BRPI1104173A2

BRPI1104173A2 - ENERGY DISTRIBUTION SYSTEM FOR AN AIRCRAFT AND AIRCRAFT WITH ENERGY DISTRIBUTION SYSTEM

Info

Publication number: BRPI1104173A2
Authority: BR
Inventors: Adrian Shipley; Stephen Curwen
Original assignee: Ge Aviat Systems Ltd
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2014-05-20

Abstract

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA PARA UMA AERONAVE E AERONAVE COM UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA. Trata-se da descrição de um sistema de distribuição de energia que pode ser fornecido em uma aeronave, por exemplo. O sistema de distribuição de energia tem um barramento de distribuição de energia 110 e uma pluralidade de conversores de tensão localizada 120, em que cada um é alimentado pelo barramento de distribuição de energia 110. Mediante o fornecimento de uma pluralidade de conversores de tensão localizada 120, o sistema de distribuição de energia pode utilizar menos ou apenas um único barramento de distribuição de energia 110 em uma tensão particular e converter para a tensão desejada em cada uma ou próximo de cada uma das peças dentre a pluralidade de peças de equipamento elétrico fornecidasPOWER DISTRIBUTION SYSTEM FOR AN AIRCRAFT AND AIRCRAFT WITH AN POWER DISTRIBUTION SYSTEM. This is a description of a power distribution system that can be supplied on an aircraft, for example. The power distribution system has a power distribution bus 110 and a plurality of localized voltage converters 120, each of which is powered by the power distribution bus 110. By providing a plurality of localized voltage converters 120 , the power distribution system may utilize less or only one power distribution bus 110 at a particular voltage and convert to the desired voltage at or near each of the plurality of electrical equipment parts supplied.

Description

i 1i 1

“SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA PARA UMA AERONAVE E AERONAVE COM UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA”“POWER DISTRIBUTION SYSTEM FOR AN AIRCRAFT AND AIRCRAFT WITH AN POWER DISTRIBUTION SYSTEM”

A presente invenção refere-se a um sistema de distribuição de energia, tal como um sistema de distribuição de energia para uma aeronave, por exemplo.The present invention relates to a power distribution system, such as a power distribution system for an aircraft, for example.

Uma das preocupações primárias com aeronaves é o peso do sistema. Conseguindo-se reduzir o peso, reduz-se o consumo de combustível de uma aeronave e aumenta-se o seu alcance. Uma estrutura, combustível, equipamento e cabeamento elétrico de uma aeronave, todos contribuem para o 10 seu peso. O peso do cabeamento elétrico e o equipamento associado para uma aeronave comercial pode ser de diversas centenas de quilogramas ou de diversas toneladas.One of the primary concerns about aircraft is the weight of the system. Reducing weight reduces the fuel consumption of an aircraft and increases its range. An aircraft's structure, fuel, equipment, and electrical cabling all contribute to its weight. The weight of the electrical cabling and associated equipment for a commercial aircraft may be several hundred kilograms or several tons.

É um objetivo de uma realização da presente invenção reduzir o peso de um cabeamento elétrico e/ou do equipamento associado de uma aeronave.It is an object of one embodiment of the present invention to reduce the weight of electrical wiring and / or associated equipment of an aircraft.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema de distribuição de energia para uma aeronave. O sistema de distribuição de energia tem um barramento de distribuição de energia e uma pluralidade de conversores de tensão localizada, em que cada um é alimentado pelo barramento de distribuição de energia.According to a first aspect of the present invention, a power distribution system for an aircraft is provided. The power distribution system has a power distribution bus and a plurality of localized voltage converters, each of which is powered by the power distribution bus.

