CN106762157B - 大飞机地面起动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大飞机地面起动装置，包括用于输出动力的涡轴发动机、与涡轴发动机相连用于在涡轴发动机输出的动力的带动下对输入的空气进行增压并将增压的空气供给大飞机以实现大飞机多发同步起动的离心压气机、以及与涡轴发动机相连用于将涡轴发动机输出的动力转化为电能并将转化的电能供给大飞机充电的交流发电机。本发明提供的大飞机地面起动装置，取缔机载辅助动力装置，实现大飞机的多发起动；对大飞机的起动系统进行结构简化，降低成本；节省机载燃油，使用寿命长，经济性好；维护方便，可在地面或室内维护，不需要在大飞机上拆装或维护；应用范围广，不仅可起动舰载机，还可以起动军舰上的燃气轮机；减少飞行期间死重，提高战技指标。

Description

大飞机地面起动装置

技术领域

本发明涉及辅助动力装置领域，特别地，涉及一种大飞机地面起动装置。

背景技术

现代飞机都有自起动能力。航空发动机常用的起动有三种：电起动机、空气涡轮起动机和燃气涡轮起动机。中小型飞机一般只装一台航空发动机(单发)，绝大多数采用直接电起动，如同汽车起动一样简单。大型飞机一般装有两台或多台航空发动机，不能靠自身同时起动，而是一台接一台进行起动。由于动力电池的能量密度比燃料低、价格比燃料贵，大发动机起动电流大，电池的维护工作量大等原因，大型飞机并不会携带特别多的动力电池，因此一般都不采用直接电起动，而是多步起动。大飞机上一般都安装了辅助动力装置，首先用小功率的电动机(1～3马力)起动辅助动力装置，辅助动力装置发出交流电或输出轴功率或输出压缩空气，总功率达到几十或几百马力就能起动大型航空发动机(2000～300000马力)。通常地，航空发动机地面起动过程是一个功率放大过程，放大系数约100。通过小功率的电动机逐步起动大型航空发动机，需要一套复杂的装置和过程。这套复杂的装置完成第一台主航空发动机起动后就显得多余，其他主发可由第一发的交流电或高压引气起动。由于辅助动力装置燃油消耗率高和经济性差，需要尽快关闭而成为飞机的死重。

因此，大型飞机起飞机时机载辅助动力装置燃油消耗率高和经济性差，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种大飞机地面起动装置，以解决大型飞机起飞机时机载辅助动力装置燃油消耗率高和经济性差的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种大飞机地面起动装置，包括用于输出动力的涡轴发动机、与涡轴发动机相连用于在涡轴发动机输出的动力的带动下对输入的空气进行增压并将增压的空气供给大飞机以实现大飞机多发同步起动的离心压气机、以及与涡轴发动机相连用于将涡轴发动机输出的动力转化为电能并将转化的电能供给大飞机充电的交流发电机。

进一步地，涡轴发动机包括自由涡轮、主动齿轮和花键联轴节，自由涡轮，用于输出动力；花键联轴节连接在主动齿轮和自由涡轮之间用于传递扭矩，主动齿轮用于带动离心压气机。

进一步地，离心压气机包括离心压气机叶轮，离心压气机叶轮与主动齿轮固定连接，主动齿轮用于带动离心压气机叶轮旋转。

进一步地，大飞机地面起动装置，还包括拉杆，拉杆将主动齿轮和离心压气机叶轮连成一体，用于将离心压气机叶轮产生的向后轴向力传递给自由涡轮。

进一步地，自由涡轮的一端部设置有球面堵头，主动齿轮上对应设置有与球面堵头相配合的球面，球面顶接在球面堵头上。

进一步地，大飞机地面起动装置，还包括功率输出轴、套设于功率输出轴上的输出齿轮以及与输出齿轮相啮合的中间齿轮，功率输出轴与交流发电机相连，中间齿轮与主动齿轮相啮合。

