CN107848620A - 飞机的电动滑行系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种飞机(1)的电动滑行系统，具备：飞机(1)的车轮(5a、7a)；滑行用电动机(5b、7b)，其在飞机(1)着陆时与车轮(5a、7a)一起旋转而向车轮(5a、7a)赋予制动力，并且产生与该制动力对应的再生电力，在飞机(1)滑行时使车轮(5a、7a)旋转；以及电源控制单元(27)，其将再生电力供给至为了飞机(1)的着陆或者中止着陆后进行的再起飞而被驱动的飞机(1)的电动要素(9b、11b、13b、15b、29a、31a)。

Description

飞机的电动滑行系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及将电动电动机的动力用作推动力的飞机。
背景技术
一般来说，将喷气式发动机作为推动源的飞机利用喷气式发动机的推力在飞机场的滑行道滑行(自行运行)。但是，在滑行时喷气式发动机消耗较多的燃料，所以近年来，进行了滑行中使用电动电动机的动力来提高油耗的尝试。专利文献1公开了相关的技术。
作为滑行的动力源的电动电动机能够使用于辅助起飞滑翔时的喷气式发动机所产生的推力，除此以外，也能够用作着陆时的制动源。此时，作为发电机而发挥作用的电动电动机产生再生电力。专利文献2以及3公开了相关的技术。
也可以将再生电力充电到飞机内的蓄电池来积蓄，但该情况下，蓄电池的充电控制复杂化。为了避免该情况，理想的是尽可能在产生的时刻消耗再生电力。作为实现的方法，有如下的方法：飞机的电动电动机所产生的再生电力在负载的消耗电力以内的情况下将再生电力供给至负载，超过消耗电力的情况下将再生电力供给至内部电阻。专利文献4公开了相关的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2013/0284854号说明书
专利文献2：日本特开2009－23628号公报
专利文献3：日本特开2009－23629号公报
专利文献4：日本特开2001－95272号公报
发明内容
发明要解决的课题
在根据再生电力的大小切换其供给目的地的上述的方法中，在无法通过负载消耗再生电力的情况下，再生电力不必要地被内部电阻消耗。
本公开的目的在于，有效利用将飞机滑行、起飞时的滑走时作为动力源而使用的电动电动机用作着陆时的制动源时在电动电动机产生的再生电力。
用于解决课题的手段
本公开的一方式的飞机的电动滑行系统具备：飞机的车轮；滑行用电动机，其在上述飞机着陆时与上述车轮一起旋转而向该车轮赋予制动力，并且产生与该制动力对应的再生电力，在上述飞机滑行时使上述车轮旋转；以及电源控制单元，其将上述再生电力供给至为了上述飞机的着陆或者中止着陆后进行的再起飞而被驱动的上述飞机的电动要素。
附图说明
图1是搭载有本公开的一实施方式的电动滑行系统的飞机的立体图。
图2是表示图1的飞机内部的电气概要结构的说明图。
图3是表示图1的飞机内部的电气概要结构的其他例的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的一实施方式进行说明。图1是搭载有本公开的一实施方式的电动滑行系统(electrically powered taxiing system)的飞机的立体图。
图1所示的飞机1在躯干3的下部具有储存式的前脚5以及主脚7。前脚5具有一个以上的车轮5a，左右的主脚7分别具有一个以上的车轮7a。设置于躯干3的左右的主翼9、11分别具有在着陆时弹起而对飞机1赋予制动力的多个(spoiler)扰流板9a、11a。主翼9、11分别支承发动机舱(engine nacelle)13、15。
发动机舱13、15分别收纳喷气式发动机17、19。在发动机舱13与喷气式发动机17之间形成有通过喷气式发动机17的风扇被吸入到发动机舱13的空气中绕过喷气式发动机17的旁通气流的通路。同样地，在发动机舱15与喷气式发动机19之间也形成有通过喷气式发动机19的风扇被吸入到发动机舱15的空气中绕过喷气式发动机19的旁通气流的通路。
