KR20170070063A - 하이브리드 터보샤프트 엔진을 포함하는 헬리콥터의 추진 시스템 및 상기 하이브리드 터보샤프트 엔진을 재활성화하기 위한 시스템을 위한 구조 - Google Patents

하이브리드 터보샤프트 엔진을 포함하는 헬리콥터의 추진 시스템 및 상기 하이브리드 터보샤프트 엔진을 재활성화하기 위한 시스템을 위한 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동력 전달 기어박스에 연결되어 있는 터보샤프트 엔진들을 구비하는 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조에 관한 것이고, 이 구조는, 헬리콥터의 안정된 순항 비행 동안 적어도 하나의 대기 모드로 작동할 수 있는 적어도 하나의 하이브리드 터보샤프트 엔진(20); 및 하이브리드 터보샤프트 엔진(20)을 각각 제어하기 위한 적어도 2개의 시스템(30; 40);을 구비하고, 각각의 시스템(30; 40)은, 하이브리드 터보샤프트 엔진(20)에 연결되어 있을 뿐만 아니라 그 가스 발생기를 회전시키기에 적합한 전기 기계(31; 41), 및 상기 전기 기계(31, 41)를 위한 적어도 하나의 전력 공급장치(33; 43)를 구비하고, 각각의 재활성화 시스템(30; 40)은 상기 터보샤프트 엔진(20)을 복수의 소정의 모드들 중 적어도 하나의 작동 모드로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있다.

Description

하이브리드 터보샤프트 엔진을 포함하는 헬리콥터의 추진 시스템 및 상기 하이브리드 터보샤프트 엔진을 재활성화하기 위한 시스템을 위한 구조{ARCHITECTURE FOR A PROPULSION SYSTEM OF A HELICOPTER INCLUDING A HYBRID TURBOSHAFT ENGINE AND A SYSTEM FOR REACTIVATING SAID HYBRID TURBOSHAFT ENGINE}
본 발명은 다발 엔진 헬리콥터, 특히 쌍발 엔진 또는 삼발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조에 관한 것이고, 이러한 구조를 가지는 추진 시스템을 구비하는 헬리콥터에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 쌍발 엔진 또는 삼발 엔진 헬리콥터는 2개 또는 3개의 터보샤프트 엔진을 구비하는 추진 시스템을 가지고, 각각의 터보샤프트 엔진은 가스 발생기, 및 가스 발생기에 의해 회전할 뿐만 아니라 출력 샤프트에 단단히 연결되어 있는 자유 터빈을 구비한다. 각각의 자유 터빈의 출력 샤프트는 헬리콥터의 로터를 스스로 구동시키는 동력 전달 기어박스의 움직임을 유도하기에 적합하다.
헬리콥터가 순항 비행 상태에 있는 경우(즉 이륙, 상승, 착륙 또는 제자리 비행과 같은 일시적인 단계를 제외한 모든 비행 단계 동안 정상적인 조건에서 진행되고 있는 경우) 터보샤프트 엔진이 그 최대 연속 출력 미만인 낮은 수준의 동력을 전개한다는 것은 알려져 있다. 이러한 낮은 수준의 동력은 최대 이륙 동력의 SC 보다 대략 30 % 큰, 터보샤프트 엔진의 연소실에서의 시간당 연료 소모량과 이 터보샤프트 엔진에 의해 공급되는 기계적 동력 사이의 비율로 정의되는 비 소모율(specific consumption; 이하 'SC'라 함)을 초래하고, 그 결과 항속 비행 동안 연료의 과소모를 초래한다.
나아가, 헬리콥터의 터보샤프트 엔진은 엔진들 중 하나가 고장나는 경우에는 헬리콥터를 비행상태에 있게 하기 위하여 대형화되도록 설계되어 있다. 이 비행 상태는 엔진의 손실 후에 일어나고, 각각의 작동하는 엔진이 그 명목 동력(nominal power)을 훨씬 넘는 동력 수준을 공급한다는 사실을 초래해서, 헬리콥터는 위험한 상태를 대처하고 나서 그 비행을 계속할 수 있다.
터보샤프트 엔진은 또한 항공기 제조사에 의해 특정된 전체 비행 범위에 걸친 비행, 특히 높은 고도에서와 고온의 날씨에서의 비행을 보장할 수 있도록 대형화되어 있다. 매우 요구되고 있는 이러한 비행 순간들, 특히 헬리콥터의 중량이 그 최대 이륙 중량에 가까운 경우는 사용중 어떠한 상황에서만 조우하게 된다.
