CN114030622A - 一种航空辅助动力装置及航空器 - Google Patents

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陈波
韩金磊
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Abstract

本发明属于航空器技术领域,公开一种航空辅助动力装置及航空器,该航空器包括航空辅助动力装置,航空辅助动力装置包括功率变换器、起发永磁电机、浮动花键轴以及涡轮燃气发生器,所述功率变换器与所述起发永磁电机电连接,所述起发永磁电机包括转子轴和定子组件,所述定子组件绕设于所述转子轴的周部,所述转子轴通过所述浮动花键轴与所述涡轮燃气发生器的主轴连接,所述起发永磁电机用于启动所述涡轮燃气发生器,所述涡轮燃气发生器运行至全转速时能够驱动所述起发永磁电机发电。本发明的航空辅助动力装置将转子轴与主轴连接,待涡轮燃气发生器运行至全转速时能够驱动起发永磁电机发电,以满足航空器的用电需求。

Description

一种航空辅助动力装置及航空器
技术领域
本发明涉及航空器技术领域,尤其涉及一种航空辅助动力装置及航空器。
背景技术
高速航空器的最大技术难点之一是其动力系统的设计,对应不同速度和高度范围的航空器需要装配不同类型的发动机,传统的涡轮发动机、冲压发动机的飞行速度和航程有较大的局限性。为了兼顾飞行速度、安全性、经济性和飞行效能的综合要求,发动机通常需要装配辅助动力装置,例如起动电机和燃气发生器配备使用,起动电机通过齿轮箱中的增速齿轮连接涡轮发动机,从而驱动涡轮发动机启动,当涡轮发动机的速度满足一定的要求之后,起动电机通过齿轮箱中的离合器脱开。现有装配辅助动力装置的方式需要配备齿轮箱,齿轮箱结构复杂且重量大,影响航空器的重量控制,且齿轮箱的故障率较高。
发明内容
本发明的一个目的在于:提供一种航空辅助动力装置及航空器,将转子轴与主轴连接,待涡轮燃气发生器运行至全转速时能够驱动起发永磁电机发电,以满足航空器的用电需求。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种航空辅助动力装置,包括功率变换器、起发永磁电机、浮动花键轴以及涡轮燃气发生器,所述功率变换器与所述起发永磁电机电连接,所述起发永磁电机包括转子轴和定子组件,所述定子组件绕设于所述转子轴的周部,所述转子轴通过所述浮动花键轴与所述涡轮燃气发生器的主轴连接,所述起发永磁电机用于启动所述涡轮燃气发生器,所述涡轮燃气发生器运行至全转速时能够驱动所述起发永磁电机发电。
作为一种可选的技术方案,所述航空辅助动力装置还包括连接筒,所述起发永磁电机安装于所述连接筒的一端,所述涡轮燃气发生器安装于所述连接筒的另一端。
作为一种可选的技术方案,所述涡轮燃气发生器还包括引气截流管和燃烧室机匣,所述燃烧室机匣位于所述涡轮燃气发生器远离所述连接筒的一端,所述引气截流管的排气端接通所述燃烧室机匣,所述引气截流管的进气端与外界接通,所述引气截流管用于将空气引导至所述燃烧室机匣内。
作为一种可选的技术方案,所述引气截流管从所述进气端至所述排气端的进气通道的横截面积逐步缩小。
作为一种可选的技术方案,所述进气端伸入至所述连接筒内,所述连接筒的侧壁开设有与外界相通的进气口,所述进气口的开口方向垂直于所述主轴。
作为一种可选的技术方案,所述涡轮燃气发生器的侧壁开设有排气口,所述排气口与所述燃烧室机匣接通,所述排气口用于排出废气。
作为一种可选的技术方案,所述起发永磁电机还包括冷却套,所述冷却套套设于所述定子组件的外周,所述冷却套内流通有冷却油。
一种航空器,所述航空器包括如上所述的航空辅助动力装置。
本发明的有益效果在于:
本发明提供一种航空辅助动力装置及航空器,当航空器需要启动运行时,起发永磁电机作为电动机使用,起发永磁电机中的转子轴作为输出端,转子轴连接涡轮燃气发生器中的主轴,从而带动主轴转动,使得涡轮燃气发生器开始运行工作,由于涡轮燃气发生器的功率更大,当涡轮燃气发生器运行至全转速状态时,主轴的转速提高,由于主轴与转子轴传动连接,从而使得转子轴与主轴同转速,因此转子轴此时的转速也相对提高,起发永磁电机转变为发电机,起发永磁电机与功率变换器电连接,因此起发永磁电机能够为航空器的电子系统提供电力,满足航空器的用电需求。且起发永磁电机与涡轮燃气发生器集成设置,减少了齿轮箱等传动部件,有效控制了航空器的整体重量。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明;
图1为实施例所述的航空辅助动力装置的剖视图;
图:
1、起发永磁电机;11、转子轴;12、定子组件;13、冷却套;
2、浮动花键轴;
3、涡轮燃气发生器;31、主轴;32、引气截流管;321、排气端;322、进气端;33、燃烧室机匣;34、排气口;
4、连接筒;41、进气口。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚,下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
于本文的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”,仅仅用于在描述上加以区分,并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中,参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
民用飞机是航空器中的一种,民用飞机对安全性和经济性有着严格的要求,而发动机的整体重量、燃油效率以及安全性能是需要着重考虑的因素。现有的发动机配备了起动电机和齿轮箱,起动电机通过齿轮箱与发动机连接,从而给发电机提供启动动力,但齿轮箱的重量大,结构复杂,不易维修,影响飞行的安全性和经济性。
为解决上述问题,如图1所示,本实施例提供一种航空器,该航空器包括航空辅助动力装置,航空辅助动力装置包括功率变换器、起发永磁电机1、浮动花键轴2以及涡轮燃气发生器3,功率变换器与起发永磁电机1电连接,起发永磁电机1包括转子轴11和定子组件12,定子组件12绕设于转子轴11的周部,转子轴11通过浮动花键轴2与涡轮燃气发生器3的主轴31连接,起发永磁电机1用于启动涡轮燃气发生器3,涡轮燃气发生器3运行至全转速时能够驱动起发永磁电机1发电。当航空器需要启动运行时,起发永磁电机1作为电动机使用,起发永磁电机1中的转子轴11作为输出端,转子轴11连接涡轮燃气发生器3中的主轴31,从而带动主轴31转动,使得涡轮燃气发生器3开始运行工作,由于涡轮燃气发生器3的功率更大,当涡轮燃气发生器3运行至全转速状态时,主轴31的转速提高,由于主轴31与转子轴11传动连接,从而使得转子轴11与主轴31同转速,因此转子轴11此时的转速也相对提高,起发永磁电机1转变为发电机,起发永磁电机1与功率变换器电连接,因此起发永磁电机1能够为航空器的电子系统提供电力,满足航空器的用电需求。且起发永磁电机1与涡轮燃气发生器3集成设置,减少了齿轮箱等传动部件以及部分备用电源,有效控制了航空器的整体重量。且为了避免燃料震爆对安全性的影响,本实施例的主轴31与转子轴11之间通过浮动花键轴2连接,减少主轴31振动对转子轴11的影响,避免起发永磁电机1损坏。
在本实施例中,航空辅助动力装置还包括连接筒4,起发永磁电机1安装于连接筒4的一端,涡轮燃气发生器3安装于连接筒4的另一端。起发永磁电机1通过连接筒4与涡轮燃气发生器3连接集成,减少齿轮箱等传动部件,有效控制了航空器的整体重量。
在本实施例中,涡轮燃气发生器3还包括引气截流管32和燃烧室机匣33,燃烧室机匣33位于涡轮燃气发生器3远离连接筒4的一端,引气截流管32的排气端321接通燃烧室机匣33,引气截流管32的进气端322与外界接通,引气截流管32用于将空气引导至燃烧室机匣33内,为燃料的燃烧提供氧气。