在发动机舱13、15分别设置有滑动式的机舱盖(nacelle cover)13a、15a。机舱盖13a、15a与上述的主翼9、11的扰流板9a、11a一起构成在飞机1着陆时施加制动的反推力单元。
若机舱盖13a、15a向飞机1的后方滑动，则在发动机舱13、15分别形成有环状的缝隙，经由该缝隙，发动机舱13、15内的旁通气流的通路分别与发动机舱13、15的外部连通。而且，发动机舱13、15内的旁通气流分别通过环状的缝隙向发动机舱13、15的外部排出，成为偏转到飞机1的前方的气流。这些被偏转后的气流对飞机1赋予制动力。
图2是表示图1的飞机1内部的电气概要结构的说明图。飞机1具有构成向内部的电动要素供给电力的电源供给线的电源总线21。电源总线21分别经由未图示的控制装置向使扰流板9a动作的电动促动器9b(电动要素)以及使扰流板11a动作的电动促动器11b(电动要素)供给电力。另外，电源总线21分别经由未图示的控制装置向使机舱盖13a动作的电动促动器13b(电动要素)以及使机舱盖15a动作的电动促动器15b(电动要素)供给电力。并且，电源总线21也向进行飞机1的客舱内的空气调和的制冷循环(VCS)23、其控制系统(环境控制系统；ECS)25等电动设备供给电力。
并且，电源总线21连接有电源控制装置27(电源控制单元)。电源控制装置27经由控制装置5c连接有电动脚电动机5b(滑行用电动机)，并且经由控制装置7c连接有电动脚电动机7b(滑行用电动机)。另外，在电源控制装置27上经由控制装置29b连接有起动机/发电机29a(电动要素；电动辅助电动机)，并且经由控制装置31b连接有起动机/发电机31a(电动要素；电动辅助电动机)。
电动脚电动机5b设置于前脚5的车轮5a，通过从电源控制装置27经由电动脚电动机控制装置5c供给的电力使车轮5a旋转。电动脚电动机7b分别设置于左右的主脚7的车轮7a，通过从电源控制装置27经由电动脚电动机控制装置7c供给的电力使车轮7a旋转。因此，电动脚电动机5b、7b能够作为成为飞机1的滑行、起飞时的动力源的电动电动机发挥作用。电动脚电动机5b、7b例如能够由储存于车轮5a、7a的轮毂内的轮内电动机、具有能够传递动力地与车轮5a、7a的轴连结的输出轴的电动电动机构成。
若电动脚电动机5b未接受到来自电源控制装置27的电力供给时车轮5a旋转，则将因旋转阻力产生的制动力(再生制动)赋予给旋转中的车轮5a，并且产生与制动力对应的再生电力。若电动脚电动机7b未接受到来自电源控制装置27的电力供给时车轮7a旋转，则将因旋转阻力产生的制动力(再生制动)赋予给旋转中的车轮7a，并且产生与制动力对应的再生电力。即，电动脚电动机5b、7b可以在飞机1的着陆时作为制动源利用。此外，在电动脚电动机5b、7b中产生的再生电力分别经由电动脚电动机控制装置5c、7c被电源控制装置27回收。
被电源控制装置27回收的再生电力供给至作为电动要素的电动促动器9b、11b、13b、15b、起动机/发电机29a、31a，另外，也能够供给至制冷循环23和其控制系统25等电动设备。
起动机/发电机29a经由未图示的动力传递系统与喷气式发动机17的涡轮轴连接。起动机/发电机29a通过从电源控制装置27经由起动机/发电机控制装置29b供给的电力，来辅助喷气式发动机17的涡轮轴的旋转。起动机/发电机31a经由未图示的动力传递系统与喷气式发动机19的涡轮轴连接。起动机/发电机31a通过从电源控制装置27经由起动机/发电机控制装置31b供给的电力，来辅助喷气式发动机19的涡轮轴的旋转。
起动机/发电机29a在未接受到来自电源控制装置27的电力供给时作为发电机发挥作用，通过从喷气式发动机17经由未图示的动力传递系统传递的动力旋转并发电。起动机/发电机31a在未接受到来自电源控制装置27的电力供给时作为发电机发挥作用，通过从喷气式发动机19经由未图示的动力传递系统传递的动力旋转并发电。起动机/发电机29a、31a发电的电力分别经由起动机/发电机控制装置29b、31b被电源控制装置27回收。
