CN104968565A - 用于将空气供给至飞行器中的辅助动力单元的结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将空气供给至飞行器(1)的辅助动力单元(2)的结构(3)，所述飞行器包括：加压舱室(10)以及辅助动力单元(2)，所述结构包括：用于将空气供给至所述辅助动力单元的管线(30)；用于对供应至所述辅助动力单元的气流加以控制的单元(4)；以及布置在所述供给管线(30)的入口处的用于引入飞行器外部的空气的阀(31)，所述阀的打开由所述控制单元(4)驱动。所述结构的特征在于，其进一步包括用于将来自所述加压舱室的空气注入到所述辅助动力单元的供给管线的回路(32)。本发明还涉及用于将空气供给至辅助动力单元的方法。
Description
技术领域
本发明的领域为安装在飞行器中的辅助动力单元，并且具体是用于为所述单元供应空气的机构。
背景技术
飞行器包括多个动力源，所述多个动力源包括：
-为飞行器提供推进力的主发动机，
-被称为辅助动力单元或APU的辅助发动机，所述辅助发动机的功能是：当主发动机不能供应非推进性动力时或为了减少飞行器的燃料消耗时，将非推进性动力(例如，电能、液压或气动压力、空气调节等)供应至地面上或飞行中的飞行器，以及
-紧急动力源，所述紧急动力源的功能是：在失去其它动力源时为飞行器的关键元件(飞行控制装置和关键飞行仪表)紧急供电。
飞行器可获得被称为双发动机飞行器延程运行(extended twin–engineoperations，ETOPS)的分类，ETOPS允许使用者使用的下述航线：包括位于距紧急机场超过一小时飞行时间的区段。为此，飞行器必须装备有在非常高的海拔高度具有冷启动的能力的辅助动力单元APU，所述非常高的海拔高度根据载体而介于11900米(39000英尺)到12500米(41000英尺)之间。
期望针对在高海拔高度飞行的飞行器增加该上限，使其高至15500米(51000英尺)，从而限制主发动机在飞行期间失效的影响。
辅助动力单元为下述类型：辅助动力单元包括涡轮机，所述涡轮机包括与用于注入空气和燃油的系统相关联的倒置燃烧室(inverted combustionchamber)。
但是难以在高海拔高度处启动这种涡轮机，因为高海拔处的空气中的氧气贫乏并且燃油变冷并因而难以点燃。因此有必要维持启动窗口(即，有关氧气、压力、温度和必须被控制以允许点燃燃料的空气的参数富足)足够长的时间，以便辅助动力单元的涡轮机扩散(diverge)，即传递足以驱动该单元的动力。
飞行器的海拔高度越高，机组的启动窗口越狭窄并且难以检测和维持。
发明内容
本发明的目标在于通过提出一种用于向辅助动力单元供应空气的机构来完善上述缺点中的至少一个，所述机构使辅助动力单元在高海拔处的启动更加容易。
就此，本发明的目标在于提供一种用于将空气供应至飞行器的辅助动力单元的机构，所述飞行器包括加压舱室以及辅助动力单元，所述辅助动力单元为包括用于燃料的燃烧室的类型，所述机构包括：
-用于将空气供应至所述辅助动力单元的管道，
-用于对供应至所述辅助动力单元的空气的流量加以控制的单元，以及
-用于允许外部空气进入到飞行器中的阀，所述阀位于所述供应管道的入口处，所述阀的打开由所述控制单元控制，
所述机构的特征在于，其进一步包括用于将来自所述加压舱室的空气注入到所述辅助动力单元的供应管道的回路。
有利但可选地，根据本发明的用于供应空气的机构可进一步具有下述特征中的至少一个：
-所述机构位于飞行器中，飞行器进一步包括用于将来自舱室的空气朝向飞行器外部排放的回路，并且用于空气注入的回路被连接至该回路以便通过分配阀将空气排放至飞行器外部，所述分配阀的打开由所述控制单元控制以便从循环于排放回路中的空气中抽取一定比例的流量，并且用于诸如空气的回路在其出口处包括泵，所述泵用于将所述比例的流量注入到所述辅助动力单元的供应管道中。
-所述分配阀被设计成：从循环于所述排出回路中的空气的流量抽取在第一比例和第二比例之间能连续变化的比例，对于所述第一比例，空气的全部流量被抽取，对于所述第二比例，零比例的流量被抽取。
-所述控制单元被设计成：根据所述辅助动力单元的运行阶段来控制外部空气进入阀的打开和所述分配阀的打开。
-所述控制单元被设计成：根据所述辅助动力单元的旋转轴的转速来控制外部空气进入阀的打开和所述分配阀的打开。
本发明的目标还在于一种飞行器，所述飞行器包括加压舱室、辅助动力单元和根据本发明的用于将空气供应至辅助动力单元的机构。
