CN101952580A - 用于控制涡轮喷气发动机的多种功能的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于控制涡轮喷气发动机的多个不同功能的控制系统(1)，每个功能与一个启动装置(10、20)相关联，所述系统包括：电动机(30)，其用于向各个启动装置供应机械能量；所述电动机的电子控制单元(60)；以及至少一个切换装置(50)，其置于所述电动机与所述启动装置之间，所述切换装置用于将所述电动机所供应的机械能量选择性地分配给所述启动装置之一。

Description

用于控制涡轮喷气发动机的多种功能的系统

技术领域

本发明涉及对飞机发动机和/或周边的机电设备进行的动力提供和控制。本发明更具体地涉及飞机发动机并且尤其涉及涡轮喷气型燃气轮机发动机。

背景技术

本文使用的术语“飞机发动机和/或周边的机电设备”不仅仅涵盖对发动机的实际操作有用的设备而且还涵盖与发动机短舱相关联的设备。例如，这种设备可以包括用于在发动机操作时或者在发动机停转时启动发动机各种功能的机电装置，例如尤其是用于启动燃气轮机飞机发动机的反推装置的装置或者用于启动维护盖体(打开/关闭盖体)的装置。

上述各种机电启动装置通常包括至少一个启动器、用于驱动启动器的电动机、以及控制电子装置，该控制电子装置用于控制电动机并且规格确定为对启动装置实施具体要求的功能。

此外，当前趋势是借助这种机电启动装置控制越来越多的飞机发动机功能。

因此，需要简化对这种启动装置进行动力提供和控制，以降低制造成本并同时降低设计复杂度，尤其是整体体积、重量和尺寸。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提出了一种控制系统，该系统用于控制涡轮喷气发动机的多个不同功能，每个功能与各自的启动装置相关联，所述系统包括：

电动机，其适于向各个启动装置供应机械能量；

所述电动机的电子控制单元；以及

至少一个切换装置，其置于所述电动机与所述启动装置之间，所述切换装置用于将所述电动机供应的机械能量选择性地分配给启动装置之一。

因此，本发明可以在多个与涡轮喷气发动机的不同时操作的各自不同的功能相关联的多个机电启动装置之间共用控制电子装置和电动机。此处使用的术语“共用”是指对所有机械启动装置使用同一控制电子装置和同一电动机。

在包括反推装置和维护盖体的功能实例中，本发明可以具有共同的控制系统，用于选择性地在制动飞机的同时启动反推装置以及打开维护盖体。

此外，本发明有利地可以利用彼此完全相容的控制电子装置和电动机，控制电子装置和电动机的尺寸定为用于驱动消耗大量能量但在有限的时间内使用的所谓“主要”功能(例如反推装置)，并且还用于启动需要较少能量来启动的一个或多个所谓“辅助”功能(例如维护盖体)。

本发明使得能共用控制电子装置和电动机，从而降低了成本和重量，同时降低了设计体积和复杂度。根据本发明，单个电动机和单个电子控制单元足够用于控制多个功能，从而限制了对电能传递带的需求。

此外，涡轮喷气发动机的主要功能可以设置为具有重复的控制电子装置和电动机，从而使辅助功能得益于这种冗余，尽管辅助功能通常不需如此。

在本发明的具体实施例中，每个切换装置具有用于接受由电动机供应的机械能量的输入部、以及两个输出部，所述切换装置用于将在输入部接收的机械能量切换给输出部中的一个或另一个。

