CN114929994A - 用于飞行器的包括改进的油系统的涡轮发电机 - Google Patents

Abstract

用于飞行器(2)的涡轮发电机(1)，该涡轮发电机包括：‑涡轮轴发动机(3)；‑发电机(4)，该发电机包括由涡轮轴发动机(3)机械地驱动的转子(5)以及由发电机(4)的壳体(7)支撑的定子(6)；其特征在于，涡轮发电机(1)包括用于分离来自涡轮轴发动机(3)的空气/油混合物的静态分离器(8)，静态分离器(8)被定位成围绕发电机(4)的壳体(7)。

Description

用于飞行器的包括改进的油系统的涡轮发电机

技术领域

本发明涉及一种用于飞行器的涡轮发电机。

背景技术

混合动力飞行器例如由多个电动推进器推进，每个电动推进器包括由电动致动器(例如，电动马达)驱动的螺旋桨。

根据不同的飞行阶段，每个电动马达可以由涡轮发电机和/或电池供电。

涡轮发电机也可以用于给电池充电。

涡轮发电机包括涡轮轴发动机和至少一个发电机，发电机将由涡轮轴发动机产生的机械动力转换成电力，该电力旨在为推进器供电或被储存在电池内。

传统上，涡轮轴发动机包括主回路，在该主回路中，空气流被压缩，然后在燃烧之前与燃料混合，由此产生的废气被用于驱动各个涡轮。涡轮轴发动机还包括次级回路，特别地，主要用于对涡轮轴发动机进行冷却、密封以及润滑的空气和油在该次级回路中流通。根据需要，空气和油在不同的位置处被注入次级回路中。

次级回路通常包括封壳，该封壳被布置在涡轮轴发动机的上游，大部分空气被收集在该封壳中，该封壳中的空气充满油。

为了在限制油损失的同时对封壳中的压力进行调节，已知的是，经由被置于封壳中的动态倾析器或动力倾析器(例如离心倾析器)排出空气，该动态倾析器或动力倾析器的功能是将油和空气分离。例如，在倾析器的出口处，经分离的(或经隔开的)油被储存在储存部中，经脱油的空气被注入涡轮轴发动机的排气喷嘴中。

这种动态倾析器并不能完全令人满意。事实上，发动机制造商注意到，倾析器出口处的经脱油的空气含有大量的油。这些油损失需要定期进行维护操作，以确保各个储存部充满油。发动机制造商正在寻找提高倾析器内的倾析效率的方法，以延长两次维护操作之间的时间间隔。值得记得的是，封壳中可用于安装倾析器的总体尺寸减小，并且对涡轮发电机的总体质量进行优化也是必需的。

因此，本发明的目的是为上述问题提供一种简单的、有效的且经济的解决方案。

发明内容

因此，本发明提出了一种用于飞行器的涡轮发电机，该涡轮发电机包括：

-涡轮轴发动机；

-发电机，该发电机包括：转子，该转子由涡轮轴发动机机械地驱动；以及定子，该定子由发电机的壳体支撑；

其特征在于，涡轮发电机包括来自涡轮轴发动机的空气/油混合物的静态倾析器，静态倾析器被定位成围绕发电机的壳体。

这种静态倾析器表现出令人满意的性能，特别是优秀的倾析质量与总体尺寸的比率。

发电机外围上的未使用的空间用于安装静态倾析器。特别地，围绕壳体的可用的大空间(与次级回路的封壳中的可用的空间相比)使得能够安装具有优化尺寸的静态倾析器，从而提高倾析的质量。因此，一般地，发电机的这种定位使得能够延长两次维护操作之间的时间间隔。

