Топливная система самолёта
Разберём следующую, жизненно важную самолётную систему - топливную. Основное её предназначение, это обеспечение бесперебойной подачи топлива к двигателям самолёта. Топливная система самолёта состоит из системы размещения топлива на самолёте, системы подачи его в двигатели, системы измерения топлива в баках, и системы заправки. Всё топливо, на современных самолётах, располагается, как правило, в крыле, в нескольких баках. Количество баков в может быть различным от трёх до восьми и более. (см. рис1,2,3) На рисунке 1 показано размещение топливных баков на самолёте Ту-134, где 1,2,3 левые и правые баки, "рб" расходный бак, "дб" дополнительные баки.
Рис.1
На рисунке 2 показано расположение баков на самолёте Ту-154
Рис.2
На рисунке 3 показано расположение баков на самолётах семейства А-320. Дренажный бак на концах крыла предназначен для перетекания в него топлива из других баков, в случае его теплового расширения при стоянке с полными баками, а также для кратковременного заполнения этого бака в случае отказа клапанов заправки, во избежание раздутия баков.
Рис.3
Есть самолёты у которых часть топливных баков располагается в хвостовой части самолёта, например Ил-62, боинг-747.
Топливный бак представляет из себя кессон, являющийся силовым элементом крыла самолёта. Изнутри топливный бак по всей поверхности покрыт специальным герметизирующим составом, который предотвращает утечки топлива через стыковые технологические поверхности. Этот состав, в жидком состоянии, наносится на внутреннюю поверхность кессона при его изготовлении, затем на специальном стенде кессон вращается во всех плоскостях, обеспечивая равномерное растекание герметизирующего состава по всей внутренней поверхности.
Основной принцип топливных систем всех самолётов заключается в том, чтобы каждый двигатель питался от своего бака, левый двигатель от левого бака или группы баков, средний, от центрального бака, правый двигатель от правой группы баков. Если двигателей на самолёте всего два, то сначала они питаются от центрального бака, а затем каждый от своего.
Для обеспечения бесперебойной подачи топлива к двигателям, все топливные баки, или группы баков, кольцуются между собой посредством специальных кранов кольцевания "1"(см. рис.4)
Рис.4
Краны кольцевания в нормальном состоянии перекрыты, и открываются только в случае отказа какой-либо системы подачи топлива к любому двигателю, обеспечивая его бесперебойную работу.
В топливной магистрали каждого двигателя установлены фильтры тонкой очистки "4"(рис.4). Фильтроэлемент выполнен из металлической сетки саржевого плетения с размером плетения несколько микрон. В случае засорения топливного фильтра, вокруг него предусмотрен обводной трубопровод (см. рис.4), по которому топливо пойдёт не очищенным, также обеспечивая работу двигателя.
Непосредственно перед двигателем устанавливается пожарный кран "3"(рис4), который перекрывается в случае возникновения пожара на двигателе. При стоянке самолёта с выключенным двигателем пожарный кран закрыт.
Авиационное топливо не является идеальным чистым, хотя и имеет высокую степень очистки, оно содержит растворимую в нём воду. Вода в топливо поступает из атмосферы, во время контакта поверхности топлива с воздухом в топливном баке. Т.к. плотность воды больше чем у топлива, вода постепенно отстаивается и опускается на дно бака. Перед каждой новой заправкой топлива и после её окончания производится слив отстоя воды из топливных баков через специальные краны слива. Это является обязательной операцией при подготовке самолёта к вылету. Тем не менее, растворённая вода всё равно присутствует в топливе.