在第一变型实施例中，本发明的控制系统具有单个切换装置，切换装置的每个输出部连接至各自的启动装置。

在该第一变型中，本发明的控制系统能够控制不多于两个功能。

在第二变型实施例中，控制系统包括至少两个切换装置，切换装置之一的输出部之一连接至另一切换装置的输入部。

在该第二变型中，至少可以在三个功能中共用控制电子装置和电动机。

在本发明的具体实施例中，切换装置中的至少一个用于在接收到电指令信号时将在输入部接收的机械能量切换给一个输出部并且在没有接收到电指令信号时切换给另一个输出部。

具体地说，在没有接收到信号时，切换装置可以用于将机械能量切换给与主要功能相关联的启动装置。因此，默认优先对主要功能的进行控制。

在本发明的另一具体实施例中，作为接收到的机械指令的功能，切换装置中的至少一个用于将在输入部接收到的机械能量切换给输出部中的一个或另一个。

有利地，本发明的系统的电子控制单元用于根据受控的功能来调节传递到相同的电动机的电功率。

因此，电动机供应给切换装置所选择的启动装置的机械能量符合与所述启动装置相关联的功能的要求。

本发明的系统还可以包括用于向电动机的电子控制单元通知哪一个启动装置正在被分配能量的装置。

该信息可以尤其用于使电子控制单元基于控制的功能来确定向电动机传递的功率，尤其是在切换装置由机械指令控制时。

该信息还可以构成用于证实机械能量被适当地切换给合适的启动装置的装置，从而增强系统的安全性。

附图说明

在参考示出了的不具有限制特征的实施例的附图所作出的以下说明中，呈现了本发明的其它特征和优点。在附图中：

图1示出了根据本发明的处于环境中的控制系统，该图示出了该控制系统能够控制涡轮喷气发动机的两个功能的第一实施例；

图2A和图2B示出了适用于图1所示控制系统的切换装置的操作实例；以及

图3示出了根据本发明的处于工作中的控制系统，该图示出了该控制系统用于控制涡轮喷气发动机的三个功能的第二实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明第一实施例的控制系统1。在第一实施例中，具体到该实例，要控制涡轮喷气发动机的两个不同功能：反推装置(“主要”功能)；以及涡轮喷气发动机的维护舱口或盖体(“辅助”功能)。

不过，本发明同样可以适用于多于两个的功能(如下文所述的本发明第二实施例)以及其它类型的功能，只要这些功能不属于同时启动的功能类型即可。

各个功能均与可以包括一个或多个启动机构的机电启动装置相关联。因此，反推装置与包括六个启动器FP1、……、FP6的机电启动装置10相关联，这六个启动机构经由挠性传动轴相连(在此处所述的实例中，三个启动机构共用一个反推装置门)。在文献EP 0 843 089中具体描述了这种机电启动的反推装置的实例。类似地，维护盖体与具有单个启动器FS1的机电启动装置20相关联。

控制系统1包括电动机30，该电动机30用于将机械能量传递给用于反推装置的启动装置10和用于维护盖体的启动装置20中的一个或另一个。

因此，由电动机30传递的机械能量通过机械传动轴40传递给置于电动机30与启动装置10和20之间的切换装置50。然后，切换装置50基于要启动的功能将机械能量选择性地分配给启动装置中的一个或另一个。

控制系统1还包括用于电动机30的电子控制单元60。该电子控制单元60适于基于要控制的功能来控制电动机30。

电子控制单元60具体地包括用于产生电能以对电动机30提供动力的电源模块61(也称为电源电子装置)。电子控制单元60还包括控制装置62，控制装置62用于控制由电源模块61产生的能量，以基于要控制的功能调节输送给电动机30的功率。

当设计控制系统1时，有利地，相对于需要最大功率来启动的功能(主要功能)，即本实例中的反推装置，来设定模块61的功率容量的大小。因此，电源模块61还用于输送足够的电功率，以能够启动需要最少功率来启动的功能(辅助功能)，即，本实例中的维护盖体。

因此，模块61的功率容量的大小相对于辅助功能设定为过大。为了避免损坏辅助功能，控制装置62能够基于要控制的功能，通过调节输送给电动机30的电力的电压和电流，来调节输送给电动机的电功率。

基于针对要控制的各种功能而预先确立的电压和电流测量值，可以具体地确定待输送给电动机30的电源电压和电流。电动机30还可以包括传感器(图中未示出)，该传感器向电子控制单元60通知由电动机30实际施加的转矩，以能准确地调节输送给电动机30的电功率。

为了识别要控制哪种功能以及为了施加合适的电压和电流，电子控制单元60可以利用从全权数字发动机控制(FADEC)装置70接收的信息。这种信息是以数字指令形式接收的例如包括涡轮喷气发动机的操作参数并使电子控制单元60能够识别要控制的功能的信息，或者是以在变量形式接收的实际上识别要控制的功能的信息。

因此，根据本发明，使用单个电子控制单元60和单个电动机30来启动两个分别用于反推装置和维护盖体的启动装置10和20。因为这两个功能设计为不同时操作，因此需要切换装置50将电动机30供应的能量选择性地输送给与这些功能相关联的一个或另一个启动装置。

