JP3855178B2 - 燃料タンク - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、飛行体の液体燃料タンク、特にブラダを備えた加圧供給式の液体燃料タンクに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
圧力エアを動力源として液体燃料をタンクからエンジンへ送出する加圧供給式の燃料タンクには、弾性体の袋であるブラダを介して圧力エアが燃料を加圧する方式のものと、圧力エアが燃料に直接接触して加圧する方式のものとがある。
【0003】
また、ブラダを介して燃料を加圧する方式で、複数個のブラダを備えたものでは、ブラダからの燃料送出順序を成り行きに任せるもの、あるいは、各ブラダに計量センサを設け、計量センサの信号に基づいて切換バルブを作動させることにより、ブラダからの燃料送出を所定の順序で行うよう制御するものが一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のブラダを備えた加圧供給式の液体燃料タンクには、次のような問題点があった。
(イ)燃料の自己着火温度を越えるような高温の圧力エアは、着火爆発の危険性があるので、加圧に使用できない。
例えば、ジェット燃料の着火温度は約220°Cであるが、この温度より高温の圧力エアが加圧に使用されると、燃料が僅かでも漏れている場合は、たちまち着火爆発してしまう。漏れがなくても、ブラダ内の燃料が少なくなると、ブラダ膜を通して熱が内部に伝導され、この熱で内部の燃料が着火爆発するおそれがある。ブラダ膜の素材であるゴム質への影響も大きい。従って、事故の危険性が非常に大きい。
【0005】
(ロ)急激な運動時にタンクの外殻に対してブラダの位置がずれ易いので、燃料管の接続部に無理がかかり、ブラダが損傷する。ずれを防止するためにブラダ内部に燃料に接して篭状物体を入れたものもあるが、効果が少なく、篭の固定部から燃料が漏れるおそれもある。
(ハ)燃料搭載量が多く、かつ、燃料収容部の形状が細長い飛行体では、燃料消費に伴う重心のコントロールが難しい。
上記(イ)〜(ハ)の理由によって飛行体の速度や運動は大幅に制限されことになる。
【0006】
(ニ)また、燃料消費に伴う重心のコントロールを行うために、複数個のブラダを使用し、ブラダからの燃料送出を所定の順序で行うよう制御するものでは、計量センサ等の計測手段や電気的な制御回路を含む複雑なタンク切換回路を必要とし、コストが嵩む。
(ホ)貯蔵中に燃料が熱膨張して、外殻内の圧力が上昇しても、外殻が破裂しないように、膨張量にプラスした余積を持つ必要があるので、外殻の寸法が大型化する。
【0007】
この発明は、高温の圧力エアを動力源として使用でき、急激な運動時でもタンクの外殻に対するブラダの位置ずれを防止でき、複数個のブラダからの燃料送出を所定の順序で行うよう制御するための計測手段や複雑なタンク切換回路は必要なく、貯蔵中に燃料が熱膨張しても、外殻内の圧力の上昇を防止することのできる燃料タンクを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の燃料タンクは、圧力源から供給される高温の圧力エアを動力源として、外殻内に収容したブラダを加圧しブラダ内の燃料を送出する加圧供給式の燃料タンクにおいて、加圧用の圧力エアを供給するエア管から分岐して支管を設け、この支管を、高温の圧力エアを低温風と高温風に分けるボルテックスチューブに接続し、エア管の途中には、高温の圧力エアをボルテックスチューブから供給される低温風と熱交換して圧力エアの温度を適温まで下げる熱交換器を設けている。
【0009】
圧力源から供給される高温の圧力エアは、一部がエア管から分岐した支管を通ってボルテックスチューブに供給され、ボルテックスチューブによって低温風と高温風に分けられる。その他の高温の圧力エアは、熱交換器においてボルテックスチューブから供給される低温風と熱交換して温度を適温まで下げ、ブラダの加圧に使用する。
【0010】
このようにして、燃料の自己着火温度を越えるような高温の圧力エアが圧力源から動力用として供給されても、他の動力を必要とせずに圧力エアの温度を適温まで低下させ、低い温度の加圧エアとしてブラダを加圧できる。
