JP2006516230A - 航空機用の電気ベースの2次動力システムアーキテクチャ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、ここにその全体が引用により援用される、2002年10月22日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第60/420,637号の優先権を主張する。本願は米国特許第6,526,775号の全体を引用により援用する。
以下の開示は一般に、航空機用の2次動力システムに関し、より特定的には、航空機用の電気ベースの2次動力システムに関する。
従来の輸送機は通常、飛行中、メインエンジンからの空気圧、油圧および電気による動力を利用してさまざまな航空機システムをサポートする。加えて、従来の輸送機は通常、地上操作中、搭載された補助動力ユニット(APU)からの空気圧および電気による動力を利用して航空機システムをサポートする。航空機空調システムは通常、商用輸送機において2次動力を最も使用する。従来の輸送機では、これらのシステムは、エンジンコンプレッサの段から抽出される高温/高圧の空気(抽気)を使用する。この空気は、温度、換気および与圧要求を満たすために、空調パックを通過して機体へと通る。調節された空気は次に、流出バルブまたは通常の客室漏洩を介して機体から放出される。地上操作中、APUは、別個の軸駆動式の負荷コンプレッサから、またはパワーセクションコンプレッサから抽気を提供できる。メインエンジンからの抽気と同様に、APUからの高温および高圧の空気は空調パックを通過して機体へと通る。
るために、テレスコープ型ダクトを、延ばした位置で使用することができる。防氷抽気は、翼またはスラットの下面にある穴を通して排出される。
で浪費される。
この発明は一般に、航空機用の2次動力システム、および、航空機システムに2次動力を提供するための方法に向けられている。一実施例では、この発明の一局面に従った航空機は、機体と、航空機に推進力を提供するよう構成されたジェットエンジンとを含む。この航空機はさらに、ジェットエンジンに作動可能に結合された発電機と、環境制御システムとを含む。環境制御システムは、ジェットエンジンからの抽気がない場合に客室に外部の空気を提供するために発電機から電力を受取るよう構成された少なくとも1つのコンプレッサモータを含み得る。
以下の開示は、航空機システムに動力を提供するためのシステムおよび方法を説明している。この発明のさまざまな実施例の完全な理解を提供するため、ある詳細が以下の説明および図3〜7において述べられている。航空機および/または航空機2次動力システムにしばしば関連する周知の構造およびシステムを説明する他の詳細は、この発明のさまざまな実施例の説明を不必要に不明瞭にしないよう、以下の開示では述べられていない。
300は、航空機(図示せず)に推進力を提供するための第1のエンジン310aおよび第2のエンジン310bを含む。以下により詳細に説明するように、第1の始動器/発電機316aおよび第2の始動器/発電機316bは、エンジン310の各々に作動可能に結合されて、複数の航空機システムに電力をオン・デマンド・ベースで提供することができる。始動器/発電機316は、図1において上に説明された抽気システムによって伝統的に行なわれた航空機機能の大半をサポートする。これらの機能は特に、機体空調および与圧、エンジン始動、ならびに翼防氷を含み得る。
のエネルギ最適化は、燃料効率を高めるために、航空機プラットフォーム全体にわたる他の電力使用装置にも拡張できる。以下に説明するように、たとえば、そのような使用装置は、再循環ファン、化粧室および給仕室の換気扇、貨物暖房、翼防氷、および油圧作動を含み得る。必要なエネルギを引込むだけで、燃料節約を増やすことができる。
/発電機316とは異なり、空気タービンエンジン−始動器154は、エンジン110の運転中、何の目的も達さない。
暖めることが可能である。これらの抵抗ヒータはパルス幅変調される能力を有することが可能で、より良好に温度を制御し、かつエネルギ消費をさらに低減させる。同様に、貨物空調システムは、客室冷房のために、外部の空気にそれほど頼らず、再循環される空気により頼るように構成可能である。このように、外部の空気に関連するエネルギ損失がなくなり、再循環される空気を冷却するために必要な動力のみが消費される。
