CN105026228A - 节约电力的电制动系统以及操作该系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种在低电力操作模式下操作飞机(10)上的电制动器(30、32、34)的方法包括确定所述飞机是否处于第一配置，如果所述飞机处于所述第一配置，则切断所有电源(40、42)对所述电制动器(30、32、34)的供电；确定所述飞机(10)是否处于第二配置，如果所述飞机处于所述第二配置，则从所述电源(40、42)之一为所述电制动器(30、32、34)供电；确定所述飞机(10)是否处于第三配置，且如果所述飞机(10)处于所述第三配置，则从所述电源(40、42)的至少两个为所述电制动器(30、32、34)供电。

Description

节约电力的电制动系统以及操作该系统的方法

相关申请的交叉引用

该国际专利申请要求2013年3月6日提交的美国临时专利申请序列号61/773,529的优先权，其整个内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及飞机制动系统的结构与操作。更具体地，本发明涉及包括为选择的飞机操作模式节约电力的电制动系统的结构和控制方案。

发明背景

传统上，飞机依靠液压系统来为飞机上的制动器供能。

电制动系统如液压系统般提供了相同的制动电力。电制动系统依靠电动机向飞机制动器上的制动片施加压力。

此外，多个冗余电动机和制动器控制器存在更大的可调度性。

在飞机的正常操作期间，电气制动系统消耗飞机电气系统的电力。即便当制动器本身未被操作而是处于备用操作模式时，制动系统也消耗电力。

在正常操作模式下，当飞机的系统完全操作时，制动系统的电力消耗不会对飞机的操作产生不利影响。相反，制动系统的电力消耗作为整体被设计入飞机的操作。

对于本领域中的技术人员应明白的是，飞机设计者将飞机构造成在不同的飞行条件下操作。飞机设计者所计划的情况之一是低电力操作模式，例如当飞机靠应急电力操作时。

当飞机处于低电力操作模式，飞机的系统由飞机上的电池供电。此外，一些飞机配备有空气驱动发电机(“ADG”)，在紧急情况下可在飞机上使用。具体而言，如果发生低电力事件，那么ADG可延伸至飞机外部。ADG本质上为风力驱动涡轮机，其在飞机飞行期间响应于飞机在空气中的运动而产生电力。ADG可包括例如冲压空气涡轮机(“RAT”)。

对于本领域中的技术人员而言应明白的是，当飞机进入低电力操作模式时，唯一的电源为电池和ADG。由于这些电源提供的电力有限，因此谨慎的是实现节约电力的方法。

出于这种考虑，选择将电力制动器并入飞机的飞机设计者也会对在低电力操作模式下节约电力的方法进行评估。

发明内容

本发明解决了与适应飞机上的电压可变性相关的挑战。

一方面，本发明提供了在低电力操作模式下操作飞机上的电制动器的方法。该方法包括确定飞机是否处于第一配置，如果飞机处于第一配置，则切断所有电源对电制动器的供电；确定飞机是否处于第二配置，如果飞机处于第二配置，则从电源之一为电制动器供电；确定飞机是否处于第三配置，且如果飞机处于第三配置，则从电源的至少两个为电制动器供电。

本发明预期电源各为电动机控制单元的一部分。

此外，第一配置可至少由高于第一阈值的空速、飞机的状态信息、起落架位置、起落架手柄收上状况、起落架收回状况和/或机轮不承重配置限定。

第二配置可至少由低于第一阈值且高于第二阈值的空速、来自RAT/ADG系统的状态信息和/或机轮不承重配置限定。

第三配置可由低于第二阈值的空速、飞机在地面上的状态(WOW)、机轮不承重配置、机轮速度和/或机轮承重配置限定。

可预期电源包含多个电池、空气驱动发电机和/或冲压空气涡轮机。

本发明也提供了在低电力操作模式下操作的飞机。飞机包括多个冗余电力系统、多个起落架、多个电气制动器，至少一个与每个起落架轮关联，和可操作地连接至电气制动器的制动器控制器，其中制动器控制器确定飞机是否处于第一配置，且如果飞机处于第一配置，则切断所有电源对电制动器的供电；确定飞机是否处于第二配置，且如果飞机处于第二配置，则从电源之一为电制动器供电；以及确定飞机是否处于第三配置，且如果飞机处于第三配置，则从电源的至少两个为电制动器供电。

本发明也提供了用于处于低电力操作模式的飞机的电制动系统，其包括电制动器、连接至电制动器的至少一个电源和控制电制动器的操作的制动器控制器。如果飞机处于第一配置，则切断所有电源对电制动器的供电；如果飞机处于第二配置，则从电源之一为电制动器供电；且如果飞机处于第三配置，则从电源的至少两个为电制动器供电。

