KR20180121335A - 전력 발생을 위한 비틀림 진동의 효과를 감소시키기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
기어 트레인의 회전에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기를 통해 전력을 발생시키도록 구성된 항공기 추진기위해 제공되는 시스템 및 방법이다. 항공기 추진기는 보상회로를 포함한다. 항공기 추진기는 여기 신호에 의해 동력이 구동될 때, 전력을 발생시키기 위해 회전하는 가변 주파수 발생기와 상호작용하는 자기장을 발생시키는 여자기 회로를 더 포함한다. 여자기 회로는 가변 주파수 발생기에 의해 발생된 전력의 적어도 일부분에 의해 동력이 구동될 수 있다. 보상 회로는 가변 주파수 발생기에 의해 생산된 전력의 품질 상에서 기어 트레인 및/또는 가변 주파수 발생기의 비틀림 진동 효과를 감소시키기 위해 여기 신호를 조정할 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 항공기, 특히 항공기 추진기(aircraft propulsor) 전력 생산에 대한 것이다. 특정 항공기 추진기는 항공기에 대한 전력을 생산하기 위한 가변-주파수 발생기를 구동할 수 있다. 이러한 VFG는 약 0.02, 또는 2%보다 크지 않은 일반적인 감쇠 지수를 가질 수 있는 직접 구동 기어 트레인을 통해, 항공기 추진기의 엔진 코어(engine core)에 결합될 수 있다. 이와 같이 낮은 감쇠 지수 때문에, 비틀림 진동이 하나 이상의 고유 (예를 들어, 공진) 주파수에서의 진동을 통해 한계 순환 동작의 형태로 기어 트레인 내에서 일어날 수 있다. 이러한 주파수에서의 비틀림 진동은 지속적인 비틀림 진동(STO;sustained torsional oscillation), 또는 준동기 진동(SSRO;sub-synchronous oscillation)으로 이어지는, 피드백 제어(feedback control)에 의해 증폭될 수 있다.
이러한 비틀림 진동은 VFG에 의해 발생된 전력의 품질을 감소시킬 수 있다. 특히, 뒤틀림 진동은 기어 트레인의 하나 이상의 고유 주파수에 관련된 전압 및/또는 전류에서 진동을 보이는 전력을 초래할 수있다. 이러한 진동은 따라서, 항공기에 제공되는 전력으로 원하지 않는 노이즈를 유도하고, 만약 보정하지 않은 채로 남겨두면, 항공기 전기 시스템에 과도한 마모 및/또는 손상을 야기할 수 있다.
전력 발생기에 결합된 항공기 추진기의 기어 트레인의 비틀림 진동에 의해 야기된 원하지 않는 전력 발생 효과를 약화시키기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 하나의 예시에서, 항공기 전력 발생 시스템이 개시될 수 있다. 항공기 전력 발생 시스템은 관련된 비틀림 진동 주파수를 갖는 기어 트레인에 결합된 가변 주파수 발생기, 기어 트레인의 회전에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기에 의해 전력을 발생시키도록 여기 신호에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기에 의해 전력을 발생시키기 위해 여기 신호에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기에서 자기장을 유도하기 위한 여자기 회로, 및 가변 주파수 발생기에 의해 제공되는 전력에서 기어 트레인의 뒤틀림 진동 주파수의 효과를 필터링하기 위해 여기 신호를 조정하기 위한 여자기 회로에 전기적으로 결합된 보상 회로를 갖는다.
추가 예시에서, 전력 발생 시스템을 작동시키는 방법이 개시될 수 있다. 방법은 기관련된 비틀림 진동 주파수를 갖는, 기어 트레인으로 가변 주파수 발생기를 회전시키는 단계, 여기 신호에 대한 응답으로 여자기 회로로 가변 주파수 발생기에서 자기장을 유도하는 단계, 가변 주파수 발생기로 전력을 발생시키고 보상 회로로 전력을 수신하는 단계, 보상 회로로 여기 신호를 조정하는 단계, 및 가변 주파수 발생기에 의해 제공된 전력에서 기어 트레인의 비틀림 진동 주파수의 효과를 필터링 하기 위해 여자기 회로에 조정된 여기 신호를 적용하는 단계를 갖추어 이루어질 수 있다.
다른 예시에서, 항공기가 개시된다. 항공기는 기체, 날개, 및 기체 및/또는 날개에 결합된 항공기 추진기를 포함할 수 있다. 항공기 추진기는 동력 장치, 동력 장치에 결합된 기어 트레인, 관련된 비틀림 진동 주파수를 갖는 기어 트레인, 기어 트레인에 결합된 가변 주파수 발생기, 기어 트레인의 회전에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기에 의해 전력을 발생시키기 위해 여기 신호에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기에서 자기장을 유도하는 여자기 회로, 및 가변 주파수 발생기에 의해 제공되는 전력에서 기어 트레인의 비틀림 진동 주파수의 효과를 필터링 하기 위해 여기 신호를 조정하도록 여자기 회로에 전기적으로 결합된 보상 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 범위는 본 섹션에 참조로서 본 섹션에 통합된, 청구항에 의해 정의된다. 하나 이상의 실시예의 앞으로 나열되는 설명을 고려함으로써, 본 발명의 더욱 완성된 이해 뿐만 아니라, 추가적인 이점의 실현이 당업자에게 제공될 것이다. 먼저 간략하게 설명될 첨부된 도면을 참조할 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 항공기의 상면도를 나타낸다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 항공기 추진기의 투시도를 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 진동 보상 시스템을 갖는 항공기 추진기 전력 발생 시스템의 예시의 투시도를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 보상 회로의 블록도를 나타낸다.
도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 항공기 추진기 전력 발생 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 진동 보상 시스템을 갖는 항공기 추진 전력 발생 시스템의 작동을 설명하는 플로우차트이다.
도 4는 비틀림 진동 보상 시스템이 없는 항공기 추진기 전력 발생 시스템의 모듈링된 동작을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 진동 보상 시스템을 갖는 항공기 추진기의 모듈링된 동작을 나타낸다.
본 발명의 예시 및 그 이점은 앞으로 이어지는 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 유사한 참조 번호가 하나 이상의 도면에서 나타내진 유사한 엘리먼트를 식별하기 위해 이용될 수 있다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 항공기 추진기의 투시도를 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 진동 보상 시스템을 갖는 항공기 추진기 전력 발생 시스템의 예시의 투시도를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 보상 회로의 블록도를 나타낸다.
도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 항공기 추진기 전력 발생 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 진동 보상 시스템을 갖는 항공기 추진 전력 발생 시스템의 작동을 설명하는 플로우차트이다.
도 4는 비틀림 진동 보상 시스템이 없는 항공기 추진기 전력 발생 시스템의 모듈링된 동작을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 진동 보상 시스템을 갖는 항공기 추진기의 모듈링된 동작을 나타낸다.
본 발명의 예시 및 그 이점은 앞으로 이어지는 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 유사한 참조 번호가 하나 이상의 도면에서 나타내진 유사한 엘리먼트를 식별하기 위해 이용될 수 있다.
예를 들어, 앞으로 논의될 보상 회로에 의해 제공되는 조정된 여기 신호(adjusted excitation signal)의 적용을 통해 발생된 전력을 필터링 함으로써, 발생된 전력에서의 비틀림 진동의 효과를 감소시키기 위해 시스템 및 기술이 제공된다. 특정 예시에서, 앞으로 설명될 시스템 및 기술은 항공기 추진기와 같은, 발전 장치(power plant)에 결합된 발생기(generator)로 통합될 수 있다. 항공기 추진기는 가변 주파수 발생기(VFG;variable-frequency generator)에 결합된 동력 장치(power unit)(예를 들어, 항공기 추진기의 핵심 엔진 및/또는 다른 적당한 전력 시스템)를 포함한다. 동력 장치는 직접 구동 기어 트레인(direct drive gear train)을 매개로 VFG에 결합될 수 있다. 이러한 직접 구동 기어 트레인은 낮은 감쇠 지수(damping factor)를 가질 수 있다.
