飛行器燃料系統的製作方法

2023-07-04 07:05:17

本發明涉及包括旋風分離器的飛行器燃料系統。

背景技術：

US 2012/0000864中描述了已知的旋風分離器。該旋風分離器具有通過流體的方式連接至燃料箱的入口、通過流體的方式連接至發動機燃料供給系統的水出口、以及燃料出口。該旋風分離器適於從水出口排放密度相對較大的材料(包括水)以及從燃料出口排放密度相對較小的材料。

這種已知的旋風分離器的問題在於，儘管整個旋風作用使水旋轉出來至分離器壁，但流體動力會將水與壁剪斷並且由於紊流的作用而會將水帶回至主體(bulk)流體，由此降低了分離的效率。

2012年1月27日出版的《Science》第335卷第6067期第442-444頁刊登的DOI(數字對象標識符)為10.1126/science.1211694的R.R Nair等人的「Unimpeded Permeation of Water Through Helium-Leak–Tight Graphene-Based Membranes」(下文稱為「Nair等人」)證明由氧化石墨烯製成的亞微米厚的膜對液體、蒸氣以及氣體(包括氦氣)能夠完全不可滲透，但這些膜允許水暢通無阻地滲透。

WO 2014/174247描述了一種儲箱組件，該儲箱組件具有用於存儲液態烴的儲箱，該儲箱具有用於支承一定重量的液態烴的底板。該儲箱的底板配裝有過濾器。該過濾器設置成允許儲箱中的液態水經由過濾器而排出儲箱但基本上阻止儲箱中的液態烴經由過濾器而排出儲箱。該過濾器具有滲透構件，比如膜，其由允許儲箱中的液態水通過滲透穿過滲透構件而排出儲箱但基本上阻止儲箱中的液態烴通過滲透穿過滲透構件而排出儲箱的諸如氧化石墨烯之類的材料形成。

技術實現要素：

本發明的第一方面提供了一種飛行器燃料系統，該飛行器燃料系統包括燃料箱和旋風分離器，該旋風分離器包括分離室、與燃料箱和分離室流體連通的入口、與分離室流體連通的燃料出口、以及水出口，其中，旋風分離器適於從水出口排放水以及從燃料出口排放密度相對較小的液態燃料，並且其中，旋風分離器還包括由透水性材料形成的滲透構件，該滲透構件使分離室中的水能夠流動通過透水性材料並且流出水出口，但基本上阻止分離室中的液態燃料流動通過透水性材料並且流出水出口。

用於將固體與液體分離或者用以分離(或至少凝聚)不同密度的液體的旋風分離器還已知為水力旋風器或水力旋流器。

在運行時，燃料中自然出現的並且密度比燃料的密度大的水被旋風分離器分離出來並且可選地被供給至發動機以被耗盡。離開旋風分離器的燃料出口的密度較低的淨化的燃料優選地被供給回到燃料箱中。通過將水從燃料箱中去除而不是僅僅將凝聚物散回到燃料箱中，並且即使在溫度低的情況下，可以將燃料箱中的水的濃度保持在低濃度，並且可以防止與燃料箱內的水冷凝相關聯的問題。

可選地，該旋風分離器包括限定分離室的壁，其中，所述壁圍繞居中設置的縱向軸線對稱地延伸；滲透構件形成所述壁的至少一部分；並且滲透構件也圍繞居中設置的縱向軸線對稱地延伸。替代性地，可以以非對稱的方式設置滲透構件——例如僅在分離室的一側上設置滲透構件，或者可以將滲透構件設置在軸線上。

典型地，分離室被包括滲透構件的壁限定；旋風分離器還包括圍繞內壁的外壁、以及位於內壁與外壁之間的腔；並且水出口與腔流體連通，其中，旋風分離器適於使水經由腔而從水出口排放以及從燃料出口排放密度相對較小的液態燃料，並且滲透構件使分離室中的水能夠流動通過透水性材料而進入到腔中，但基本上阻止旋風分離器中的液態燃料流動通過透水性材料而進入到腔中。

內壁能夠阻止或至少抑制上面就US 2012/0000864所描述的流體動力，使得水不會被卷吸回到主體流體中。此外，內壁可以使外壁的直徑變得更小，這是因為透水性材料會具有水分離的效果，而這能夠補充旋風作用的效果。

