CN103388531A - 一种通过辅助动力装置的辅助动力供应方法及相应的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了辅助动力供应结构，包括APU装置（2，23至27）和燃料（4）供应基本回路（3），包括共同燃料（4）储存油箱（31），用于通过喷射器（22）将这种燃料喷射入APU装置（2）的燃烧室（21）的初级循环导管（32）和次级导管（33，34）。结构（1）还包括用于供给APU装置（2）的另一个独立燃料供给回路（5），包括紧急油箱（51），用于紧急燃料（6）循环的特定初级导管（52）和用于通过合适的喷射器（28）将紧急燃料（6）喷射入燃烧室（21）的次级导管（53，54）。目的在于在航空器中去除紧急涡轮机或RAT的使用，也提出将辅助APU装置专用于供应紧急动力。通过设置特定燃料供应，APU装置免受发动机常见故障的主要原因，即被燃料污染的影响。

Description

一种通过辅助动力装置的辅助动力供应方法及相应的结构

技术领域

本发明涉及一种通过简称APU（“辅助动力装置”）的辅助动力装置的用于航空器的辅助动力供应方法，以及其辅助供应动力结构。

本发明适用于航空器发动机，即，不仅适用于飞机发动机（涡轮喷气发动机，涡轮螺旋桨发动机），而且适用于直升飞机涡轮发动机以及非推进动力发电机。

航空器配备有专用于推进，以及在巡航速度下专用于非推进动力产生的主发动机（空调，舱室空气增压，电流等）。APU装置是小型涡轮发电机或辅助发动机，当主发动机不能再供应非推进动力时，它在地面或在飞行中供应非推进动力：例如，在当飞行条件变得困难或在特定任务中需要慎重处理的阶段（搜索，不利的环境等等）的情况下，或者在集成到主发动机内的一个或多个发电机缺少的情况下。

在极端紧急的情况下，航空器还配备有用于特定系统的另一辅助紧急动力源：其为小型风力涡轮机或小型涡轮机（所谓的RAT或“冲压空气涡轮机”），其在外部延伸以通过与液压泵或交流发电机耦合而供应动力。RAT对航空器的重要系统（飞行控制，相关液压回路和关键飞行仪器）产生必要的动力。

背景技术

通常，航空器的主发动机是可操作的，并且在飞行中不使用APU以及RAT，因此代表负载。此外，RAT必须满足强大的维护限制。

为了从至少部分地APU装置的存在获益，已经提出在刚飞行时使用这种设备作为非推进动力源的解决方案。本申请人已经按照这种方式提交了专利申请，例如公开号为FR2964086的申请。

RAT的使用在紧急动力源方面允许满足规则需求。然而，这种设备不用在标准飞行条件下或在地面上。

已知设备的主要弊端在于这种设备的不必要的飞行负载以及强大的维护约束，尤其对于RAT来说。

发明内容

本发明目的在于通过去除RAT而弥补这些缺点，也提出将APU装置，而不是RAT，专用于紧急动力供应。因此，APU装置可充分保证其紧急设备功能，可以设想，通过设置特定燃料供应，这种APU装置被保护而免受发动机常见故障的主要原因，即被燃料污染的影响。

更准确地说，本发明的目的在于通过辅助APU型的动力供应装置，提供一种用于配备有主发动机和动力消耗装置的航空器的辅助动力供应方法，其中APU装置用于初级模式以将非推进动力从航空器的发动机以及APU装置共用的燃料源供给到飞行器的消耗装置，接着是这种共同燃料直到APU装置的基本循环。在这种方法中，APU装置还用于紧急模式，以把紧急动力带给航空器的重要系统。根据从基本循环分离的至少一部分与特定源连接的独立循环，APU装置然后被从特定源供给紧急燃料。

优选地，紧急燃料具有不同于共同燃料的性质。此外，对于在紧急模式下的动力供应，紧急燃料可被喷射，用于其在APU装置内的燃烧，这与在初级模式下的共同燃料喷射相分离。

更特别地，用于初级模式的共同燃料为煤油，用于紧急模式的紧急燃料可以为氢。氢或者以固态、液态或气态直接储存在特定源内，或者通过适当精炼储存在这种特定源内的煤油而产生。

