JP2016508466A - 航空機に非常用電力を供給する構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、航空機（１）に非常用電力を供給する構造（３）に関するものであり、航空機（１）は、与圧キャビン（１０）と、少なくとも１つの主エンジンと、補助動力装置（ＡＰＵ）と、を備え、構造は、主エンジン及び非常用補助装置が故障した場合に、航空機に電力を供給するように設計され、構造は、空気をキャビン（１０）から回収する回路（３０）と、キャビン（１０）から回収される空気を減圧することにより電気を発生させる発電システム（３２，２４，３４）と、を備える。

Description

本発明の分野は、航空機内で非常用電力を供給する構造の分野であり、これらの構造は、航空機内の他の動力発生手段が動作不能になった場合に使用される。

航空機には幾つかの動力発生手段が装備されており、これらの動力発生手段の中でもとりわけ次のもの：
−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、液圧及び空気圧、空調を維持するための電力）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、または地上での燃料を節約することが望ましい場合に、地上の航空機、及び場合によっては飛行中の航空機に供給する機能を有する補助動力装置またはＡＰＵと表記される補助エンジン、及び
−他の動力発生源の機能が失われた場合に非常用電力を供給して飛行に重要な系統を動作させ続けて、航空機を運行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。例えば、非常用電力供給源は、飛行制御システム及び重要な飛行計器に給電する発電機を含む。

主エンジン及び補助動力装置と同じ故障の影響を受けないために、電力供給源は独立している必要があり、特に航空機の燃料以外のエネルギー供給源からも独立して動作する必要がある（燃料が失われるのは、他の２つのエンジンに共通する故障である）。

航空機に現在搭載されている非常用動力源は、ラムエアタービンを意味する頭字語であるＲＡＴと表記される。これは、発電機に接続されるプロペラであり、このプロペラは、主エンジン及び補助エンジンＡＰＵが全般的に故障した場合に、例えば航空機の機首の前方で展開される。プロペラが回転することにより、航空機の速度を利用して、プロペラを駆動して飛行の動的エネルギーを回収することができる。

このプロペラは、非常用動力源であるので、その存在は必要であり、稀にしか使用されないのではあるが、確実に正しく回転するのを定期的にチェックする必要がある。従って、この動力源は、高いメンテナンスを必要とするという制約がある。

更に、プロペラは、航空機にとって大きな荷重であることを意味する。最後に、プロペラによって、プロペラの回転に起因する振動抵抗による制約が航空機に生じる。

本発明は、その目標として、上に挙げた少なくとも１つの不具合を、ＲＡＴ構造の不具合を持たない非常用電力を供給する構造を提案することにより解決することができる。

この点に関して、本発明は、その目的として、航空機に非常用電力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、少なくとも１つの主エンジンと、オルタネータを含む補助動力装置ＡＰＵと、キャビンから流入する空気を外部に排気することができる回路と、を含み、前記構造は、主エンジン及び補助動力装置が故障した場合に、電力を航空機に供給するように設計され、前記構造は：
−空気をキャビンから回収する回路と、−空気回収回路を排気回路に接続する空気分配バルブと、
−回収回路に流れる空気流を調節する前記バルブの制御部と、
−キャビンから回収される空気を膨張させることにより、電気を発生させるシステムであって、前記システムが、キャビンから回収される空気が供給されるタービンと、タービンが駆動する回転シャフトと、回転シャフトが駆動するオルタネータと、を含む、前記システムと、
−オルタネータを補助動力装置の駆動シャフトに、またはタービンが駆動する回転シャフトに選択的に接続するように設計されたシフト可能な伝動ギヤボックスと、
を含み、
構造は、バルブの制御部が更に、伝動ギヤボックスが係合を解除する動作を制御するように構成されることを特徴とする。

有利には、かつ任意選択であるが、本発明による構造は更に、タービンの入口側に、タービンの出力を調節するように構成される可変閉塞機構を含む。

本発明は更に、その目的として、与圧キャビンと、少なくとも１つの主エンジンと、補助動力装置ＡＰＵと、を備える航空機を有することができ、航空機が更に、前に記載の非常用電力を供給する構造を備えることを特徴とする。