可選地，外壁的內表面包括疏水性塗層。該塗層可以是油漆或其它塗層材料。

透水性材料可以包括氧化石墨烯(典型地為層狀結構的氧化石墨烯晶粒)、具有納米孔陣列的結構、豎向對齊的中空的納米管(比如碳納米管)陣列、或者使水能夠流動通過但基本上阻止液態燃料流動通過的任何其它適合的材料。

典型地，液態燃料為液態烴燃料，比如汽油或煤油。

來自水出口的水可以被供給至發動機供給系統中。替代性地，來自水出口的水可以被排出至大氣或收集容器。

可選地，多孔支承結構對滲透構件進行支承。

可選地，內壁、外壁和腔各自具有呈截頭錐狀形狀的部分。

可選地，旋風分離器的燃料出口與燃料箱流體連通。

就飛行器燃料系統而言，在飛行的巡航部分期間會遇到燃料箱內的最低溫度，因此旋風分離器優選地在巡航期間運行，以便在最可能出現凝聚的情況下去除水。儘管旋風分離器優選地在巡航期間運行，但旋風分離器可以在飛行的任何階段(滑行、起飛、巡航或著陸)期間運行。例如，在飛行的早期階段(滑行和起飛)期間，水可以通過射流泵被從燃料箱的儲槽引入到引入管線中並且可以與動力流一起被排放至旋風分離器。

該旋風分離器的入口優選地連接至下述的燃料供給管線：其中，該燃料供給管線適於卷吸來自燃料箱的其中水或冰——優選地仍處於懸浮狀態——趨於積聚的區域的燃料和水或冰的混合物。當燃料在燃料供給管線中流動時，混合物被卷吸到流中。供給管線可以包括多孔表面，混合物流動通過該多孔表面而開始被卷吸在燃料流中。多孔表面可以是格柵、網狀物或燃料供給管線的壁中的一系列穿孔。

燃料供給管線優選地連接至燃料泵或者形成用於輸送燃料的加壓系統的一部分。所述泵可以是射流泵或類似物。

發動機燃料供給系統優選地適於卷吸來自燃料箱的燃料。為了降低供給至發動機的水的濃度，來自水出口的水在被供給至發動機之前可以與來自燃料箱的燃料相混合。可以控制供給至發動機的水的濃度使得其不會超過發動機製造商建議的極限值。

可以改裝該旋風分離器以適應現有的燃料系統。

本發明的第二方面提供了一種燃料系統，該燃料系統包括燃料箱、設置成將來自燃料箱的液態燃料供給到發動機中的發動機供給系統、以及旋風分離器，該旋風分離器包括分離室、與燃料箱和分離室流體連通的入口、與分離室流體連通的燃料出口、以及水出口，其中，該旋風分離器適於從水出口排放水以及從燃料出口排放密度相對較小的液態燃料，並且其中，該旋風分離器還包括由透水性材料形成的滲透構件，該滲透構件使分離室中的水能夠流動通過透水性材料並且流出水出口，但基本上阻止分離室中的液態燃料流動通過透水性材料並且流出水出口，其中，該旋風分離器的水出口與發動機供給系統流體連通。本發明的第二方面的燃料系統可以是飛行器燃料系統、另外的交通工具的燃料系統、或者具有向發動機供給燃料的發動機供給系統的任何其它燃料系統。替代性地，燃料系統可以是燃料存儲倉或沒有發動機的其它燃料系統。

本發明的另外的方面提供了一種旋風分離器，該旋風分離器包括分離室、與分離室流體連通的入口、與分離室流體連通的燃料出口、以及水出口，其中，該旋風分離器適於從水出口排放水以及從燃料出口排放密度相對較小的液態燃料，並且其中，該旋風分離器還包括由透水性材料形成的滲透構件，該滲透構件使分離室中的水能夠流動通過透水性材料並且流出水出口，但基本上阻止分離室中的液態燃料流動通過透水性材料並且流出水出口，其中，透水性材料包括氧化石墨烯。

