KR20240009383A - 항공기의 파워 분배 네트워크 내 시간 가변 전기 부하 공유 - Google Patents

항공기의 파워 분배 네트워크 내 시간 가변 전기 부하 공유 Download PDF

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KR20240009383A
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Abstract

항공기의 전력 시스템(300)의 전력 분배 네트워크(306)는 시간 가변 방식으로 복수의 서로 다른 부분 부하 공유 모드를 순차적으로 채택하도록 작동되며, 이는 전력 분배 네트워크의 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성들 사이를 순차적으로 스위칭함으로써, 연관된 전기 부하들(A, BB, CC, DD)에 대하여 전력 소스들(A, B, C, D)을 가로지르는 부분 부하 공유를 제공하며, 각각의 부분 부하 공유 구성은 부분 부하 공유 모드들 중 특정 하나에 연관된다.

Description

항공기의 파워 분배 네트워크 내 시간 가변 전기 부하 공유
본 발명은 일반적으로 항공기용 전력 시스템(electrical power system)에 관한 것이며, 그러한 전력 시스템을 갖는 항공기에 관한 것이다. 예를 들어, 항공기는 전방 날개 또는 카나드(canard) 날개들을 따라 그리고 후방 날개 또는 주 날개를 따라 분포된 다중 양력(lift)/추력(thrust) 유닛들을 갖는 카나드 유형의 항공기일 수 있다. 전력 시스템은 복수의 양력/추력 유닛들 및 복수의 플랩 액추에이터들 중 적어도 하나와 같은 복수의 전기 부하(electrical load)들, 복수의 축전지들 또는 배터리 유닛들과 같은 복수의 전력 소스(electrical power source)들, 및 전력 소스들을 전기 부하들과 연결하도록 구성된 전력 분배 네트워크(electrical power distribution network)를 포함하며, 각 전기 부하는 전력 분배 네트워크의 적어도 하나의 연관된 파워 레인(power lane)을 통해 적어도 하나의 연관된 전력 소스에 의해 구동될 수 있다. 본 발명은 또한 항공기의 전력 시스템을 작동하는 방법에 관한 것이다.
항공기는 일반적으로 고정익과 회전익으로 분류될 수 있다. 고정익 항공기는 일반적으로 제어 가능하게 위치할 때 한 목적지에서 다른 목적지로 항공기의 이동을 안내하는 복수의 비행 조종면(flight control surface)들을 포함하다. 항공기에 포함된 비행 조종면들의 수와 유형은 다를 수 있다. 기본 비행 조종면은 일반적으로 피치, 요 및 롤 축을 기준으로 항공기 움직임을 제어하는 데 사용되는 표면이다. 보조 비행 조종면은 일반적으로 항공기의 양력이나 항력(또는 둘 다)에 영향을 미치는 데 사용되는 표면이다. 일반적인 1차 비행 조종면에는 엘리베이터, 에일러론 및 방향타가 포함되며, 일반적인 2차 비행 조종면에는 다수의 플랩, 슬랫, 속도 브레이크 및 스포일러가 포함된다.
헬리콥터와 같은 회전익 항공기는 일반적으로 양력을 생성하는 에어포일과 분리된 비행 제어 표면이 없지만, 회전익을 구성하는 에어포일에는 피치 및 롤에 대한 주기적 제어와 양력에 대한 집합적 제어가 있다.
또한, 항공기의 횡단축 또는 피치축에 대해 회전 가능하게 장착된 추진 엔진을 기반으로 수직 이착륙 능력을 갖는 항공기가 알려져 있다. 추진 엔진은 순항 비행 위치와 이륙/착륙 위치 사이에서 제어 가능하게 이동할 수 있다. 순항 위치에서 엔진은 전방 추력을 제공하고 공기를 통한 항공기의 움직임은 적절한 비행 조종면을 통해 제어된다. 이륙/착륙 위치에서는 추진 엔진이 아래쪽으로 기울어져 있어 엔진에서 제공하는 추력에 따라 수직 이착륙이 가능하다.
수직 이착륙 기능을 갖추고 전기 구동 덕트형 프로펠러를 추진 엔진으로 사용하는 이러한 유형의 항공기는 본 출원인 릴리움 이에어크래프트 게엠베하(Lilium eAircraft GmbH)가 US 2016/0023754 A1 및 US 2016/0311522 A1 공보와 동일한 특허 계열의 추가 공보에 따라 제안한 바 있다. 한편, 본 출원인은 릴리움(Lilium) 제트기로 표시되는 항공기를 개발하였는데, 이는 카나드형 항공기이며, 전기적으로 작동되는 덕트형 프로펠러 형태의 복수의 좌측 전방 엔진, 복수의 우측 전방 엔진, 복수의 좌측 후방 엔진 및 복수의 우측 후방 엔진을 구비하여 카나드형 항공기의 좌측 및 우측 전방 날개 및 좌측 및 우측 후방 또는 주 날개의 각각의 플랩에 장착되는 것을 특징으로 하는 항공기를 개발하였다. 이 릴리움 제트기의 첫 시험 비행은 2019년 10월 1일에 수행되었다.
수직 이착륙 능력을 갖고 전기적으로 작동하는 또 다른 유형의 항공기가 US 2020/0010187 A1에 알려져 있다. 항공기는 각각 2개의 독립적인 권선(winding)들을 갖는 전기 모터를 포함하는 복수의 추진 어셈블리들을 가지며, 따라서 전기 모터는 이중 공급 유형이다. 복수의 축전지 유닛은 전기 모터에 쌍으로 연결되어 각 전기 모터의 제1 권선은 축전지 유닛 중 하나를 기반으로 구동될 수 있고 각 전기 모터의 제2 권선은 축전지 유닛 중 다른 하나를 기반으로 구동될 수 있다. 내결함성(fault tolerance)을 달성하는 것을 목표로 하는 다양한 전력 시스템 아키텍처가 공개된다. 제1 실시예에 따르면, 6개의 전기 모터와 6개의 축전지 유닛이 링 구조로 배열되어 각 축전지 유닛이 2개의 전기 모터에 전력을 공급하고 각 전기 모터가 2개의 축전지 유닛으로부터 전력을 공급받는다. 제2 실시예에 따르면, 6개의 전기 모터와 4개의 축전지 유닛이 이중 구조로 배열되어, 각 축전지 유닛은 3개의 전기 모터에 전력을 공급하고 각 전기 모터는 2개의 배터리 유닛으로부터 전력을 공급받는다. 제3 실시예에 따르면, 6개의 전기 모터와 6개의 축전지 유닛이 헥사그램 구조로 배열되어 각 축전지 유닛이 2개의 전기 모터에 전력을 공급하고 각 전기 모터가 2개의 배터리 유닛으로부터 전력을 공급받는다. 제4 실시예에 따르면, 6개의 전기 모터와 4개의 축전지 유닛이 별형 구조로 배열되어, 각 축전지 유닛이 3개의 전기 모터에 전력을 공급하고, 각 전기 모터가 2개의 배터리 유닛으로부터 전력을 공급받는다. 제5 실시예에 따르면, 6개의 전기 모터와 4개의 축전지 유닛이 스타 아키텍처로 배열되어, 각 축전지 유닛은 3개의 전기 모터에 전력을 공급하고, 각 전기 모터는 2개의 배터리 유닛으로부터 전력을 공급받는다. 제6 실시예에 따르면, 6개의 전기 모터와 4개의 축전지 유닛이 메쉬 구조로 배열되어, 각 축전지 유닛은 3개의 전기 모터에 전력을 공급하고, 각 전기 모터는 2개의 배터리 유닛으로부터 전력을 공급받는다. 메시 아키텍처에 따르면, 축전지 유닛의 제1 쌍은 연관된 제1 전기 모터의 권선 둘 모두를 공통으로 구동하고, 축전지 유닛의 제2 쌍은 연관된 제2 전기 모터의 권선 모두를 공통으로 구동한다.
