除水系统 【技术领域】
本本发明涉及一种除水系统。
背景技术
在US4809934中描述了一种从飞机燃料箱中除去水的方法。除水管收集分散在正好位于增压泵上游的燃料中的水。该系统的第一个问题是要求文丘里管和喷射泵的复杂布置。另一个问题是当发动机以相对低速运转时水可流入到发动机中。这会降低发动机的运行效率。进一步的问题是系统在单次飞行期间不可能从燃料箱中完全除去水。
在US6170470中描述了一种从燃料箱中除去水的方法。水管从燃料箱给水到发动机内。因为当发动机以相对高速运转时流入发动机的水将不会对发动机的运行特性有显著不利的影响，所以当发动机的速率超过最小阈值时打开水管中的阀。关于US6170470的方法的问题是必须提供发动机转速测量装置以及连接该阀的通信线路。这些部件都有失效的风险，并且必须以液密并且本质上安全的方式将通信线路从燃料箱里拉出。
与飞机燃料系统联系在一起的具体困难是，一旦飞机已起飞，周围空气温度就降至-30或-40摄氏度并且燃料中的水在大约20分钟后结冰。在水已结冰后，水被困在燃料箱中直到燃料箱在着陆时解冻。因此假如在最初的20分钟内水不被除去，则经过几次飞行后水会逐渐积聚直到引起问题或被手工排出。
【发明内容】
本发明的第一方面提供一种用于从飞机燃料箱中除去水的除水系统，所述除水系统包括：
水管；和
阀，所述阀被构造成响应所述阀的有效角的改变而控制所述水管中水的流动。
本发明的第二方面提供一种从飞机燃料箱中除去水的方法，所述方法包括响应所述飞机的有效螺距的增大而打开阀以使水能够在水管中流动；和从所述水管给水到所述飞机的发动机内。
代替利用发动机转速测量装置，本发明提供一种响应在起飞和爬升期间所述飞机的有效螺距的增大而自动打开的阀。因为在起飞和爬升时发动机转速相对较高，所以这意味着水将流入所述发动机而没有明显地影响所述发动机的工作特性。在起飞和爬升期间给水到所述发动机内的另一个优点是在水结冰之前就将水除去。
通常所述阀被定位在所述水管中——无论位于所述水管的入口、所述水管的出口或者沿所述水管长度的中间位置。
在以下描述的优选实施方式中，使水从水箱流入所述发动机，所述水箱通过流体静压作用已被充满。然而所述阀也可用于US6170470所述的那类系统中，在US6170470所述的系统中水被直接供入到所述发动机而没有在水箱中存储的中间步骤。在这种情况下，所述阀能充当US6170470中所用的所述发动机转速测量装置的替代品。
优选地，所述阀包括：
摆锤；和
阀关闭件，所述阀关闭件被连接至所述摆锤，以便使所述摆锤相对于所述水管的角位的变化导致所述阀关闭件从关闭位置移动到打开位置，其中，在所述关闭位置所述阀关闭件阻止所述水管中水的流动，而在所述打开位置水能流过所述阀。
在优选实施方式中，所述摆锤被连接至凸轮；并且所述阀关闭件包括凸轮随动件和用于将所述凸轮随动件偏压成与所述凸轮接合的偏压件(例如螺旋弹簧)。这使所述阀的打开和关闭特性能够通过调整所述凸轮的形状和/或大小和/或位置而被容易地调节。所述凸轮可以是摆锤轮轴或摆锤轴的主要部分，或可间接地连接至所述摆锤。
所述阀在其关闭状态下可允许一些流动，或可基本上阻止所述水管中的水流动。
【附图说明】
现将参照附图描述本发明的实施方式，其中：
图1示出了一架飞机；
图2-5是具有除水系统的燃料箱的示意图；
图6a-6c详细地示出了摆阀；
图7a-7c示出了第一可选的摆阀；和
图8a-8c示出了第二可选的摆阀。
【具体实施方式】
参照图1，飞机100包括支承一对机翼的机身102，左翼被标记为103。每个机翼均携带发动机，图1中左手边的发动机被标记为104。每个发动机的燃料均被存储在中央油箱和一个或多个机翼油箱中。