이들 대형화된 터보샤프트 엔진들은 중량과 연료 소모량의 관점에서 불리하다. 순항 비행 동안 이러한 소모량을 줄이기 위하여, 터보샤프트 엔진들 중 적어도 하나를 비행 동안 대기상태로 설정하는 것을 생각해볼 수 있다. 활성 엔진 또는 엔진들은 이후 필요한 모든 동력을 제공하기 위하여 높은 동력 수준에서 작동하고, 그 결과 보다 바람직한 SC 수준에서 작동한다.
특허출원 FR1151717 및 FR1359766에서, 출원인은, 적어도 하나의 터보샤프트 엔진은 연속 비행 모드로 알려진 안정된 비행 모드로 설정하되 적어도 하나의 터보샤프트 엔진은 필요에 따라 신속하게 또는 정상적으로 탈출할 수 있는 특정 대기 모드로 설정하는 옵션을 통해, 헬리콥터의 터보샤프트 엔진의 비 소모율을 최적화하는 방법을 제안하였다.
대기 모드로부터의 탈출은, 비행 상태의 변화가 대기상태에 있는 터보샤프트 엔진의 활성화를 요구하는 경우, 예컨대 헬리콥터가 순항 비행 상태로부터 착륙 단계로 전이하게 되는 경우 "정상상태"에 있는 것으로 기술되어 있다. 이러한 종류의 대기상태로부터의 정상적인 탈출은 10초 내지 1분 사이의 기간에 걸쳐 일어난다. 대기 모드로부터의 탈출은 활성 엔진의 동력의 결함이나 고장이 일어나는 경우 또는 비행 조건이 갑자기 나빠지는 경우 "신속상태"에 있는 것으로 기술되어 있다. 이러한 종류의 대기상태로부터의 긴급 탈출은 10초 미만의 기간에 걸쳐 일어난다.
출원인은 전기 기계를 사용하는 대기 모드로부터의 탈출을 (정상적으로 또는 신속하게) 허용하도록 대기상태에 있는 터보샤프트 엔진을 재활성화하는 시스템을 이미 제안했었다. 이 전기 기계는 헬리콥터의 온보드 네트워크(onboard network; 이하 OBN이라 함)에 의해 동력이 공급될 수 있는데, 이 온보드 네트워크는 DC 전압 28볼트 네트워크이고 그리고/또는 항공기의 호환가능한 AC 전압에 연결되어 있는 적합한 동력 전자 장치에 의해 전압이 제공되는 네트워크이다. 특정 대기 모드 동안 터보샤프트 엔진을 기계적으로 보조하는데 전기 기계를 사용하는 것도 제안되어 있다.
발명자들은 대기 모드로 설정되기에 적합한 적어도 하나의 터보샤프트 엔진을 구비하는 추진 시스템의 구조의 성능, 및 전기 기계를 구비하는 터보샤프트 엔진을 재활성화하기 위한 시스템의 구조의 성능을 향상시키도록 노력해왔다.
특히, 발명자들은 재활성화 시스템의 매우 양호한 수준의 이용가능성이 획득되게 하는 새로운 추진 시스템 구조를 제안해왔다. 발명자들은 또한 대기상태에 있는 터보샤프트 엔진을 재활성화하기 위한 시스템에서의 어떠한 고장도 탐지되게 하는 새로운 구조를 제안하도록 노력해왔다.
본 발명은 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 새로운 구조를 제공하는 것을 목표로 한다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 실시예에서 대기상태로 설정될 수 있도록 구성되어 있는 터보샤프트 엔진을 구비하는 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템 및 종래 기술의 시스템에 비해 향상된 이용가능성을 가지는 재활성화 시스템에 관한 구조를 제공하는 것을 목표로 한다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 실시예에서 재활성화 시스템에서의 어떠한 고장도 탐지되게 하는 구조를 제공하는 것을 목표로 한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따르는 구성을 가지는 추진 시스템을 구비하는 헬리콥터를 제공하는 것을 목표로 한다.
이를 달성하기 위하여, 본 발명은 동력 전달 기어박스에 연결되어 있는 터보샤프트 엔진들을 구비하는 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조에 관한 것으로서, 상기 구조는:
- 헬리콥터의 안정된 비행 동안 적어도 하나의 대기 모드로 작동할 수 있되 하이브리드 터보샤프트 엔진으로 지칭되는 상기 터보샤프트 엔진들 중 적어도 하나의 터보샤프트 엔진으로서, 나머지 터보샤프트 엔진들은 이 안정된 비행 동안 따로 작동하는, 적어도 하나의 터보샤프트 엔진;
- 재활성화 시스템으로 지칭되되 하이브리드 터보샤프트 엔진을 각각 제어하기 위한 적어도 2개의 시스템으로서, 각각의 시스템은 하이브리드 터보샤프트 엔진에 연결되어 있을 뿐만 아니라 상기 하이브리드 터보샤프트 엔진을 회전시킬 수 있도록 설계되어 있는 전기 기계, 및 상기 전기 기계를 위한 적어도 하나의 전력 공급장치를 구비하고, 각각의 재활성화 시스템은 상기 터보샤프트 엔진을 복수의 소정의 모드들 중 적어도 하나의 작동 모드로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있는, 적어도 2개의 시스템;
을 구비한다.