이러한 종류의 항공기 및 기타 모든 유형의 항공기의 경우 기술적 결함에 대한 회복력은 가장 중요한 측면 중 하나이며 이는 항공기의 전력 분배 네트워크에도 실질적으로 연관된다.
항공기와 같이 안전이 중요한 애플리케이션을 위한 전력 분배 네트워크는 모두 본질적인 모순을 안고 있다. 분리는 결함(fault) 전파를 방지하지만 통합은 전력 소스들을 가로지르는 효율적인 부하 공유를 허용하다. 일반적인 접근 방식에는 한 레인에 대한 전기적 결함을 포함하지만 소스들을 가로지르는 부하 공유의 이점을 누리지 못하는 분리된 "파워 레인들"이 포함된다. 통합을 사용하는 모든 접근 방식은 전기적 결함이 전체 네트워크에 전파되어 일시적 또는 정상 상태 전력 중단을 유발하기 때문에 본질적으로 안전하지 않은 것으로 간주된다. 따라서 안전이 중요한 애플리케이션을 위한 일반적인 전력 분배 네트워크는 엄격하게 분리 경로를 따르므로 통합의 이점을 놓치게 된다.
기존 접근 방식에 따르면 결함 발생에 대한 응답으로 특정 통합이 도입되어 이러한 결함를 보상할 수 있다. 예를 들어, 기존 항공기 전기 시스템은 전자 기계 릴레이를 사용하여 통합을 제공하지만 안전 허용 오차가 감소하므로 시스템 결함이 발생한 후에만 배치된다.
현재 상황과 요구 사항에 따라 전력 분배 네트워크의 연관된 부분들 사이에서 전력 전송을 활성화 및 비활성화하기 위해 전력 분배 네트워크에서 솔리드-스테이트 및 전기 기계 스위칭(switching) 디바이스들을 사용하는 것이 알려져 있다.
또한, 단락이 발생했을 때 전기 배선 및 전기 부하를 하류(downstream)에서 보호하기 위해 전력 분배 네트워크에서 솔리드-스테이트 및 전자 기계식 회로 차단기와 같은 솔리드-스테이트 및 전자 기계식 회로 보호 디바이스(solid-state and electromechanical circuit protection device, SPD")들을 사용하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 "SSPC"라고 불리는 "솔리드-스테이트 파워 컨트롤러" 또는 "솔리드-스테이트 파워 컨트롤러들"을 항공기의 전력 분배 네트워크를 포함한 전력 분배 네트워크의 회로 보호 디바이스들로 사용하여 기존의 전기 기계식 회로 차단기 또는 "구식" 퓨즈를 대체하는 것으로도 알려져 있다.
솔리드-스테이트 파워 컨트롤러(Solid-State Power Controller, SSPC)는 퓨즈나 다른 종류의 회로 차단기와 같은 회로 보호 디바이스이므로 단락이 발생할 경우 하류의 전기 배선 및 전기 부하를 보호하기 위한 것이다. 기존의 전기 기계 디바이스들(퓨즈 및 회로 차단기)에 비해 SSPC는 단락이 발생했을 때 더 빨리 열리고, 더 가볍고 더 적은 부피를 사용할 수 있으며, 소프트웨어로 재설정할 수 있다는 점(유지 관리를 위해 수동으로 액세스하거나 예비 퓨즈를 휴대할 필요가 없음) 등 여러 가지 장점이 있습니다, 전류 및 전압 트립 정격 측면에서 매우 유연하고, 휴면 결함을 방지하기 위해 자체 테스트가 가능하며, 전기 시스템의 상태에 대한 데이터를 기록할 수 있고, 스위칭 디바이스 기능을 포함한 추가 기능을 수행할 수 있다는 점 등이 있다. 이를 위해 SSPC에는 마이크로 컨트롤러, 상위 제어 엔티티와의 데이터 통신을 위한 통신 인터페이스, 각 부하 채널의 적어도 하나의 전기 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 기능을 갖춘 하나 또는 복수의 부하 채널, 각 부하 채널 내에 적어도 하나의 금속 산화막 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 적어도 하나의 바이폴라 트랜지스터(BJT), 실리콘-제어 정류기(SCR) 및 트라이액(Triac)과 같은 솔리드-스테이트 스위치가 포함된다. 마이크로컨트롤러는 각각의 부하 채널을 통해 각각의 부하로 흐르는 전류를 포함하는 적어도 하나의 전기적 조건을 모니터링하고 전기 트립 조건이 발생하는 경우, 예를 들어 감지된 전류가 특정 임계값을 초과하는 경우 솔리드-스테이트 스위치가 열리도록 명령한다. 다양한 유형의 전기적 결함을 처리하기 위해 복수의 전기 트립 조건을 설정할 수 있다.
적어도 하나의 전기 시스템 컨트롤러(ESC)를 갖는 차량 관리 시스템(Vehicle Management System, VMS)으로부터 더 많은 수의 SSPC (예: > 40 SPP)의 중앙 집중식 제어를 위해 최적화된 계층적 아키텍처와 같은 다양한 SSPC 배포 아키텍처가 알려져 있다. 제어는 2차 파워 분배 유닛(Secondary Power Distribution Units, SPDU)들의 연관된 SSPC들과 함께 그룹화되는 솔리드-스테이트 파워 매니저(Solid State Power Manager, SSPM)들을 통해 이루어진다. 잘 알려진 덜 계층적인 아키텍처는 일반적으로 차량 관리 시스템(VMS)에서 더 적은 수의 SSPC (예: < 40 SPP)를 중앙 집중식으로 제어하는 데 사용된다. SSPC는 1차 파워 분배 유닛(Primary Power Distribution Unit, PPDU)들로 그룹화된다. SSPC 분배 아키텍처는 차량 관리 시스템(VMS)에 최소 두 대의 전기 시스템 컨트롤러(Electric System Controller, ESC)를 포함하고 각 2차 파워 분배 유닛(SPDU)에 최소 두 대의 솔리드-스테이트 파워 매니저(SSPM)들을 포함함으로써 이중화를 제공할 수 있다.