有利地，在特别稳定的固体形式下实施氢储存并允许在液体或气体形式下通过烟火点火的准瞬时状态变化。

一旦检测到故障，紧急模式被集中命令触发，该集中命令释放紧急燃料，排出燃料循环，调整特定燃料流速，并且在这种情况下，将独立循环切换到基本循环并致使APU点火。

本发明还涉及一种能够实施上述方法的用于航空器的辅助动力供应结构。这种结构包括APU装置和燃料供给基本回路，包括用于整个航空器推进的共同燃料储存箱，该航空器推进包括APU装置，用于共同燃料的初级循环导管和用于通过适当的喷射器将这种燃料喷射入APU装置的燃烧室的次级导管。所述结构还包括用于APU装置的另一个燃料供给回路。这种独立回路包括紧急油箱，用于紧急燃料循环的特定初级导管和用于通过合适的喷射器将紧急燃料喷射入APU装置的燃烧室的次级导管。

根据优选的实施例：

-紧急燃料为氢，特定初级回路可包括用于将储存在油箱的煤油经由重整器转换成氢气的精炼装置；

-用于基本回路和独立回路的燃料喷射次级导管或者不同于专用于共同燃料的喷射器以及专用于紧急燃料的其他喷射器，或者组合在一起，这样初级和次级导管分别被安装在开关阀的上游和下游，次级导管使共同燃料或紧急燃料循环直到共用这种燃料的喷射器；

-紧急油箱，包括一个用于固态氢的储存部分和一个用于液态氢的缓冲储存部分，与烟火发生器以及安装在氢气输出的初级导管上的控制阀相关联；

-该结构还包括引导氢气流速控制阀的电子命令紧急装置，基于关于在APU水平的阀门开度和压力的信息的烟火发生器以及APU装置；以及

-提供由电子命令紧急装置引导的强大压力排出系统用于排出回路残留物。

附图说明

在以下非限制性的描述中，相对于参考附图的特定实施例，本发明的其他方面，特征和优点将显而易见：

-图1示出了根据本发明的示例性结构的图解，包括用于被储存在油箱内的紧急燃料的独立氢供应回路；

-图2示出了根据本发明的另一示例性结构的图解，包括通过精炼煤油而提供的独立氢供应回路，该独立的和基本回路被组合在一起以经由开关阀喷射燃料，以及

-图3示出了根据本发明的另一示例性结构的图解，包括用于作为紧急燃料被储存在油箱内的固体氢的独立氢供应回路，以及用于该独立回路命令和控制装置。

具体实施方式

在本说明书中，术语“上游”和“下游”与依赖于燃料循环方向的位置相关。不同附图上的相同注释涉及在本说明书的相应段落中所定义的相同部件。

参照图1的图解，用于为航空器提供辅助动力的示例性结构1包括APU装置2和用于在APU装置2中供应燃料4的基本回路3。该回路包括燃料储存箱31，即实施例中的煤油，用于共同供应给航空器（未示出）的发动机和APU装置2。它还包括用于共同燃料循环的初级导管32，和用于将这种燃料4喷射入到APU装置2的燃烧室21的次级导管33，34。这种喷射是由喷射器22实施的。

APU装置2包括存在于驱动涡轮机23内的气体发生器，通过传动轴25用于空气压缩机24和气体喷嘴26。配件箱27安装在传动轴25上，然后经由合适的泵和交流发电机（未示出）将机械动力传递给动力消耗装置（客舱空调、增压、电网，液压回路，飞行控制系统等）。

在初级模式中，不仅在地面，而且在任一或所有飞行阶段的飞行中，非推进动力通过来自于共同油箱31的燃料供应提供给航空器的消耗装置，在地面，这是APU的主要功能，该非推进动力代替发动机或作为其附加动力。

结构1还包括用于APU装置2的独立供给回路5，这种回路与该实施例中的基本回路3完全地分离。这种独立回路5包括用于储存紧急燃料6的紧急油箱51，该实施例中紧急燃料是氢，用于紧急燃料循环的特定初级导管52，以及用于将紧急燃料6喷射入APU装置2的燃烧室21的次级导管53和54。

导管52到54形成用于氢校准的特定斜坡。用于紧急燃料6经由次级导管53和54的喷射器28也是特定，即专用于紧急燃料6。但是，当紧急燃料6具有与共同燃料4，例如煤油，相同的性质时，它们的结构可以相同。专用的点火系统可与特定斜坡相关联。然而，尽可能地，特许使用主点火系统。

