燃油贮存及分配系统的制作方法

1.本发明涉及一种民用飞机的燃油系统的布局和架构，更具体地涉及一种基于多个可变体积的燃油箱的燃油贮存及分配系统。


背景技术：

2.传统的民用飞机的燃油箱布局(又称“燃油贮存及分配系统”或“燃油系统”)通常由多个固定体积的整体式燃油箱以及配套的燃油泵、引射泵、加放油管路、通气管路、单向阀等零部件组成，其中每个燃油箱的油量由传感器阵列检测并计算得出，其中，所述传感器阵列包括油量传感器、油量补偿传感器、低油位传感器、高油位传感器、温度传感器等多个传感器组成。
3.另外，在传统的民用飞机的燃油系统中，还使用除水系统来减少油箱内剩余的不可用燃油，其中，所述除水系统主要由动流单向阀、引射泵以及传输控制浮子阀组成，但即便这样，依然无法完全消除油箱内剩余的不可用燃油，而不可用燃油会造成飞机增重，降低了飞机的经济性。此外，为了防止燃爆，传统的民用飞机的燃油系统通常还需要配备惰化系统，以向油箱提供惰化气体。
4.随着技术的不断革新，现有技术中，对于燃油系统的布局和架构做出了诸般改进。
5.例如，在美国专利us 8002142b2中，介绍了一种气囊式可变体积的燃油箱设计及其在无人驾驶飞机上的应用，另外，在美国专利us9919807b2中，提供了一种在飞行器的燃油箱外部的气囊，这种外部气囊允许燃油箱中的燃料膨胀和收缩而无需额外占用飞行器内部的空间，从而允许保持更多的燃料质量和更小的外形，并使得飞行器外形能在空气动力学上更有效。
6.又例如，在中国专利申请cn 112849419a中，提供了一种飞机完全隔氧燃油箱，在燃油箱中设置气囊，使得飞机外部空气通过调压阀进出气囊，而不是直接进入燃油箱内部，有效避免了外部空气中的氧气与燃油接触，从而保证燃油不会发生着火或爆炸，保证了燃油箱始终处于隔氧状态；此外，多个气囊自适应的收缩和膨胀，组合工作，可以实现燃油箱内外气压的自动压力平衡，解决了现有技术中飞机燃油箱与外部空气(氧气)无法彻底隔绝的技术问题。
7.再例如，在中国专利申请cn 113353272a中，提供了一种用于无人机的折叠油箱，油箱在加油和使用过程中体积可变，可以防止油箱内燃油浪涌保持重心，还能有效避免油箱内产生气泡，由此能够为无人机及时且不间断地供油。
8.尽管如此，在各篇现有技术文献中的燃油系统的布局和架构中，依然留下的不少技术难题亟待解决。
9.例如，在美国专利us 8002142b2中介绍的技术仅适用于小型无人机上具有单个燃油箱的情形，对于大型商用飞机(民用飞机)的适用性不强。而美国专利us 9919807b2中介绍的技术虽然能通过将气囊设置在飞行器的其余部分的外部来解决以往额外占用飞行器内部的空间的问题，但却未能解决对燃油量的简单测量及快速拆装维护的问题。
10.又例如，在中国专利申请cn 112849419a中介绍的技术虽然能通过调压阀使飞机外部的空气进出设置于燃油箱中的气囊而不是直接进入燃油箱内部来有效避免外部空气中的氧气与燃油发生接触，但却同样地未能解决对燃油量的简单测量及快速拆装维护的问题。
11.再例如，在中国专利申请cn 113353272a中介绍的技术虽然具有能防止油箱内燃油浪涌保持重心、有效避免油箱内产生气泡且能为无人机及时、不间断供油的技术效果，但却同样地未能解决对燃油量的简单测量及快速拆装维护的问题。
12.因此，期待设计一种新型的燃油贮存及分配系统，用以解决前面提到的民用飞机的燃油系统和各篇现有技术文献所留下的诸多技术问题。