電力を装置ベイ410から、システムアーキテクチャ300に関連する複数のシステム負荷420に分配可能である。RPDU424は、伝統的な熱回路遮断器およびリレーの代わりに、大部分が固体電力制御装置に基づき得る。
0bに作動可能に結合され得る。第3のAC発電機616cと第3のDC発電機618cとは、APU630に作動可能に結合され得る。第3のAC発電機616cは電力をAPU630から2つのACバス615aに提供して、地上操作中および飛行中に必要に応じてAC負荷(図示せず)に供給できる。APU630に作動可能に結合された第3のDC発電機618cは、電力を2つのDCバス615bに提供して、地上操作中および飛行中に必要に応じて可変速モータ(同様に図示せず)に供給できる。加えて、第3のAC発電機616cも、AC−DC変換装置624を介して、2つのDCバス615bに動力を提供できる。2つのDCバス615bの各々は、対応するモータコントローラ660(第1のモータコントローラ660aおよび第2のモータコントローラ660bとして個々に識別される)に作動可能に接続され得る。モータコントローラ660は、客室与圧コンプレッサ680(第1のコンプレッサ680aおよび第2のコンプレッサ680bとして個々に識別される)またはエンジン始動回路662(第1の始動回路662aおよび第2の始動回路662bとして個々に識別される)のいずれかに電力を選択的に提供するよう構成可能である。この実施例の別の局面では、動力分配システム600は、外部の地上電源から動力を受取るよう構成されている第1の電気差込口613aおよび第2の電気差込口613bを含み得る。一実施例では、第1の差込口613aは地上電源から115Vacの電力を受取るよう構成可能であり、第2の差込口613bは外部の地上電源から230Vacの電力を受取るよう構成可能である。
電力分配システム800を示す概略図である。まず図8Aを参照すると、この実施例の一局面では、動力分配システム800は、エンジン810に作動可能に結合された発電機816と、環境制御システム840に作動可能に結合されたコンプレッサモータ880とを含む。発電機816は、ACバス815a、AC−DC変換装置824、および高電圧DCバス815bを介して、電力をモータコントローラ860に提供することができる。図8Aに示すような通常動作中、モータコントローラ860は、ECS840の動作のために、電力をコンプレッサモータ880に選択的に向けることができる。
Claims (36)
- 航空機であって、
客室を有する機体と、
航空機に推進力を提供するよう構成されたジェットエンジンと、
ジェットエンジンに作動可能に結合され、ジェットエンジンから軸動力を受取るよう構成された発電機と、
ジェットエンジンからの抽気がない場合に客室に外部の空気を提供するために発電機から電力を受取るよう構成されている少なくとも1つのコンプレッサモータを含む環境制御システムとを含む、航空機。 - 機体から外側に延びる翼と、
ジェットエンジンからの抽気がない場合に翼の一部への氷の形成を少なくとも低減させるよう構成された電熱式翼防氷システムとをさらに含み、電熱式翼防氷システムは発電機から電力を受取るよう構成されている、請求項1に記載の航空機。 - 機体から外側に延びる翼と、
ジェットエンジンからの抽気がない場合に翼の一部への氷の形成を少なくとも低減させるよう構成された電気機械式翼防氷システムとをさらに含み、電気機械式翼防氷システムは発電機から電力を受取るよう構成されている、請求項1に記載の航空機。 - 機体から外側に延びる翼と、
ジェットエンジンからの抽気がない場合に翼の一部への氷の形成を少なくとも低減させるよう構成された翼防氷システムとをさらに含み、翼防氷システムは発電機から電力を循環する態様で受取るよう構成されている、請求項1に記載の航空機。 - 航空機から下向きに延長可能な、油圧で作動される着陸装置と、
着陸装置に油圧動力を提供するよう構成された油圧ポンプと、
油圧ポンプに作動可能に結合され、ジェットエンジンからの空気圧による動力がない場合に油圧ポンプを駆動させるために発電機から電力を受取るよう構成されている電気モータとをさらに含む、請求項1に記載の航空機。 - 発電機は、空気圧による動力がない場合にジェットエンジンを始動させる同期モータとして作動可能な始動器/発電機である、請求項1に記載の航空機。