附圖說明

現將參照附圖對本發明的實施方式進行描述，其中，在附圖中：

圖1示意性地示出了旋風分離器；

圖1a示出了旋風分離器的內壁的支承結構的一部分；

圖2a示意性地示出了旋風分離器的俯視圖；

圖2b示意性地示出了在運行期間旋風分離器內的流的3D視圖；

圖3示意性地示出了包括圖1的旋風分離器的燃料系統；

圖4示意性地示出了圖3的燃料系統中的旋風分離器的入口上遊處的流布置的細節；

圖5示意性地示出了用以替代圖4中示出的流布置的圖3的燃料系統中的旋風分離器的入口上遊處的替代性流布置；

圖6示意性地示出了圖3的燃料系統中的旋風分離器的水出口下遊處的流布置的細節；

圖7示意性地示出了用以替代圖6中示出的流布置的圖3的燃料系統中的旋風分離器的水出口下遊處的替代性流布置；

圖8示出了圖3的燃料系統的總體布置的框圖；

圖9示出了圖3的燃料系統的總體布置的框圖，該框圖的控制原理是圖8中示出的框圖的控制原理的替代性方案；

圖10示意性地示出了根據本發明的另外的實施方式的旋風分離器的俯視圖；

圖11為圖10的旋風分離器的側視圖；

圖12示出了圖10和圖11的旋風分離器，其中，旋風分離器的蓋處於打開位置；以及

圖13為根據本發明的另外的實施方式的旋風分離器的側視圖。

具體實施方式

圖1示意性地示出了旋風分離器1，旋風分離器1具有入口2、水出口3和燃料出口4。旋風分離器1具有筒狀的上部和錐狀的下部。錐狀的下部具有錐狀的外壁5，該錐狀的外壁5具有圍繞居中設置的縱向軸線對稱地延伸的呈向下變窄的截頭錐狀形狀。旋風分離器1的上端6的直徑較大，並且旋風分離器1的上端6設置在直徑較小的旋風分離器1的下端7的上方。入口2設置在上端6附近，水出口3設置在下端7附近。管8延伸到旋風分離器1的上部中並且通過流體的方式連接至燃料出口4。

圖2a示意性地示出了旋風分離器1的俯視圖以示出入口2至旋風分離器1的上端6的布置。圖2b示出了在運行期間旋風分離器1內的三維流。

外壁5內側配裝有內壁5a。如同外壁5，內壁5a具有筒狀的上部和圍繞居中設置的縱向軸線對稱地延伸的呈向下變窄的截頭錐狀形狀的錐狀下部。內壁的內部限定分離室，並且內壁5a與外壁5之間設置有腔14(圖2a中最清楚地示出)。內壁和外壁的嵌套式布置意味著腔14如同內壁和外壁那樣也具有筒狀的上部和圍繞居中設置的縱向軸線對稱地延伸的呈向下變窄的截頭錐狀形狀的錐狀下部。

內壁5a包括具有孔21的多孔蜂窩狀支承結構20(圖1a中示意性地示出)和由透水性過濾材料形成的滲透構件(在該情況下為滲透層22)。如圖1的放大部分中示出的，滲透層22由支承結構20承載。可選地，層22例如通過粘合劑被結合至支承結構20。如圖1中示出的，層22可以配裝至支承結構20的內側，或者層22可以配裝在支承結構20的外側上。替代性地，層22可以被夾置在一對多孔蜂窩狀支承結構之間。滲透層22圍繞居中設置的縱向軸線對稱地延伸。

穿過入口2的液體被切向地引入到分離室的筒狀的上部中並且以螺旋路徑9(見圖1和圖2b)向下流動通過朝向分離室的下部10向下延伸時漸縮或變窄的錐狀的下部。分離室的下部10被可拆裝的(旋入式)塞10a封閉。

由於切向進入和內壁5a的下部的筒狀/錐狀形狀，流被迫使形成螺旋路徑9。旋轉(螺旋)流產生很高的離心G力，使得懸浮在液體中的密度較大的材料將移動至分離器的錐狀的下部的橫截面區域內的最外周，而密度較小的材料被留在螺旋流的芯部中。

由於分離室的橫截面面積朝向分離器的底部減小，因此過量的流被迫使以緊密的內(芯部)螺旋向上(見圖2b)。管8的入口11設置成使得密度相對較小的材料從燃料出口4排放。