다양한 전기 부하들 또는 항공기 디바이스들에 파워를 공급하기 위한 축전지 또는 축전지 유닛 형태의 복수의 전력 소스들을 갖는 전기 구동 항공기의 전력 시스템의 경우, 이러한 파워 소스들의 불균형 방전은 바람직하지 않으며 문제가 발생할 수 있다. 또한 비행 범위는 축전지의 불균형 방전으로 인해 부정적인 영향을 받을 수 있다. 항공기의 고성능을 달성하기 위해, 적어도 양력/추력 유닛의 구동력을 증가시켜야 하는 비행 기동과 같은 특정 상황에서 복수의 독립적인 파워 소스들에 의해 각각의 전기 부하 또는 복수의 양력/추력 유닛과 같은 항공기 디바이스가 구동될 수 있는 것이 유리하다.
전술한 내용을 고려하여, 본 발명의 목적은 효율적인 방식으로 전기적 결함에 대한 실질적인 복원력을 달성할 수 있는 항공기용 전력 시스템 및 해당 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 증가된 구동력 및 달성 가능한 비행 거리를 요구하는 비행 기동과 관련하여 높은 항공기 성능을 가능하게 하는 항공기용 전력 시스템 및 해당 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 축전지 또는 축전지 유닛 형태의 파워 소스들을 균일하게 방전시킬 수 있는 항공기용 전력 시스템 및 해당 작동 방법을 제공하는 것이다.
이들 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위해, 본 발명은 복수의 전기 부하들, 복수의 전력 소스들, 및 상기 전력 소스들과 상기 전기 부하들을 연결하도록 구성된 전력 분배 네트워크를 포함하여, 각 전기 부하는 상기 전력 분배 네트워크의 적어도 하나의 연관된 파워 레인을 통해 적어도 하나의 연관된 전력 소스에 의해 구동 가능하다.
상기 전력 분배 네트워크는 복수의 스위칭 가능 또는 차단 가능한 파워 링크들을 갖는 회로 스위칭 배열, 및 회로 보호 배열 중 적어도 하나를 포함하고, 각 파워 링크는 2개의 연결 포트들을 갖고, 각 파워 링크는, 상기 연결 포트들 중 하나에 연결된 구동 파워 레인 또는 구동 파워 레인 섹션으로부터 상기 연결 포트들 중 다른 하나에 연결된 피구동 파워 레인 또는 피구동 파워 레인 섹션으로 전력을 전송하기 위해, 제1 작동 모드에서 상기 연결 포트들을 연결하도록 구성되고, 상기 구동 파워 레인 또는 구동 파워 레인 섹션 및 상기 피구동 파워 레인 또는 피동력 파워 레인 섹션 사이의 상기 파워의 전송을 방지하기 위해, 제2 작동 모드에서 상기 연결 포트들 간의 연결을 중단하도록 구성된다.
상기 전력 분배 네트워크는, 상기 전력 분배 네트워크에 의해 순차적으로 채택되는 복수의 상이한 부분 부하 공유 모드들에 따라, 상기 전력 분배 네트워크의 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성을 순차적으로 스위칭함으로써, 시간 가변적인 방식으로 연관된 전기 부하에 대한 전력 소스들에 대한 부분 부하 공유를 제공하도록 구성되며, 각 부분 부하 공유 구성은 부분 부하 공유 모드 중 특정 하나에 연관된다.
상기 복수의 전력 소스들 중 적어도 하나의 전력 소스들 그룹의 각 전력 소스는 상기 상이한 부분 부하 공유 모드들 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2 개에 연관되고, 상기 복수의 전기 부하들 중 적어도 하나의 전기 부하들 그룹의 각 전기 부하는 상기 상이한 부분 부하 공유 모드들 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2 개에 연관되고, 각 부분 부하 공유 모드에는 복수의 전력 소스들 및 복수의 전기 부하들이 연관되어, 상기 전력 소스들 및 상기 전기 부하들은 하나의 공통 부하 공유 그룹 또는 상기 별개의 부분 부하 공유 모드의 복수의 분리된 부하 공유 그룹들을 형성하도록, 상기 전력 분배 네트워크가 구성되고, 상기 전력 분배 네트워크(306)는, 상기 별개의 부분 부하 공유 모드를 채택할 때, 상기 연관된 공통 부하 공유 그룹의 상기 전기 부하들에 대해 상기 연관된 공통 부하 공유 그룹의 상기 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유를 제공하고, 상기 분리된 부하 공유 그룹들의 각각에 대해 별도의 부분 부하 공유를 제공하며, 이는, 상기 분리된 부하 공유 그룹들을 가로지르는 임의 부하 공유 없이, 이 별개의 분리된 부하 공유 그룹의 상기 전기 부하들에 대해 각 별개의 분리된 부하 공유 그룹의 상기 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유이다.
제안된 전력 시스템은 통합된 전력 네트워크와 분리된 전력 네트워크의 주요 장점을 결합할 수 있다. 전력 소스들을 가로지르는 부분 부하를 공유하면 네트워크의 파워 레인들 간에 의도적인 통합이 달성된다. 원칙적으로 통합 전력 분배 네트워크의 장점 중 전부 또는 적어도 대부분은 네트워크 전체를 완전히 통합할 필요 없이 달성된다. 제안된 부분 통합은 축전지와 같은 소스들을 가로지르는 부하 공유에 특히 유리한 것으로 보인다.
전력 분배 네트워크는 적어도 하나의 정상 작동 모드 및 적어도 하나의 전기적 결함 완화 작동 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 이러한 점에서, 전력 분배 네트워크는 정상 작동 모드에서 상이한 부분 부하 공유 모드를 순차적으로 채택하도록 구성되는 것이 추가로 제안된다. 따라서, 전력 분배 네트워크는 정상 작동 모드에서 전력 소스를 가로지르는 제안된 부분 부하 공유를 제공한다.