Температура воздуха на высоте 10-11километров составляет -500С. Топливо при таких температурах особо не меняет своих свойств, а вот растворённая в нём вода кристаллизуется и, попадая на топливные фильтры, кристаллы воды их забивают. Чтобы предотвратить негативное воздействие этого явления, в магистрали подачи топлива к каждому двигателю установлены топливомасляные радиаторы (агрегаты) ТМР (ТМА)"2"(см. рис4). Установка этих агрегатов обеспечивает две функции: во-первых в них происходит нагрев топлива (после прохождения ТМР кристаллизация воды отсутствует), во-вторых происходит охлаждение масла из масляной системы двигателя. Т.о. получаем двойную выгоду. Кроме того, для предотвращения кристаллообразования в зимнее время в топливо многих самолётов добавляются специальные присадки, их применение также повышает стабильность работы топливной системы.
Исходя из условия обеспечения сохранения центровки в заданных пределах, выработка топлива из баков осуществляется в определённой последовательности. Для каждого самолёта она своя, есть самолёты с простой последовательностью выработки, например на Б-737, сначала вырабатывается топливо из центрального бака, а потом из крыльевых. На Як-42 вообще нет ни какой последовательности, здесь центровка никак не зависит от выработки топлива. Но бывают случаи посложнее, в качестве примера приведу последовательность выработки на самолёте Ту-134(см. рис.1). При полной заправке, сначала топливо вырабатывается из 3их баков полностью(1очередь), затем топливо начинает вырабатываться из 1-х баков до остатка в них 2200кг(2а очередь). После остатка 2200кг в 1-х баках, выработка переключается на 2-е баки(3я очередь), после полной выработки из 2-х баков, выработка вновь переключается на 1-е баки(2б очередь), здесь происходит полная выработка топлива. Надо отметить, что последовательность выработки топлива полностью автоматизирована и лишь контролируется экипажем ВС, но в случае её отказа, выработка может осуществляться и вручную, но с соблюдением той же последовательности. Т.О. каждому самолёту присуща своя система выработки.
Для обеспечения бесперебойной подачи топлива к двигателям при эволюциях, на самолётах установлены расходные баки. Всё топливо, подающееся к двигателям, проходит через эти баки. Смысл их в том, что они всегда полные. Во время полёта самолёта происходит постоянное их пополнение из топливных баков специальными насосами перекачки, в самих же расходных баках установлены подкачивающие топливные насосы. Для обеспечения надёжности системы, на многих самолётах насосы спаренные, причём иногда электропитание таких насосов производится от различных шин, т.е. имеет различное напряжение.
К перекачивающим насосам относятся внутрибаковые насосы ЭЦН-91С, ЭЦН-91Б внебаковые агр.463 и др. К подкачиваемым ЭЦН-14, ЭЦН-45, ЭЦНГ-5 и др.(cм. рис5)
Рис.5
Сигнализация работы всех топливных насосов работает по следующему принципу: в топливном трубопроводе, за каждым насосом, устанавливается датчик мембранного типа. Как только насос начинает работать, давление топлива в трубопроводе за насосом увеличивается, мембрана датчика прогибается и замыкает контакты цепи сигнализации. В результате в кабине пилотов на панели топливной системы, загорается лампочка или индикатор работы конкретного насоса, как только топливо в баке заканчивается, насос начинает прохватывать воздух, давление в трубопроводе начинает "скакать", в результате лампочка на топливной панели моргает, сигнализируя об оканчивающемся топливе. Включение насосов без топлива не рекомендуется, т.к. топливо одновременно является смазывающим элементом трущихся деталей насоса. Все подкачивающие и перекачивающие насосы центробежного типа, устанавливаются как можно ближе к дну бака, чтобы обеспечить максимальную выработку топлива.
Измерение топлива в баках происходит с помощью датчиков ёмкостного типа. Такой датчик представляет собой, по сути, конденсатор, ёмкость которого меняется в зависимости от среды между пластинами. Изменение уровня среды, приводит к изменению его ёмкости, замеряя эту ёмкость, фактически мы замеряем уровень.
В каждом баке, в разных местах, установлено
по несколько ёмкостных датчиков. Так
как высота бака в разных местах разная,
то и длина датчиков будет различна (см.