本発明は更に、航空機内で非常用電力を供給する方法に関するものであり、航空機は、与圧キャビンと、少なくとも１つの主エンジンと、補助動力装置ＡＰＵと、前に記載の非常用電力を供給する構造と、を備え、方法は：
−航空機が通常運行している間に、分配バルブを第１状態に制御して、与圧キャビンから回収される空気の全てを外部に排気するステップ、及び
−航空機のエンジン故障が検出される場合に、分配バルブが第２状態を取るように制御して、キャビンから回収される空気の少なくとも一部を回収回路に誘導することにより電力発生システムに送り込むステップからなるステップを含む。

有利には、かつ任意選択であるが、電力を供給する方法は更に、以下の特徴のうちの少なくとも１つの特徴を含む：
−航空機のエンジン故障が検出される場合に実行されるステップは更に、同時に、伝動ギヤボックスが補助動力装置との係合を解除するように制御して、前記装置のオルタネータを、タービンが駆動する回転シャフトに接続するステップを含む。
−方法は航空機内で実行され、航空機は非常用電力を供給する構造を含み、非常用電力を供給する構造は、タービンの入口側に、タービンの出力を調節するように構成される可変閉塞機構を含み、タービンの出力は、航空機の高度に応じて調節される。

本発明による非常用電力を供給する構造により、キャビンに含まれる空気が加圧されている状態の飛行中の航空機に搭乗しているときに利用可能になるエネルギーを利用することができる。

この構造は、航空機の胴体に内蔵されるので；この構造から、内蔵または振動に関わる問題は全く生じない。構造はＲＡＴ構造よりも更に軽く、かつＲＡＴ構造とは異なり、構造を航空機の外部に展開して検査する必要がないので、構造を構造動作についてチェックするのが簡単である。

この非常用電力を供給する構造は、補助動力装置ＡＰＵのオルタネータに接続される場合には、一層軽くなり、かつより良好に内蔵される。

本発明の他の特徴、目標、及び利点は、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以下の説明から明らかになる。

本発明の１つの実施形態による航空機内で非常用電力を供給する構造を示している。 本発明の別の実施形態による航空機内で非常用電力を供給する構造を示している。 本発明の１つの実施形態による電力を供給する方法の主要ステップを示している。

図１及び図２に模式的に図示されているのは、航空機の部分図であり、航空機は、航空機の推進力を供給する主エンジン（図示せず）と、補助動力装置ＡＰＵ２（図２に示す）と、非常用電力を供給する構造３と、を含む。これらの図に示すように、非常用電力を供給する構造は、航空機の収納室に収納される。

上に説明したように、補助動力装置ＡＰＵ２は、電力供給源、液圧装置及び空気圧装置、または空調機のような飛行系統に専用の非推進用電力を供給するように構成される。この補助動力装置群は、地上で、または飛行中に使用することができ、かつ主エンジンの補完として使用することができるので有利である。

非常用電力を供給する構造は、この構造が、主エンジン及び補助動力装置ＡＰＵが正常に動作する状態になっていない場合にのみ、重要な飛行系統だけに給電するように構成されているので、補助動力装置ＡＰＵの寸法よりも小さい寸法になっている。この構造は、このような理由から、主エンジンの公称出力の１０〜２０％を供給するように設計され、かつ系統の残りの部分から完全に独立している（具体的には、他の動力供給手段と同じエネルギー供給源を持たない）。

航空機は更に、与圧キャビン１０、例えば客室だけでなく、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を備える。与圧キャビンとは、特に航空機が飛行している場合に、それに含まれる空気が、外部に対して加圧された状態のキャビンを意味する。

この回路によって、キャビンに含まれる空気を継続的に入れ替えることができる。この回路は、具体的には、空気を外部に排気するバルブ１２を備え、この場合、所定の空気流が流通して前記空気入れ替えを可能にしている。

非常用電力を供給する構造は、加圧空気をキャビンから回収する回路３０を含み、キャビンは、空気を外部に分配バルブ３１を介して排気する回路１１に接続される。この回路は、分配バルブ３１の開度を調節することにより、外部に排気される空気流中の空気を所定の割合で引き抜くことを可能にする。