따라서, 본 발명에 따르는 구조는 대기 모드로 작동할 수 있는 하이브리드 터보샤프트 엔진을 재활성화하기 위한 시스템을 적어도 배가시키는 것을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명에 따르는 구조의 재활성화 시스템은 적어도 2개의 별개의 전기 기계를 구비하고, 각각의 기계는 터보샤프트 엔진을 복수의 소정의 모드들 중에서 선택된 적어도 하나의 작동 모드를 향하여 구동시킬 수 있도록 구성된 적어도 2개의 별개의 재활성화 시스템을 형성하도록 하이브리드 터보샤프트 엔진에 연결되어 있다.
본 발명의 사상의 범위 내에 있는 하이브리드 터보샤프트 엔진은 요구가 있을 때 의도적으로 적어도 하나의 소정의 대기 모드로 설정될 수 있도록 구성되어 있는 터보샤프트 엔진이고, 적어도 하나의 소정의 대기 모드에서는 정상적으로 또는 신속하게('긴급하게'로도 지칭됨) 탈출할 수 있다. 터보샤프트 엔진은 헬리콥터의 안정된 비행 동안에만, 즉 정상적인 조건에서 진행하고 있는 항속 비행 상태 동안 헬리콥터의 터보샤프트 엔진이 고장나지 않는 경우에만 대기 모드에 있을 수 있다. 대기 모드로부터의 탈출은 조건이 요구하는 탈출 모드(긴급 탈출로도 지칭되는 정상적인 대기-탈출 모드 또는 신속한 대기-탈출 모드)와 호환가능한 방식의 구동을 이용하여 터보샤프트 엔진을 가스 발생기 가속 모드로 변경시키도록 되어 있다.
유리하게도 본 발명에 따르면, 터보샤프트 엔진이 가스 발생기를 구비한다는 점을 고려하면, 상기 복수의 소정의 모드들은:
- 상기 터보샤프트 엔진이 대기 모드로부터 10초 미만의 기간 안에 상기 터보샤프트 엔진의 상기 가스 발생기의 명목 속도의 80 내지 105 %의 범위 내의 속도까지 회전되는, 신속 재활성화 모드(rapid reactivation mode)로 지칭되는 모드;
- 상기 터보샤프트 엔진이 대기 모드로부터 10초 내지 60초의 범위 내의 기간 안에 상기 터보샤프트 엔진의 상기 가스 발생기의 명목 속도의 80 내지 105 %의 범위의 속도까지 회전되는, 정상 재활성화 모드(normal reactivation mode)로 지칭되는 모드;
- 터보샤프트 엔진이 상기 터보샤프트 엔진의 상기 가스 발생기의 명목 속도의 20 내지 60 %의 범위 내의 속도로 연속적으로 회전되는, 보조 수퍼-아이들 모드(assisted super-idle mode)로 지칭되는 대기 모드;
- 터보샤프트 엔진이 상기 터보샤프트 엔진의 상기 가스 발생기의 명목 속도의 5 내지 20 %의 범위 내의 속도로 연속적으로 회전되는, 회전 모드(turning mode)로 지칭되는 대기 모드;
를 구비한다.
유리하게도 본 발명에 따르면, 상기 헬리콥터가 적어도 하나의 온보드 네트워크를 구비한다는 점을 고려하면, 상기 터보샤프트 엔진을 상기 신속 재활성화 모드로 구동시키도록 구성된 각각의 재활성화 시스템은 에너지 저장 장치에 의해 형성되는 전력의 공급장치를 구비하고, 상기 터보샤프트 엔진을 상기 정상 재활성화 모드나 대기 모드로 구동시키도록 구성된 각각의 재활성화 시스템은 헬리콥터의 온보드 네트워크에 의해 형성되는 전력의 공급장치를 구비한다.
에너지 저장 장치는 터보샤프트 엔진이 그 대기 모드를 신속하게 탈출하는데 요구되는 에너지와 호환가능한 상당량의 동력을 공급하는 것을 가능하게 한다. 저장 장치는 그 결과 터보샤프트 엔진의 신속한 재활성화를 위하여 의도된 재활성화 시스템에 매우 적합하다.
