一种双模态的飞机燃油油箱系统及使用方法

1.本发明属航空领域，具体涉及到一种双模态的飞机燃油油箱系统及使用方法。


背景技术：

2.供油油箱用于存储飞行过程中所需的燃油，同时大量的高温回流燃油混入供油油箱，提升了燃油热沉的温度，极大的降低了燃油热沉的散热能力，进而影响机载设备的正常使用。申请号为202011438876.6的专利《一种飞机燃油冷却系统》，包括：飞机燃油箱；飞机燃油增压泵，入口与飞机燃油箱连通；机载设备散热器，冷边入口与飞机燃油增压泵出口连通，冷边出口与飞机燃油箱连通；飞机发动机增压泵，入口与机载设备散热器的冷边出口连通；飞机发动机，与飞机增压泵出口连通；第一可控阀门，在机载设备散热器、飞机燃油箱之间的管路上设置；第一温度传感器，在机载设备散热器、飞机发动机增压泵之间的管路上设置；控制器，与第一可控阀门、第一温度传感器电连接，在第一温度传感器传输的温度信号对应的温度值超过第一预设温度值时，控制第一可控阀门打开。现有技术中由于发动机节油性能的提高，进入发动机燃烧室的燃油越来越少，热回油现象加剧，燃油冷却回路越来越难以满足全机散热需求；飞机热管理系统面临着由于油箱内燃油温度过高造成的全机电子设备使用限制、无法满足全机任务需求的问题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于如何解决油箱内燃油温度过高造成的全机电子设备使用限制、无法满足全机任务需求的技术问题。
4.本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种双模态的飞机燃油油箱系统，包括：
5.高温燃油存储空间(1)与常温燃油存储空间(2)，所述高温燃油存储空间(1)与所述常温燃油存储空间(2)分隔安装设置，用于以供所述高温燃油存储空间(1)存储高温燃油，以所述常温燃油存储空间(2)存储常温燃油，根据不同来流的机载燃油温度，选择常温或者高温的存储空间；
6.机载液冷回路(7)、燃油-液体散热器(6)，用以通过燃油-液体散热器(6)将机载液冷回路的热量传递给机载燃油；
7.燃油-液体散热器(6)、燃油-液压油换热器(8)及燃油-滑油换热器(9)，以使机载燃油通过所述燃油-液体散热器(6)后分别进入所述燃油-液压油换热器(8)及所述燃油-滑油换热器(9)，液压油与滑油分别将液压分系统与滑油分系统的热量传递给燃油；
8.三通控制阀(10)、流量控制活门(14)及回油三通控制阀(18)，用以使燃油通过所述回油三通控制阀(10)、所述流量控制活门(11)后一部分燃油通过回油三通控制阀(18)控制燃油返回供油箱的所述高温燃油存储空间(1)或所述常温燃油存储空间(2)。
9.本发明实时根据不同来流的机载燃油温度，选择相对应温区的存储空间，避免不同温区燃油非必要的掺混现象，解决燃油热积累问题，确保全机设备的正常使用及使用性
能。将高温存储空间内的燃油优先送入发动机，可拓展机载燃油的利用空间，提升机载燃油的利用率。双模态的飞机燃油油箱设计方法及使用策略具有通用性，可提升燃油热沉的散热能力。
10.在更具体的技术方案中，机载液冷回路(7)连接燃油-液体散热器(6)；
11.燃油-液体散热器(6)分别连接燃油-液压油换热器(8)及燃油-滑油换热器(9)；
12.三通控制阀(10)的输入端连接所述燃油-液压油换热器(8)及所述燃油-滑油换热器(9)的输出端，所述三通控制阀(10)的输出端连接流量控制活门(11)的输入端，所述三通控制阀(10)的回流端经过流量控制活门(14)连接回油三通控制阀(18)；
13.温度传感器(29)设于所述高温燃油存储空间(1)；
14.温度传感器(26)连接于所述回油三通控制阀(10)的输入端；
15.控制器(28)连接电动燃油泵(17)、温度传感器(29)、回油三通控制阀(18)、流量控制活门(15)及温度传感器(26)；
16.控制器(27)连接所述温度传感器(29)、电动燃油泵(3)、流量控制活门(5)、温度传感器(23)、温度传感器(24)、温度传感器(25)、温度传感器(26)、所述流量控制活门(11)、流量控制活门(14)；