本发明也提供了一组可由处理器执行的指令，以确定飞机是否处于第一配置，如果飞机处于第一配置，则切断所有电源对电制动器的供电；确定飞机是否处于第二配置，如果飞机处于第二配置，则从电源之一为电制动器供电；确定飞机是否处于第三配置，且如果飞机处于第三配置，则从电源的至少两个为电制动器供电。

根据以下段落，本发明的其它方面将变得明显。

附图简述

现在将结合附图对本发明进行描述，其中：

图1是可使用本发明的电气制动系统的类型的飞机的透视图；

图2是根据本发明的制动系统的一个方面的图解说明；

图3是根据本发明的制动系统的另一个方面的图解说明；以及

图4是概括了预期用于操作本发明的制动系统的一种方法的流程图。

具体实施方式

现在将结合本发明的一个或多个实施方案对本发明进行描述。对任何特定实施方案的讨论并非意在限制本发明。相反，对选择的实施方案的讨论意在例示本发明的广度和范围。对于本领域中的技术人员应明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下可使用本文描述的实施方案的变型和等效方案。那些变型和等效方案均包括在本专利申请的范围内。

现在将在飞机10(例如，图1提供的透视图中图示的飞机)的结构的上下文下讨论本发明。

图1为可应用本发明的飞机10的透视图。飞机10包括限定前端14和后(或尾)端16的机身12。两个机翼18、20从机身12横向延伸。尾翼部分22附接至飞机的后端16。对于本领域中的技术人员应明白的是，机翼18、20和尾翼部分22包含多个控制表面，控制表面负责飞机10的飞行特征和飞行操作。两个发动机24、26悬挂于并连接至机翼18、20，如图所示。对于本领域中的技术人员应明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，两个发动机24、26也替代地位于飞机的后端16。

飞机10上的制动器通常为盘式制动器，与可在汽车上发现的那些制动器非常相似。制动片定位在转子的任一侧。卡钳(或多个卡钳)向制动片施加压力以挤压转子。施加的压力越大，制动力越大。

就本发明的飞机10而言，电动机连接至制动盘以向其施加压力。电动机施加的压力与电动机产生的电力对应。该电力由电动机控制单元(“EMCU”)41、43提供，电动机控制单元41、43由飞机的机载电力系统40、42供电。在替代实施方案中，在不脱离本发明的范围的情况下，可提供附加EMCU单元和机载电力系统，例如EMCU 39和机载电力系统38。

如上所述，当飞机10在低电力模式下操作时，预期飞机10靠备用电池运行。也如上所述，飞机10也可以配备ADG 50以提供附加电力，例如RAT。

当飞机10接近跑道以着陆时，飞机10的空速将减小。因此，当飞机10接近跑道准备着陆时，由ADG 50提供的任何电力均将减小。这可能使得仅电池46、48为可能的电源。对于本领域中的技术人员应明白的是，飞机10上的电池电力有限。

在本发明的飞机10中，制动系统为电制动系统28，图2和图3中图示了其一些细节。

在图2和图3图示的实施方案中，制动系统28包括两个单独的制动器组32、34。制动器组32与飞机10的左舷侧上的主起落架关联。制动器组34与飞机10的右舷侧上的主起落架关联。

应注意，在不脱离本发明的范围的情况下，飞机10可具有与每个起落架关联的许多制动器。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，飞机10可包括两组以上起落架。例如，制动系统28可包括第三制动器组30，其与飞机10的机头14处的起落架关联。

制动器32、34连接至制动器控制器36。制动系统28包括电动机制动器44(“EMB”)，其包含两个内部高电源40、42。两个电源40、42设置在飞机10上以备用。

图3是本发明的制动系统28在低电力操作模式下操作时制动系统28的图解说明。在低电力模式下，制动系统和制动器控制器36从两个电池46、48以及一个ADG 50接收电力，电池46、48以及一个ADG 50均为飞机10上的供电系统的一部分。

顺便指出，在不脱离本发明的范围的情况下，飞机10可包括更多或更少数量的电池46、48。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，飞机10可包括附加ADG 50。

从图2和图3应明白的是，本发明图示的实施方案提供了包含双电池电力系统的飞机10。本发明并非意在局限于具有双冗余电力系统的飞机10。具有不同数量的电力系统和/或电池的飞机包含在本发明的范围内。

当飞机10在满电力制动(即，正常制动)的满电力(即，正常电力)情况下操作时，预期电制动器32、34从电动机控制单元内的高电源40、42接收电力。

在飞行期间，预期电制动器32、34将被停用，但是制动系统28(即，制动系统28的处理部分)保持被供电。电制动器32、34的停用可通过标准的组合触发，包括但不限于将起落架锁定在其各个收回位置。

