RU2751045C1

RU2751045C1 - Aircraft starting fuel valve

Info

Publication number: RU2751045C1
Application number: RU2020140060A
Authority: RU
Inventors: Фёдор Юрьевич Калёнов
Original assignee: Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2021-07-07

Abstract

FIELD: aerospace technology.SUBSTANCE: invention relates to devices for supplying fuel from the fuel tank of an aircraft. The starting fuel valve of the aircraft consists of housing (1) and a piston (2) located in it with an o-ring (3). An inverted bowl (4) is rigidly and hermetically fixed on the housing, in the cavity of which a bellow valve (5) with a sealed cavity is placed. One end of the bellow valve is rigidly attached to the bottom of the cup, and the second end is made with a hook (6). In the fuel valve body and in the piston, holes (8) are made for the hook (6), which can be moved in these holes (8). A hole (10) is made in the housing to fill the bowl cavity with fuel. It is achieved by automaticity of operation and simplification of the design.EFFECT: solution makes it easier to supply the aircraft engine with fuel.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для подачи топлива из топливного бака летательного аппарата (ЛА) с вытеснительной системой подачи топлива, стартующего при помощи стартового ускорителя, и может быть использовано при проектировании и производстве новых образцов ракетной техники.The invention relates to a device for supplying fuel from a fuel tank of an aircraft (LA) with a displacement fuel supply system, starting with a launch accelerator, and can be used in the design and manufacture of new samples of rocket technology.

В настоящее время разрабатывается большое количество ЛА с жидкостными ракетными, турбореактивными или прямоточными маршевыми двигателями. Первоначальный старт и разгон до скорости, необходимой для нормального запуска маршевых двигателей, производится при помощи стартовых ускорителей. Подача топлива в маршевый двигатель для его запуска производится к моменту окончания работы стартового ускорителя. Для пуска топлива в маршевый двигатель используют топливные клапаны различных конструкций. Момент их срабатывания определяется или по времени, или при достижении ЛА определенной скорости. При этом система управления ЛА выдает соответствующий сигнал на срабатывание топливного клапана. В подавляющем большинстве случаев происходит срабатывание пиротехнического устройства.A large number of aircraft with liquid propellant rocket, turbojet or ramjet propulsion engines are currently being developed. The initial start and acceleration to the speed required for the normal start of the main engines is carried out with the help of starting boosters. The fuel is supplied to the main engine for its start by the time the starting accelerator ends. Fuel valves of various designs are used to start fuel into the main engine. The moment they are triggered is determined either by time, or when the aircraft reaches a certain speed. In this case, the aircraft control system issues a corresponding signal to trigger the fuel valve. In the overwhelming majority of cases, a pyrotechnic device is triggered.

Известны пусковые клапаны различных конструкций. Наиболее распространеннной является конструкция устройств, аналогичных пироклапану, содержащему корпус, заглушку, мембрану, перекрывающую топливную магистраль, шток с уплотнительными кольцами и источник энергии - пиропатрон. Срабатывание пироклапана происходит при подаче на пиропатрон электрического сигнала. После срабатывания пиропатрона пороховые газы толкают шток, и он, перемещаясь в корпусе, срезает мембрану, открывая тем самым подачу топлива в топливную магистраль.Start valves of various designs are known. The most common is the design of devices similar to a pyrovalve, containing a body, a plug, a membrane that closes the fuel line, a rod with O-rings and an energy source - a pyro cartridge. The pyrovalve is triggered when an electrical signal is applied to the squib. After the pyro cartridge is triggered, the powder gases push the rod, and it, moving in the body, cuts off the membrane, thereby opening the fuel supply to the fuel line.

