CN107979116B - 用于在电力系统架构中分配电力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于分配电力的电力系统架构和方法包括配置成接收由具有第一发电机和第二发电机的第一发动机生成的电力的配电总线、与配电总线连接且与第一发动机相关联的第一组电气总线，以及配置成与配电总线有选择地连接的第二组电气总线。

Description

用于在电力系统架构中分配电力的方法
背景技术
涡轮发动机，且具体是燃气涡轮发动机，也称为燃烧涡轮发动机，是旋转发动机，其从穿过发动机流到多个涡轮叶片上的燃烧气体获得能量。燃气涡轮发动机已用于陆地和海上移动和发电，但也通常用于航空应用，例如，飞机，包括直升机。在飞机中，燃气涡轮发动机用于飞行器的推进。
燃气涡轮发动机可具有两个或更多个转轴，包括提供总体推进系统推力的显著部分的低压(LP)转轴，以及驱动一个或更多个压缩机且通过沿向后的方向引导排气产物产生附加推力的高压(HP)转轴。
燃气涡轮发动机通常还对一定数目的不同附件供能，如，发电机、起动机/发电机、永磁交流发电机(PMA)、燃料泵和液压泵，例如，用于除推进之外的功能的设备。例如，当代的飞行器需要电力来用于航空电子设备、马达和其它电气设备。与燃气涡轮发动机联接的发电机将发动机的机械能转换成对附件供能所需的电能。
发明内容
在一方面，本公开内容涉及一种电力系统架构，包括：配电总线，其配置成接收由第一发电机生成的电力，第一发动机具有第一发电机系统和第二发电机系统；与配电总线连接且与第一发动机相关联的第一组电气总线；第二组电气总线，其配置成有选择地与配电总线连接，包括至少一基本总线，且与第二发动机相关联；以及共享调节器，其配置成向第一发电机系统和第二发电机系统提供一组共享比值，且配置成接收第二发动机的操作状态。在接收到第二发动机的非操作状态后，配电总线配置成除基本总线外有选择地断开第二组电气总线，且共享调节器配置成向第一发电机系统和第二发电机系统提供一组共享比值，其选择成允许第一发电机系统和第二发电机系统共享足以激励第一组电气总线和基本总线的发电的分配。
在另一方面，本公开内容涉及一种用于在电力系统架构中分配电力的方法，包括确定第一发动机系统的操作状态，且响应于确定第一发动机系统未操作，除与第一发动机系统相关联的基本电负载的子组外有选择地使与第一发动机系统相关联的第一组电负载与配电总线断开，向具有至少一个第一发电机和第二发电机的第二操作发动机系统提供一组共享比值，以及按照一组共享比值操作第一发电机和第二发电机，使得第一发电机和第二发电机将期望的组合电力输出分配至配电总线而足以激励与第二发动机系统相关联的第二组电负载，以及与第一发动机系统相关联的基本电负载的子组。
在又一方面，本公开内容涉及一种用于重启飞行的飞行器的非操作发动机的方法，包括除与非操作发动机相关联的基本电负载的子组外将与非操作发动机相关联的一组电负载从配电总线停用、将组合的功率输出有选择地分配在由飞行的飞行器的至少一个操作发动机驱动的至少两个发电机系统之间，以及通过供有组合电力输出的至少一部分的机械地连接的起动机/发电机来重启非操作发动机。有选择地分配组合的电力输出至少基于与操作发动机相关联的一组电负载的第一电力需求、与非操作发动机相关联的基本电负载的子组的第二电力需求和重启非操作发动机的第三电力需求的总和。
实施方案1. 一种电力系统架构，包括：
配电总线，其配置成接收由具有第一发电机系统和第二发电机系统的第一发动机生成的电力；
第一组电气总线，其与所述配电总线连接且与所述第一发动机相关联；
第二组电气总线，其配置成与所述配电总线有选择地连接、包括至少一基本总线、且与第二发动机相关联；以及
共享调节器，其配置成向所述第一发电机系统和所述第二发电机系统提供一组共享比值，且配置成接收所述第二发动机的操作状态；
其中，在接收到所述第二发动机的非操作状态后，所述配电总线配置成除所述基本总线外有选择地断开所述第二组电气总线，且所述共享调节器配置成向所述第一发电机系统和所述第二发电机系统提供一组共享比值，其选择成允许所述第一发电机系统和所述第二发电机系统共享足以激励所述第一组电气总线和所述基本总线的发电的分配。
实施方案2. 根据实施方案1所述的电力系统架构，其特征在于，所述共享调节器配置成将期望的电力信号提供至所述第一发电机系统或所述第二发电机系统中的至少一者。
实施方案3. 根据实施方案2所述的电力系统架构，其特征在于，所述第一发电机系统或所述第二发电机系统中的至少一者配置成按照所述期望的电力信号改变功率输出。
实施方案4. 根据实施方案3所述的电力系统架构，其特征在于，所述第一发电机系统或所述第二发电机系统中的至少一者配置成响应于所述期望的电力信号在过载模式中操作。
实施方案5. 根据实施方案1所述的电力系统架构，其特征在于，所述第二发动机包括第三发电机系统。
实施方案6. 根据实施方案5所述的电力系统架构，其特征在于，所述第三发电机系统包括起动机/发电机。
实施方案7. 根据实施方案6所述的电力系统架构，其特征在于，在接收到所述第二发动机的非操作状态后，所述共享调节器配置成将所述一组共享比值提供至所述第一发电机系统和所述第二发电机系统，其中所述共享比值选择成允许所述第一发电机系统和所述第二发电机系统共享足以通过所述起动机/发电机系统激励所述第二发动机的启动的发电的分配。
实施方案8. 根据实施方案1所述的电力系统架构，其特征在于，所述第一发电机系统或所述第二发电机系统中的至少一个机械地连接至所述第一发动机中的高压转轴。
实施方案9. 根据实施方案1所述的电力系统架构，其特征在于，所述第一发电机系统或所述第二发电机系统中的至少一者机械地连接至所述第一发动机中的低压转轴。
实施方案10. 一种用于在电力系统架构中分配电力的方法，包括：
确定第一发动机系统的操作状态；以及
响应于确定所述第一发动机系统是非操作的：
除与所述第一发动机系统相关联的基本电负载的子组外有选择地使与所述第一发动机系统相关联的第一组电负载与配电总线断开；
将一组共享比值提供至具有至少第一发电机和第二发电机的第二操作发动机系统；以及
按照所述一组共享比值操作所述第一发电机和所述第二发电机，使得所述第一发电机和所述第二发电机将期望的组合功率输出分配至所述配电总线而足以激励与所述第二发动机系统相关联的第二组电负载和与所述第一发动机系统相关联的基本电负载的子组。
