RU2374145C1 - Method to protect composite-material fuel tank against electric discharges - Google Patents

Method to protect composite-material fuel tank against electric discharges Download PDF

Info

Publication number
RU2374145C1
RU2374145C1 RU2008116818/11A RU2008116818A RU2374145C1 RU 2374145 C1 RU2374145 C1 RU 2374145C1 RU 2008116818/11 A RU2008116818/11 A RU 2008116818/11A RU 2008116818 A RU2008116818 A RU 2008116818A RU 2374145 C1 RU2374145 C1 RU 2374145C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel tank
metal
devices
insulating
fuel
Prior art date
Application number
RU2008116818/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
МОНХЕ Оскар БЕРЕНГЕР (ES)
МОНХЕ Оскар БЕРЕНГЕР
ТОРРИХОС Хосе Игнасио ЛОПЕС-РЕЙНА (ES)
ТОРРИХОС Хосе Игнасио ЛОПЕС-РЕЙНА
Original Assignee
Айрбус Эспанья, С.Л.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Айрбус Эспанья, С.Л. filed Critical Айрбус Эспанья, С.Л.
Priority to RU2008116818/11A priority Critical patent/RU2374145C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2374145C1 publication Critical patent/RU2374145C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aircraft engineering.
SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly to equipment intended for protecting fuel tank against electric discharges caused by lightning. In compliance with proposed method, insulating element is fitted at points where metal devices are attached to fuel tank to ensure electric insulation of aforesaid elements with respect to fuel tank. Line metal elements accommodate insulating inserts to divide them into isolated parts, each being jointed to metal substructures that feature extremely low resistance.
EFFECT: ruling out failures caused by lightning, expanded performances.
4 cl, 3 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к способу защиты от электрических разрядов, вызванных молнией, бьющей в топливные баки, изготовленные из материалов, имеющих низкую электропроводимость и, в частности, к способу защиты устройств, таких как трубы, клапаны и насосы, расположенных внутри топливных баков.The present invention relates to a method of protection against electric discharges caused by lightning striking into fuel tanks made of materials having low electrical conductivity and, in particular, to a method of protecting devices, such as pipes, valves and pumps, located inside the fuel tanks.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Композиты обладают большим электрическим сопротивлением по сравнению с металлическими материалами. Последние обычно использовались в области аэронавтики для изготовления структур, предназначенных для хранения топлива, с учетом их механических характеристик, обусловленных весом таких материалов.Composites have greater electrical resistance compared to metallic materials. The latter were usually used in the field of aeronautics for the manufacture of structures designed to store fuel, taking into account their mechanical characteristics, due to the weight of such materials.

Присущее композитам высокое электрическое сопротивление вызывает очень существенный эффект индуктивности на внутренних системах, расположенных в топливном баке. Этот эффект наводит внутренние электрические токи, которые могут привести к катастрофическим авариям или явлениям, связанным с общей целостностью конструкции.The high electrical resistance inherent in composites causes a very significant inductance effect on internal systems located in the fuel tank. This effect induces internal electric currents, which can lead to catastrophic accidents or phenomena associated with the overall integrity of the structure.

Явлениями, связанными с умеренными или сильными электрическими разрядами, возникающими в случае удара молнии, которые следует предотвратить в конструкции, изготовленной из материала с низкой электропроводностью, чтобы обеспечить ее структурную целостность, предотвратить отказы важнейших элементов электрооборудования и не допустить возникновения электрической дуги внутри бака, являются:Phenomena associated with moderate or strong electric discharges arising in the event of a lightning strike, which should be prevented in a structure made of a material with low electrical conductivity, to ensure its structural integrity, prevent failures of the most important elements of electrical equipment and prevent the occurrence of an electric arc inside the tank, are :