рис.6). 
Все
ёмкостные датчики устанавливаются в
баках и регулируются таким образом,
чтобы при эволюциях самолёта показания
датчиков на указателе количества топлива
были неизменны. Причём замерять можно
как суммарное количество топлива, так
и количество топлива в каждом баке по
отдельности.
Заправка самолёта топливом может осуществляться централизованно, т.е. через заправочный шланг могут заправляться сразу все баки, и открытым способом, т.е. через верхние заправочные горловины. К недостаткам открытой заправки можно отнести то, что при ней возможно попадание грязи, посторонних частиц и атмосферных осадков в бак через горловину, а также более длительное время заправки, ведь баки заправляются по одному. На современных самолётах открытая заправка уже не применяется.
Для обеспечения центровки самолёта при его стоянке, централизованная заправка осуществляется в строгой последовательности. Для каждого самолёта она своя. Выбор последовательности заправляемых баков, зависит от количества заправляемого топлива. Если самолёт летит не на максимальное расстояние, то нет необходимости заправлять полные баки, при этом некоторые баки могут вообще не заправляться, например на Ту-134 при длительности рейса 2 часа, третьи баки не заправляются, на Б-737 остаётся сухим центральный бак.
Централизованная заправка осуществляется со специального щитка заправки. На нем, как правило, выставляется способ заправки (в автомате или вручную). При автоматическом способе заправки, на специальном задатчике выставляется количество заправляемого топлива и открывается центральный заправочный клапан, клапаны заправки каждого бака могут открываться автоматически, а могут открываться и вручную. Закрытие клапанов заправки, при достижении заданного количества топлива, происходит автоматически от датчиков заправки, которые, конструктивно, аналогичны датчикам системы измерения, т.е. являются ёмкостными.
При ручной централизованной заправке необходимо постоянно контролировать количество заправляемого топлива, во избежание перезаправки топливного бака.
Для предотвращения перезаправки в автоматическом режиме, применяется несколько блокировок закрытия клапанов заправки каждого бака, как от датчиков заправки, так и применение простого поплавкового клапана.
На всех самолётах применяется система дренажирования топливных баков. Конструктивно они выполнены по разному, но суть у всех одна, топливные баки должны быть сообщены с атмосферой, иначе при выработке топлива в баке начнёт создаваться вакуум и топливо перестанет поступать к двигателям. У системы дренажа есть и ещё одна функция, это предотвращение раздутия баков на стоянке самолёта с полной заправкой при повышении температуры воздуха. Некоторые самолёты просто сбрасывают увеличившееся в объёме топливо на стоянку.
Следует отметить, что измерение топлива при заправке самолёта производится в литрах, галлонах и других размерностях объёма. Измерение количества заправленного топлива производится уже в килограммах или тоннах. Вес топлива является массовой характеристикой, в литрах взлётный вес не измеряется.
При выполнении заправки самолёта любым способом всегда строго соблюдаются правила техники безопасности и пожарной безопасности. На территории аэропорта запрещено курение в неположенном месте. Перед заправкой сам самолёт и подъехавший к нему топливозаправщик специальными тросами заземляются, каждый по отдельности, также прокладывается специальный трос выравнивания потенциала между самолётом и топливозаправщиком.