技术实现要素：

13.本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种燃油贮存及分配系统，基于多个可变体积的燃油箱，能够简单地测量燃油量且能够快速地进行拆装维护，能够消除燃油箱内的不可用燃油、降低飞机飞行重量，同时能够极大减少惰化系统的使用，提升飞机经济性。
14.为了实现上述发明目的，本发明的燃油贮存及分配系统具有多个可变体积的燃油箱，并且能够基于多个所述燃油箱实现燃油贮存功能和燃油分配功能，各所述燃油箱的外周壁为一固定体积的刚体，各所述燃油箱内部被分成用于存放燃油的燃油存放部和用于存放调压流体的调压流体存放部，在所述燃油存放部处配备有分别与双向交输阀的两端连接的单向进油阀和单向出油阀，在所述调压流体存放部处配备有与压力控制泵连接且用于控制调压流体的压强的调压阀。
15.优选的是，多个所述燃油箱各自的所述单向进油阀通过加油管路彼此汇流并与所述双向交输阀的一端连接，多个所述燃油箱各自的所述单向出油阀通过供油管路彼此汇流并与所述双向交输阀的另一端连接。
16.更优选的是，多个所述燃油箱各自的所述调压阀通过通气管路与压力控制泵连接。
17.进一步优选的是，当燃油在多个所述燃油箱中需要从规定一个或多个燃油箱向规定另一个或另多个燃油箱分配时，将需要排出燃油的所述规定一个或多个燃油箱的所述单向出油阀打开而将所述单向进油阀关闭，并将需要接收燃油的所述规定另一个或另多个燃油箱的所述单向出油阀关闭而将所述单向进油阀打开，通过所述压力控制泵和所述调压阀控制所述调压流体存放部中所述调压流体的压强，对燃油相对于所述燃油存放部的进出及燃油流量进行控制。
18.进一步优选的是，在各所述燃油箱内的所述燃油存放部及所述调压流体存放部处分别配备有温度传感器和压力传感器。
19.进一步优选的是，多个所述燃油箱是设置于所述飞机机翼的大小不一的燃油箱。
20.另外，多个所述燃油箱是气囊式的燃油箱、活塞式的燃油箱或是柔性燃油箱。
21.另外，所述调压流体为空气、惰性气体或是燃油之外的液体。
22.根据如上所述构成，本发明的基于多个可变体积的燃油箱的燃油贮存及分配系统具有如下技术效果：
23.(1)燃油贮存及分配系统具有通过与双向交输阀两端连接的加油管路和供油管路彼此连通的多个燃油箱，因此，能通过燃油在多个燃油箱内的分配实现一定程度的飞机配重；
24.(2)多个可变体积的燃油箱可设计为包含多种尺寸的可变体积燃油箱库，以形成系列标准化产品，由此，方便部品管理；
25.(3)燃油箱与飞机间通过加油管路、供油管路及通气管路以管道的方式相连，与传统整个机翼为油箱的燃油布局相比，可快速拆装，极大地方便了油箱的清洗和维护；
26.(4)可变体积的燃油箱极大地减少了飞机的剩余不可用燃油并极大减少惰化气体的使用，降低飞机飞行重量，提高了飞行经济性。
附图说明
27.图1是表示本发明的基于多个可变体积的燃油箱的燃油贮存及分配系统(下面有时也简称“燃油系统”)中的单个燃油箱的结构示意图。
28.图2是表示本发明的燃油系统中的多个燃油箱的组合布置及相互间的传输的示意图。
29.图3是表示本发明的燃油系统的具体布局和架构的示意图。
30.图4是对在本发明的燃油系统中实现燃油在多个燃油箱中的分配进行说明的流程图。(符号说明)
31.100燃油系统；110燃油箱；111燃油存放部；112调压流体存放部；113单向进油阀；114单向出油阀；115调压阀；120加油管路；130供油管路；140双向交输阀；150通气管路；160压力控制泵。
具体实施方式
32.下面，结合图1至图4，对本发明的基于多个可变体积的燃油箱的燃油系统100进行详细说明。图1是表示本发明的具有多个可变体积的燃油箱110的燃油系统100中的单个燃油箱110的结构示意图，图2是表示本发明的燃油系统100中的多个燃油箱110的组合布置及相互间的传输的示意图，图3是表示本发明的燃油系统100的具体布局和架构的示意图，图4是对在本发明的燃油系统100中实现燃油在多个燃油箱110中的分配进行说明的流程图。
33.本发明的燃油系统(燃油贮存及分配系统)100是基于多个可变体积的燃油箱110
实现燃油贮存功能和燃油分配功能的系统。
34.本发明的燃油系统100具有多个大小不一且具有可变体积的燃油箱110。
35.此处，如图1所示，可变体积的燃油箱110例如是气囊式的燃油箱，其具有如下特征：燃油箱110的外周壁为一固定体积的刚体；并且燃油箱110内部被分成两个部分，其中一个部分是用于存放燃油的燃油存放部111，另一个部分则是用于存放例如空气等调压流体的调压流体存放部112。另外，对于该气囊式的燃油箱来说，如图1所示，在燃油存放部111处配备有单向进油阀113和单向出油阀114，在调压流体存放部112处配备调压阀115(参见图3)。