静态倾析器的定位还使得该静态倾析器能够参与发电机的转子和定子的冷却。因此限制了对于例如借助于油冷却回路而进行额外冷却的需要。

根据本发明的涡轮发电机可以包括单独采用的或彼此结合地采用的以下特征和/或步骤中的一项或多项：

-静态倾析器的至少一个壁由发电机的壳体形成；

-静态倾析器包括：

-用于空气/油混合物的倾析室；

-多个挡板，多个挡板被置于室中；

-入口，该入口被构造成将空气/油混合物引入到室中；

-第一出口，该第一出口被构造成将从空气/油混合物中分离的油排出；

-第二出口，该第二出口被构造成将来自空气/油混合物的经脱油的空

气排出；

-静态倾析器被装配到壳体，或者静态倾析器与壳体一体地形成；

-倾析室是环形的，并且由同轴的内壁和外壁径向地界定，挡板中的每一个挡板沿径向对内壁和外壁进行连接；

-静态倾析器包括第一排的挡板和与第一排相邻的第二排的挡板，第一排的挡板相对于第二排的挡板偏移；

-从空气/油混合物分离的油通过重力或借助于泵而被储存在涡轮发电机的储存部中；

-来自空气/油混合物的经脱油的空气被排放到涡轮发电机的外部，或者被注入涡轮轴发动机的空气入口中，或者被注入涡轮轴发动机的排气喷嘴中；

-涡轮轴发动机包括动态倾析器，空气/油混合物来自涡轮轴发动机的动态倾析器；

-发电机包括冷却和润滑回路，该冷却和润滑回路被供给有来自涡轮发电机的所述储存部的油，并且所述储存部形成用于发电机和涡轮轴发动机的共用储存部。

本发明还涉及一种飞行器，该飞行器包括如前所述的涡轮发电机。

附图说明

通过以非限制性示例的方式并且参照附图进行的以下描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其它细节、特征以及优点将变得更加清楚，在附图中：

[图1]图1是根据本发明的第一实施例的涡轮发电机的示意图；

[图2]图2是根据本发明的第二实施例的涡轮发电机的示意图；

[图3]图3是根据本发明的第三实施例的涡轮发电机的示意图；

[图4]图4是根据本发明的第四实施例的涡轮发电机的示意图；

[图5]图5是根据本发明的第五实施例的涡轮发电机的示意图；

[图6]图6是图1至图5中示出的涡轮发电机的静态倾析器的示意性横截面图；

[图7]图7是图1至图6中示出的倾析器的展开(或布局)的示意性俯视图。

具体实施方式

图1至图5示意性地示出了用于飞行器2的涡轮发电机1。飞行器2例如是飞机、直升机或无人驾驶飞机。

按照惯例，在本申请中，在不同的附图中具有相同附图标记的元件/部件对应于相同的元件/部件。

涡轮发电机1包括涡轮轴发动机3和至少一个发电机4，该发电机包括：转子5，该转子由涡轮轴发动机3机械地驱动；以及定子6，该定子由发电机4的壳体7(或架构)支撑。涡轮发电机可以包括多个发电机。

根据本发明，涡轮发电机1包括用于来自涡轮轴发动机3的空气/油混合物的静态倾析器8，静态倾析器8被定位成围绕发电机4的壳体7。

根据图1至图5中示出的实施例，涡轮轴发动机3包括主回路9，该主回路从上游到下游(沿气体的流动方向)包括：空气入口10、至少一个压缩机11、燃烧室12、至少一个膨胀涡轮13、至少一个自由动力传递涡轮14以及排气喷嘴15。

一个或多个压缩机11、燃烧室12以及一个或多个膨胀涡轮13形成气体发生器。

压缩机11的转子和膨胀涡轮13的转子通过驱动轴16进行连接。

自由涡轮转子14连接到输出轴17，输出轴17大致与驱动轴16同轴并且被布置在驱动轴16内，但是也可以与该驱动轴非同轴平行。

涡轮轴发动机3沿着轴线X限定，该轴线X对应于驱动轴16和输出轴17的旋转轴线。

可替代地，涡轮轴发动机的主回路可以包括空气入口、至少一个压缩机、燃烧室、至少一个膨胀涡轮以及排气喷嘴。换言之，这种涡轮轴发动机不包括自由涡轮，而是包括将压缩机的转子与膨胀涡轮的转子进行连接的单个驱动轴。

发电机4将由涡轮轴发动机3产生的机械动力转化成电力。电力例如旨在为飞行器的推进器的电动致动器供电或被储存在电池中。

发电机4的转子5由涡轮轴发动机3机械地驱动。更具体地，发电机4的转子5可以由涡轮轴发动机3的驱动轴16或输出轴17直接地或间接地驱动。

发电机4沿着轴线Y限定，该轴线Y对应于转子5的旋转轴线。

按照惯例，在本申请中，术语“上游”和“下游”是相对于在涡轮轴发动机3的主回路9中的气体的流动方向来定义的。

“轴向”或“轴向地”是指平行于涡轮轴发动机3的轴线X的任何方向或平行于发电机4的轴线Y的任何方向，“径向”或“径向地”是指垂直于涡轮轴发动机3的轴线X的任何方向或垂直于发电机4的轴线Y的任何方向。