- 発電機は、ジェットエンジンを始動させる同期モータとして作動可能な始動器/発電機であり、ジェットエンジンは、空気圧で作動可能な始動タービンがない場合、始動器/発電機によって始動されるよう構成されている、請求項1に記載の航空機。
- ジェットエンジンに作動可能に結合された発電機は第1の発電機であり、前記航空機はさらに、
補助動力ユニットと、
補助動力ユニットに作動可能に結合され、補助動力ユニットから軸動力を受取るよう構成された第2の発電機とを含み、環境制御システムの少なくとも1つのコンプレッサモータは、補助動力ユニットからの圧縮空気がない場合に客室に外部の空気を提供するために第2の発電機から電力を受取るよう構成されている、請求項1に記載の航空機。 - 環境制御システムのコンプレッサモータは、機体の与圧需要の変化に応じてコンプレッサの速度を変更するよう構成された可変速モータである、請求項1に記載の航空機。
- 燃料タンクと、
ジェットエンジンによる燃料に対する需要に基づいて、燃料を燃料タンクからジェットエンジンに可変速度で移送するよう構成された可変速燃料ポンプとをさらに含み、燃料ポンプは発電機から電力を受取るよう構成されている、請求項1に記載の航空機。 - 環境制御システムは、流量および機体の与圧需要のうちの少なくとも1つにおける変化に応じて、空気を客室に複数の流量で流すよう構成された、少なくとも1つの可変速ファンをさらに含む、請求項1に記載の航空機。
- 航空機であって、
機体と、
機体から外側に延びる翼と、
航空機に推進力を提供するよう構成されたジェットエンジンと、
ジェットエンジンに作動可能に結合され、エンジンから軸動力を受取るよう構成された発電機と、
ジェットエンジンからの抽気がない場合に機体の少なくとも一部に調節された空気を提供するよう構成された環境制御システムとを含み、環境制御システムは、発電機から電力を受取るよう構成された少なくとも1つのファンモータを含み、前記航空機はさらに、
翼の一部への氷の形成を少なくとも低減させるよう構成された翼防氷システムを含み、翼防氷システムは、ジェットエンジンからの抽気がない場合に発電機から電力を受取るよう構成されている、航空機。 - ジェットエンジンに作動可能に結合された発電機は第1の発電機であり、前記航空機はさらに、
補助動力ユニットと、
補助動力ユニットに作動可能に結合され、補助動力ユニットから軸動力を受取るよう構成された第2の発電機とを含み、翼防氷システムは、補助動力ユニットからの圧縮空気がない場合に第2の発電機から電力を受取るよう構成されている、請求項12に記載の航空機。 - 翼防氷システムは、翼の内側部分に少なくとも近接して位置付けられた少なくとも1つの加熱要素を含む電熱式システムであり、加熱要素は、発電機からの電力で通電されて翼の前記部分を暖め、翼の前記部分への氷の形成を少なくとも低減させ得る、請求項12に記載の航空機。
- 翼防氷システムは、翼の内側部分に少なくとも近接して位置付けられた少なくとも1つの機械式作動装置を含む電気機械式システムであり、作動装置は、発電機からの電力で作動されて翼の前記部分を振動させ、翼の前記部分への氷の形成を少なくとも低減させ得る、請求項12に記載の航空機。
- 地上で航空機の少なくとも一部を可動に支持するよう構成された、油圧で作動する着陸装置システムをさらに含み、着陸装置システムは、ジェットエンジンからの抽気がない場合に電気モータによって駆動される油圧ポンプを含み、電気モータは発電機から電力を受取るよう構成されている、請求項12に記載の航空機。
- 航空機は商用旅客機であり、機体は客室と貨物室とを含む、請求項12に記載の航空機。
- 航空機であって、
機体と、
航空機に推進力を提供するよう構成されたジェットエンジンと、
ジェットエンジンに作動可能に結合され、エンジンから軸動力を受取るよう構成された発電機と、
ジェットエンジンからの抽気がない場合に機体の少なくとも一部に調節された空気を提供するよう構成された環境制御システムとを含み、環境制御システムは、発電機から電力を受取るよう構成された少なくとも1つのファンモータを含み、前記航空機はさらに、
地上で航空機の少なくとも一部を可動に支持するよう構成された、油圧で作動する着陸装置を含み、着陸装置は、ジェットエンジンからの抽気がない場合に電気モータによって駆動される油圧ポンプから油圧動力を受取り、電気モータは発電機から電力を受取る、航空機。 - ジェットエンジンに作動可能に結合された発電機はDC発電機であり、前記航空機はさらに、