낮은 감쇠 지수는 하나 이상의 고유 (예를 들어, 공진) 주파수에서의 진동을 통해 한계 순환 동작(limit cycle behavior)의 형태로 기어 트레인 내에서의 비틀림 진동(torsional oscillation)으로 이어질 수 있다. 이러한 비틀림 진동은 VFG에 의해 발생된 전력의 품질(quality)을 감소시킬 수 있다. 특히, 비틀림 진동은 기어 트레인의 한계 순환 동작과 관련된 전압 및/또는 전류에서의 진동을 보이는 전력을 초래할 수 있다. 예를 들어, VFG에 의해 발생된 전력은 다수의 주파수에서의 구성요소(component)를 포함하는 복합 파형(composite waveform)과 같이 나타내질 수 있고 이러한 구성요소(예를 들어, 특정 주파수에서의 구성요소) 중 적어도 하나는 한계 순환 동작에 기인할 수 있으며 원하지 않는 것일 수 있다.
항공기 추진기는 또한 여자기 회로(exciter circuitry)를 포함할 수 있다. 여기 신호는 VFG 내에서 자기장을 발생시키도록 여자기 회로에 전력을 구동하기 위해 이용될 수 있다. 여기 신호는 VFG에 의해 발생된 전력에 기초할 수 있다. 따라서 피드백 루프(feedback loop)가 VFG와, VFG에 의해 발생된 전력의 원하지 않는 구성요소를 증폭시킬 수 있는 여자기 회로 사이에서 존재할 수 있다.
원하지 않는 주파수 구성요소를 효과적으로 필터링 하기 위해, 보상 회로(compensation circuitry)가 조정된 여기 신호를 발생시키기 위해 이용될 수 있다. 보상 회로는 전압 레귤레이터(voltage regulator), 프로세서(processor), 및 메모리(memory)를 포함할 수 있다. 보상 회로는 여자기 회로가 효과적으로 원하지 않는 주파수 구성요소를 필터링 하필터링 하으로 VFG와 상호작용(interact)하도록 여기 신호를 조정할 수 있다. 따라서, 보상 회로는 VFG에 의해 발생된 전력 상에서 기어트레인의 비트림 효과를 최소화 또는 감소시켜서, 전력 품질의 증가로 이어질 뿐만 아니라 원하지 않는 주파수 구성요소의 추가적인 적용을 방지한다. 따라서, 전기적 구성요소의 유효 수명(service life)이 증가될 수 있고 또는 유지보수 필요가 감소될 수 있다. 본 개시가 일반적으로 보상 회로를 갖는 노치 필터(notch filter)를 효과적으로 구현하는 것을 설명하지만, 보상 회로의 다른 예시도 저역 필터(low pass filter), 고역 필터, 및/또는 대역 통과 필터(band pass filter)와 같은 다른 유형의 필터를 효과적으로 구현할 수 있다.
일반적으로, 이곳에서 설명되는 시스템 및 기술은 특정 고유 주파수에서 VFG에 동력 장치를 결합하는 기어 트레인의 원치 않는 떨림(vibration) 및/또는 진동 (예를 들어, 한계 순환 동작)으로부터 초래되는 VFG에 의해 발생된 전력에 대한 교란을 보상한다. 이러한 주파수의 예시는 20 헤르츠보다 낮은, 20에서 40 헤르츠 사이, 40에서 60 헤르츠 사이, 및 60 헤르츠 보다 큰 주파수를 포함한다. 이러한 주파수의 특정 비-제한적인 예시는 25 헤르츠, 34 헤르츠, 37 헤르츠, 및 60 헤르츠를 포함한다. 보상 회로는 VFG에 의해 생산된 전력의 주파수 성분(frequency content)의 좁은 부분을 효과적으로 필터링 할 수 있다. 특정 비-제한적인 예시에서, 보상 회로는 효과적으로 전력의 주파수 성분 내에서 관심있는 (예를 들어, 25 헤르츠, 34 헤르츠, 37 헤르츠, 및/또는 60 헤르츠) 주파수 범위의 +/- 0.5 헤르츠보다 적은, +/- 1 헤르츠보다 적은, 및/또는 +/- 1 헤르츠보다 더 많이 필터링 할 수 있다.
본 개시가 항공기 추진기(예를 들어, 추진력(thrust) 및 전력을 발생시키는 항공기 전력 시스템)를 참조함에도 불구하고, 이곳에서 개시되는 시스템 및 기술은 또한 앞으로의 추진력 및 전력(예를 들어, 내연 기관(internal combustion engine), 조력 시스템(marine power system), 및 우주선 추진 시스템(spacecraft propulsion system))을 발생시키는 다른 추진 시스템에 적용될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 항공기의 상면도를 나타낸다. 도 1a의 항공기(50)는 기체(170;fuselage), 날개(172;wing), 수평 안정장치(174;horizontal stabilizer), 항공기 추진기(110a 및 100b), 및 수직 안정장치(178;vertical stabilizer)를 포함한다. 예를 들어, 항공기(50)는 조종사가 항공기(50)의 작동을 위한 명령을 입력하는 조종실(104;flight deck)을 포함한다. 항공기(50)의 조종실(104)은 항공기의 작동을 위한 명령을 제공하도록 항공기(50)의 조종사(들)에 의해 조작될 수 있는 제어장치를 포함한다. 예를 들어, 조종실(104)은 항공기 추진기(110a 및 110b)의 작동을 제어하도록 구성된 제어장치를 포함할 수 있다. 조종실(104)은 또한 수평 안정장치의 구성 또는 항공기의 다른 공기역학 장치(aerodynamic device) 뿐만 아니라 수직 안정장치의 구성을 포함할 수 있다.
입력은 시스템 제어장치(108;system controller)와 통신될 수 있고, 이는 그 후에 항공기(50)의 다양한 시스템(예를 들어, 항공기 추진기(110a 및 110b)에 출력을 제공할 수 있다. 항공기(50)의 다양한 시스템은 디지털 통신(106;digital communication)에 연결되고, 이는 항공기(50)의 하나의 구성요소로부터 하나 이상의 다른 구성요소에 신호를 제공한다. 디지털 통신 채널(106)은 예를 들어, 유선 통신 회로 또는 무선 통신 시스템일 수 있다. 디지털 통신 채널(106)은 다양한 구성요소를 시스템 제어장치(108)에 연결할 수 있다.
시스템 제어장치(108)는 예를 들어, 단일-코어(single-core) 또는 다수-코어 프로세서(multi-core processor) 또는 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 제어장치(microcontroller), 논리 소자(logic device), 신호 처리 기기, 실행 가능 명령(executable instruction)(예를 들어, 소프트웨어, 펌웨어(firmware), 또는 다른 명령)을 저장하기 위한 메모리, 및/또는 이곳에서 설명된 임의의 다양한 작동을 수행하기 위한 임의의 엘리먼트(element)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 시스템 제어장치(108) 및/또는 그와 관련된 작동이 집합적으로 시스템 제어장치(108)를 구성하기 위해 (예를 들어, 디지털 통신 채널(106)과 같은 유선 또는 무선 연결을 통해 통신적으로 연결된) 단일 장치 또는 다수의 장치와 같이 구현될 수 있다.
