CN102177068B

CN102177068B - 飞行器的备用动力装置（apu）

Info

Publication number: CN102177068B
Application number: CN2009801400189A
Authority: CN
Inventors: H.卡萨多阿巴奎罗; C.卡萨多蒙特罗
Original assignee: Airbus Operations SL
Current assignee: Airbus Operations SL
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-10-23
Also published as: EP2347956A4; WO2010046520A3; WO2010046520A2; ES2363897B1; PL2347956T3; ES2540539T3; EP2347956B1; CN102177068A; EP2347956A2; US8118253B1; ES2363897A1

Abstract

一种飞行器的备用动力装置（APU）包括被供以燃料（2）的动力模块（1）、变速箱（5）、发电机（6）以及从压缩机（4）、液压泵和它们的组合中选出的元件，以提供运作模式从而产生从电力（8）、气动（7）、液压和这三者的组合中选择的动力；它提供的创新点是包括内置在所述发电机（6）中的电动马达（9）并且所述发电机和所述电动马达经由所述变速箱（5a）和主离合器（10）连接到所述动力模块（1）。而且，所述压缩机（4）和/或液压泵也经由所述变速箱（5a）和所述主离合器（10）连接到所述动力模块（1）。这个结构能够扩展APU的运行模式，提高其性能并且减少不良环境影响。

Description

飞行器的备用动力装置(APU)

技术领域

传统地包括在飞行器中的为它们提供自主的这种类型的备用动力装置（APU）对环境造成特有的不良影响，例如机场中的污染物，既有声音的也有气体排放方面的。此外，飞行器在地面上的工作可能需要三种类型的外部动力：电力、高或低压的气动动力和液压动力。

本发明的目的是提供多样性用途，能够降低不良环境影响同时通过减少外部动力源的数量和类型而有利于飞行器在地面上的工作。

为此，本发明根据对备用动力装置的需求提供不同的运作模式，并且在下文进一步描述。

背景技术

当代飞行器，主要是大型的那些，通常装有备用动力装置（APU），该备用动力装置包括被供以燃料的动力模块（马达）、气动压缩机和/或液压泵、变速箱和一个或多个发电机，以便提供电力、气动或液压动力或它们的组合。APU的主要用途是为飞行器在地面上时设计的，由于主马达关闭，因而该飞行器不能被供以飞行器的期望用途所必需的电力、气动或液压外部动力。

在这些动力源中，现今在机场最容易获得的一个是电力。另一方面，最难以获得的一个是高压气动动力。当飞行器在地面上并且环境条件处于其最极端的时候，由于结合或没结合高湿度的非常低或高的温度，为了乘客、机务人员和操作人员的舒适性，就变得更需要调节机舱的状态（这个机舱是理解成在飞行中必须保持加压的区域），就有随之发生的对动力需求的增大，由于上述缺点，APU的使用变得惯常并且更关键。

上述传统配置呈现的缺点是它的运行产生噪声，同时因为它消耗燃料、向环境中排出污染气体，所有这些产生声音污染和空气污染。

这个运作模式允许飞行器的完全自主但是意味着航线的不能不考虑的运营成本。此外，很可能在将来国家的、国际的或机场的规范将存在对APU的使用的更大限制或惩罚，这是由于声音和/或环境的原因。

发明内容

为了解决上述缺点，本发明提出一种新结构的备用动力装置（APU），该备用动力装置就像传统的那些一样包括被供以燃料的动力模块（马达）、气动压缩机和/或液压泵、变速箱和发电机以便允许运行模式从而产生要提供的电力、气动或液压动力或同时使用它们三者的任何组合；但是新颖之处是还包括电动马达，为此，发电机还可以用作电动马达（多亏了电机可以显示出的可逆性），使得发电机/电动马达经由变速箱且经由主离合器连接到动力模块。同样地，把压缩机和/或液压泵经由变速箱且经由主离合器连接到动力模块，这提供了一种结构以允许获得不同的运行模式来产生电力以及从气动、液压及它们的组合中选择的动力，采取的方式类似于传统中所采取的那样，但是还允许用于仅产生气动和/或液压动力的运行模式，而没有启动动力模块（马达）并且借助被供以外部电力的电动马达，这不同于现有技术，在现有技术中，需要执行所述启动以便供应气动和/或液压动力。对于传统的自主运行模式，也就是说没有供应外部电力、气动或液压动力的任何需要，主离合器保持接合，但是对于单独产生气动和/或液压动力而没有启动动力模块的运行模式的情况，主离合器保持分离，经由外部动力源且依靠电动马达对泵和/或压缩机供能。

在本发明的一个实施例中，压缩机和/或液压泵经由变速箱的副离合器且经由主离合器连接到动力模块，使得提供一种允许建立更多数量的运行模式的结构以产生电力、气动或液压动力或同时使用它们的任何组合，采取的方式类似于传统中所采取的那样，但是，根据所述模式，这个结构还允许利用飞行器外部或内部的电力源实现的动力模块的启动模式。