36.多个燃油箱110各自的单向进油阀113通过加油管路120彼此汇流并与双向交输阀140的一端连接，而多个燃油箱110各自的单向出油阀114通过供油管路130彼此汇流并与双向交输阀140的另一端连接，当燃油在多个燃油箱110中需要从某一或某些燃油箱110向另外的某一或某些燃油箱110分配时，将需要排出燃油的燃油箱110的单向出油阀114打开而将单向进油阀113关闭，并将需要接收燃油的燃油箱110的单向出油阀114关闭而将单向进油阀113打开。多个燃油箱110各自的调压阀115通过通气管路150与压力控制泵160相连，用于控制空气等调压流体的压强，通过控制调压流体存放部112中例如空气等调压流体的压强，能对燃油相对于燃油存放部111的进出及燃油流量进行控制。另外，虽未图示，但在每个燃油箱110内的燃油存放部111及调压流体存放部112处分别配备有温度传感器和压力传感器。
37.另外，调压流体优选为空气，但也可以是空气之外的其他气体，例如作为惰性气体的氮气、氦气等。此外，调压流体也不局限于气体，虽非优选，只要不是燃油，也可以使用其他的液体例如水等来进行压力和配重的调节。
38.在实际使用时，根据飞机机体及机翼的具体内部结构和可用空间，如图2所示规划多个大小不一的燃油箱110，各燃油箱110之间通过加油管路120和供油管路130连接，由此能够在最大化利用空间的同时，还可以通过规划多种常用大小的燃油箱110尺寸以形成产品标准库。
39.另外，如图2和图3所示，由于燃油箱110与飞机之间通过加油管路120、供油管路130及通气管路150以管道的方式相连，与传统的整个机翼都为燃油箱的整体式的燃油布局相比，能实现对燃油系统100的快速拆装，并能极大地方便了燃油箱110的清洗和维护。
40.本发明的燃油系统(燃油贮存及分配系统)100由于具有多个可变体积的燃油箱110，因此，能够根据飞机配重需求进行燃油分配。
41.更具体来说，燃油的分配及传输主要通过压力控制泵160、双向交输阀140以及多个燃油箱110各自的燃油存放部111的单向进油阀113和单向出油阀114控制。燃油系统(燃油贮存及分配系统)100在获取整个飞机的燃油分布需求(步骤s100)后，计算得出每个燃油箱110的目标燃油重量(步骤s200)，并转化为燃油在各燃油箱110的燃油存放部111中的目标液位(步骤s300)。通过空气等调压流体的压强控制来调节燃油在各燃油箱110的燃油存放部111中的液位的升降(步骤s400)，此时，传感器实时获取燃油在各燃油箱110的燃油存放部111中的液位，并同时对燃油液位是否到达目标液位进行判断(步骤s500)，若判断为“否”，则返回步骤s400进行进一步的调节。换句话说，若某一或某些燃油箱110中的燃油液位大于计算出的该燃油箱110的目标液位，则打开对应的燃油箱110的单向出油阀114并关
闭单向进油阀113，同时通过压力控制泵160适当增加该燃油箱110的调压流体存放部112中的空气等调压流体的压强(体积)，反之，若某一或某些燃油箱110中的燃油液位小于计算出的该燃油箱110的目标液位，则打开对应的燃油箱110的单向进油阀113并关闭单向出油阀114，同时通过压力控制泵160适当降低对应燃油箱110的调压流体存放部112中的空气等调压流体的压强(体积)，直至对应的燃油箱110的燃油液位达到计算出的该燃油箱110的目标液位(即，步骤s500中的判断为“是”)，此时，关闭对应的燃油箱110的单向进油阀113和单向出油阀114(步骤s600)，并调节调压流体存放部112中的空气等调压流体的压强以防止内外压差过大(步骤s700)。
42.另外，利用本发明的燃油系统(燃油贮存及分配系统)100，能够通过燃油在多个燃油箱110中的分配来一定程度地辅助飞机配重,同时这种在某一燃油箱110的燃油存放部111中的燃油液位大于目标液位时，通过压力控制泵160适当增加对应燃油箱110的调压流体存放部112中的空气等调压流体的压强(体积)将燃油存放部111中的燃油排出，而在某一燃油箱110的燃油存放部111中的燃油液位小于目标液位时，通过压力控制泵160适当减小对应燃油箱110的调压流体存放部112中的空气等调压流体的压强(体积)，以使燃油进入燃油存放部111，因此，极大地减少了飞机的剩余不可用燃油并极大减少惰化气体的使用，降低飞机飞行重量，提高了飞行经济性。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
44.在本发明的实施方式中，以可变体积的燃油箱110例如是气囊式的燃油箱为例进行了说明，但本发明不局限于此，也可以是其他形式的燃油箱，例如活塞式的燃油箱或是柔性燃油箱等，他们与气囊式的燃油箱具有同样的特性。