시스템 제어장치(108)는 데이터 또는 정보를 저장하기 위해 하나 이상의 메모리 구성요소 또는 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 휘발성 또는 비-휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 이러한 메모리의 예시는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory), EEPROM(Electrically-Erasable Read-Only Memory), 플래쉬 메모리(flash memory), 또는 다른 유형의 메모리를 포함한다. 특정 예시에서, 시스템 제어장치(108)는 센서 및/또는 작동자(예를 들어, 승무원) 입력에 응답하는 제어 알고리즘의 구현 및 실행을 포함하여, 여기서 설명된 다양한 방법 및 프로세스를 수행하기 위한 메모리 내에 저장된 명령을 실행하도록 맞춰질 수 있다.
도 1a에서 설명된 항공기(50)는 예시적이고 다른 실시예에서, 항공기(50)는 더 적거나 추가 구성요소(예를 들어, 수평 안정장치가 없거나, 추가 안정장치, 추가 센서, 및/또는 추가 제어장치)를 포함할 수 있다. 게다가, 여기서 설명되는 개념은 헬리콥터, 무인 항공 운송수단, 등과 같은 다른 항공기로 확장될 수 있다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 항공기 추진기의 투시도를 나타낸다. 항공기 추진기(100)(예를 들어, 도 1a에서 보여진 항공기 추진기(100a 또는 100b))는 나셀(102;nacelle) 및 동력 장치(136)를 포함한다. 도 1b에서 보여지는 예시에서, 니셀(102)은 (도 2a에서 보여지는 바와 같이, 회전 축(rotating shaft)을 갖는 동력 장치(136) 및 추진력을 생산하기 위해 이용되는 항공기 추진기(100)의 다른 구성요소를 보유하지만, 항공기 추진기의 다른 예시가 팬(fan)이 (예를 들어, 터보프롭(turboprop) 구성에서) 나셀에 의해 보유되지 않도록 팬을 배열할 수 있다. 나셀(102)은 또한 예를 들어, 항공기 추진기(100)의 하나 이상의 상태(condition)를 모니터링하기 위한 하나 이상의 전기적 구성요소(예를 들어, 계기(instrument))를 삽입 및/또는 설치하기 위해, 기술자 또는 다른 사람이 항공기 추진기(100)의 내부 구성요소에 엑세스할 수 있도록 이동 및/또는 제거할 수 있는 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다.
동력 장치(136)는 예를 들어, 기류 방향(140a;airflow direction)과 같이 나셀(102)내로 흐르는 공기를 흡입(intake) 및/또는 활성화(energize)하는 하나 이상의 팬을 포함한다. 기류 방향(140a)을 통해 나셀(102)내로 흐르는 공기는 나셀(102) 및/또는 동력 장치(136) 내의 다양한 내부 유로(flow path)를 통해서 흐를 수 있다. 동력 장치(136)는 하나 이상의 팬 및 하나 이상의 연소실(combustion chamber) 및 연소실에 제공된 연료를 공급 및/또는 연소하도록 구성될 수 있는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 동력 장치(136)는 항공기 추진기(100)가 결합되어있는 항공기에 동력을 구동시키기 위해 추진력을 생산할 수 있다. 특정 예시에서, 동력 장치(136)의 작동은 동력 장치(136)의 적어도 특정 부분의 회전을 포함할 수 있다. 동력 장치(136)는 VFG에 결합될 수 있고/또는 VFG를 포함할 수 있다. 동력 장치(136)의 회전 운동(rotational movement)은 기어 트레인을 통해서, 항공기 추진기(100)의 VFG를 회전시키기 위해 이용될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 진동 보상 시스템을 갖는 항공기 추진기 전력 발생 시스템의 예시의 투시도를 나타낸다. 도 2a는 동력 장치(136), 기어 트레인(210), VFG(212), 여자기 회로(214), 보상 회로(222), 항공기 전기 시스템(218) 및 필터 제어 장치(220;filter controller)를 포함할 수 있다.
동력 장치(136)는 항공기 추진기의 엔진 또는 동력 장치와 같은 임의의 유형의 발전 장치일 수 있다. 따라서, 발전 장치(136)는 터보 팬(turbofan), 터보 프롭(turboprop), 터보 샤프트(turboshaft), 프로 팬(profan), 터보 제트(turbojet), 방켈(Wankel), 피스톤(piston)의 동력 장치 및/또는 다른 유형의 엔진일 수 있다. 동력 장치(136)는 기어 트레인(210)을 매개로 VFG(212)에 결합된다. 특정 예시에서, 기어 트레인(210)은 직접 구동 기어 트레인일 수 있지만, 다른 예시에서는 다른 유형의 기어 트레인을 포함할 수 있다.
항공기 추진기(100)의 작동 동안, 동력 장치(136)의 하나 이상의 구성 요소(예를 들어, 출력 샤프트)가 기어 트레인(210)을 회전시키고 기어 트레인(210)은 연속적으로 VFG(212)를 회전 시킨다. 여자기 회로(214)가 여기 신호를 수신할 때, 여자기 회로(214)는 항공기 시스템에 동력을 구동시키도록 이용될 수 있는, 전력(232)를 생산하기 위해 VFG(212)의 발생기 코일과 상호작용하는 전자기파를 생산한다. 발생된 전력(232)의 적어도 일부분은 또한 여기 신호(230)의 형태로 여자기 회로(214)에 연속적으로 동력을 구동시키기 위해 이용될 수 있고, 따라서 적어도 VFG(212) 및 여자기 회로(214)를 포함하는 피드백 루프를 형성할 수 있다.
기어 트레인(210)은 낮은 감쇠 지수를 갖는 기어 트레인일 수 있다. 특정 예시에서, 기어 트레인(210)은 직접 구동 기어 트레인일 수 있다. 특정 예시에서, 기어 트레인(210)의 작동은 하나 이상의 공진 주파수에서 한계 순환 동작을 초래할 수 있다.
기어 트레인(210)이 VFG(212)에 직접적으로 결합될 수 있으므로, 특정의 원하지 않는 구성요소(예를 들어, 원하지 않는 주파수 구성요소)를 포함하는 전력을 발생시킴으로써 이러한 공진 및/또는 한계 순환 동작이 VFG(212)에 의해 생산된 전력의 품질을 감소시킬 수 있다. 전력의 감소된 품질은 보상 회로(222)의 이용을 매개로 보상되고/또는 최소화될 수 있다. 게다가, 보상 회로(222)는 공진의 적용을 최소화 하고/또는 방지할 수 있다.
보상 회로(222)는 적어도, 전압 레귤레이터(216) 및 필터 제어장치(220;filter controller)를 포함 할 수 있다. 이러한 특정 예시에서, 보상 회로(222)는 여자기 회로(212)가 VFG(212)와 상호작용 하여 VFG(212)에 의해 발생된 전력(232)을 효과적으로 노치 필터로 필터링 하도록 여자기 회로(214)에 제공되는 여기 신호(230)를 조정할 수 있다. 보상 회로(222)는 여기 신호(230)의 특정 주파수 구성요소를 약화(attenuate)시키기 위해 예를 들어, 여기 신호(230)에 다른 방정식(equation)을 적용함으로써 여기 신호(230)를 조정할 수 있다. 예를 들어, 특정 예시에서, VFG(212)에 의해 발생된 전력(232)이 다수의 주파수에서의 구성요소를 포함하는 복합 파형과 같이 나타내질 수 있다. 이러한 구성요소 중 적어도 하나(예를 들어, 특정 주파수에서의 구성요소)는 기어 트레인(210)의 한계 순환 동작으로 부터 초래되고/또는 이에 의해 증폭되며 원하지 않은 것일 수 있다. 보상 회로(222)의 특정 예시에서, 원하지 않은 구성 요소의 주파수에서 음성 파형(negative waveform)의 형태의 보상 신호가 전력의 원하지 않는 구성 요소를 제거 또는 감소시키기 위해 적용된다.