Недостатки подобной конструкции заключаются в том, что для обеспечения его работы необходимы:The disadvantages of this design are that to ensure its operation, you need:

- специальная ветка кабеля от системы управления и подача электрического сигнала в определенный момент времени, что усложняет конструкцию, при этом кабель уменьшает полезное пространство в отсеке ЛА;- a special branch of the cable from the control system and the supply of an electrical signal at a certain point in time, which complicates the design, while the cable reduces the usable space in the aircraft compartment;

- пиропатрон, требующий особых условий хранения и обращения и являющийся устройством одноразового действия, т.е. его работоспособность не может быть проверена перед сборкой ЛА;- a squib that requires special storage and handling conditions and is a disposable device, i.e. its performance cannot be checked before assembling the aircraft;

- срезаемая мембрана, которая должна иметь строго определенные характеристики материала и толщину, чтобы, с одной стороны, надежно перекрывать топливную магистраль до старта, выдерживая повышение давления при нагреве топлива, с другой - гарантированно прорезаться при воздействии на нее штока при старте.- a cut-off membrane, which must have strictly defined material characteristics and thickness, in order, on the one hand, to reliably block the fuel line before starting, withstanding an increase in pressure when the fuel is heated, on the other hand, to be guaranteed to cut through when the rod acts on it at start.

Клапан, в целом, имеет сложную форму, затрудняющую его изготовление, и значительные габариты, уменьшая полезное пространство в отсеке ЛА.The valve, as a whole, has a complex shape that makes it difficult to manufacture, and significant dimensions, reducing the usable space in the aircraft compartment.

Известен пусковой клапан с разрушаемым элементом [1. Пат. 2579299 RU, МПК⁶ F16K 17/14. Пусковой клапан / Баскаков В.И., Иванова Т.В. - Заявл. 04.03.2016; опубл. 10.04.2016, Бюл. №10.], содержащий полый корпус с входным патрубком в форме стакана со срезаемым дном. Выходной патрубок установлен соосно входному. Силовой привод выполнен в виде поршня со штоком, взаимодействующим со срезаемым дном. Приемная камера для срезаемого дна смонтирована на корпусе. При этом между корпусом и приемной камерой установлена шторка в виде упругой лепестковой мембраны. В донной части приемной камеры закреплен демпфер из пластичного материала в форме выпуклой чашеобразной диафрагмы.Known starting valve with a destructible element [1. Pat. 2579299 RU, IPC ⁶ F16K 17/14. Start valve / Baskakov V.I., Ivanova T.V. - Applied. 03/04/2016; publ. 04/10/2016, Bul. No. 10.], containing a hollow body with an inlet in the form of a glass with a cut-off bottom. The outlet branch pipe is installed coaxially with the inlet branch. The power drive is made in the form of a piston with a rod interacting with the bottom to be cut off. The receiving chamber for the cut-off bottom is mounted on the body. In this case, a shutter in the form of an elastic petal membrane is installed between the body and the receiving chamber. A damper made of plastic material in the form of a convex cup-shaped diaphragm is fixed in the bottom part of the receiving chamber.

Недостатком данного изобретения является сложность конструкции, предполагающей наличие специальных, отдельно изготовленных деталей, т.е. демпфера и диафрагмы с лепестками, для фиксации подвижного элемента после срабатывания.The disadvantage of this invention is the complexity of the design, which presupposes the presence of special, separately manufactured parts, i.e. damper and diaphragm with blades, for fixing the moving element after actuation.

Известен быстродействующий клапан для подачи жидкости [2. Пат. на ПМ 164512 SU, МПК F06k, F02k. Быстродействующий клапан для подачи жидкости, например компонента топлива в ЖРД / Беляев Ю.В. и др. - Заявл. 10.11.1963; опубл. 13.08.1964.], содержащий корпус, срезаемую мембрану, гибкую диафрагму, пробивающий элемент и пиропривод, выполненный в виде отдельного узла.Known high-speed valve for fluid supply [2. Pat. for PM 164512 SU, IPC F06k, F02k. Fast-acting valve for supplying liquid, for example, a fuel component in a liquid-propellant engine / Belyaev Yu.V. and others - Appl. 11/10/1963; publ. 08/13/1964.], Containing a housing, a cut-off membrane, a flexible diaphragm, a piercing element and a pyrodrive, made in the form of a separate unit.