最后，本发明的目标在于一种用于将空气供应至辅助动力单元的方法，所述辅助动力单元为具有用于燃料的燃烧室的类型，所述辅助动力单元位于飞行器中，所述飞行器具有加压舱室和根据本发明的用于供应空气的机构，所述方法的特征在于，将空气供应至所述辅助动力单元包括供应来自飞行器外部的空气和从所述加压舱室回收的空气中的至少一种，并且特征还在于，来自飞行器外部的空气和从所述加压舱室回收的空气的比例根据所述辅助动力单元的运行阶段来控制。
有利但可选地，根据本发明的方法可进一步包括下述特征中的至少一个：
-来自外部的空气和从所述加压舱室回收的空气的比例根据所述辅助动力单元的旋转轴的转速来控制。
-在处理过程期间：
-在所述辅助动力单元的启动阶段期间，对所述单元的空气供应仅来自于从所述加压舱室回收的空气，以及
-在所述启动阶段和稳定运行的阶段之间的过渡阶段期间，对所述辅助动力单元的空气供应包括：增大来自外部的空气的流量以及增大来自所述加压舱室的空气的流量。
-在稳定运行阶段期间，对所述辅助动力单元的空气供应仅仅来自所述加压舱室，或部分地来自所述舱室以及部分地来自外部空气。
本发明的目标还在于包括所述机构的飞行器以及用于将空气供应至飞行器的辅助动力单元的方法。
附图说明
本发明的其它特征、目标和优点通过下文中的说明揭示，所述说明是纯说明性和非限制性的并且必须参照附图阅读，其中：
-图1示意性地示出装备有根据本发明的实施例的用于将空气供应至辅助动力单元的机构的飞行器；
-图2示出根据本发明的实施例的用于将空气供应至辅助动力单元的方法的主要步骤。
具体实施方式
参照图1,已经示出包括加压舱室10(例如客舱)的飞行器1。加压舱室表示下述舱室：尤其当飞行器飞行时，舱室中含有的空气相对于外界被加压。
飞行器进一步包括用于将舱室中含有的空气排放至飞机外部的回路11，所述回路11尤其包括用于将空气朝向外部排放的阀12，以便允许对舱室中含有的空气的更新。
根据于舱室的尺寸的特定的气流在所述回路中连续地流动以待排出，以便允许对舱室中含有的空气的更新。
飞行器还包括辅助动力单元2，所述辅助动力单元2包括用于燃料的燃烧室、用于通过旋转传动轴驱动空气压缩机的涡轮(在图中以标记21示意性示出)、排出喷嘴22和用于排出气体的管道23。
辅助动力单元还包括用于供应燃料的管道(未示出)和用于供应气体的机构3。
所述机构包括：在辅助动力单元的入口处向辅助动力单元供应空气的管道30；以及阀31，所述阀31用于将空气从飞行器外部供应至通至管道30的入口，以便向辅助动力单元供应空气。
所述机构进一步包括控制单元4，所述控制单元4配置成控制阀31的打开，以便调节供应至辅助动力单元的外部空气的流量。
最后，用于将空气供应至辅助动力单元的机构3还包括回路32，所述回路32用于将从加压舱室回收的空气注入到管道30中以便供应辅助动力单元。该回路包括分配阀33和泵34，所述分配阀33允许回路32连接至回路11以将空气从加压舱室中排出，所述泵34用于将从加压舱室中回收的空气注入到供应管道30中。
有利地，控制单元4还被配置成：控制分配阀33的打开，并从阀的被称为“关闭”的状态到被称为“打开”的第二状态通过多种状态来改变从循环于排放回路中的气流中抽取的空气的比例，在所述“关闭”状态，没有空气流量被从排出回路抽取，在所述“打开”状态，排放回路中的空气的全部流量被抽取以便供应辅助动力单元。
有利地，在分配阀33的打开状态和关闭状态之间，从排放回路获得的空气的比例可连续地变化。
以这种方式，辅助动力单元能够既受益于被供以外部空气同时又受益于被供以来自舱室的空气，所述外部空气在飞行器飞行时缺乏氧气，所述来自舱室的空气富含氧气并且具有更高的温度但是流速更低。
有利地，控制单元4根据辅助动力单元APU2的运行阶段来控制外部空气进入阀31和分配阀33的打开。实际上，当启动时，APU单元2不需要高的空气流速，并且附加地，所述流速必须被控制以确保足够大的启动窗口。另一方面，当APU单元已经被启动并运作时，运作所需的空气的要求流量较大。
因此，控制单元被配置成实施用于将空气供应至辅助动力单元的方法，所述方法在下文中参照图2说明。
在启动100期间，为了点燃辅助动力单元的燃烧室，控制单元4控制阀31使其保持关闭并使阀33打开，从而使得完全从舱室向APU单元供应空气。从排出回路11抽取的空气的比例可根据飞行器及其不同部件的尺寸而变化。当APU机组的启动发生在飞行器飞行于高海拔时，来自舱室的空气有利于启动，因为该空气富含氧气并且具有比外部空气更高的温度(例如，当外部空气为负温度时为大约20℃)。