전기적 결함 완화 모드에서 전력 분배 네트워크는, 바람직하게는, 전기적 결함을 포함하는 전력 분배 네트워크의 네트워크 부분이 제2 작동 모드를 가정하는 적어도 하나의 파워 링크에 의해 전력 분배 네트워크의 적어도 하나의 다른 네트워크 부분으로부터 격리되도록, 전기적 결함 격리를 제공한다. 제안된 전력 시스템은 통합된 전기 네트워크뿐만 아니라 전기적 결함에 대한 복원력 달성과 연관된 분리된 전기 네트워크의 장점을 결합할 수 있다. 항공기의 정상 비행 작동에서 가정된 정상 작동 모드에서 네트워크의 파워 레인들 간 부분 통합을 순차적으로 변경하면 전력 소스들을 가로지르는 효율적인 부분 부하 공유가 가능하다. 전기적 결함이 발생하는 경우, 전력 분배 네트워크는 관련 파워 레인들 간의 분리를 제공하고 이에 따라 전기적 결함을 격리하는 전기적 결함 완화 작동 모드를 가정한다.
본 발명에 기초하여, 시간차를 두고 부분으로 통합된 전기 네트워크가 달성되어, 기존의 인식에 따르면 통합 접근 방식이 항공과 같이 안전이 중요한 응용 분야에서는 안전하지 않은 것으로 간주되지만, 통합 접근 방식으로 인해 발생하는 모든 이점을 항공기의 정상적인 작동에 본질적으로 제공한다.
이에 따라, 본 발명의 전력 시스템은 항공기의 정상 작동 시 분리된 파워 레인들을 사용하여 특정 전기 부하를 특정 전력 소스들에 취소할 수 없이 할당하는 항공기의 기존 전력 분배 네트워크와 실질적으로 구별된다. 이러한 할당으로 인해 소스에 대한 전력 수요가 균일하지 않게 되며, 이는 특히 배터리 전기 자동차/항공기 애플리케이션의 경우 차선책이다. 둘째, 파워 레인 장애가 발생하면 전기 부하에 대한 공급 연속성을 제공하기 위해 특정 통합을 도입하여 분리를 중단해야 하다. 이러한 분리 손실로 인해 안전 마진이 감소하다.
본 발명에 따르면, 복잡하게 다른 접근이 추구된다. 복수 또는 모든 전력 소스들과 복수 또는 모든 전기 부하들은 복수 부분 부하 공유 구성에 따라 부분으로 통합되거나 시간 가변 방식으로 함께 연결되며, 이는 소스들을 가로지르는 부하 공유에 최적화되어 소스들에 대한 균일한 전력 수요를 제공한다. 이러한 소스들을 부분 부하 공유 구성들에 적절하게 연결함으로써 전력 소스들 역할을 하는 축전지가 균일하게 방전되는 것을 달성할 수 있다. 모든 전기적 결함은 전파되기 전에 안전하게 격리되며, 결함이 소멸된 후에는 통합을 안전하게 재설정하고 네트워크가 정상 작동으로 돌아갈 수 있다. 소스들과 부하들을 부분 부하 공유 구성들에 적절하게 연결함으로써 즉각적인 결함 격리에 의존하지 않고도 정상 작동 시 전기적 결함에 대한 복원력을 제공할 수도 있다.
표준 통합 네트워크와 비교하여 복수의 부분 부하 공유 구성 내의 결함 격리는 표준 통합 네트워크에서와 같이 많은 전력 소스들이 결함을 공급하는 경우와 달리 부분으로 통합되고 이에 따라 부분으로 분리된 파워 분배 네트워크에서 결함을 더 쉽게 진압할 수 있기 때문에 더 쉽고 빠르게 결함을 진압할 수 있다. 또한 부분 부하 공유 구성들 간의 순차적 스위칭은 어떤 파워 레인이나 소스 또는 부하가 전기적 결함의 직접적인 영향을 받는지 식별하는 데 도움이 된다.
바람직한 실시예에 따르면, 전기적 결함 완화 모드에서도 이점을 얻기 위해 전력 소스들을 가로지르는 부분 부하 공유가 사용된다. 이와 관련하여, 상기 전력 분배 네트워크는, 상기 전력 분배 네트워크가 순차적으로 채택하는 복수의 상이한 부분 결함 격리 부하 공유 모드에 따라, 상기 전력 분배 네트워크의 복수의 상이한 부분 결함 격리 부하 공유 구성을 순차적으로 스위칭하고, 각각의 부분 결함 격리 부하 공유 구성이 부분 결함 격리 부하 공유 모드 중 특정 하나에 연계되어 전기적 결함 격리를 제공함으로써, 상기 전력 분배 네트워크가 전기적 결함 완화 모드에서 연계된 전기 부하들에 대한 부분 부하 공유를 제공하도록 구성될 수 있는 것이 제안된다.
이러한 전력 소스들을 가로지르는 부분 부하 공유는 정상 작동 모드에서 전력 소스들을 가로지르는 부분 부하 공유와 유사하게 정전 완화 모드에서 전력 소스들과 전기 부하들을 부하 공유 모드 및 부하 공유 그룹에 다른 방식으로 연관시켜 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 전력 분배 네트워크는 전기적 결함에 의해 직접적으로 영향을 받지 않는 상기 적어도 하나의 전력 소스 그룹 중 복수의 또는 모든 전력 소스들이 각각 상이한 부분 결함 격리 부하 공유 모드 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 두 가지에 연결되도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 전기 부하 그룹 중 복수의 또는 모든 전기 부하들이 상이한 부분 결함 격리 부하 공유 모드 중 적어도 하나에 연결되도록 구성되고, 각 부분 결함 격리 부하 공유 모드가 연결된 것을 특징으로 하는 전력 분배 네트워크를 제안한다, 전기적 결함의 직접적인 영향을 받지 않는 전기 부하는 각각 상이한 부분 결함 격리 부하 공유 모드 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 둘에 연결되고, 각 부분 결함 격리 부하 공유 모드는 복수의 전력 소스들 및 복수의 전기 부하들을 연결하여, 전력 소스들 및 전기 부하들이 각각의 부분 결함 격리 부하 공유 모드의 하나의 공통 결함 격리 부하 공유 그룹 또는 복수의 분리된 결함 격리 부하 공유 그룹을 형성하는 것을 특징으로 한다. 전력 분배 네트워크가 각각의 부분 결함 격리 부하 공유 모드를 채택할 때, 전력 분배 네트워크는 연관된 공통 결함 격리 부하 공유 그룹의 전기 부하에 대해 연관된 공통 결함 격리 부하 공유 그룹의 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유를 제공하고, 또는 각 분리 결함 격리 부하 공유 그룹에 대해 별도의 부분 부하 공유를 제공하는데, 이는 분리 결함 격리 부하 공유 그룹에 대한 부하 공유 없이 각 분리 결함 격리 부하 공유 그룹의 전기 부하에 대한 각 분리 결함 격리 부하 공유 그룹의 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유이며, 적어도 하나의 전력 소스 또는/또는 적어도 하나의 전기 부하가 전기적 결함 격리를 달성하기 위한 부하 공유에서 제외되는 경우이다.