この点に関して、バルブは、電子制御であることが好ましいコントローラ４によって制御される。分配バルブ３１は、有利には、回収回路により引き抜かれる空気の量を調節するために少なくとも２つの状態を取るように設計され、この状態は、排気回路を流れる全空気流が外部に排気される第１状態から排気回路を流れる全空気流が回収回路によって引き抜かれる第２状態にまで及ぶ。

非常用電力を供給する構造は更に、与圧キャビンから回収される空気から電気を発生させるシステムを含む。このシステムは、ラジアルタービンまたはアキシャルタービンとすることができるタービン３２と、減速ギヤボックス３３と、オルタネータ３４と、を含む。タービンに、キャビンから流入する空気が供給されると、タービンは回転シャフト（図示せず）を回転駆動し、この回転シャフトはオルタネータを、減速ギヤボックスを介して駆動する。

与圧キャビンから回収される空気は、タービン内で膨張して、航空機の外部の周囲空気の圧力に達し、次に大気に排気バルブ１２を介して排気される。

従って、非限定的な例として、飛行機が標高約１２，０００メートルの高度を飛行している場合、キャビン内の空気が約０．８バールに加圧されるのに対し、飛行機の外部の空気の圧力は０．２バールである。排気回路１１が０．６ｋｇ／ｓの流量の空気を排気してキャビン内の空気を入れ替える場合、非常用電力を供給する構造は、最大４０ｋＷの電力を発生させることができる。

図２に示す別の１つの実施形態によれば、非常用電力を供給する構造は、補助動力装置ＡＰＵ２に接続される。この補助動力装置ＡＰＵ２は、それ自体が周知である方式で、エアコンプレッサを、参照番号２１でこの図に模式的に図示される駆動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。

オルタネータ２４が更に、補助動力装置２の駆動シャフトに取り付けられ、例えば加圧システム、キャビン空調機構、電気配線網、液圧回路、飛行システムなどのような航空機の他の電力消費装置（図示せず）の電気を発生させるため、またはオルタネータを冷却する油圧システムのためにさえ電気を発生させる。

この実施形態では、非常用電力を供給する構造を使用する場合、この構造におけるタービン３２が、補助動力装置２のオルタネータ２４を駆動する。次に、構造２は、シフト可能な伝動ギヤボックス３５を含み、伝動ギヤボックス３５は、オルタネータ２４を補助動力装置２１の伝動シャフトに、またはタービン３２が駆動する回転シャフトに選択的に接続するように構成される。

有利には、この伝動ギヤボックス３５は、分配バルブ３１と同じ制御部４によって制御されるが、その理由は、そのようにすると、非常用電力を供給する構造が作動すると、同時に、制御部４がバルブ３１を切り替えて、空気流が回路３０によって回収されるようにし、かつ伝動ギヤボックス３５を切り替えて、タービン３２を補助動力装置ＡＰＵのオルタネータ２４に接続するからである。

また、有利には、この構造の実施形態がどのようなものであっても、この構造は更に、可変タイミング機構３６をタービン３２の入力側に備えているので、タービンの出力を、タービンの流路面積を調節することにより調節することができ、かつタービン内の流れに起因して、膨張度合いが、キャビンと航空機の外部の大気との間の圧力差によって課せられる。この調節により、確実にタービンをタービンの最適な効率で動作させることができる。

このように、構造は非常用システムであるので、この構造を使用している間は、航空機は必ず、着陸のために降下状態にある。従って、この構造によって回収することができるエネルギーは、航空機が高度を失うにつれて、徐々に小さくなってゼロになる。可変閉塞機構は、タービンで膨張する空気流を増やすことにより、より大きな動力を低高度で供給することを可能にする。

従って、このような電力供給構造を備える航空機は、図３を参照して以下のように動作する：

−通常運行が行なわれる場合（１００）、主エンジンが動作していて、補助動力装置は、場合によっては、非推進動力を発生させることができる。分配バルブ３１は、回収回路３０が空気を全く引き抜くことがない第１状態になっており、伝動ギヤボックス３５は、ＡＰＵ装置のタービンがオルタネータ２４を回転駆動する位置になっている。