Конструкция имеет сложную форму, содержит множество деталей, среди которых два элемента изготовлены из материалов с характеристиками, требующими особого контроля свойств, - срезаемую мембрану и гибкую диафрагму. Кроме того, клапан не технологичен, и его производство трудоемко из-за наличия пиротехнического элемента.The design has a complex shape, contains many parts, among which two elements are made of materials with characteristics that require special control of properties - a shear membrane and a flexible diaphragm. In addition, the valve is not technologically advanced, and its production is laborious due to the presence of a pyrotechnic element.

Целью заявляемого изобретения является разработка пускового топливного клапана ЛА, характеризующегося автоматизмом срабатывания и простотой конструкции.The aim of the claimed invention is to develop an aircraft starting fuel valve, characterized by automatic response and simplicity of design.

Заявляемый пусковой топливный клапан ЛА состоит из корпуса и расположенного в нем поршня с уплотнительным кольцом. На корпусе жестко и герметично закреплен перевернутый стакан, в полости которого размещен сильфон с герметичной полостью. Один конец сильфона жестко прикреплен ко дну стакана, а второй конец выполнен с зацепом. В корпусе топливного клапана и в поршне выполнены отверстия под зацеп, имеющий возможность перемещения в этих отверстиях. В корпусе выполнено отверстие для заполнения полости стакана топливом.The declared starting fuel valve of the aircraft consists of a body and a piston located therein with a sealing ring. An inverted glass is rigidly and hermetically fixed on the body, in the cavity of which there is a bellows with a sealed cavity. One end of the bellows is rigidly attached to the bottom of the glass, and the other end is made with a hook. Holes are made in the body of the fuel valve and in the piston for the hook, which can be moved in these holes. A hole is made in the body for filling the cavity of the glass with fuel.

Заявляемое устройство поясняется чертежами (фиг. 1-2).The claimed device is illustrated by drawings (Fig. 1-2).

На чертежах показан пусковой топливный клапан, содержащий: корпус 1, поршень 2, расположенный внутри корпуса 1, уплотнительное кольцо 3, перевернутый стакан 4, в полости которого размещен сильфон 5 с герметичной полостью и зацепом 6, фиксирующим поршень 2 в корпусе 1. Уплотнительное кольцо 3 обеспечивает герметичность установки поршня 2 в корпус 1. Перевернутый стакан 4 жестко и герметично закреплен на корпусе 1. Один конец сильфона 5 жестко прикреплен ко дну стакана 4 гайкой 7, а второй конец сильфона 5 выполнен с зацепом 6. В корпусе 1 и в поршне 2 выполнены сквозные отверстия 8 и 9 соответственно под зацеп 6 сильфона 5. В корпусе 1 выполнено сквозное отверстие 10 для заполнения полости стакана 4 топливом и передачи давления на сильфон 5. Корпус 1 выполнен с упором 11 для стопорения поршня 2.The drawings show a starting fuel valve containing: housing 1, piston 2 located inside housing 1, sealing ring 3, inverted cup 4, in the cavity of which there is a bellows 5 with a sealed cavity and a hook 6 that fixes piston 2 in housing 1. Sealing ring 3 ensures the tightness of the installation of the piston 2 into the body 1. The inverted bowl 4 is rigidly and hermetically fixed to the body 1. One end of the bellows 5 is rigidly attached to the bottom of the bowl 4 by a nut 7, and the second end of the bellows 5 is made with a hook 6. In the body 1 and in the piston 2, through holes 8 and 9 are made, respectively, for the hook 6 of the bellows 5. A through hole 10 is made in the body 1 for filling the cavity of the cup 4 with fuel and transmitting pressure to the bellows 5. The body 1 is made with a stop 11 for stopping the piston 2.

Топливный клапан расположен в задней части топливного бака 12 топливной системы ЛА, на входе в двигатель 13.The fuel valve is located at the rear of the fuel tank 12 of the aircraft fuel system, at the engine inlet 13.

В процессе изготовления ЛА и на этапе его хранения происходит повышение давления в полости топливного бака 12. При этом на сильфон 5 и на поршень 2 действует давление, вызывающее перемещение зацепа 6, но недостаточное для расфиксации поршня 2.During the manufacturing process of the aircraft and at the stage of its storage, the pressure in the cavity of the fuel tank 12 increases. At the same time, pressure acts on the bellows 5 and on the piston 2, causing the movement of the hook 6, but insufficient to release the piston 2.