원하는 경우, 동일한 종류의 복수의 전기 부하들이 전기 부하 그룹을 형성할 수 있다. 대안적으로, 상이한 종류의 복수의 전기 부하들이 전기 부하 그룹을 형성할 수도 있다. 그러한 종류의 복수의 다른 그룹들이 제공될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 전력 분배 네트워크는 모든 전기 부하에 대해 모든 전력 소스들을 가로지르는 순차적으로 되는 복수의 상이한 부분 부하 공유 모드에 따라 부분 부하 공유를 제공하도록 구성된다.
전력 분배 네트워크의 구조와 구조 및 파워 레인들의 배치에 관한 제한은 없다. 바람직한 접근에 따르면, 상기 전력 분배 네트워크는 제1 종류의 복수의 파워 레인들을 포함할 수 있으며, 상기 제1 종류의 각 파워 레인은 상기 제1 종류의 다른 파워 레인과 연관되지 않은 적어도 하나의 연관된 전력 소스를 가지며, 상기 제1 종류의 각 파워 레인은 상기 제1 종류의 다른 파워 레인과 연관되지 않은 적어도 하나의 전기 부하를 가지고, 상기 적어도 하나의 전력 소스가 상기 제1 종류의 다른 파워 레인을 통한 구동을 반드시 포함하지 않고 상기 제1 종류의 각 파워 레인을 통해 상기 적어도 하나의 전기 부하를 구동할 수 있도록 하기 위해, 적어도 하나의 연관된 전력 소스가 적어도 하나의 연관된 전기 부하와 제1 종류의 각 파워 레인을 통해 연결되거나 연결될 수 있도록 한다. 전술한 종래의 접근 방식에 따르면, 이러한 제1 종류 파워 레인은 항상 또는 항공기의 정상 작동 중에 서로 분리될 것이다.
복수의 제1 종류 파워 레인들 간의 부분 통합은 제1 종류 파워 레인 외에 다른 종류의 파워 레인을 구비함으로써 달성될 수도 있다. 이와 관련하여, 제1 종류의 복수의 파워 레인은, 적어도 하나의 제2 종류의 파워 레인을 통해 제1 종류의 파워 레인들 사이에 전력을 전송함으로써, 제1 종류의 파워 레인의 적어도 하나의 그룹에 연관된 또는 제1 종류의 모든 파워 레인들에 연관된 전기 부하와 관련하여 제1 종류의 전력 소스들을 가로지르는 부분 부하 공유를 가능하게 하기 위한 전력 분배 네트워크의 연결 레인 배열을 통해 연결되거나 연결 가능한, 제2 종류의 하나 또는 복수의 파워 레인들을 포함하는 연결 레인 어레인지먼트를 제안한다.
연결 레인 어레인지먼트는 제1 종류의 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 제1 종류의 파워 레인과 연관되는 적어도 하나의 연결 레인을 포함할 수 있으며, 상기 연결 레인은, 제1 종류의 각각의 파워 레인과 연관되는 제2 종류의 각각의 파워 레인을 통해 연결 레인과 연결되거나 연결 가능한 것을 유리하게 포함할 수 있다.
연결 레인 어레인지먼트는 바람직하게는, 제2 종류의 하나 또는 복수의 제2 종류의 파워 레인을 포함할 수 있으며, 제2 종류의 각 파워 레인은 제1 종류의 2개의 파워 레인들과 연관되어 있고, 제1 종류의 2개의 파워 레인들은 제2 종류의 파워 레인을 통해 연결되거나 연결될 수 있으며, 제2 종류의 파워 레인을 통해 제1 종류의 2개의 파워 레인들 사이에 전력을 전송함으로써, 제1 종류의 2개의 파워 레인들에 연관된 전기 부하와 관련하여 제1 종류의 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유가 가능하도록 한다. 이러한 점에서, 제 2 종류의 파워 레인을 통한 제 1 종류의 두 파워 레인 사이의 전력 전송은 반드시 제 2 종류의 다른 파워 레인을 통한 전력 전송을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
제1 종류 및 제2 종류의 파워 레인들은 다양한 방식으로 또는 다양한 유형에 따라 배열될 수 있다. 일반적으로, 전력 분배 네트워크는, 제1 종류의 복수의 파워 레인과 연관되는 방식으로 제1 종류의 복수의 파워 레인들과 연관되는 제2 종류의 파워 레인을 2개, 3개 또는 그 이상으로 구성하고, 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인들의 각각은 제2 종류의 각 파워 레인을 통해 적어도 하나의 다른 제1 종류의 파워 레인과 연결되거나 연결 가능한 것이 적절할 것이다.
이와 관련하여, 제1 종류의 상기 복수의 파워 레인들 각각 또는 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인들의 하위 그룹이 각각의 파워 레인을 통해 연결되거나 연결될 수 있는 것이 제1 구현 접근에 따라 추가로 제안된다. 제2 종류는 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인 중 다른 두 개 또는 상기 제1 종류의 파워 레인의 하위 그룹과 연결되어 링 토폴로지(ring topology)의 전기 부하들을 가로지르는 부분 부하 공유가 가능해진다.
추가로 또는 대안적으로 구현된 제2 구현 접근에 따르면, 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인 중 2개의 파워 레인 또는 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인의 하위 그룹의 2개의 파워 레인이 각각의 파워 레인을 통해 연결되거나 연결될 수 있는 것이 제안된다. 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인들 중 단 하나의 다른 파워 레인과, 또는 상기 제1 종류의 파워 레인의 하위 그룹과 또는 서로와의, 상기 복수의 파워 레인들의 서로의 파워 레인과, 상기 복수의 파워 레인들의 서로의 파워 레인은 제1 종류 또는 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인들 중 상기 하위 그룹 중 하나 또는 복수의 다른 파워 레인들이 제공되는 경우, 각각의 제2 종류의 파워 레인을 통해 2 개의 다른 파워 레인들과 연결되거나 연결 가능 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인들 또는 상기 제1 종류의 파워 레인의 하위 그룹 중, 상기 제2 종류의 모든 파워 레인들을 따라 라인 토폴로지(line topology)의 전기 부하들을 가로지르는 부분 부하 공유가 가능하도록 한다. 여기에는 제2 종류 파워 레인을 통해 서로 연결되거나 접속 가능한 제1 종류 파워 레인이 2개만 제공되는 경우도 포함된다.