通過旋風分離器1的主螺旋流9的總體流動方向以及錐狀殼體5、5a的幾何形狀致使密度相對較大的分子、冰和顆粒材料積聚在分離室的下部區域10中。

透水性滲透層22使水能夠流動通過透水性滲透層22而經由支承結構中的孔21進入到腔14中並且隨後從水出口3排放，但透水性滲透層22基本上阻止液態燃料、冰或顆粒材料流動通過透水性滲透層22而經由支承結構中的孔21進入到腔14中並且隨後從水出口3排放。因而，水出口3通過滲透層22和腔14與分離室間接地流體連通。另一方面，入口2和燃料出口4與分離室直接流體連通。

形成滲透層22的透水性材料可以包括氧化石墨烯(典型地為層狀結構的氧化石墨烯晶粒)、具有納米孔陣列的結構、豎向對齊的中空的納米管(比如碳納米管)陣列、或者使水能夠流動通過但基本上阻止液態燃料、冰或顆粒材料流動通過的任何其它適合的材料。

圖1b為根據一個實施方式的透水性材料22的示意圖。該材料包括通過Nair等人中描述的方法而製造而成的層狀結構的氧化石墨烯晶粒。

儘管圖1示出了豎向定向的旋風分離器1，但本領域技術人員應當理解的是，在空間需求不允許豎向取向的情況下，可以非豎向地定向旋風分離器1。

在運行時，旋風分離器在燃料系統中用於將來自燃料中的大量的懸浮水、冰和顆粒材料與燃料分離或者至少凝聚來自燃料中的大量的懸浮水、冰和顆粒材料。大體積的燃料流被迫使進入到旋風分離器1的入口2中。入口2中的流垂直於壁5、5a的錐狀部分的中心軸線。離心力將致使密度較大的冰、水和顆粒材料移動至分離室的外周部分並且隨著流沿著螺旋路徑9行進而抵靠內壁5a的內表面移動。密度較小的淨化的燃料將在中央區域內流通並且將流通到管8的入口11中。管8將淨化的燃料傳送至燃料出口4。

水流動通過滲透層22的透水性材料並且經由腔14流出水出口3。冰和顆粒材料將積聚在分離室的下部10中。當冰融化時，冰隨後將流動通過滲透層22進入到腔14中並且流出水出口3。通過移除塞10a(例如，通過將塞10a旋出螺紋連接)以及將顆粒材料衝洗出分離室，能夠定期地去除顆粒材料。

通過旋風分離器1的流的主要的驅動力來自進入入口2的大體積流量流。水出口3可以向提供將流抽吸通過旋風分離器這樣的一些效果的靜壓力相對較低的區域排放。然而，這種效果只是次要的。來自燃料出口4的排出流由旋風分離器1中的流驅動。水出口3和燃料出口4的直徑的尺寸設定成使得旋風分離器1具有期望的運行特性。燃料出口4的直徑可以大於、小於或者等於水出口3直徑。燃料出口4的排出流可以連接至抽吸裝置或系統以優化排出流特性。

旋風分離器1具有用以阻止冰粘在外壁5的內表面上的兩條防護線。主防護是外壁5的內表面上的疏水性和/或防冰塗層。副防護是通過熱交換器(未示出)實現的對外壁的內表面的加熱。所施加的熱量被優化成使得外壁5的內表面上的任何冰顆粒將在接觸位置處融化。應當指出的是，並不意在使螺旋流9中的懸浮的冰顆粒融化。水被疏水性塗層阻止或阻礙而不會粘至外壁的內表面。

圖3示出了安裝在燃料系統中的旋風分離器1。應當指出的是，為了清楚起見，圖3中省去了分離器的內壁5a。燃料系統包括旋風分離器1、具有底板21的燃料箱20、以及消耗燃料的發動機(圖3中未示出)。至旋風分離器的入口2的流52由除水射流泵系統30輸送。旋風分離器1的燃料出口4使淨化的燃料流71返回至燃料箱20的優化區域(典型地為上部區域)。從旋風分離器1的水出口3排放的水流61通過發動機供給系統80被供給至發動機。