在过渡阶段200中，一旦辅助动力单元2的燃烧室被点燃并且开始扩散，则控制单元4随后能够逐渐打开阀31和阀33，以产生来自舱室和外部大气的空气的更大的流量。
最后，在稳定阶段300，控制单元4能够根据第一实施模式310来逐渐关闭分配阀33，以便使被供应至辅助动力单元的空气仅来自外部，在这种情况下零比例的空气被从排出回路11抽取。
在变形320中，控制单元可使两个阀31和33维持打开，使得被供应至辅助动力单元的空气既包括来自外部的空气又包括从舱室10回收的空气。
非常有利地，为了更精确地控制阀31和33，通过控制单元对它们的控制从动于辅助动力单元的旋转轴的转速。
因此，所提出的机构有利于飞行器的辅助动力单元在飞行时(尤其是处于高海拔中的缺乏氧气的大气中时)的启动，因为启动期间的空气供应具有低的流速并且比大气中的空气更加富含氧气。有利于启动。
Claims (10)
1.一种用于将空气供应至飞行器(1)的辅助动力单元(2)的机构(3)，所述飞行器包括加压舱室(10)以及辅助动力单元(2)，所述辅助动力单元为包括用于燃料的燃烧室的类型；所述机构包括：
-用于将空气供应至所述辅助动力单元的管道(30)，
-用于对供应至所述辅助动力单元的空气的流量加以控制的单元(4)，以及
-用于允许空气从飞行器外部进入的阀(31)，所述阀(31)位于所述供应管道(30)的入口处，所述阀的打开由所述控制单元(4)控制，
所述机构的特征在于，其进一步包括用于将来自所述加压舱室的空气注入到所述辅助动力单元的供应管道的回路(32)。
2.根据权利要求1所述的机构(3)，飞行器进一步包括用于将空气从舱室排放至飞行器外部的回路(11)，其中，用于注入空气的所述回路(32)被连接至所述回路(11)以便通过分配阀(33)将空气朝向飞行器外部排放，所述分配阀(33)的打开由所述控制单元(4)控制以便从循环于排放回路(11)中的空气中抽取一定比例的流量，并且用于注入空气的所述回路(32)在其出口处包括泵(34)，所述泵(34)用于将所述比例的流量注入到所述辅助动力单元(2)的供应管道(30)中。
3.根据权利要求2所述的机构(3)，其中，所述分配阀(33)被设计成：从循环于所述排出回路(11)中的空气的流量抽取在第一比例和第二比例之间能连续变化的比例，对于所述第一比例，全部流量被抽取，对于所述第二比例，零比例的流量被抽取。
4.根据权利要求2或3所述的机构(3)，其中，所述控制单元(4)被设计成：根据所述辅助动力单元(2)的运行阶段来控制外部空气进入阀(12)的打开和所述分配阀(33)的打开。
5.根据权利要求4所述的机构(3)，其中，所述控制单元(4)被设计成：根据所述辅助动力单元(2)的旋转轴的转速来控制外部空气进入阀(31)的打开和所述分配阀(34)的打开。
6.一种飞行器(1)，包括加压舱室(10)和辅助动力单元(2)，其特征在于，所述飞行器进一步包括根据前述权利要求中任一项所述的用于将空气供应至所述辅助动力单元的机构(3)。
7.用于将空气供应至辅助动力单元(2)的方法，所述辅助动力单元(2)为具有用于燃料的燃烧室的类型，所述辅助动力单元(2)位于飞行器(1)中，所述飞行器(1)包括加压舱室(10)和根据权利要求1至5中任一项所述的用于供应空气的机构(3)，
所述方法的特征在于：将空气供应至所述辅助动力单元(2)包括供应来自飞行器外部的空气和从所述加压舱室(10)回收的空气中的至少一种，
以及，来自飞行器外部的空气和从所述加压舱室回收的空气的比例根据所述辅助动力单元(2)的运行阶段来控制。
8.根据前一项权利要求所述的方法，其中，来自飞行器外部的空气和从所述加压舱室回收的空气的比例根据所述辅助动力单元的旋转轴的转速来控制。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，
-在所述辅助动力单元(2)的启动阶段(100)期间，对所述单元的空气供应仅来自于从所述加压舱室(10)回收的空气，以及
-在所述启动阶段和稳定运行阶段(300)之间的过渡阶段(200)期间，对所述辅助动力单元(2)的空气供应包括：增加来自外部的空气的流量以及增加来自所述加压舱室(10)的空气的流量。
10.根据前一项权利要求所述的方法，其中，在稳定运行阶段(300)期间，对所述辅助动力单元(2)的空气供应仅仅来自所述加压舱室，或部分地来自所述舱室以及部分地来自外部空气。
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