【0011】
また、外殻内に収容するブラダの下半分に亙り、半円筒形状の篭を外殻に沿って一体となるように固定し、篭の内面と燃料とを遮断する内側ライナをブラダの内側に設けることにより、飛行体が急激に運動をしても、ブラダの外殻に対する位置ずれがおきなくなるので、ブラダの損傷が防止される。燃料が篭に接していないので篭の固定部から燃料が漏れるおそれもなくなる。
【0012】
さらに、外殻内に複数個のブラダを収容し、各ブラダから燃料を送出する燃料管の合流点に各ブラダからの燃料の供給順序を規制する優先バルブを設けることにより、計量センサ等の計測手段や電気的な制御回路を含む複雑なタンク切換回路を用いることなしに、複数個のブラダからの燃料送出を所定の順序で行うことができる。
【0013】
なお、燃料タンク保存中は、外殻内外を気圧差が生じないよう連通させる、乾燥剤を充填した乾燥アタッチメントを外殻に装着することにより、貯蔵中に燃料が熱膨張しても、外殻内の圧力の上昇を防止し、かつ、外殻内に湿気が入るのを防止できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の実施の一形態である燃料タンクの全体構成を示す縦断面図、図2はこの燃料タンクを搭載した飛行体の斜視図、図3は燃料タンクの構成の説明図、図4は図1のII−II線断面図、図5は篭の斜視図、図6は篭の取付部の部分拡大断面図、図7はA優先バルブの構成を示す断面図、図8はA優先バルブの作動の説明図である。
【0015】
細長い形状の飛行体1は、中央部に燃料タンク2、その後方(図上右側)にエンジン3を備えている。
この飛行体1は、超音速で飛行し、空力加熱のため、周囲の空気もエンジン3から供給される動力用の圧力エア21も燃料14の自己着火温度を越えている状態にとなる。
【0016】
飛行体1の燃料タンク2は、円筒形状で耐圧力,強度を満足し、断熱性を有する外殻4内の前方部分を3分割し、それぞれに燃料14を貯留するブラダA7,ブラダB8,ブラダC9が設けられている。ここで、飛行パタンの都合上、最初に前方のブラダA7内の燃料14を消費し、次に後方のブラダC9内の燃料14を消費し、最後に中央のブラダB8内の燃料14を消費するのが飛行体1の重心移動にとって好ましい順序となっている。
【0017】
前方のブラダA7,中央のブラダB8,後方のブラダC9の下端部からは、それぞれ専用の燃料管5a,5b,5cが後部のバルブ室6へ配管されている。
各ブラダA7,ブラダB8,ブラダC9は、ゴム製の円筒形袋状で、長さ等が異なっているが基本的には同様の構造である。図4,図5,及び図6に示すように、外殻4内に収容された各ブラダA7,ブラダB8,ブラダC9には、下半分に亙り、篭10が外殻4と一体となるように設けられている。篭10は、外殻4の下半分に沿った半円筒形状で、図4上の仮想線で示すようにブラダ7,8,9をスムーズに変形させるため、両縁に若干太い骨が設けられており、所定の節目には結合具としてナット13を備えている。
【0018】
篭10は、ブラダ7,8,9の内側ライナー11の外側に完全に接合された上、補強ライナー12によって固定されている。さらに、篭10は、取付部10aでナット13に螺着されるスクリュー15によって外殻4に固定されている。スクリュー穴は、ボッチング16で穴埋めしてある。
【0019】
内側ライナー11は燃料管5a,5b,5cに接続される出口部分を除いて、完全に連続した袋状になっているので、損傷しない限り燃料14は篭10や外殻4に触れることはない。
【0020】
図4に示すように、外殻4とブラダA7の上部との間には僅かな燃料の膨張余積Vが設けられており、この膨張余積Vと外殻4外部とを連通させる乾燥アタッチメント26がクイックカプラにより装着されている。乾燥アタッチメント26には、乾燥剤としてシリカゲルが充填されており、このシリカゲルは、燃料タンク2の保存中に吸湿して外殻4内に湿気が入るのを防止する。
【0021】
バルブ室6内には、図3に示すように、燃料充填用地上機材19から計量されて送られてくる燃料14を受け取り、燃料管5a,5b,5cを経てブラダ7,8,9に燃料14を充填するための給油弁20と給油管32、外殻4の破裂防止のためのリリーフ弁25と、後述するA優先バルブ17及びC優先バルブ18と、熱交換器23とボルテックスチューブ24とが配置されている。