Mediante o fornecimento de uma pluralidade de conversores de tensão localizada, o sistema de distribuição de energia pode utilizar menos, ou apenas um único barramento de distribuição de energia com uma tensão em particular, e pode converter para a tensão desejada em cada uma ou próximo 25 de cada uma das peças dentre a pluralidade de peças de equipamento elétrico que são fornecidas. Isso proporciona uma considerável economia de peso em cabeamento elétrico e equipamento associado, tal como, transformadores/caixas de distribuição de energia sobre sistemas « 2By supplying a plurality of localized voltage converters, the power distribution system may use less, or only a single power distribution bus with a particular voltage, and may convert to the desired voltage at or near each other. of each of the parts from the plurality of electrical equipment parts that are provided. This provides considerable weight savings in electrical cabling and associated equipment such as power transformers / distribution boxes on «2

convencionais que tipicamente têm, pelo menos, três barramentos de distribuição de energia ao longo da extensão de uma aeronave, cada um em uma tensão diferente (tipicamente 28 volts, 115 volts e 230 volts) para alimentar os vários tipos de equipamento elétrico fornecidos na aeronave.which typically have at least three power distribution rails along the length of an aircraft, each at a different voltage (typically 28 volts, 115 volts and 230 volts) to power the various types of electrical equipment provided on the aircraft. .

Além disso, os conversores de tensão localizada, os quais podemIn addition, localized voltage converters, which can be

ser fornecidos para um ou poucos componentes, são tipicamente muito menores e mais leves que um conversor de tensão principal para um barramento que fornece uma tensão em particular para uma aeronave inteira e, então, podem ser acomodados bem mais facilmente em uma aeronave.being supplied for one or a few components, are typically much smaller and lighter than a main voltage converter for a bus that provides a particular voltage for an entire aircraft and can therefore be accommodated much more easily on an aircraft.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, éAccording to a second aspect of the present invention, it is

fornecida uma aeronave com um sistema de distribuição de energia de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção.An aircraft with a power distribution system according to the first aspect of the present invention is provided.

Realizações da presente invenção serão agora descritas, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, em que:Embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

A Figura 1 ilustra um sistema de distribuição de energia elétricaFigure 1 illustrates a power distribution system.

convencional em uma aeronave;conventional in an aircraft;

A Figura 2 ilustra um sistema de distribuição de energia de uma realização que ilustra a presente invenção;Figure 2 illustrates a power distribution system of one embodiment illustrating the present invention;

A Figura 3 ilustra um exemplo mais detalhado de um sistema de distribuição de energia de uma realização da presente invenção; eFigure 3 illustrates a more detailed example of a power distribution system of an embodiment of the present invention; and

A Figura 4 ilustra um conversor de energia localizada.Figure 4 illustrates a localized power converter.

A Figura 1 ilustra uma aeronave 10 dotada de um sistema de distribuição de energia convencional. Conforme pode ser visto, a aeronave é dotada de uma série de motores 11, os quais, assim como fornecem empuxo 25 para a aeronave, fornecem energia elétrica para várias peças do equipamento elétrico fornecido na aeronave. A aeronave 10 é dotada de uma Caixa de Distribuição de Energia Primária (PPDB) 13, a qual recebe energia elétrica proveniente dos motores 11 via conectores elétricos adequados 12. A PPDB 13 contém uma série de transformadores para fornecer energia elétrica para, pelo menos, três barramentos de energia 14, 15, 16, cada um em uma tensão diferente, tipicamente 230 volts CA, 115 volts CA e 28 volts CC. Embora uma única PPDB13 e o conjunto de barramentos 14, 15, 16 correspondente seja 5 exibido na Figura 1, uma aeronave pode ter duas ou mais PPDBs 13 e conjuntos de barramentos 14, 15, 16. Por exemplo, um conjunto pode ser fornecido em cada lado da aeronave 10 ou para cada motor.Figure 1 illustrates an aircraft 10 provided with a conventional power distribution system. As can be seen, the aircraft is provided with a series of engines 11 which, as well as providing thrust 25 to the aircraft, supply electrical power to various pieces of electrical equipment provided on the aircraft. Aircraft 10 is equipped with a Primary Power Distribution Box (PPDB) 13, which receives power from engines 11 via suitable electrical connectors 12. PPDB 13 contains a series of transformers to supply power to at least three power rails 14, 15, 16, each at a different voltage, typically 230 volts AC, 115 volts AC and 28 volts DC. Although a single PPDB13 and corresponding bus set 14, 15, 16 are 5 shown in Figure 1, an aircraft can have two or more PPDBs 13 and bus sets 14, 15, 16. For example, an set can be provided in each side of the aircraft 10 or for each engine.