实施方案11. 根据实施方案10所述的方法，其特征在于，所述提供包括提供对应于所述期望的组合功率输出的期望的电力信号。
实施方案12. 根据实施方案11所述的方法，其特征在于，所述操作包括改变所述第一发电机或所述第二发电机中的至少一者的电力输出，使得所述第一发电机和所述第二发电机基于所述期望的电力信号分配所述期望的这功率输出。
实施方案13. 根据实施方案10所述的方法，其特征在于，还包括通过将起动电力有选择地从所述配电总线供应至起动机/发电机来起动具有与所述第一发动机系统机械地联接的所述起动机/发电机的非操作第一发动机系统，以及在起动模式操作所述起动机/发电机。
实施方案14. 根据实施方案13所述的方法，其特征在于，所述操作包括操作所述第一发电机和所述第二发电机，使得所述第一发电机和所述第二发电机将期望的组合功率输出分配至所述配电总线而足以将所述起动功率供应至所述起动机/发电机，以及在所述起动模式中操作所述起动机/发电机。
实施方案15. 根据实施方案14所述的方法，其特征在于，所述方法包括在飞行期间重启飞行器中的非操作燃气轮机。
实施方案16. 根据实施方案10所述的方法，其特征在于，所述提供包括基于具有所述第一发动机和所述第二发动机的飞行器的飞行阶段提供一组共享比值。
实施方案17. 根据实施方案10所述的方法，其特征在于，操作所述第一发电机和所述第二发电机包括在过载模式中操作所述第一发电机或所述第二发电机中的至少一者。
实施方案18. 一种用于重启飞行的飞行器的非操作发动机的方法，所述方法包括：
除与所述非操作发动机相关联的基本电负载的子组外将与所述非操作发动机相关联的一组电负载从配电总线停用；
在由所述飞行的飞行器的至少一个操作发动机驱动的至少两个发电机系统之间有选择地分配组合功率输出；以及
通过供有所述组合功率输出的至少一部分的机械地连接的起动机/发电机来重启所述非操作发动机；
其中所述有选择地分配所述组合的电力输出至少基于与所述操作发动机相关联的一组电负载的第一电力需求、与所述非操作发动机相关联的基本电负载的子组的第二电力需求和重启所述非操作发动机的第三电力需求的总和。
实施方案19. 根据实施方案18所述的方法，其特征在于，所述有选择地分配所述组合功率输出包括将一组共享比值或对应于期望的组合功率输出的期望电力信号中的至少一者提供至所述至少两个发电机系统。
实施方案20. 根据实施方案19所述的方法，其特征在于，所述有选择地分配所述组合功率输出基于所述飞行器的飞行阶段。
附图说明
在附图中：
图1为飞行器的飞行器和配电系统的自上而下的示意图。
图2为按照本文所述的各种方面的图1的用于飞行器的电气系统架构的示意性框图。
图3为按照本文所述的各种方面的图2的电力系统架构的示意性框图，其中发动机中的一个是非操作的。
图4为按照本文所述的各种方面的图3的用于飞行器的电力系统架构的示意性框图，其中非操作发动机重启。
图5为按照本文所述的各种方面的展示用于在电力系统架构中分配电力的方法的示例性流程图。
图6为按照本文所述的各种方面的重启非操作发动机的方法。
零件列表
10 飞行器
12 左发动机
14 右发动机系统
16 配电系统节点
18 第一发电机
19 第二发电机
20 电负载
22 输电线
30 电力系统架构
32 左发动机系统
34 右发动机系统
36 第三发电机
38 第四发电机
40 第一ICC
42 第二ICC
44 配电总线
46 联接链路
48 HP转轴
50 LP转轴
52 HP转轴变速箱
52 LP转轴变速箱
56 HP转轴
58 LP转轴
60 HP转轴变速箱
62 LP转轴变速箱
64 第三ICC
66 第四ICC
69 共享调节器
70 左主总线
71 成组电气总线
72 左基本总线
74 左电力转换总线
76 左电池总线
78 右主总线
80 右基本总线
82 右电力转换总线
83 右电池总线
85 第一发电机系统
87 第二发电机系统
89 第三发电机系统
91 第四发电机系统
130 电力系统架构
112 左发动机
180 第一功率输出
182 第二功率输出
184 电源
186 电源
132 左发动机系统
230 电力系统架构
212 左发动机
232 左发动机系统
280 第一功率输出
282 第二功率输出
285 第一发电机系统
288 电源
300 方法
310 确定步骤
320 断开步骤
330 提供步骤
340 操作步骤
400 方法
410 停用步骤
420 分配步骤
430 重启步骤。
具体实施方式
本发明的所述实施例针对一种与模块化配电架相关联的方法及设备。可使用此方法和设备的一个示例性环境包括但不限于用于飞行器的配电系统。尽管本描述主要针对用于飞行器的配电系统，但其还适用于使用基于节点的配电系统的任何环境，在该处，输入电力接收到、作用(如果需要)(例如，转化或改变)，且分配到一个或更多个电负载。
尽管将描述"一组"各种元件，但将理解的是，"一组"可包括任何数目的相应元件，包括仅一个元件。连接表示(例如，附接、联接、连接、分开、断开和连结)宽泛地构想出，且可包括一系列元件之间的中间部件，以及元件之间的相对移动，除非另外指出。因此，连接表示不一定是指两个元件直接地连接，且与彼此成固定关系。在非限制性实例中，连接或断开可有选择地配置成对相应元件之间的电连接进行提供、启用、停用等。非限制性实例的配电总线连接或断开可通过开关、总线连接逻辑或配置成启用或停用总线下游的电负载的激励的任何其它连接器来启用或操作。示意图仅出于图示目的，且与其附接的附图中反映的大小、位置、顺序和相对尺寸可变化。
如图1中所示，飞行器10示为具有至少一个燃气涡轮发动机，其示为左发动机12和右发动机14。作为备选，功率系统可具有较少或附加的发动机系统。左发动机12和右发动机14可大致为相同的，且还可包括至少一个电源，如，电机。如图所示，电源可包括对应于左发动机12的第一发电机18和第二发电机19，且电源可包括对应于右发动机14的第三发电机36和第四发电机38。在一个非限制性构造中，一组发电机18,19,36,38可有选择地配置成生成大约200kW的电力。飞行器还示为具有一组电力消耗构件或电负载20，例如，如，促动器负载、飞行关键负载或非飞行关键负载。一组电负载20经由配电系统与发电机18,19,36,38中的至少一者电联接，配电系统例如包括输电线22或母线排，以及配电节点16。将理解的是，图1的公开内容的所示实施例仅为配电系统的一个非限制性实例，且除所示之外的许多其它可能的实施例和构造可由本公开内容构想出。此外，图1中所示的各种构件的数量和放置也是与本公开内容相关联的实施例的非限制性实例。
