Требования и классификация

Основная часть

4.1  Основные тенденции в развитии топливных систем современных самолетов и их отражение в разработках АНТК им. О.К.Антонова.

4.2  Цель анализа.

    Основная задача анализа — рассмотреть системы топливоподачи самолётов фирмы Антонова, проследить эволюцию схем от ІІ-го поколения к IV-му, а также провести анализ параметров баковых насосов, применяемых в системах подкачки и перекачки.

    Прослежена эволюция подкачивающих и перекачивающих насосов с точки зрения их привода, массовых характеристик и ресурса.

    Одновременно сделана попытка выявления сходства и различия в подходе к проектированию топливных систем, их анализа и выдачи рекомендаций по проектированию топливных систем самолётов следующих поколений.

    Предпринята попытка сравнения действительных значений давления в магистралях подкачки с расчётными с целью обоснования заданных давлений на перекрывных кранах.

    Прослежена эволюция систем топливопитания самолетов ІІ-го поколения и последующих поколений, поступивших в эксплуатацию в последние годы, и создаваемые в настоящее время.

Топливная система.

Требования и классификация.

4.1.2.1. Требования, предъявляемые к топливным системам.

    Топливная система самолета предназначена для размещения на его борту необходимого запаса топлива, выработки его в определенном порядке, подачи топлива ко всем двигателям, а также выполнения вспомогательных функций.

    К топливным системам при их проектировании предъявляются следующие требования:

· вместимость топливных баков должна обеспечивать размещение топлива для полета с заданной максимальной дальностью и продолжительностью;

· система должна обеспечивать надежное питание двигателей топливом на всех режимах и высотах полета;

· система должна обеспечивать автоматическую выработку топлива в заданной последовательности при всех возможных эксплуатационных вариантах заправки бака топливом на всех режимах полета самолёта;

· топливная система должна быть обеспечена надежным, удобным и непрерывным контролем за очерёдностью выработки, количеством топлива в баках, а также суммарным количеством топлива на каждый двигатель или самолет.

    Топливная система самолёта состоит из топливных баков, магистральных трубопроводов, обеспечивающих подачу топлива к двигателям, насосных агрегатов, создающих необходимое давление на входе в двигателей и осуществляющих выработку топлива.

    При проектировании топливной системы выбор параметров баков подкачивающих насосов в основном обусловлен давлением и температурой топлива на входе в основные насосы питания двигателей на всех установившихся и переходных режимах, определяемых техническими условиями на двигатель.

 

 

4.1.2.2. Анализ структуры топливных систем.

    В параграфе прослежена эволюция топливных систем реактивных пассажирских и транспортных самолетов ІІ-го и последующих поколений, которые условно можно классифицировать по:

· организации выработки топлива из баков;

· типу привода баковых насосов.

4.1.2.2.1 Анализ структуры топливных систем по организации выработки топлива из баков.

4.1.2.2.1.1. Топливная система с параллельной (одновременной) выработкой.

    На самолетах, топливные системы которых не имеют большого количества баков, разделенных сплошными перегородками, топливо вырабатывается одновременно и равномерно из правого и левого полукрыла. Равномерность выработки обеспечивается автоматом выравнивания.

    Примером организации параллельной выработки топлива является топливная система самолёта Як-40.

4.1.2.2.1.2. Топливная система с последовательной выработкой.

    Типичным представителем самолетов с последовательной (поочередной) выработкой топлива является самолет Ан-22, который выпускался в двух вариантах исполнения топливной системы: с насосами постоянного и переменного тока.

    Самолет с электрической системой постоянного тока был оборудован трехрежимными электроприводными насосами постоянного тока, благодаря различным режимам работы которых топливо вырабатывается в заданной последовательности.

    На самолете с электрической системой переменного тока однорежимные электроприводные насосы переменного тока по своим характеристикам подобраны так, чтобы при одном и том же расходе насос последующей очереди выработки имел меньшее давление топлива на выходе, чем насос предыдущей очереди.

4.1.2.2.1.3. Топливная система с выработкой из одного расходного бака.

    По такому типу построена топливная система самолета Ту-154, в которой в течении всего полета подача топлива к основным двигателям осуществляется из одного расходного бака, который наполняется топливом из крыльевых баков через порционер, обеспечивающий равномерную выработку топлива.

4.1.2.2.1.4. Топливные системы с автономной выработкой топлива.

    В топливных системах с автономной выработкой топлива каждый двигатель питается из своего расходного бака, имеющего расходный, а иногда и предрасходный отсеки, куда топливо поступает из центропланного или крыльевых баков, расположенных на концах крыла, например, топливные системы самолетов Ил-86, Ил-96, Ту-204.

4.1.2.2.1.5. Топливные системы со «смешанной» выработкой.

    При смешанной выработке питание каждого двигателя осуществляется из своего расходного бака при сохранении возможности выработки по какому-либо другому принципу (параллельному, последовательному и т. п.).

    По такому типу спроектированы топливные системы самолетов Як-42 и Ан-124.

    Все топливные системы независимо от организации выработки топлива из баков обеспечивают возмодность перекрестной подачи топлива по магистралям из любых баков (групп баков) к любому двигателю.