제1 및 제2 구현 방법에 대안적으로 또는 제1 및 제2 구현 방법 중 하나 또는 둘 모두와 함께 구현되는 제3 구현 방법에 따르면, 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인들 또는 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인들의 하위 그룹의 하나의 파워 레인은, 스타 토폴로지(star topology)에서 전기 부하들을 가로지르는 부분 부하 공유가 활성화되도록, 제2 종류의 각 파워 레인을 통해 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인 또는 상기 제1 종류의 파워 레인의 하위 그룹의 적어도 3개의 다른 파워 레인과 연결되거나 연결 가능한 것이 제안된다. 이들 적어도 3개의 다른 파워 레인들 각각은 원한다면 언급된 라인 토폴로지에 따른 복수의 파워 레인들을 포함하는 파워 레인 라인의 시작 파워 레인일 수 있다.
제3 구현 방식의 바람직한 변형에 따르면, 연결 레인 배열의 연결 레인 또는 연결 레인은 제2 종류의 각각의 파워 레인과 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인들의 적어도 3개의 파워 레인들 또는 상기 제1 종류의 파워 레인의 하위 그룹을 통해 연결되거나 연결 가능한 것이 제안되며, 스타 토폴로지에서 전기 부하들 간의 부분 부하 공유가 활성화된다. 이들 적어도 3개의 다른 파워 레인들 각각은 원한다면 언급된 라인 토폴로지에 따라 복수의 파워 레인들을 포함하는 파워 레인 라인의 시작 파워 레인일 수도 있다.
제3 구현 방식의 변형은 제1 종류의 파워 레인 대신 연결 레인이 스타 토폴로지의 허브 또는 중심 역할을 하므로 이 허브 또는 중심이 전기적 결함의 직접적인 영향을 받을 가능성이 매우 낮다는 점에서 상당한 이점이 있다. 이 허브 또는 센터는 제1 종류의 연관된 파워 레인들 중 하나로부터 보호될 수 있으며 제2 종류의 각 파워 링크에 의해 여기에서 발생할 수 있는 모든 전기적 결함로부터 보호될 수 있다. 이를 통해 제1 종류의 파워 레인 중 하나에 직접적인 영향을 미치는 전기적 결함이 발생하더라도 부분 부하 공유를 유지할 수 있다.
바람직하게는, 제1 종류의 파워 레인들은 각각 제1 작동 모드에서 제1 종류의 파워 링크를 통해 연관된 최종 하나의 전력 소스으로부터 연관된 적어도 하나의 전기 부하로 전력을 전송하는 것을 허용하고, 제2 작동 모드에서 제1 종류의 파워 링크를 통해 연관된 최종 하나의 전력 소스로부터 연관된 적어도 하나의 전기 부하로 전력을 전송하는 것을 억제하는, 제1 종류의 파워 링크를 포함한다.
이러한 제1 종류의 파워 링크는 본질적으로 퓨즈 또는 전기 기계 또는 솔리드-스테이트 회로 보호 디바이스와 같은 기존의 회로 차단기에 해당할 수 있으며, 단락이 발생할 때 전기 배선 및 전기 부하를 하류에서 보호하는 역할을 한다. 따라서, 제1 종류의 각각의 파워 링크는 전기적 결함을 나타내는 적어도 하나의 사전 설정되거나 미리 설정 가능한 전기 트립 조건에 응답하여 자신의 작동 모드를 제1 작동 모드로부터 제2 작동 모드로 변경하도록 구성될 수 있다.
제1 종류 파워 링크는 미리 정해진 하나 또는 복수의 전기적 트립 조건에 따라 트립되도록 구성될 수 있다. 해당 기술 분야에 알려진 임의의 적절한 전기 트립 조건이 구현될 수 있다. 이러한 구현은 기존의 퓨즈 및 회로 차단기와 같은 하드웨어에서 구현될 수 있으며, 제조업체에서 구현한 트립 곡선 세트와 같이 전기적 트립 조건이 미리 정의되어 있으므로 트립 곡선을 변경하려면 디바이스를 주문할 때 디바이스의 부품 번호를 변경해야 한다.
예를 들어, 적어도 하나의 미리 결정된 전기 트립 조건은 i) 제1 종류의 파워 링크를 통해 전달되고 미리 결정된 전류 트립 임계값을 초과하는 전류 및 ii) 미리 결정된 기준 시간 구간 내에 제1 종류의 파워 링크를 통해 소멸되고 미리 결정된 전기 i2t 트립 임계값을 초과하는 에너지를 나타내는 i2t 양 중 적어도 하나를 포함할 수 있다
바람직한 구현에 따르면, 제1 종류의 각 파워 링크는 전력 분배 네트워크의 전기 기계 또는 솔리드-스테이트 회로 보호 디바이스, 예를 들어 전기 기계 또는 솔리드-스테이트 회로 차단기에 의해 제공된다. 솔리드-스테이트 디바이스들이 선호된다. 제1 종류 파워 링크가 전력 분배 네트워크의 하나 또는 복수의 솔리드-스테이트 전력 컨트롤러(SSPC들)에 의해 실현되는 것을 배제해서는 안 된다.
전력 분배 네트워크가 부분 통합을 제공하는 구성과 부분 분리를 제공하는 구성을 가정할 수 있도록 하기 위해, 제2 종류의 파워 레인은 각각 제2 종류의 파워 링크를 포함하고, 제1 작동 모드에서 이 제2 종류의 파워 링크를 통해 제1 종류의 파워 레인들 사이 전력 전송을 허용하고, 제2 작동 모드에서 이 제2 종류의 파워 링크를 통해 제1 종류의 파워 레인들 사이 전력 전송을 억제하는 것이 제안된다.
유리하게도, 제2 종류의 각 파워 링크는 전력 분배 네트워크의 연관된 전기 기계 또는 솔리드-스테이트 회로 스위칭 디바이스에 의해 제공될 수 있다. 원칙적으로는 적절한 컨트롤러의 제어 하에 작동되는 간단한 스위칭 디바이스를 사용할 수 있다. 그러나, 예를 들어 상이한 부분 부하 공유 구성 간의 스위칭 외에 추가 또는 대체 기능을 제공해야 하는 경우와 같이 전력 분배 네트워크의 하나 또는 복수의 솔리드-스테이트 파워 컨트롤러(SSPC)가 파워 링크 또는 제2 종류의 파워 링크를 실현하는 것을 배제해서는 안 된다.
일반적으로, 전력 분배 네트워크는 적어도 하나의 컨트롤러, 바람직하게는 적어도 하나의 상위 컨트롤러를 포함하며, 이 컨트롤러는 제2 종류의 파워 링크가 제1 및 제2 작동 모드 사이를 스위칭하도록 제어하도록 구성되어, 전력 분배 네트워크가 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성 사이 또는 복수의 상이한 부분 결함 격리 부하 공유 구성 사이에서 순차적으로 스위칭되도록 하는 것이 적절할 것이다. 이 컨트롤러는 또한 전력 분배 네트워크에서 전기적 결함의 발생을 감지하고 전기적 결함 완화 작동 모드를 가정하도록 네트워크를 제어하도록 구성될 수 있다.
