飞行器燃料系统、飞行器以及操作飞行器的方法与流程

本发明涉及飞行器燃料系统。

背景技术：

1、飞行器包括用以储存和利用飞行器燃料的燃料系统。然而，使用飞行器燃料会向大气中产生不希望的排放物。可以期望的是，改进飞行器燃料系统以促进不希望的排放物的减少。

技术实现思路

1、本发明的第一方面提供了一种飞行器燃料系统。该飞行器燃料系统包括燃料管线，该燃料管线构造成将燃料箱流体地连接至燃料消耗部件。燃料管线包括将燃料箱流体地连接至燃料消耗部件的：燃料导管以及与燃料导管流体连接的结构。结构包括用于通过结构的内部容积将来自燃料箱的飞行器燃料输送至燃料消耗部件的入口和出口，结构的内部容积的横截面面积大于燃料导管的内部的横截面面积。结构包括流体再加注端口，该流体再加注端口将结构的内部流体地连接至结构的外部，并且飞行器燃料能够通过流体再加注端口被提供至结构。

2、根据第一方面的飞行器燃料系统能够操作成在结构中储存飞行器燃料添加剂，同时在燃料箱中储存飞行器燃料。然后，飞行器燃料系统能够操作成在第一时间向燃料消耗部件提供包括飞行器燃料添加剂的飞行器燃料。燃料消耗部件在第一时间消耗与飞行器燃料添加剂混合的飞行器燃料，并且在这样做时，例如与消耗例如不存在这种飞行器燃料添加剂的飞行器燃料相比，可以产生更少的不希望的排放物、比如烟灰、氮氧化物、硫氧化物或其他非co2排放物。通过燃料消耗部件的操作，燃料管线的结构的内容物、比如与飞行器燃料添加剂混合的飞行器燃料被耗尽。在稍后的、第二时间，来自燃料箱的飞行器燃料然后可以由燃料消耗部件使用。

3、类似地，根据第一方面的飞行器燃料系统能够操作成例如在结构中储存另一飞行器燃料、比如合成的或可持续的航空燃料（saf），同时燃料箱储存常规的飞行器燃料。更一般地，燃料箱可以储存第一类型的飞行器燃料，并且结构可以储存第二、不同类型的飞行器燃料。saf可以在第一时间被提供至燃料消耗部件，并且来自燃料箱的常规飞行器燃料在第二、稍后的时间被提供至燃料消耗部件。saf可以在被使用时产生减少的颗粒排放，这对于空气质量来说可以是期望的。

4、以这些方式，飞行器燃料系统促进多级燃料消耗。燃料管线的结构可以定尺寸成使得其保持足够量的燃料或燃料添加剂，以用于在相关联的操作时间范围内执行操作。例如，相关联的操作时间范围可以涉及飞行器将在地面上操作的预期持续时间。因此，当飞行器在地面上操作时、比如在装载、卸载、滑行、经历维护等时，燃料消耗部件被提供飞行器燃料和燃料添加剂共混物并且消耗飞行器燃料和燃料添加剂共混物。因此，飞行器可以在该操作时间范围内产生更少的排放物。一旦飞行器在空中飞行，燃料消耗部件可以主要消耗已经储存在燃料箱中并且不一定包括燃料添加剂的燃料。飞行器的地面操作可能受到排放限制以保护当地空气质量，而空中操作可能不受这样的排放限制。

5、结构集成到将燃料箱连接至燃料消耗部件的燃料管线中。在一些示例中，结构可以改装到现有燃料系统中，由此促进现有飞行器中的多级燃料消耗。这种改型可以仅需要架构方面的有限改变，因为本文所描述的燃料系统可以采取相对简单的形式并且被动地起作用，如将在后面描述的。

6、该结构具有内部容积，内部容积具有比燃料导管的横截面面积大的横截面面积，因此结构与燃料导管相比可以具有更大的每长度容积。这可以允许对于燃料管线的给定占用空间，与燃料导管相比，结构具有增强的燃料储存能力。此外，在改型应用的上下文中，例如，由根据本公开的结构替换的燃料导管的长度意味着燃料管线能够操作成在燃料管线内储存增加的总容积的流体。横截面面积可以在垂直于通过燃料管线的主体流体流动方向的平面中量取。在一些示例中，结构的总内部容积大于燃料管线的燃料导管的总容积。

7、如本文所使用的，“燃料箱”是指用于储存飞行器燃料的储存容积。在一些示例中，燃料箱可以是内部燃料储存箱、比如设置在飞行器的机身或机翼内的内部燃料箱。如本文所使用的，“燃料导管”是指能够操作成将来自燃料箱的燃料输送至燃料消耗部件的元件、比如燃料管道。如本文所使用的，“燃料消耗部件”是指例如通过燃烧来利用燃料以产生机械动力或电力的部件。将理解的是，“燃料消耗部件”是指构造成消耗燃料的部件，并且“燃料消耗部件”不需要部件处于消耗燃料的状态。燃料消耗部件可以是辅助动力单元，例如，辅助动力单元能够操作成产生用于例如除推进之外的操作的能量。燃料消耗部件可以是飞行器的喷气发动机。将理解的是，飞行器燃料系统可以包括燃料管线，该燃料管线构造成将多个燃料箱流体地连接至多个燃料消耗部件。“流体再加注端口”可以将结构与流体源流体地连接，流体源比如为飞行器燃料和飞行器燃料添加剂的共混物、未稀释的飞行器燃料添加剂或另一飞行器燃料、比如saf，源在飞行器外部、比如独立于飞行器的飞行器燃料补充设备。

8、如本文所使用的，“飞行器燃料”是指诸如jet a或jet a1燃料之类的常规航空燃料，其通常是基于烃的燃料、并且特别是基于煤油的燃料。如本文所使用的，“飞行器燃料添加剂”是指出于比如减少不希望的排放物的目的而添加至飞行器燃料的物质。本文所描述的飞行器燃料添加剂还可以包括例如结冰抑制剂、腐蚀抑制剂、金属减活剂、静电耗散添加剂和生物杀灭剂。结构在能够操作成储存飞行器燃料添加剂时可以以浓缩的、未稀释的或未共混的形式储存飞行器燃料添加剂。结构可以替代性地以共混形式储存飞行器燃料添加剂，其中，飞行器燃料添加剂与飞行器燃料共混。为简洁起见，飞行器燃料添加剂与飞行器燃料的所得混合物在本文中可以简称为“添加剂-燃料共混物”。此外，除非另有说明，否则对“燃料添加剂”提及应当被理解成是指未共混形式或共混形式。例如，储存燃料添加剂的结构可以意味着添加剂-燃料共混物被储存，或者未稀释的燃料添加剂被储存。“saf”是指合成的或可持续的航空燃料，“saf”是飞行器燃料的替代性形式，“saf”可以是例如非石油基的并且被设计成代替常规飞行器燃料起作用。例如，这些可以衍生自生物质。

9、本文所描述的燃料管线的结构可以用于储存与燃料箱不同的东西。因此，在结构或燃料系统被描述为储存例如飞行器燃料添加剂或飞行器燃料添加剂共混物或者将例如飞行器燃料添加剂或飞行器燃料添加剂共混物提供至燃料消耗部件的情况下，将理解的是，除非另有明确说明，否则该描述还可以适用于储存和/或释放另一类型的飞行器燃料、比如saf的示例。例如，这种另一类型的飞行器燃料不一定包括飞行器燃料添加剂。

10、飞行器燃料通常从燃料箱流动至燃料消耗部件。如本文所使用的，“主体燃料流动方向”是指燃料运动的一般方向或净方向，该方向通常可以被认为是沿着燃料导管并且从燃料结构的入口至出口的方向。将理解的是，比如由于湍流区域中的涡流，流体局部地沿与主体燃料流动方向不同的方向流动的区域的存在并不否定整体的主体燃料流动方向的存在。主体燃料流动方向可以是与燃料导管的结构和/或该结构共形的路径，因为主体燃料流动方向可以在燃料管线的不同相应区域处不同，尽管同时遵循燃料从燃料箱至燃料消耗部件的整体路径。

11、可选地，结构的横截面面积大于燃料导管的横截面面积的两倍，可选地，其中，横截面面积大于燃料导管的横截面面积的三倍。在一些示例中，横截面面积大于燃料导管的横截面面积的五倍。在一些示例中，结构的每长度容积（例如，其可以另外被认为是平均横截面面积）大于燃料导管的每长度容积的两倍、比如大于三倍或者大于五倍。在一些示例中，结构的总容积大于燃料导管的两倍、比如说例如大于三倍或者大于五倍。在一些示例中，结构的总容积大于燃料导管的具有等效占用空间的一部分的两倍、比如说例如大于三倍或者大于五倍。

12、可选地，结构的容积超过100升。在一些示例中，容积超过300升。在一些示例中，容积超过500升。结构可以定尺寸成储存足够量的飞行器燃料添加剂，以促进燃料消耗部件在期望的操作时间范围内、比如当在地面上操作时的操作。在其他示例中，结构的容积小于100升、比如10升或更小。这可以减少结构的占用空间。在这样的示例中，结构可以储存未稀释的飞行器燃料添加剂。

13、可选地，结构包括气体释放阀，该气体释放阀能够操作成将来自结构的内部容积的气体释放至结构的外部，可选地，其中，气体释放阀设置在结构的顶部部分中。这可以允许空气或其他气体从燃料管线逸出，并在燃料到达燃料消耗部件之前减少燃料的通气。燃料的通气可能不利于燃料消耗部件的功能。在一些示例中，该结构包括在入口下方的贮槽部分，从而便于空气与燃料的分离，并且气体释放阀设置在贮槽部分上方。贮槽部分可以是如在后面所描述的第二区域。

14、可选地，结构还包括液体排出端口，结构内的液体能够通过液体排出端口释放至结构的外部。例如，这可以促进独立于燃料箱的结构的排出。在一些示例中，液体排出端口与流体再加注端口一体地组合为双向液体端口。这可以减少结构的接合部的占用空间。

15、可选地，结构的内部容积具有沿着通过结构的主体燃料流动方向逐渐变化的横截面面积。横截面面积的逐渐变化可以比如通过减少例如在横截面轮廓的突然变化处可能发生的湍流来改善通过结构的流体流动特性。在一些示例中，横截面面积随着距入口和出口的距离而增加，使得横截面面积在入口与出口之间的中间位置处最大。在一些示例中，横截面面积变化不超过约每长度单位十分之一，例如，内部容积的壁具有相对于通过结构的主体燃料流动方向不超过6度的倾斜角度。这可以减少从燃料中释放的空气，空气可能积聚为气泡并且可能破坏燃料至燃料消耗部件的供应。

16、可选地，结构包括位于结构的内部容积内的屏障元件，该屏障元件形成内部容积的第一区域与内部容积的第二区域之间的至少一部分边界，其中，在使用时，从入口至出口的大部分主体燃料流动方向通过第一区域。设置屏障元件可以有助于将内部容积的由第二区域执行的燃料储存区域与内部容积的由第一区域执行的燃料流动区域划分界线。屏障元件可以用作燃料流动导引件，以促进直接从入口至出口的主体燃料流动方向，由此例如保持通过结构的燃料的流量。在一些示例中，屏障元件可以在内部容积的第一区域与第二区域之间形成总边界，因为禁止流体在第二区域与第一区域之间的移动。屏障元件可以选择性地可重新构造成允许流体从第一区域移动至第二区域。在其他示例中，屏障元件可以用于在第一区域与第二区域之间提供实质屏障（其中，屏障设置在第一区域与第二区域之间的大部分区域处），但是第一区域和第二区域仍然彼此流体连通。

17、可选地，屏障元件是穿孔的，使得流体能够从第二区域移动至第一区域。处于穿孔状况下的屏障元件可以包括贯穿屏障元件设置的通孔阵列。孔阵列可以是所述通孔的规则布置，比如以六边形网格布置。孔可以定尺寸成使得通孔是屏障元件的少数表面区域，并且屏障元件的大部分表面区域是实心表面。在一些示例中，屏障元件是在入口与出口之间延伸的穿孔管道。换句话说，屏障元件具有筒形结构。屏障结构是在入口与出口之间延伸的穿孔管道，由此促进从入口至出口的主体燃料流动方向，同时允许第二区域中的燃料添加剂或另一燃料流动到第一区域中，并且由此被输送出结构并输送至燃料消耗部件。

18、可选地，结构包括引导管道，该引导管道从第二区域穿过屏障元件延伸至第一区域，由此提供从第二区域至第一区域的流体路径。在使用时，沿主体燃料流动方向通过结构的燃料流可以引导通过引导管道从第二区域至第一区域的流。这可以促进燃料或添加剂从第二区域至第一区域的被动提供，因为例如从第二区域至第一区域的移动不需要结构内的动力部件的操作。

19、可选地，结构的几何中心偏离从入口延伸至出口的轴线。以这种方式，结构包括不对称设计，其中，入口和出口不与结构的几何中心共线。这允许结构的大部分内部容积相对于入口与出口之间的流动路径偏移。这可以促进贯穿结构的储存区域与流动区域之间的划界。此外，非对称设计可以促进结构被飞行器的周围结构容纳，因为结构可以延伸到可用容积的区域中。几何中心可以是结构的内部容积的质心。

20、可选地，结构的大部分内部容积位于轴线下方。以这种方式，储存在结构内的流体通过重力主要保持在入口与出口之间的流体流动路径的下方。在气阀存在于顶部部分中的示例中，内部容积的在轴线下方的布置可以更有效地促进在燃料进入结构时从燃料移除空气，例如，其中，大部分内部容积用作贮槽。在存在屏障的示例中，屏障可以构造为水平地划分结构的内部容积的“假底部”，使得结构的大部分内部容积位于屏障下方，并且将入口连接至出口的流动路径位于屏障上方。

21、可选地，从入口延伸至出口的轴线与第一区域相交，并且其中，第二区域形成结构的大部分容积。以这种方式，屏障元件充当通过结构的从入口流动至出口的主体燃料流的边界，从而有助于维持通过结构的流量。

22、优选地，燃料导管包括第一燃料管道和第二燃料管道，结构将第一燃料管道流体地连接至第二燃料管道，第一燃料管道、结构和第二燃料管道的串联由此将燃料箱流体地连接至燃料消耗部件。换句话说，结构位于燃料管线的在燃料箱与燃料消耗部件之间的中间位置处。将理解的是，位于燃料管线的在燃料箱与燃料消耗部件之间的中间位置处意味着存在从燃料箱通过燃料结构至燃料消耗部件的流动路径——结构不需要物理地设置在燃料箱与燃料消耗部件之间的位置处（例如，燃料管线的布局可以允许结构设置在另一位置处，而前述流动路径仍然存在）。在其他示例中，结构直接与燃料箱或燃料消耗部件接合，使得燃料导管仅分别在燃料消耗部件与结构之间或者燃料箱与结构之间延伸。

23、可选地，结构可以被认为形成燃料管线的可操作为流体储存结构并且沿着燃料管线的长度的一部分定位的扩展部分，扩展部分相比于燃料管线的在前和/或在后的导管具有更大的横截面面积。在一些示例中，燃料管线的导管可以包括限定具有第一横截面面积的孔的壁。可操作为流体储存结构的扩展部分具有限定扩展孔的壁，该扩展孔具有大于第一横截面面积的第二横截面面积。这可以为结构提供相对简单的构造，例如，由于与结构正在替换的现有导管的几何形状相似，结构可以更简单地改装到飞行器中。

24、本发明的第二方面提供了一种飞行器，该飞行器包括根据第一方面的飞行器燃料系统。飞行器包括燃料管线、燃料箱和燃料消耗部件。飞行器可以受益于如针对第一方面所描述的多级燃料使用。例如，当在地面上时，飞行器可以使用燃料-添加剂共混物或saf，例如以减少不希望的排放物，其中，结构充当燃料添加剂或saf的相对小规模的储存器。例如，一旦升空，飞行器然后就可以使用储存在燃料箱内的燃料。

25、可选地，燃料箱储存飞行器燃料，并且燃料管线的结构储存飞行器燃料添加剂或者与储存在燃料箱中的飞行器燃料不同的另一飞行器燃料。另一燃料可以是合成的或可持续的航空燃料（saf）。将理解的是，相比之下，本公开还提供了一种飞行器燃料系统，该飞行器燃料系统没有燃料，但是该飞行器燃料系统仍然是有益的，因为本公开提供了一种可以接纳这些燃料的燃料系统。

26、可选地，燃料管线的结构储存飞行器燃料与飞行器燃料添加剂的共混物。在一些示例中，结构储存100升与500升之间的量的燃料-添加剂共混物。

27、可选地，燃料箱和结构储存不同的物质、比如在燃料箱中储存常规飞行器燃料并且在结构中储存飞行器燃料-添加剂共混物。

28、可选地，燃料消耗部件是飞行器的辅助动力单元。辅助动力单元为飞行器的推进以外的功能提供能量。当飞行器在地面上操作时，辅助动力单元可以是主要的能量提供器。因此，辅助动力单元能够操作成消耗储存在结构中的燃料-添加剂，从而减少辅助动力单元的不希望的排放物。

29、本发明的第三方面提供了一种操作飞行器的方法，该方法包括：在飞行器的燃料箱处提供飞行器燃料；在燃料管线的结构处提供（i）与在飞行器的燃料箱处提供的飞行器燃料不同的另一飞行器燃料，以及/或者（ii）飞行器燃料添加剂，燃料管线将燃料箱流体地连接至燃料消耗部件；以及由燃料消耗器消耗来自结构的另一飞行器燃料以及/或者与飞行器燃料添加剂混合的飞行器燃料。在飞行器的燃料箱处“提供”飞行器燃料和在燃料管线的结构处“提供”飞行器燃料添加剂包括已经存在的燃料、比如已经从先前的燃料补充事件中保留了一定量的每种燃料。根据第一方面和第二方面的讨论，该方法促进飞行器的多级燃料使用。由此，包括飞行器燃料添加剂的结构的内容物可用于比如在地面操作时减少不希望的排放物。在燃料箱中提供的飞行器燃料可以在稍后的时间由飞行器使用。另一飞行器燃料与在飞行器的燃料箱处提供的飞行器燃料“不同”意味着另一飞行器燃料例如具有与飞行器燃料不同的化学成分，或者例如来源于替代性源。

30、如将从第一方面和第二方面的讨论中理解的，该方法涉及向燃料箱提供与结构不同的内容物，由此促进多燃料操作。不同的内容物意指在燃料箱中提供的飞行器燃料包括与储存在结构内的飞行器燃料添加剂或飞行器燃料添加剂共混物或替代性燃料、比如saf不同的物质混合物。当燃料消耗器汲取燃料管线的内容物时，该结构的内容物可以最初由燃料消耗器使用，并且燃料箱的内容物被随后使用。与飞行器的整体操作时间范围相比，结构的内容物的使用可能持续相对较短的时间，这是由于例如结构储存例如相对小容积的燃料添加剂或替代性燃料。例如，在一些实施方式中，结构的内容物可以以分钟的时间尺度被使用，而燃料箱的内容物以小时的时间尺度被使用。在例如结构储存相对较大容积的示例中，则结构的内容物可以在相对较长的时间段内被使用。

31、可选地，来自结构的与飞行器燃料添加剂混合的飞行器燃料在第一时间被消耗，并且在第二、稍后的时间，来自燃料箱的飞行器燃料由燃料消耗器消耗。可选地，由结构储存的另一燃料在第一时间被消耗，并且在第二、稍后的时间，来自燃料箱的飞行器燃料由燃料消耗器消耗。

32、可选地，在飞行器的燃料箱处提供飞行器燃料包括通过燃料箱加注过程接纳飞行器燃料，在该燃料箱加注过程中，通过燃料箱的再加注端口将飞行器燃料提供至燃料箱。

33、可选地，在燃料管线的结构处提供（i）另一飞行器燃料和/或（ii）飞行器燃料添加剂包括通过结构加注过程分别接纳另一飞行器燃料和/或飞行器燃料添加剂，在该结构加注过程中，通过结构的流体再加注端口将另一飞行器燃料和/或飞行器燃料添加剂提供至结构。以这种方式，结构可以与燃料箱分别地进行燃料补充，从而允许向结构和燃料箱中的每一者独立地提供不同的流体。例如，燃料箱可以在结构被提供有添加剂-燃料共混物的同时被提供有飞行器燃料。

34、可选地，燃料消耗器是辅助动力单元。

35、可选地，在第一时间，飞行器位于地面上。在一些示例中，在第二时间，飞行器在空中。

36、本发明的各方面中的任何一个方面的可选特征可以在适当的情况下同样地应用于本发明的各方面中的任何其他方面。特别地，将理解的是，关于第一方面的飞行器燃料系统的特征的描述也适用于根据第二方面的包括飞行器燃料系统的飞行器。此外，针对第一方面和第二方面的特征描述的功能可以相应地形成根据第三方面的方法的一部分。