图2中示出了一个除水系统，该除水系统安装在一个机翼油箱2中。该除水系统包括水箱3和除水管4，该除水管4具有在水箱3底部中的出口5和浸入在燃料箱2底部的池水7中地入口6。水箱3通常是直径60mm、长0.4m且顶部开口的立管。
单向阀8安装在水箱上，并且安装在枢轴9上，在图2中示出了该该单向阀8处于关闭位置，该单向阀8在该关闭位置关闭除水管4的出口5。应当理解可使用一些其他类型的单向阀，并且图2-5中示出的设计仅为说明目的。例如单向阀可包括安装在锥形座上的锥形关闭件，其中该锥形关闭件在其打开和关闭位置间移动。
图2-4分别示出了在箱2中处于较低、中等以及较高油位的燃料30。当燃料箱被充满时，燃料对汇聚在燃料箱底部的水7施加重力流体静压。该流体静压克服重力迫使水沿除水管4上升、通过单向阀8并进入到水箱3之内，直到如图3所示水已经几乎完全从燃料箱的底部除去。当燃料箱继续填充燃料时，燃料气泡通过水(在图3中以31示出了所述燃料泡沫中的三个)并在水箱3顶部的层32中聚集。
当燃料液面达到水箱3的顶部时，燃料通过水箱顶部的开口33流入水箱，如图4所示充满水箱。
回到图2，排水管10从水箱3的底部伸出。该排水管具有在水箱3中的入口11，以及与泵输入管13相连且与上油管14平行的出口12。上油管14具有在燃料箱中的入口15，该入口15高于除水管的入口6。入口6、15均具有过滤器或滤网16、17。
泵输入管13通向泵21。泵输出管22从泵通向发动机104，并且再循环管线23从泵通向燃料箱中的阀24。阀24能被打开以使泵21降低额定能力运行，在为泵输出管22设置旁路的同时允许泵21连续运行。
图3-5示意性地示出排水管10中的阀20，并且图6a-6c更详细地示出了该阀20。
阀20包括通过轴41枢接于支承结构(未示出)的摆锤40。轴41带有凸轮42。排水管10中的腔室43具有入口44和出口45。门46被安装在腔室43中并且该门能在图6a所示的关闭位置和图6b和6c所示的打开位置间平移。该门46在其关闭位置阻塞腔室43的入口44和/或出口45，并且在其打开位置允许流体流过阀，如图6b和6c所示。
门46具有凸轮随动件47，该凸轮随动件47通过螺旋压缩弹簧48而被偏压抵靠在凸轮42上。
当飞机水平时，阀20处于图3、4以及6a所示的关闭状态。当飞机的“有效螺距”增大到7度以上时，阀20从其关闭状态改变至图5和6b所示的正向打开状态。“有效螺距”被定义为物理螺距(即飞机的物理螺距角)与由于前进加速而获得的加速度矢量的结合。
随着阀20如图5所示打开，沿排水管10驱动水并且通过由水箱中的水的重力压头产生的流体静压将水供给至泵21。在泵入口的阻塞将被忽略。注意，由于水的密度比燃料的密度大，因此沿排水管10压送水的重力压头相对较大。换句话说，与水箱3内充满燃料的假设情况相比，上述重力压头更大。因而重力压头趋于优先将水(而不是来自上油管14的燃料)压送向燃料泵，至少在水箱中的水位高于排水管10的出口12时是如此的。可选地也可设置突入到排水管10内的感应器管(未示出)。这在排水管10中形成了微小节流并且由于文丘里效应而趋向于使流动增强。
注意图2-5所示的结构是示意性的，并且如果在所有期望的螺距角和水箱中所有水位的情况下都要求提供足够的重力压头，则水箱3可被调整到直接位于排水管11的出口12的上方。
还应注意，水箱3可被设计成较高且较细，以便使重力压头最大化。更具体地讲，横纵比(即纵横比的倒数，本文中我们将其定义为其中H是水箱的高度，A是水箱的平均截面积)相对较高，例如在具有60mm直径和0.4m长度的圆柱形水箱的情况下，水箱的横纵比大约为7.5。