따라서, 보상 회로(222)는 여기 신호(230)의 특정 주파수 구성요소(예를 들어, 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212) 내에서의 공진 및/또는 한계 순환 동작으로부터 초래된 주파수)를 약화시키도록(예를 들어, 감소 또는 걸러냄으로써 감쇠시키도록) 구성될 수 있다. 주파수 및/또는 주파수 범위는 기어 트레인(212) 및/또는 VFG(212)의 고유 주파수에 대응하고/또는 이를 포함할 수 있다. 이러한 주파수의 비-제한적인 예시는 25 헤르츠, 34 헤르츠, 37 헤르츠, 및 60 헤르츠를 포함하지만, 이러한 주파수 및/또는 주파수 범위는 다른 주파수를 포함할 수도 있다. 이러한 주파수는 예를 들어, 이(teeth)의 개수, 기어의 무게, 기어의 개수, 기어의 배향(orientation), 베어링(bearing)의 설계, 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212) 구성요소의 무게, 구성 및/또는 치수, 및/또는 이러한 다른 요소(factor)와 같은 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)의 설계에 의해 영향을 받을 수 있다.
본 예시가 보상 회로(222)에 의해 효과적인 노치 필터링의 이용을 설명하지만, 다른 예시도 여기 신호의 특정 주파수를 걸러내도록 구성될 수 있는 실제 노치 필터를 활용할 수 있고 이렇게 조정된 여기 신호는 보상 회로(222)에 제공된다.
실시예에서, 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)는 비틀림 진동을 초래하는 한계 순환 동작을 보일 수 있다. 비틀림 진동은 1 에서 1,000 헤르츠(예를 들어, 25 헤르츠, 34 헤르츠, 37 헤르츠, 및/또는 60 헤르츠) 사이의 주파수에 있을 수 있다. 여기 신호(230)는 VFG(212)에 의해 발생된 전력을 이용하고 또는 이를 기초로 이루어질 수 있다. 보상 회로(222)는 이러한 한계 순환 동작을 보상시키기 위해 여자기 회로(214)를 구동하기 위해 제공되는 여기 신호(23)의 일부분을 조정하고/또는 약화시키도록 (예를 들어, 여기 신호(230)가 여자기 회로(214)에 동력을 구동시키기 위해 제공되기 전에 이러한 주파수에서 전력의 구성 요소를 걸러냄으로써) 구성될 수 있다. 보상 회로(222)는 따라서 이러한 주파수(예를 들어, 34 헤르츠)를 걸러내고/또는 최소화 시켜서 여자기 회로(214)에 대해 34 헤르츠에서의 여기 신호(230)의 구성요소를 감소시킨다. 여자기 회로(214)가 이렇게 필터링 되고/또는 조정된 여기 신호(230)에 의해 동력을 구동시킬 때, VFG(212)의해 발생된 전력의 품질이 향상될 수 있다. 따라서 이렇게 필터링된 여기 신호(230)에 의해 동력을 공급받은 여자기 회로(214)에 의해 발생된 자기장은 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212) 내에서 한계 손환의 증폭을 방지하는 방식으로 VFG(212)와 상호작용 할 수 있다.
항공기 전기 시스템(218)은 배터리(battery), 계기(instrument), 조명(light), 캐빈(cabin) 시스템, 및/또는 다른 시스템을 포함하는, 항공기의 임의의 전기 시스템을 포함할 수 있다. 특정 예시에서, 항공기는 VFG(212)에 의해 발생된 전력의 적어도 일부분을 저장할 수 있지만, 다른 예시도 항공기의 시스템에 동력을 공급하기 위해 VFG(212)에 의해 발생된 모든 전력을 활용할 수 있다. 따라서 특정 다른 예시에서 항공기 전력 시스템(218)은 보상 회로(222)를 통해 전력(232)을 통과시키는 회로와는 별도의 회로를 매개로 VFG(212)로부터 전력을 수신할 수 있다. 이러한 예시는 VFG(212)로부터 직접적으로 전력을 수신하고/도는 다른 필터를 통해 필터링된 VFG(212)로부터 전력을 수신할 수 있다.
필터 제어장치(220)는 예를 들어, 단일-코어 또는 다수-코어 프로세서 또는 마이크로 프로세서(226), 마이크로 컨트롤러, 논리 소자, 신호 처리 장치, 실행 가능 명령(예를 들어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 다른 명령)을 저장하기 위한 메모리, 및/또는 이곳에서 설명된 임의의 다양한 작동을 수행하기 위한 임의의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 다양한 예시에서, 필터 제어장치(220) 및/또는 그와 관련된 작동이 집합적으로 필터 제어장치(220)를 구성하기 위해 (예를 들어, 유선 또는 무선 연결을 통해 통신적으로 연결된) 단일 장치 또는 다수의 장치와 같이 구현될 수 있다.
필터 제어장치(220)는 메모리(224)를 집합적으로 구성하는 데이터 및 정보를 저장하기 위해 하나 이상의 메모리 구성요소 또는 장치를 포함할 수 있다. 메모리(224)는 휘발성 및 비-휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 이러한 메모리의 예시는 RAM, ROM, EEPROM, 플래쉬 메모리, 또는 다른 유형의 메모리를 포함할 수 있다. 특정 예시에서, 필터 제어장치(220)는 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)와 관련된 특정(characteristic)을 저장하기 위한, 뿐만 아니라 센서 및/또는 작동자(예를 들어, 승무원) 입력에 응답하는 제어 알고리즘의 구현 및 실행을 포함하는, 이곳에서 설명되는 다양한 방법 및 프로세스를 수행하기 위한, 메모리(224) 내에 저장된 명령을 수행하기 위해 맞춰질 수 있다.
특정 예시에서, 보상 회로(222)는 여기 신호(230)의 소정의 주파수 및/또는 주파수 범위를 필터링 하도록 구성될 수 있다. 보상 회로(222)의 다른 예시는 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)의 한계 순환 동작의 주파수를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 항공기는 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)의 비틀림 진동을 검출할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 그때 필터 제어장치(220)는 한계 순환 동작을 초래하는 주파수 및/또는 한계 순환 동작을 보상하기 위해 전력으로 부터 필터링된 주파수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 필터 제어장치(220)는 보상 회로(222)가 여기 신호(230)의 특정 주파수를 필터링 할 수 있도록 구성될 수 있고 여기 신호(230)의 상이한 주파수를 필터링 하기 위해 작동 동안 변경될 수 있다. 그 다음, 필터 제어장치(220)는 한계 순환을 나타내는 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)의 비틀림 진동의 검출시, 상이한 주파수의 필터링을 통해 순환하고 한계 순환을 제거하는 필터링된 주파수를 기록할 수 있다. 그 다음, 보상 회로(222)에 의한 이러한 주파수에서의 필터링이 유지될 수 있다.
특정 예시에서, 필터 제어장치(220)는 기어 트레인의 비틀림 진동의 위상(phase) 및 진폭(amplitude)을 결정할 수 있다. 일단 위상 및 진폭이 결정되면, 필터 제어장치(220)는 VFG(212)의 특성 및 비틀림 진동의 특성을 기초로 여기 신호(230)의 조정을 결정할 수 있다. 여기 신호(230)는 그렇게 조정될 수 있고, 조정된 여기 신호(230)가 여자기 회로(214)에 적용될 때, 발생된 자기장은 VFG(212)가 비틀림 진동으로부터 초래된 주파수 구성요소를 포함하지 않는 전력(232)을 생산하도록 VFG(212)와 상호작용한다. 특정 예시에서, 필터 제어장치(220)는 비틀림 진동에 응답하여 VFG(212)의 위상을 변화시킬 수 있다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 보상 회로(222)의 블록도를 나타낸다. 도 2b에서, 보상 회로(222)는 전압 레귤레이터(216), 2 스테이지 전압 레귤레이터(two stage voltage regulator), 및 필터 제어장치(220)를 포함한다.