【0022】
ブラダ7,8,9を加圧するための動力用の圧力エア21を供給するエア管30からは支管31が分岐しており、この支管31は絞り弁22を介してボルテックスチューブ24に接続されている。ボルテックスチューブ24とは、米国のボルテックス社によって開発された、渦流を利用して圧力エア21を高温風24aと低温風24bに分離することのできる装置であり、構造が簡単で可動部がなく、小型軽量である。
【0023】
ボルテックスチューブ24は、圧力エア21の温度が高い場合には、より温度差の大きい低温風が得られるという利点がある。ボルテックスチューブ24で生じた高温風24aは機外へ放出され、低温風24bはエア管30の途中に設けた熱交換器23に供給され、高温の圧力エア21との熱交換に利用される。
【0024】
高温の圧力エア21は、熱交換器23で温度を適温まで下げてからブラダ7,8,9に加圧エア21aとして供給される。可動部分のないボルテックスチューブ24を使用しているから、長期間の貯蔵後でも安定して安全温度の加圧エア21aが得られる。
【0025】
前方のブラダA7から出た燃料管5aと、後方のブラダC9から出た燃料管5cとは、合流点でA優先バルブ17に接続されており、A優先バルブ17から出た燃料管5Aと、中央のブラダB8から出た燃料管5bとは、合流点でC優先バルブ18に接続され、C優先バルブ18から出た燃料管5は、エンジン3に接続されている。
【0026】
図7に示すように、A優先バルブ17は、内部にシャトル27とアキュムレータ29とを備えている。シャトル27は、スプリング28によって付勢され、常時は燃料管5aと燃料管5Aとを連通させ、燃料管5cを遮断する位置にある。従って、ブラダA7とブラダC9から等しい燃料圧力がかかると、まずブラダA7からの燃料14が下流の燃料管5Aに流れ、同時にアキュムレータ29を充填する。
【0027】
ブラダA7内の燃料14が空になると、燃料管5a側(スプリング28側)の燃料圧力が0となるので、図8に示すように、シャトル27は、燃料管5c側からの燃料圧力によって、燃料管5cと燃料管5Aとを連通させ、燃料管5aを遮断する位置までスプリング28に抗して移動し、ブラダC9からの燃料14が下流の燃料管5Aにに流れるようになる。
【0028】
シャトル27が切換えられる際に、ごく短時間、ブラダA7,ブラダC9からの燃料14の流出が途絶えるが、この間はアキュムレータ29から燃料を吐出して補うので、燃料14は燃料管5Aからは連続して送出される。
【0029】
C優先バルブ18もA優先バルブ17と同様の構造になっており、まず燃料管5Aからの燃料14を燃料管5に流し、ブラダC9が空になると、ブラダB8からの燃料14を燃料管5に流すように切換えられる。
【0030】
以下図3により動作を説明する。図3で括弧内に記入された温度、圧力、流量等の数値は動作の一例を示している。
ここで、エア管30に供給された250°C,0.55MPaの圧力エア21は、一部がエア管30から分岐した支管31を通ってボルテックスチューブ24に供給される。流量は、絞り弁22によって調整されている。ボルテックスチューブ24において、圧力エア21は150°Cの低温風24bと310°Cの高温風24aになる。
【0031】
その他の高温の圧力エア21は、熱交換器23に入る。ここでボルテックスチューブ24から供給される低温風24bが圧力エア21の温度を200°C程度まで下げ、ブラダ7,8,9の加圧エア21aとする。加圧エア21aの温度が200°C程度であれば、燃料が着火することがなく、ブラダ膜の劣化も少ないので、事故の原因になることもない。
【0032】
ブラダ7,8,9は外殻4内で加圧エア21aにより0.53MPa程度で加圧される。燃料14は、燃料管5a,5b,5c,5A,5及びA優先バルブ17,C優先バルブ18での圧力損失により0.5MPa程度でエンジン3に供給される。流量は、ここでは2.5LPSである。
【0033】
加圧エア21aの圧力は、全ブラダ7,8,9にかかるが、優先バルブ17,18の作用で、最初にブラダA7、次にブラダC9、最後にブラダB8の順序で、連続的に燃料をエンジン3へ供給することになる。
【0034】