ジェットエンジンに作動可能に結合され、ジェットエンジンから軸動力を受取るよう構成されたAC発電機と、
機体から外側に延びる翼と、
翼の一部への氷の形成を少なくとも低減させるよう構成された電熱式翼防氷システムとを含み、電熱式翼防氷システムは、ジェットエンジンからの抽気がない場合にAC発電機から電力を受取るよう構成されている、請求項18に記載の航空機。 - ジェットエンジンに作動可能に結合された発電機はDC発電機であり、前記航空機はさらに、
ジェットエンジンに作動可能に結合され、ジェットエンジンから軸動力を受取るよう構成されたAC発電機を含み、さらに、
AC発電機は、空気圧による動力がない場合にジェットエンジンを始動させる同期モータとして作動可能である、請求項18に記載の航空機。 - ジェットエンジンに作動可能に結合された発電機はDC発電機であり、前記航空機はさらに、
ジェットエンジンに作動可能に結合され、ジェットエンジンから軸動力を受取るよう構成されたAC発電機と、
AC発電機からAC電力を受取り、DC電力を環境制御システムのファンモータに向けるよう構成されたAC−DC変換装置とを含む、請求項18に記載の航空機。 - ジェットエンジンに作動可能に結合された発電機はDC発電機であり、前記航空機はさらに、
ジェットエンジンに作動可能に結合され、ジェットエンジンから軸動力を受取るよう構成されたAC発電機と、
AC発電機からAC電力を受取るよう構成されたAC−DC変換装置と、
AC−DC変換装置からDC電力を受取り、DC電力を環境制御システムのファンモータに向けるよう構成されたモータコントローラとを含み、モータコントローラはさらに、空気圧による動力がない場合にジェットエンジンを始動させる同期モータとしてAC発電機を作動させるために、DC電力をAC発電機以外の源からAC発電機に選択的に向けるよう構成されている、請求項18に記載の航空機。 - 航空機であって、
翼と、
航空機に推進力を提供するよう構成されたジェットエンジンと、
ジェットエンジンに作動可能に結合され、エンジンから軸動力を受取るよう構成された発電機と、
翼の一部への氷の形成を少なくとも低減させるよう構成された翼防氷システムとを含み、翼防氷システムは、ジェットエンジンからの抽気がない場合に発電機から電力を受取るよう構成されており、前記航空機はさらに、
地上で航空機の少なくとも一部を可動に支持するよう構成された、油圧で作動する着陸装置システムを含み、着陸装置システムは、ジェットエンジンからの抽気がない場合に電気モータによって駆動される油圧ポンプを含み、電気モータは発電機から電力を受取るよう構成されている、航空機。 - ジェットエンジンに作動可能に結合された発電機は第1の発電機であり、前記航空機はさらに、
補助動力ユニットと、
補助動力ユニットに作動可能に結合され、補助動力ユニットから軸動力を受取るよう構成された第2の発電機とを含み、翼防氷システムは、補助動力ユニットからの圧縮空気がない場合に第2の発電機から電力を受取るよう構成されている、請求項23に記載の航空機。 - 翼防氷システムは、翼の内側部分に少なくとも近接して位置付けられた少なくとも1つの加熱要素を含む電熱式システムであり、加熱要素は、発電機からの電力で通電されて翼の前記部分を暖め、翼の前記部分への氷の形成を少なくとも低減させ得る、請求項23に記載の航空機。
- 翼防氷システムは、翼の内側部分に少なくとも近接して位置付けられた少なくとも1つの機械式作動装置を含む電気機械式システムであり、作動装置は、発電機からの電力で作動されて翼の前記部分を振動させ、翼の前記部分への氷の形成を少なくとも低減させ得る、請求項23に記載の航空機。
- 航空機の機体に調節された空気を提供するための方法であって、航空機は、航空機に推進力を提供するよう構成されたジェットエンジンを含み、前記方法は、
ジェットエンジンに発電機を作動可能に結合するステップを含み、発電機はジェットエンジンから軸動力を受取るよう構成されており、前記方法はさらに、
コンプレッサファンに電気モータを作動可能に結合してコンプレッサファンを駆動するステップを含み、コンプレッサファンは機体と流動連通するよう位置付けられており、前記方法はさらに、
電力を発電機から電気モータに提供して、ジェットエンジンからの抽気がない場合に、コンプレッサファンを駆動して空気を機体外部から機体内に流すステップとを含む、方法。 - コンプレッサファンの下流に抵抗ヒータを位置付けるステップと、