언급된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위해, 본 발명은 복수의 전기 부하들, 복수의 전력 소스들 및 전력 소스와 전기 부하를 연결하도록 구성된 전력 분배 네트워크를 포함하여, 각 전기 부하가 전력 분배 네트워크의 적어도 하나의 연관된 파워 레인을 통해 적어도 하나의 연관된 전력 소스에 의해 구동될 수 있도록 하는 항공기의 전력 시스템을 작동하는 방법을 더 제공한다. 전력 분배 네트워크는, 파워 링크의 제1 작동 모드에서 각 파워 레인을 통한 전력 전송을 가능하게 하고, 파워 링크의 제2 작동 모드에서 각 파워 레인을 통한 전력 전송을 방지하기 위해, 전력 분배 네트워크의 각 파워 레인 내에 제공되는 복수의 스위칭 가능 또는 차단 가능한 파워 링크를 포함한다.
이 방법은, 전력 분배 네트워크의 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성을 순차적으로 스위칭하여, 각 부분 부하 공유 구성이 부분 부하 공유 모드 중 특정 하나에 연관된 전력 소스들을 가로지르는 부분 부하 공유를 제공하는 복수의 상이한 부분 부하 공유 모드를 시간 가변 방식으로 순차적으로 채택하도록 전력 분배 네트워크를 작동시키는 것을 포함한다.
상기 복수의 전력 소스들 중 적어도 하나의 전력 소스들 그룹의 각 전력 소스은 상이한 부분 부하 공유 모드들 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 두 개에 연결되고, 상기 복수의 전기 부하들 중 적어도 하나의 전기 부하들 그룹의 각 전기 부하는 상이한 부분 부하 공유 모드들 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 두 개에 연결되며, 각 부분 부하 공유 모드에는 복수의 전력 소스들 및 복수의 전기 부하들이 연결되어, 전력 소스들 및 전기 부하들이 하나의 공통 부하 공유 그룹 또는 각 부분 부하 공유 모드의 복수의 분리된 부하 공유 그룹을 형성하도록 하고, 여기서, 상기 전력 분배 네트워크는, 각각의 부분 부하 공유 모드를 채택하도록 운영될 때, 연관된 공통 부하 공유 그룹의 전기 부하에 대하여 연관된 공통 부하 공유 그룹의 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유를 제공하거나, 분리된 부하 공유 그룹에 대한 별도의 부분 부하 공유를 제공하는데, 이는 분리된 부하 공유 그룹을 가로지르는 부하 공유 없이 이 각각의 분리된 부하 공유 그룹의 전기 부하에 대하여 각 각각의 분리된 부하 공유 그룹의 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유이다.
본 발명의 방법은 본 발명의 전력 시스템과 관련하여 위에서 설명한 부분 부하 공유를 통해 기존 분리 접근 방식의 장점과 기존 통합 접근 방식의 장점을 조합한 것이다.
상기 방법은, 상기 전력 분배 네트워크의 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성들 사이를 순차적으로 전환함으로써, 연관된 전기 부하와 관련하여 상기 전력 소스들을 가로지르는 상기 부분 부하 공유를 제공하는 적어도 하나의 정상 작동 모드에서 상기 전력 분배 네트워크를 작동시키는 것을 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 전기적 결함을 포함하는 전력 분배 네트워크의 네트워크 부분이 제2 작동 모드를 가정하는 적어도 하나의 파워 링크에 의해 전력 분배 네트워크의 적어도 하나의 다른 네트워크 부분으로부터 격리되도록 전기적 결함 격리를 제공하는 적어도 하나의 전기적 결함 완화 작동 모드에서 전력 분배 네트워크를 작동시키는 것을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법은 본 발명의 전력 시스템과 관련하여 전술한 바와 같이, 대상물에 대해서도 종래의 분리 접근의 장점과 종래의 통합 접근의 장점을 결합하여 중대한 결함에 대한 안전성을 손상시키지 않는 것을 제공한다.
이와 관련하여, 본 발명은 복수의 상이한 부분 결함 격리 부하 공유 모드를 시간 가변적으로 순차적으로 채택하는 전기적 결함 완화 작동 모드에서 전력 분배 네트워크를 작동시키는 단계를 더 포함하고, 이는 전력 분배 네트워크의 복수의 상이한 결함 격리 부하 공유 구성들 사이에 순차적으로 스위칭하여, 연관된 전기 부하들에 대해 전력 소스들을 가로지르는 부분 결함 격리 부하 공유를 제공하고, 각 부분 결함 격리 부하 공유 구성은 부분 결함 격리 부하 공유 모드들 중 특정 모드에 연관된다. 상기 적어도 하나의 그룹의 전력 소스들, 상기 복수 또는 전부의 전력 소스들은, 전기적 결함에 의해 직접적으로 영향을 받지 않고, 각각은 상기 적어도 하나, 바람직하게는 상기 상이한 부분 결함 격리 부하 공유 모드 중 적어도 하나, 바람직하게는 상기 적어도 하나의 그룹의 전기 부하에 연관되고, 상기 전기적 결함에 의해 직접적으로 영향을 받지 않는 상기 복수 또는 전부의 상기 전기 부하들은, 각각이 적어도 하나, 바람직하게는 상기 상이한 부분 결함 격리 부하 공유 모드들 중 적어도 2 개에 연관되고, 각 부분 부하 결함 격리 공유 모드에는 연관된 복수 전력 소스들 및 복수 전기 부하들이 있고, 상기 전력 소스들 및 전기 부하들이 별개의 부분 결함 격리 부하 공유 모드의 하나의 공통 부하 공유 그룹 또는 복수의 분리 부하 공유 그룹을 형성하도록 하고, 상기 전력 분배 네트워크는, 상기 각각의 부분 부하 공유 모드를 채택하도록 작동될 때, 상기 연관된 공통 결함 격리 부하 공유 그룹의 전기 부하에 대하여 상기 연관된 공통 결함 격리 부하 공유 그룹의 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유를 제공하거나, 또는 상기 분리된 결함 격리 부하 공유 그룹 각각에 대해 별도의 부분 부하 공유를 제공하는 것을 포함하고, 이는 분리된 결함 격리 부하 공유 그룹 간의 부하 공유 없이 이 분리된 결함 격리 부하 공유 그룹의 전기 부하와 관련하여 각 분리된 결함 격리 부하 공유 그룹의 전력 소스들을 가로지르는 부하를 공유한다. 이 방법은 적어도 하나의 전력 소스 및/또는 적어도 하나의 전기 부하가 전기적 결함 격리를 달성하기 위해 부하 공유에서 제외되는 전기적 결함에서 전력 분배 네트워크를 작동하는 단계를 포함하다.
