Wątek: Zbiorniki w skrzydłach i przesunięcie środka masy

[yano]

O tym że w skrzydłach są zbiorniki wiadomo, od dawna jednak chodzi mi po głowie sporo wątpliwości w tej kwestii. Z technicznego punktu widzenia problem o którym napiszę jest rozwiązany, gdyż samoloty jakoś latają, pytanie tylko jak go rozwiązano.
A co to za problem? Otóż w zbiornikach tych jak wiadomo znajduje się sporo kg paliwa. jego swobodne przepływanie wzdłuż rozpiętości skrzydła, wywołane najróżniejszymi czynnikami mogłoby powodować dość znaczne przesunięcia środka masy płatowca. Pytanie brzmi w jaki sposób sobie z tym poradzono?
Do głowy mi przychodzi kilka sposobów, jednakże nie posiadam żadnej wiedzy o faktycznie zastosowanych sposobach. Być może sam problem jest wydumany i nic specjalnego się nie dzieje, a tylko w mojej głowie lęgną się jakieś urojenia.
Tak więc szanowni forumowicze, oświećcie mnie w tej materii.

[Sundowner]

W zbiornikach znajdują się przegrody przeciw przelewowe - coś o czym np konstruktorzy SW-4 nie słyszeli




Jeżeli masz tzw. konstrukcję "mokrego" skrzydła ich rolę może pełnić ożebrowanie, oczywiście pojedynczy zbiornik nie może się ciągnąć przez całe skrzydło, bo nawet i przegrody wtedy nie pomogą.

[Ponury]

Nie wiem czy dobrze zrozumiałem, ale takie wrażenie można odnieść: czy sądzisz że paliwo zbiornikach pływa sobie luzem jak w samochodzie?

[yano]

Nie wiem czy dobrze zrozumiałem, ale takie wrażenie można odnieść: czy sądzisz że paliwo zbiornikach pływa sobie luzem jak w samochodzie?

Napisałem że nie wiem jak się przed tym zabezpiecza, aby paliwo właśnie tak nie pływało. Jeżeli sam miałbym coś wymyślić, to zastosowałbym kilka zbiorników, właśnie z jakimiś przegrodami dodatkowo, nie wiem jednak czy właśnie to się stosuje, na ile zwiększa to koszty i masę układu itp itd. Chciałbym się dowiedzieć jak się to robi właśnie w praktyce.

@Sun.
Te przegrody to jak rozumiem nie są szczelne i pomagają przy "niewielkich" przechyłach? Jak jest rozwiązane pobieranie paliwa? z każdej takiej przegrody? Czy pilot musi "potrząsnąć" aby wszystko zużyć?

[Ponury]

Generalizując:
zbiorniki w samolocie dzielą się na centralny (w kadłubie) i wszystkie inne- w skrzydłach, w stateczniku pionowym albo i w kesonie skrzydła. Paliwo w skrzydłach może być wykorzystane grawitacyjnie do awaryjnego zasilania silnika jeśli pompy nie działają (np. Airbus). Paliwo w skrzydłach często jest wykorzystywane jako naturalny balast przeciw drganiom samowzbudnym (większość maszyn pasażerskich) dlatego najpierw zużywa się paliwo ze zbiornika centralnego, później z pozostałych miejsc- tak by na przelocie były dociążone. W poważnych samolotach paliwo w zbiornikach znajduje się pod ciśnieniem, tak samo jest też tankowane (choć nie zawsze- Su-22). Pozostałą przestrzeń po zużytym paliwie wypełnia się gazem obojętnym, z przyczyn oczywistych. W czasie II wojny światowej często były to spaliny, teraz modny jest azot. Ponadto w zbiornikach są często przegródki. Wszystko to sprawia że nic nie chlupocze. Zbiorniki nie lubią latać do góry nogami, dlatego w poważnych samolotach stosuje się dodatkowo zbiornik rozchodowy, zapewniający dostęp do paliwa i wydajność pomp przy ujemnych ciążeniach. Nie pamiętam dokładnie, wydaje mi się że odwrócony MiG-29 odpowiednio wytrzymuje 15 sek. normalnie i 5 sek. na dopalaniu i potem 30 sek. przerwy żeby się dopompować. W mniej poważnych samolotach też się to stosuje, np. w akrobacyjnych. Uwerturą do tego rozwiązania był kolektor dolotowy zasilanego wtryskiem paliwa Mietka, który doprowadzał do szału herbaciarzy na ujemnych ciążeniach nad klifami Dover. Paliwo służy też jako chłodziwo (np. oleju, który w zamian podgrzewa to paliwo) albo jako napęd hydrauliczny- wspomniany już MiG-29 i dysze wylotowe silników.
Środek masy kiedyś pastuch w Mustangu musiał sobie pilnować sam- a miał czego pilnować. Gdyby latał BMW, to by nie musiał pilnować, bo to był mądry samolot. Dziś już wszystkie poważne samoloty są mądre i same pilnują przetaczania paliwa w układzie paliwowym w funkcji wyważenia samolotu. A jeśli trzeba robić to ręcznie, to kierowca na wyświetlaczu widzi gdzie ile zostało i może przełączać to samemu. W małych pierdolotach z wiatraczkiem z przodu temat nie istnieje, więc jest wygodniej.
Na stronie KG200 też o tym masz napisane, w internecie też- pewnie mądrzej niż tutaj.
W sprawie kolekcji najgłupszych rozwiązań układów paliwowych proszę się kierować do Szefa, a gdyby nie odbierał to Słońcospuszczacza- ma na dysku fotki pewnej interesująco zbudowanej trzepaczki (jego ulubionej). Był taki serial animowany kiedyś, nazywał się sąsiedzi, i chyba konsultowali ten projekt.