电源控制装置27回收在电动脚电动机5b、7b中产生的再生电力、起动机/发电机29a、31a产生的电力，并供给至与电源总线21、电源控制装置27连接的动作中的电动要素、电动设备并被消耗。
在本实施方式中，由电源控制装置27、电动脚电动机5b、7b、起动机/发电机29a、31a、与电源总线21连接的电动促动器9b、11b、13b、15b、制冷循环23、其控制系统25等构成了飞机1的电动滑行系统。
接下来，对本实施方式的电动滑行系统的动作(作用)进行说明。首先，当飞机1在着陆或起飞时进行滑行时，起动机/发电机29a、31a发电的电力从电源控制装置27经由对应的电动脚电动机控制装置5c、7c至少被供给至电动脚电动机5b、7b中的任意一个以上。接受到电力供给的电动脚电动机5b、7b分别使对应的车轮5a、7a旋转，电动地使飞机1滑行。此外，电动脚电动机5b、7b在起飞滑翔时使车轮5a、7a以起动机/发电机29a、31a发电的电力旋转，从而能够对由喷气式发动机17、19产生的推力进行辅助。
另外，在飞机1着陆时，若车轮7a与跑道接触，则电动脚电动机7b与触地的车轮7a一起旋转，在电动脚电动机7b中产生与制动力对应的再生电力。接着，若车轮5a与跑道接触，则电动脚电动机5b与触地的车轮5a一起旋转，在电动脚电动机5b中产生与制动力对应的再生电力。这些再生电力至少从电源控制装置27经由电源总线21和各自的控制装置(未图示)被供给至电动促动器9b、11b、13b、15b。
接受到再生电力的供给的电动促动器9b、11b、13b、15b为了对飞机1施加制动，而使扰流板9a、11a、机舱盖13a、15a动作，消耗被供给的再生电力。即，至少在电动脚电动机5b、7b中的任意一个以上产生再生电力的期间，再生电力被供给至电动促动器9b、11b而扰流板9a、11a动作，或者再生电力被供给至电动促动器13b、15b而机舱盖13a、15a动作。
并且，飞机1在中途中止着陆而再起飞(擦底而过)时，在着陆时车轮5a和/或车轮7a与跑道接触而在电动脚电动机5b、7b中任意一个以上产生的再生电力也从电源控制装置27经由起动机/发电机控制装置29b、31b被供给至起动机/发电机29a、31a。
接受到再生电力供给的起动机/发电机29a、31a分别作为电动机发挥作用，而使喷气式发动机17、19的涡轮轴旋转，消耗被供给的再生电力。由此，起动机/发电机29a、31a分别辅助飞机1再起飞时加速的喷气式发动机17、19的旋转。即，至少在电动脚电动机5b、7b中的任意一个以上产生再生电力的期间，对起动机/发电机29a、31a供给再生电力。此外，在该再起飞时，也可以在将位于弹起位置的扰流板9a、11a返回到原来的位置，或将位于后方位置的机舱盖13a、15a滑动到前方位置时，也将再生电力供给至相应的电动促动器9b、11b、13b、15b，使扰流板9a、11a、机舱盖13a、15a动作。另外，机舱盖13a、15a位于后方位置的期间使喷气式发动机17、19的转速增加来提高制动力时，也可以将再生电力供给至起动机/发电机29a、31a来辅助喷气式发动机17、19的旋转。
此外，在喷气式发动机17、19动作的期间，起动机/发电机29a、31a发电的电力始终被供给至与电源总线21连接的制冷循环23、其控制系统25等电动设备。
另外，在飞机1着陆时或再起飞时，也能够将在电动脚电动机5b、7b中任意一个以上产生的再生电力从电源控制装置27经由电源总线21供给至上述电动设备并被消耗。
并且，也可以如图3所示，对于喷气式发动机17，另外追加一个系统的起动机/发电机33a以及起动机/发电机控制装置33b，而使这些始终作为发电机发挥作用。另外，也可以对于喷气式发动机19另外追加一个系统的起动机/发电机35a以及起动机/发电机控制装置35b，而使这些始终作为发电机发挥作用。
该情况下，即使在起动机/发电机29a、31a作为电动机发挥作用时，也能够将起动机/发电机33a、35a发电的电力稳定地供给至与电源总线21连接的制冷循环23、其控制系统25等电动设备。