온보드 네트워크는 이륙 전 지면에서와 비행 동안 모두 대응하는 재활성화 시스템이 테스트 받게 한다. 추가로, 이러한 에너지 공급장치는 정상적인 재활성화 조건 하에서 하이브리드 터보샤프트 엔진을 작동재개하도록 의도된 전기 기계에 동력을 공급하는데 충분하다.
유리하게도 본 발명에 따르면, 상기 온보드 네트워크는 항공기의 호환가능한 AC 전압을 공급하도록 구성된 네트워크이다.
본 발명의 유리한 제 1 변형예에 따르면, 구조는:
- 상기 터보샤프트 엔진을 신속 재활성화 모드, 정상 재활성화 모드 및 적어도 하나의 대기 모드로 구동시킬 수 있도록 구성된 적어도 하나의 제 1 재활성화 시스템;
- 상기 터보샤프트 엔진을 오로지 상기 정상 재활성화 모드로 구동시킬 수 있도록 구성된 적어도 하나의 제 2 재활성화 시스템;
을 구비한다.
이를 행하기 위하여, 실제로, 제 1 시스템은 2개의 별개의 전기 에너지 공급장치, 즉 에너지 저장 장치와 헬리콥터의 온보드 네트워크에 연결되어 있다. 제 2 시스템은 또한 온보드 네트워크에 연결되어 있다.
이 변형예에 따르면, 제 1 재활성화 시스템과 제 2 재활성화 시스템은 모두 터보샤프트 엔진의 정상적인 재활성화와 호환가능하다. 이 시스템들은 그 결과 그 이용가능성을 체크하기 위하여 각각의 시동시 교대로 요청될 수 있다.
제 1 재활성화 시스템은 추가로 신속 재활성화 모드 및 대기 모드 모두를 위하여 구성되어 있다. 따라서, 대기 모드 동안, 시스템은 시스템의 테스트로서 역할을 하도록 신속한 재활성화를 위하여 즉시 요청된다. 따라서, 시스템에서의 기능고장의 부존재는 대기 모드 동안 체크된다.
제 1 시스템이 이용가능하지 않는 경우에는, 제 2 시스템이 하이브리드 터보샤프트 엔진의 정상적인 재활성화를 위하여 요청된다.
하이브리드 터보샤프트 엔진의 신속한 재활성화 동안, 제 1 시스템은 요청되고, 제 2 시스템은 필요한 경우라면 추가 동력을 제공할 수 있다.
제 1 변형예와 결합하여, 제 2 시스템은 또한 터보샤프트 엔진을 상기 신속 재활성화 모드로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있을 수 있다. 이를 행하기 위하여, 제 2 시스템은 제 2 전기 에너지 저장 장치에 실제로 연결되어 있다.
따라서, 이 특정 변형예에 따르는 구조는 터보샤프트 엔진이 신속하게 작동재개되게 하는 이용가능한 2개의 별개의 재활성화 시스템을 가진다. 따라서, 하나의 재활성화 시스템이 고장나는 경우에는, 나머지 시스템이 고장을 보상할 수 있다.
본 발명의 유리한 제 2 변형예에 따르면, 구조는:
- 상기 터보샤프트 엔진을 신속 재활성화 모드와 정상 재활성화 모드 모두로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있는 적어도 하나의 제 1 재활성화 시스템;
- 상기 터보샤프트 엔진을 오로지 상기 대기 모드로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있는 적어도 하나의 제 2 재활성화 시스템;
을 구비한다.
이를 행하기 위하여, 실제로, 제 1 재활성화 시스템은 2개의 전력 공급장치, 즉 에너지 저장 장치와 헬리콥터의 온보드 네트워크를 구비하고, 제 2 재활성화 시스템은 온보드 네트워크에 직접 연결되어 있다.
제 1 시스템은 시스템의 이용가능성을 체크하기 위하여 시동시 요청된다. 대기 모드에서, 제 2 시스템은 신속한 재활성화로 배정된 시스템에 마모가 생기는 것을 피하기 위하여 요청된다. 제 2 시스템을 이용할 수 없는 것은 제 1 시스템으로의 전환 및 터보샤프트 엔진의 재활성화를 초래한다.
이 제 2 변형예와 결합하여, 제 2 시스템은 또한 터보샤프트 엔진을 상기 정상 재활성화 모드로 구동시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 행하기 위하여, 제 2 시스템은 온보드 네트워크에 연결되어 있다.
이 변형예는 제 1 시스템이 고장나는 경우에 제 2 시스템이 터보샤프트 엔진의 정상적인 재활성화를 제공할 수 있다는 점에서 유리하다.