在飞行器10中，操作左发动机12和右发动机14提供了机械能，其通常可经由转轴或成组转轴获得，以向发电机18,19,36,38提供驱动力。发电机18,19,36,38继而又生成电力，如，AC或DC电力，且向出输电线22提供生成的电力，输电线22将电力输送至定位在飞行器10各处的配电节点16。配电节点16经由输电线22接收AC或DC电力，且可按需要提供切换、电力转换或分配管理，以便将期望的电力提供至成组的电负载20来用于负载操作。
示例性配电管理功能可包括但不限于有选择地启用或停用电力至特定电负载20的输送，例如，取决于可用的配电供应、电负载20功能的关键性，或飞行器的操作模式，如起飞、巡航或组合操作。可包括附加的管理功能。在此意义上，成组的电负载20可包括由左发动机12或右发动机14或相应发电机18,19,36,38的关键性或分配细分的电负载20的子组。可包括电负载20的细分的附加方面。此外，可包括用于将电力提供至电负载20(如，附加的电动机12,14、应急电源、冲击空气涡轮系统、起动机/发电机或电池)的附加的电源。将理解的是，尽管本发明的一个实施例示为在飞行器环境中，但本发明不限于此，且具有非飞行器应用中的电力系统的普遍应用，如，其它移动应用和非移动工业、商业和住宅应用。
本公开内容的方面可包括在发电机18,19,36,38之间，单个发动机12,14之间，或不同发动机12,14的一组发电机18,19,36,38之间，或一组发动机12,14中的一组发电机18,19,36,38间分配发电。
图2为按照本文所述的各种方面的电力系统架构30的示意性框图。系统架构30包括多个发电机系统，如本文所示，包括至少左发动机系统32，其包括左发动机12、第一发电机18和第二发电机19，以及右发动机系统34，其包括右发动机14、第三发电机36和第四发电机38。本公开内容的非限制性方面可被包括在内，其中至少一个发电机18,19,36,38可包括起动机/发电机，即，在供有起动电力时能够或允许向可操作地联接的发动机12,14或发动机系统32,34提供启动功能的发电机。起动机/发电机的特定方法或构造并不与本公开内容的方面密切相关。非限制性构造可构想出，其中每个发动机12,14或发动机系统32,34的至少一个发电机18,19,36,38是起动机/发电机。此外，本公开内容的非限制性方面可适用，而不论发电机18,19,36,38是否配置成生成交流(AC)电力或直流(DC)电力。
可包括的本公开内容的方面中，第一发电机18通过HP转轴变速箱52连接到左发动机12的高压(HP)转轴48上，而第二发电机19通过LP转轴变速箱54连接到左发动机12的低压(LP)转轴50上。在此意义上，由HP转轴48提供的机械能可操作地驱动第一发电机18，且由LP转轴50提供的机械能可操作地驱动第二发电机19来用于发电。HP转轴变速箱52和LP转轴变速箱54可选择、构造或操作成允许齿轮比使相应的HP转轴48或LP转轴50的机械转速逐步上升或逐步下降，使得连接的发电机18,19可操作地使用机械能来生成电力。可包括的本公开内容的方面中，HP转轴变速箱52或LP转轴变速箱54是可选的。
第一发电机18和第二发电机19示为成并联布置，且配置成向第一逆变器/转换器/控制器(ICC)40或第二ICC42提供相应的发电机电力输出。第一ICC 40和第二ICC 42还与配电总线44连接。如图所示，第一发电机18和第一ICC 40可被包括为第一发电机系统85的一部分，且第二发电机19和第二ICC 42可被包括为第二发电机系统85的一部分。还如图所示，第一ICC 40和第二ICC 42可通过相应的有选择地联接的链路46来有选择地与配电总线44连接。如本文所述，ICC可配置成可操作地允许或有选择地实施由ICC接收到的第一电力到由ICC供应的第二电力的逆变、转换、控制等。在此意义上，ICC可将第一电力可操作地转换成不同的第二电力。转换可包括但不限于改变AC频率、逐步上升或逐步下降AC或DC电压、AC到DC的功率转换、DC到AC的功率转换，等。此外，在可包括的本公开内容的非限制性方面中，至少一个ICC 40,42可配置成提供双向或单向的功率转换。在此意义上，可包括至少一个ICC 40,42，其可控地或可操作地将由发电机18,19,36,38供应的电力转换至配电总线44，且可控地或可操作地将由配电总线44供应的电力转换至发电机18,19,36,38，如，起动机/发电机。在可包括的本公开内容的非限制性方面中，一组发电机18,19生成电力(AC或DC电力)，其通过相应的ICC 40,42改为用于配电总线44的普通电源。在一个实例中，普通电源可包括270伏DC、±270伏DC、400赫兹下的115伏AC，或400赫兹下的230伏AC。可包括附加的普通电源。
右发动机系统34的非限制性方面可类似于左发动机系统32的方面，除非另外指出。因此，在还可包括的本公开内容的方面中，第三发电机36通过HP转轴变速箱60连接到右发动机14的高压(HP)转轴56上，而第四发电机38通过LP转轴变速箱62连接到右发动机14的低压(LP)转轴58上。在此意义上，由HP转轴56提供的机械能可操作地驱动第三发电机36，且由LP转轴58提供的机械能可操作地驱动第四发电机38来用于发电。可包括的本公开内容的方面中，HP转轴变速箱60或LP转轴变速箱62中的至少一个是可选的。
第三发电机36和第四发电机38示为并联布置，且配置成向第三ICC 64或第四ICC66提供相应的发电机功率输出。第三ICC 64和第四ICC 66还与配电总线44连接。如图所示，第三发电机36和第三ICC 64可被包括为第三发电机系统89的一部分，且第四发电机38和第四ICC 66可被包括为第四发电机系统91的一部分。如图所示，第三ICC 64和第四ICC 66可通过相应的有选择地联接的链路46与配电总线44有选择地连接。类似于左发动机系统32，在可包括的本公开内容的非限制性方面中，至少一个ICC 64,66可配置成提供双向或单向电力转换。