进一步地，涡轴发动机还包括减速器，减速器用于降低转速和增强扭矩。

进一步地，大飞机地面起动装置，还包括功率轴输出联轴节，功率轴输出联轴节连接在交流发电机和功率输出轴之间。

进一步地，大飞机地面起动装置，还包括涡壳，涡轴发动机还包括用于支撑自由涡轮的自由涡轮球轴承、以及用于支撑主动齿轮的主动齿轮轴承，涡壳上设置有用于引入滑油的滑油引入口，拉杆上对应设置有与滑油引入口相通的滑油导入孔，滑油导入孔用于将导入的滑油喷向主动齿轮轴承和花键联轴节。

进一步地，大飞机地面起动装置安装于可行驶的四轮电动车上。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的大飞机地面起动装置，由小型涡轴发动机改进成自由涡轮增压空气发生器，从而取缔机载辅助动力装置，实现大飞机的多发起动，从而解决大飞机多发逐台起动时间长、消耗机载燃油多且性能和使用时间不同步潜在的安全问题。另外，交流发电机产生的电能可为机载动力电池供电。本发明提供的大飞机地面起动装置，对大飞机的起动系统进行结构简化，提高了出勤率、降低成本；涡轴发动机本身燃油效率高，节省机载燃油，使用寿命长，经济性好；维护方便，可在地面或室内维护，不需要在大飞机上拆装或维护；应用范围广，不仅可起动舰载机，还可以起动军舰上的燃气轮机；减少飞行期间死重，提高战技指标；是机动便利功能强大的大飞机保姆。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明大飞机地面起动装置优选实施例的结构示意图；

图2是本发明大飞机地面起动装置中的自由涡轮转子组合优选实施例的结构示意图。

附图标号说明：

10、涡轴发动机；11、自由涡轮；20、离心压气机；30、交流发电机；12、主动齿轮；13、花键联轴节；21、离心压气机叶轮；40、拉杆；111、球面堵头；121、球面；50、功率输出轴；60、输出齿轮；14、减速器；70、中间齿轮；80、功率轴输出联轴节；15、自由涡轮球轴承；16、主动齿轮轴承；90、涡壳；91、滑油引入口；41、滑油导入孔；17、尾喷管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种大飞机地面起动装置，包括用于输出动力的涡轴发动机10、与涡轴发动机10相连用于在涡轴发动机10输出的动力的带动下对输入的空气进行增压并将增压的空气供给大飞机以实现大飞机多发同步起动的离心压气机20、以及与涡轴发动机10相连用于将涡轴发动机10输出的动力转化为电能并将转化的电能供给大飞机充电的交流发电机30。离心压气机20包括进气口和排气口，排气口用高压软管引接到大飞机的高压空气接囗，通向毎台主发的空气涡轮起动机，使多发同时起动。其中，涡轴发动机10包括热能发生器、自由涡轮11和尾喷管17，热能发生器用于产生燃气热能；自由涡轮11用于将热能发生器产生的燃气热能转换为机械能，以动力的方式进行输出；尾喷管17用于排燃烧废气。离心压气机20包括进气口和排气口，进气口用于输入空气，排气口用于排出离心压气机20增压的空气。排气口连接大飞机的高压软管，驱动全部主发动机的空气涡轮起动机，使大飞机实现多发同步起动。交流发电机30将转化的电能存储在机载动力电池上。本实施例提供的大飞机地面起动装置，可以同时输出流量达1.6kg/s(气压5bar)的空气流和40～120kw电功率，从而实现大飞机多发同起和多机充电维护。其中，涡轴发动机10可利用退役的小型涡轴发动机进行改进，从而对闲置设备再利用，使闲置设备的使用寿命增长并降低了制造成本。尾喷管17的废气出口朝向上方，以让出离心压气机20的安装空间。

多发大型飞机在空中的重新起动比地面容易，可以风车起动，也可以由尚未熄火的发动机的交流电或高压引气起动。不同于活塞式航空发动机，现代的涡轮式航空发动机的熄火概率很低，因故障而熄火或卡死的航空发动机几乎没有再起动的必要，因为故障航空发动机的继续运转严重威胁到飞机的安全，故障航空发动机可能会振动、脱落、着火或爆炸，故多发大型飞机的明智选择是依靠剩余的发动机尽快平安着陆。综上所述，大飞机的机载辅助动力装置是其奢华的可选配置，可由本实施例提供的经济实用的大飞机地面辅助动力装置代替。