因此，需要考虑切换装置50，该切换装置50具有：输入部E，其适于经由传动轴40接收由电动机30输送的机械能量；以及两个输出部S1和S2，其分别连接至启动装置10和20。

在所描述的实例中，为了将在输入部接收的能量切换给两个输出部中的一个或另一个，切换装置50利用离合型机构。以已知的方式，离合机构将两个部件(例如，两个传动轴)结合在一起以将一个部件的旋转运动传递给另一个部件。因此，这种机构可以或者将输入部E与输出部S1连接，或者将输入部E与输出部S2连接。

在图2A和图2B中示出了实现这种机构的切换装置50的实例。

在这些附图中示出的切换装置50根据是否接收到电指令信号的功能将在输入部E处接收的机械能量切换给输出部S1和S2中的一个或另一个。例如，该指令信号可以来自飞机的FADEC 70或电子控制单元60。

以已知的方式，为了执行这种操作，切换装置50包括：

输入轴51，其连接至输入部E；

第一输出轴52，其连接至输出部S1；

第二输出轴53，其连接至输出部S2；

金属板54，其受限制而与输入轴51一起旋转并且可平移；

复位弹簧55，其在一端连接至输入轴51并且在另一端连接至金属板54；以及

电磁体56，其具有其中可以布置磁芯的螺线管。

以优选的方式，当切换装置50没有接收到电指令信号时，将从电动机30接收的机械能量输送给与主功能(S1)(即本实例中的反推装置)相关联的启动装置10。相反，当切换装置50接收到电指令信号SIG时，将电动机30供应的机械能量输送给与辅助功能(S2)(即本实例中的维护盖体)相关联的启动装置20。以这种方式，默认优先对主要功能进行动力提供以及进行控制。

因此，复位弹簧55具有静态长度，从而，在电磁体56的螺线管不被供电时(即，当切换装置50没有接收到电指令信号时)复位弹簧55将金属板54按压在摩擦盘57上。摩擦盘57受限制而与第一输出轴52(参见图2A)一起旋转。因此，当金属板54设定为受电动机30驱动(经由输入轴51)而旋转时，金属板54因摩擦而借助于摩擦盘57将该旋转运动传递给第一输出轴52。这样，借助于摩擦将由电动机30输送给输入部E的机械能量(仅仅)传递给切换装置50的输出部S1以输送给反推装置的启动装置10。然后，启动装置10将接收的机械能量分配给各个启动器FP1、……、FP6，从而能够启动反推装置。通过本领域的技术人员已知而本文没有详述的方式，借助于挠性传动轴来执行该分配操作。

当根据电指令信号SIG对电磁体56的螺线管供电(参见图2B)时，电磁体56吸引金属板54朝向自身移动。然后，金属板54被按压到摩擦盘58上。摩擦盘58被限制为随第二输出轴53旋转。因此，当金属板54设定为受电动机30驱动(经由输入轴51)而旋转时，因摩擦而借助于摩擦盘58将该旋转运动传递给第二输出轴53。这样，借助于摩擦将由电动机30传递给输入部E的机械能量(仅仅)传递给切换装置50的输出部S2以传递给维护盖体的启动装置20。然后启动装置20将接收到的机械能量经由挠性传递轴传递给启动器FS1，从而使得维护盖体例如打开。

在所描述的实例中，切换装置50利用摩擦离合机构。不过，当然也可以考虑其它离合机构，例如爪状离合机构等。

在另一实施例(在附图中未示出)中，作为机械指令的功能，切换装置50将由电动机30传递并在输入部E处接收的机械能量切换给输出部S1和S2中的一个或另一个。

利用实例的方式，该机械指令可以来自如下的杆：即，在位置A用于使输入轴与第一输出轴一起旋转(从而将输入部E连接至输出部S1)，并且在位置B用于使输入轴与第二输出轴一起旋转(从而将输入部E连接至输出部S2)。

以与电指令信号相似的方式，可以针对杆设想默认位置，从而切换装置按照默认方式起作用以将机械能量传递给反推装置的启动装置。然后，将杆的位置改变(例如，手动地)为另一位置，能够将机械能量分配给维护盖体的启动装置。维护盖体的外壳可以布置成使杆返回至默认位置。

