JP2016508465A - 航空機の補助動力装置に空気を送給する構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、与圧キャビン（１０）と、補助動力装置（２）と、を備える航空機（１）の補助動力装置（２）に空気を送給する構造（３）に関するものであり、構造は、補助動力装置に空気を送給する配管（３０）と、補助動力装置に送給される空気流を制御する装置（４）と、空気を航空機の外部から吸入し、かつ送給配管（３０）の入口に配置されるバルブ（３１）と、を備え、バルブの開口は、制御装置（４）により駆動される。構造は、更に、空気を与圧キャビンから補助動力装置の送給配管に注入する回路（３２）を備えることを特徴とする。本発明は更に、補助動力装置に空気を送給する方法に関するものである。

Description

本発明の分野は、航空機に搭載される補助動力装置の分野であり、特にこのような装置に空気を供給する構造の分野である。

航空機は幾つかの動力発生源を含み、これらの動力発生源として：
−航空機の推進力を供給する主エンジン、
−非推進動力（例えば、電力、油圧及び空気圧、空調など）を、主エンジンが非推進動力を供給することができない場合に、駐機中の航空機、及び飛行中の航空機に供給する機能を有する、または航空機が消費する燃料を低減する機能を有する補助動力装置またはＡＰＵと呼ばれる補助エンジン、及び
−他の動力発生源の機能が失われた場合に、航空機の重要な要素（飛行制御部、及び重要な飛行計器）に非常用電力を供給する機能を有する非常用電力供給源を挙げることができる。

航空機は、“双発機による長距離進出運航（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔｗｉｎ−ｅｎｇｉｎｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ）”の頭字語を表わすＥＴＯＰＳと呼ばれる認定を取得することにより、緊急着陸空港から１時間以上離れて位置する運航区間を含む航空路を就航することが許可される。これを行なうためには、航空機は、種々ある手段の中でもとりわけ、非常に高い高度、すなわち航空会社によって異なる１１９００メートル（３９０００フィート）〜１２５００メートル（４１０００フィート）の範囲の高度でコールドスタートする機能を有する補助動力装置ＡＰＵを装備している必要がある。

最大１５５００メートル（５１０００フィート）のより高い高度を飛行するある航空機のこの許容基準を大きくして、飛行中の主エンジンの故障の悪影響を小さく抑えることが望ましい。

補助動力装置は、ターボ機械を含む方式であり、このターボ機械は、空気及び燃料を噴射するシステムに接続される反転型燃焼室を含む。

このようなターボ機械を高所で始動させるのは、高所の空気中の酸素が希薄であり、かつ燃料が冷えることにより燃料に点火するのが一層難しくなるので難しい。従って、始動ウィンドウを維持する−すなわち燃料に点火することができるように制御される必要がある酸素リッチ度合い、圧力、温度、及び空気流量のパラメータ群の全てを−十分長い時間に亘って、補助動力装置のターボ機械が分岐する、すなわち十分大きな動力を供給して装置を駆動する必要がある。

航空機の高度がより高くなり、グループの始動ウィンドウがより大きくなると、検出して維持するのが狭くなり難しくなる。

本発明は、発明の目的として、上に挙げた欠点のうちの少なくとも１つの欠点を、補助動力装置に空気を供給して、高所での補助動力装置の始動をより容易にする構造を提案することにより補うことができる。

この点に関して、本発明は、発明の目的として、航空機の補助動力装置に空気を供給する構造を有することができ、航空機は、与圧キャビンと、燃料燃焼室を含む方式の補助動力装置と、を備え、構造は：
−補助動力装置に空気を供給するダクトと、
−補助動力装置に供給される空気流を制御する装置と、
−外気を航空機の内部に吸入するバルブであって、バルブが、供給ダクトの入口に配置され、前記バルブの開口が制御装置で制御される、バルブと、を含み、
構造は、更に、与圧キャビンから流入する空気を補助動力装置の供給ダクトに注入する回路を含むことを特徴とする。