电源控制装置27、电动脚电动机控制装置5c、7c以及起动机/发电机控制装置29b、31b、33b、35b可以包括用于分别执行上述的功能的，例如逆变器、转换器、开关、继电器、电容器、电压电流传感器、控制部等。控制部例如包括具有对各控制装置进行控制的控制程序的微型计算机。另外，控制部例如可以包括输入接口电路、输出接口电路、存储装置(例如，ROM、RAM)等、其他的现有的组件。RAM以及ROM可以存储处理结果、由控制部执行的控制程序。控制部的构成以及算法可以是执行上述的功能的硬件以及软件的任意的组合。
如以上说明的那样，本实施方式的飞机1使用电动脚电动机5b、7b来电动地进行飞机1的滑行。而且，在着陆时在电动脚电动机5b、7b中产生的再生电力被供给至在飞机1着陆时被驱动的扰流板9a、11a、机舱盖13a、15a的电动促动器9b、11b、13b、15b、或者，紧接着着陆时的再起飞时被驱动的起动机/发电机29a、31a而被消耗。
因此，不使飞机1着陆时在电动脚电动机5b、7b中产生的再生电力作为多余电力被虚拟负载(dummy load)(例如，高电阻值的内部电阻等)不必要地消耗，而是在着陆或者紧接着的再起飞时，能够作为动力被电动促动器9b、11b、13b、15b、起动机/发电机29a、31a高效地消耗。由此，能够有效利用再生电力。另外，因为在产生的时刻消耗再生电力(至少其一部分)，所以能够省略向蓄电池的充电。
另外，飞机1也将在飞机1着陆时在电动脚电动机5b、7b中产生的再生电力供给至制冷循环23及其控制系统25等电动设备。
因此，在通过电动促动器9b、11b、13b、15b、起动机/发电机29a、31a未全部耗尽电动脚电动机5b、7b中产生的再生电力的情况下，也能够通过上述电动设备有效地利用多余的再生电力。
以上，对本公开的一实施方式进行了说明，但该实施方式只不过是为了容易理解发明而记载的一个例子。本公开的技术范围并不局限于上述实施方式所公开的具体技术事项，也包括能够由此容易导出的各种变形、变更、替代技术等。
例如，在上述实施方式中，对前脚5以及主脚7的车轮5a、7a全部设置有电动脚电动机5b、7b的情况进行了说明，但也可以仅在车轮5a、7a中的至少一方设置电动脚电动机。在有多个车轮5a时，也可以仅在其中的一部分设置电动脚电动机5b。同样地，在有多个车轮7a时，也可以仅在其中的一部分设置电动脚电动机7b。
另外，在电动脚电动机5b、7b中产生的再生电力的供给目的地也可以是着陆时的电动促动器9b、11b、13b、15b和再起飞时的起动机/发电机29a、31a中的任意一方。
并且，除了上述电动要素以外，也可以将电动脚电动机5b、7b中产生再生电力的着陆时或紧接着的再起飞时为了着陆或者再起飞而被驱动的各种电动要素作为在电动脚电动机5b、7b中产生的再生电力的供给目的地。
另外，也可以从电动脚电动机5b、7b中产生的再生电力的供给目的地中排除制冷循环23及其控制系统25等电动设备。
本公开的一方式所涉及的飞机的电动滑行系统具备：飞机的车轮；滑行用电动机，其在上述飞机的着陆时与上述车轮一起旋转且对该车轮赋予制动力，并且产生与该制动力对应的再生电力，在上述飞机滑行时使上述车轮旋转；以及电源控制单元，其将上述再生电力供给至为了上述飞机的着陆或者中止着陆后进行的再起飞而驱动的上述飞机的电动要素。
根据该电动滑行系统，若在飞机着陆时与车轮一起旋转的滑行用电动机产生再生电力，则再生电力被供给至在飞机着陆时或者紧接着着陆时的再起飞时被驱动的电动要素而被消耗。
因此，在使用滑行用电动机来电动地进行飞机的滑行的情况下，着陆时在滑行用电动机中产生的再生电力不会作为多余电力被虚拟负载(高电阻值的内部电阻等)不必要地消耗，而通过供给目的地的电动要素高效地消耗再生电力，从而能够有效地利用再生电力。
此外，作为电动要素，例如，能够在电动要素内包含将在上述飞机着陆时使该飞机的喷气式发动机的旁通气流向上述飞机的前方偏转的反推力单元。