配电总线44还可通过一组有选择地联接的链路46连接到一组附加电负载或用于有选择地供应电力至一组电负载(未示出)的电气总线71上。如图所示，一组附加电总线71可包括但不限于左主总线70、左基本总线72、左电力转换总线74、左电池总线76、右主总线78、右基本总线80、右电力转换总线82和右电池总线84。如图所示，基于对相应发动机系统32,34(例如，左或右)的分配，或电负载的分类(例如，主总线负载、基本总线负载等)，一组电总线71可布置、分类、组织，或有选择地由电力供应。在本公开内容的非限制性方面中，左发动机系统32或与左发动机12相关联的发电机18,19可主要负责在正常操作状态下供应足量的能量来对"左"成组电气总线70,72,74,76供能。同样，在可包括的本公开内容的方面中，右发动机系统34或与右发动机14相关联的发电机36,38可主要负责供应足量的能量来对"右"成组的电气总线78,80,82,84供能。
在一个非限制性实例的电负载配置或分类中，主总线可有选择地启用或停用主负载的供能或激励，包括非关键电负载。在另一个非限制性实例的电负载配置或分类中，基本总线可有选择地启用或停用基本负载或飞行关键负载的供能或激励。如本文使用的"非关键"电负载可包括飞行中的娱乐、厨房供能等，而"飞行关键"的电负载可包括飞行管理系统、电气飞行促动器等。在又一个非限制性实例的电负载的配置或分类中，电力转换总线可有选择地启用或停用附加的电力转换，类似于ICC 40,42,64,66的功能，且电池总线可有选择地启用或停用储存能量例如通过电池、超级电容器或另一供电装置的供能、激励、再充电或接收储存能量。
电力系统架构30的非限制性方面还可包括共享调节器69。共享调节器69可与第一发电机系统85、第二发电机系统87、第三发电机系统89、第四发电机系统91或向配电总线44提供电力的发电系统的子组通信地联接。共享调节器69还可与左发动机12和右发动机14通信地联接。尽管所示实施例示出了共享调节器69与左发动机系统32或右发动机系统34分开定位，但也可构想出备选的定位。例如，在本公开内容的一个非限制性实例构造中，共享调节器69可远离发动机系统32,34定位，或多个共享调节器可定位成与各个发动机12,14对应，或与各个发电机18,19,36,38对应。
在可包括的本公开内容的非限制性方面中，共享调节器69配置成从左发动机12或右发动机14接收操作状态或代表其的信号。如本文中所使用的，操作状态可包括发动机12,14是否目前在操作(例如，提供推力或提供机械能来用于操作联接的成组发电机18,19,36,38)，或发动机12,14是否未操作。在可包括本公开内容的另一个非限制性方面中，共享调节器69配置成提供共享比值或代表其的信号至第一发电机系统85和第二发电机系统87的组或子组，或第三发电机系统89和第四发电机系统91的组或子组。换言之，共享调节器69可配置成可操作地执行如本文所述的基础电源间的电力分流比。在此意义上，成组的发电机系统85,87,89,91或其子组例如可经由相应的ICC 40,42,64,66，响应于由共享调节器69提供的共享比值来改变相应的发电机18,19,36,38的对应电力输出。在本公开内容的另一个非限制性方面中，共享调节器69配置成进一步从通信地连接的发电机系统85,87,89,91接收代表由相应的发电机18,19,36,38生成的电力的电力输出指示物、期望的电力信号、所需的电力信号，或代表其的信号。
在一个非限制性实例中，共享比值包括期望的电力信号，使得发电机可操作地生成相比于正常发电操作更多或更少的电力。例如，共享比值可包括期望的电力信号，其选择、配置或生成为允许成组的发电机系统85,87,89,91或成组的发电机18,19,36,38或它们的子组在有限的时间段内在过载模式(例如，增大功率输出)中操作。有限的时间段例如可基于发电机18,19,36,38的冷却能力、正常操作或过载操作期间的发电机18,19,36,38的功率输出、如由期望或需要的电力的关键性的共享比值或期望电力信号指出的期望或需要的电力。在本公开内容的一个非限制性方面中，需要重启电源的故障或非操作的发动机可相比于用于辅助照明的期望电力的需要具有所需电力的高关键性，导致了操作发电机18,19,36,38或发电机系统85,87,89,91在过载操作中操作。在一个非限制性实例中，负载操作可在小于或等于五分钟的时间段内。在另一个非限制性实例中，过载操作可持续，直到引起过量电力需要的状态减弱或缓解。
在可包括的本公开内容的非限制性方面中，所述的电力系统架构30可配置成基于由共享调节器69提供的共享比值来在发电机系统85,87,89,91或其子组之间分配电力。例如，共享调节器69可配置成提供指示，以在第一发电机系统85与第二发电机系统87之间分配电力输出，以对配电总线44或电总线71的组或子组(诸如成组的"左"总线70,72,74,76)可操作地供能。同样，共享调节器69可配置成提供指示来在第三发电机系统89与第四发电机系统91之间分配电力输出，以用于对配电总线44或电气总线71的组或子组(诸如成组的"右"总线78,80,82,84)可操作供能。
共享比值的和代表由相应的左发动机系统32或右发动机系统34供应的电力的全部期望电力负载。因此，共享比值可为0到1之间(且包括)的任何值，代表由各个发电机处理的负载对总的相应负载之比，使得共享比值的和等于1.0。可构想出备选的共享比值和范围。如果存在将分配其电力的两个以上的发电机，则各个共享比值可为1的分数，只要所有共享比值的和等于1.0。除提供相应的发电机18,19,36,38或发电机系统85,87,89,91之间的电力输出分配的指示之外，共享调节器69还可配置成从发电机18, 19, 36, 38或发电机系统85,87,89,91接收期望的电力信号，以确保或确认提供电力的预期分配。
在可包括的本公开内容的非限制性方面中，共享调节器69可配置成将共享比值提供至发动机系统的发电机系统(例如，右发动机系统34的第三发电机系统89和第四发电机系统91)，以解决特定的操作情形，如，另一个发动机系统(例如，左发动机系统32)的操作或操作状态。例如，如果左发动机12或左发动机系统32故障、受损、停用、失速或另外不操作，则共享调节器69可启用、提供或命令第三发电机36、第四发电机38、另一个发电机、发电机系统89,91，或它们的组合，按照对应于左发动机12或左发动机系统32的非操作状态的共享比值来发电。