飛行体1が激しい運動を行い、ブラダ7,8,9に上方,側方,あるいは前後に大きい加速度が働いても、ブラダ7,8,9は下半分が外殻4に沿って一体となるように固定されていて、外殻4に対して位置ずれをおこすことがないので、燃料管5a,5b,5cとの接合部等との間で相対変位を生じて破損するおそれはない。
【0035】
飛行体1を燃料14満載のまま貯蔵する場合には、乾燥アタッチメント26を装着して貯蔵しておけば、気温の変化で燃料14が膨張しても、外殻4内の圧力が高くなることはなく、外殻4内に湿気が入るおそれもない。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の燃料タンクは、飛行体の周囲、及び燃料圧送用の動力として供給される圧力エアが高温であっても、加圧エアは低温にすることができるので、火災等の事故が生じるおそれがなく安全である。熱交換システムには可動部分のないボルテックスチューブを使用しているから、長期間の貯蔵後に安定して安全温度の加圧エアが得られる。
【0037】
また、外殻内に収容するブラダは、下半分を外殻に沿って固定することにより、飛行体が急激な運動をしても、外殻に対する位置ずれがおきず、燃料管の接合部等との間で相対変位を生ずることがなくなるので、損傷が防止できる。
【0038】
さらに、外殻内に複数個のブラダを収容し、各ブラダから燃料を送出する燃料管の合流点に各ブラダからの燃料の供給順序を規制する優先バルブを設けることにより、計量センサ等の計測手段や電気的な制御回路を含む複雑なタンク切換回路を用いることなしに、複数個のブラダから所定の順序で燃料を送出し消費することができるから、飛行体のフライトバランスを助けるように重心を移動させることが可能である。
【0039】
ブラダを加圧するための高温の圧力エアの冷却、燃料のエンジンへの送出、及び燃料を消費するブラダの切換えが動力として供給される圧力エアのみで行なわれ、電源等の他の動力を必要としないので、コストが安く、信頼性の向上が容易である。
【0040】
燃料タンクには、保存中は、外殻内外を気圧差が生じないよう連通させる、乾燥剤を充填した乾燥アタッチメントを外殻に装着することにより、貯蔵中に燃料が熱膨張しても、外殻内の圧力の上昇を防止することができるので、圧力上昇を緩和するために要する余積を必要とせず、外殻の容積を小型に設計でき、飛行体の小型軽量化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態である燃料タンクの全体構成を示す縦断面図である。
【図2】燃料タンクを搭載した飛行体の斜視図である。
【図3】燃料タンクの構成の説明図である。
【図4】図1のII−II線断面図である。
【図5】篭の斜視図である。
【図6】篭の取付部の部分の拡大断面図である。
【図7】A優先バルブの構成を示す断面図である。
【図8】A優先バルブの作動の説明図である。
【符号の説明】
1 飛行体
2 燃料タンク
3 エンジン
4 外殻
5 燃料管
5A 燃料管
5a 燃料管
5b 燃料管
5c 燃料管
6 バルブ室
7 ブラダA
8 ブラダB
9 ブラダC
10 篭
11 内側ライナー
12 補強ライナー
13 ナット
14 スクリュー
16 ボッチング
17 A優先バルブ
18 C優先バルブ
19 燃料充填用地上機材
20 給油弁
21 圧力エア
21a 加圧エア
22 絞り弁
23 熱交換器
24 ボルテックスチューブ
24a 高温風
24b 低温風
25 リリーフ弁
26 乾燥アタッチメント
27 シャトル
28 スプリング
29 アキュムレータ
30 エア管
31 支管
32 給油管
【発明の属する技術分野】
この発明は、飛行体の液体燃料タンク、特にブラダを備えた加圧供給式の液体燃料タンクに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
圧力エアを動力源として液体燃料をタンクからエンジンへ送出する加圧供給式の燃料タンクには、弾性体の袋であるブラダを介して圧力エアが燃料を加圧する方式のものと、圧力エアが燃料に直接接触して加圧する方式のものとがある。
【0003】
