CN104471213A - 用于为飞行器发动机的计算机通风和供电的装置 - Google Patents

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Abstract

用于为飞行器发动机计算机(112)通风和供电的装置(110)，包括风机(124)，该风机被连接到驱动设备(126)以及能够产生用于使计算机通风的气流(130)，以及用于输送接近计算机空气的设备(122)，其特征在于：风机被安装在空气输送设备内，以及其中驱动设备包括电动机械(126)，该电动机械能够作为电机运转以驱动风机以及作为发电机以为计算机供电，作为发电机运转的该机械的转子由风机驱动，该风机本身由穿过或离开空气输送设备的气流驱动。

Description

用于为飞行器发动机的计算机通风和供电的装置
本发明涉及一种为飞行器发动机，特别地飞行器涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的计算机通风和供电的装置。
这种类型的计算机，在航空学领域中通常称为电子控制单元(ECU)，具有根据各种参数调节发动机的功率和旋转速度的功能。
计算机通过连接/断开设备连接到飞行器的供电设备以及永磁交流发电机(PMA)，该永磁交流发电机(PMA)被安装在发动机的附件变速箱(AGB)中。当飞行器在地面上时，计算机由飞行器的供电设备电力供电，以及在飞行器处于飞行时，计算机由PMA供电。然而，PMA构成笨重的并在AGB内占据相对大量空间的设备。
计算机由被带到计算机附近的或带入到包含计算机的外壳中的通风空气冷却。在现有技术中，发动机包括用于收集在发动机外侧流动的一部分气流的凹部，被收集的空气由管道被引导到计算机内。然而，空气被吸取的流速特别得取决于凹部的尺寸，以及凹部的尺寸过大导致阻力的相应增加以及从而发动机的特定燃油消耗的增加。此外，这些通风设备仅在飞行器处于飞行时是有效的。当飞行器静止在地面上时，没有气流由凹部收集以及计算机不被冷却，尽管在维护的某些阶段中以及当发动机停止但继续通过辐射散发热量时(通过所谓的“回放”现象)，它也需要保持运转。
已经提出了通过具有风机的通风机冷却计算机，特别地当飞行器静止在地面上时。通风机的转子由电机驱动，该电机由计算机供电和控制。然而，当飞行器处于飞行时，计算机仍由笨重的PMA供电。
本发明的特定目的是提供一种对现有技术问题的简单、有效和便宜的解决方案。
为此，本发明提供了一种用于为飞行器发动机的计算机通风和供电的装置，该装置包括用于进给空气到计算机附近的设备以及被连接到驱动设备并适用于产生为计算机通风的气流的风机，该装置的特征在于：风机被安装在进气设备中或安装在所述设备的出口，以及其中该驱动设备包括电动机械，该电动机械适用于当飞行器在地面上时作为电机运转以驱动风机，从而产生用于为计算机通风的气流，以及当飞行器处于飞行时作为发电机为计算机供电，电动机械的转子作为由风机驱动的发电机运转，当飞行器处于飞行时，该风机本身由从发动机外侧吸取的以及沿进气设备流动或离开的气流驱动。
在本发明的装置中，风机在飞行器处于飞行时被配置成作为涡轮机运转，以及在飞行器在地面上时被配置作为压气机运转。当风机作为涡轮机运转时，它由在该设备内流动的气流驱动用于进给空气到计算机内，以及接着它驱动电动机械的转子，其然后作为发电机运转以为计算机供电。在风机作为压气机运转时，它产生计算机的通风空气流以及它本身由作为电机运转的电动机械的转子驱动，以及其可在计算机的控制下并连接到飞行器的供电设备。
本发明的装置从而可以使计算机通风并为其供电而不使用PMA。现有技术的PMA因此不必安装在AGB内，从而在AGB内释放大量空间用于安装其它设备。经由AGB对PMA的驱动可由气动驱动代替。PMA可提供有电机功能以提供为计算机通风的功能。这种两功能的PMA将能够避免具有专用的风机电机。此外，当作为交流发电机运转时，由空气提供驱动，这能够从发动机的变速箱消除管线，从而导致重量和体积的节省。
本发明因此可以提供一种在地面上冷却计算机以及用于在飞行中为计算机供电的由PMA占用的空间等这两个上述问题的解决方案。
电动机械可以是无刷永磁电机，如由三相定子供电。当机器被连接到飞行器的供电设备以在地面上供电时，供电设备同样可能是三相类型。在风力涡轮模式或在通风机压气机模式下运转的电动机械消耗了一定量的电力，该量接近于需要产生用于为计算机供电的量，这在100瓦(W)到300W的数量级，如位于150W到200W的范围内。