下面現將更詳細地描述除水射流泵系統30。除水射流泵系統30包括具有泵31的動力流管線34、引入流管線32、射流泵35以及混合流管線36。泵31抽吸來自燃料箱20的流40，並且將動力流管線34中的受壓的流41輸送至射流泵35。引入流管線32將來自燃料箱20的儲槽22的流42輸送至射流泵35。射流泵35將來自動力流管線34的流與來自引入流管線32的流相混合，並且將混合流50排放在混合流管線36中。

燃料箱儲槽22為燃料箱20的一體部分。燃料箱儲槽22位於燃料箱20的最低的位置處。經過一段時間，燃料箱中的任何自由水將如水流24那樣向下流動並且積聚在儲槽22中。引入流管線32具有喇叭口入口33，喇叭口入口33設置在儲槽22附近。

在除水射流泵系統30開始運行時，儲槽22中積聚的水的量有限。動力流41引起引入流管線32中的流42。儲槽22中的任何自由水將通過卷吸的方式被吸起在從燃料箱20進入喇叭口入口33的流43中。射流泵35將水霧化成流50中的小滴。混合流50通過流布置(下面將參照圖4更詳細的描述)被輸送至旋風分離器入口2。當儲槽22中的所有的自由水被消耗完時，引入流管線32將引入來自燃料箱20的燃料，這是因為儲槽是燃料箱的一體部分。

參照圖4，圖4示意性地示出了圖3的燃料系統中的旋風分離器1的入口2緊上遊處的流布置的細節。混合流管線36承載大體積的混合流50。旋風分離器的入口2具有流管線14，流管線14具有喇叭口形狀的入口15，入口15與混合流管線36的出口37分離。當混合流管線36中的流50在混合流管線36的出口37與流管線14的入口15之間流通時，流50卷吸來自燃料箱20內的燃料流51和懸浮在燃料流51中的任何水。

流管線36和流管線14優選地設置在燃料箱20的底部附近，主要是因為發動機供給系統80安裝在燃料箱的底部。另外，由於旋風分離器1設計成使淨化的燃料流4返回至燃料箱的上部區域，因此在運行一段時間後，旋風分離器1將產生懸浮水濃度分層，使得燃料箱的底部附近的濃度較高。因此，通過將流管線36和流管線14設置在燃料箱的底部附近，具有較高濃度的懸浮水的燃料被卷吸到流管線14中的流52中，使得該系統能夠受益於這種分層並且能夠以最佳的狀況運行。然而，本領域技術人員應當理解的是，流管線36、14不是必須設置在燃料箱的底部處。

燃料和水以及任何冰或其它顆粒材料形成的流52在射流泵35的壓力作用下被從流管線36供給到旋風分離器1的入口2中。

現參照圖5，圖5示意性地示出了可以替代圖4中示出的流布置的旋風分離器1的入口2緊上遊處的第二、替代性流布置。在第二、替代性流布置中，流管線36和流管線14通過多孔流管線136而被連接，其中，多孔流管線136承載大體積的燃料混合流50，大體積的燃料混合流50可以包含來自除水射流泵系統30的一些懸浮水、冰或其它顆粒材料。當流50穿過多孔流管線136時，流50卷吸來自燃料箱20內的燃料流51和懸浮在燃料流51中的任何水。多孔流管線具有多孔壁，該多孔壁可以包括一系列穿孔，或者可以是網狀物，或者類似物。由此形成的流52被排放至旋風分離器1的入口2。出於與就圖4中描繪的布置所概述的原因相同的原因，多孔流管線136優選地設置在燃料箱20的底部附近。

回到圖3，旋風分離器1的水出口3排放水流61。經由燃料出口4離開旋風分離器1的淨化的燃料被供給回到燃料箱中，優選地被供給回至燃料箱的上部區域。這樣，與來自燃料箱的進入旋風分離器1的入口2的燃料相比，重新循環回到燃料箱中的燃料具有濃度非常低的水、冰或顆粒材料。