また、ブラダを介して燃料を加圧する方式で、複数個のブラダを備えたものでは、ブラダからの燃料送出順序を成り行きに任せるもの、あるいは、各ブラダに計量センサを設け、計量センサの信号に基づいて切換バルブを作動させることにより、ブラダからの燃料送出を所定の順序で行うよう制御するものが一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のブラダを備えた加圧供給式の液体燃料タンクには、次のような問題点があった。
(イ)燃料の自己着火温度を越えるような高温の圧力エアは、着火爆発の危険性があるので、加圧に使用できない。
例えば、ジェット燃料の着火温度は約220°Cであるが、この温度より高温の圧力エアが加圧に使用されると、燃料が僅かでも漏れている場合は、たちまち着火爆発してしまう。漏れがなくても、ブラダ内の燃料が少なくなると、ブラダ膜を通して熱が内部に伝導され、この熱で内部の燃料が着火爆発するおそれがある。ブラダ膜の素材であるゴム質への影響も大きい。従って、事故の危険性が非常に大きい。
【0005】
(ロ)急激な運動時にタンクの外殻に対してブラダの位置がずれ易いので、燃料管の接続部に無理がかかり、ブラダが損傷する。ずれを防止するためにブラダ内部に燃料に接して篭状物体を入れたものもあるが、効果が少なく、篭の固定部から燃料が漏れるおそれもある。
(ハ)燃料搭載量が多く、かつ、燃料収容部の形状が細長い飛行体では、燃料消費に伴う重心のコントロールが難しい。
上記(イ)〜(ハ)の理由によって飛行体の速度や運動は大幅に制限されことになる。
【0006】
(ニ)また、燃料消費に伴う重心のコントロールを行うために、複数個のブラダを使用し、ブラダからの燃料送出を所定の順序で行うよう制御するものでは、計量センサ等の計測手段や電気的な制御回路を含む複雑なタンク切換回路を必要とし、コストが嵩む。
(ホ)貯蔵中に燃料が熱膨張して、外殻内の圧力が上昇しても、外殻が破裂しないように、膨張量にプラスした余積を持つ必要があるので、外殻の寸法が大型化する。
【0007】
この発明は、高温の圧力エアを動力源として使用でき、急激な運動時でもタンクの外殻に対するブラダの位置ずれを防止でき、複数個のブラダからの燃料送出を所定の順序で行うよう制御するための計測手段や複雑なタンク切換回路は必要なく、貯蔵中に燃料が熱膨張しても、外殻内の圧力の上昇を防止することのできる燃料タンクを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の燃料タンクは、圧力源から供給される高温の圧力エアを動力源として、外殻内に収容したブラダを加圧しブラダ内の燃料を送出する加圧供給式の燃料タンクにおいて、加圧用の圧力エアを供給するエア管から分岐して支管を設け、この支管を、高温の圧力エアを低温風と高温風に分けるボルテックスチューブに接続し、エア管の途中には、高温の圧力エアをボルテックスチューブから供給される低温風と熱交換して圧力エアの温度を適温まで下げる熱交換器を設けている。
【0009】
圧力源から供給される高温の圧力エアは、一部がエア管から分岐した支管を通ってボルテックスチューブに供給され、ボルテックスチューブによって低温風と高温風に分けられる。その他の高温の圧力エアは、熱交換器においてボルテックスチューブから供給される低温風と熱交換して温度を適温まで下げ、ブラダの加圧に使用する。
【0010】
このようにして、燃料の自己着火温度を越えるような高温の圧力エアが圧力源から動力用として供給されても、他の動力を必要とせずに圧力エアの温度を適温まで低下させ、低い温度の加圧エアとしてブラダを加圧できる。
【0011】
また、外殻内に収容するブラダの下半分に亙り、半円筒形状の篭を外殻に沿って一体となるように固定し、篭の内面と燃料とを遮断する内側ライナをブラダの内側に設けることにより、飛行体が急激に運動をしても、ブラダの外殻に対する位置ずれがおきなくなるので、ブラダの損傷が防止される。燃料が篭に接していないので篭の固定部から燃料が漏れるおそれもなくなる。
【0012】
さらに、外殻内に複数個のブラダを収容し、各ブラダから燃料を送出する燃料管の合流点に各ブラダからの燃料の供給順序を規制する優先バルブを設けることにより、計量センサ等の計測手段や電気的な制御回路を含む複雑なタンク切換回路を用いることなしに、複数個のブラダからの燃料送出を所定の順序で行うことができる。
【0013】
