パイプ中の燃料流量を減少させる。流体の流量と流速は、よく知られている物理的な関係式によって直接関係がある。燃料通過部分は、燃料が最高速度閾値に達するまで、燃料流速が予め規定される最高閾値を超えると当該部分が減らされ、燃料流速が予め規定される最高閾値より低いとこの部分が増やされるように制御される。
有利なことに、燃料通過部分は、パイプ中の2点間の圧力差に応じて、自動的に変わる。これら2点の場所は、圧力差がパイプ中の燃料速度に比例して変わるように選択することができる。
好ましくは、通過部分は、燃料流速がゼロのときに自動的に制約される。この特徴で、燃料流の方法を安全にすることができる。
本発明の目的の1つは、上記方法を実施するための自己調整充填弁を提供することでもあり、それによって、燃料流の性質の関数として、タンクの充填時間を最適化する。
このために、本発明によれば、航空機燃料タンクのための充填パイプに接続される弁が提案され、燃料がパイプ中を流れるとき、燃料速度が最高閾値に達するまで、燃料通過のための部分を自動的に変えることが可能な、調整可能ダイアフラムなどの、燃料通過部分の制約のためのデバイスを備えるという点で注目に値する。
このように、充填時間が最短化される。実際には、燃料流条件、特に燃料温度は、規制によって仮定されるものよりも制限的でない。したがって、燃料が55℃より低い温度を有するとき、段階的な開口での既存の解決策と比較して、本発明は、帯電が現れる危険なしに、充填を加速することに役立つ。航空機タンクの充填時間を減らすことによって、航空機が地上で動けない時間が減少する。
有利なことに、制約デバイスは、パイプ中の2点間の圧力差に応じて、制約デバイスの作動の手段を受ける。
好ましくは、作動の手段は、可変容量の第1のチャンバと第2のチャンバの間に摺動可能に搭載されるピストンを備えるマスタシリンダを備える。第1および第2のチャンバは、各々、少なくとも1点でパイプ圧力に接続される。ピストンは、ピストンの摺動が制約デバイスの作動をもたらすように、制約デバイスに機械的に接続される。
このように、本発明によるデバイスは、簡単で合理的な構造を有し、それによって、その製造およびその維持の費用を減少させる。
特定の実施形態によれば、ピストンは、制約デバイスの最大または最小開口に対応する方向にピストンを動かす傾向を有する弾性復元部材を受ける。
有利なことに、マスタシリンダの第1のチャンバおよび第2のチャンバは、プラントルチューブを介してパイプ圧力に接続される。言い換えると、チャンバのうちの1つは、全圧開口を介してパイプ圧力に接続され、他のパイプは、静圧開口を介してパイプ圧力に接続される。このように、ピストンは、当業者によく知られているように、燃料速度の関数である、圧力差を直接受ける。
別の実施形態によれば、パイプがベンチュリ管を有し、ピストンの第1のチャンバおよび第2のチャンバは、それぞれ、ベンチュリ管の広げた区域および狭めた区域の圧力に接続される。したがって、この実施形態によれば、ピストンは、燃料速度の関数である、圧力差をやはり直接受ける。
また好ましくは、マスタシリンダの第1のチャンバは、パイプに直接、液圧的に接続される。マスタシリンダの第2のチャンバは、セカンダリシリンダに液圧的に接続される。セカンダリシリンダは、可変容量の第1のチャンバと第2のチャンバの間に摺動可能に搭載されるピストンを有する。セカンダリシリンダの第1のチャンバは、ピストンを第2のチャンバに向けて押し戻す傾向を有する弾性復元部材を備え、ベンチュリ管の狭めた区域に直接、液圧的に接続される。セカンダリシリンダの第2のチャンバは、ベンチュリ管の広げた区域に直接、液圧的に接続される。マスタシリンダの第2のチャンバは、ピストンの摺動にしたがって、セカンダリシリンダの第1のチャンバに、またはセカンダリシリンダの第2のチャンバに部分的にのいずれかで液圧的に接続される。言い換えると、セカンダリシリンダは、ベンチュリ管の広げた区域とセカンダリシリンダの第2のチャンバとマスタシリンダの第2のチャンバとベンチュリ管の狭めた区域との間に液圧回路を作るように、マスタシリンダの第2のチャンバを、ベンチュリ管の広げた区域に接続することができる。
この実施形態では、燃料速度が予め規定した最低閾値を超えた場合にだけ、通過部分を変えることができる。
本発明は、使用条件が何であれ、すなわち、充填パイプ中を流れる燃料の温度が何であれを意味するが、流量を安定化および最大化し、それによって、燃料タンクの充填時間の減少を可能にすることに役立つ。
本発明のさらなる特性および利点は、添付図面を参照して、参照のためのものにすぎず決して制限的なものでない下に提供される記載から明らかとなろう。