对于传统的运行模式，也就是说没有供应外部电力、气动或液压动力的任何需要，主离合器和副离合器都在动力模块运行时保持连接。如果仅仅希望产生电力，主离合器就保持接合且副离合器分离；通过这种方式，不会有由气动压缩机和/或液压泵拖曳动力模块所引起的动力的损失。

对于用外部电力供应产生气动和/或液压动力的运行模式，APU能够产生气动和/或液压动力，保持主离合器分离且副离合器接合，同时关掉动力模块，电动马达经由变速箱使气动压缩机和/或液压泵转动。

对于启动动力模块的运行模式，能够由内部动力源例如电池或飞行器的其它设备或通过外部电源为电动马达供能。在这种情况下，主离合器是接合的且副离合器可以是接合的或分离的，但是由于考虑改善的可靠性和必要的动力，在启动期间，副离合器通常会是分离的。

为了获得上述全部功能，本发明提出给动力装置并入控制模块，其包括建立运行模式的装置，该运行模式选自同时产生气动、电力和液压动力的模式；同时产生气动动力和电力的运行模式；同时产生液压动力和电力的模式；单独产生电力的模式，其中发电机借助动力模块工作；用飞行器外部的动力源单独产生气动或液压动力的模式，压缩机或液压泵由电动马达转动；和借助电动马达的动力模块的启动模式，其中气动压缩机和/或液压泵通常保持分离。

本发明提出包含控制模块的可能性，控制模块独立于离合器和动力模块以便体现上述功能。

一种可能的配置将包括变速箱，该变速箱的同轴的轴合并到同心的轴，同心的轴包括从电动马达、发电机、主离合器、副离合器、气动压缩机、液压泵和它们的组合之间选出的元件。因此，这些同轴的轴可以与非同轴的轴组合，也就是说，上述元件中的一些可以安装在同轴的轴上而其他的安装在非同轴的轴上。

所述运行模式首先是设计用于当飞行器在地面上且主马达被关掉时，尽管还可以在飞行中激活这些运行模式，尤其是需要在不产生气动能量的情况下产生电能的运行模式。

因为电动马达和发电机是同一实体部件，所以它构成产生电力的能源或作为电力的消耗者。

而且，有人指出是以更复杂的变速箱为代价获得所述优势，对重量和可靠性有重大影响，这在包含两个而不是一个离合器的情况中更明显。

下面，为了易于对说明书的更好理解，附上了形成说明书不可分割的部分的一系列附图，在这些附图中，通过举例和非限制性的方式描绘了本发明的目的。

附图说明

图1-示出传统的APU的结构的示意图。

图2-示出本发明的APU的实施例的可行例子的示意图，其包括主离合器和副离合器，并且提供了同时产生电力和气动动力的运行模式。

图3-示出与上图相当的示意图，但是示出的情况是本发明的APU通过使用外部电力仅产生气动动力。

图4-示出与图2和3所描绘的APU类似的本发明的APU的示意图，但是是关于通过使用动力模块仅产生电力。

图5-示出与图2至4所描绘的APU类似的本发明的APU的示意图，但是是关于动力模块的启动运行模式。

具体实施方式

下面给出的是根据上面评述的附图的对本发明的详细说明。

首先并且借助于图1，简要说明传统APU的配置构成，其包括被供以燃料2的动力模块1，该动力模块有烟排出3和空气进气13，该动力模块还用于压缩机4以提供气动动力7。它还包括用于产生电力8的发电机6。在这个结构中，必须包含变速箱5以便调整在动力模块1与发电机6之间所需的不同转速以用于产生电力和/或气动动力。而且，还传统地设置APU能够产生液压动力、气动动力或电力或它们的任何组合，为此，代替压缩机6或与之并联地，包含液压泵，没有绘出这个液压泵以便不使附图变得复杂并且助于本发明的解释。

如上所述，这类结构呈现的缺点是在从构成动力模块的马达的运行开始产生不同动力时，会产生声音和气体污染。

为了解决这些缺点，本发明提供一种新结构的APU，该APU同样并有被供以燃料2的动力模块1，该动力模块有烟排出3和空气进气13，但是带有特殊特征，即所述模块1通过主离合器10和副离合器11连到压缩机4，这些离合器在本实施例例子中包含在变速箱5a中，但是它们也可以只是在变速箱的外面。

此外，主离合器10构成动力模块1连接到发电机6和电动马达9的连接设备，发电机和电动马达这两者带有共用的轴并且集成到单个实体元件中，并且这两者经由变速箱5a的齿轮连接以便允许产生能量（发电机）和消耗能量（电动马达），采取的方式是按照其它应用中所知道的传统地执行消耗动力和产生动力。