Tipicamente, uma aeronave tem uma variedade de componentes elétricos com diferentes exigências de carga de força motriz. Por exemplo, 10 alguns sistemas hidráulicos, por exemplo, para a operação dos flapes nas asas e/ou para a suspensão do trem de aterrissagem, terão uma exigência de carga de força motriz maior e receberão tipicamente a energia do barramento de tensão maior 14. Outros componentes elétricos na aeronave, tais como fornos para a cozinha, instrumentos para a cabine do piloto e entretenimento a bordo 15 para os passageiros exigirão tipicamente menos energia e podem ser conectados a um dos barramentos de tensão menor 15, 16.Typically, an aircraft has a variety of electrical components with different driving force load requirements. For example, some hydraulic systems, for example for wing flap operation and / or landing gear suspension, will have a higher driving force load requirement and will typically receive higher voltage bus power 14. Other electrical components in the aircraft, such as kitchen ovens, cockpit instruments and onboard entertainment 15 for passengers will typically require less power and may be connected to one of the lower voltage buses 15, 16.

Conforme pode ser visto na Figura 1, a energia elétrica é convertida remotamente para tensões de sistema adequadas na PPDB 13 e, então, abastecida para várias caixas de distribuição de energia secundária (SPDB) 18 para distribuição subsequente para os vários componentes/cargas da aeronave.As can be seen from Figure 1, electrical power is remotely converted to appropriate system voltages in PPDB 13 and then supplied to multiple secondary power distribution boxes (SPDB) 18 for subsequent distribution to the various aircraft components / loads. .

A Figura 2 ilustra um sistema de distribuição de energia nos termos de uma realização da presente invenção. Neste exemplo, o sistema de distribuição de energia tem um barramento de distribuição de energia 110 e 25 uma pluralidade de conversores de tensão localizada 120. À medida que os conversores de tensão localizada 120 convertem a tensão no barramento 110 para a tensão adequada exigida por qualquer uma das cargas 130 próximas dos conversores 120, um barramento 110 que opere apenas com uma única * 4Figure 2 illustrates a power distribution system in accordance with one embodiment of the present invention. In this example, the power distribution system has a power distribution bus 110 and a plurality of localized voltage converters 120. As the localized voltage converters 120 convert the voltage on bus 110 to the proper voltage required by any one of the loads 130 close to the converters 120, a bus 110 operating only with a single * 4

tensão é exigido. Isso reduz significativamente o peso do cabeamento elétrico, se comparado à disposição mostrada na Figura 1, a qual exige barramentos separados 14, 15, 16, em que cada um opera em uma tensão diferente. É preferível que a tensão mais alta do sistema seja empregada no barramento de 5 distribuição de energia 110, à medida que o tamanho e o peso do cabeamento necessários para o barramento 110 podem ser reduzidos. Quando uma tensão menor é exigida por um dado equipamento, (a qual para a mesma energia demandará uma corrente mais alta e, portanto, um cabeamento mais espesso), isso será convertido localmente pelo conversor de tensão localizada 120 e 10 alimentada pelo cabeamento 131 através de uma distância mais curta. Portanto, a tensão menor, o cabeamento mais espesso 131 serão exigidos somente para as distâncias relativamente curtas entre os conversores de tensão localizada 120 e a carga de tensão menor adequada 130, em que reduz-se ainda o peso do cabeamento no sistema de distribuição de energia.Voltage is required. This significantly reduces the weight of the electrical cabling compared to the arrangement shown in Figure 1, which requires separate rails 14, 15, 16, each operating at a different voltage. It is preferable that the higher system voltage be employed on the power bus 110, as the size and weight of the cabling required for bus 110 can be reduced. When a lower voltage is required by a given equipment (which for the same energy will require a higher current and thus thicker cabling), this will be locally converted by the localized voltage converter 120 and 10 fed by cabling 131 through from a shorter distance. Therefore, the smaller voltage, thicker cabling 131 will only be required for the relatively short distances between the localized voltage converters 120 and the appropriate smaller voltage load 130, where the weight of the cabling in the power distribution system is further reduced. energy.