电动机械有利地具有经由独立路径被电连接到计算机的两个定子。这种冗余用于提高该装置的可靠性，特别地当发电机功能启动时。当电动机械作为发电机运转时，每个定子进给电力到被连接到计算机的路径。在这些路径之一出现故障时，其它路径继续为计算机提供电力。在电动机械作为电机运转时，可仅使用一个路径用于为电动机械供电。
风机具有可以是绕相应径向轴线的固定或可变的角节距的径向叶片。
当风机叶片具有固定节距时，它们可具有被确定的定向以优化这两个上述功能(压气机或涡轮机)之一或这表示在这两个功能之间的折中。
当风机的叶片是变节距类型时，电动机械可包括在定子内平移活动的转子，一端连接到用于绕它们的轴线致动和枢转叶片的设备，以及其另一端连接到飞锤调速器或离心调速器。
飞锤调速器的操作对于本领域技术人员来说是众所周知的。飞锤调速器被配置为根据转子的旋转速度，在电动机械的定子内平移移动转子。当飞锤调速器的旋转速度相对较低时，调速器处于其飞锤紧密在一起的第一位置，并且转子位于定子的一个轴向端。当飞锤调速器的旋转速度相对较高时，调速器处于其飞锤彼此间隔的第二位置，并且转子位于定子的相对轴向端。速度特别地是电动机械尺寸的函数。调速器以及从而飞锤的旋转速度增加导致飞锤径向向外地移动(由于离心力)，并导致转子在平移中轴向地移动。
在一种变型中，电动机械可包括转子，该转子的一端由支撑叶片的轮毂围绕，并且环被安装在该转子周围以在转动中移动以及通过链接被连接到用于绕其径向轴线枢转叶片的设备，轮毂在绕转子的转动中是活动的，其包括在轮毂中穿过圆周槽和环的孔的至少一个径向指形件，环围绕轮毂的角运动是转子的径向指形件在轮毂的槽内的角运动的函数。
环可绕轮毂居中并被引导旋转。转子可具有两个直径地相对的径向指形件，每个都穿过在轮毂内的相应圆周槽以及在环内的相应孔。转子的径向指形件基本上接合，而在环内的孔没有富裕。在轮毂内的槽具有根据上述角运动被确定为处于20°到60°的数量级的圆周尺寸。
径向指形件在轮毂内径向槽中的运动导致叶片绕它们的轴线枢转。在第一位置内，其中每个径向指形件位于在相应槽的一个圆周端，风机叶片可具有被优化用于风机作为压气机运转的定向，以及在相对的第二位置，其中每个径向指形件位于槽的相反端，风机叶片可具有被优化用于风机作为涡轮机运转的定向。电机/发电机的转子需要在第一方向内被驱动旋转，如顺时针，用于径向指形件处于上述第一位置，以驱动轮毂、环和叶片旋转从而作为压气机运转，并且它需要在相反方向(逆时针方向)内被驱动旋转，使得径向指形件处于上述第二位置以及驱动轮毂、环和叶片旋转从而作为涡轮机运转。
本发明还提供了一种使用上述装置的方法，其特征在于：当飞行器处于飞行时，在进给设备内流动的空气穿过并驱动风机的转动，该风机接着驱动电动机械的转子的旋转以为计算机供电，该计算机由离开进给设备的空气冷却，以及当飞行器在地面上时，飞行器的供电设备为计算机和电动机械供电以驱动风机，从而产生用于计算机的通风空气流。
在阅读通过非限制性示例以及参考附图进行的以下描述后，可以更好地理解本发明，以及其他特征、细节和优点更清晰地出现，其中：
图1是一种用于为飞行器发动机的计算机通风和供电的现有技术装置的详细示意图；
图2是另一种用于为飞行器发动机的计算机通风和供电的现有技术装置的示意图；
图3是用于为飞行器发动机的计算机通风和供电的装置的示意图；
图4和图5是用于本发明装置的的电动机械的示意性轴向剖视图，分别示出了转子在机械定子中的两个不同轴向位置；
图6是用于本发明装置的电动机械的变型实施例的示意性轴向剖视图；以及
图7是在图6的线AA上的剖视图。
最初参考图1，它示出了一种用于通风和供电飞行器发动机，特别地飞机涡轮发动机，如涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的计算机12(更确切地ECU)的现有技术装置10。
计算机12通过连接/断开设备14被电连接到用于为飞行器供电的设备16以及连接到PMA 18，该PMA18被安装在发动机的AGB 20内并且有AGB驱动的其转子。
涡轮发动机也具有用于在飞行器处于飞行时提取在发动机周围流动的一部分气流的凹部(未示出)，该凹部被连接到进给设备22用于传递空气到计算机12以对其冷却。
在飞行中，计算机12由PMA18供电，并且其由通过进给设备22传递的气流冷却。在地面上，计算机12由飞行器的供电设备16供电以及它不被冷却，这产生了问题。
图2示出了另一种用于为飞行器发动机的计算机12通风和供电的现有技术装置10'，该装置不同于图1的装置，因此它进一步包括用于在飞行器处于地面上时产生使计算机12通风的气流的通风机24。
通风机24的风机由电机26驱动旋转，该电机26由计算机12控制。