类似地，按照惯例，在本申请中，与涡轮轴发动机3相关的术语“内部”和“外部”是相对于涡轮轴发动机3的轴线X径向地限定的，与发电机4相关的术语“内部”和“外部”是相对于发电机4的轴线Y径向地限定的。

涡轮轴发动机3还包括次级回路18，主要用于对涡轮轴发动机3进行冷却、密封以及润滑的空气和油流通通过该次级回路。根据需要，空气和油在不同的位置处被注入次级回路18中。次级回路18包括封壳19，该封壳被布置在涡轮轴发动机3的上游，大部分空气被收集在该封壳中，该封壳19中的空气充满了油。更确切地说，封壳19被布置在气体发生器的上游，换言之，封壳被布置在涡轮轴发动机3的空气入口10的上游。由静态倾析器8倾析的空气/油混合物可以来自次级回路18的封壳19，或者更一般地，来自次级回路18。

发电机4可以包括与涡轮轴发动机3的次级回路18分离的冷却回路，冷却流体(液体或气体)在该冷却回路中流通。在发电机4的冷却回路中流通的流体可以是油，或者由静态倾析器8脱油的空气，或者另一种热传递流体。

发电机4可以包括冷却和润滑回路20，油在该冷却和润滑回路中流通。特别地，冷却和润滑回路20使得能够对发电机的转子和定子进行冷却，也可以对引导转子和动态密封件的轴承进行润滑。

如上所述，根据本发明，涡轮发电机1包括来自涡轮轴发动机3的空气/油混合物的静态倾析器8，静态倾析器8被定位成围绕壳体7或者被定位在壳体7的外周上。静态倾析器8(或静态分离器)使得能够通过对油和空气进行分离来处理空气/油混合物。由于形成倾析器的所有部件在涡轮发电机的参照系中都是静态的或静止的，因此倾析器被称为“静态倾析器”。

静态倾析器8可以直接地或间接地、部分地或整体地装配到壳体7。在这种构造中，静态倾析器可以独立于壳体拆卸，这特别有利于对静态倾析器进行维护或修理操作。

静态倾析器8也可以部分地或完全与壳体7一体地形成。

静态倾析器8可以包括由发电机4的壳体7形成的部分(例如，壁)。

单独的静态倾析器或者与壳体结合的静态倾析器可以通过增材制造(快速成型)来获得。这种方法使得能够制造具有复杂形状的零件。

由静态倾析器8脱油的空气可以被排放到涡轮发电机1的外部，或者被注入涡轮轴发动机3的空气入口10中，或者被注入涡轮轴发动机3的排气喷嘴15中。当由静态倾析器8倾析的空气/油混合物来自涡轮轴发动机的次级回路18时，排出经脱油的空气使得能够对次级回路18中的压力进行调节。

由静态倾析器8分离(或隔开)的油通过重力或借助于泵被储存在涡轮发电机的储存部中。

涡轮发电机1可以包括为涡轮轴发动机3和发电机4所共用的单个油储存部21。在这种构造中，由静态倾析器分离的油被储存在单个储存部21中。

涡轮发电机1可以包括专用于涡轮轴发动机3的第一储存部和专用于发电机4的第二储存部。第一储存部和第二储存部可以并排地设置或者以彼此相隔一距离的方式设置，使得第一储存部和第二储存部可以分别连接到涡轮轴发动机3和发电机4。在这种构造中，由静态倾析器分离的油被储存在第一储存部和/或第二储存部中。

涡轮轴发动机3可以包括动态倾析器22或动力倾析器。在这种构造中，由静态倾析器8倾析的空气/油混合物于是来自涡轮轴发动机3的动态倾析器22。因此，静态倾析器8确保了第二次倾析，以增加回收的油的量，换言之，使油的损失最小化。被称为动态倾析器的倾析器包括至少一个可动部件，例如可旋转轮，该可旋转轮的功能是在离心力的作用下对油和空气进行分离。例如，动态倾析器被置于次级回路18的封壳19中。