Os conversores de tensão localizada 120 podem ser dispostosLocalized voltage converters 120 can be arranged

para prover energia com uma ou duas tensões (ex. 28 V CC, 115 V CA) assim como na tensão do barramento de distribuição de energia (ex. 230 V CA).to supply power with one or two voltages (eg 28 V DC, 115 V AC) as well as the power distribution bus voltage (eg 230 V AC).

A Figura 3 mostra um exemplo mais detalhado da realização da presente invenção mostrada na Figura 2. Como mostrado esquematicamente 20 neste exemplo, a Caixa de Distribuição de Energia Primária (PPDB) 100 pode ser muito menor na distribuição de energia convencional mostrada na Figura 1, à medida que é exigida apenas para prover uma tensão, ao contrário das múltiplas tensões proporcionadas pela PPDB 13 ilustrada na Figura 1. A PPDB 100 simplificada de uma realização da presente invenção será, 25 consequentemente, significantemente menor, mais leve e menos dispendiosa do que a PPDB 13 convencional, portanto, economiza-se ainda peso e custos.Figure 3 shows a more detailed example of the embodiment of the present invention shown in Figure 2. As shown schematically in this example, the Primary Power Distribution Box (PPDB) 100 may be much smaller than the conventional power distribution shown in Figure 1, as required only to provide a voltage, as opposed to the multiple voltages provided by PPDB 13 illustrated in Figure 1. The simplified PPDB 100 of an embodiment of the present invention will therefore be significantly smaller, lighter and less expensive than Conventional PPDB 13 therefore saves still weight and costs.

Os conversores de tensão localizada 120 ilustrados na Figura 2 podem ser integrados às Caixas de Distribuição de Energia Secundária (SPDB) 5The localized voltage converters 120 shown in Figure 2 can be integrated with Secondary Power Distribution Boxes (SPDB) 5

140 ilustradas na Figura 3. Ao passo que uma SPDB 140 pode ser ligeiramente aumentada no tamanho devido a uma exigência por um conversor de tensão localizada 120, isso é mais do que constituída para a simplificação fornecida por ter apenas que receber uma tensão de distribuição proveniente do 5 barramento de distribuição de energia 110. Portanto, em geral, as SPDBs 140 nas realizações da presente invenção são menores e mais leves do que os exemplos convencionais, que recebem energia proveniente de diversos barramentos cada um em uma tensão diferente.140 illustrated in Figure 3. While an SPDB 140 may be slightly increased in size due to a requirement for a localized voltage converter 120, this is more than just the simplification provided by simply having to receive a distribution voltage from Therefore, in general, the SPDBs 140 in the embodiments of the present invention are smaller and lighter than conventional examples, which receive power from several buses each at a different voltage.

Para o equipamento elétrico que exige a tensão fornecida pelo 10 barramento 110, não será exigido um conversor de tensão localizada naquele ponto e, então, uma SPDB 150 ainda mais simplificado pode ser utilizado, a qual será disposta para receber apenas uma única tensão proveniente do barramento de distribuição de energia 110 e que não exigirá um conversor de tensão localizada. Por exemplo, com o barramento de distribuição de energia 15 110 disposto para fornecer a tensão mais alta disponível para o equipamento na aeronave (neste exemplo, 230 V), tal como para retrair o trem de aterrissagem, a SPDB 150 que provê o retrator do trem de aterrissagem não exigirá nenhuma conversão de tensão localizada.For electrical equipment that requires the voltage supplied by the 10 bus 110, a voltage converter located at that point will not be required and then an even simpler SPDB 150 can be used which will be arranged to receive only a single voltage from the power distribution bus 110 and will not require a localized voltage converter. For example, with the power distribution bus 15 110 arranged to provide the highest voltage available for equipment on the aircraft (in this example, 230 V), such as to retract the landing gear, the SPDB 150 which provides the retractor of the Landing gear will not require any localized voltage conversion.