在本实施例中,引气截流管32从进气端322至排气端321的进气通道的横截面积逐步缩小。进气端322的端口面积大于排气端321的端口面积。一方面,空气从进气端322进入引气截流管32之后被逐渐压缩,空气的压强逐渐增大,从排气端321排出到燃烧室机匣33的空气具备较大的压强,保证燃料充分燃烧;另一方面,由于涡轮燃气发生器3的尾部安装有较多的结构部件,排气端321与燃烧室机匣33在涡轮燃气发生器3的尾部需要形成具有预设大小的集气腔,因此,将排气端321的体积缩小有利于控制涡轮燃气发生器3的整体体积。
在本实施例中,进气端322伸入至连接筒4内,连接筒4的侧壁开设有与外界相通的进气口41,进气口41的开口方向垂直于主轴31。航空器的空中飞行时,为了避免空气直接灌入进气端322而导致进气端322内部的零部件振动掉落,本实施例将空气从垂直于主轴31的方向引导进入连接筒4内,之后再流入进气端322。
在本实施例中,涡轮燃气发生器3的侧壁开设有排气口34,排气口34与燃烧室机匣33接通,排气口34用于排出废气。
在本实施例中,起发永磁电机1还包括冷却套13,冷却套13套设于定子组件12的外周,冷却套13内流通有冷却油。当起发永磁电机1作为发电机使用时,由于转子轴11的转速更快,起发永磁电机1产生的热量要大于起发永磁电机1作为电动机使用时产生的热量,因此设置冷却套13对定子组件12进行降温,能够避免起发永磁电机1烧坏。
此外,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种航空辅助动力装置,其特征在于,包括功率变换器、起发永磁电机(1)、浮动花键轴(2)以及涡轮燃气发生器(3),所述功率变换器与所述起发永磁电机(1)电连接,所述起发永磁电机(1)包括转子轴(11)和定子组件(12),所述定子组件(12)绕设于所述转子轴(11)的周部,所述转子轴(11)通过所述浮动花键轴(2)与所述涡轮燃气发生器(3)的主轴(31)连接,所述起发永磁电机(1)用于启动所述涡轮燃气发生器(3),所述涡轮燃气发生器(3)运行至全转速时能够驱动所述起发永磁电机(1)发电。
2.根据权利要求1所述的航空辅助动力装置,其特征在于,所述航空辅助动力装置还包括连接筒(4),所述起发永磁电机(1)安装于所述连接筒(4)的一端,所述涡轮燃气发生器(3)安装于所述连接筒(4)的另一端。
3.根据权利要求2所述的航空辅助动力装置,其特征在于,所述涡轮燃气发生器(3)还包括引气截流管(32)和燃烧室机匣(33),所述燃烧室机匣(33)位于所述涡轮燃气发生器(3)远离所述连接筒(4)的一端,所述引气截流管(32)的排气端(321)接通所述燃烧室机匣(33),所述引气截流管(32)的进气端(322)与外界接通,所述引气截流管(32)用于将空气引导至所述燃烧室机匣(33)内。
4.根据权利要求3所述的航空辅助动力装置,其特征在于,所述引气截流管(32)从所述进气端(322)至所述排气端(321)的进气通道的横截面积逐步缩小。
5.根据权利要求3所述的航空辅助动力装置,其特征在于,所述进气端(322)伸入至所述连接筒(4)内,所述连接筒(4)的侧壁开设有与外界相通的进气口(41),所述进气口(41)的开口方向垂直于所述主轴(31)。
6.根据权利要求3所述的航空辅助动力装置,其特征在于,所述涡轮燃气发生器(3)的侧壁开设有排气口(34),所述排气口(34)与所述燃烧室机匣(33)接通,所述排气口(34)用于排出废气。
7.根据权利要求1所述的航空辅助动力装置,其特征在于,所述起发永磁电机(1)还包括冷却套(13),所述冷却套(13)套设于所述定子组件(12)的外周,所述冷却套(13)内流通有冷却油。
8.一种航空器,其特征在于,所述航空器包括如权利要求1至7所述的航空辅助动力装置。
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