另外，例如，也能够在电动要素内包含在上述飞机起飞时以及再起飞时辅助该飞机的喷气式发动机的旋转的电动辅助电动机，上述电源控制单元在上述再起飞时将上述再生电力供给至上述电动辅助电动机。
这样，使在着陆时电动机发电机所产生的再生电力被为了对着陆的飞机施加制动而被驱动的反推力单元、或中止着陆后再起飞时为了辅助喷气式发动机的旋转而被驱动的电动辅助电动机高效地消耗，从而能够有效地活用再生电力。
并且，滑行用电动机中产生的再生电力也能够通过上述电源控制单元供给至上述电动要素以外的设置于上述飞机的电动设备。
这样，即使滑行用电动机中产生的再生电力未在再起飞时被驱动的电动要素中全部耗尽的情况下，也能够通过设置于飞机的电动设备有效地利用多余的再生电力。
本申请要求基于2015年12月2日提交的日本专利申请第2015－235530号的优先权，该申请的全部内容通过参照引用于本说明书。
工业上的可用性
本公开的一方式所涉及的飞机的电动滑行系统不管是民间机还是军用机、是旅客机还是货物机，能够广泛地应用于将电动机的动力用作推动力的飞机。
符号说明
1...飞机；3...躯干；5...前脚；5a、7a...车轮；5b、7b...电动脚电动机；5c、7c...电动脚电动机控制装置；7...主脚；9、11...主翼；9a、11a...扰流板；9b、11b、13b、15b...电动促动器；13、15...发动机舱；13a、15a...机舱盖；17、19...喷气式发动机；21...电源总线；23...制冷循环(VCS)；25...制冷循环控制系统(环境控制系统；ECS)；27...电源控制装置；29a、31a、33a、35a...起动机/发电机；29b、31b、33b、35b...起动机/发电机控制装置。

Claims (9)

1.一种飞机的电动滑行系统，其特征在于，具备：
飞机的车轮；
滑行用电动机，其在上述飞机着陆时与上述车轮一起旋转而向该车轮赋予制动力，并且产生与该制动力对应的再生电力，在上述飞机滑行时使上述车轮旋转；以及
电源控制单元，其将上述再生电力供给至为了上述飞机的着陆或者中止着陆后进行的再起飞而被驱动的上述飞机的电动要素。
2.根据权利要求1所述的飞机的电动滑行系统，其特征在于，
上述电动要素包括：反推力单元，其在上述飞机着陆时使该飞机的喷气式发动机的旁通气流向上述飞机的前方偏转。
3.根据权利要求1所述的飞机的电动滑行系统，其特征在于，
上述电动要素包括：电动辅助电动机，其在上述飞机起飞时以及再起飞时辅助上述飞机的喷气式发动机的旋转，
在上述再起飞时，上述电源控制单元将上述再生电力供给至上述电动辅助电动机。
4.根据权利要求2所述的飞机的电动滑行系统，其特征在于，
上述电动要素包括：电动辅助电动机，其在上述飞机起飞时以及再起飞时辅助上述飞机的喷气式发动机的旋转，
在上述再起飞时，上述电源控制单元将上述再生电力供给至上述电动辅助电动机。
5.根据权利要求1所述的飞机的电动滑行系统，其特征在于，
上述电源控制单元还将上述再生电力供给至上述电动要素以外的设置于上述飞机的电动设备。
6.根据权利要求2所述的飞机的电动滑行系统，其中，
上述电源控制单元还将上述再生电力供给至上述电动要素以外的设置于上述飞机的电动设备。
7.根据权利要求3所述的飞机的电动滑行系统，其特征在于，
上述电源控制单元还将上述再生电力供给至上述电动要素以外的设置于上述飞机的电动设备。
8.根据权利要求4所述的飞机的电动滑行系统，其特征在于，
上述电源控制单元还将上述再生电力供给至上述电动要素以外的设置于上述飞机的电动设备。
9.一种飞机的电动滑行系统的控制方法，其特征在于，
在上述飞机着陆时使滑行用电动机与上述车轮一起旋转，向上述车轮赋予制动力，并且产生与该制动力对应的再生电力，其中，滑行用电动机是在滑行时使飞机的车轮旋转的电动机，
将上述再生电力供给至为了上述飞机的着陆或者中止着陆后进行的再起飞而被驱动的上述飞机的电动要素。
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