下面現將更詳細地描述發動機供給系統80。發動機供給系統80包括發動機供給管線81和發動機供給泵82。發動機供給管線81具有喇叭口入口83，喇叭口入口83設置在燃料箱底板21附近。入口83具有用於過濾掉進入發動機供給管線81的較大的顆粒物質的橫跨其嘴部的網狀物(未示出)。發動機供給系統80中其它位置處可以設置用於過濾掉精細的顆粒物質的另外的過濾裝置。發動機供給泵82將燃料流64引導至燃料系統的發動機。當發動機供給泵82運行時，燃料流62經由入口83被從燃料箱20抽吸到發動機供給管線81中。入口83設置在燃料箱的底部附近是為了將燃料箱中的不能夠使用的燃料減至最少。由於來自旋風分離器1的水出口3的流61，懸浮水的濃度將會較高。在運行期間，從旋風分離器1的水出口3排放的水流61被卷吸到發動機供給管線81中用流線63表示的流中。

參照圖6，圖6示意性地示出了圖3的燃料系統的旋風分離器1的水出口3緊下遊處的流布置的細節。從旋風分離器1的水出口3流出的水流61在排放管線84中流動。排放管線84具有出口85，出口85定位在燃料箱的底板21附近並且定位在發動機供給管線81的入口83附近。當發動機供給泵82運行時，水流61被卷吸到抽吸到發動機供給管線81的入口83中的燃料流62中。

重要的是，發動機供給管線81中的水的濃度被控制成使得水的濃度不超過發動機製造商所建議的極限值。可以通過適合的閥或其它燃料控制裝置來控制發動機供給管線81中的流63中的水的濃度。發動機消耗被供給至發動機的燃料中的水，從而在運行期間水被從燃料箱20中去除。

圖7中示意性地示出了位於旋風分離器1的水出口3下遊處的發動機供給系統中的第二、替代性流布置。發動機供給系統180與發動機供給系統80相同，不同之處在於，從旋風分離器1的水出口3流出的水流61直接流動到發動機供給管線中。富含水的燃料流61在排放管線184中流動，其中，排放管線184在發動機供給管線181的喇叭口入口183與發動機供給泵(圖7中未示出)之間通過流體的方式連接至發動機供給管線181。當發動機供給泵運行時，來自燃料箱底板21的燃料流62在入口183處被抽吸到動機供給管線181中。流61被卷吸到發動機供給管線181中的流62中而形成流63，流63被發動機供給泵泵送至位於更下遊處的發動機。發動機消耗流63中的燃料和水。以類似於圖6中描繪的流布置的方式，可以通過適合的閥或其它燃料管控裝置來控制燃料流63中的水的濃度。

圖8是圖3中示出的燃料系統的總體布置的框圖。用實線示出了流動路徑和流部件，用虛線示出了控制鏈路和控制部件。上面參照圖3描述了流動路徑和流部件。燃料系統還包括位於發動機供給管線81(或181)中的用以檢測至發動機88的發動機供給管線81中的流63中的懸浮水的濃度的傳感器86。來自傳感器86的信號在控制器87中被處理以控制輸送在射流泵35中的動力流41的泵31。

通過對泵31進行控制，可以改變動力流41，並且最終可以改變混合流50。輸送至旋風分離器1的流對旋風分離器1的運行特性有兩方面的影響。在至入口2的流量較低的情況下，會產生較低的旋轉(角)速率，由此產生較低的G-力(離心力)，從而不太能夠有效地將密度大的材料從旋風分離器1中分離出來。另外，在流量較低的情況下，通過旋風分離器1的流通過量減小，從而在旋風分離器1的水出口3和燃料出口4這兩者處出來的流都很少。這樣，能夠控制至發動機88的流63中的懸浮水的濃度。

另外，對泵31進行控制會控制引入流42和動力流41在射流泵35中的混合，這能夠用於改變供給至旋風分離器1的混合流50中水的濃度。在飛行的早期階段期間，引入流管線32將引入來自儲槽22的水，因此對泵31進行控制主要是控制混合流50中的水的濃度。當儲槽22中的水被消耗完並且引入流管線32引入來自燃料箱20的燃料流時，混合流50的水濃度不會隨變化的動力流41而改變，這是因為動力流中的水濃度與引入流42中的水濃度相同。