17.油路温度传感器组包括：流量控制活门(5)出口位置安装的温度传感器(22)、所述燃油-液体散热器(6)出口位置安装的所述温度传感器(23)、所述燃油-液压油换热器(8)出口位置安装的所述温度传感器(25)、所述燃油-滑油换热器(9)出口位置顺次安装的所述温度传感器(24)及所述温度传感器(26)、所述高温燃油存储空间(1)内安装的所述温度传感器(29)。
18.本发明由于供油箱常温燃油存储空间内始终存储着相对低温的燃油，可使机载设备工作在最佳温度范围，避免因油箱内燃油温度超温而造成的设备无法使用或限制使用情况的发生，提升热排散能力，确保机载设备的使用性能，保障飞机飞行过程的综合性能,有效提升电子设备的安全性与可靠性。
19.在更具体的技术方案中，所述温度传感器(29)设于所述高温燃油存储空间(1)中，所述温度传感器(26)连接于所述回油三通控制阀(10)的输入端，用于以所述温度传感器(29)采集获取所述高温燃油存储空间(1)中的燃油温度t29；以所述温度传感器(26)采集获取所述回油三通控制阀(10)的燃油温度t26；
20.以所述控制器(27)及所述控制器(28)对比处理所述燃油温度t29及所述燃油温度t26；
21.当所述燃油温度t29不高于所述燃油温度t26、且所述燃油温度t29小于等于发动机(13)的入口燃油温度限定值时，开启所述电动燃油泵(17)，关闭所述流量控制活门(11)、打开所述流量控制活门(15)及所述流量控制活门(14)，用以使所述高温燃油存储空间(1)供油；
22.当所述燃油温度t26高于所述燃油温度t29时，由所述常温燃油存储空间(2)开启所述电动燃油泵(3)供油，当此支路上的燃油流量能够满足所述发动机(13)需求时关闭所述流量控制活门(15)、并依据所述发动机(13)入口燃油流量需求控制所述流量控制活门(11)及所述流量控制活门(14)的开度；
23.当所述燃油温度t29高于所述发动机(13)的入口燃油温度限定值时或所述常温燃
油存储空间(2)的出口燃油流量不能满足所述发动机(13)的需求时，以所述控制器(27)及所述控制器(28)分别控制所述流量控制活门(11)、所述流量控制活门(15)的开度，据以维持所述发动机(13)入口燃油温度不超温。
24.在更具体的技术方案中，所述流量控制活门(5)、所述流量控制活门(11)、所述流量控制活门(14)由控制器(27)控制，所述流量控制活门(15)由控制器(28)控制。
25.在更具体的技术方案中，高温燃油路顺次连接所述电动燃油泵(17)、单向活门(16)、所述流量控制活门(15)、三通活门(12)，其中所述电动燃油泵(17)设置于所述供油箱高温燃油存储空间(1)的出油口，所述单向活门(16)的输入端连接所述电动燃油泵(17)，所述单向活门(16)的输出端连接所述流量控制活门(15)。
26.所述三通活门(12)的输入端连接所述流量控制活门(11)，所述三通活门(12)的输出端连接所述发动机(13)，所述三通活门(12)的回流端连接所述流量控制活门(15)，以使所述常温燃油存储空间(2)中的燃油最终与所述高温燃油存储空间(1)中的燃油在所述三通活门(12)汇合后进入所述发动机(13)。
27.在更具体的技术方案中，所述常温燃油存储空间(2)内燃油温度范围为-55℃至60℃，所述高温燃油存储空间(1)内的燃油温度范围为大于60℃。
28.本发明采用的油箱设计方法及使用策略具有通用性,在需求不变的情况下，进行小改动，可实现综合系统架构的快速重构，拓展机载燃油的利用空间，实现机载燃油热沉的高效利用，提升机载燃油的利用率，工艺实施难度小、可通用性强。
29.在更具体的技术方案中，流量控制活门(5)连接于单向活门(4)的出油端及燃油-液体散热器(6)的入油端之间；所述流量控制活门(11)连接于所述回油三通控制阀(10)的出油端及三通活门(12)之间；流量控制活门(15)连接于单向活门(16)的入油端及所述三通活门(12)之间；所述流量控制活门(15)连接于单向活门(16)的入油端及所述三通活门(12)的回油端，用于以所述流量控制活门(5)、所述流量控制活门(11)、所述流量控制活门(14)、所述流量控制活门(15)协同控制所述双模态的飞机燃油油箱系统的散热回路。
30.在更具体的技术方案中，所述高温燃油存储空间(1)及所述常温燃油存储空间(2)之间设置隔热材料(20)用以隔热，其中，所述高温燃油存储空间(1)与所述常温燃油存储空间(2)的设置方式还包括：以两个互相独立的油箱分别作为所述高温燃油存储空间(1)与所述常温燃油存储空间(2)。