추가로, 2개의 시스템은 언제든지 테스트 받을 수 있다.
본 발명은 또한 추진 시스템을 구비하는 헬리콥터에 관한 것이고, 상기 추진 시스템이 본 발명에 따르는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조 및 이러한 구조를 가지는 추진 시스템이 제공되어 있는 헬리콥터에 관한 것이고, 이는 위에서 언급되거나 아래에서 언급되는 특징들 중 일부나 전부와 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목표, 특징 및 이점은 첨부의 도면과 관련하여 순전히 제한없는 예로써 주어진 다음에 오는 발명의 상세한 설명을 읽는 즉시 자명하게 될 것이다.
도 1은 단일의 제어 시스템에 의해 제어되는 터보샤프트 엔진을 구비하는 종래 기술의 구조에 관한 개략적인 도면이다.
도 2는 종래 기술의 다른 구조에 관한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 구조에 관한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 구조에 관한 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 구조에 관한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 구조에 관한 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 구조에 관한 개략적인 도면이다.
아래에 기술되어 있는 실시예들은 본 발명을 실시하기 위한 일부 예시들이다. 발명의 상세한 설명이 하나 이상의 실시예를 참고하고 있지만, 이는 각각의 참조사항이 동일한 실시예에 관한 것이라거나 특징들이 단일의 실시예에만 적용된다는 것을 반드시 의미하지는 않는다. 상이한 실시예들의 개별적인 특징들은 다른 실시예를 제공하기 위하여 결합될 수도 있다. 추가로, 도면에서 설명하고 명확하게 하기 위하여, 축적과 비율이 반드시 정확한 것은 아니다.
도 1은 터보샤프트 엔진(10)을 구비하는 공지의 헬리콥터 추진 시스템 및 상기 터보샤프트 엔진을 제어하기 위한 시스템의 구조에 관한 개략적인 도면이다. 제어 시스템은 그 시동을 보장하도록 요구가 있을 때 터보샤프트 엔진(10)을 회전시키기에 적합한 전기 기계(11)를 구비한다. 전기 기계(11)는 통상적으로 28 볼트 DC 전압을 공급하는 네트워크인, 헬리콥터의 저 전압 온보드 네트워크로부터 직접 동력을 끌어온다.
도 2는 터보샤프트 엔진(10)을 구비하는 공지의 헬리콥터 추진 시스템 및 상기 터보샤프트 엔진을 제어하기 위한 다른 시스템의 구조에 관한 개략적인 도면이다. 제어 시스템은 그 시동을 보장하도록 요구가 있을 때 터보샤프트 엔진(10)을 회전시키기에 적합한 전기 기계(11)를 구비한다. 전기 기계(11)는 항공기의 호환가능한 AC 고 전압 온보드 네트워크(14)로부터 그 동력을 끌어온다. 제어 시스템은 또한 온보드 네트워크(14)에 의해 공급되는 높은 AC 전압을, 전기 기계(11)를 제어하기 위한 전압으로 변환시키도록 설계되어 있는 동력 변환 모듈(13)을 구비한다.
도 1과 도 2의 구조를 가지는 터보샤프트 엔진(10)은 대체로 지면 상에서 작동개시된다. 이 구조에 따르는 터보샤프트 엔진의 비행중 작동재개는 예외적인 경우이다.
도 3 내지 도 7에는 적어도 하나의 터보샤프트 엔진이 비행 동안 대기상태로 설정되게 하거나 재활성화되게 하는 본 발명에 따르는 구조가 나타나 있다. 추가로, 제안된 구조는 재활성화 작동을 신뢰할 수 있게 하고, 상이한 재활성화 시스템이 정기적으로 테스트 받게 한다.
도 3 내지 도 7에는 하이브리드 엔진만이 나타나 있고, 다발 엔진 구조, 특히 쌍발 엔진 또는 삼발 엔진 구조에서 이 구조가 그 중 적어도 하나는 하이브리드 터보샤프트 엔진인 복수의 터보샤프트 엔진을 구비한다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르는 구조는 동력 전달 기어박스(도면에는 미도시됨)에 연결되어 있는 복수의 터보샤프트 엔진을 구비한다.
복수의 터보샤프트 엔진들 중에서, 하이브리드 터보샤프트 엔진(20)으로 지칭되는 적어도 하나의 터보샤프트 엔진은 헬리콥터의 항속 비행 동안 적어도 하나의 대기 모드로 작동될 수 있다.