在正常操作模式下，当制动控制器36从一个或多个飞机系统接收到合适的输入时，重新开始对电制动器32、34供电。例如，当飞机10的高度和速度达到指示飞机10接近跑道的预定设定值时，可使电制动器32、34重新通电。可考虑的其它因素包括来自飞机系统界面(例如，起落架系统)的持续信号。通信丢失也可以是制动器控制器36考虑的变量。

无论所考虑的变量如何，应注意的是，制动器控制器36激活和停用所依据的逻辑可在软件、硬件或两者的组合中实现。如此，制动器控制器36可以是处理器或处理器与飞机上的其它电子器件的组合。此外，应注意，制动器控制器36不需要是飞机10上的单独组件。相反，制动器控制器36可以是飞机10上的另一个组件的一部分。

当飞机在低电力操作模式下操作时，如图3所图示，由电池46、48或ADG 50提供电力。为了节约电力，如果满足某些条件，则电动机制动器控制器高电源(即，电池46、48和ADG 50)不向电制动器32、34供电。例如，如果起落架锁定在收回位置且飞机高于某一高度，则将不向电制动器32、34供电，正如正常电力状况那样。

在低电力操作模式下，当满足飞机10的某些预定条件时，制动器控制器首先将激活飞机10上的电动机制动器控制器高电源通道之一。如上所述，来自三个电源的电力由电池46、48和/或ADG 50提供。

例如，可预期当飞机10达到预定空速且飞机10处于预定配置时，冗余高电源40、42之一将接通。预定配置包括但不限于“机轮承重”或“WOW”和“机轮不承重”或“WOFFW”。例如，当飞机10在跑道上滑行时，飞机的配置为WOW。当配置为WOW时，预期电源40、42将向电制动器32、34提供电力以便飞机10的可操作性最大。

如上所述，在第一低电力操作模式下，当飞机10以高于第一阈值的预定速度10飞行，且飞机10的配置为WOFFW时，两个电制动器32、34将不被供电，而控制单元可保持被供电以进行监控。

在第二低电力操作模式下，当飞机速度低于第二阈值，且飞机10的配置为WOFFW时，首先制动器控制器36将仅从高电源40、42之一向电制动器32、34输送电力。因此，电制动器32、34被供电，但制动器控制器36通过延迟应用来自其余的冗余高电源的电力而节约电力。

在第三第三低电力操作模式下，电制动器32、34从高电源40、42接收电力。在第三低电力操作模式下，当飞机满足预定数量的操作标准时，高电源40、42向电制动器32、34提供电力。例如，当飞机10达到预定空速10(即，低于第二阈值)，且配置为WOFFW时。

因此，节约了电力以保证飞机10具有足够的电力到达其目的地，在第三低电力操作模式下，在启动所有两个电源40、42之前，制动器控制器36可考虑附加变量。例如，制动器控制器36可考虑可用的电池电力总量。此外，制动器控制器36可考虑ADG 50的操作限制。

应注意，电制动器32、34仅需由高电源之一供电以进行操作从而提供足够的制动能力。如上所述，其余的两个电源是冗余的。因此，如果两个电源发生故障，飞机10将通过依赖其余可操作高电源而保持其全部功能。

在维护操作期间，飞机10的制动系统28可根据一组其它变量操作。在维护操作模式下，飞机10为WOW，通常停在飞机维护机库内或停在停机坪上。在文中，冗余电源40、42之一可不向电制动器32、34供电。当存在一组预定条件时，才使来自该冗余电源40、42的电力可用。例如，如果制动器控制器36检测到飞机10为WOW，且发动机的推力超过预定推力阈值，则来自其余电源的电力将应用于电制动器36。

图4提供了图示本发明的制动系统28的一种操作方法52的流程图。在该图示中，假设飞机10在低电力操作模式下操作。换言之，假设飞机10靠应急电力操作。

方法52从步骤54开始。

方法进行至步骤56，其中确定飞机10是否处于第一配置。预期第一配置包含飞机10在着陆之前飞行时的条件。许多变量可限定该第一配置。例如，预期飞机速度将高于第一阈值，且飞机将为WOFFW。在该第一配置中，切断了对电制动器32、34的供电，如步骤58所指示。

第一配置可由高于第一阈值的空速限定。替代地，第一配置可由飞机的状态信息(即，WOW、WOFFW等)、起落架位置、起落架手柄收上状况和起落架收回状况限定。也可利用其它变量来限定第一配置，这对于本领域中的技术人员是明显的。

在步骤60，制动器控制器26确定飞机10是否处于第二操作模式或第二配置。在该第二操作模式下(当飞机接近着陆时预期处于第二操作模式)，认为飞机10的空速低于第一阈值但高于第二阈值。在该第二配置中，如步骤62所指示，由电源40、42之一供电。