对于战斗机而言，本实施例提供的大飞机地面辅助动力装置可以有效降低飞机自重，并减少大量机载辅助动力装置的维护工作，有利于提高载油量、载弹量、航程及机动性。另一方面，取消机载辅助动力装置(重40～80kg)可以简化双发战斗机的起动系统，降低造价和使用维护费用，减少油耗。战斗机发动机遇到空中熄火，首选风车起动(n2＝0.2～0.3nmax)，其次依靠另一台发动机的引气或交流发电，最后飞行员要把精力放在操作姿态，寻找最有利的迫降场地上，而不是指望故障发动机重新工作，这种成功概率很低也很危险，航空涡轮发动机完全不同于汽车发动机，故障容易扩展，二次损伤很快发生。低压比的机载辅助动力装置自身在高空难以起动，不如高压比的主发动机自身更容易风车起动，因此，即使是单发战斗机，机载辅助动力装置的空中使用率也是非常低的。而且，按照生命至上的原则，单发战斗机发生空中停车，在外场以弃机跳伞的情况居多。因此单发战斗机也可考虑不装机载辅助动力装置，可以减少约40kg重量，腾出一个设备舱，节省燃油和维护时间，提高机动性和出勤率，降低飞机造价。

飞机没有了地面自起动功能，依赖地面辅助动力装置起动，对于飞行安全却是非常有利的。大飞机起飞前必须要由飞行员和地勤人员协同做细致的检查，确认每台发动机工作正常，能同步达到最大起飞推力。国内国外都发生过大飞机起飞过程中由于主发动机推力不足，造成飞机偏斜失速坠毁。多发顺序起动造成每台发动机预热程度不一致，长期积累的剩余寿命也不一致，性能可能不均衡。最主要的是，机组在多发顺序起动的复杂操作过程中精力必然更多地放在操作上，而各台不同步的发动机参数不具对比性，因而容易忽略主发动机的性能异常。需要更多的地面温车同步时间才能使多发性能同步，不利于执行应急的军事任务。利用本实施例提供的大飞机地面辅助动力装置中的地面大流量的空气发生器实现多发同起，使多发性能同步，发动机参数具有对比性，利于发现有问题的发动机；简化了多发起动温车过程，利于执行应急的军事任务。由于不使用机载辅助动力装置，机身内没有高温热源和喷油嘴，不用担心辅助动力舱起火。

本实施例提供的大飞机地面辅助动力装置，由小型涡轴发动机改进成自由涡轮增压空气发生器，从而取缔机载辅助动力装置，实现大飞机的多发起动，从而解决大飞机多发逐台起动时间长、消耗机载燃油多且性能和使用时间不同步潜在的安全问题。另外，交流发电机产生的电能可为机载动力电池供电。本发明提供的大飞机地面起动装置，对大飞机的起动系统进行结构简化，提高了出勤率、降低成本；涡轴发动机本身燃油效率高，节省机载燃油，使用寿命长，经济性好；维护方便，可在地面或室内维护，不需要在大飞机上拆装或维护；应用范围广，不仅可起动舰载机，还可以起动军舰上的燃气轮机，可向水下40～50米输送大流量压缩空气，用于沉船救生；减少飞行期间死重，提高战技指标；是机动便利功能强大的大飞机保姆。

优选地，如图1所示，本实施例提供的大飞机地面起动装置，涡轴发动机10包括自由涡轮11、主动齿轮12和花键联轴节13，自由涡轮11，用于输出动力；花键联轴节13连接在主动齿轮12和自由涡轮11之间用于传递扭矩，主动齿轮12用于带动离心压气机20。花键联轴节13的两端分别与主动齿轮12和自由涡轮11螺纹连接。

本实施例提供的大飞机地面起动装置，代替机载辅助动力装置，从而对大飞机的起动系统进行结构简化，提高了出勤率、降低成本；维护方便，可在地面或室内维护，不需要在大飞机上拆装或维护。