участки перегрева: высокая плотность тока в определенных специфичных местах конструкции, таких как стыки или пересекающиеся элементы, может приводить к возникновению участков, нагретых до высокой температуры. Если температура превышает 200°С (точка самовоспламенения топлива, принятая FAA/JAA), то в случае наличия внутри бака соответствующей стехиометрической концентрации, топливо может нагреться до температуры воспламенения;superheat areas: high current density at certain specific places in the structure, such as joints or intersecting elements, can lead to hot spots. If the temperature exceeds 200 ° C (the self-ignition point of the fuel adopted by the FAA / JAA), then if the tank has the appropriate stoichiometric concentration, the fuel may heat up to the ignition temperature;

электрические дуги (искрение): поток тока через материалы, имеющие разное сопротивление и находящиеся в геометрически разнесенных положениях, может создать падение напряжения на переходах, приводящее к возникновению разрядов в форме электрической дуги и к воспламенению топлива и воспламеняемой жидкости, содержащейся в конструкции;electric arcs (sparking): the current flow through materials having different resistances and in geometrically spaced positions can create a voltage drop at the junctions, leading to the appearance of discharges in the form of an electric arc and to ignition of the fuel and flammable liquid contained in the structure;

неисправность электрооборудования: электрические разряды, вызванные ударом молнии, создают сильные токи, циркулирующие по внешней конструкции, и могут привести к прохождению тока через внутренние системы в результате шунтирования или индукции. Эти эффекты могут привести к критическим отказам, создающим опасность катастрофической аварии.electrical equipment malfunction: electrical discharges caused by a lightning strike create strong currents circulating through the external structure, and can lead to the passage of current through internal systems as a result of bypass or induction. These effects can lead to critical failures, creating the danger of a catastrophic accident.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Целью настоящего изобретения является защита топливных баков самолета, расположенных в крыльях и/или стабилизаторах, выполненных из композита и снабженных различным электрооборудованием, от сильных электрических разрядов. Однако настоящее изобретение применимо для любой конструкции, выполненной из материала с низкой электропроводностью и содержащей внутри себя воспламеняемые жидкости, а также электрические и/или гидродинамические системы.The aim of the present invention is to protect the fuel tanks of the aircraft located in the wings and / or stabilizers made of composite and equipped with various electrical equipment from strong electrical discharges. However, the present invention is applicable to any structure made of a material with low electrical conductivity and containing flammable liquids, as well as electrical and / or hydrodynamic systems.

В конструкциях топливных баков нашло применение новое поколение материалов и, в частности, композитов с низкой электрической проводимостью, привело к появлению конструкций топливных баков с иными механическими и электрическими характеристиками, обусловленными свойствами материалов, используемых для их изготовления. Хотя бак изготовлен из неметаллических материалов с низкой электрической проводимостью, устройства, расположенные внутри, выполнены из материалов с высокой проводимостью, например системы топливопроводов, выполненные из алюминиевых труб, и оборудование в металлических корпусах.In the construction of fuel tanks, a new generation of materials and, in particular, composites with low electrical conductivity has found application, has led to the appearance of designs of fuel tanks with other mechanical and electrical characteristics, due to the properties of the materials used for their manufacture. Although the tank is made of non-metallic materials with low electrical conductivity, the devices located inside are made of highly conductive materials, such as fuel pipe systems made of aluminum pipes and equipment in metal cases.

Недостатки, приводящие к катастрофическим авариям, вызванным электрическими разрядами в топливном баке самолета, во многих случаях происшедших при ударе молнии, описаны выше. Когда используемые конструкции изготавливаются из непроводящих материалов, возникает риск циркуляции тока по внутренним системам, обычно изготавливаемым из металлических материалов. Такая ситуация может привести к возникновению электрических дуг, внутренних раскаленных частиц, горячих точек или к неисправностям оборудования, которые считаются критическими, создающими потенциальные источники воспламенения, которое может привести к взрыву и последующему разрушению конструкции.The disadvantages leading to catastrophic accidents caused by electric discharges in the fuel tank of the aircraft, in many cases that occurred during a lightning strike, are described above. When the structures used are made of non-conductive materials, there is a risk of current circulation through internal systems, usually made of metallic materials. Such a situation may lead to the occurrence of electric arcs, internal hot particles, hot spots or equipment malfunctions that are considered critical, creating potential sources of ignition, which can lead to an explosion and subsequent destruction of the structure.