При старте ЛА производится наддув топливного бака 12 до определенного давления. Одновременно с этим производится разгон ЛА с помощью стартового ускорителя. Возникает перегрузка, действующая в направлении двигателя 13 и вызывающая повышение давления в задней части топливного бака 12 до значения равного:At the start of the aircraft, the fuel tank 12 is pressurized to a certain pressure. Simultaneously with this, the aircraft is accelerated using the starting accelerator. An overload occurs, acting in the direction of the engine 13 and causing an increase in pressure in the rear part of the fuel tank 12 to a value equal to:

где:Where:

ρ - плотность топлива;ρ is the fuel density;

g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;

h - высота столба жидкости, в данном случае равная длине топливного бака, т.к. перегрузка при старте действует продольно, в направлении двигателя, расположенного в хвостовой части ЛА;h is the height of the liquid column, in this case equal to the length of the fuel tank, since the overload at the start acts longitudinally, in the direction of the engine located in the aft part of the aircraft;

G - значение перегрузки, возникающей при работе стартового ускорителя.G is the value of the overload that occurs during the operation of the starting accelerator.

Давление перегрузки суммируется с давлением наддува бака 12. От действия давления, равного сумме давления наддува и давления перегрузки, вызванного ускорением ЛА, сильфон 5 сжимается, вытягивая зацеп 6 из отверстия 9 поршня 2, таким образом при достижении расчетного перемещения зацеп 6 расфиксирует поршень 2. Неудерживаемый более поршень 2 под воздействием давления перемещается в корпусе 1 до достижения упора 11, при этом расширение в корпусе 1 позволяет топливу по открывшемуся зазору поступать к двигателю 13.The overload pressure is summed up with the boost pressure of the tank 12. From the action of the pressure equal to the sum of the boost pressure and the overload pressure caused by the aircraft acceleration, the bellows 5 is compressed, pulling the hook 6 out of the hole 9 of the piston 2, thus, when the calculated displacement is reached, the hook 6 unlocks the piston 2. The piston 2, which is no longer retained, moves under the influence of pressure in the housing 1 until it reaches the stop 11, while the expansion in the housing 1 allows the fuel to flow through the open gap to the engine 13.

На этапе хранения и транспортирования давление в топливном баке ЛА может повышаться до значения, определяемого конструкцией бака и специальными компенсирующими мерами, т.е. применением компенсаторов давления, например, наличием воздушной подушки. При этом данное значение не превышает расчетной суммы давлений наддува и перегрузки, т.е. хода сильфона 5 не достаточно для выхода зацепа 6 из отверстий 8 и 9 и для расфиксации поршня 2 соответственно.At the stage of storage and transportation, the pressure in the aircraft fuel tank can increase to a value determined by the tank design and special compensating measures, i.e. the use of pressure compensators, for example, the presence of an air cushion. Moreover, this value does not exceed the calculated sum of boost and overload pressures, i.e. the stroke of the bellows 5 is not enough for the release of the hook 6 from the holes 8 and 9 and for the release of the piston 2, respectively.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание пускового топливного клапана ЛА, характеризующегося автоматизмом срабатывания и простотой конструкции.The technical result of the claimed invention is the creation of an aircraft starting fuel valve, characterized by automatic response and simplicity of design.

Технический результат достигается за счет конструктивных особенностей клапана.The technical result is achieved due to the design features of the valve.

Дополнительным преимуществом клапана является надежность, которая достигается благодаря:An additional advantage of the valve is reliability, which is achieved thanks to:

- конструктивным особенностям клапана;- design features of the valve;

- исключению из конструкции следящих и исполнительных устройств, электрических или пиротехнических;- exclusion from the design of tracking and actuating devices, electrical or pyrotechnic;

- рассчитанной жесткости сильфона, позволяющей ему сжиматься на необходимую величину при достижении расчетного давления, что позволяет производить подачу топлива в двигатель к моменту его запуска.- the calculated stiffness of the bellows, allowing it to be compressed to the required value when the design pressure is reached, which allows fuel to be supplied to the engine by the time it starts.