可选地，请见图1，本实施例提供的大飞机地面起动装置，离心压气机20包括离心压气机叶轮21，离心压气机叶轮21与主动齿轮12螺纹连接，主动齿轮12用于带动离心压气机叶轮21旋转。主动齿轮12和离心压气机叶轮21采用螺纹连接，主动齿轮12靠近离心压气机叶轮21的一端设置有外螺纹，离心压气机叶轮21的内孔上对应设置有与主动齿轮12的外螺纹相配合的内螺纹，离心压气机叶轮21利用内螺纹拧在主动齿轮12上。

本实施例提供的大飞机地面起动装置，离心压气机叶轮采用螺纹直接连接在主动齿轮上，传力结构简单，从而节省了成本；维护方便，可在地面或室内维护，不需要在大飞机上拆装或维护。

进一步地，参见图1，本实施例提供的大飞机地面起动装置，还包括拉杆40，拉杆40将主动齿轮12和离心压气机叶轮21连成一体用于将离心压气机叶轮21产生的向后轴向力传递给自由涡轮11。拉杆40为长拉杆，拉杆40的端部设置有外螺纹，拉杆40穿过离心压气机叶轮21和主动齿轮12后拧到自由涡轮20上(41586rpm)，传递轴向力。拉杆40由扭转刚度和抗弯刚度都比较低而有良好弹性的材料制成。

本实施例提供的大飞机地面起动装置，通过拉杆来将离心压气机叶轮产生的向后轴向力传递给自由涡轮，结构简单，从而节省了成本；维护方便，可在地面或室内维护，不需要在大飞机上拆装或维护。

优选地，如图1和图2所示，本实施例提供的大飞机地面起动装置，自由涡轮11的一端部设置有球面堵头111，主动齿轮12上对应设置有与球面堵头111相配合的球面121，球面121顶接在球面堵头111上。主动齿轮12的球面121具有类似顶尖孔的定心作用。

可选地，如图1所示，本实施例提供的大飞机地面起动装置，还包括功率输出轴50、套设于功率输出轴50上的输出齿轮60以及与输出齿轮60相啮合的中间齿轮70，功率输出轴50与交流发电机30相连，中间齿轮70与主动齿轮12相啮合。具体地，涡轴发动机10还包括减速器14，减速器14包括主动齿轮12、中间齿轮70和输出齿轮60，用于降低转速和增强扭矩。转子组合的同轴度良好，能适应机匣微小的不同轴和变形量。涡轴发动机10输出的动力通过功率输出轴50传递给交流发电机30，并由交流发电机30转化为电能后以供给大飞机充电。

优选地，如图1所示，本实施例提供的大飞机地面起动装置，还包括功率轴输出联轴节80，功率轴输出联轴节80连接在交流发电机30和功率输出轴50之间。功率轴输出联轴节80(6000rpm)与交流发电机30相连，其中，交流发电机30输出115V和400Hz的电压。

进一步地，参见图1和图2，本实施例提供的大飞机地面起动装置，还包括涡壳90，涡轴发动机10还包括用于支撑自由涡轮11的自由涡轮球轴承15、以及用于支撑主动齿轮12的主动齿轮轴承16，涡壳90上设置有用于引入滑油的滑油引入口91，拉杆40上对应设置有与滑油引入口91相通的滑油导入孔41，滑油导入孔41用于将导入的滑油喷向主动齿轮轴承16和花键联轴节13。涡壳90采用无叶扩压引气涡壳，滑油引入口91引入的滑油进入到拉杆40的滑油导入孔41内，喷向主动齿轮轴承16和花键联轴节13；涡壳90引入中压空气封严滑油；引入高压空气到卸荷腔，减小自由涡轮球轴承15受到的轴向力。离心压气机20的进气口设置在涡壳90的轴向上，离心压气机20排气口设置在在涡壳90的周切向上。

可选地，本实施例提供的大飞机地面起动装置安装于可行驶的四轮电动车上。本实施例提供的大飞机地面起动装置是由小型涡轴发动机改进而成的自由涡轮增压空气发生器，安装在可行驶的四轮电动车上。大飞机地面起动装置的滑油和动力电池通常处于室温及电量饱满状态，而北方冬季停机坪上的飞机由于长期停放，机载动力电池处于低温休眠状态。利用可移动的大飞机地面起动装置可以同时给多架战机充电，检查电子设备，并输出压缩空气给战机冷转、暖机，使战机快速进入工作状态。

本实施例提供的大飞机地面起动装置，与机载APU(燃气涡轮空气发生器)相比较，输出空气的流量不影响燃烧室涡轮的燃气流量，核心机的压气机和附加的压气机无相互影响，部件效率高、燃气压强高、做功能力强、燃油消耗率低、可作为充电机长时间工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大飞机地面起动装置，其特征在于，包括用于输出动力的涡轴发动机(10)、与所述涡轴发动机(10)相连用于在所述涡轴发动机(10)输出的动力的带动下对输入的空气进行增压并将所述增压的空气供给大飞机以实现大飞机多发同步起动的离心压气机(20)、以及与所述涡轴发动机(10)相连用于将所述涡轴发动机(10)输出的动力转化为电能并将转化的所述电能供给所述大飞机充电的交流发电机(30)；

所述涡轴发动机(10)包括自由涡轮(11)、主动齿轮(12)和花键联轴节(13)，所述自由涡轮(11)，用于输出动力；所述花键联轴节(13)连接在所述主动齿轮(12)和所述自由涡轮(11)之间用于传递扭矩，所述主动齿轮(12)用于带动所述离心压气机(20)。

2.根据权利要求1所述的大飞机地面起动装置，其特征在于，

所述离心压气机(20)包括离心压气机叶轮(21)，所述离心压气机叶轮(21)与所述主动齿轮(12)螺纹连接，所述主动齿轮(12)用于带动所述离心压气机叶轮(21)旋转。

3.根据权利要求2所述的大飞机地面起动装置，其特征在于，

还包括拉杆(40)，所述拉杆(40)将所述主动齿轮(12)和所述离心压气机叶轮(21)与所述自由涡轮(11)连成一体，用于将所述离心压气机叶轮(21)产生的向后轴向力传递给所述自由涡轮(11)。

4.根据权利要求1所述的大飞机地面起动装置，其特征在于，

所述自由涡轮(11)的一端部设置有球面堵头(111)，所述主动齿轮(12)上对应设置有与所述球面堵头(111)相配合的球面(121)，所述球面(121)顶接在所述球面堵头(111)上。

5.根据权利要求1所述的大飞机地面起动装置，其特征在于，

还包括功率输出轴(50)、套设于所述功率输出轴(50)上的输出齿轮(60)以及与所述输出齿轮(60)相啮合的中间齿轮(70)，所述功率输出轴(50)与所述交流发电机(30)相连，所述中间齿轮(70)与所述主动齿轮(12)相啮合。

6.根据权利要求5所述的大飞机地面起动装置，其特征在于，

所述涡轴发动机(10)还包括减速器(14)，所述减速器(14)用于降低转速和增强扭矩。

7.根据权利要求6所述的大飞机地面起动装置，其特征在于，

还包括功率轴输出联轴节(80)，所述功率轴输出联轴节(80)连接在所述交流发电机(30)和所述功率输出轴(50)之间。

8.根据权利要求3所述的大飞机地面起动装置，其特征在于，

还包括涡壳(90)，所述涡轴发动机(10)还包括用于支撑所述自由涡轮(11)的自由涡轮球轴承(15)、以及用于支撑所述主动齿轮(12)的主动齿轮轴承(16)，所述涡壳(90)上设置有用于引入滑油的滑油引入口(91)，所述拉杆(40)上对应设置有与所述滑油引入口(91)相通的滑油导入孔(41)，所述滑油导入孔(41)用于将导入的所述滑油喷向所述主动齿轮轴承(16)和所述花键联轴节(13)。

9.根据权利要求1所述的大飞机地面起动装置，其特征在于，

所述大飞机地面起动装置安装于可行驶的四轮电动车上。