Согласно настоящему изобретению предлагается способ защиты группы металлических устройств, расположенных внутри топливного бака, полностью или частично изготовленного из композитов, от электрических разрядов, согласно которому:According to the present invention, a method for protecting a group of metal devices located inside a fuel tank, fully or partially made of composites, from electrical discharges, according to which:

а) в точках, где металлические устройства крепятся к топливному баку или фиксируются на нем, устанавливают изолирующий элемент, обеспечивая электрическую изоляцию этих металлических устройств относительно топливного бака;a) at the points where the metal devices are attached to or fixed on the fuel tank, an insulating element is installed, providing electrical insulation of these metal devices relative to the fuel tank;

б) в линейные металлические устройства устанавливают изолирующие вставки так, чтобы эти устройства подразделялись на части, изолированные друг от друга;b) insulating inserts are installed in linear metal devices so that these devices are divided into parts isolated from each other;

в) соединение с металлическими субструктурами с очень низким сопротивлением обеспечивают в каждой из частей, изолированных друг от друга в группе металлических устройств.c) connection with metal substructures with very low resistance is provided in each of the parts isolated from each other in the group of metal devices.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания иллюстративного варианта его реализации со ссылками на прилагаемые чертежи.Other features and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description of an illustrative embodiment with reference to the accompanying drawings.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF DRAWINGS

Фиг.1 - схематическая иллюстрация применения способа по настоящему изобретению в топливном баке, оснащенном несколькими устройствами.Figure 1 is a schematic illustration of the application of the method of the present invention in a fuel tank equipped with several devices.

Фиг.2 - труба, расположенная в топливном баке, защищенном способом по настоящему изобретению.Figure 2 - pipe located in a fuel tank protected by the method of the present invention.

Фиг.3 - опора, расположенная в стенке топливного бака, защищенного способом по настоящему изобретению.Figure 3 is a support located in the wall of a fuel tank protected by the method of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

На фиг.1 показаны топливный бак 11, изготовленный из материала с низкой электрической проводимостью, устройство 13, состоящее из трубы топливопровода, и устройство 15, состоящее из элемента оборудования, заключенного в металлический кожух. Группа устройств 13, 15 представляет металлические узлы, расположенные внутри бака 11, необходимые для перекачки топлива.Figure 1 shows a fuel tank 11 made of a material with low electrical conductivity, a device 13 consisting of a fuel pipe, and a device 15 consisting of a piece of equipment enclosed in a metal casing. The group of devices 13, 15 represents the metal nodes located inside the tank 11, necessary for pumping fuel.

Согласно способу, являющемуся объектом настоящего изобретения, в точках, где устройства 13 и 15 крепятся к баку 11, используются изолирующие элементы 21, которые могут быть выполнены из пластмассы и которые изолируют эти устройства 13, 15 от бака 11.According to the method of the invention, at the points where the devices 13 and 15 are attached to the tank 11, insulating elements 21 are used which can be made of plastic and which isolate these devices 13, 15 from the tank 11.

На фиг.3 показан конкретный пример изолирующего элемента 21 в точке крепления на баке 11.Figure 3 shows a specific example of an insulating element 21 at the attachment point on the tank 11.

В свою очередь, несколько изолирующих элементов 23 из непроводящего материала, например пластмассы, включены в трубу 13, ограничивая ее части 31, 33 и 35, изолированные друг от друга.In turn, several insulating elements 23 of non-conductive material, such as plastic, are included in the pipe 13, limiting its parts 31, 33 and 35, isolated from each other.