도 3 내지 도 7에 나타나 있는 실시예에 따르면, 구조는 하이브리드 터보샤프트 엔진(20)을 재활성화하기 위한 2개의 시스템(30, 40)을 구비한다. 다음에 오는 것 전체에 걸쳐서, 참조 번호 30으로 표시되는 재활성화 시스템은 제 1 재활성화 시스템으로 지칭될 것이고, 참조 번호 40으로 표시되는 재활성화 시스템은 제 2 재활성화 시스템으로 지칭될 것이다.
이에 재활성화 시스템이 하나의 실시예로부터 다른 실시예까지 동일하지 않을 수도 있지만, 동일한 참조 번호(30, 40)가 도 3 내지 도 7에서 제 1 재활성화 시스템과 제 2 활성화 시스템을 표시하는데 사용되는 것으로도 구체화되어 있다.
각각의 재활성화 시스템(30, 40)은 터보샤프트 엔진(20)을 복수의 소정의 모드들 중에서 적어도 하나의 작동 모드로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있다.
가스 발생기를 구비하는 터보샤프트 엔진의 관점에서, 소정의 모드들은 적어도 다음에 오는 모드들:
- 터보샤프트 엔진(20)이 대기 모드로부터 10초 미만의 기간 안에 터보샤프트 엔진의 가스 발생기의 명목 속도의 80 내지 105 %의 범위 내의 속도까지 회전되는, 신속 재활성화 모드로 지칭되는 모드;
- 터보샤프트 엔진(20)이 대기 모드로부터 10초 내지 60초의 범위 내의 기간 안에 터보샤프트 엔진의 가스 발생기의 명목 속도의 80 내지 105 %의 범위의 속도까지 회전되는, 정상 재활성화 모드로 지칭되는 모드;
- 터보샤프트 엔진(20)이 터보샤프트 엔진의 가스 발생기의 명목 속도의 20 내지 60 %의 범위 내의 속도로 연속적으로 회전되는, 보조 수퍼-아이들 모드로 지칭되는 대기 모드;
- 터보샤프트 엔진(20)이 상기 명목 속도의 5 내지 20 %의 범위 내의 속도로 연속적으로 회전되는, 회전 모드로 지칭되는 대기 모드;
를 구비한다.
도 3에서, 제 1 재활성화 시스템(30)은 전기 기계(31), 동력 변환 장치(32), 전기 에너지 저장 장치(33) 및 온보드 네트워크(51)를 구비한다. 제 2 재활성화 시스템(40)은 전기 기계(41), 동력 변환 장치(42), 및 제 1 활성화 시스템(30)과 공유되어 있는 온보드 네트워크(51)를 구비한다.
이 실시예는 제 1 재활성화 시스템(30)이 터보샤프트 엔진(20)을 신속 재활성화 모드(저장 장치(33)로부터의 에너지를 이용함), 정상 재활성화 모드(온보드 네트워크(51)나 저장 장치(33)로부터의 에너지를 이용함), 적어도 하나의 대기 모드(온보드 네트워크(51)로부터의 에너지를 이용함) 중에서 임의의 모드로 구동시키게 한다. 이는 또한 제 2 재활성화 시스템(40)이 터보샤프트 엔진(20)을 상기 정상 재활성화 모드(온보드 네트워크(51)로부터의 에너지를 이용함)로 구동시킬 수 있게 한다.
이 실시예에 따르면, 제 1 시스템과 제 2 시스템은 그 이용가능성을 체크하기 위해서 각각의 시동시 교대로 요청될 수 있다.
제 1 시스템 역시 신속 재활성화 모드 및 대기 모드를 위하여 구성되어 있기 때문에, 터보샤프트 엔진(20)의 대기 모드로의 전이는 시스템(30)의 완전성이 테스트 받게 하고, 그 결과 시스템(30)에 의한 터보샤프트 엔진(20)의 신속한 재활성화를 막는 기능고장이 탐지되게 한다. 기능고장이 탐지되는 경우에는, 제 2 시스템(40)은 이후 하이브리드 터보샤프트 엔진(20)의 정상적인 재활성화를 위하여 요청된다.
제 1 재활성화 시스템(30)에 의한 하이브리드 터보샤프트 엔진(20)의 신속한 재활성화 동안, 제 2 시스템(40)은 필요한 경우라면 추가적인 동력을 잠재적으로 제공할 수도 있다.
도 4에 나타나 있는 구조는 도 3에 나타나 있는 구조의 변형예이다. 이 구조는 도 3과 관련하여 기술된 요소들에 추가하여 제 2 재활성화 시스템(40)에 배열되어 있는 제 2 저장 장치(43)를 구비한다.
따라서, 이 실시예는 제 2 재활성화 시스템(40)이 터보샤프트 엔진(20)도 신속 재활성화 모드(저장 장치(43)로부터의 에너지를 이용함)로 구동시키게 한다.