なお、燃料タンク保存中は、外殻内外を気圧差が生じないよう連通させる、乾燥剤を充填した乾燥アタッチメントを外殻に装着することにより、貯蔵中に燃料が熱膨張しても、外殻内の圧力の上昇を防止し、かつ、外殻内に湿気が入るのを防止できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の実施の一形態である燃料タンクの全体構成を示す縦断面図、図2はこの燃料タンクを搭載した飛行体の斜視図、図3は燃料タンクの構成の説明図、図4は図1のII−II線断面図、図5は篭の斜視図、図6は篭の取付部の部分拡大断面図、図7はA優先バルブの構成を示す断面図、図8はA優先バルブの作動の説明図である。
【0015】
細長い形状の飛行体1は、中央部に燃料タンク2、その後方(図上右側)にエンジン3を備えている。
この飛行体1は、超音速で飛行し、空力加熱のため、周囲の空気もエンジン3から供給される動力用の圧力エア21も燃料14の自己着火温度を越えている状態にとなる。
【0016】
飛行体1の燃料タンク2は、円筒形状で耐圧力,強度を満足し、断熱性を有する外殻4内の前方部分を3分割し、それぞれに燃料14を貯留するブラダA7,ブラダB8,ブラダC9が設けられている。ここで、飛行パタンの都合上、最初に前方のブラダA7内の燃料14を消費し、次に後方のブラダC9内の燃料14を消費し、最後に中央のブラダB8内の燃料14を消費するのが飛行体1の重心移動にとって好ましい順序となっている。
【0017】
前方のブラダA7,中央のブラダB8,後方のブラダC9の下端部からは、それぞれ専用の燃料管5a,5b,5cが後部のバルブ室6へ配管されている。
各ブラダA7,ブラダB8,ブラダC9は、ゴム製の円筒形袋状で、長さ等が異なっているが基本的には同様の構造である。図4,図5,及び図6に示すように、外殻4内に収容された各ブラダA7,ブラダB8,ブラダC9には、下半分に亙り、篭10が外殻4と一体となるように設けられている。篭10は、外殻4の下半分に沿った半円筒形状で、図4上の仮想線で示すようにブラダ7,8,9をスムーズに変形させるため、両縁に若干太い骨が設けられており、所定の節目には結合具としてナット13を備えている。
【0018】
篭10は、ブラダ7,8,9の内側ライナー11の外側に完全に接合された上、補強ライナー12によって固定されている。さらに、篭10は、取付部10aでナット13に螺着されるスクリュー15によって外殻4に固定されている。スクリュー穴は、ボッチング16で穴埋めしてある。
【0019】
内側ライナー11は燃料管5a,5b,5cに接続される出口部分を除いて、完全に連続した袋状になっているので、損傷しない限り燃料14は篭10や外殻4に触れることはない。
【0020】
図4に示すように、外殻4とブラダA7の上部との間には僅かな燃料の膨張余積Vが設けられており、この膨張余積Vと外殻4外部とを連通させる乾燥アタッチメント26がクイックカプラにより装着されている。乾燥アタッチメント26には、乾燥剤としてシリカゲルが充填されており、このシリカゲルは、燃料タンク2の保存中に吸湿して外殻4内に湿気が入るのを防止する。
【0021】
バルブ室6内には、図3に示すように、燃料充填用地上機材19から計量されて送られてくる燃料14を受け取り、燃料管5a,5b,5cを経てブラダ7,8,9に燃料14を充填するための給油弁20と給油管32、外殻4の破裂防止のためのリリーフ弁25と、後述するA優先バルブ17及びC優先バルブ18と、熱交換器23とボルテックスチューブ24とが配置されている。
【0022】
ブラダ7,8,9を加圧するための動力用の圧力エア21を供給するエア管30からは支管31が分岐しており、この支管31は絞り弁22を介してボルテックスチューブ24に接続されている。ボルテックスチューブ24とは、米国のボルテックス社によって開発された、渦流を利用して圧力エア21を高温風24aと低温風24bに分離することのできる装置であり、構造が簡単で可動部がなく、小型軽量である。
【0023】
ボルテックスチューブ24は、圧力エア21の温度が高い場合には、より温度差の大きい低温風が得られるという利点がある。ボルテックスチューブ24で生じた高温風24aは機外へ放出され、低温風24bはエア管30の途中に設けた熱交換器23に供給され、高温の圧力エア21との熱交換に利用される。