有利な点として、かつ任意であるが、本発明による空気を供給する構造は更に、以下の特徴のうちの少なくとも１つの特徴を有することができる：
−構造は航空機内に位置し、航空機は更に、キャビンから流入する空気を航空機の外部に排気する回路を含み、空気注入回路は、空気を航空機の外部に分配バルブを介して排気する回路に、分配バルブの開口が制御装置で制御されて排気回路を循環する空気流がある割合で取り出されるように接続され、かつ注入回路の出口に、前記割合の空気流を補助動力装置の供給ダクトに注入するポンプを含む。
−分配バルブは、排気回路を循環する空気流から空気流を、空気流の全てを取り出す第１割合と、ゼロの割合で取り出す第２割合との間で連続的に変更できる割合で取り出すように設計される。
−制御装置は、外気吸入バルブの開口、及び分配バルブの開口を、補助動力装置の動作段階に応じて制御するように設計される。
−制御装置は、外気吸入バルブの開口、及び分配バルブの開口を、補助動力装置の回転シャフトの回転速度に応じて制御するように設計される。

本発明は更に、発明の目的として、本発明による与圧キャビンと、補助動力装置と、補助動力装置に空気を供給する構造と、を備える航空機を有することができる。

最後に、本発明は、発明の目的として、燃料燃焼室を航空機内に含む方式の補助動力装置に空気を供給する方法を有することができ、航空機は、与圧キャビンと、本発明により空気を供給する構造と、を有し、方法は、補助動力装置に空気を供給するステップが、航空機の外部から流入する空気を供給するステップ、及び与圧キャビンから回収される空気を供給するステップのうちの少なくとも一方のステップを含むことを特徴とし、そして外部から流入する空気の割合、及び与圧キャビンから回収される空気の割合が、補助動力装置の動作段階に応じて制御されることを特徴とする。

有利な点として、かつ任意であるが、本発明による方法は更に、以下の特徴のうちの少なくとも１つの特徴を含むことができる：
−外部から流入する空気の割合、及び与圧キャビンから回収される空気の割合は、補助動力装置の回転シャフトの回転速度に応じて制御される。
−この過程では：
−補助動力装置の始動段階において、前記装置に供給される空気は、与圧キャビンから回収される空気にのみ由来し、そして
−始動段階と安定化動作段階との間の移行段階において、補助動力装置に供給される空気は、外部から流入して増えていく空気流、及び与圧キャビンから流入して増えていく空気流を含む。
−安定化動作段階において、補助動力装置に供給される空気は、与圧キャビンからのみ流入する、または一部がキャビンから流入し、かつ一部が外気に由来する。

本発明は更に、発明の目的として、このような構造を備える航空機、及び航空機の補助動力装置に空気を供給する方法を有することができる。

本発明の他の特徴、目標、及び利点は、以下の説明から明らかになり、説明は、単なる例示に過ぎず、かつ限定的ではなく、添付の図面を参照して一読する必要がある。

本発明の１つの実施形態による補助動力装置に空気を供給する構造を備える航空機を模式的に示している。 本発明の１つの実施形態による補助動力装置に空気を供給する方法の主要ステップを示している。

図１を参照するに、与圧キャビン１０、例えば客室を備える航空機１が図示されている。与圧キャビンとは、特に航空機が飛行している場合に、キャビンに含まれる空気が、外部に対して加圧された段階のキャビンを意味している。

航空機は更に、キャビンに含まれる空気を航空機の外部に排気する回路１１を備え、回路１１は具体的には、空気を外部に向かって排気して、キャビンに含まれる空気の入れ替えを可能にするバルブ１２を備える。

キャビンのサイズに応じて特定の空気流は、この回路に連続的に流れ込んで排気されることにより、キャビンに含まれる空気の入れ替えが可能になっている。

航空機は更に、補助動力装置２を含み、補助動力装置２は、燃料燃焼室と、エアコンプレッサを、この図に参照番号２１で模式的に図示されている回転動力伝達シャフトを介して駆動するタービンと、ガスを排気する排気ノズル２２及びダクト２３と、を含む。