尽管第一发电机18示为与HP转轴48联接，且第二发电机19示为与LP转轴50联接，但可构想出，任何发电机/转轴组合都可相似的作用，例如，第一发电机系统18可与LP转轴50联接，以此类推。类似的备选发电机/转轴布置构想为用于第三发电机36和第四发电机38，或它们的组合。此外，电力系统架构30也可在具有两个以上的发电机或两个以上的转轴的发动机12,14或发动机系统32,34(诸如具有除HP转轴和LP转轴外的中压转轴的3转轴/3发电机的发动机)上实施。
在可包括的本公开内容的方面中，估计、预定或需要的量的电力足以供应飞行器或发动机系统32,34的期望操作状态，且在操作发电机18,19,36,36的组或子组之间共享。例如，期望的操作状态的所需电源可基于许多因素，包括但不限于相应发电机18,19,36,38的寄生电阻，或所需的电负载70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84，期望的电负载70, 72,74, 76, 78, 80, 82, 84的预期电流吸收，等。
期望或需要的电力分配可由手动输入、可执行的计算机程序、燃气涡轮发动机12,14的预期操作特征、来自已知数据(诸如查找表)的引用等确定。计算机程序可包括计算机程序产品，其可包括用于执行或具有储存在其上的机器可执行的指令或数据结构的机器可读介质。此机器可读介质可为任何可用的介质，其可由通用或专用计算机或具有控制器的其它机器存取。大体上，此计算机程序可包括例行程序、程序、对象、构件、数据结构等，其具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果。机器可执行的指令、相关数据结构和程序代表用于执行如本文公开的信息交换的程序代码的实例。机器可执行的指令可例如包括促使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或一组功能的指令和数据。可构想出的本公开内容的方面中，共享调节器69可包括配置成执行此计算机程序的控制器模块，且还可从可控制的构件、控制环反馈机构或从例如由左发动机12或右发动机14、成组的发电机18,19,36,38或成组的发电机系统85,87,89,91生成的外部信号接收操作数据。
在成组的发电机18,19,36,38或发电机系统85,87,89,91并未确认相应发动机系统32,34的期望电力分配的瞬变时刻期间，共享调节器69可进一步改变共享比值，以便改变相应的发电机的功率输出。
在还可包括的本公开内容的方面中，共享调节器69或共享比值可在飞行器的飞行阶段内改变。例如，在一组非限制性共享比值中，共享比功率需求在滑行阶段或飞行器滑行期间可为由第一发电机系统85供应的50%的电力，以及由第二发电机系统87供应的50%的电力。在另一个非限制性实例中，共享比功率需求在飞行器的起飞或爬升阶段期间可为由第一发电机系统85供应的75%的电力，以及由第二发电机系统87供应的25%的电力。在又一个非限制性实例中，共享比功率需求在飞行器的巡航阶段期间可为由第一发电机系统85供应的50%的电力，以及由第二发电机系统87供应的50%的电力。在又一个非限制性实例中，共享比电力需求在飞行器的下降阶段期间可为由第一发电机系统85供应的25%的电力，以及由第二发电机系统87供应的75%的电力。在又一个非限制性实例中，共享比电力需求在飞行器的最终进近或着陆阶段期间可为由第一发电机系统85供应的50%的电力，以及由第二发电机系统87供应的50%的电力。
尽管仅参照了左发动机系统32的第一发电机系统85和第二发电机系统87，但可提供相对于右发动机系统34的第三发电机系统89和第四发电机系统91的类似共享比值。在另一个非限制性方面中，与具体发电机18,19,36,38或发电机系统85,87,89,91相反，前述共享比值可关于发动机12,14转轴描述。例如，在飞行器的起飞或爬升阶段，共享比电力需求可为由与HP转轴48,56连接的发电机系统供应的75%的电力，以及由与LP转轴50,58连接的发电机系统供应的25%的电力。前述实例的共享比值假定所有发动机系统32,34都是可操作的，或所有发电机系统85,87,89,91如预期那样发电(即，"正常操作")。成组的发电机18,19,36,38或成组的发电机系统85,87,89,91的实际功率需求可不同于前述值。如本文中所使用的，百分比可涉及所需的功率、所需的电流等的量。
图3示出了本文所述的电力系统架构130的一个非限制性实例的操作。电力系统架构130类似于电力系统架构30；因此，相似的部分将由增加100的相似数字表示，其中将理解，电力系统架构30的相似部分的描述适用于电力系统架构130，除非另外指出。一个差别在于，如图所示，左发动机112或左发动机系统132是非操作的。在所示实例中，共享调节器69可从左发动机112接收非操作状态，或可从第一发电机18或第二发电机19中的至少一个接收指出无发电或低发电的期望的电力信号。共享调节器69可作为响应向第三发电机系统89和第四发电机系统91提供一组共享比值，使得它们分别生成对应的第一功率输出(如箭头180所示)和第二功率输出(如箭头182所示)，且向配电总线44提供第一功率输出180和第二功率输出182。
在可包括的本公开内容的非限制性方面中，配电总线44或其控制机构有选择地操作一组选择性联接链路46，以使与左发动机112或左发动机系统132相关联的电气总线71的子组有选择地切断。在一个非限制性实例中，左主总线70、左功率转换总线74、左电池总线76或其子组可有选择地停用或与配电总线44断开，例如，通过选择性联接链路46。在可包括的本公开内容的方面中，基本总线72,80可为所有飞行操作期间需要的或必须供能的，而不管相应的相关联的发动机的操作状态。在此意义上，左基本总线72将由配电总线44供能，而不管左发动机112或左发动机系统132是否非操作。