具体地，静态倾析器8可以包括：

-用于空气/油混合物的倾析室23；

-多个挡板24(或偏转器)，多个挡板(或偏转器)被置于室23中；

-入口25，该入口被构造成将空气/油混合物引入到室23中；

-第一出口26，该第一出口被构造成将从空气/油混合物中分离(或隔开)的油排出；

-第二出口27，该第二出口被构造成将来自空气/油混合物的经脱油的空气排出。

空气/油混合物的流动由入口25与第一出口26和第二出口27之间的压力差提供。

静态倾析器8的倾析室23可以被隔开。

静态倾析器8的挡板24使得能够干扰空气/油混合物的流动，换言之，静态倾析器的挡板使得能够改变倾析室23内的空气/油混合物的流动方向。当空气/油混合物撞击挡板时，油滴通过粘附在挡板上而被保留，而空气继续流动。因此，应当理解，倾析的效率取决于空气/油混合物与布置在静态倾析器8内部的元件(特别是挡板)之间的接触或相互作用的重要性。

静态倾析器8可以包括一排或多排28的挡板24。当静态倾析器8包括多排28的挡板24时，相邻两排的挡板可以相对于彼此偏移。挡板24可以例如以交错的图案布置。挡板24中的每一个挡板可以例如呈平坦翅片或扭转翅片的形式。

静态倾析器8的入口25以及第一出口26和第二出口27可以各自例如呈端件的形式，该端件被构造成连接到旨在传输流体的元件(例如，管道)的互补端件。

根据图1至图5中示出的实施例，涡轮发电机1包括单个发电机4。如上所述，涡轮发电机可以包括多个发电机。发电机4在涡轮轴发动机3的上游端部的高度处被装配到涡轮轴发动机3，发电机4被附接到涡轮轴发动机3的次级回路18的封壳19。发电机4的轴线Y平行于涡轮轴发动机3的轴线X。发电机4的转子5由涡轮轴发动机3的输出轴17经由齿轮系29驱动。

根据图1和图3至图5中示出的实施例，发电机4的内部空间经由密封隔板30与次级回路18的封壳19隔开。

根据图2中示出的实施例，发电机4的内部空间与次级回路18的封壳19连通。

根据图1至图5中示出的实施例，涡轮发电机1包括为涡轮轴发动机3和发电机4所共用的单个油储存部21。为涡轮轴发动机3的次级回路18以及发电机4的冷却和润滑回路20供给来自共用储存部21的油。

涡轮轴发动机3的次级回路18经由至少一个供给管道31和至少一个排放管道32连接到共用储存部21。

根据图1至图5中示出的实施例，发电机4包括冷却和润滑回路20，油在该冷却和润滑回路中流通。发电机4的冷却和润滑回路20经由至少一个供给管道33和至少一个返回管道34连接到共用储存部21。

根据图1至图5中示出的实施例，静态倾析器8被布置在壳体7的外周上，静态倾析器8与壳体7的外周直接接触。

根据图1至图5中示出的实施例，更具体地，静态倾析器8包括：

-用于空气/油混合物的倾析室23；

-多个挡板24，多个挡板被置于室23中；

-入口25，该入口被构造成将空气/油混合物引入到室23中；

-第一出口26，该第一出口被构造成将从空气/油混合物中分离(或隔开)的油排出；

-第二出口27，该第二出口被构造成将来自空气/油混合物的经脱油的空气排出。

根据在图1、图2、图4以及图5中示出的实施例，静态倾析器8的入口25经由供给管道35连接到次级回路18的封壳19。因此，由静态倾析器8倾析的空气/油混合物来自次级回路18的封壳19。

根据图3中示出的实施例，涡轮轴发动机3包括动态倾析器，该动态倾析器包括可动部件，该可动部件由驱动轴16经由齿轮系36驱动。动态倾析器被布置在次级回路18的封壳19中。静态倾析器8的入口25经由供给管道37连接到动态倾析器的出口。因此，由静态倾析器8倾析的空气/油混合物来自涡轮轴发动机3的动态倾析器。

根据图1至图5中示出的实施例，静态倾析器8的第一出口26经由排放管道38连接到共用油储存部21。因此，由静态倾析器8分离的油被储存在共用油储存部21中。

根据图4中示出的实施例，静态倾析器8的第二出口27经由排放管道39连接到涡轮轴发动机3的空气入口10。因此，由静态倾析器8脱油的空气被注入涡轮轴发动机3的空气入口10中。

根据图5中示出的实施例，静态倾析器8的第二出口27经由排放管道40连接到涡轮轴发动机3的排气喷嘴15。因此，由静态倾析器8脱油的空气被注入涡轮轴发动机3的排气喷嘴15中。