31.本发明采用的油箱设计方法将供油油箱划分为两个独立的存储空间，可根据燃油所处的不同温度区间对机载燃油进行实时、分区管理，避免燃油的热累积，提升全机散热能力。本发明包括但不限于将供油油箱分为两个独立存储空间，也可以由两个独立的油箱分别作为高温燃油存储空间与常温燃油存储空间实现相应功能。
32.在更具体的技术方案中，所述隔热材料(20)夹合固定于结构框板(19)及结构框板(21)中。
33.一种双模态的飞机燃油油箱使用方法，其特征在于，包括：
34.以供所述高温燃油存储空间(1)存储高温燃油，以所述常温燃油存储空间(2)存储常温燃油，根据不同来流的机载燃油温度，选择相对应温区的存储空间；
35.通过燃油-液体散热器(6)将机载液冷回路的热量传递给机载燃油；
36.机载燃油通过所述燃油-液体散热器(6)后分别进入所述燃油-液压油换热器(8)
及所述燃油-滑油换热器(9)，液压油与滑油分别将液压分系统与滑油分系统的热量传递给燃油；
37.燃油通过所述回油三通控制阀(10)、所述流量控制活门(11)后一部分燃油通过回油三通控制阀(18)控制燃油返回供油箱的所述高温燃油存储空间(1)或所述常温燃油存储空间(2)。
38.本发明相比现有技术具有以下优点：本发明采用的油箱设计方法将供油油箱划分为两个独立的存储空间，可根据燃油所处的不同温度区间对机载燃油进行实时、分区管理，避免燃油的热累积，提升全机散热能力，由于供油箱常温燃油存储空间内始终存储着相对低温的燃油，可使机载设备工作在最佳温度范围，避免因油箱内燃油温度超温而造成的设备无法使用或限制使用情况的发生，提升热排散能力，确保机载设备的使用性能，保障飞机飞行过程的综合性能,有效提升电子设备的安全性与可靠性。本发明采用的油箱设计方法及使用策略具有通用性,在需求不变的情况下，进行小改动，可实现综合系统架构的快速重构，拓展机载燃油的利用空间，实现机载燃油热沉的高效利用，提升机载燃油的利用率，工艺实施难度小、可通用性强。本发明解决了由于油箱内燃油温度过高造成的全机电子设备使用限制、无法满足全机任务需求的技术问题。
附图说明
39.图1是一种双模态的飞机燃油油箱设计方案连接示意图；
40.图2是双模态的飞机燃油油箱控制接口及使用策略示意图。
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.实施例1：
43.本发明提供一种双模态的飞机燃油油箱系统及使用方法，结构简单、性能先进、通用性好。
44.以供油油箱为例，本发明采用的油箱设计方法将供油油箱划分为两个独立的存储空间，通过结构框板及隔热毡等隔热材料(包括但不限于气凝胶、玄武岩微纤维棉缝合垫等)进行分隔，两个存储空间内分别存储高温燃油、常温燃油。
45.实时根据不同来流的机载燃油温度，选择相对应温区的存储空间，避免不同温区燃油非必要的掺混现象，解决燃油热积累问题，确保全机设备的正常使用及使用性能。
46.将高温存储空间内的燃油优先送入发动机，可拓展机载燃油的利用空间，提升机载燃油的利用率。
47.双模态的飞机燃油油箱设计方法及使用策略具有通用性，可提升燃油热沉的散热能力。
48.为了实现上述目的，本发明提供了一种双模态的飞机燃油油箱设计方法及使用策略，其特征在于：主要包括供油箱高温燃油存储空间、供油箱常规燃油存储空间、隔热框板
及隔热材料、电动燃油泵、回油三通控制阀、控制器、流量控制活门、单向活门、温度传感器、及相关燃油换热回路；
49.所述控制器分别与电动燃油泵、回油三通控制阀、流量控制活门、温度传感器连接；
50.在上述技术方案中，所述的温度传感器有多个：分别布置于供油箱高温燃油存储空间、供油箱常规燃油存储空间及换热回路中。
51.如图1及图2所示，图1、图2中的a表示散热器中的液压油,b表示散热器中的滑油。图中1-供油箱高温燃油存储空间、2-供油箱常温燃油存储空间，3-电动燃油泵、4-单向活门、5-流量控制活门、6-燃油-液体散热器；7-机载液冷回路、8-燃油-液压油散热器、9-燃油-滑油散热器、10-回油三通控制阀、11-流量控制活门、12三通活门、13-发动机、14-流量控制活门、15-流量控制活门、16-单向活门、17-电动燃油泵、18回油三通控制阀、19结构框板、20-隔热材料、21-结构框板、22～26为温度传感器、27-控制器、28-控制器、29-温度传感器。
52.下面结合附图详细说明本项发明的实施情况，但它们并不构成对本项发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本项发明的优点更加清楚和容易理解。
53.如图1所示，发明的飞机燃油系统在传统飞机燃油系统的基础上添加了供油箱高温燃油存储空间1、供油箱常温燃油存储空间2、三通活门12、电动燃油泵17、单向活门16、回油三通控制阀18、隔热框板19及21、隔热材料20、温度传感器29、控制器28及相关燃油换热回路。
54.在本发明的飞机燃油系统中，供油油箱划分为两个独立的存储空间，分别为供油箱高温燃油存储空间1、供油箱常温燃油存储空间2，燃油散热管路顺次连接电动燃油泵3、单向活门4、流量控制活门5、燃油-液体散热器6。
55.机载液冷回路7通过燃油-液体散热器6将机载液冷回路的热量传递给机载燃油。
56.机载燃油通过燃油-液体散热器后分别进入燃油-液压油换热器8及燃油-滑油换热器9，液压油a与滑油b分别将液压分系统与滑油分系统的热量传递给燃油。
57.燃油通过回油三通控制阀10、流量控制活门11后一部分返回油箱，通过回油三通控制阀18控制燃油返回供油箱的高温燃油存储空间1或供油箱常温燃油存储空间2。
58.高温燃油路顺次连接电动燃油泵17、单向活门16、流量控制活门15、三通活门12。
59.供油箱常温燃油存储空间2中的燃油最终与供油箱高温燃油存储空间1中的燃油在三通活门12汇合后进入发动机13。
60.供油箱高温燃油存储空间的作用是，将高温燃油集中起来，避免燃油在常温油箱内进行热累积，同时方便后续的冷却调度。
61.供油箱常温燃油存储空间内燃油温度范围为-55℃～60℃，供油箱高温燃油存储空间内的燃油温度范围为大于60℃。
62.如图2所示，根据本发明实施的飞机燃油系统的散热回路由流量控制活门5、流量控制活门11、流量控制活门14、流量控制活门15协同控制。
63.流量控制活门5、流量控制活门11、流量控制活门14由控制器27控制，流量控制活门15由控制器28控制。
64.各流量控制活门的控制依据是分布于燃油系统不同位置处的温度传感器的测量
数据，这些温度传感器包括：流量控制活门5出口位置的温度传感器22、燃油-液体散热器6出口位置的温度传感器23、燃油-液压油换热器8出口位置的温度传感器25、燃油-滑油换热器9出口位置的温度传感器24、温度传感器26、供油箱高温燃油存储空间内的温度传感器29。
65.根据温度传感器26测量的燃油温度t26、以及温度传感器29测量的高温燃油存储空间1内的燃油温度t29控制各控制阀或流量控制活门开度。
66.当t29≥t26、且t29小于等于图2中13的入口燃油温度限定值时，由图2中1供油，关闭11、打开15及14；
67.当t26＞t29时，由图2中2供油，当此支路上的燃油流量能够满足13需求时关闭15、并依据13入口燃油流量需求控制11及14的开度。
68.当t29高于图2中13的入口燃油温度限定值时或2的出口燃油流量不能满足13的需求时，27与28分别控制11、15的开度，确保13入口燃油温度不超温。
69.综上，本发明采用的油箱设计方法将供油油箱划分为两个独立的存储空间，可根据燃油所处的不同温度区间对机载燃油进行实时、分区管理，避免燃油的热累积，提升全机散热能力，由于供油箱常温燃油存储空间内始终存储着相对低温的燃油，可使机载设备工作在最佳温度范围，避免因油箱内燃油温度超温而造成的设备无法使用或限制使用情况的发生，提升热排散能力，确保机载设备的使用性能，保障飞机飞行过程的综合性能,有效提升电子设备的安全性与可靠性。本发明采用的油箱设计方法及使用策略具有通用性,在需求不变的情况下，进行小改动，可实现综合系统架构的快速重构，拓展机载燃油的利用空间，实现机载燃油热沉的高效利用，提升机载燃油的利用率，工艺实施难度小、可通用性强。本发明解决了由于油箱内燃油温度过高造成的全机电子设备使用限制、无法满足全机任务需求的技术问题。
70.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。