因此，在可包括的本公开内容的非限制性方面中，操作的右发动机14或右发动机系统134或其发电机系统89,91因此可通过由共享调节器69提供的共享比值来可控地操作，以可操作地生成和供应相应的电力输出180,182至配电总线44，其足以对除相关联的右发动机电总线78,80,82,84(由箭头184指出的供应电力)或它们的子组外的左基本总线72(由箭头186指出的供应电力)供电。换言之，由第三和第四发电机系统89,91，由共享调节器69，由配电总线44，或由它们的组合分配的电力可至少基于相关联的操作发动机的电气总线78,80,82,84或其子组，以及非操作的发动机的基本总线72的组合电力需要、要求、期望或它们的和。在此意义上，如本文所述，第三发电机36或第四发电机38或发电机系统89,91中的至少一者可设计、选择、确定大小或以其它方式有选择地配置成可操作地生成期望或需要量的电力来供应所示的期望操作状态，其在发电机36,38或发电机系统89,91之间共享。
图4示出了本文所述的电力系统架构230的另一个非限制性实例的操作。电力系统架构230类似于电力系统架构30,130；因此，相似的部分将由增加200的相似数字表示，其中将理解，电力系统架构30,130的相似部分的描述适用于电力系统架构230，除非另外指出。一个差别在于，左发动机212或左发动机系统232在启动或重启模式中重启。在该构造中，第一发电机和第二发电机中的至少一者是起动机/发电机(示为第一起动机/发电机218和第一发电机系统285)，且其中起动左发动机212通过重启有选择地供应至起动机/发电机218或发电机系统285的电源(如箭头288所示)来电气地重启。
共享调节器69可响应于所示的方案向第三发电机36和第四发电机38或相应的发电机系统89,91提供一组共享比值，使得它们分别生成对应的第一功率输出180和第二功率输出182，且向配电总线44提供第一功率输出180和第二功率输出182。在可包括的本公开内容的非限制性方面中，配电总线44或其控制机构有选择地操作一组选择性联接链路46，以有选择地切断如参照图3所述的电气总线71的子组，同时将电力186有选择地供应至左基础总线72且将电力184供应至相关联的右发动机电气总线78,80,82,84或其子组，以及将重启电力288供应至第一起动机/发电机218。换言之，由第三发电机36和第四发电机38或发电机系统89,91、由共享调节器69、由配电总线44或由它们的组合分配电力可至少基于相关联的操作发动机的电气总线78,80,82,84或其子组、非操作发动机的基本总线72，以及供应至非操作发动机的启动或重启电力288的组合电力需求、要求、期望或它们的和。在此意义上，如本文所述，第三发电机36或第四发电机38或发电机系统89,91中的至少一者可设计、选择、确定大小或以其它方式有选择地配置成可操作地生成期望或需要量的电力来供应所示的期望操作状态，其在发电机36,38之间共享。
在重启模式中，第一起动机/发电机218或第一ICC 40可配置成从配电总线244、第三发电机36、第四发电机38或它们的组合接收重启电力288，且操作成引发第一起动机/发电机218的原动件中的移动，这继而又例如通过对应的变速箱52,54引发起动左发动机212中的旋转移动。在本公开内容的一个非限制性方面中，第一ICC 40可配置成转换、改变、修改或类似作用至从配电总线44、第三发电机36、第四发电机38或它们的组合接收到的重启电力288。在本公开内容的另一个非限制性方面中，第一ICC 40、第一起动机/发电机218或共享调节器69中的至少一个可根据启动或重启方法、预定简况、优化操作、频率逐步操作，或通过基于第一起动机/发电机218、左发动机212或它们的组合的物理或电气特征的动态反馈简况来操作重启左发动机212或左发动机系统232的方法。
一旦左发动机212或左发动机系统232达到例如由启动或重启方法限定的最小操作速度(例如，发动机点火速度)，则第一起动机/发电机218或第二发电机19中的至少一者从起动模式变为发电模式。在变为发电模式时，第一起动机/发电机218或第二发电机19中的至少一者回到生成电力，且将电力提供至相应的第一ICC 40或第二ICC 42、配电总线44、电气总线71的组合或子组，或它们的组合。
在本公开内容的一个非限制性方面中，当左发动机212或左发动机系统232已成功重启时，共享调节器69可配置成如本文所述按照正常操作将相应的共享比值提供至第一起动机/发电机218和第二发电机19。在本公开内容的另一个非限制性方面中，当左发动机212或左发动机系统232已成功重启时，共享调节器可配置成按照正常操作将相应的共享比值提供至第三发电机系统89和第四发电机系统91。例如，第三发电机36和第四发电机38或发电机系统89,91的功率输出可由于对至少重启电力288或左基本总线电源186的停止而受控地减小。在本公开内容的又一个非限制性方面中，当左发动机212或左发动机系统232已成功地重启时，配电总线44可有选择地连接或再激励之前切断或停用的电气总线的子组，包括但不限于左总线70、左电力转换总线74和左电池总线76。
在用于重启非操作发动机的一组非限制性共享比值中，共享比电力需求在飞行器的滑行阶段或滑行期间可为由第三发电机系统89供应的25%的电力和由第四发电机系统91供应的75%的电力。在另一个非限制性实例中，用于重启非操作的发动机的共享比电力需求在飞行器的起飞或爬升阶段期间可为由第三发电机系统89供应的50%的电力，以及由第四发电机系统91供应的50%的电力。在又一个非限制性实例中，用于重启非操作的发动机的共享比电力需求在飞行器的巡航阶段期间可为由第三发电机系统89供应的25%的电力，以及由第四发电机系统91供应的75%的电力。在又一个非限制性实例中，用于重启非操作的发动机的共享比电力需求在飞行器的下降阶段期间可为由第三发电机系统89供应的10%的电力，以及由第四发电机系统91供应的90%的电力。在又一个非限制性实例中，用于重启非操作的发动机的共享比电力需求在飞行器的最终进近或着陆阶段期间可为由第三发电机系统89供应的25%的电力，以及由第四发电机系统91供应的75%的电力。