根据图1至图5中示出的实施例，更具体地，如图6中所示，倾析室23是环形的，并且由同轴的内壁41和外壁42径向地界定，挡板24中的每一个挡板沿径向将内壁41和外壁42进行连接。内壁41在此由壳体7形成。

然而，根据未示出的替代方案，外壁42可以由壳体7形成，于是内壁41构成壳体的内表面。

内壁41包括单独的排油回路43，以及与倾析室23和排油回路43连通的孔口44。通过粘附到挡板24而保留的油滴流向孔口44。排油回路43对经分离的油进行收集和聚集。第一出口26与排油回路43连通。有利地，第一出口26将被置于6点钟(类似于时钟的刻度盘)的位置处。

静态倾析器8的第二出口27被布置在外壁42的高度处。

如图7中所示，静态倾析器8包括多个轴向排28的挡板24，换言之，多排28的挡板24沿着发电机4的轴线Y延伸。挡板24以交错的图案布置，并且各自呈连接内壁41和外壁42的平坦翅片的形式。图7中未示出倾析室23的外壁42。

空气/油混合物由流动方向D限定，挡板24中的每个挡板被布置成垂直于该流动方向D。

Claims (11)

1.一种用于飞行器(2)的涡轮发电机(1)，所述涡轮发电机包括：

-涡轮轴发动机(3)；

-发电机(4)，所述发电机包括：转子(5)，所述转子由所述涡轮轴发动机(3)机械地驱动；以及定子(6)，所述定子由所述发电机(4)的壳体(7)支撑；

其特征在于，所述涡轮发电机(1)包括来自所述涡轮轴发动机(3)的空气/油混合物的静态倾析器(8)，所述静态倾析器(8)被定位成围绕所述发电机(4)的壳体(7)。

2.根据权利要求1所述的涡轮发电机(1)，其特征在于，所述静态倾析器(8)的至少一个壁(41，42)由所述发电机(4)的壳体(7)形成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮发电机(1)，其特征在于，所述静态倾析器(8)包括：

-用于所述空气/油混合物的倾析室(23)；

-多个挡板(24)，所述多个挡板被置于所述室(23)中；

-入口(25)，所述入口被构造成将所述空气/油混合物引入到所述室(23)中；

-第一出口(26)，所述第一出口被构造成将从所述空气/油混合物中分离的油排出；

-第二出口(27)，所述第二出口被构造成将来自所述空气/油混合物的经脱油的空气排出。

4.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮发电机(1)，其特征在于，所述静态倾析器(8)被装配到所述壳体(7)，或者所述静态倾析器(8)与所述壳体(7)一体地形成。

5.根据权利要求3或4所述的涡轮发电机(1)，其特征在于，所述倾析室(23)是环形的，并且由同轴的内壁(41)和外壁(42)径向地界定，所述挡板(24)中的每一个挡板沿径向对所述内壁和所述外壁(41，42)进行连接。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的涡轮发电机(1)，其特征在于，所述静态倾析器(8)包括第一排(28)的挡板(24)和与所述第一排(28)相邻的第二排(28)的挡板(24)，所述第一排(28)的挡板(24)相对于所述第二排(28)的挡板(24)偏移。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的涡轮发电机(1)，其特征在于，从所述空气/油混合物分离的油通过重力或借助于泵而被储存在所述涡轮发电机(1)的储存部中。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的涡轮发电机(1)，其特征在于，来自所述空气/油混合物的经脱油的空气被排放到所述涡轮发电机(1)的外部，或者被注入所述涡轮轴发动机(3)的空气入口(10)中，或者被注入所述涡轮轴发动机(3)的排气喷嘴(15)中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮发电机(1)，其特征在于，所述涡轮轴发动机(3)包括动态倾析器，所述空气/油混合物来自所述涡轮轴发动机(3)的动态倾析器。

10.根据权利要求7所述的涡轮发电机(1)，其特征在于，所述发电机(4)包括冷却和润滑回路(20)，所述冷却和润滑回路被供给有来自所述涡轮发电机(1)的所述储存部的油，并且其中，所述储存部形成用于所述发电机(4)和所述涡轮轴发动机(3)的共用储存部(21)。

11.一种飞行器(2)，所述飞行器包括根据前述权利要求中任一项所述的涡轮发电机(1)。

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