На фиг.2 показан пример изолирующей вставки 23 в трубе 13, расположенной между двумя соединениями с субструктурой 25, опорный потенциал.Figure 2 shows an example of an insulating insert 23 in a pipe 13 located between two connections with a substructure 25, the reference potential.

Наконец, имеются соединения для частей 31, 33 и 35 трубы 13 и устройства 15, которое можно считать деталью, изолированной от остальных устройств, с субструктурой 25 с опорным потенциалом (0 В). Устройства 13 и 15, которые могут быть погружены в топливо, могут накапливать заряд до определенного уровня в результате генерирования статического заряда после получения баком 11 электрического разряда, но указанные соединения препятствуют возникновению электрических дуг и предотвращают повышение этого заряда до некоторого допустимого уровня (200 мкДж) за счет отвода статического заряда и предотвращения его накопления на компонентах системы.Finally, there are connections for parts 31, 33 and 35 of pipe 13 and device 15, which can be considered a part isolated from other devices, with a substructure 25 with a reference potential (0 V). Devices 13 and 15, which can be immersed in fuel, can accumulate a charge to a certain level as a result of generating a static charge after the tank 11 receives an electric discharge, but these compounds prevent the appearance of electric arcs and prevent this charge from rising to a certain acceptable level (200 μJ) due to removal of static charge and prevention of its accumulation on system components.

Основой способа, являющегося объектом настоящего изобретения, является предотвращение шунтирования тока Се, циркулирующего по внешним стенкам топливного бака 11 в результате электрического разряда, вызванного, например, ударом молнии, на внутренние области, в которых расположены устройства 13 и 15.The basis of the method, which is the object of the present invention, is to prevent shunting of the current Ce circulating on the outer walls of the fuel tank 11 as a result of an electric discharge caused, for example, by a lightning strike, on the internal areas in which the devices 13 and 15 are located.

Поскольку вся установка, состоящая из устройств 13 и 15, изолированных от главной конструкции бака 11, находится внутри единственного пути для внешнего тока Се, она образует точки соединения с субструктурой 25 с опорным потенциалом (металлической).Since the entire installation, consisting of devices 13 and 15, isolated from the main structure of the tank 11, is inside the only path for the external current Ce, it forms the connection points with the substructure 25 with the reference potential (metal).

Индуктивность и малое сечение этих электрических точек соединения, а также наличие изолирующих вставок 23 в трубе 13 топливопровода заставляют внешний ток Се циркулировать внутрь через шунты Cs на очень низком уровне. Поэтому единственным током, воздействию которого подвергаются металлические элементы системы внутри бака, является ток Ci, возникающий под воздействием эффекта индукции.The inductance and small cross section of these electrical connection points, as well as the presence of insulating inserts 23 in the fuel pipe 13 cause the external current Ce to circulate inward through the shunts Cs at a very low level. Therefore, the only current exposed to the metal elements of the system inside the tank is the current Ci arising under the influence of the induction effect.

С другой стороны, изолирующие вставки 23 в трубе 13 топливопровода или любом другом линейном устройстве предотвращают возникновение замкнутых цепей для тока Ci при повторяющемся возникновении циркуляции тока высокой плотности.On the other hand, the insulating inserts 23 in the fuel pipe 13 or any other linear device prevent the occurrence of closed circuits for the current Ci with the repeated occurrence of high-density current circulation.

Изолирующие вставки 23 должны сохранять определенную длину, чтобы предотвратить возникновение электрической дуги. В частности, диапазон применимых размеров, прошедших испытания и применяемых в топливных баках самолетов, спроектированных и производимых компанией Airbus, составляет 25-80 мм.Insulating inserts 23 must maintain a certain length to prevent the occurrence of an electric arc. In particular, the range of applicable sizes tested and used in the fuel tanks of aircraft designed and manufactured by Airbus is 25-80 mm.