根据所述结构，很容易理解到，通过控制模块（未绘出），允许作用在所描述的不同的元件上以便获得不同的运行模式。

所以，所述结构还允许同时执行电力8和气动动力7的产生，为此，主离合器10和副离合器11都接合从而使得动力模块1经由变速箱5a将其转动传递给发电机6和压缩机4，如图2中所绘出的。

而且，通过控制模块，可以在单独产生气动动力的运行模式和另一情况中进行选择，如图3所示，在单独产生气动动力的运行模式中，主离合器10是分离的且副离合器11是接合的，在所述另一情况中通过机场可获得的电力12供应电动马达9，在机场，电力比气动动力（尤其是高压的）更容易获得，因此在这种情况下，使用被电动马达9经由变速箱5a电力驱动的压缩机4产生气动动力7。

短划线表示APU的不同元件的致动流程。

而且，控制模块允许建立用于单独产生电力的运行模式，如图4所示，为此，主离合器10是接合的且副离合器11是分离的，使得动力装置1仅仅驱动发电机6来提供电力8。这个配置具有的优势是，压缩机4在这个运行模式中不工作，由此消除了用于转动压缩机的寄生动力并且减小了传统APU所需要的必需动力。

控制模块还允许选择运行模式以便借助电动马达9执行动力模块1的启动，从机场设置的地面设备向电动马达9供应电力12。在这种情况下，主离合器10是接合的且副离合器11是分离的，使得电动马达9经由变速箱5a的齿轮和主离合器10引起动力模块1的角位移和启动。

这个配置提供了多种用途从而简化和优化APU的通常操作顺序。所以，为了启动APU，当副离合器11是分离的且压缩机4被隔离时，抑制了在动力模块1的启动期间来自气动压缩机4的寄生阻力的作用，减少了用于实现启动的能量消耗并且提高了启动的可靠性。还提供的可能性是，为了启动动力装置1，电动马达9能够以内部动力源例如电池或类似的（未绘出）供能，并且另一可能性是副离合器11能被接合，尽管出于所述原因，所述副离合器11明显更优选为分离的。

显然，发电机6和电动马达9装有通常包含在变速箱5a内的适当的润滑油冷却设备。

Claims

1.一种飞行器的备用动力装置（APU），其包括被供以燃料（2）的动力模块（1）、变速箱（5）、发电机（6）以及从压缩机（4）、液压泵和这两者的组合中选出的元件，以便提供运行模式用于产生从电力（8）、气动（7）、液压和这三者的组合中选择的动力；其中，所述备用动力装置还包括集成到所述发电机（6）中的电动马达（9）并且所述发电机和所述电动马达经由所述变速箱（5a）和主离合器（10）连接到所述动力模块（1）；使得所述从所述压缩机（4）、液压泵和这两者的组合中选择的元件也经由所述变速箱（5a）和所述主离合器（10）连接到所述动力模块（1）。

2.如权利要求1所述的飞行器的备用动力装置（APU），其中，所述从所述压缩机（4）、液压泵和这两者的组合中选择的元件经由变速箱（5a）的副离合器（11）且经由所述主离合器（10）连接到所述动力模块（1）。

3.如权利要求1或2所述的飞行器的备用动力装置（APU），其中，所述备用动力装置包括所述备用动力装置的控制模块，该控制模块装有建立运行模式的装置，所述运行模式选自同时产生气动动力、电力和液压动力的模式；同时产生气动动力（7）和电力（8）的运行模式；同时产生液压动力和电力（8）的模式；单独产生气动动力（7）的模式，其中所述压缩机（4）借助所述电动马达（9）工作；单独产生电力（8）的模式，其中发电机（6）借助所述动力模块（1）工作；用飞行器外部的动力源单独产生从气动和液压中选出的动力的模式，其中所述压缩机（4）或所述液压泵由所述电动马达（9）转动；和依靠电动马达（9）的动力模块的启动模式，其中所述从所述压缩机（4）、所述液压泵和这两者的组合中选出的元件保持分离。

4.如权利要求1或2所述的飞行器的备用动力装置（APU），其中，所述变速箱包括同轴的轴，所述同轴的轴合并到同心的轴中，所述同心的轴包括从电动马达（9）、发电机（6）、主离合器（10）、副离合器（11）、气动压缩机（4）、液压泵和它们的组合之间选出的元件。

5.如权利要求1所述的飞行器的备用动力装置（APU），其中，所述变速箱包括非同轴的轴，所述非同轴的轴合并到分离的轴中，所述分离的轴包括从电动马达（9）、发电机（6）、主离合器（10）、副离合器（11）、气动压缩机（4）、液压泵和它们的组合之间选出的元件。

6.如权利要求4所述的飞行器的备用动力装置（APU），其中，所述变速箱包括非同轴的轴，所述非同轴的轴合并到分离的轴中，所述分离的轴包括从电动马达（9）、发电机（6）、主离合器（10）、副离合器（11）、气动压缩机（4）、液压泵和它们的组合之间选出的元件。