−エンジン故障のような異常が検出される場合（２００）、制御部４は、バルブ３１の状態を切り替えて、回収回路３０が或る量の空気を引き抜いてタービン３２に供給するようにする。同時に、または短い時間が経過した後、制御部４が伝動ギヤボックス３５の係合を解除させて、タービン３２がＡＰＵ装置のオルタネータ２４を駆動するようにする。

−従って、航空機が降下状態になっている間（２５０）、タービンの出力が、タービン内の流れを可変タイミング機構３６によって変えることにより調節され、この可変タイミング機構３６は、その場合、制御部４によって制御することができる。

このようにして、航空機に内蔵される非常用電力構造が提案され、非常用電力構造を動作させるだけでなく、非常用電力構造を制御するために、非常用電力構造を航空機の外部に展開する必要がない。補助動力群に連結することができることにより、この機構を一層良好に内蔵することができ、かつより軽量化することができる。

Claims (6)

1. 与圧キャビン（１０）と、少なくとも１つの主エンジンと、オルタネータ（２４）を含む補助動力装置ＡＰＵ（２）と、空気をキャビンから外部に排気する回路（１１）とを含む航空機（１）に非常用電力を供給する構造（３）であって、該構造は、主エンジン及び非常用補助装置が故障した場合に、航空機に電力を供給するように設計されたものであり、
   キャビンから流入する空気を回収する回路（３０）と、
   空気回収回路（３０）を排気回路（１１）に接続する空気分配バルブ（３１）と、
   回収回路（３０）に流れる空気流を調節する前記バルブの制御部（４）と、
   キャビンから回収される空気を膨張させることにより、電気を発生させるシステム（３２，２４，３４）であって、キャビンから回収される空気が供給されるタービン（３２）と、タービンが駆動する回転シャフトと、回転シャフトが駆動するオルタネータ（２４，３４）とを含む、前記システムと、
   オルタネータ（２４）を、補助動力装置（２）の駆動シャフトに、またはタービン（３２）が駆動する回転シャフトに、選択的に接続するように設計されたシフト可能な伝動ギヤボックス（３５）と、
   を含み、
   バルブの制御部（４）が更に、伝動ギヤボックス（３５）の係合解除を制御するように構成されることを特徴とする、構造（３）。
2. タービン（３２）の入力にタービンの出力を調節するように構成される可変タイミング機構（３６）を更に含む、請求項１に記載の構造（３）。
3. 与圧キャビン（１０）と、少なくとも１つの主エンジンと、補助動力装置ＡＰＵ（２）とを備える航空機（１）であって、航空機が更に、請求項１または２に記載の非常用電力を供給する構造（３）を備えることを特徴とする、航空機（１）。
4. 与圧キャビン（１０）と、少なくとも１つの主エンジンと、補助動力装置ＡＰＵ（２）と、請求項１または２に記載の非常用電力を供給する構造（３）とを備える航空機（１）内で非常用電力を供給する方法であって、
   航空機（１）が通常運行している間（１００）に、分配バルブ（３１）を第１状態に制御して、与圧キャビンから回収される空気の全てを外部に排気するステップと、
   航空機（１）のエンジン故障が検出された場合（２００）に、分配バルブ（３１）が第２状態を取るように制御して、与圧キャビン（１０）から回収される空気の少なくとも一部を回収回路（３０）に誘導することにより、電力発生システムに供給するステップ、
   からなるステップを含む、方法。
5. 航空機のエンジン故障が検出される場合に実行されるステップは更に、同時に、伝動ギヤボックス（３５）が補助動力装置（２）との係合を解除するように制御して、前記装置のオルタネータ（２４）を、タービン（３２）が駆動する回転シャフトに接続するステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 請求項２に記載の非常用電力を供給する構造（３）を備える航空機（１）において実行される方法であって、タービンの出力が、航空機（１）の高度に応じて調節される、請求項４または５に記載の方法。

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