Изолирующие вставки 23 должны изготавливаться из изолирующего материала, способного создавать электрическую изоляцию более 100 МОм для противодействия возможной разнице потенциалов, которая может возникнуть из-за сильного электрического разряда.The insulating inserts 23 must be made of an insulating material capable of creating electrical insulation of more than 100 MΩ to counteract the potential difference that may arise due to a strong electrical discharge.

Определение точек, в которых следует разместить изолирующие вставки 23, требует детального исследования сопротивлений, имеющихся в системе, а также исследования уровней наводимых токов в каждой зоне системы в наиболее критическом случае внешнего электрического разряда. Тем не менее считается, что по общему правилу электрическое сопротивление менее 10 мОм должно существовать между любой металлической секцией субструктуры 25 (опорный потенциал) и каждой частью 31, 33, 35 трубы 13 или любым другим линейным устройством, расположенным внутри топливного бака 11 между двумя изолирующими вставками 23.Determining the points at which insulating inserts 23 should be placed requires a detailed study of the resistances present in the system, as well as studying the levels of induced currents in each zone of the system in the most critical case of an external electric discharge. Nevertheless, it is believed that, as a general rule, an electrical resistance of less than 10 mOhm should exist between any metal section of the substructure 25 (reference potential) and each part 31, 33, 35 of the pipe 13 or any other linear device located inside the fuel tank 11 between two insulating inserts 23.

Следует отметить, что основная сущность метода, предлагаемого в настоящей заявке, основана на этих изолирующих вставках 23, поскольку они предотвращают циркуляцию сильных электрических токов по металлическим деталям, относящимся к внутренним системам топливного бака. В некоторых случаях эти изолирующие компоненты должны иметь совершенно новый дизайн, материалы, геометрию, поскольку они должны размещаться в очень малых областях или в очень коротких секциях труб.It should be noted that the main essence of the method proposed in this application is based on these insulating inserts 23, since they prevent the circulation of strong electric currents through metal parts related to the internal systems of the fuel tank. In some cases, these insulating components must have a completely new design, materials, geometry, because they must be placed in very small areas or in very short pipe sections.

Эффективность заявленного решения подкрепляется несколькими тестами, проведенными компанией-заявителем в отношении топливной системы, расположенной в горизонтальном стабилизаторе самолетов разных моделей.The effectiveness of the claimed solution is supported by several tests conducted by the applicant company in relation to the fuel system located in the horizontal stabilizer of various aircraft models.

В предпочтительный вариант изобретения, описанный выше, могут быть внесены модификации, входящие в объем настоящего изобретения, определенный приложенной формулой.Modifications may be made to the preferred embodiment of the invention described above that are within the scope of the present invention as defined by the appended claims.

Claims (4)