Consequentemente, fornecendo-se uma pluralidade deConsequently, by providing a plurality of

conversores de tensão localizada 120, de tal forma que o barramento de distribuição de energia 110 possa fornecer menos tensões, tipicamente apenas uma única tensão, isso fornece redução significante no peso do cabeamento elétrico para o barramento de distribuição de energia 110, assim como simplificação e, portanto, reduções no peso, no tamanho e no custo da PPDB 25 100 e da SPDB 140.localized voltage converters 120, such that the power distribution bus 110 can provide fewer voltages, typically just a single voltage, this provides a significant reduction in the weight of the electrical cabling for the power distribution bus 110, as well as simplification and therefore, reductions in weight, size and cost of PPDB 25 100 and SPDB 140.

A Figura 4 ilustra um exemplo de um conversor de tensão localizada 120. Neste exemplo, o conversor de tensão localizada 120 recebe energia elétrica proveniente do barramento 110 na tensão mais alta das cargas providas pelo sistema de distribuição de energia, o qual, neste exemplo, é 230 volts CA. O conversor de tensão localizada 120 fornece uma saída em uma tensão menor, a qual para muitas aeronaves pode ser, por exemplo, 115 volts CA ou 28 volts CC, mas, neste exemplo, é 28 volts CC.Figure 4 illustrates an example of a localized voltage converter 120. In this example, the localized voltage converter 120 receives electrical energy from bus 110 at the highest voltage of the loads provided by the power distribution system, which in this example it's 230 volts AC. Localized voltage converter 120 provides an output at a lower voltage, which for many aircraft may be, for example, 115 volts AC or 28 volts DC, but in this example it is 28 volts DC.

O conversor de tensão localizada 120 deste exemplo inclui umaThe localized voltage converter 120 of this example includes a

disposição do transformador de Fonte de Alimentação de Modo Cambiável (SMPS) 200. A disposição do transformador SMPS deste exemplo é dotada de enrolamentos adequados para ser capaz de acelerar e desacelerar para fornecer a tensão de saída desejada, neste exemplo, 28 volts. Neste exemplo, o conversor de tensão localizada 120 também inclui um capacitorSwitchable Mode Power Supply (SMPS) transformer arrangement 200. The SMPS transformer arrangement of this example is provided with suitable windings to be able to accelerate and decelerate to provide the desired output voltage, in this example, 28 volts. In this example, the localized voltage converter 120 also includes a capacitor

21 O/disposição de diodos 220 para fornecer a conversão CA/CC e um Estágio de Correção do Fator de Potência 230 para reduzir a troca de fase. A disposição SMPS 200 é dotada de uma unidade de fator de potência pelo trilho intermediário de alta tensão 240.21 Diode arrangement 220 to provide AC / DC conversion and a Power Factor Correction Stage 230 to reduce phase shift. The SMPS 200 arrangement is provided with a power factor unit by the high voltage intermediate rail 240.

Conforme explicado acima, o barramento de distribuição deAs explained above, the distribution bus of