尽管参照操作成供应电力同时重启左发动机212或左发动机系统232的右发动机14或右发动机系统34描述了前述示例性操作，但本公开内容的非限制性方面可同样适用于具有将起动或重启电力288供应至非操作的第二发动机或第二发动机系统的一组操作发电机的任何操作的第一发动机或第一发动机系统。在另一个非限制性方面中，与具体发电机18,19,36,38,218相反，前述共享比值可关于发动机12,14转轴描述。例如，在飞行器的起飞或爬升阶段，共享比电力需求可为由与HP转轴48,56连接的发电机系统供应的25%的电力，以及由与LP转轴50,58连接的发电机系统供应的75%的电力。来自成组的发电机18,19,36,38,218或发电机系统85,87,89,91,285的实际功率需求可不同于前述值。如本文中所使用的，百分比可涉及所需的功率、所需的电流等的量。
如前文所述，按照图3或图4的本公开内容的方面可包括按照期望的电力信号来操作发电机18,19,36,38或发电机系统85,87,89,91的组合或子组，以在以上正常的超过额定值或过载的发电模式下操作。
图5示出了展示用于在电力系统架构30,130,230中分配电力的方法300的流程图。方法300始于在310处确定第一发动机12,14,112,212或第一发动机系统32,34,132,232的操作状态。接下来，在320处，响应于确定第一发动机12,14,112,212或第一发动机系统32,34,132,232是非操作的，将与第一发动机系统相关联的第一组电负载70,74,76与配电总线有选择地断开，但除了与第一发动机系统12,14,112,212或第一发动机系统32,34,132,232相关联的基本电负载的子组。方法300然后在330处继续将一组共享比值提供至具有至少第一发电机18,19,36,38和第二发电机18,19,36,38的第二操作发动机12,14,112,212或第二发动机系统32,34,132,232。接下来，该方法300包括按照一组共享比值操作第一发电机和第二发电机18,19,36,39或发电机系统85,87,89,91,285，使得第一发电机和第二发电机18,19,36,38或发电机系统85,87,89,91,285将期望的组合功率输出分配至配电总线44，以足以激励与第二发动机12,14,112,212或第二发动机系统32,34,132,232相关联的第二组电负载78,80,82,84，以及与第一发动机12,14,112,212或第一发动机系统32,34,132,232相关联的基本电负载72的子组。
图6示出了展示用于重启飞行的飞行器10的非操作发动机12,14,112,212的方法400的流程图。该方法400始于在410处除与非操作发动机12,14,112,212相关联的基本电负载72的子组外将与非操作的发动机12,14,112,212相关联的一组电负载70,74,76从配电总线44停用。接下来，在420处，方法400通过在由飞行的飞行器10中的至少一个操作发动机12,14,112,212驱动的至少两个发电机18,19,36,38,218或发电机系统85,87,89,91,285之间有选择地分配组合功率输出而继续。该方法400然后进行至通过供有组合功率输出的至少一部分的机械地连接的起动机/发电机218来重启非操作发动机12,14,112,212。有选择地分配组合的电力输出至少基于与操作发动机12, 14, 112, 212相关联的一组电负载78,80, 82, 84的第一电力需求、与非操作发动机12, 14, 112, 212相关联的基本电负载72的子组的第二电力需求和重启非操作发动机12, 14, 112, 212的第三电力需求的总和。
所示的顺序仅出于示范性目的，且不意在以任何方式限制该方法300,400，因为将理解，方法300,400的部分可按不同逻辑顺序进行，可包括附加或介入的部分，或方法300,400的所述部分可分成多个部分，或方法300,400的所述部分可省略，而不会有损所述方法300,400。
除上图中所示的之外，许多其它可能的实施例和构造由本公开内容构想出。
本文公开的实施例提供了一种用于在电力系统架构中分配电力的方法及系统。该技术效果在于上述实施例允许了分配来自操作的发电机的电力输出，以及启动或重启非操作的发电机。在以上实施例中可实现的一个优点在于，上述实施例具有优于常规类型的涡轮发电机系统的优异重量和尺寸优点，因为上述实施例可以以已知、预定或估计的发电包络或范围来选择、构造、定制或操作。HP和LP发电机系统两者的电力额定值可显著地减小。这是因为在操作发动机上的HP转轴和LP转轴将共用启动非操作发动机所需的获取电力。因此，各自从操作发动机的HP发电机系统和LP发电机系统获得的起动电力相比于仅一个发电机必须提供全部启动电力有所降低。
利用并联配置的发电机之间的提出的分配，可实现大功率输出，而不需要单个较大的发电机或较大的机械驱动力。
可在所述系统和方法的一些实施例的实施中实现的另一个优点在于电力可从发动机的两个或更多个转轴获得。发动机的操作效率还通过在各种飞行阶段中无缝地控制从HP和LP(和可能更多)转轴获得的功率来提高。
来自HP和LP转轴的实际功率需求可不同于上文所述的这些标称值。本公开内容提供了在非操作发动机或发动机系统的飞行中交叉发动机启动或重启的任何阶段期间优化从HP和LP转轴吸收电力或生成电力的能力。所述方面的另一个好处在于，使用此方面的飞行器可在飞行包络上的角点状态中提高发动机失速裕度(例如，高的高度、低的马赫速度等)。例如，发动机的LP转轴功率获取将允许几百千瓦到兆瓦的范围中的功率获取，而不有损失速裕度。例如，在所述系统和方法的一些实施例的实施中，通过在HP转轴与LP转轴之间共享DC负载，避免了飞行器的下降模式期间通常遇到的发动机失速问题。能够从LP转轴和HP转轴获得电力就允许了飞行器在下降期间在发动机怠速低rpm下运行，而没有失速风险，从而保持了飞行器的燃料效率。
上述方面的又一个好处在于，可包括电力分配，其中非操作的发动机的基本电负载可保持供能、激励等，而与非操作发动机相关联的其它非基本电负载可切断。因此，使用本公开内容的方面的飞行器可以以基本电负载操作的整个飞行包络操作，而不论相应或关联的发动机的操作状态。
在本公开内容的另一个方面中，本文所述的发动机的交叉启动可消除对电起动的空气涡轮起动机的需要。
在并未描述的一定程度上，各种实施例的不同特征和结构可按期望与彼此组合。在所有实施例中可能未示出的一个特征并不意味着其不可构成，而是仅为了描述简单而这样做。因此，不同实施例的各种特征可按期望混合和匹配来形成新的实施例，而不论是否清楚描述新实施例。本文所述的特征的组合或置换可由本公开内容覆盖。