マスタシリンダが最小収縮位置にある、本発明による弁の第1の実施形態の概略図である。 マスタシリンダが最大収縮位置にある、図1のものと同様の概略図である。 調整可能ダイアフラムが最小収縮位置にある、図1の断面A-Aに対応する、切断面におけるパイプの概略図である。 調整可能ダイアフラムが最大収縮位置にある、図2の断面B-Bに対応する、切断面におけるパイプの概略図である。 プラントルチューブを備える、第2の実施形態に対応する弁の略図である。 第3の実施形態に対応し、マスタシリンダが最大収縮位置にあり、パイプの中を燃料が流れていないときの弁を示す概略図である。 第3の実施形態に対応し、マスタシリンダが最小収縮位置にあり、パイプの中を燃料が低速で流れているときの弁を表す概略図である。 第3の実施形態に対応し、セカンダリシリンダとマスタシリンダの間で液圧回路を確立するようにマスタシリンダが部分的に閉じた位置にあり、パイプの中を燃料がかなりの速度で流れているときの弁を示す概略図である。
図1〜図8において、同じ要素は、同じ参照番号を持つ。
本発明は、航空機燃料タンクの充填パイプ(2)に接続される弁(1)に関する。
本発明の第1の実施形態を示す図1を参照して、パイプ(2)は、広げた入力区域(4)、狭めた区域(5)、および広げた出力区域(6)を備えるベンチュリ管(3)を有する。燃料通過部分の制約のためのデバイス(7)が、たとえば、パイプ(2)の狭めた区域(5)に配置される。制約デバイス(7)は、マスタシリンダ(9)を備える作動手段(8)に機械的に接続される。マスタシリンダ(9)は、可変容量の第1のチャンバ(11)と第2のチャンバ(12)の間に摺動可能に搭載されるピストン(10)を有する。第1のチャンバ(11)は、静圧開口(13)を介してパイプ(2)の広げた区域(4)の圧力に接続され、第2のチャンバ(12)は、静圧開口(14)を介してパイプ(2)の狭めた区域(5)の圧力に接続される。ピストン(10)は、制約デバイス(7)の最大開口に対応する位置にピストン(10)を動かす傾向を有するばね(15)を受ける。本実施形態では、この位置は、パイプ(2)を流れる燃料がないことに対応する。
図2を参照して、パイプ(2)の中を燃料が流れるとき、パイプ(2)の広げた区域(4, 6)の燃料速度は、狭めた区域(5)の中よりも遅い。このように、ベルヌーイの式に記載されるように、狭めた区域(5)における静圧が減少する。パイプ(2)の燃料速度が増加すれば、圧力差が増加する。こうして、ピストン(10)は圧力差を直接受ける。第2のチャンバ(12)の中の圧力が減少すると、第1のチャンバ(11)中の燃料圧力が、ばね(15)に対してピストン(10)を動かす傾向がある。圧力差が大きくなれば、圧力差に起因する力が大きくなり、さらにピストン(10)が変位される。ピストン(10)は、たとえば、制御棒(16)を介して制約デバイス(7)に機械的に接続される。こうして、燃料が通過するための部分は、燃料速度がプリセットされた最高閾値に達するまで自動的に変わる。
図3および図4に示されるように、制約デバイス(7)は、たとえば、調整可能な開口絞りダイアフラム(17)の形状を有する。制御棒(16)の直線的な動きによって、パイプ(2)の中の通過のための部分を漸次制約するため、複数のブレード(18a, 18b, 18c, 18d)の回転がもたらされる。図3では、調整可能ダイアフラム(17)が最小収縮位置にあり、ピストン(10)が頂部位置にあり、図4では、ダイアフラム(17)が部分的な収縮位置にあり、ピストン(10)が底部位置にある。燃料速度がたとえば7m/sに達したときに弁(1)が平衡となるように、ばね(15)の硬さが選択される。
もちろん、本発明の範囲から逸脱することなく、制約デバイス(7)は、ナイフゲート弁、エラストマゲート弁、ボール弁などであってよい。
ここで、第2の実施形態を示す図5を参照する。作動の手段(8)および制約デバイス(7)は、第1の実施形態のものと同一であり、再び記載しないこととする。パイプ(2)は、一定の断面を有し、内部に、作動の手段(8)に液圧的に接続されるプラントルチューブ(ピトー管)(19)を備える。プラントルチューブ(19)のために、ピストン(10)は、第1の開口(20)の近くのパイプの中を流れている燃料の全圧と、第2の開口(21)の近くの燃料の静圧との間の圧力差を受ける。知られているように、この圧力差は、パイプ(2)の中の燃料流速にやはり関係する。こうして、燃料が通過するための部分は、燃料速度がプリセットされた最高閾値、たとえば7m/sに達するまで自動的に変わる。