補助動力装置は更に、燃料を供給する回路（図示せず）と、空気を供給する構造３と、を備える。

この構造は、補助動力装置に空気を、この補助動力装置の入口で供給するダクト３０と、航空機の外部からの空気をダクト３０の入口に供給して、補助動力装置に空気を供給するバルブ３１と、を含む。

構造は更に、バルブ３１の開口を制御して外部空気流を調整することにより、補助動力装置に供給するように構成される制御装置４を備える。

最後に、補助動力装置に空気を供給する構造３は更に、与圧キャビンから回収される空気をダクト３０に注入して、補助動力装置に供給する回路３２を含む。この回路は、回路３２を回路１１に接続して、空気を与圧キャビンから排気することができる分配バルブ３３と、与圧キャビンから回収される空気を供給ダクト３０に注入するポンプ３４と、を備える。

有利な点として、制御装置４は更に、分配バルブ３３の開口を、複数の状態を利用して制御して、排気回路を循環する空気流から取り出される空気の割合を変更させるように構成され、これらの状態は、空気流が排気回路から全く取り出されない閉じ状態と呼ばれるバルブ状態から、排気回路を循環する空気流の全部を取り出して、補助動力装置に供給する開き状態と呼ばれる第２状態にまで及ぶ。

有利な点として、排気回路から取り出される空気の割合は、分配バルブ３３の開き段階と閉じ段階との間で連続的に変更させることができる。

このように、補助動力装置は、航空機が飛行している間は酸素が希薄であり、冷たくなっていてしかも高い流量を有することができる外気が供給されるという利点と、酸素を多量に含む、より高い温度、かつより低い流量の空気がキャビンから流入して供給されるという利点を同時にもたらすことができる。

制御装置４は、外気吸入バルブ３１及び分配バルブ３３の開口を、補助動力装置ＡＰＵ２の動作段階に応じて制御するので有利である。実際、この補助動力装置が始動している間、ＡＰＵ装置２は、高い空気流量を必要とせず、その上、この流れは、確実に始動ウィンドウが十分広くなるように制御される必要がある。これとは異なり、ＡＰＵ装置が始動して動作している場合、ＡＰＵ装置の動作に必要とされる要求空気流がより多くなる。

従って、制御装置は、以下に図２を参照して説明されるように、補助動力装置に空気を供給する方法を実行するように構成される。

始動１００している間、補助動力装置の燃焼室を点火するために、制御装置４はバルブ３１が閉じ段階を保持するようにバルブ３１を制御し、そしてバルブ３３を開いて、ＡＰＵ装置への供給空気の全てがキャビンから流入するようにする。排気回路１１から取り出される空気の割合は、航空機の寸法、及び航空機の異なる構成部品の寸法に応じて変えることができる。ＡＰＵ群の始動が、航空機が高所を飛行している段階で行なわれる状況では、キャビンから流入する空気は、この空気が酸素をより多量に含んでいて、外気よりも高い温度（例えば、外気が負の温度を有している段階では、約２０℃の温度）を有しているので、始動を容易にする。

移行段階２００では、一旦、補助動力装置２の燃焼室が点火されて、分岐し始めると、制御装置４は次に、バルブ３１及びバルブ３３を徐々に開いて、キャビンから流入する空気流、外部大気に由来する空気流の両方の空気流を、より多くすることができる。

最後に、安定化段階３００では、制御装置４は、第１実行モード３１０に従って、分配バルブ３３を徐々に閉じて、補助動力装置に供給される空気が外部からのみ流入するようにすることができ、この場合、排気回路１１から取り出される空気の割合はゼロになる。

変形例３２０として、制御装置は、２つのバルブ３１及び３３を開いたままにして、補助動力装置に供給される空気が、外部から流入する空気、及びキャビン１０から回収される空気の両方の空気を含むようにすることができる。

非常に有利な点として、バルブ３１及び３３を制御する精度がより高い場合、制御装置によるこれらのバルブの制御は、補助動力装置の回転シャフトの回転速度に追従して行なわれる。