氢可在固态、液态和气态下储存。有利地，在固态下的储存呈现了很大的稳定性以及准瞬时实施速度，例如采用烟火发生器（参见图3的示例性结构）。此外，这种发生器简化了维护操作并使然后能够赢得时间。

在紧急模式下，独立回路5被要求提供既不被污染也不受共同燃料4污染的特定燃料6给与附件箱27结合的重要系统（控制系统、仪器仪表等）。

图2的图解示出了根据本发明的另一示例性结构。在这种结构10中，相同的基本回路3与其共同油箱31，其初级导管32和次级导管33，34及其喷射器22集成在一起。

独立回路50包括紧急油箱51’和用于紧急燃料循环的特定初级导管52’。油箱51’和导管52’具有与前面实施例的油箱51和导管52相同的功能。油箱51’储存煤油6’并且用于通过催化重整器将煤油精炼为氢的装置55被集成到初级回路52’内。例如，在专利文件WO2009/040112中描述了这种催化重整。

在当前的实施例中，两个基本回路3和独立回路50被部分地分离：事实上，这种回路使它们的次级导管交互作用，例如，通过将这种导管在下游安装在开关阀7上来接管基本回路的导管33和34（或独立回路的次级导管）。这种阀使得能够在共同燃料，煤油的供应和紧急燃料，例如氢，之间切换。根据传递到阀7的位置命令，然后次级导管将来自于基本回路3的煤油或来自于独立回路50的氢喷射入燃烧室21。

这种命令取决于用于确定操作模式：初级模式或紧急模式的故障或紧急情况检测。将进一步描述根据检测的示例性模式命令。

为了给次级导管供给煤油或氢，根据操作模式，基本回路3和独立回路50的初级导管32和52’在开关阀7的上游结合。

此外，排出系统8被有利地添加以用于回路的良好操作。这种排出系统可以是高压空气或高压化学溶液。

图3的图解示出了根据本发明的第三示例性结构。这种结构100包括用于作为紧急燃料的固体氢供应的独立回路15，参考图2所述的以前类型，具有与基本回路3一样的初级导管52’和次级导管，如之前参考图2所描述的。

氢被储存在紧急油箱150内，其包括固态氢的一个储存部分15a和气态氢的一个缓冲储存部分15b。这种缓冲区的存在保证了增压水平。烟火气体发生器15c，其包括用于点燃推进剂块的药筒15d，与油箱150耦合。在油箱150的输出上，控制阀9被安装在初级导管52’上。

如图2的结构，基本回路3和独立回路150各自的初级导管32和52’被安装在开关阀7的上游。例如，这种阀为快速动力学机电阀或者为机电或烟火触发闸刀阀。同样地，交互作用的次级导管33和34被安装在阀7的下游以供给喷射器22。独立回路150因此仅与基本回路3在其主要部分分离，其对保护紧急燃料不受污染是必要的。

结构100还包括引导氢流速控制阀9的紧急电子命令装置16，简称ECU（电子控制装置），烟火发生器15c以及APU装置2的可能点火。这种引导在传感器11所提供的阀9的开度信息和在APU装置2的压缩机24水平的压力信息的基础上实施。命令装置16也与引导中心，所谓的航空器系统进行通信。紧急ECU可以是相对于航空器的主ECU装置是冗余的装置，或专用于紧急功能具有特定供应设备的主ECU的特定卡。

如前面的实施例，强大压力排出系统8被紧急ECU装置16引导以排出具有充满回路的良好机会的残留物。例如，这种系统基于具有在300bar下压缩的空气的瓶子或在700bar的惰性气体发生器所产生的高压增压系统。其触发可由与固体氢产生设备相同的设备来实施。

在检测到故障后，例如电供应故障，航空器系统17传输紧急模式的切换命令到紧急ECU16。根据用于触发RAT的目前程序实施切换到紧急模式。电子控制装置（ECU）16然后触发产生氢的烟火药筒15d的点火和排出系统8，传递切换命令到阀7，引导氢调控制阀9以调节氢流速，以及旋转操作和APU2的点火。在紧急模式下APU2的引导是通过ECU16实施的。