따라서, 이 구조는 예비용이고, 상당한 이용가능성을 가진다.
도 5에서, 제 1 재활성화 시스템(30)은 전기 기계(31), 동력 변환 장치(32), 전기 에너지 저장 장치(33), 및 예컨대 115 볼트의 AC 전압을 공급하는 온보드 네트워크인 온보드 네트워크(51)를 구비한다. 제 2 재활성화 시스템(40)은 전기 기계(41), 동력 전달 장치(42), 예컨대 28 볼트의 DC 전압을 공급하는 온보드 네트워크(52), 제 1 재활성화 시스템(30)과 공유되어 있는 온보드 네트워크(51)를 구비하고, 전기 에너지 저장 장치(53)는 선택적으로 구비한다.
이 실시예에서, 제 1 재활성화 시스템(30)은 터보샤프트 엔진(20)이 신속 재활성화 모드(저장 장치(33)로부터의 에너지를 이용함)나 정상 재활성화 모드(온보드 네트워크(51)나 저장 장치(33)로부터의 에너지를 이용함), 또는 대기 모드로 구동되게 한다. 이는 또한 제 2 재활성화 시스템(40)이 정상 재활성화 모드로 구동될 수 있게 한다(온보드 네트워크(52)나 선택적 저장 장치(53)로부터의 에너지를 이용하거나 온보드 네트워크(51)로부터의 에너지를 이용함). 특히, 특정 구성은 터보샤프트 엔진(20)을 재활성화하기 위한 제 2 시스템(40)이 높은 동력 수준, 예컨대 10 kW를 초과하는 수준의 온보드 네트워크(51)를 이용하게 하고, 낮은 동력 수준, 예컨대 10 kW 미만 수준의 온보드 네트워크(52)를 이용하게 한다.
도 6에서, 제 1 재활성화 시스템(30)은 전기 기계(31), 동력 변환 장치(32), 전기 에너지 저장 장치(33)를 구비한다. 제 2 활성화 시스템(40)은 전기 기계(41), 동력 변환 장치(42) 및 온보드 네트워크(51)를 구비한다.
이 실시예에서, 제 1 재활성화 시스템(30)은 터보샤프트 엔진(20)이 신속 재활성화 모드(저장 장치(33)로부터의 에너지를 이용함)로 구동되게 한다. 이는 또한 제 2 재활성화 시스템(40)이 터보샤프트 엔진(20)을 대기 모드(온보드 네트워크(51)로부터의 에너지를 이용함)나 정상 재활성화 모드로 구동시킬 수 있게 한다.
도 7에서, 제 1 재활성화 시스템(30)은 전기 기계(31), 동력 변환 장치(32), 전기 에너지 저장 장치(33) 및 온보드 네트워크(51)를 구비한다. 제 2 재활성화 시스템(40)은 전기 기계(41), 동력 변환 장치(42), 및 제 1 시스템(30)과 공유되어 있는 온보드 네트워크(51)를 구비한다.
이 실시예에서, 제 1 재활성화 시스템(30)은 터보샤프트 엔진(20)이 신속 재활성화 모드(저장 장치(33)로부터의 에너지를 이용함)나 정상 재활성화 모드(온보드 네트워크(51)나 저장 장치(33)로부터의 에너지를 이용함)로 구동되게 한다. 이는 또한 제 2 재활성화 시스템(40)이 대기 모드나 정상 재활성화 모드(온보드 네트워크(51)로부터의 에너지를 이용함)로 구동될 수 있게 한다.
변형예에서, 제 2 시스템은 터보샤프트 엔진(20)을 오로지 대기 모드(온보드 네트워크(51)로부터의 에너지를 이용함)로 구동시키도록 구성될 수 있다.
이 구조의 이점은 동력 최적화 전기 기계, 특히 전기 기계(41)를 이용하는 능력이고, 이 전기 기계의 유일한 기능은 대기 모드를 제공하는 것이다.
각각의 모드에 있어서, 재활성화 시스템의 제어는 통합 디지털전자식 엔진 조절장치(Full Authority Digital Engine Control)의 약칭 FADEC로 알려진 터보샤프트 엔진 제어 시스템에 의해 관리된다.
본 발명은 기술된 실시예로만 제한되지 않는다. 특히, 본 발명은 복수의 하이브리드 터보샤프트 엔진을 구비할 수 있고, 각각의 터보샤프트 엔진은 기술된 바와 같이 그 자신의 적어도 2개의 재활성화 시스템이 제공되어 있다.