假如水箱3受到负重力，则水可从水箱3顶部的开口33倒出而进入到燃料箱2内。然而，由于水箱3较小(与容量为大约8000升量级的燃料箱2相比较具有大约1升量级的容量)，这不会影响性能。同样，以这种方式倒空的所有的水将在下一次燃料补给时聚集。
水箱3的尺寸被设计成在起飞和爬升期间的两到三分钟内给出0.5升水流。在此阶段由此导致的供给发动机的水的浓度大约为2500ppm。
在起飞和爬升之后，打开阀20以使泵21的额定能力下降，并且中央燃油箱泵接手。同时，由于飞机的螺距下降到7度以下，阀20接近图6b所示的关闭位置并且通过上油管14将燃料专门地输入到泵中。
当在降落期间飞机进行“俯冲”时，飞机的有效螺距下降到-5度以下，并且阀20从关闭状态改变至图6c所示的反向打开状态。在此阶段，水箱3可能是空的，或者可能包含燃料箱中的剩余燃料液面之上的燃料压头。注意水箱3中将有少许水或没有水(大部分水在之前的起飞和爬升期间已经流入发动机)，但是水箱3可能含有一些燃料。注意假如水箱中存在有大量的水，则水箱3已经结冰并且可能堵塞排水阀20。假如水箱3含有燃料，则燃料会在降落期间流入发动机，倒空水箱为下次燃料补给做准备。
在图7a-7c中示出了第一可选摆阀20a(其能被用于代替阀20)。在这种情况下，代替采用凸轮和凸轮随动件，阀包括通过铰接连杆52与门51相连的摆锤50。摆锤50具有竖直臂55和水平臂56，竖直臂55和水平臂56彼此相对固定且通过轴57枢接至一支承结构(未示出)。连杆52在其一端通过枢轴53可旋转地连接至门51，并且在其另一端通过枢轴54可旋转地连接至摆锤50的水平臂56。门51可滑动地安装在腔室55中，该门在上侧和下侧从排水管中伸出，并且在如图7a-7c所示的三个工作位置之间被连杆52驱动。
在图8a-8c中示出了第二可选摆阀20b(其能被用于代替阀20或阀20a)。在这种情况下，代替采用平移门，阀20b具有在其打开和关闭位置间旋转的关闭件。
具体地讲，阀20b具有安装在圆柱形关闭件61上的摆锤60，该圆柱形关闭件61设置在排水管10中的圆柱形腔室62内。关闭件61具有一对通道63、64，当摆锤相对于排水管的角度达到+7度或-5度时，分别如图8b和8c所示，该一对通道63、64与腔室62的入口和出口对齐。注意为便于说明，排水管10、腔室62以及关闭件61被示出竖直地摆放并平行于摆锤60，实际上它们水平地定向并与摆锤60成直角。同样，为便于说明而在图8a-8c中夸大了通道63、64间的角偏差。实际上通道将以更窄的角度延伸(并且腔室62和关闭件61相对于排水管10更大)以提供所需的操作。
与图7a-7c和图8a-8c所示的阀比较，图6a-6c所示的阀20的优点是：
1、通过调整凸轮42的形状和/或大小和/或位置，能够容易地调节阀的打开和关闭特性；
2、因为门46仅具有两个工作位置，所以腔室43相对紧凑；
3、出于维修目的，能容易地将摆锤与阀的其他部分分离；以及
4、即使飞机的螺距过大(即，假如螺距基本上增大到+7度以上、或基本上减小到-5度以下或假如存在高的加速度或减速度)，阀的操作也不受影响。
在替代实施方式(未示出)中，几个水箱经单个共用摆阀20全部并联地连接至发动机，其中每个水箱均具有各自的除水管和排水管。
在另一个替代实施方式(未示出)中，可将恒温控制排水阀安装在与摆阀20、20a或20b并联的管线上。当温度下降到飞机在高处巡航时将出现的2摄氏度(假定)以下时，恒温控制排水阀打开。这确保了从水箱中除去所有的水。可选地，恒温控制阀能取代摆阀20、20a、20b的“俯冲”操作，也就是说，可用仅具有正向打开位置的相似摆阀来代替摆阀20、20a、20b。例如，恒温控制阀可以是如用于汽车发动机恒温器的蜡式阀或打开阀的双金属弹簧。