제1 레귤레이터 스테이지에서, 공통 전압은 측정된 전압에 반해서 비교된다. 공통 전압(도 2b에서 VCMD)은 항공기 작동을 위한 목표 전압(target voltage)(예를 들어, 270 볼트 또는 임의의 다른 전압)이다. 공통 전압은 예를 들어, 필터 제어장치(220)로부터 수신 될 수 있다. 측정된 전압(도 2b에서 VEFF, 또한 VFG(212)의 "단자 전압(terminal voltage)"와 같이 지칭됨)은 공통 전압에 반하여 구별되고, 구별된 후에, 초기 조정 전압(initial regulated voltage)(예를 들어, 측정된 전압을 공통전압으로 정정(correct)한 결과)을 갖는 전력(예를 들어, 출력(228))이 제1 레귤레이터 스테이지에 제공된다. 특정 예시에서, 측정된 전압은 VFG(212)로부터의 출력과 같이 측정될 수 있다. 특정 예시에서, 측정된 전압은 교류 (AC) VFG(예를 들어, 삼상(three-phase) AC VFG)를 위해 거의 270 볼트인 전압일 수 있다.
제1 레귤레이터 스테이지는 측정된 전압을 임의의 유형의 레귤레이터를 이용해서 공통 전압으로 정정할 수 있다. 이러한 레귤레이터의 예시는 하나 이상의 AC 및/또는 DC 전압을 조절하도록 구성된 레귤레이터, 하나 이상의 다이오드(diode)와 직렬로 연결된 저항과 같은 전자 전압 레귤레이터(electronic voltage regulator), 피드백 전압 레귤레이터(feedback voltage regulator), 전기기계 레귤레이터(electromechanical regulator), PWN 정전압 레귤레이터(PWN static voltage regulator), 일정-전압 레귤레이터(constant-voltage regulator), 자동 전압 레귤레이터(automatic voltage regulator), DC 전압 안정장치(DC voltage stabilizer), 액티브 레귤레이터(active regulator), 전압 슬라이서(voltage slicer), 리졸버(resolver), 및/또는 다른 유형의 전압 레귤레이터를 포함한다. 초기 조정 전압은 추가 조정 출력 전압 및 추가 전류를 갖는 전력을 제공하기 위해 여자기 전류 IEX(예를 들어, 여자기 회로(214)에 제공되는 전류)에 반하여 합쳐지거나 또는 구별되는 제2 레귤레이터 스테이지에 의해 수신된다. 특정 예시에서, 여자기 전류 Iex는 외란 입력(disturbance input)이고, 제2 레귤레이터 스테이지는 여자기 전류 Iex의 효과를 조정하도록 구성된다. 추가 조정 출력 전압 빛 추가 전류는 그 다음에 필터 제어장치(220)에 출력된다.
특정 예시에서, 전압 레귤레이터(216)는 또한 VFG(212)로부터의 AC 전압이 여자기 회로(214)에 출력되기 전에 직류로 변형되도록 DQZ 변환(direct-quadrature-zero transformation)을 수행할 수 있다. 이와 같이, 여자기 회로(214)는 이러한 예시에서, 직류에 의해 동력이 제공되도록 구성될 수 있다. 설명한 바와 같이, 전압 레귤레이터(216)는 단일 입력 단일 출력 제어 시스템이다. 다른 예시는 다른 유형의 제어 시스템의 전압 레귤레이터를 포함할 수 있다.
필터 제어장치(220)는 전압 레귤레이터(216)으로 부터의 추가 조정 출력 전압 및 추가 전압을 수신할 수 있고 보상 신호를 적용함으로써 그것의 일부분(예를 들어, 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)의 고유 주파수와 관련된 전력의 구성요소에 대응하는 전력의 일부분)을 약화시킬 수 있다. 보상 신호의 적용은 따라서 VFG(212)에 의해 발생된 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)의 고유 주파수에 대응할 수 있는 주파수에서 전력의 구성요소를 방지 또는 최소화 할 수 있다. 이러한 주파수에서 여자기 회로(214)의 임의의 한계 순환의 증폭이 따라서 방지 및/또는 최소화 된다. 도 2b가 전압 레귤레이터(216) 뒤에 필터 제어장치(220)를 나타내지만, 다른 예시는 전압 레귤레이터(216)의 레귤레이터 스테이지 사이, 및/또는 전압 레귤레이터(216) 앞에와 같이, (예를 들어, 이러한 예시의 구성 및 요구에 따라 달라지는)다른 장소에 필터 제어장치(220)를 배치할 수 있다. 필터 제어장치(220)는 그 다음에 조정된 여기 신호(230)를 적어도, 여자기 회로(214)로 출력할 수 있다.
도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 항공기 추진기 전력 발생 시스템의 블록도를 나타낸다. 도 2c는 도 2a의 동력 장치(136), 기어 트레인(210), VFG(212), 및 여자기 회로를 포함한다. 도 2c에서, 여자기 회로(213)는 추가적으로 여자기(250) 및 필드 코일(252;field coil)을 포함한다. 여자기(250)는 (도 2c에서 보여지진 않지만, 도 2a에서 보여지는) 보상 회로(222)로부터의 여기 신호(230)를 수신할 수 있고 그 다음에 필드 코일(252)에 동력을 구동시킬 수 있다. VFG(212)는 스테터(240;stator) 및 로터(242;rotor)를 포함한다. 도 2c의 VFG(212) 및 여자기 회로(214)는 예시적인 목적을 위해 제공된다. 따라서, 다른 예시는 더 많거나 더 적은 다른 구성요소를 포함할 수 있고/또는 다른 구성으로 구성요소를 배열할 수 있다.
특정 예시에서, 여자기 회로(214)는 보상 회로(222)로부터 수신된 여기 신호(230)에 의해 제어된다. 보상 회로(222)는 VFG(212)로부터 전력(232)을 수신할 수 있다. 특정 예시에서, 여자기 회로(212)가 원하는 주파수에서 "깨끗한(clean)" 전력을 수신하는 것이 바람직 할 수 있다. VFG(212)로부터 수신된 전력(232)은 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)의 비틀림 진동에 기인하여 생산된 구성요소와 같이, 전력의 특히 원하지 않는 구성 요소(예를 들어, 원하는 주파수 이외의 특정 주파수에서의 구성요소)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기어 트레인(210)은 34 ㎐의 주파수를 갖는 한계 순환 동작을 보여줄 수 있고, 따라서 VFG(212)에 의해 생산된 전력(232)은 34 ㎐의 주파수에서 원하지 않는 구성요소를 포함할 수 있다. 그 다음에 보상 회로(222)는 전력(232)을 기초로 조정된 여기 신호(230)를 여자기 회로(214)에 제공하기 전에 전력을 "깨끗히(clean up)"하기 위해 34 ㎐의 주파수에서 전력(232)의 구성요소를 적어도 걸러낼 수 있다. 여자기 회로(214)가 전력을 생산하기 위해 VFG(212)와 상호작용하므로, 조정된 여기 신호(232)로 여자기 회로(214)에 동력을 구동시키면 VFG(212)에 의해 생산된 전력의 품질이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 발생을 위한 비틀림 진동의 효과를 감소시키기 위한 방법(300)을 설명하는 플로우차트이다. 도 3에서 설명된 방법(300)은 전압 레귤레이터(216)를 포함하는 항공기 추진기(100)와 같은 발전 장치에 의해 수행될 수 있다.
블록(302)에서, 기어 트레인(210)은 VFG(212)에 결합된다. 특정 예시에서 기어 트레인(210)은 직접 구동 기어 트레인일 수 있다. 블록(302)은 예를 들어, 항공기 추진기(100)의 제조, 항공기(50)의 제조, 항공기 추진기(100)의 제조, 또는 다른 기간 동안 수행될 수 있다.