本发明不限于所描述和所示出的实施例。

例如，可能将上述的任何紧急燃料源与如上解释的在APU装置的燃烧室内的任何燃料喷射结构相结合。

此外，喷射装置可与用于命令燃料和紧急燃料的这两种不同燃料的混合装置结合。开关阀或控制阀可被任何等效的流速选择或调整装置所替代。

Claims (12)

1.一种通过设置有燃烧室（21）的辅助APU型动力供应装置（2），用于配备有主发动机和动力消耗装置的航空器的辅助动力供应方法，其中，APU装置（2）用于初级模式以将非推进动力从航空器的发动机以及APU装置（2）共用的燃料（4）的源（31）供给到航空器的消耗装置，接着是这种共同燃料（4）直到APU装置的燃烧室（21）的基本循环（3），其特征在于，APU装置（2）还用于紧急模式以给航空器的重要系统带来紧急动力，根据从基本循环（3）分离的至少一部分与特定源（52，52’）连接的独立循环，APU装置（2）的燃烧室（21）然后被供给有来自特定源（51，51’）的紧急燃料（6，6’）。

2.根据权利要求1所述的供应方法，其中，对于在紧急模式下的动力供应，紧急燃料可被喷射，用于其在APU装置（2）内的燃烧，这与在初级模式下的共同燃料（4）喷射（22）相分离。

3.根据权利要求1所述的供应方法，其中，共同燃料（4）为煤油，紧急燃料（6）为以固态、液态或气态直接储存在特定源（51）内的氢。

4.根据权利要求3所述的供应方法，其中，氢通过适当精炼被储存在特定源（51，51’）内的煤油（6’）而被产生。

5.根据权利要求1所述的供应方法，其中，在检测到故障时，紧急模式被集中命令（16）触发，该集中命令（16）释放（15c）紧急燃料（6），排出（8）燃料循环，控制特定燃料流速，并且在这种情况下，将独立循环（50，15）切换（7）到基本循环（3）并致使APU（2）点火。

6.一种实施根据权利要求1所述方法的动力供应结构，包括APU装置（2）和燃料（4）供给基本回路（3），包括用于航空器推进组件的共同燃料（4）储存箱（31），该航空器推进组件包括APU装置（2），用于共同燃料（4）的初级循环导管（32）和用于通过适当的喷射器（22）将这种燃料（4）喷射入APU装置（2）的燃烧室（21）的次级导管（33，34），这种结构（1，10，100）的特征在于，其还包括用于为APU装置（2）供给燃料（6，6’）的另一个燃料供给回路（5，50，15），这种独立回路（5，50，15）包括紧急油箱（51，51’，150），用于紧急燃料（6，6’）循环的特定初级导管（52，52’）和用于通过合适的喷射器（28）将紧急燃料（6，6’）喷射入APU装置（2）的燃烧室（21）的次级导管（53，54）。

7.根据权利要求6所述的动力供应结构，其中，紧急燃料为氢，特定初级回路（52’）包括用于将储存在油箱（51’）的煤油（6’）经由重整器转换成氢气的精炼装置（55）。

8.根据权利要求6所述的动力供应结构，其中，用于基本回路（3）和独立回路（5）的燃料（4；6，6’）喷射次级导管（33，34；53，54）不同于专用于共同燃料的喷射器（22）以及专用于紧急燃料（6，6’）的其他喷射器（28）。

9.根据权利要求6所述的动力供应结构，其中，用于基本回路（3）和独立回路（50，15）的燃料（4，6）喷射次级导管（33，34；53，54）被组合在一起，这样初级（32，32’）和次级（33，34）导管分别被安装在开关阀（7）的上游和下游，次级导管（33，34）使共同燃料（4）或紧急燃料（6）循环直到共用这种燃料的喷射器（22）。

10.根据权利要求8所述的动力供应结构，其中，紧急油箱（150），包括一个用于固态氢的储存部分（15a）和一个用于液态氢（15b）的缓冲储存部分，与烟火发生器（15c）以及安装在氢气输出的初级导管（52’）上的控制阀（9）相关联。

11.根据权利要求6所述的动力供应结构，其中，该结构还包括引导氢气流速控制阀（9）的紧急电子命令装置（16），基于关于在APU（2）水平的阀门开度和压力的信息的烟火发生器（15c）以及APU装置（2）。

12.根据权利要求6所述的动力供应结构，其中，由紧急电子命令装置（16）引导的强大压力排出系统被提供用于排出回路残留物。

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