本発明の第3の実施形態を示す図6、図7、および図8を参照して、パイプ(2)は、広げた入力区域(4)、狭めた区域(5)、および広げた出力区域(6)を備えるベンチュリ管(3)を有する。制約デバイス(7)が、広げた出力区域(6)に配置される。弁(1)は、可変容量の第1のチャンバ(11)と第2のチャンバ(12)の間に摺動可能に搭載されるピストン(10)を備えるマスタシリンダ(9)を有する。ピストン(10)は、制約デバイス(7)の最小開口に対応する位置にピストン(10)を動かす傾向を有するばね(15)を受ける。上の実施形態とは異なり、ピストン(10)の頂部位置が最大収縮に対応し、一方、底部位置が最小収縮に対応することに留意されたい。
マスタシリンダ(9)の第1のチャンバ(11)は、パイプ(2)の広げた区域(4)に直接、液圧的に接続される。その第2のチャンバ(12)は、セカンダリシリンダ(22)に液圧的に接続される。
セカンダリシリンダ(22)は、可変容量の第1のチャンバ(24)と第2のチャンバ(25)の間に摺動可能に搭載されるピストン(23)を有する。セカンダリシリンダ(22)の第1のチャンバ(24)は、ベンチュリ管(3)の狭めた区域(5)に直接、液圧的に接続され、セカンダリシリンダ(22)のピストン(23)を第2のチャンバ(25)に向けて押し戻す傾向を有するばね(28)を備える。セカンダリシリンダ(22)の第2のチャンバ(25)は、ベンチュリ管(3)の広げた区域(4)に直接、液圧的に接続される。マスタシリンダ(9)の第2のチャンバ(12)は、ピストン(23)の摺動にしたがって、セカンダリシリンダ(22、図6および図7参照)の第1のチャンバ(24)に、またはセカンダリシリンダ(22、図8参照)の第2のチャンバ(25)に部分的にのいずれかで液圧的に接続され、燃料漏れをもたらす。
セカンダリシリンダ(22)がマスタシリンダ(9)の第2のチャンバ(12)をベンチュリ管(3)の広げた区域(4)に接続するとき、ベンチュリ管(3)の広げた区域(4)とセカンダリシリンダ(22)の第2のチャンバ(25)とマスタシリンダ(9)の第2のチャンバ(12)とベンチュリ管(3)の狭めた区域(5)との間に液圧回路が作られ、その結果、燃料は、矢印F1〜F5に示されるように、これらの要素の間を循環することができる。パイプ(2)からマスタシリンダ(9)の第2のチャンバ(12)への燃料の逆流を防止するために、パイプ(2)の狭めた区域(5)と前記チャンバ(12)との間に逆流防止弁(27)が有利に配置される。
燃料流がないと(図6参照)、制約デバイス(7)は、最大閉鎖収縮の位置にある。この実施形態では、燃料速度が予め規定した最低閾値を超えた場合にだけ、通過部分を変えることができ、作動手段(8)の故障に対して弁(1)を安全にすることにも役立つ。
矢印Fcによって示されるように、燃料が流れ始めると(図7参照)、広げた区域(4)の静圧P1と狭めた区域(5)の静圧P2との間に圧力差が現れる。このように、圧力差によって、マスタシリンダ(9)のピストン(10)が第2のチャンバ(12)に向けて押され、最小収縮位置での制約デバイス(7)の作動をもたらす。
燃料速度が増加し、たとえば、7m/sといった制限値に達すると(図8参照)、広げた区域(4)の静圧P1と狭めた区域(5)の静圧P2との間の圧力差が増加する。このように、セカンダリシリンダ(22)のピストン(23)が、この差によって、ばね(28)に対してセカンダリシリンダ(22)の第1のチャンバ(24)に向けて押され、ベンチュリ管(3)の広げた区域(4)とセカンダリシリンダ(22)の第2のチャンバ(25)とマスタシリンダ(9)の第2のチャンバ(12)とベンチュリ管(3)の狭めた区域(5)を接続する。セカンダリシリンダ(22)の第2のチャンバ(25)とマスタシリンダ(9)の第2のチャンバ(12)の間にあるパイプ(26)は、セカンダリシリンダ(22)のピストン(23)によって部分的にブロックされるようになる。こうして、負荷がなくなるために、マスタシリンダ(9)の第2のチャンバ(12)の圧力P3は、圧力P2より高いが、圧力P1より低い。その態様では、マスタシリンダ(9)のピストン(10)上の圧力差に起因する力が減少し、ばね(15)がピストン(10)を上方に動かし、制約デバイス(7)を部分的な収縮のための位置にする。結果として、燃料流量および流速が減少する。燃料速度が7m/sと等しいときに弁(1)が平衡となるように、ばね(15, 28)の硬さが選択される。このように、燃料が通過するための部分は、燃料速度が最高閾値、たとえば7m/sに達するまで自動的に変わる。燃料速度はこの速度限界を超えず、流量は、パイプ(2)の中を流れる燃料の特性、特に温度にかかわらず、最大である。