如上所述，第二配置可由飞机的低于第一阈值但高于第二阈值的空速限定。替代地，第二配置可由来自RAT/ADG系统的状态信息或飞机10的状态(即，WOW)限定。也可使用其它指示来限定第二配置。

然后，方法进行至步骤64，其中制动器控制器36确定飞机10是否处于第三配置。在该第三配置中，飞机10接近着陆。因此，方法进行至步骤66，其中来自电源40、42的电力被提供至电制动器32、34。

第三配置可由变量(例如，飞机10的低于第二阈值的空速)限定。第三配置也可由飞机在地面上的状态(即，WOW)的状态或机轮速度限定。

方法在步骤68结束。

应明白的是，方法52中包括的步骤无需按所描述的顺序执行。在不脱离本发明的范围的情况下，可以不同顺序执行这些步骤。

如上所述，本文描述的实施方案意在例示本发明的宽泛宽度。所描述的实施方案的变型和等效方案包含在本发明内，如本文所描述的那样。

Claims (27)

1.一种在低电力操作模式下操作飞机上的电制动器的方法，其包括：

确定所述飞机是否处于第一配置；

如果所述飞机处于所述第一配置，则切断所有电源对所述电制动器的供电；

确定所述飞机是否处于第二配置；

如果所述飞机处于所述第二配置，则从所述电源之一为所述电制动器供电；

确定所述飞机是否处于第三配置；以及

如果所述飞机处于所述第三配置，则从所述电源的至少两个为所述电制动器供电。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电源各为电动机控制单元的一部分。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一配置至少由高于第一阈值的空速限定。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一配置也由所述飞机的状态信息、起落架位置、起落架手柄收上状况以及起落架收回状况中的至少一个限定。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一配置也至少由机轮不承重配置限定。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二配置至少由低于第一阈值且高于第二阈值的空速限定。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二配置也由来自RAT/ADG系统的状态信息的至少之一限定。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二配置也至少由机轮不承重配置限定。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三配置至少由低于第二阈值的空速限定。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述第三配置也由所述飞机在地面上的状态(WOW)限定。

11.根据权利要求6所述的方法，其中所述第三配置也由机轮不承重配置限定。

12.根据权利要求6所述的方法，其中所述第三配置也由机轮速度限定。

13.根据权利要求6所述的方法，其中所述第三配置也由机轮承重配置限定。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述电源包括多个电池。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述电源还包括空气驱动发电机。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述电源包括冲压空气涡轮机。

17.一种在低电力操作模式下操作的飞机，其包括：

多个冗余电力系统；

多个起落架；

多个电气制动器，至少一个电气制动器与每个起落架轮关联；以及

制动器控制器，其可操作地连接至所述电气制动器，其中所述制动器控制器确定所述飞机是否处于第一配置，且如果所述飞机处于所述第一配置，则切断所有电源对所述电制动器的供电；确定所述飞机是否处于第二配置，且如果所述飞机处于所述第二配置，则从所述电源之一电源为所述电制动器供电；以及确定所述飞机是否处于第三配置，且如果所述飞机处于所述第三配置，则从所述电源的至少两个为所述电制动器供电。

18.根据权利要求17所述的飞机，其中所述第一配置至少由高于第一阈值的空速限定。

19.根据权利要求18所述的飞机，其中所述第一配置也至少由机轮不承重配置限定。

20.根据权利要求17所述的飞机，其中所述第二配置至少由低于第一阈值且高于第二阈值的空速限定。

21.根据权利要求20所述的飞机，其中所述第二配置也至少由机轮不承重配置限定。

22.根据权利要求17所述的飞机，其中所述第三配置至少由低于第二阈值的空速限定。

23.根据权利要求22所述的飞机，其中所述第三配置也由机轮不承重配置限定。

24.根据权利要求22所述的飞机，其中所述第三配置也由机轮承重配置限定。

25.根据权利要求17所述的飞机，其中所述电源包括多个电池。

26.一种用于低电力操作模式下的飞机的电制动系统，其包括：

电制动器；

至少一个电源，其连接至所述电制动器；以及

制动器控制器，其控制所述电制动器的操作，其中

如果所述飞机处于第一配置，则切断所有电源对所述电制动器的供电，

如果所述飞机处于第二配置，则从所述电源之一为所述电制动器供电，以及

如果所述飞机处于第三配置，则从所述电源的至少两个为所述电制动器供电。

27.一组可由处理器执行的指令，其中所述组指令：

确定飞机是否处于第一配置；

如果所述飞机处于所述第一配置，则切断所有电源对电制动器的供电；

确定所述飞机是否处于第二配置；

如果所述飞机处于所述第二配置，则从所述电源之一为所述电制动器供电；

确定所述飞机是否处于第三配置；以及

如果所述飞机处于所述第三配置，则从所述电源的至少两个为所述电制动器供电。