圖9是圖3中示出的燃料系統的總體布置的框圖，該框圖的控制原理是圖8中示出的框圖的控制原理的替代性方案。用實線示出了流動路徑和流部件，用虛線示出了控制鏈路和控制部件。圖8的燃料系統與圖9的燃料系統之間的不同之處僅在於，圖9的燃料系統還包括設置在旋風分離器1的燃料出口4下遊處用以將流71中的一些流沿著淨化流管線73轉送至泵31的閥72。閥72由控制器87基於來自傳感器86的信號進行控制，以將流71中的適合量的淨化的燃料轉送至泵31以被卷吸到供給至射流泵35的動力流74中。射流泵35將混合流75排放至旋風分離器1的入口2。

在這種情況下，控制器87並不影響被輸送至旋風分離器1的入口2的流量。因此，旋風分離器1的運行特性(即，通過量和G-力)不會被控制器87改變。通過控制至泵31的淨化燃料流73，可以改變動力流74中的水的濃度，並且最終可以改變混合流75中的水的濃度。至泵31的較大的淨化燃料流量會降低混合流75中的懸浮水的濃度，並且反之亦然。這樣，能夠控制至發動機88的流63中的懸浮水的濃度。

US 2012/0000864——其內容通過參引併入本文並且本文將不會對其進行進一步詳細的描述——的圖10至圖12中描述了燃料系統的其它可能的布置。

如下所述，可以改變包括燃料箱、發動機、發動機供給泵和發動機供給管線的現有的燃料系統以適應本發明。燃料箱與發動機供給管線之間需通過流體的方式連接一個或更多個旋風分離器，其中，水出口朝向發動機供給管線排放並且燃料出口向燃料箱回排。

飛行器燃料系統可以包括通過管網被連接的多個燃料箱，並且可以具有一個或更多個發動機供給系統。發動機供給系統可為用於給用於推進和/或用於飛行器設備/系統的一個或更多個發動機提供動力。術語「發動機」指的是消耗燃料的任何裝置，即，內燃機、氣輪機、燃料電池等。

對於每個發動機供給系統，將會使用至少一個旋風分離器。在一些情況下，將會使用更多個旋風分離器以滿足發動機供給系統的燃料需求。通常，這些旋風分離器被並聯設置。然而，替代性地，可以級聯(串聯)設置這些旋風分離器以提高分離效率，其中，位於上遊處的旋風分離器的水出口向位於下遊處的旋風分離器的入口進行排放。

另外，可以用旋風分離器來降低一個燃料箱中的水濃度，但是會以增大另一燃料箱中的水濃度為代價。可以使用該策略來限制燃料箱中的如下有限個數量的燃料箱(例如，一個或兩個燃料箱)中的水，其中，與其它燃料箱相比，所述燃料箱中的用以將水經由儲槽中的排水閥進行排放的通路更易接近。

被供給至旋風分離器的燃料箱中的燃料可以包括一些懸浮水滴。另外，來自燃料箱的燃料可以與從燃料箱的底部處的貯槽除去的水相混合，其中，所述水在被供給至旋風分離器之前通過射流泵或類似裝置被散布在燃料中。現有的燃料系統可以包括除水射流泵系統，或者在安裝旋風分離器時可以安裝這種系統。例如可以如圖8或圖9中示出的那樣設置燃料系統。替代性地，燃料系統可以不具有除水射流泵系統，從而旋風分離器設置在加壓的燃料系統中。不論在哪種情況下，燃料都被從燃料箱供給至旋風分離器的入口。

旋風分離器的水出口將水排放在發動機供給管線的方向上以使得水被發動機供給泵抽吸並且被供給至發動機。例如可以如圖3(圖6中為細節)中示出的那樣或者如圖7中示出的那樣設置旋風分離器的水出口之間的流體連接。

燃料系統中安裝有用於對供給至旋風分離器的入口的流進行控制的控制系統。該控制系統例如可以如圖8或圖9中示出的那樣。這些布置中的控制系統包括位於發動機供給管線中的傳感器、以及根據所述傳感器的輸出信號對旋風分離器的入口上遊處的燃料流進行控制的控制器。

旋風分離器的燃料出口連接成以便將淨化的燃料排放至燃料箱(如圖8和圖9的布置中示出的那樣)並且還能夠排放至位於旋風分離器的入口上遊處的射流泵或加壓燃料系統。

應當理解的是，類似地可以使用其它流布置。重要地，必須經由加壓系統或射流泵或者類似裝置從燃料箱抽吸水的濃度相對較高的大體積的燃料流，並且所述燃料流被供給至旋風分離器的入口。