Топливная система
Топливная система самолета RRJ спроектирована и разработана фирмой Гражданские Самолеты Сухого (ГСС) в соответствии с требованиями сертификационного базиса. Топливная система двигателя спроектирована и разработана в соответствии с требованиями сертификационного базиса. Система показана в материалах по двигателю SM-146. Топливная система самолета состоит из взаимосвязанных подсистем (далее по тексту – систем), которые обеспечивают:
• размещение топлива на борту;
• подачу топлива к основным двигателям;
• выработку всего имеющегося на борту топлива в случае останова
• (отказа) одного из двигателей;
• подачу топлива к вспомогательной силовой установке (ВСУ);
• централизованную заправку самолета топливом на земле;
• централизованный слив топлива на земле из топливных баков самолета в наземные емкости;
• слив отстоя и остатков топлива на земле;
• дренажирование топливных баков;
• управление и контроль за работой топливной системы;
Управление и контроль
Управление и контроль над работой топливной системы осуществляется с помощью независимых подсистем управления, которые выполняют следующие функции (далее система управления и контроля):
• управление и контроль над работой топливных насосов;
• управление и контроль над работой перекрывных кранов в системах подачи топлива к двигателям и ВСУ и крана перекрестного питания;
• вычисление и индикацию оставшегося количества топлива на самолете по информации от датчиков расхода топлива, установленных в топливных системах двигателей;
• измерение количества топлива в топливных баках, управление заправкой и другие функции, которые перечислены ниже.
Система управления и контроля над работой топливных насосов обеспечивает:
• ручное управление основными топливными насосами, которые обеспечивают подачу топлива к двигателям и подачу активного топлива на привод струйных насосов перекачки;
• ручное и автоматическое управление насосами постоянного тока, которые обеспечивают подачу топлива к ВСУ и основным двигателям при их запуске, работе и при отказах основных насосов;
• формирование сигналов о состоянии топливных насосов (работает, не работает, отказ);
• формирование предупредительных сигналов о состоянии топливных насосов;
Система управления и контроля над работой перекрывных кранов в системах подачи топлива к двигателям и ВСУ и крана перекрестного питания обеспечивает:
• ручное управление работой перекрывных кранов;
• формирование сигналов о состоянии кранов (работает, не работает, отказ);
• формирование предупредительных сигналов о состоянии кранов.
Система вычисления и индикации оставшегося количества топлива на самолете по информации от датчиков расхода топлива, установленных в топливных системах двигателей, обеспечивает:
• вычисление суммарного оставшегося количества топлива на самолете по информации от датчиков расхода топлива, установленных в топливных системах двигателей (далее расходомеры);
• вычисление оставшегося количества топлива для каждого двигателя по информации от расходомера;
• вычисление разности значений запаса топлива между вычислениями топливомера и расходомеров;
• формирование сигнала о превышении допустимой разности;
• индикацию оставшегося запаса топлива экипажу.
Измерение количества топлива и управление заправкой осуществляется (СУИТ-RRJ), которая обеспечивает:
• измерение, вычисление и индикацию количества топлива в каждом баке и отсеке по информации от топливомера;
• вычисление и индикацию суммарного количества топлива на самолете по информации от топливомера;
• вычисление суммарного количества топлива на самолете по информации от топливомера для левого и правого борта;
• вычисление разности значений запаса топлива между вычислениями топливомера и расходомеров и формирование сигнала превышения допустимой разности;
• измерение температуры топлива в баках и сигнализацию о приближении её к температуре кристаллизации топлива;
• измерение и вычисление плотности топлива при заправке на земле и при выработке в полете;
• ручное и автоматическое управление заправкой топливом на земле;
• управление централизованным сливом топлива на земле;
• обнаружение и формирование сигнала о наличии в баках свободной воды;
• формирование сигналов о резервном остатке топлива на самолете по левому и правому бортам от независимых сигнализаторов уровня;
• формирование сигналов об остатке топлива на самолете по левому и правому бортам от независимых сигнализаторов уровня на 30 минут полета;
• формирование сигнала о резервном остатке топлива на самолете по информации от топливомера;
• формирование сигнала об остатке топлива на самолете по информации от топливомера на 30 минут полета;
• выдачу необходимой кодовой информации в смежные системы самолета;
• проведение встроенного контроля исправности системы и взаимодействующих с ней изделий в процессе предполетной подготовки.
Топливная система на самолетах семейства RRJ унифицирована.
Рис. 1.4-2 Схема размещения баков и отсеков
Рис. 1.4-3 Порядок выработки топлива