1. Способ защиты группы металлических устройств (13, 15), установленных внутри топливного бака (11), изготовленного полностью или частично из композитов, от электрических разрядов, отличающийся тем, что:
а) в точках, где металлические устройства (13, 15) крепятся к топливному баку (11) или фиксируются на нем, устанавливают изолирующий элемент (21), обеспечивая электрическую изоляцию этих металлических устройств (13, 15) относительно топливного бака (11);
б) в линейные металлические устройства (13) устанавливают изолирующие вставки (23), так, чтобы эти устройства подразделялись на части (31, 33, 35), изолированные друг от друга;
в) в каждой из частей (31, 33, 35), изолированных друг от друга в группе металлических устройств (13, 15), обеспечивают соединение с металлическими субструктурами (25) с очень низким сопротивлением.
1. A method of protecting a group of metal devices (13, 15) installed inside a fuel tank (11) made entirely or partially of composites from electrical discharges, characterized in that:
a) at the points where metal devices (13, 15) are attached to or fixed on the fuel tank (11), an insulating element (21) is installed, providing electrical isolation of these metal devices (13, 15) relative to the fuel tank (11);
b) insulating inserts (23) are installed in linear metal devices (13), so that these devices are divided into parts (31, 33, 35), isolated from each other;
c) in each of the parts (31, 33, 35), isolated from each other in the group of metal devices (13, 15), they provide a connection with metal substructures (25) with a very low resistance.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изолирующие вставки (23) создают электрическое сопротивление, превышающее 100 МОм.2. The method according to claim 1, characterized in that the insulating insert (23) creates an electrical resistance exceeding 100 MΩ. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что подразделение линейных устройств (13) на части (31, 33, 35) осуществляют так, что между каждой из них и металлической субструктурой (25) имеется электрическое сопротивление менее 10 мОм.3. The method according to claim 2, characterized in that the division of the linear devices (13) into parts (31, 33, 35) is carried out so that between each of them and the metal substructure (25) there is an electrical resistance of less than 10 mΩ. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что топливный бак расположен в крыле и/или стабилизаторе самолета. 4. The method according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the fuel tank is located in the wing and / or stabilizer of the aircraft.
RU2008116818/11A 2005-09-29 2005-09-29 Method to protect composite-material fuel tank against electric discharges RU2374145C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008116818/11A RU2374145C1 (en) 2005-09-29 2005-09-29 Method to protect composite-material fuel tank against electric discharges

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008116818/11A RU2374145C1 (en) 2005-09-29 2005-09-29 Method to protect composite-material fuel tank against electric discharges

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2374145C1 true RU2374145C1 (en) 2009-11-27

Family

ID=41476613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008116818/11A RU2374145C1 (en) 2005-09-29 2005-09-29 Method to protect composite-material fuel tank against electric discharges

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2374145C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2606419C2 (en) * 2010-12-03 2017-01-10 Зе Боинг Компани Electric charge dissipation system for aircraft

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2606419C2 (en) * 2010-12-03 2017-01-10 Зе Боинг Компани Electric charge dissipation system for aircraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4995823B2 (en) How to protect a fuel tank made of composite material from discharge
US7342765B2 (en) Current insulation device for fuel systems
US20090071676A1 (en) Current insulation system for fluid systems
RU2700670C2 (en) Systems, devices and methods of ignition suppression
US9989176B2 (en) Bulkhead fitting assembly and method of sealing a bulkhead opening
CN103649610A (en) Apparatus for preventing spark propagation
EP2791565B1 (en) Ferrule protected from electrostatic discharge
Ranjith et al. Computational investigation of lightning strike effects on aircraft components
RU2374145C1 (en) Method to protect composite-material fuel tank against electric discharges
Babrauskas Electrical fires
CN103826794B (en) Bushing for use in providing electromagnetic effects protection
Land et al. Addressing arc flash problems in low voltage switchboards: A case study in arc fault protection
Liu et al. Modeling cathodic shielding of sacrificial anode cathodic protection systems in seawater
Galván et al. Protection of oil storage tanks against direct lightning strikes: Self protection scheme or standalone LPS?
RU2706344C2 (en) Method of protection of technical devices in explosion hazardous areas from static electricity without shunting of cathodic protection potential
Massoudi Multi-Layer Insulation Fabrication and Resistance on Blanket Surface
CN205232644U (en) Flame proof electrical control cabinet
CN208623114U (en) A kind of ground resistance safety cabinet
Priya Surya Requirements of Grounding, Bonding, and Lightning Protection System for Aircraft System
Yasir et al. Lightning Phenomena-Offshore O&G Facilities Not Immune
Hassan et al. Design and simulation of interconnected AC substation grounding grid in oil & gas industries
Kadhium et al. Review of Engineering Fire Control Systems and Their Types
Guthrie et al. Lightning related ignition mechanism and associated protection techniques for storage applications
Bouquegneau Lightning protection of oil and gas industrial plants
Roy Fire protection provision of structures from FHA perspective

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner