Самогерметизирующиеся топливные баки: история и применение.

Введение

Топливный контейнер, автоматически герметизирующийся при проколе.

Самогерметизирующийся топливный бак – это тип топливного бака, обычно используемый в топливных баках самолетов или топливных аккумуляторах, который предотвращает утечку топлива и его воспламенение после повреждения. Типичные самогерметизирующиеся баки состоят из слоев резины и армирующей ткани, один из вулканизированной резины и один из необработанной натуральной резины, способных поглощать топливо при контакте с ним. При проколе топливного бака топливо проникает в эти слои, вызывая набухание необработанного слоя, который закрывает и тем самым герметизирует прокол. Аналогичный принцип также применяется при производстве самогерметизирующихся шин, позволяющих продолжать движение при проколе.

Первая мировая война

Джордж Дж. Мёрдок подал заявку на патент "Топливные баки для военных самолетов" 7 февраля 1917 года, но был временно заблокирован приказом Федеральной торговой комиссии от 6 февраля 1918 года, предписывающим сохранять в тайне любые обсуждения или публикации об изобретении. Приказ был отменен Патентным ведомством США 26 сентября 1918 года, и Мёрдоку в конечном итоге был выдан патент "Самоуплотняющееся покрытие для топливных контейнеров" 9 августа 1921 года. Военные самолеты, построенные компанией Glenn L. Martin Company, использовали этот самоуплотняющийся топливный бак. Говард Хьюз использовал неопрен для самогерметизации топливных баков во время своего кругосветного полета в 1938 году.

Вторая мировая война

В более поздних поколениях довоенных и ранних военных самолетов самогерметизирующиеся баки использовались для минимизации ущерба от утечки или воспламенения топлива. Обычный топливный бак, при попадании в него пуль, мог быстро терять топливо. Это не только уменьшало дальность полета самолета, но и создавало значительную пожароопасность. Поврежденные топливные баки также могли разрушаться, уничтожая планер или критически ухудшая летные характеристики. Было установлено, что из-за ограничений по весу добавление броневых пластин к топливным бакам самолетов непрактично; требовался способ предотвращения утечки топлива из поврежденных баков. Первые попытки защиты топливных баков заключались в использовании металлических баков, покрытых изнутри или снаружи материалом, который расширялся при пробитии. Исследования показали, что большая проблема заключалась в отверстии, образовавшемся после пробития, а не в точке попадания, поскольку снаряд часто кувыркался, создавая большее отверстие. Среди первых образцов таких баков были те, что производились в Великобритании на аэродроме Портсмут компанией Fireproof Tanks Ltd (основанной в 1939 году). Эти баки впервые устанавливались на легкие бомбардировщики Fairey Battle, а другие версии – на истребители Supermarine Spitfire и Hawker Hurricane, а также на более крупные самолеты, такие как тяжелый бомбардировщик Avro Lancaster. Компания Henderson Safety Tank Company поставляла аварийно-защищенные самогерметизирующиеся топливные и масляные баки, которые устанавливались "в стандартной комплектации" на учебно-тренировочный самолет Miles Master. Немецкие авиаконструкторы использовали слои резины, нанесенные на кожаную основу с обработанной волокнистой внутренней поверхностью для самогерметизирующихся баков на Junkers Ju 88 в начале войны. В Соединенных Штатах Эрнст Эгер из United States Rubber Company (позже Uniroyal) запатентовал конструкцию самогерметизирующегося топливного бака в 1941 году, и эта компания была одной из многих, участвовавших в разработке этой технологии во время войны. Эльмо Э. Хансон, ведущий химик компании Firestone Tire and Rubber Company, подал заявку на патент на самогерметизирующиеся баки 21 января 1941 года. Химик Goodyear Джеймс Меррилл подал заявку на патент в 1941 году (опубликован в 1947 году) на усовершенствование и успешное тестирование своего метода изготовления самогерметизирующихся баков с использованием двухслойной системы резиновых смесей, заключенных в металлическую внешнюю оболочку или обшивку крыла самолета. В 1942 году он получил награду от Военного производственного совета, и баки Goodyear впоследствии были установлены на истребителях Vought F4U Corsair, производимых компанией Goodyear, а также на другие самолеты. К 1942 году компания Fireproof Tanks разработала первые гибкие топливные отсеки в качестве дополнительных баков для увеличения дальности полета Spitfire Mk IX. Эти отсеки представляли собой гибкие контейнеры, изготовленные из ламинированного самогерметизирующегося материала, такого как вулканизированная резина, с минимальным количеством швов для уменьшения путей утечки. Поскольку ранние испытания показали, что удар может привести к избыточному давлению в топливном баке, самогерметизирующийся топливный отсек подвешивается, что позволяет ему поглощать удары без разрушения. Топливные баки ВМС США во время войны могли выдерживать пули и, в некоторых случаях, снаряды автоматических пушек. Не все истребители оснащались этим относительно новым изобретением. Самогерметизирующиеся баки, как правило, имели меньшую емкость, чем негерметичные баки. Тем не менее, самолеты, оснащенные самогерметизирующимися баками, могли выдерживать значительно большие повреждения, чем самолеты с обычными топливными баками. Боевой опыт, полученный на Тихоокеанском театре военных действий, показал, что американские самолеты, оснащенные самогерметизирующимися топливными баками, могли выдерживать гораздо большие повреждения, чем японские конструкции с легкой броней и без самогерметизирующихся топливных баков, такие как Mitsubishi A6M Zero. Те же принципы применялись и к самогерметизирующимся топливным линиям в самолетах (MIL PRF 7061C).

In the newer generations of pre war and early war aircraft, self sealing tanks were tanks used to minimize the damage from leaking or burning fuel. A conventional fuel tank, when hit by gunfire, could leak fuel rapidly. This would not only reduce the aircraft's range but was also a significant fire hazard. Damaged fuel tanks could also rupture, destroying the airframe or critically affecting flight characteristics. It was realized that, because of weight limitations, it was not practical to simply add armor plate to aircraft fuel tanks; a method of stopping fuel leaking from damaged tanks was necessary. Early attempts at protecting fuel tanks consisted of using metal tanks, covered inside or outside by a material that expanded after being pierced. Research revealed that the exit of the projectile, rather than the entry, was the greater problem, as it often tumbled, thus creating a larger exit hole. Among the earliest versions of these types of tanks were those manufactured in the UK at Portsmouth Airport by Fireproof Tanks Ltd (formed in 1939). These tanks were first installed in the Fairey Battle light bomber with other versions installed in Supermarine Spitfire and Hawker Hurricane fighters and larger aircraft such as the Avro Lancaster heavy bomber. The Henderson Safety Tank Company provided crash proof self sealing fuel and oil tanks which were fitted "as standard" to the Miles Master trainer. German aircraft designers used layers of rubber laid over leather hide with a treated fiber inner surface for the self sealing tanks on the Junkers Ju 88 early in the war. In the United States, Ernst Eger of United States Rubber Company (later Uniroyal) patented a self sealing fuel tank design in 1941, one of many companies involved in developing this technology during the war. Elmo E. Hanson, lead chemist for Firestone Tire and Rubber Company filed a patent for self sealing tanks on January 21, 1941, Goodyear chemist James Merrill filed a patent in 1941 (published in 1947) for refining and successfully testing his method for manufacturing self sealing tanks using a two layer system of rubber compounds encased in a metal outer shell or the wing lining of the aircraft. In 1942, he received a War Production Board citation and the Goodyear tanks were subsequently placed in service in Goodyear produced Vought F4U Corsair fighters, as well as other aircraft. By 1942 Fireproof Tanks had developed the first flexible fuel bladders as range extender tanks for the Spitfire Mk IX. These tanks were flexible containers, made of a laminated self sealing material like vulcanized rubber and with as few seams as possible to minimize leak paths. As early tests showed that impact could over pressurize a fuel tank, the self sealing fuel cell is suspended, allowing it to absorb shocks without rupture. U. S. Navy fuel tanks during the war were able to withstand bullets and, on occasion, autocannon shells. Not all fighters were fitted with the relatively new invention. Self sealing tanks tended to have lower capacity than non sealed tanks. Nonetheless, aircraft that were fitted with self sealing tanks managed to withstand much more damage than those with conventional fuel tanks. Combat experience in the Pacific War showed that the self sealing fuel tank equipped American aircraft could sustain far more damage than the lightly armored Japanese designs without self sealing fuel tanks, such as the Mitsubishi A6M Zero. The same principles were applied to give self sealing fuel lines in aircraft (MIL PRF 7061C).

Современное использование

Большинство реактивных истребителей и все военные самолеты США с несущими винтами используют тот или иной тип самогерметизирующихся баков. Военные топливные баки для самолетов с несущими винтами обладают дополнительной характеристикой – устойчивостью к разрушению при аварии. Большие высоты требуют поддержания давления в баках, что затрудняет их самогерметизацию. Новые технологии позволили создать такие решения, как баки, заполненные инертной пеной, для предотвращения детонации. Эта пена имеет открытоячеистую структуру, которая эффективно разделяет газовое пространство над оставшимся топливом на тысячи небольших объемов, ни один из которых не содержит достаточного количества паров для поддержания горения. Эта пена также снижает колебания топлива. Основными производителями этой технологии являются Hutchinson, Amfuel (ранее Zodiac, ранее Firestone), Meggitt (ранее Goodyear), Robertson Fuel Systems, GKN USA, FPT Industries и Safran Aerosystems. В настоящее время FPT входит в состав GKN. Для военных целей баки должны соответствовать требованиям MIL DTL 27422 (включая требования к аварийной стойкости) или MIL DTL 5578 (не аварийно-стойкие). Топливный бак самолета иногда состоит из нескольких взаимосвязанных топливных отсеков. Соединительные шланги также обычно самогерметизирующиеся. Помимо военных самолетов, самогерметизирующиеся топливные баки устанавливаются на некоторые военные транспортные средства, такие как бронированные машины LAV AT Корпуса морской пехоты США. Ярким примером гражданского транспортного средства, использующего самогерметизирующиеся топливные баки, является автомобиль сопровождения президента США, который оснащается ими с момента выпуска SS 100 X для Джона Ф. Кеннеди. Самогерметизирующиеся топливные баки, использующие военные технологии, также требуются в некоторых категориях автоспорта.