Claims (9)

  1. 동력 전달 기어박스에 연결되어 있는 터보샤프트 엔진들을 구비하는 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조로서,
    - 헬리콥터의 안정된 순항 비행 동안 적어도 하나의 대기 모드로 작동할 수 있되 하이브리드 터보샤프트 엔진(20)으로 지칭되는 상기 터보샤프트 엔진들 중 적어도 하나의 터보샤프트 엔진으로서, 나머지 터보샤프트 엔진들은 이 안정된 비행 동안 따로 작동하는, 적어도 하나의 터보샤프트 엔진;
    - 재활성화 시스템으로 지칭되되 하이브리드 터보샤프트 엔진(20)을 각각 제어하기 위한 적어도 2개의 시스템(30; 40)으로서, 각각의 시스템(30; 40)은 하이브리드 터보샤프트 엔진(20)에 연결되어 있을 뿐만 아니라 상기 하이브리드 터보샤프트 엔진을 회전시키기에 적합한 전기 기계(31; 41), 및 상기 전기 기계(31; 41)를 위한 적어도 하나의 전력 공급장치(33; 43; 51)를 구비하고, 각각의 재활성화 시스템(30; 40)은 상기 터보샤프트 엔진(20)을 복수의 소정의 모드들 중 적어도 하나의 작동 모드로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있는, 적어도 2개의 시스템(30; 40);
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 하이브리드 터보샤프트 엔진은 가스 발생기를 구비하고, 상기 복수의 소정의 모드들은:
    - 상기 터보샤프트 엔진(20)이 10초 미만의 기간 안에 상기 터보샤프트 엔진의 상기 가스 발생기의 명목 속도의 80 내지 105 %의 범위 내의 속도까지 회전되는, 신속 재활성화 모드(rapid reactivation mode)로 지칭되는 모드;
    - 상기 터보샤프트 엔진(20)이 10초 내지 60초의 범위 내의 기간 안에 상기 터보샤프트 엔진의 상기 가스 발생기의 상기 명목 속도의 80 내지 105 %의 범위의 속도까지 회전되는, 정상 재활성화 모드(normal reactivation mode)로 지칭되는 모드;
    - 터보샤프트 엔진(20)이 상기 터보샤프트 엔진의 상기 가스 발생기의 상기 명목 속도의 20 내지 60 %의 범위 내의 속도로 연속적으로 회전되는, 보조 수퍼-아이들 모드(assisted super-idle mode)로 지칭되는 대기 모드;
    - 상기 터보샤프트 엔진(20)의 상기 가스 발생기가 상기 명목 속도의 5 내지 20 %의 범위 내의 속도로 연속적으로 회전되는, 회전 모드(turning mode)로 지칭되는 대기 모드;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    - 상기 터보샤프트 엔진(20)의 상기 가스 발생기를 상기 신속 재활성화 모드로 구동시키도록 구성되어 있는 각각의 재활성화 시스템(30; 40)은 에너지 저장 장치(33; 43)에 의해 형성되는 전력의 공급장치를 구비하고;
    - 상기 터보샤프트 엔진(20)의 상기 가스 발생기를 상기 정상 재활성화 모드나 대기 모드로 구동시키도록 구성되어 있는 각각의 재활성화 시스템(30; 40)은 헬리콥터의 온보드 네트워크(51)에 의해 형성되는 전력의 공급장치를 구비하는;
    것을 특징으로 하는 구조.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 온보드 네트워크(51)는 항공기의 호환가능한 AC 전압을 공급하도록 구성된 네트워크인 것을 특징으로 하는 구조.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조는:
    - 상기 터보샤프트 엔진을 신속 재활성화 모드와 정상 재활성화 모드 및 적어도 하나의 대기 모드로 구동시킬 수 있도록 구성된 적어도 하나의 제 1 재활성화 시스템(30);
    - 상기 터보샤프트 엔진을 오로지 상기 정상 재활성화 모드로 구동시킬 수 있도록 구성된 적어도 하나의 제 2 재활성화 시스템(40);
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 구조.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 재활성화 시스템(40)은 또한 터보샤프트 엔진을 상기 신속 재활성화 모드로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 구조.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조는:
    - 상기 터보샤프트 엔진을 신속 재활성화 모드와 정상 재활성화 모드 모두로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있는 적어도 하나의 제 1 재활성화 시스템(30);
    - 상기 터보샤프트 엔진을 오로지 상기 대기 모드로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있는 적어도 하나의 제 2 재활성화 시스템(40);
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 구조.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 재활성화 시스템(40)은 또한 터보샤프트 엔진(20)을 상기 정상 재활성화 모드로 구동시킬 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 구조.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따르는 구조를 가지는 추진 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
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