[Miron]

Odniosę się do poprzedniej wypowiedzi z perspektywy samolotów, które znam - z "dużych" B737, B767, EMB170/190, ATR 42/72, z "małych" C serii 100, Pa28 wersji wszelakich, "dobre bo polskie" różnej maści i kilka mniej znanych zza "wielkiej wody". Fakt, wiele tego nie ma (brak maszyn wojskowych na przykład, brak "średnich" turbinowych itd.) jednak mimo wszystko przekrój dość szeroki.

1. Grawitacyjnie paliwo zasila silnik tylko w małych górnopłatach. W dużych za dostarczanie paliwa w przypadku "wyłączenia" pomp elektrycznych/dodatkowych odpowiadają "pompy strumieniowe", działające przez zasysanie objętości cieczy przez strumień tejże o dużej prędkości. Skąd ten strumień? "Powraca" z silnika, "napędzony" tam przez pompę mechaniczną, która "podaje" silnikowi więcej, niż ten spala. Gdy ta pompa wysiądzie (a z jakiegoś powodu nie wejdą do pracy elektryczne) silniki staną. Gorzej w dolnopłatowych "maluchach", tam pomp strumieniowych nie ma.

2. Nadciśnienie w zbiornikach paliwa wszystkich wymienionych wyżej samolotów (dużych) jest "symboliczne" - z punktu widzenia możliwości "dopchnięcia" paliwa do silnika w wystarczającej ilości jest ono pomijalnie małe. Bo też nie temu służy. "Maluchy" - punkt nie ma zastosowania.

3. "Wypełnianie gazem obojętnym" ma miejsce tylko w najnowszych wersjach B737 (spośród w/w), a i to nie wszystkich na dzień dzisiejszy - nadal trwa okres przejściowy wprowadzania obowiązkowej modyfikacji. Zresztą modyfikację tę wprowadzono dopiero po głośnych katastrofach B747 (m.in TEJ). W innych samolotach nikt nie wozi zbędnego balastu. "Maluchy" - j.w.

4. "Przegródki" - wewnątrz poszczególnych zbiorników owszem, są, i nawet wyposażone w zawory zwrotne - proste blaszane klapki pozwalające (przynajmniej w teorii) na przepływ paliwa tylko w jedną stronę. W większych samolotach (od ATR'a wzwyż) to już nie wystarczy - tam zbiorniki są trwale podzielone, a za "przelew" paliwa z zewnętrznych w stronę kadłuba odpowiadają... pompy strumieniowe (takie same, a często identyczne, jak wspomniane wyżej), stale dopełniając zbiorniki bliżej kadłuba do czasu, aż w sekcjach zewnętrznych się to paliwo skończy. "Maluchy" - ...

5. Wyważenie - tu trochę mniej dokładna jest moja wiedza, bo sięga bardziej szczegółowych zasad działania, a nie budowy. Ale pewność mam w przypadku ATR'a i dużego "Embriona" - nikt tam za pilota myśleć nie będzie. System pomiaru ilości paliwa owszem, podaje dokładne wartości z podziałem na zbiorniki, ale nawet przy dużej "niezgodności" system wymaga reakcji pilota; czy to będzie wymuszony przelew pompami, czy tylko przełączenie wszystkich silników na pracę z jednego zbiornika - pilot musi coś zrobić. Głównie dlatego, że układ paliwowy jest "rozdzielny stronami" - w czasie normalnej pracy silniki dostają paliwo tylko ze "swojej" strony, nie powinno się dopuszczać do otwarcia połączeń między nimi; a ponieważ silniki pracują zwykle równo, a więc zużywają bardzo zbliżone ilości paliwa, duża nierównomierność zużycia świadczy zwykle o jakimś problemie. Nie powinno się więc pozwalać automatyce na to, aby sama - bez wiedzy pilota - taką informację "zataiła".

W "maluchach" sprawa wygląda nieco inaczej, bo i silnik zwykle jeden, i automatów jakoś brak... Taka C150/152 ma zbiorniki trwale połączone (fakt że cieńką, ale zawsze) rurką, nie ma możliwości ani odcięcia jednego, ani zamknięcia przelewu. W Pa28 zbiorniki są oddzielone trwale, zasilać silnik może tylko jeden - nie ma możliwości poboru paliwa z obu na raz. Rozwiązanie pośrednie, a zarazem najbogatsze, czyli możliwość wyboru dowolnego zbiornika albo obu na raz (tym samym zaworem), ma Zlin 142 (zresztą tu jeszcze ciekawiej, bo Z142 ma cztery zbiorniki, a nie dwa). Są też takie, w których osobno odcina się każdy zbiornik (niezależnymi zaworami). Czyli klasyczna "wolna amerykanka" - jak tam producentowi pasowało.

Zdaje mnie się, że kiedyś już to pisałem, i to nawet tu, na The Forum...

[Czesio]

2. Nadciśnienie w zbiornikach paliwa wszystkich wymienionych wyżej samolotów (dużych) jest "symboliczne" - z punktu widzenia możliwości "dopchnięcia" paliwa do silnika w wystarczającej ilości jest ono pomijalnie małe. Bo też nie temu służy. "Maluchy" - punkt nie ma zastosowania.

Miron z ciekawości zapytam do czego dokładnie służy nadciśnienie w wymienionych przez Ciebie autobusach?
Jeśli chodzi o prawdziwe lotnictwo i porządne samoloty  to problem paliwa w skrzydłach jest również rozwiązywany przez kolejność wypracowywania zbiorników. W samolotach bojowych takich jak Su-22 czy F-16 najpierw jest zużywane paliwo ze zbiorników podwieszanych - odpowiednio podskrzydłowych i podkadłubowych, następnie paliwo integralne poczynając od zbiorników skrzydłowych^*. W tym celu w niektórych samolotach stosuje się instalację paliwa sterującego które umożliwia otwieranie i zamykanie zaworów przelewowych. Natomiast jest jeszcze coś takiego jak instalacja nadciśnienia. Powietrze pobierane ze sprężarki silnika lub/oraz z atmosfery wytwarza ciśnienie w wolnej przestrzeni nad paliwem umożliwiając jego wypchnięcie do magistrali zapewniając ciśnienie wstępne dla pomp podpompowujących. Charakterystyczne dla tego rodzaju instalacji jest to, że utrzymują ciśnienie tym większe im zbiornik jest bardziej oddalony od zbiornika głównego lub rozchodowego. I tak w Su-22 w zbiornikach kadłubowych (bez zb. ujemnych przeciążeń) ciśnienie wynosi 0,15 do 0,21 at, w skrzydłowych i podskrzydłowych (w podkadłubowym nieco mniej) 0,7 do 0,75 at. Natomiast innym zagadnieniem jest instalacja gazu obojętnego (azot, halon). Nie służy ona do poprawy pracy instalacji ale ma za zadanie zmniejszyć zawartość tlenu do około 10% (mieszanka niepalna) w wolnej przestrzeni mieszając się z podawanym powietrzem. Zawór takiej instalacji odkręca się jedynie do lotu bojowego. Jeśli chodzi o przemieszczanie paliwa w zbiorniku oprócz grodzi przeciwprzelewowych, zupełnie przypadkowo pomocne jest wypełnienie pianką poliuretanową. W Su-22 znajduje się ona wyłącznie w zbiornikach skrzydłowych.

Zabezpiecza zbiornik przed rozerwaniem na skutek trafienia - co widać na przykładzie poniższego zdjęcia bez i z wypełniaczem z Su-27. O czym zapomnieli konstruktorzy F-16. :karpik

Warto zauważyć, że ze względu na kolejność wypracowania paliwa i jego stosunkowo niewielką ilość w skrzydłach samolotów bojowych zwykle takie zbiorniki są puste po osiągnięciu rejonu działań. Jeżeli zaraz po starcie samolot ma wykonywać zadanie z wykonywaniem gwałtownych manewrów często nie stosuje się wariantu zatankowania zbiorników skrzydłowych.
^*W czasie wypracowywania paliwa jest jednak zużywana pewna jego ilość ze zbiorników kadłubowych w odpowiedniej sekwencji.