【0024】
高温の圧力エア21は、熱交換器23で温度を適温まで下げてからブラダ7,8,9に加圧エア21aとして供給される。可動部分のないボルテックスチューブ24を使用しているから、長期間の貯蔵後でも安定して安全温度の加圧エア21aが得られる。
【0025】
前方のブラダA7から出た燃料管5aと、後方のブラダC9から出た燃料管5cとは、合流点でA優先バルブ17に接続されており、A優先バルブ17から出た燃料管5Aと、中央のブラダB8から出た燃料管5bとは、合流点でC優先バルブ18に接続され、C優先バルブ18から出た燃料管5は、エンジン3に接続されている。
【0026】
図7に示すように、A優先バルブ17は、内部にシャトル27とアキュムレータ29とを備えている。シャトル27は、スプリング28によって付勢され、常時は燃料管5aと燃料管5Aとを連通させ、燃料管5cを遮断する位置にある。従って、ブラダA7とブラダC9から等しい燃料圧力がかかると、まずブラダA7からの燃料14が下流の燃料管5Aに流れ、同時にアキュムレータ29を充填する。
【0027】
ブラダA7内の燃料14が空になると、燃料管5a側(スプリング28側)の燃料圧力が0となるので、図8に示すように、シャトル27は、燃料管5c側からの燃料圧力によって、燃料管5cと燃料管5Aとを連通させ、燃料管5aを遮断する位置までスプリング28に抗して移動し、ブラダC9からの燃料14が下流の燃料管5Aにに流れるようになる。
【0028】
シャトル27が切換えられる際に、ごく短時間、ブラダA7,ブラダC9からの燃料14の流出が途絶えるが、この間はアキュムレータ29から燃料を吐出して補うので、燃料14は燃料管5Aからは連続して送出される。
【0029】
C優先バルブ18もA優先バルブ17と同様の構造になっており、まず燃料管5Aからの燃料14を燃料管5に流し、ブラダC9が空になると、ブラダB8からの燃料14を燃料管5に流すように切換えられる。
【0030】
以下図3により動作を説明する。図3で括弧内に記入された温度、圧力、流量等の数値は動作の一例を示している。
ここで、エア管30に供給された250°C,0.55MPaの圧力エア21は、一部がエア管30から分岐した支管31を通ってボルテックスチューブ24に供給される。流量は、絞り弁22によって調整されている。ボルテックスチューブ24において、圧力エア21は150°Cの低温風24bと310°Cの高温風24aになる。
【0031】
その他の高温の圧力エア21は、熱交換器23に入る。ここでボルテックスチューブ24から供給される低温風24bが圧力エア21の温度を200°C程度まで下げ、ブラダ7,8,9の加圧エア21aとする。加圧エア21aの温度が200°C程度であれば、燃料が着火することがなく、ブラダ膜の劣化も少ないので、事故の原因になることもない。
【0032】
ブラダ7,8,9は外殻4内で加圧エア21aにより0.53MPa程度で加圧される。燃料14は、燃料管5a,5b,5c,5A,5及びA優先バルブ17,C優先バルブ18での圧力損失により0.5MPa程度でエンジン3に供給される。流量は、ここでは2.5LPSである。
【0033】
加圧エア21aの圧力は、全ブラダ7,8,9にかかるが、優先バルブ17,18の作用で、最初にブラダA7、次にブラダC9、最後にブラダB8の順序で、連続的に燃料をエンジン3へ供給することになる。
【0034】
飛行体1が激しい運動を行い、ブラダ7,8,9に上方,側方,あるいは前後に大きい加速度が働いても、ブラダ7,8,9は下半分が外殻4に沿って一体となるように固定されていて、外殻4に対して位置ずれをおこすことがないので、燃料管5a,5b,5cとの接合部等との間で相対変位を生じて破損するおそれはない。
【0035】
飛行体1を燃料14満載のまま貯蔵する場合には、乾燥アタッチメント26を装着して貯蔵しておけば、気温の変化で燃料14が膨張しても、外殻4内の圧力が高くなることはなく、外殻4内に湿気が入るおそれもない。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の燃料タンクは、飛行体の周囲、及び燃料圧送用の動力として供給される圧力エアが高温であっても、加圧エアは低温にすることができるので、火災等の事故が生じるおそれがなく安全である。熱交換システムには可動部分のないボルテックスチューブを使用しているから、長期間の貯蔵後に安定して安全温度の加圧エアが得られる。
