RU2374145C1 - Method to protect composite-material fuel tank against electric discharges - Google Patents
Method to protect composite-material fuel tank against electric discharges Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Abstract
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
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
На фиг.3 показан конкретный пример изолирующего элемента 21 в точке крепления на баке 11.Figure 3 shows a specific example of an
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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)
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 |
-
2005
- 2005-09-29 RU RU2008116818/11A patent/RU2374145C1/en active
Cited By (1)
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 |