本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它实例期望在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种电力系统架构，包括：
配电总线，其配置成接收由具有第一发电机系统和第二发电机系统的第一发动机生成的电力；
第一组电气总线，其与所述配电总线连接且与所述第一发动机相关联；
第二组电气总线，其配置成与所述配电总线有选择地连接、包括至少一基本总线、且与第二发动机相关联；以及
共享调节器，其配置成向所述第一发电机系统和所述第二发电机系统提供一组共享比值，且配置成接收所述第二发动机的操作状态；
其中，在接收到所述第二发动机的非操作状态后，所述配电总线配置成除所述基本总线外有选择地断开所述第二组电气总线，且所述共享调节器配置成向所述第一发电机系统和所述第二发电机系统提供所述一组共享比值，其选择成允许所述第一发电机系统和所述第二发电机系统共享足以激励所述第一组电气总线和所述基本总线的发电的分配。
2.根据权利要求1所述的电力系统架构，其特征在于，所述共享调节器配置成将期望的电力信号提供至所述第一发电机系统或所述第二发电机系统中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的电力系统架构，其特征在于，所述第一发电机系统或所述第二发电机系统中的至少一者配置成按照所述期望的电力信号改变功率输出。
4.根据权利要求3所述的电力系统架构，其特征在于，所述第一发电机系统或所述第二发电机系统中的至少一者配置成响应于所述期望的电力信号在过载模式中操作。
5.根据权利要求1所述的电力系统架构，其特征在于，所述第二发动机包括第三发电机系统。
6.根据权利要求5所述的电力系统架构，其特征在于，所述第三发电机系统包括起动机/发电机。
7.根据权利要求6所述的电力系统架构，其特征在于，在接收到所述第二发动机的非操作状态后，所述共享调节器配置成将所述一组共享比值提供至所述第一发电机系统和所述第二发电机系统，其中所述共享比值选择成允许所述第一发电机系统和所述第二发电机系统共享足以通过所述起动机/发电机系统激励所述第二发动机的启动的发电的分配。
8.根据权利要求1所述的电力系统架构，其特征在于，所述第一发电机系统或所述第二发电机系统中的至少一个机械地连接至所述第一发动机中的高压转轴。
9.根据权利要求1所述的电力系统架构，其特征在于，所述第一发电机系统或所述第二发电机系统中的至少一者机械地连接至所述第一发动机中的低压转轴。
10.一种用于在电力系统架构中分配电力的方法，包括：
确定第一发动机系统的操作状态；以及
响应于确定所述第一发动机系统是非操作的：
除与所述第一发动机系统相关联的基本电负载的子组外有选择地使与所述第一发动机系统相关联的第一组电负载与配电总线断开；
将一组共享比值提供至具有至少第一发电机和第二发电机的第二操作发动机系统；以及
按照所述一组共享比值操作所述第一发电机和所述第二发电机，使得所述第一发电机和所述第二发电机将期望的组合功率输出分配至所述配电总线而足以激励与所述第二发动机系统相关联的第二组电负载和与所述第一发动机系统相关联的基本电负载的子组。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述提供包括提供对应于所述期望的组合功率输出的期望的电力信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述操作包括改变所述第一发电机或所述第二发电机中的至少一者的功率输出，使得所述第一发电机和所述第二发电机基于所述期望的电力信号分配所述期望的组合功率输出。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括通过将起动功率有选择地从所述配电总线供应至起动机/发电机来起动具有与所述第一发动机系统机械地联接的所述起动机/发电机的非操作第一发动机系统，以及在起动模式中操作所述起动机/发电机。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述操作包括操作所述第一发电机和所述第二发电机，使得所述第一发电机和所述第二发电机将期望的组合功率输出分配至所述配电总线而足以将所述起动功率供应至所述起动机/发电机，以及在所述起动模式中操作所述起动机/发电机。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法包括在飞行期间重启飞行器中的非操作燃气轮机。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述提供包括基于具有所述第一发动机和所述第二发动机的飞行器的飞行阶段提供一组共享比值。
17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，操作所述第一发电机和所述第二发电机包括在过载模式中操作所述第一发电机或所述第二发电机中的至少一者。
18.一种用于重启飞行的飞行器的非操作发动机的方法，所述方法包括：
除与所述非操作发动机相关联的基本电负载的子组外将与所述非操作发动机相关联的一组电负载从配电总线停用；
在由所述飞行的飞行器的至少一个操作发动机驱动的至少两个发电机系统之间有选择地分配组合功率输出；以及
通过供有所述组合功率输出的至少一部分的机械地连接的起动机/发电机来重启所述非操作发动机；
其中所述有选择地分配所述组合功率输出至少基于与所述操作发动机相关联的一组电负载的第一功率需求、与所述非操作发动机相关联的基本电负载的子组的第二功率需求和重启所述非操作发动机的第三功率需求的总和。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述有选择地分配所述组合功率输出包括将一组共享比值或对应于期望的组合功率输出的期望电力信号中的至少一者提供至所述至少两个发电机系统。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述有选择地分配所述组合功率输出基于所述飞行器的飞行阶段。
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