energia 110, preferivelmente operada apenas em uma única tensão e que esta única tensão está preferivelmente na tensão mais alta das cargas/equipamento elétrico provido pelo sistema de distribuição de energia, neste exemplo, 230 volts CA. Como o barramento opera apenas na tensão maior, 20 consequentemente, o cabeamento elétrico do barramento 110 pode ser mais fino do que aquele dos barramentos que proveem uma tensão menor que, consequentemente, teriam uma corrente maior. O barramento de distribuição de energia 110 preferivelmente também fornece energia CA. Mediante a operação em uma frequência de comutação relativamente alta, preferivelmente 25 10 kHz ou acima disso, mais preferivelmente mais alta que 50 kHz, um conversor de tensão localizada 120, fisicamente menor, mais leve e eficiente pode ser fornecido. Fornecer um conversor de tensão localizada 120 menor e mais leve possibilita a integração à estrutura da aeronave mais facilmente, sem exigir o fornecimento de suportes dedicados, etc., realizando ainda a redução de peso e a simplificação.110, preferably operated only on a single voltage and that this single voltage is preferably at the highest voltage of the loads / electrical equipment provided by the power distribution system, in this example, 230 volts AC. As the bus operates only at the higher voltage, therefore, the electrical wiring of bus 110 may be thinner than that of the buses providing a lower voltage which would consequently have a higher current. The power distribution bus 110 preferably also provides AC power. By operating at a relatively high switching frequency, preferably 25-10 kHz or above, more preferably higher than 50 kHz, a physically smaller, lighter and more efficient localized voltage converter 120 may be provided. Providing a smaller, lighter 120 voltage converter makes it easier to integrate into the aircraft structure without requiring dedicated brackets, etc., while also reducing weight and simplifying.

Embora as Realizações da presente invenção tenham sido descritas acima com referência aos desenhos em anexo, muitas variações 5 podem ser feitas aos exemplos fornecidos sem que se afaste da presente invenção. Por exemplo, uma aeronave pode ser dotada de somente um, dois ou mais sistemas de distribuição de energia. Além disso, cada sistema de distribuição de energia pode receber energia proveniente de um ou mais motores.While Embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, many variations may be made to the examples provided without departing from the present invention. For example, an aircraft may have only one, two or more power distribution systems. In addition, each power distribution system may receive power from one or more motors.

Claims

1. POWER DISTRIBUTION SYSTEM FOR AN AIRCRAFT, wherein the power distribution system has a power distribution bus and a plurality of localized voltage converters, each powered by the power distribution bus.

Power distribution system according to claim 1, which has only a single power distribution bus.

Power distribution system according to claim 1 or claim 2, wherein the power distribution bus is arranged to operate on one voltage only.

POWER DISTRIBUTION SYSTEM according to any of the preceding claims, including a Primary Power Distribution Box arranged to provide power to the power distribution bus at one voltage only.

Power distribution system according to claim 4, wherein the Primary Power Distribution Bus is arranged to receive electrical power from one or more motors.

ENERGY DISTRIBUTION SYSTEM according to any preceding claim which includes two or more Supplementary Power Distribution Boxes, each of which includes a localized voltage converter, each Supplementary Power Distribution Bus being arranged to receive only a single voltage from the busbar, and to supply power to one or more loads at a different voltage from that supplied by the power bus.

Power distribution system according to any one of the preceding claims, wherein the power distribution system is arranged to provide electrical power for a plurality of loads arranged to be provided at different voltages, the distribution bus being Power is arranged to provide electrical energy at the highest voltage of the loads provided by the power distribution system.

POWER DISTRIBUTION SYSTEM according to any one of the preceding claims, wherein the localized voltage converters are arranged to provide power at another voltage as well as at the power distribution bus voltage.

POWER DISTRIBUTION SYSTEM according to any of the preceding claims, wherein the localized voltage converters are arranged to supply power at two other voltages as well as at the power distribution bus voltage.

POWER DISTRIBUTION SYSTEM according to any of the preceding claims, wherein each of the localized voltage converters includes a power source arranged to provide an adjustable output voltage.

POWER DISTRIBUTION SYSTEM according to any preceding claim, wherein the localized voltage converters are Switchable Power Supply transformer arrangements arranged to operate at a switching frequency of 10 kHz or greater.

Aircraft with an energy distribution system as defined in any one of the preceding claims.

Aircraft according to claim 12, with two or more power distribution systems according to any one of claims 1 to 11, wherein each power distribution system has only one bus.

14. POWER DISTRIBUTION SYSTEM, substantially as described above with reference to the accompanying drawings.

15. AIRCRAFT WITH AN POWER DISTRIBUTION SYSTEM, substantially as described above with reference to the accompanying drawings.