従って、提案される構造により、航空機が飛行中である場合の、特に航空機が、大気中の酸素が希薄になっている高所を飛行している場合の航空機の補助動力装置の始動を容易にすることができるが、その理由は、始動中に供給される空気が低流量を有し、かつ大気中の空気の酸素よりも酸素が多量に存在しているからである。始動が容易になる。

Claims (10)

1. 航空機（１）の補助動力装置（２）に空気を供給する構造（３）であって、航空機（１）は、与圧キャビン（１０）と、燃料燃焼室を含む方式の補助動力装置（２）と、を備え、構造は、
   補助動力装置に空気を供給するダクト（３０）と、
   補助動力装置に供給される空気流を制御する装置（４）と、
   空気を航空機の外部から吸入するバルブ（３１）であって、バルブ（３１）が、供給ダクト（３０）の入口に配置され、前記バルブの開口が制御装置（４）で制御される、バルブ（３１）と、を含み、
   構造は、更に、与圧キャビンから流入する空気を補助動力装置の供給ダクトに注入する回路（３２）を含むことを特徴とする、構造（３）。
2. 空気をキャビンから航空機の外部に排気する回路（１１）を更に含む航空機において、空気を注入する回路（３２）は、空気を航空機の外部に向かって分配バルブ（３３）を介して排気する回路（１１）に、分配バルブ（３３）の開口が制御装置（４）で制御されて排気回路（１１）を循環する空気流がある割合で取り出されるように接続され、かつ回路（３２）の出口に、前記割合の空気流を補助動力装置（２）の供給ダクト（３０）に注入するポンプ（３４）を含む、請求項１に記載の構造（３）。
3. 分配バルブ（３３）が、排気回路（１１）を循環する空気流から空気流を、空気流の全てを取り出す第１割合と、ゼロの割合で取り出す第２割合との間で連続的に変更できる割合で取り出すように設計される、請求項２に記載の構造（３）。
4. 制御装置（４）が、外気吸入バルブ（１２）の開口、及び分配バルブ（３３）の開口を、補助動力装置（２）の動作段階に応じて制御するように設計される、請求項２または３のいずれか一項に記載の構造（３）。
5. 制御装置（４）が、外気吸入バルブ（３１）の開口、及び分配バルブ（３３）の開口を、補助動力装置（２）の回転シャフトの回転速度に応じて制御するように設計される、請求項４に記載の構造（３）。
6. 与圧キャビン（１０）と、補助動力装置（２）と、を備える航空機（１）であって、航空機（１）が更に、請求項１から５のいずれか一項に記載の補助動力装置に空気を供給する構造（３）を含むことを特徴とする、航空機（１）。
7. 燃料燃焼室を有する方式の補助動力装置（２）に空気を供給する方法であって、与圧キャビン（１０）と、請求項１から５のいずれか一項に記載の空気を供給する構造（３）と、を備える航空機（１）において、
   方法は、補助動力装置（２）に空気を供給するステップが、航空機の外部から流入する空気を供給するステップ、及び与圧キャビン（１０）から回収される空気を供給するステップのうちの少なくとも一方のステップを含み、
   外部から流入する空気の割合、及び与圧キャビンから回収される空気の割合が、補助動力装置（２）の動作段階に応じて制御されることを特徴とする、方法。
8. 航空機の外部から流入する空気の割合、及び与圧キャビンから回収される空気の割合は、補助動力装置の回転シャフトの回転速度に応じて制御される、請求項７に記載の方法。
9. 補助動力装置（２）の始動段階（１００）では、前記装置に供給される空気は、与圧キャビン（１０）から回収される空気にのみ由来し、
   始動段階と安定化動作段階（３００）との間の移行段階（２００）では、補助動力装置（２）に供給される空気は、外部から流入して増えていく空気流、及び与圧キャビン（１０）から流入して増えていく空気流を含む、請求項７または８に記載の方法。
10. 安定化動作段階（３００）では、補助動力装置（２）に供給される空気は、与圧キャビンからのみ流入する、または一部がキャビンから流入し、かつ一部が外気に由来する、請求項９に記載の方法。

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