블록(304)에서, 항공기 추진기(100)가 작동된다. 예를 들어, 항공기 추진기(100)의 동력 장치(136)가 기어 트레인(210)에 결합된 하나 이상의 샤프트를 돌리기(turn) 위해 작동될 수 있다. 기어 트레인(210)은 그 다음에 VFG(212)를 돌린다.
블록(306)에서, 전력(232)이 VFG(212)를 돌리고 여자기 회로(214)에 동력을 구동시킴으로써 발생된다. VFG(212)가 돌려질 때 여자기 회로(214)에 동력을 구동시키는 것이 자기장을 발생시킨다. 회전(rotate)하는 VFG(212)의 코일은 전력을 생산하기 위해 여자기 회로(214)에 의해 발생된 자기장과 상호작용한다. VFG(212)에 의해 생산된 전력의 일부분이 그 다음에 블록(312)에서 항공기 전기 시스템에 동력을 구동시키기 위해 제공되지만, 전력의 다른 일부분은 보상 회로(222)에 제공된다. 블록(308) 및 블록(310)에서 설명된- 바와 같이, 보상 회로(222)는 여자기 회로(214)에 동력을 구동시키는 여기 신호(230)를 발생 및/또는 조정할 수 있다. 여기 신호(230)는 VFG(212)에 의해 발생된 전력(232)을 기초로 할 수 있다.
블록(308)에서, 보상 회로(222)는 여기 신호(230)를 발생 및/또는 조정한다. 보상 회로(222)는 수신된 전력의 원하지 않는 구성 요소를 감소 및/또는 상쇄(cancel out)시키기 위해 보상 신호(예를 들어, 역 파형(inverse waveform))를 적용할 수 있다. 다른 예시는 물리적인 노치 필터를 포함할 수 있다. 조정된 여기 신호(230)는 블록(310)에서 여자기 회로(214)에 적용될 수 있다.
필터링되는 주파수는 블록(314)에서 결정될 수 있다. 특정 예시에서, 기어 트레인(210) 및 VFG(212)의 특성이 항공기 추진기(100)의 설계 및/또는 시험(testing)에서 모델링(model) 및/또는 결정될 수 있다. 예를 들어, 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)가 다양한 회전 속도에서 작동하도록 구성될 수 있지만, 기어 트레인(210) 및 VFG(212)의 비틀림 진동은 몇몇 또는 전체의 회전 속도에서 일어날 수 있다. 비틀림 진동은 정해진 주파수(set frequency)(예를 들어, 25 ㎐, 34 ㎐, 37 ㎐, 또는 68 ㎐)에서 진동이 있을 수 있고 이러한 진동의 주파수는 기어 트레인(210) 및/또는 VFG(212)의 회전 속도와는 독립적일 수 있다. 항공기 추진기(100)의 모델링 및/또는 시험은 이러한 진동 주파수를 식별(identify)할 수 있다.
다른 예시에서, 이러한 진동 주파수는 항공기 추진기(100)의 대상 실험(bench test) 및/또는 작동 동안 식별될 수 있다. 예를 들어, 보상 회로(222)는 대역 통과 필터를 포함할 수 있다. 항공기 추진기(100)의 개시(start-up) 및/또는 작동 동안, 대역 통과 필터는 선택적으로 여기 신호(230)의 특정 주파수 또는 주파수 범위를 통과시킬 수 있고 필터 제어장치(220)는 이러한 주파수 또는 주파수 범위로부터 초래된 한계 순환 동작을 검출할 수 있다. 한계 순환 동작이 분명해지기 위해 시간을 필요로 할 수 있으므로, 이러한 주파수 또는 주파수 범위는 일정 시간 동안 통과될 수 있다.
한계 순환 동작이 일정 시간동안 분명해지지 않는다면, 이러한 주파수 또는 주파수 범위는 한계 순환 동작을 초래하지 않도록 결정될 수 있고, 따라서, 노치 필터로 필터링될 필요가 없을 수 있다. 대역 통과 필터는 한계 순환 동작을 검출하기 위해 다른 주파수 및/또는 주파수 범위를 통과시키도록 허용할 수 있다.
한계 순환 동작이 검출되면, 이러한 주파수 및/또는 주파수 범위는 한계 순환 동작을 초래하도록 결정될 수 있고, 그 다음에 보상 회로(222)가 한계 순환 동작이 검출된 곳에서 주파수 및/또는 주파수 범위를 (예를 들어, 노치 필터로) 필터링 및/또는 약화시키도록 구성될 수 있다.
도 3에서 설명되는 방법(300)의 구현의 실시예에서, 항공기 추진기(100)의 기어 트레인(210)은 블록(302)에서 VFG(212)에 연결될 수 있다. 블록(304)에서, 항공기 추진기(100)를 보유하고 있는 항공기(50)가 모두 조립된 후에, 항공기(50)는 항공기 추진기(100)에 동력을 구동시킴으로써 블록(304)에서 작동될 수 있다.
항공기 추진기(100)의 코어 엔진(136)이 기어 트레인(210)을 회전시키고, 이는 그 다음에 VFG(212)를 회전시킴에 따라, 블록(304)에서 여자기 회로(214)가 동력을 공급받고 전력을 발생시키기 위해 VFG(212)의 코일과 상호작용할 수 있는 자기장을 발생시킬 수 있다. 항공기(50)의 전기 시스템은 발생된 전력(232)에 의해 동력을 공급받을 수 있다. VFG(212)에 의해 발생된 전력(232)은 또한 여자기 회로(214)에 동력을 구동시키기 위해 이용될 수 있다.
추가적으로, 기어 트레인(210)은 기어 트레인(210)의 낮은 감쇠에 기인하여 한계 순환 동작을 분명하게 할 수 있다. 한계 순환 동작은 기어 트레인(210)의 비틀림 진동을 포함할 수 있다. 비틀림 진동은 특정 주파수에서의 진동일 수 있고 진동의 이러한 주파수는 기어 트레인(210)의 회전 속도와는 독립적일 수 있다. 이와 같이, 기어 트레인(210)의 회전 속도가 빨라지거나 느려질 수 있지만, 기어 트레인(210)은 이러한 주파수에서 계속해서 진동할 수 있다. 이러한 비틀림 진동은 전력의 원하지 않는 구성요소로 발생된 전력(232)에서 분명해질 수 있다. 전력의 원하지 않는 구성요소는 특정 주파수(예를 들어, 34 ㎐)에서 전력(232)의 구성요소일 수 있다. 특정 예시에서, 전력(232)의 원하지 않는 구성요소는 전력(232)의 특정 구성요소(예를 들어, 특정 주파수에서 구성요소)의 정점(peak)과 같이 분명해질 수 있다. 따라서, 한계 순환 동작은 VFG(212)에 의해 발생된 전력의 품질을 감소로 이어질 수 있다.
이러한 한계 순환 동작의 특성은 블록(314)에서, 항공기 추진기(100)의 제조 및 작동 전에, 항공기 추진기(100)의 설계 동안 식별될 수 있다. 따라서, 항공기 추진기(100)의 설계 동안, 기어 트레인(210)의 비틀림 진동에 기인하여 전력(232)의 원하지 않는 구성요소의 주파수를 결정하기 위해 항공기 추진기(100)의 설계 동안, 항공기 추진기(100)의 시스템 특성이 모델링될 수 있다. 여기 신호(230)가 전력(232)을 기초로 함에 따라, 보상 회로(222)는 그 후에 전력의 원하지 않는 구성요소를 약화시키기 위해 여기 신호(230)를 조정하는 보상 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.