【0037】
また、外殻内に収容するブラダは、下半分を外殻に沿って固定することにより、飛行体が急激な運動をしても、外殻に対する位置ずれがおきず、燃料管の接合部等との間で相対変位を生ずることがなくなるので、損傷が防止できる。
【0038】
さらに、外殻内に複数個のブラダを収容し、各ブラダから燃料を送出する燃料管の合流点に各ブラダからの燃料の供給順序を規制する優先バルブを設けることにより、計量センサ等の計測手段や電気的な制御回路を含む複雑なタンク切換回路を用いることなしに、複数個のブラダから所定の順序で燃料を送出し消費することができるから、飛行体のフライトバランスを助けるように重心を移動させることが可能である。
【0039】
ブラダを加圧するための高温の圧力エアの冷却、燃料のエンジンへの送出、及び燃料を消費するブラダの切換えが動力として供給される圧力エアのみで行なわれ、電源等の他の動力を必要としないので、コストが安く、信頼性の向上が容易である。
【0040】
燃料タンクには、保存中は、外殻内外を気圧差が生じないよう連通させる、乾燥剤を充填した乾燥アタッチメントを外殻に装着することにより、貯蔵中に燃料が熱膨張しても、外殻内の圧力の上昇を防止することができるので、圧力上昇を緩和するために要する余積を必要とせず、外殻の容積を小型に設計でき、飛行体の小型軽量化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態である燃料タンクの全体構成を示す縦断面図である。
【図2】燃料タンクを搭載した飛行体の斜視図である。
【図3】燃料タンクの構成の説明図である。
【図4】図1のII−II線断面図である。
【図5】篭の斜視図である。
【図6】篭の取付部の部分の拡大断面図である。
【図7】A優先バルブの構成を示す断面図である。
【図8】A優先バルブの作動の説明図である。
【符号の説明】
1 飛行体
2 燃料タンク
3 エンジン
4 外殻
5 燃料管
5A 燃料管
5a 燃料管
5b 燃料管
5c 燃料管
6 バルブ室
7 ブラダA
8 ブラダB
9 ブラダC
10 篭
11 内側ライナー
12 補強ライナー
13 ナット
14 スクリュー
16 ボッチング
17 A優先バルブ
18 C優先バルブ
19 燃料充填用地上機材
20 給油弁
21 圧力エア
21a 加圧エア
22 絞り弁
23 熱交換器
24 ボルテックスチューブ
24a 高温風
24b 低温風
25 リリーフ弁
26 乾燥アタッチメント
27 シャトル
28 スプリング
29 アキュムレータ
30 エア管
31 支管
32 給油管
Claims (4)
- 圧力源から供給される高温の圧力エアを動力源として、外殻内に収容したブラダを加圧しブラダ内の燃料を送出する加圧供給式の燃料タンクにおいて、加圧用の圧力エアを供給するエア管から分岐して支管を設け、該支管を、高温の圧力エアを低温風と高温風に分けるボルテックスチューブに接続し、エア管の途中には、高温の圧力エアを前記ボルテックスチューブから供給される低温風と熱交換して圧力エアの温度を適温まで下げる熱交換器を設けたことを特徴とする燃料タンク。
- 外殻内に収容するブラダの下半分に亙り、半円筒形状の篭を外殻に沿って一体となるように固定し、篭の内面と燃料とを遮断する内側ライナをブラダの内側に設けたことを特徴とする請求項1記載の燃料タンク。
- 外殻内に複数個のブラダを収容し、各ブラダから燃料を送出する燃料管の合流点に各ブラダからの燃料の供給順序を規制する優先バルブを設けたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の燃料タンク。
- 保存中は、外殻内外を気圧差が生じないよう連通させる、乾燥剤を充填した乾燥アタッチメントを外殻に装着することを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項3記載の燃料タンク。
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