在飞行中，计算机12由PMA18供电，并且它由通过进给设备22传递的气流冷却。在地面上，计算机12由飞行器的供电设备16供电，并且它由通过通风机14传递的气流冷却。
然而，由于在现有技术中仍需要PMA以在飞行时为计算机112供电，仍然没有解决PMA的尺寸问题。此外，电机26专用于驱动通风机24。
本发明可以通过如图3所示的装置110解决该问题，该装置110包括计算机112(ECU)，被安装在进气设备122中并被配置成作为涡轮机或作为压气机运转的通风机风机124，以及电动机械126(M/G)，该电动机械126适用于在风机作为涡轮机运转时为计算机112供电以及当作为压气机运转时驱动风机旋转。
计算机112和电机126通过连接/断开设备114被连接到飞行器的供电设备116。AGB120不具有PMA，以及其传动是PMA的机械传动(没有专用线路)。
当飞行器在地面上时，设备116为电动机械116供电(作为电机运转)并且计算机112由通过风机124传递的气流130冷却(作为压气机运转)。风机124被固定到电动机械126的转子并且机械的旋转由计算机112控制和管理。
电动机械126优选地是无刷永磁电机，其定子由飞行器的三相网络供电。例如被传递到该机械的电力可以是150W的数量级。
电动机械126有利地具有通过独立路径被电连接到计算机112的两个独立定子。可以使用这些路径的单个路径用于为机械126供电。
当飞行器处于飞行时，计算机112由电动机械126(作为发电机运转)供电以及其由离开进气设备122的气流132冷却，该进气设备122在上游被连接到空气收集器设备，例如凹部类型的。在用于使计算机112通风之前，气流132穿过风机124并绕其轴线驱动其旋转。风机124然后用作由气流132驱动的涡轮机以及接着驱动电动机械126的转子，从而产生用于为计算机112供电的电力。
当电动机械126具有通过独立路径被电连接到计算机112的两个独立定子时，这两个路径用于为计算机供电以及用于减轻路径之一故障的风险。由电动机械126传递到计算机的电力可能例如是200W的数量级。
如上所述，根据它是由在设备122内流动的空气还是由电动机械126驱动，风机124实施涡轮机功能和压气机功能。
为此，风机124可具有固定节距叶片，即每个叶片绕其自己的径向轴线的角节距是恒定的。该节距可被设计成优化这两个上述功能(压气机或涡轮机)之一，或者它可呈现在这两个功能之间的折中。在一个方向(如顺时针)绕其轴线旋转风机能够使其作为压气机运转并产生气流，同时从风机上游传递气流能够使其被旋转以及像驱动电动机械的转子的涡轮机运转。
在一个变型中，风机具有变节距桨叶。图4和图5示出了第一实施例以及图6和图7示出了该风机以及相关联电动机械的不同第二实施例。
在图4和图5的实施例中，电动机械126包括定子140和转子142，该转子在定子内轴向平移活动，以及呈现了短于定子的轴向尺寸。
转子142具有被连接到飞锤调速器144的一个轴向端部，以及被连接到致动气设备，用于导致风机124的叶片125枢转的其相向的轴向端部。
飞锤调速器144具有被布置在圆周上的至少两个飞锤，所述圆周中心在电机/发电机126的转子的纵轴线A上，其中它们中每个被连接到杆的一端，该杆具有其相对端，该相对端绕与轴线A垂直的轴线在转子的上述端部铰接。当电动机械126的转子142旋转时，飞锤通过离心力向外推进以及它们从如图4所示的第一位置和如图5所示的第二位置可移动，在第一位置中它们相互接近并接近轴线A，在第二位置中它们彼此间隔并离开轴线A。
在所示的示例中，用于致动叶片125的设备146包括具有轴线A的环，其连接到远离飞锤调速器144的转子142端部，以及通过链接154被连接到叶片125，每个都可绕径向轴线枢转。
飞锤从第一位置到第二位置的运动导致转子142从定子140的一端移动到定子的相对端，以及导致叶片绕它们的径向轴线枢转，如在图4和图5中可以看到。
在图6和7的变型实施例中，电动机械126'包括定子140'和转子142'，该转子142'具有超过该定子延伸并由承载风机124'的叶片125'的轮毂148'围绕的一端，并在转子的所述端部上以预定角范围自由转动。
转子142'被固定到直径地相对以及接合在穿过轮毂的径向槽151'内的两个径向指形件150'。这些槽151'在圆周上被定向，以及每个指形件150'在第一位置(如图7所示)和第二位置之间在这些槽之一中圆周地活动，在第一位置中它抵靠在槽的圆周端之一，在第二位置内，它抵靠在槽的相对圆周端上。指形件在槽内的角程是槽的圆周尺寸的函数，以及可是例如30°到60°的数量级。