根据有利的特性，例如位于切换装置50上的复位传感器(在图1中未示出)用于向飞机的FADEC 70或电子控制单元60通知哪一个启动装置已经被分配了机械能量(即哪一个功能已启动)。

具体地说，这可以证实切换装置50向合适的启动装置传递了机械能量。

此外，当切换装置50应受到机械指令控制来选择待要接收机械能量的启动装置而该指令没有达到切换装置或者对于切换装置而言是未知的时，该信息使得单元60可以基于与所选择的启动装置相关联的功能来调节传递给电动机30的功率。

如上所述，本发明还用于控制涡轮喷气发动机的多于两个功能。因此，下面参考图3对本发明的第二实施例进行描述，其中，要向涡轮喷气发动机的三种不同功能提供动力，而这些功能不同时操作。在该实例中，这些功能是反推装置(主要功能)和两种维护盖体(辅助功能)，例如发动机盖体和风扇盖体等。

每个功能与各自的启动装置相关联。因此，反推装置与启动装置10相关联，并且两个维护盖体分别与启动装置20a和20b相关联。

本发明的控制系统1’包括与第一实施例相似的电动机30、电子控制单元60和FADEC 70。

控制系统1’还包括置于电动机30与启动装置10、20a和20b之间的第一切换装置50a和第二切换装置50b。切换装置50a和50b与第一实施例中描述的切换装置50相类似。

因此，第一切换装置50a包括输入部，该输入部经由传递轴40与电动机30连接并且还与两个输出部连接，这两个输出部分别连接至启动装置10和第二切换装置50b的输入部。例如作为根据本发明第一实施例描述的电指令信号或机械启动信号的功能，第一切换装置50a由此被调整为将从电动机30所接收的机械能量传递给启动装置10或传递给第二切换装置50b(即，传递给启动装置20a或启动装置20b)。

第二切换装置50b包括输入部，该输入部与第一切换装置50a的输出部之一连接，还包括分别连接至启动装置20a和启动装置20b的两个输出部。例如作为根据本发明第一实施例描述的电指令信号或机械启动信号的功能，第二切换装置50b由此被调整为将从电动机30(经由切换装置50a)所接收的机械能量传递给启动装置20a或传递给启动装置20b。

Claims (9)

1.一种控制系统(1、1’)，其用于控制涡轮喷气发动机的不同时操作的多个不同功能，每个功能与各自的启动装置(10、20、20a、20b)相关联，所述系统包括：

电动机(30)，其用于向各个启动装置供应机械能量；

所述电动机的电子控制单元(60)；以及

至少一个切换装置(50、50a、50b)，其置于所述电动机与所述启动装置之间，所述切换装置用于将所述电动机所供应的机械能量选择性地分配给所述启动装置之一。

2.根据权利要求1所述的系统(1、1’)，其中，

每个切换装置(50)具有用于接收由所述电动机(30)供应的机械能量的输入部(E)、以及两个输出部(S1、S2)，所述切换装置用于将在所述输入部接收到的机械能量切换给所述输出部中的一个或另一个。

3.根据权利要求2所述的系统(1、1’)，包括：

单个切换装置(50)，所述切换装置的每个输出部(S1、S2)连接至各自的启动装置(10、20)。

4.根据权利要求2所述的系统(1、1’)，包括：

至少两个切换装置(50a、50b)，所述切换装置之一(50a)的输出部之一连接至另一切换装置(50b)的输入部。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统(1、1’)，其中，

所述切换装置(50、50a、50b)中的至少一个在接收到电指令信号时用于将在所述输入部(E)接收到的机械能量切换给所述输出部之一(S2)并且在没有接收到电指令信号时切换给另一输出部(S1)。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统(1、1’)，其中，

作为接收到机械指令的功能，所述切换装置(50、50a、50b)中至少一者用于将在所述输入部(E)接收到的机械能量切换给所述输出部(S1、S2)中的一个或另一个。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统(1、1’)，其中，

所述电子控制单元(60)用于基于要控制的功能以调节传递给所述电动机(30)的电功率。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统(1、1’)，包括：

用于向所述电动机的电子控制单元(60)通知哪一个启动装置正在被分配能量的装置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，被所述系统控制的功能至少包括：

反推装置；以及

维护盖体。

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