조정된 여기 신호(230)는 블록(308)에서 발생된다. 이렇게 조정된 여기 신호(230)는 블록(310)에서 여자기 회로(214)에 적용된다. 이와 같이, 여자기 회로(214)에 의해 수신된 여기 신호(230)는 원하지 않는 구성요소가 걸러진 여기 신호(230)일 수 있다. 여자기 회로(214)가 이렇게 조정된 여기 신호(230)에 의해 동력을 공급받음에 따라, VFG(212)에 의해 발생된 전력(232)의 품질이 향상될 수 있다. 따라서, 블록(306)에서 발생된 전력(232)의 품질이 향상될 수 있다.
도 4는 비틀림 진동 보상 시스템이 없는 항공기 추진 전력 발생 시스템의 모델링된 동작을 나타낸다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 진동 보상 시스템을 갖는 항공기 추진기의 모델링된 동작을 나타낸다. 도 4 및 도 5는 노치 필터가 없는 항공기 추진기의 작동의 모델과 노치 필터를 갖는 항공기 추진기의 작동의 모델을 비교해 나타낸다.
도 4 및 도 5에서, 맨 위의 그래프는, 도 2a에서 보여진 바와 같이 동력 장치(136)로부터 기어 트레인(210) 상에서의 외란 토크(torque disturbance)인, TE를 나타낸다. 이러한 비-제한적인 예시에서, TE는 최고 강도(full strength)에서 시작하고 최고 강도의 약 5% (0.05)로 점점 줄어드는 표준화된 신호(normalized signal)와 같이 보여지는 임펄스(impulse)이다. 중간의 그래프는 도 2a의 VFG(212)로부터의 토크인, TEGEN을 나타낸다. 맨 아래의 그래프는 도 2a의 여자기 회로(214)로부터의 여자기 토크인, TEEX를 나타낸다. 이러한 모든 그래프의 x-축은 초 단위의 시간 단위이다.
도 4는 비틀림 진동 보상 시스템이 없는 항공기 추진기의 반응을 나타낸다. 도 4의 맨 아래의 그래프에서 나타내는 바와 같이, 여자기 회로(214)에 의해 발생된 자기장과, VFG(212)의 회전에 영향을 주는 공진 기어 트레인(210) 사이의 상호작용으로 인한 항공기 추진기의 기어 트레인(210)의 한계 순환 동작 때문에 여자기 토크 공진이 발생한다. 거의 7 에서 8초 사이에, VFG(212)에 의해 생산된 전력의 양이 변경되어, 맨 밑의 그래프에서 보여지는 바와 같이, 생산된 전력의 갭(gap)으로 인해 여자기 토크의 공진의 부족을 초래된다. 이후에, 전력이 VFG(212)에 의해 다시 생산될 때, 여자기 토크의 공진이 돌아온다.
도 5의 모델은 효과적으로 노치 필터로 여기 신호(230)를 필터링하는 보상 회로(222)가 VFG(212)에 의해 발생된 전기를 조정하기 위한 모델로 보여지는 점에서 도 4의 모델과는 차이가 있다. 도 5에서 보여지는 바와 같이, 맨 밑의 그래프(TEEX)는 도 4에서 보여지는 공명이 VFG(212)가 도 4에서와 같은 시간에 동일한 지점에서 동일한 양의 전력을 발생시킴에도 불구하고 보상 회로(222)로 인하여 감소되는 것을 나타낸다.
도 4 및 도 5에서 보여지고 여기서 설명되는 바와 같이, 비틀림 진동 보상 시스템은 VFG에 의해 발생되고 여기 신호와 같이 제공되는 전력의 구성요소를 효과적으로 (예를 들어, 노치 필터로) 필터링하기 위해 보상 회로(222)를 활용한다. 이러한 방식으로 여기 신호를 조정하는 것은 기어 트레인 및/또는 VFG의 비틀림 진동의 증폭을 유도하는 피드백을 방지 및/또는 감소시키고, 따라서 전기 구성요소의 유효 소명을 증가시키고, 유지보수 필요를 감소시키고, 및/또는 VFG에 의해 발생된 전력의 품질을 향상시킨다.
추가적으로 본 발명은 다음 조항에 따른 예시를 구비하여 구성된다:
조항 1. 항공기 추진기(100)는: 관련된 비틀림 진동 주파수를 갖는 기어 트레인(210)에 결합된 가변 주파수 발생기(212)와;
기어 트레인(210)의 회전에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기(212)에 의해 전력(232)을 생산하기 위해 여기 신호(230)에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기(212)에서 자기장을 유도하는 가변 주파수 발생기(212); 및
가변 주파수 발생기(212)에 의해 제공되는 전력(232)에서 기어 트레인(210)의 비틀림 진동 주파수의 효과를 필터링 하기 위한 여기 신호(230)를 조정하기 위해 여자기 회로(214)에 전기적으로 결합된 보상 회로(222);를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 2. 조항 1에 있어서, 조정된 여기 신호(230)에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기(212)에서 유도되는 조정된 자기장이 기어 트레인(210)의 회전에 대한 응답으로 발생된 전력(232) 상에서 노치 필터링을 수행하는 것을 특징으로 한다.
조항3. 조항 1에 있어서, 보상 회로(222)는 기어 트레인(210)의 하나 이상의 특성을 기초로 여기 신호(230)을 조정하는 제어장치(220)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 4. 조항 3에 있어서, 하나 이상의 특성은 보상 회로(222)의 메모리에 저장되는 소정의 특성인 것을 특징으로 한다.
조항 5. 조항 3에 있어서, 보상 회로(222)는 하나 이상의 특성을 결정하기 위해 테스트 작동을 수행하는 제어장치(220)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 6. 조항 5에 있어서, 제어장치(220)는 기어 트레인(210)과 관련된 비틀림 진동 주파수를 식별하기 위해 복수의 가능한 비틀림 진동 주파수에 걸쳐 전력(232)을 효과적으로 필터링 시키는 여자기 회로(214)를 작동시키는 것을 특징으로 한다.
조항 7. 조항 1에 있어서, 관련된 비틀림 진동 주파수는 기어 트레인(210)의 고유 주파수를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 8. 조항 1에 있어서, 여자기 회로(214)는 자기장을 유도하기 위한 여기 신호(230)에 대한 응답으로 필드 코일(252)에 전류를 제공하기 위해 필드 코일(252)에 전기적으로 결합된 여자기(250)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 9. 조항 1에 있어서, 동력 장치(136); 및 가변 주파수 발생기(212)에 동력 장치(136)를 결합시킨 기어 트레인(210);을 더 구비하고, 기어 트레인(210)이 직접 구동 기어 트레인인 것을 특징으로 한다.
조항 10. 기어 트레인(210)을 갖는 가변 주파수 발생기(212)를 회전시키는 단계(304)로서, 기어 트레인(210)이 고나련된 비틀림 진동 주파수를 갖는 회전시키는 단계와;
여기 신호(230)에 대한 응답으로 여자기 회로(213)로 가변 주파수 발생기(212)에서 자기장을 유도하는 단계;
가변 주파수 발생기(212)로 전력을 발생시키고 보상 회로(222)로 전력(232)을 수신하는 단계(306);
보상 회로(222)로 여기 신호를 조정하는 단계(308); 및
가변 주파수 발생기(212)에 의해 제공되는 전력(232)에서 기어 트레인(210)의 비틀림 진동 주파수의 효과를 필터링하기 하기 위해 여자기 회로(214)에 조정된 여기 신호를 적용하는 단계(310);를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기(100)의 동력 장치(136)를 작동시키는 방법(300).
조항 11. 조항 10에 있어서, 조정된 여기 신호(230)에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기(212)에서 유도된 조정된 자기장이 기어 트레인(210)의 회전에 대한 응답으로 발생된 전력(232) 상에서 노치 필터링을 수행하는 것을 특징으로 한다.
조항 12. 조항 10에 있어서, 여기 신호(230)가 기어 트레인(210)의 하나 이상의 특성을 기초로 조정되는 것을 특징으로 한다.