Конструктивные особенности заявляемого клапана позволяют производить испытания, связанные с повышенным давлением, при наземной отработке и обеспечивают надежное и безопасное хранение изделия.The design features of the inventive valve make it possible to carry out tests associated with increased pressure during ground testing and ensure reliable and safe storage of the product.

Конструкция заявляемого клапана проста, что обуславливает технологичность и экономическую эффективность его изготовления.The design of the claimed valve is simple, which determines the manufacturability and economic efficiency of its manufacture.

Устройство может быть выполнено с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, заявленное изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».The device can be made using standard equipment and materials of domestic production. Thus, the claimed invention meets the criterion of "industrial applicability".

Источники, принятые во внимание:Sources taken into account:

1. Пат. 2579299 RU, МПК⁶ F16K17/14. Пусковой клапан / Баскаков В.И., Иванова Т.В. - Заявл. 04.03.2016; опубл. 10.04.2016, Бюл. №10.1. Pat. 2579299 RU, IPC ⁶ F16K17 / 14. Start valve / Baskakov V.I., Ivanova T.V. - Applied. 03/04/2016; publ. 04/10/2016, Bul. No. 10.

2. Пат. на ПМ 164512 SU, МПК F06k, F02k. Быстродействующий клапан для подачи жидкости, например компонента топлива в ЖРД / Беляев Ю.В. и др. - Заявл. 10.11.1963; опубл. 13.08.1964.2. Pat. for PM 164512 SU, IPC F06k, F02k. Fast-acting valve for supplying liquid, for example, a fuel component in a liquid-propellant engine / Belyaev Yu.V. and others - Appl. 11/10/1963; publ. 08/13/1964.

3. Пат. 2507129 RU, МПК⁶ B64D 37/10, F02K 9/50. Топливный бак двигательной установки летательного аппарата / Булаев А.А., Никитин В.И. - Заявл. 24.07.2012; опубл. 20.02.2014, Бюл. №5.3. Pat. 2507129 RU, IPC ⁶ B64D 37/10, F02K 9/50. Fuel tank of the propulsion system of the aircraft / Bulaev A.A., Nikitin V.I. - Applied. 07.24.2012; publ. 02/20/2014, Bul. No. 5.

4. Пат. 2507127 RU, МПК⁶ B64D 37/02. Топливный бак летательного аппарата / Кочнев И.А. и др. - Заявл. 11.05.2012; опубл. 20.02.2014, Бюл. №5.4. Pat. 2507127 RU, IPC ⁶ B64D 37/02. Fuel tank of the aircraft / Kochnev I.A. and others - Appl. 05/11/2012; publ. 02/20/2014, Bul. No. 5.

5. Пат. 2021168 RU, МПК (1990.01) B64D 37/00. Способ выработки топлива из баков летательного аппарата и топливная система летательного аппарата / Белов А.П., Марфуненков К.А., Ацеров П.А. - Заявл. 10.04.1992; опубл. 15.10.1994.5. Pat. 2021168 RU, IPC (1990.01) B64D 37/00. Method of fuel production from aircraft tanks and aircraft fuel system / Belov A.P., Marfunenkov K.A., Acerov P.A. - Applied. 04/10/1992; publ. 15.10.1994.

6. Пат. 2497724 RU, МПК⁶ B64D 37/00. Топливный бак летательного аппарата / Никитин В.И., Куранов Е.Г., Реш Г.Ф. - Заявл. 09.04.2012; опубл. 10.11.2013, Бюл. №31.6. Pat. 2497724 RU, IPC ⁶ B64D 37/00. Fuel tank of the aircraft / Nikitin V.I., Kuranov E.G., Resh G.F. - Applied. 04/09/2012; publ. 10.11.2013, Bul. No. 31.

7. Пат. 2120054 RU, МПК (1995.01) F02M 37/00, F02M 37/22. Система питания двигателя внутреннего сгорания / Куколев П.В., Горбунов В.В., Солдатов В.П. - Заявл. 20.05.1997; опубл. 10.10.1998.7. Pat. 2120054 RU, IPC (1995.01) F02M 37/00, F02M 37/22. The power supply system of the internal combustion engine / Kukolev P.V., Gorbunov V.V., Soldatov V.P. - Applied. 05/20/1997; publ. 10.10.1998.