轮毂148'由环152'围绕，该环152'在轮毂上绕电动机械126'的纵向轴线A被居中和被引导旋转。环152'具有径向孔153'，指形件150'的这些自由端的自由端穿过该径向孔153'，以绕轴线A在上述角度范围上枢转环。环152'通过链接154'(如L形)被连接到用于绕其轴线驱动叶片的设备。
径向指形件150'在轮毂148'的槽151'内的运动导致环152'相对于轮毂148'转动以及导致叶片125'绕其轴线转动。经由示例，当电动机械126'的转子142'被顺时针移动时，径向指形件150'进入上述第二位置以及风机124'的叶片被定向，使得优化了风机作为压气机的运转。然后风机的顺时针旋转用于产生通风气流。当转子142'被逆时针移动时，径向指形件150'移动进入上述第一位置以及风机124'的叶片被定向，使得优化了风机作为涡轮机的运转。穿过风机的气流然后在逆时针方向驱动它。

Claims (10)

1.一种用于为飞行器发动机的计算机(112)通风和供电的装置(110)，该装置包括用于进给空气到计算机附近的设备(122)以及由电机设备(126)驱动并适用于产生为计算机通风的气流(130)的风机(124)，该装置的特征在于：风机被安装在进气设备中或安装在该设备的出口，以及其中该电机设备包括电动机械(126)，该电动机械适用于当飞行器在地面上时作为电机运转以驱动风机，从而产生用于为计算机通风的气流(130)，以及当飞行器处于飞行时作为发电机为计算机供电，电动机械的转子作为由风机驱动的发电机运转，当飞行器处于飞行时，该风机本身由从发动机外侧吸取的气流驱动，以及该气流沿进气设备流动或离开。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该电动机械(126)是无刷永磁电机，如具有三相定子。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：该电动机械(126)被连接到飞行器的供电设备(116)，以使它能够作为电机在地面上运转。
4.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于：该电动机械(126)由计算机(112)控制并具有100W到300W数量级的功率，例如150W到200W。
5.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于：该电动机械(126)具有经由独立路径被电连接到计算机(112)的两个定子。
6.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于：该风机(124)包括固定或可变的角节距的径向叶片。
7.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于：风机(124)是具有可变节距的叶片的类型，电动机械(126)包括在定子(140)内平移活动的转子(142)，转子一端被连接到用于绕它们的轴线致动和枢转叶片的设备(146)，以及其另一端被连接到飞锤调速器(144)。
8.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于：风机(124')是可变节距的叶片类型，电动机械(126')包括转子(142')，该转子的一端由支撑叶片的轮毂(148')围绕以及环(152')围绕该转子被安装以在转动中移动并通过连杆(154')连接到用于绕它们各自的径向轴线枢转叶片的设备，该轮毂在转动中绕转子活动，其包括穿过轮毂内圆周槽(151')的至少一个径向指形件(150')以及该环的孔(153')，该环绕轮毂的角运动是转子的径向指形件在轮毂槽内的角运动的函数。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：该转子(142')具有两个直径地相对的径向指形件(150')，每个都穿过在轮毂(148')内的相应圆周槽(151')以及在环(152')内的相应孔(153')。
10.一种使用根据前述权利要求任一所述的装置的方法，该方法的特征在于：当飞行器飞行时，在进给设备(122)内流动的空气穿过并驱动风机(124)的旋转，该风机接着驱动电动机械(126)的转子旋转，以为计算机(112)供电，该计算机由离开进给设备的空气冷却，以及当飞行器处在地面上时，飞行器的供电设备(116)为计算机和电动机械供电以驱动风机，从而产生用于计算机的通风气流。
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