可以在旋風分離器上遊處設置適合的過濾裝置以在流進入旋風分離器之前過濾掉較大的顆粒物質。需定期地清潔或更換這種過濾器。旋風分離器用於防止任何殘餘的顆粒物質在燃料箱中到處重新循環，因為顆粒物質將積聚在旋風分離器的分離室的下部10中而不是從燃料出口4排放。

包括燃料箱、旋風分離器、發動機以及各種供給管線的燃料系統可以是飛行器燃料系統。然而，燃料系統實質上可以位於任何陸上或水上交通工具(比如船隻或貨車)中。

在上面描述的本發明的實施方式中，水出口3與發動機供給系統流體連通，使得來自分離器的水被供給到發動機中。在替代性實施方式(未示出)中，水出口3可以通向位於燃料箱的低位置處的水槽，而不是將來自分離器的水直接供給到發動機供給系統中。所述水槽包括定期打開以將水排出水槽的排水閥。例如可以在交通工具(比如飛行器)上或者在燃料存儲倉中使用這種布置。

圖10至圖12示意地示出了根據本發明的另一實施方式的旋風分離器。用虛線示出了透水性部件。該分離器具有入口102、水出口103和燃料出口104，入口102、水出口103和燃料出口104均與分離室119或者直接流體連通(在入口102和燃料出口104的情況下)或者間接流體連通(在水出口103的情況下)。該旋風分離器的上部具有錐狀壁105a，錐狀壁105a限定具有圍繞居中設置的縱向軸線對稱地延伸的呈向下變窄的截頭錐狀形狀的分離室119。該分離室的底部由旋風分離器的下部105b封閉。下部105b包括壁105c和蓋105d，壁105c和蓋105d各自具有圍繞縱向軸線對稱地延伸的呈向下變寬的截頭錐狀形狀。

旋風分離器的下部105b外側配裝有筒狀的集水殼體105，並且該筒狀的集水殼體105限定集水室114。水出口103與集水室114流體連通。

壁105c和蓋105d各自由夾置在一對多孔蜂窩狀的支承結構120之間的滲透層122(由透水性材料形成)形成。壁105a具有不透水的實心結構。

該旋風分離器以與上述旋風分離器1相似的方式運行。即，穿過入口102的液體被切向地引入到分離室119中並且以螺旋路徑向下流動。懸浮在液體中的密度較大的材料將移動至分離室119的橫截面區域內的最外周，而密度較小的材料被留在螺旋流的芯部中。密度較小的材料被從燃料出口104排放。

滲透層122的透水性材料使水能夠流動通過滲透層122而經由支承結構120中的孔進入到集水室114中。隨後，水被從集水室經由水出口3排放。滲透層122的透水性材料基本上阻止液態燃料、冰或顆粒材料流動進入集水室114中。與前述實施方式一樣，透水性材料可以包括氧化石墨烯(典型地為層狀結構的氧化石墨烯晶粒)、具有納米孔陣列的結構、豎向對齊的中空的納米管(比如碳納米管)陣列、或者使水能夠流動通過但基本上阻止液態燃料、冰或顆粒材料流動通過的任何其它適合的材料。

冰和顆粒材料將積聚在旋風分離器的下部105b中。當冰融化時，冰隨後將流動通過透水性材料進入到集水室114中並且流出水出口3。通過將蓋105d與壁105c分開(如圖12所示)以及將顆粒材料衝洗出室114，能夠定期地去除顆粒材料。壁105c配裝有密封環118，密封環118與蓋105d形成密封。可以手動地移動蓋105d，或者蓋105d可以承載在如下致動器(未示出)上，所述致動器降低以及升高以使蓋105d在其閉合位置(圖11)與打開位置(圖12)之間移動。

圖13示出了替代性實施方式，該實施方式與圖10至圖12的實施方式相同，不同之處在於，筒狀的集水殼體105沿著分離器向上進一步延伸，並且分離室119的下部由呈向下變窄的截頭錐狀形狀的透水性壁105e限定。

儘管上面參照一個或更多個優選實施方式對本發明進行了描述，但應當理解的是，在不脫離如所附權利要求中限定的本發明的範圍的情況下，可以進行各種改變或修改。