8. Пат. 148659 SU, МПК 46g, 1₀₅. Устройство для регулирования подачи и отсечки подачи компонентов топлива, например, к агрегатам ЖРД / Беляев Ю.В., Шмуклер Б.Ю. - Заявл. 29.09.1961; опубл. в 1962 г., Бюл. №13.8. Pat. 148659 SU, IPC 46g, 1 ₀₅ . A device for regulating the supply and cutoff of the supply of fuel components, for example, to LPRE units / Belyaev Yu.V., Shmukler B.Yu. - Applied. 09/29/1961; publ. in 1962, Bul. No. 13.

9. Пат. 2046201 RU, МПК (1995.01) F02K 9/58. Пиропереключатель / Беляков В.В. - Заявл. 20.11.1989; опубл. 20.10.1995.9. Pat. 2046201 RU, IPC (1995.01) F02K 9/58. Pyroswitch / Belyakov V.V. - Applied. 11/20/1989; publ. 10/20/1995.

10. Пат. 2081793 RU, МПК (1995.01) B64D 37/00. Система перекачки топлива летательного аппарата / Белов А.П., Моисеев В.И., Сяфуков А.Х. - Заявл. 01.07.1994; опубл. 10.07.1996.10. Pat. 2081793 RU, IPC (1995.01) B64D 37/00. Aircraft fuel pumping system / Belov A.P., Moiseev V.I., Syafukov A.Kh. - Applied. 07/01/1994; publ. 10.07.1996.

11. Пат. 2667126 FR, МПК B22D 1/00 и др. Connection device with automatic positioning / Claude Masse - Заявл. 26.09.1990; опубл. 27.03.1992.11. Pat. 2667126 FR, IPC B22D 1/00, etc. Connection device with automatic positioning / Claude Masse - Appl. 09/26/1990; publ. 03/27/1992.

12. Пат. 2509910 RU, МПК⁶ F02K 9/95. Устройство для химического зажигания компонентов топлива в ЖРД / Билевич Д.Н. и др. - Заявл. 30.11.2012; опубл. 20.03.2014, Бюл. №8.12. Pat. 2509910 RU, IPC ⁶ F02K 9/95. Device for chemical ignition of fuel components in liquid-propellant engines / Bilevich D.N. and others - Appl. 11/30/2012; publ. 03/20/2014, Bul. No. 8.

13. Поликовский В.И. Силовые установки летательных аппаратов с воздушно-реактивными двигателями: Учеб. пособие [Текст] / В.И. Поликовский, Д.Н. Сурнов / МАИ им. С. Орджоникидзе. - М.: Машиностроение, 1965. - 261 с. 13. Polikovsky V.I. Power plants of aircraft with air-jet engines: Textbook. allowance [Text] / V.I. Polikovsky, D.N. Surnov / MAI them. S. Ordzhonikidze. - M .: Mashinostroenie, 1965 .-- 261 p.

14. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: Справ, пособие [Текст] / Т.М. Башта. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1971. - 672 с. 14. Bashta T.M. Engineering hydraulics: Reference, manual [Text] / T.М. Bashta. - 2nd ed., Rev. and additional - M .: Mashinostroenie, 1971. - 672 p.

15. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам: [Текст] / П.Г. Киселев. - 2-е изд. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1957. - 352 с. 15. Kiselev P.G. Handbook of hydraulic calculations: [Text] / P.G. Kiselev. - 2nd ed. - M. - L .: Gosenergoizdat, 1957 .-- 352 p.

Claims

The starting fuel valve of the aircraft, consisting of a body and a piston located therein with a sealing ring, characterized in that an inverted glass is rigidly and hermetically fixed on the body, in the cavity of which a bellows with a sealed cavity is located; one end of the bellows is rigidly attached to the bottom of the glass, and the other end is made with a hook; holes are made in the body of the fuel valve and in the piston for the bellows hook, while the hook is able to move in these holes; a hole is made in the body for filling the cup cavity with fuel.