조항 13. 조항 12에 있어서, 하나 이상의 특성이 소정의 특성인 것을 특징으로 한다.
조항 14. 조항 12에 있어서, 하나 이상의 특성을 결정하기 위해 테스트 작동을 수행하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
조항 15. 조항 14에 있어서, 테스트 작동이 기어 트레인(210)과 관련된 비틀림 진동 주파수를 식별하기 위해 복수의 가능한 비틀림 진동 주파수에 걸쳐 전력(232)을 효과적으로 필터링 시키는 여자기 회로(214)를 작동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
조항 16. 조항 10에 있어서, 관련된 비틀림 진동 주파수가 기어 트레인(210)의 고유 주파수를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 17. 조항 10에 있어서, 여자기 회로(214)가 자기장을 유도하기 위한 여기 신호(230)에 대한 응답으로 필드 코일(252)에 전류를 제공하기 위해 필드 코일(252)에 전기적으로 결합된 여자기(250)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 18. 조항 10에 있어서, 동력 장치(136)가 가변 주파수 발생기(212)를 회전시키기 위해 기어 트레인(210)을 회전시키고(304), 기어 트레인(210)이 직접 구동 기어 트레인인 것을 특징으로 한다.
조항 19. 항공기(50)는: 동체(170); 날개(172); 및 동체(170) 및/또는 날개(172)에 결합된 항공기 추진기(100)를 구비하고,
항공기 추진기(100)는: 동력 장치에 결합되고, 관련된 비틀림 진동 주파수를 갖는 기어 트레인(210),
기어 트레인(210)에 결합된 가변 주파수 발생기(212),
기어 트레인(210)의 회전에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기(212)에 의한 전력(232)을 발생시키기 위해 여기 신호(232)에 대한 반응으로 가변 주파수 발생기(212)에서 자기장을 유도하는 여자기 회로(214), 및
가변 주파수 발생기(212)에 의해 제공되는 전력(232)에서 기어 트레인(210)의 비틀림 진동 주파수의 효과를 필터링 하도록 여기 신호(230)를 조정하기 위해 여자기 회로(214)에 전기적으로 결합된 보상 회로(222)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
조항 20. 제 19항에 있어서, 조정된 여기 신호(230)에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기에서 유도된 조정된 자기장이 기어 트레인(210)의 회전에 대한 응답으로 발생된 전력(232) 상에서 노치 필터링을 수행하는 것을 특징으로 한다.
위에서 설명된 예시는 본 발명을 제한하지 않는다. 또한 다양한 수정 및 변형이 본 발명의 원리에 따라 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 오직 다음의 청구항에 의해서만 정의된다.
Claims (15)
- 관련된 비틀림 진동 주파수를 갖는 기어 트레인(210)에 결합된 가변 주파수 발생기(212)와;
기어 트레인(210)의 회전에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기(212)에 의해 전력(232)을 생산하기 위해 여기 신호(230)에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기(212)에서 자기장을 유도하는 가변 주파수 발생기(212); 및
가변 주파수 발생기(212)에 의해 제공되는 전력(232)에서 기어 트레인(210)의 비틀림 진동 주파수의 효과를 필터링 하기 위한 여기 신호(230)를 조정하기 위해 여자기 회로(214)에 전기적으로 결합된 보상 회로(222);를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기(100). - 제1항에 있어서, 조정된 여기 신호(230)에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기(212)에서 유도되는 조정된 자기장이 기어 트레인(210)의 회전에 대한 응답으로 발생된 전력(232) 상에서 노치 필터링을 수행하는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기.
- 제1항에 있어서, 보상 회로(222)는 기어 트레인(210)의 하나 이상의 특성을 기초로 여기 신호(230)을 조정하는 제어장치(220)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기.
- 제3항에 있어서, 하나 이상의 특성은 보상 회로(222)의 메모리에 저장되는 소정의 특성인 것을 특징으로 하는 항공기 추진기.
- 제3항에 있어서, 보상 회로(222)는 하나 이상의 특성을 결정하기 위해 테스트 작동을 수행하는 제어장치(220)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기.
- 제5항에 있어서, 제어장치(220)는 기어 트레인(210)과 관련된 비틀림 진동 주파수를 식별하기 위해 복수의 가능한 비틀림 진동 주파수에 걸쳐 전력(232)을 효과적으로 필터링 시키는 여자기 회로(214)를 작동시키는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기.
- 제1항에 있어서, 관련된 비틀림 진동 주파수는 기어 트레인(210)의 고유 주파수를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기.
- 제1항에 있어서, 여자기 회로(214)는 자기장을 유도하기 위한 여기 신호(230)에 대한 응답으로 필드 코일(252)에 전류를 제공하기 위해 필드 코일(252)에 전기적으로 결합된 여자기(250)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기.
- 제1항에 있어서,
동력 장치(136); 및
가변 주파수 발생기(212)에 동력 장치(136)를 결합시킨 기어 트레인(210);을 더 구비하고, 기어 트레인(210)이 직접 구동 기어 트레인인 것을 특징으로 하는 항공기 추진기. - 기어 트레인(210)을 갖는 가변 주파수 발생기(212)를 회전시키는 단계(304)로서, 기어 트레인(210)이 고나련된 비틀림 진동 주파수를 갖는 회전시키는 단계와;
여기 신호(230)에 대한 응답으로 여자기 회로(213)로 가변 주파수 발생기(212)에서 자기장을 유도하는 단계;
가변 주파수 발생기(212)로 전력을 발생시키고 보상 회로(222)로 전력(232)을 수신하는 단계(306);
보상 회로(222)로 여기 신호를 조정하는 단계(308); 및
가변 주파수 발생기(212)에 의해 제공되는 전력(232)에서 기어 트레인(210)의 비틀림 진동 주파수의 효과를 필터링하기 하기 위해 여자기 회로(214)에 조정된 여기 신호를 적용하는 단계(310);를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기(100)의 동력 장치(136)를 작동시키는 방법(300). - 제10항에 있어서, 조정된 여기 신호(230)에 대한 응답으로 가변 주파수 발생기(212)에서 유도된 조정된 자기장이 기어 트레인(210)의 회전에 대한 응답으로 발생된 전력(232) 상에서 노치 필터링을 수행하는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기의 동력 장치를 작동시키는 방법.
- 제10항에 있어서, 여기 신호(230)가 기어 트레인(210)의 하나 이상의 특성을 기초로 조정되는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기의 동력 장치를 작동시키는 방법.
- 제12항에 있어서, 하나 이상의 특성이 소정의 특성인 것을 특징으로 하는 항공기 추진기의 동력 장치를 작동시키는 방법.
- 제12항에 있어서, 하나 이상의 특성을 결정하기 위해 테스트 작동을 수행하는 단계를 더 갖추어 이루어지고, 테스트 작동은 기어 트레인(210)과 관련된 비틀림 진동 주파수를 식별하기 위해 복수의 가능한 비틀림 진동 주파수에 걸쳐 전력(232)을 효과적으로 필터링 시키는 여자기 회로(214)를 작동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 추진기의 동력 장치를 작동시키는 방법.
- 제10항에 있어서, 관련된 비틀림 진동 주파수가 기어 트레인(210)의 고유 주파수를 구비하고;
여자기 회로(214)가 자기장을 유도하기 위한 여기 신호(230)에 대한 응답으로 필드 코일(252)에 전류를 제공하기 위해 필드 코일(252)에 전기적으로 결합된 여자기(250)를 구비하며;
동력 장치(136)는 가변 주파수 발생기(212)를 회전시키기 위해 기어 트레인(210)을 회전시키고(304), 기어 트레인(210)이 직접 구동 기어 트레인인 것 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 항공기 추진기의 동력 장치를 작동시키는 방법.
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