4.1.2.2.2. Классификация топливных систем и баковых насосов по типу привода.

    В зависимости от типа электросети питания электроприводных центробежных насосов (ЭЦН) топливные системы подразделяются на:

· системы, питание ЭЦН которых осуществляется от сети постоянного тока с напряжения 27В;

· системы, питание ЭЦН которых осуществляется от сети трехфазного переменного тока с напряжением 200В и частотой 400Гц;

· системы, в которых применены насосы, питание которых осуществляется от бортовой сети постоянного и переменного тока.

    Для самолетов малых размеров наиболее приемлемой системой электропитания с точки зрения простоты и безопасности считается система постоянного тока с напряжением 27В.

    На средних и больших самолетах, где используются большие электрические мощности и имеющие большую протяжённость линии передач электроэнергии, в зависимости от установленного на самолете оборудования, применяются либо системы переменного тока, либо смешанные системы электропитания.

    В зависимости от типа сети питания электродвигателя, насосы ЭЦН классифицируются на:

· ЭЦН с приводом от электродвигателя постоянного тока с напряжением 27В;

· ЭЦН с приводом от электродвигателя трехфазного переменного тока с напряжением 200В и частотой 400Гц.

    Электроприводные центробежные насосные агрегаты (ЭЦН) представляют собой многоблочное исполнение насоса и электродвигателя. К ЭЦН предъявляются повышенные требования. К герметичности подвижных и неподвижных соединений по взрывобезопасности, по массе и надежности.

4.1.2.2.2.1. ЭЦН с приводом от электродвигателя постоянного тока.

    По режимам работы, определяемым частотой вращения ротора электродвигателя постоянного тока, насосы подразделяются на однорежимные, двухрежимные и трехрежимные, имеющие различные напорные характеристики.

    Топливная полость ЭЦН постоянного тока отделена от воздушной полости электродвигателя резиновым манжетным уплотнением, охлаждение которого осуществляется топливом, просачивающимся между манжетой и валом насоса, причем это топливо отводится через дренажный канал наружу. Ресур работы таких насосов определяется в основном работоспособностью щёточно-коллекторного узла. Основным недостатком ЭЦН с приводом постоянного тока является большая масса и малый ресурс.

4.1.2.2.2.2. ЭЦН с приводом от электродвигателя трехфазного переменного тока.

    В отличии от электродвигателей постоянного тока электродвигатели переменного тока не имеют щёточно-коллекторного узла, благодаря чему срок непрерывной работы ЭЦН с электродвигателями переменного тока без снятия и ремонта значительно выше, чем ЭЦН на постоянном токе, эти насосы имеют меньшую массу при одинаковых характеристиках.

    Недостатком электродвигателей переменного тока является установление строгорегламентированных ступеней частоты вращения, а также меньший, чем у двигателей постоянного тока, пусковой момент.

    Применение в качестве привода электродвигателей переменного тока типа МГТ (мотор герметичный трехфазный), в которых воздушная полость электродвигателя отделена от топливной части насоса с помощью манжетного уплотнения, позволило увеличить ресурс ЭЦН до 6000л.ч.

    В процессе конструктивного совершенствования ЭЦН с приводом от электродвигателей переменного тока удалось отказаться от применения манжетного уплотнения, в результате чего ротор ЭЦН был размещен в топливе, которое стало выполнять функции хладагента для охлаждения и смазки подшипников.

    ЭЦН с электродвигателем типа ММТ (мотор «мокрый» трехфазный) имеет меньшую массу и больший ресурс по сравнению с ЭЦН электродвигателем типа МГТ.

    Многолетняя эксплуатация топливных систем самолета с электроприводными подкачивающими и перекачивающими насосами ЭЦН дала возможность определить необходимый диапазон рабочих параметров топливных насосов.

    В результате анализа применяемых в топливных системах самолетов электроприводных насосов трехфазного переменного тока было установлено, что потребная подача топлива от 5000^л/_час до 40 000^л/_час при перепаде давления на насосе не менее 0,6 ^кг/_см² является оптимальной для топливных систем пассажирских и транспортных самолетов 70-80-х годов.

    Поэтому с целью сокращения номенклатуры баковых топливных насосов с приводом от электродвигателей трехфазного переменного тока был разработан ОСТ 1 03601-72, уточнённый в 1980 году.

    Существенным преимуществом насосов, разработанных в соответствии с этим стандартом, явилось значительное увеличение назначенного ресурса до 30 000 л.ч. и заметное, на 20...30%, снижение их массы.

    Разработка топливных систем самолетов 90-х годов (Ил-96-300 и Ту-204) показывает, что без дальнейшего совершенствования топливных насосов, направленного на повышение их массо-энергетических характеристик и надежности, увеличения ресурса невозможно создать топливную систему, соответствующую перспективным требованиям 2010-х — 2020-х годов.

    Поэтому в связи с введением Нормативов технического уровня на топливные системы и комплектующие их агрегаты в настоящее время назрела необходимость в пересмотре ОСТ1 03601-80 и разработке новой НТД на эти агрегаты.