外部の空気が機体内に流れる前に外部の空気を暖めるために、電力を発電機から抵抗ヒータに伝導するステップとをさらに含む、請求項27に記載の方法。 - コンプレッサファンに電気モータを作動可能に結合するステップは、コンプレッサファンに可変速電気モータを作動可能に結合するステップを含み、前記方法はさらに、機体の与圧要件の変化に応じて電気モータの速度を調整するステップを含む、請求項27に記載の方法。
- コンプレッサファンに電気モータを作動可能に結合するステップは、コンプレッサファンに可変速電気モータを作動可能に結合するステップを含み、前記方法はさらに、機体の温度要件の変化に応じて電気モータの速度を調整するステップを含む、請求項27に記載の方法。
- 機体と、機体から外側に延びる翼と、推進力を提供するためのジェットエンジンとを有する輸送航空機において、環境制御システム、翼防氷システムおよび着陸装置システムを含む複数の航空機システムにジェットエンジンから2次動力を提供するための方法であって、2次動力を提供するための前記方法は、
ジェットエンジンに発電機を作動可能に結合するステップを含み、発電機はジェットエンジンから軸動力を受取るよう構成されており、前記方法はさらに、
電力を発電機から環境制御システムのファンモータに提供するステップを含み、環境制御システムは、ジェットエンジンからの抽気がない場合に機体の少なくとも一部に調節された空気を提供するよう構成されており、前記方法はさらに、
電力を発電機から翼防氷システムの加熱要素に提供するステップを含み、翼防氷システムは、ジェットエンジンからの抽気がない場合に翼の一部への氷の形成を少なくとも低減させるよう構成されており、前記方法はさらに、
電力を発電機から着陸装置システムの電気モータ駆動の油圧ポンプに提供するステップを含み、油圧ポンプは、ジェットエンジンからの抽気がない場合に着陸装置を作動させるよう構成されている、方法。 - ジェットエンジンに作動可能に結合された発電機は第1の発電機であり、前記方法はさらに、
航空機に補助動力ユニットを取付けるステップと、
補助動力ユニットに第2の発電機を作動可能に結合するステップとを含み、第2の発電機は補助動力ユニットから軸動力を受取るよう構成されており、前記方法はさらに、
電力を第2の発電機から環境制御システムのファンモータに提供するステップを含み、環境制御システムは、補助動力ユニットからの圧縮空気がない場合に機体の少なくとも一部に調節された空気を提供するよう構成されている、請求項31に記載の方法。 - ジェットエンジンに作動可能に結合された発電機は第1の発電機であり、前記方法はさらに、
航空機に補助動力ユニットを取付けるステップと、
補助動力ユニットに第2の発電機を作動可能に結合するステップとを含み、第2の発電機は補助動力ユニットから軸動力を受取るよう構成されており、前記方法はさらに、
電力を発電機から着陸装置システムの電気モータ駆動の油圧ポンプに提供するステップを含み、油圧ポンプは、補助動力ユニットからの空気圧による動力がない場合に着陸装置を作動させるよう構成されている、請求項31に記載の方法。 - 機体と、推進力を提供するよう構成されたジェットエンジンとを有する航空機において、機体に調節された空気を提供するためのシステムであって、
機体と流動連通するコンプレッサファンに外部の空気を提供するための手段と、
ジェットエンジンから電力を抽出するための手段と、
ジェットエンジンからの抽気がない場合に外部の空気をコンプレッサファンから航空機の機体内に流すために電力の少なくとも一部をコンプレッサファンに提供するための手段とを含む、システム。 - 電力の少なくとも一部を発電機から翼防氷システムの加熱要素に提供するための手段をさらに含み、翼防氷システムは、ジェットエンジンからの抽気がない場合に翼の一部への氷の形成を少なくとも低減させるよう構成されている、請求項34に記載のシステム。
- 電力の少なくとも一部を発電機から着陸装置システムの電気モータ駆動の油圧ポンプに提供するための手段をさらに含み、油圧ポンプは、ジェットエンジンからの抽気がない場合に着陸装置を作動させるよう構成されている、請求項34に記載のシステム。
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