技术特征：
1.一种燃油贮存及分配系统，其特征在于，所述燃油贮存及分配系统具有多个可变体积的燃油箱(110)，并且能够基于多个所述燃油箱(110)实现燃油贮存功能和燃油分配功能，各所述燃油箱(110)的外周壁为一固定体积的刚体，各所述燃油箱(110)内部被分成用于存放燃油的燃油存放部(111)和用于存放调压流体的调压流体存放部(112)，在所述燃油存放部(111)处配备有分别与双向交输阀(140)的两端连接的单向进油阀(113)和单向出油阀(114)，在所述调压流体存放部(112)处配备有与压力控制泵(160)连接且用于控制调压流体的压强的调压阀(115)。2.如权利要求1所述的燃油贮存及分配系统，其特征在于，多个所述燃油箱(110)各自的所述单向进油阀(113)通过加油管路(120)彼此汇流并与所述双向交输阀(140)的一端连接，多个所述燃油箱(110)各自的所述单向出油阀(114)通过供油管路(130)彼此汇流并与所述双向交输阀(140)的另一端连接。3.如权利要求2所述的燃油贮存及分配系统，其特征在于，多个所述燃油箱(110)各自的所述调压阀(115)通过通气管路(150)与压力控制泵(160)连接。4.如权利要求3所述的燃油贮存及分配系统，其特征在于，当燃油在多个所述燃油箱(110)中需要从规定一个或多个燃油箱(110)向规定另一个或另多个燃油箱(110)分配时，将需要排出燃油的所述规定一个或多个燃油箱(110)的所述单向出油阀(114)打开而将所述单向进油阀(113)关闭，并将需要接收燃油的所述规定另一个或另多个燃油箱(110)的所述单向出油阀(114)关闭而将所述单向进油阀(113)打开，通过所述压力控制泵(160)和所述调压阀(115)控制所述调压流体存放部(112)中所述调压流体的压强，对燃油相对于所述燃油存放部(111)的进出及燃油流量进行控制。5.如权利要求4所述的燃油贮存及分配系统，其特征在于，在各所述燃油箱(110)内的所述燃油存放部(111)及所述调压流体存放部(112)处分别配备有温度传感器和压力传感器。6.如权利要求1所述的燃油贮存及分配系统，其特征在于，多个所述燃油箱(110)是设置于所述飞机机翼的大小不一的燃油箱。7.如权利要求1至6中任一项所述的燃油贮存及分配系统，其特征在于，多个所述燃油箱(110)是气囊式的燃油箱、活塞式的燃油箱或是柔性燃油箱。8.如权利要求1至6中任一项所述的燃油贮存及分配系统，其特征在于，所述调压流体为空气、惰性气体或是燃油之外的液体。

技术总结
一种燃油贮存及分配系统，基于多个可变体积的燃油箱，能够简单地测量燃油量且能够快速地进行拆装维护，能够消除燃油箱内的不可用燃油、降低飞机飞行重量，同时能够极大减少惰化系统的使用，提升飞机经济性。所述燃油贮存及分配系统具有多个可变体积的燃油箱，并且能够基于多个所述燃油箱实现燃油贮存功能和燃油分配功能，各所述燃油箱的外周壁为一固定体积的刚体，各所述燃油箱内部被分成用于存放燃油的燃油存放部和用于存放调压流体的调压流体存放部，在所述燃油存放部处配备有分别与双向交输阀的两端连接的单向进油阀和单向出油阀，在所述调压流体存放部处配备有与压力控制泵连接且用于控制调压流体的压强的调压阀。连接且用于控制调压流体的压强的调压阀。连接且用于控制调压流体的压强的调压阀。


技术研发人员：王明华 王鸿鑫 徐雨豪 李林文 李生杰
受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/5/30