1 弁
2 充填パイプ
3 ベンチュリ管
4 広げた入力区域
5 狭めた区域
6 広げた出力区域
7 制約のためのデバイス、制約デバイス
8 作動手段、作動の手段
9 マスタシリンダ
10 ピストン
11 第1のチャンバ
12 第2のチャンバ
13 静圧開口
14 静圧開口
15 ばね
16 制御棒
17 調整可能な開口絞りダイアフラム、調整可能ダイアフラム
18a ブレード
18b ブレード
18c ブレード
18d ブレード
19 プラントルチューブ、ピトー管
20 第1の開口
21 第2の開口
22 セカンダリシリンダ
23 ピストン
24 第1のチャンバ
25 第2のチャンバ
26 パイプ
27 逆流防止弁
28 ばね、弾性復元部材

Claims (11)

  1. 航空機タンクの充填パイプ(2)中の燃料流の方法であって、燃料が最高速度閾値に達するまで、燃料通過部分を自動的および機械的に変えるステップからなることを特徴とする、方法。
  2. 前記燃料通過部分が、前記パイプ(2)中の2点間の圧力差に応じて、自動的に変わることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記通過部分が、燃料流速がゼロのときに自動的に制約されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  4. 請求項1に記載の方法を実施するための、航空機燃料タンクのための充填パイプ(2)に接続される弁(1)であって、燃料が前記パイプ(2)中を流れるとき、燃料速度が最高閾値に達するまで、燃料通過のための前記部分を自動的に変えることが可能な、前記燃料通過部分の制約のためのデバイス(7)を備えることを特徴とする、弁(1)。
  5. 前記制約デバイス(7)が、前記パイプ(2)中の2点間の圧力差に応じて、前記制約デバイス(7)の作動の手段(8)を受けることを特徴とする、請求項4に記載の弁(1)。
  6. 前記作動の手段(8)が、可変容量の第1のチャンバ(11)と第2のチャンバ(12)の間に摺動可能に搭載されるピストン(10)を備えるマスタシリンダ(9)を備え、前記第1のチャンバ(11)および第2のチャンバ(12)が、各々、少なくとも1点でパイプ(2)圧力に接続され、前記ピストン(10)が、前記ピストン(10)の摺動が前記制約デバイス(7)の作動(8)をもたらすように、前記制約デバイス(7)に機械的に接続されることを特徴とする、請求項5に記載の弁(1)。
  7. 前記ピストン(10)が、前記制約デバイス(7)の最大または最小開口に対応する方向に前記ピストン(10)を動かす傾向を有する弾性復元部材(15)を受けることを特徴とする、請求項6に記載の弁(1)。
  8. 前記マスタシリンダ(9)の前記第1のチャンバ(11)および第2のチャンバ(12)が、プラントルチューブ(19)を介してパイプ(2)圧力に接続されることを特徴とする、請求項6に記載の弁(1)。
  9. 前記パイプ(2)がベンチュリ管(3)を有し、前記ピストンの前記第1のチャンバ(11)および第2のチャンバ(12)が、それぞれ、前記ベンチュリ管(3)の広げた区域(4)および狭めた区域(5)の前記圧力に接続されることを特徴とする、請求項6に記載の弁(1)。
  10. 前記マスタシリンダ(9)の前記第1のチャンバ(11)が、前記パイプ(2)に直接、液圧的に接続され、前記第2のチャンバ(12)が、可変容量の第1のチャンバ(24)と第2のチャンバ(25)の間に摺動可能に搭載されるピストン(23)を有するセカンダリシリンダ(22)に液圧的に接続され、前記セカンダリシリンダ(22)の前記第1のチャンバ(24)が、前記ピストン(23)を前記第2のチャンバ(25)に向けて押し戻す傾向を有する弾性復元部材(28)を備え、前記ベンチュリ管(3)の前記狭めた区域(5)に直接、液圧的に接続され、前記セカンダリシリンダ(22)の前記第2のチャンバ(25)が、前記ベンチュリ管(3)の広げた区域(4)に直接、液圧的に接続され、前記マスタシリンダ(9)の前記第2のチャンバ(12)が、前記ピストン(23)の前記摺動にしたがって、前記セカンダリシリンダ(22)の前記第1のチャンバ(24)に、または前記セカンダリシリンダ(22)の前記第2のチャンバ(25)に部分的に、液圧的に接続されることを特徴とする、請求項9に記載の弁(1)。
  11. 前記制約デバイス(7)が調整可能ダイアフラム(17)であることを特徴とする、請求項4に記載の弁(1)。
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