전력 시스템의 전력 분배 네트워크는 각각 제1 종류의 파워 링크를 각각 포함하는 제1 종류의 파워 레인을 포함할 수 있다. 또한, 전력 시스템의 전력 분배 네트워크는 각각 제2 종류의 파워 링크를 각각 포함하는 하나 또는 복수의 제2 종류의 파워 레인을 포함할 수 있다. 제1 종류의 각 파워 레인은 적어도 하나의 연관된 전력 소스와 적어도 하나의 연관된 전기 부하를 연결할 수 있으며, 적어도 하나의 연관된 전력 소스가 반드시 제1 종류의 다른 파워 레인을 통한 구동을 포함하지 않고도 적어도 하나의 연관된 전기 부하를 구동할 수 있도록 한다. 또한, 제2 종류의 각 파워 레인은 제1 종류의 파워 레인들 사이에서 전력의 전송을 가능하게 하기 위해, 제1 종류의 파워 레인들 사이의 전력 전송들을 가능하게 하기 위해, 제1 종류의 이들 파워 레인들에 연관된 전력 소스들을 가로지르는 부분 부하 공유가 달성될 수 있다.
이러한 전력 분배 네트워크와 관련하여, 상기 방법은 전기적 결함 완화 모드에서 전기적 결함을 격리하기 위해, 제2 종류의 파워 링크들 중 하나 또는 복수의 작동 모드를 제1 작동 모드에서 제2 작동 모드로 변경하는 것을 더 유리하게 포함할 수 있다.
이러한 전력 분배 네트워크와 관련하여, 상기 방법은 전기적 결함 완화 모드에서 전기적 결함을 격리하기 위해, 제2 종류의 파워 링크들 중 하나 또는 복수의 작동 모드를 제1 작동 모드에서 제2 작동 모드로 변경하는 것을 더 유리하게 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 다수의 배터리 소스를 사용하는 전력 분배 네트워크에 부하 공유 능력을 빌려주는 방법을 제공하면서, 전기적 결함이 전력 분배 네트워크를 가로질러 안전하지 않게 전파될 수 있는 이러한 수준의 통일을 피한다. 이점을 위해 네트워크의 여러 네트워크 레인을 부분 부하 공유에 할당할 수 있으며 다단계 스위칭 접근 방식을 구현하여 전기적 결함 전파를 방지하면서 안전한 부하 공유를 허용할 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법에 따라 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 항공기용 일반 전력 시스템을 제공한다.
본 발명의 전력 시스템 및 전력 시스템을 작동하는 방법은 원칙적으로 모든 종류의 항공기에 적용되거나 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명은 설명된 바와 같은 전력 시스템을 포함하거나 설명된 바와 같은 본 발명의 방법에 따라 작동하도록 구성되는 전력 시스템을 포함하는 항공기를 제공한다. 이 항공기는 바람직하게는 단일 조종사 항공기, 수직 이착륙 능력을 갖는 항공기 및 카나드 유형의 항공기 중 적어도 하나이다. 또한, 이전 논의로부터 다음과 같이 항공기는 바람직하게는 전기 동력 항공기이다.
바람직한 구현예에 따르면, 전력 시스템은 항공기의 안전한 비행 작동을 유지하기 위해 중요한 관련성을 갖는 항공기 디바이스의 형태로 공통 유형의 전기 부하의 적어도 하나의 그룹을 포함할 수 있으며, 상기 항공기 디바이스들은 상기 항공기의 동체 및 상기 항공기의 날개들 중 하나 또는 둘 다에 다수의 및 구성으로 배열되어, 상기 항공기의 결함들에 대한 복원력을 달성하여, 상기 공통 유형의 상기 항공기 디바이스들 중 적어도 두 개를 각각 포함하는 복수의 항공기 디바이스들의 다양한 하위 그룹들이 상기 항공기의 비행 능력 및 제어 가능성을 위태롭게 하지 않으면서 결함될 수 있다.
일반적인 유형의 항공기 디바이스는 항공기의 전기 동력 양력/추력 유닛들일 수 있다.
이점을 위해, 또는 각각의 별개의 하위 그룹의 항공기 디바이스들은 전력 시스템의 전력 분배 네트워크의 하나의 특정 공통 파워 레인에 연관되고, 예를 들어, 이러한 공통 파워 레인을 통해 공통적으로 주행 가능하고, 상기 또는 각각의 별개의 하위 그룹의 항공기 디바이스들은 상기 항공기의 동체 및 상기 항공기의 날개들 중 하나 또는 둘 다에 대칭적으로 분포된 방식으로 배열되고, 공통 파워 레인에 직간접적으로 영향을 미치고 이 하위 그룹의 항공기 디바이스의 결함을 초래하는 전기적 결함이 항공기의 비행 능력과 제어 가능성을 위험에 빠뜨리지 않도록 한다.
전력 분배 네트워크의 각각의 특정 공통 파워 레인은 전술한 바와 같이 제1 종류의 파워 레인일 수 있다. 전술한 바와 같이 복수 또는 모든 하위 그룹을 가로지르는 부분 부하 공유는 제2 종류의 파워 링크에 의해 활성화될 수 있다.
바람직하게는, 항공기 디바이스 각각은 적어도 하나 또는 복수의 상이한 부분 부하 공유 모드들과 연관되어, 항공기 디바이스들은 별개의 부분 부하 공유 모드의 하나의 공통 부하 공유 그룹 또는 복수의 분리된 부하 공유 그룹들을 형성한다. 이와 관련하여, 상기 항공기 디바이스들은 상이한 부분 부하 공유 모드들에 연관되어 상기 각각의 하나의 공통 부하 공유 그룹 또는 상기 각각의 복수 분리 부하 공유 그룹들을 형성하고, 상기 상이한 부분 부하 공유 모드들 각각에 대해, 상기 공통 부하 공유 그룹 또는 상기 복수의 분리된 부하 공유 그룹들 각각의 항공기 디바이스들이 대칭적으로 분산되어 배치되어 제공된다 항공기의 동체 및 항공기의 날개 중 하나 또는 둘 다에서, 각각의 공통 부하 공유 그룹 또는 각각의 분리된 부하 공유 그룹의 항공기 디바이스에 직접 또는 간접적으로 영향을 미치고 항공기 디바이스의 결함을 초래하는 전기적 결함은 항공기의 비행 능력 및 제어 가능성을 위태롭게 하지 않는다.
이 제안에 따르면, 예를 들어 전기 부하 또는 전력 소스의 단락으로 인해 발생하는 공통 부하 공유 그룹 또는 복수의 분리 부하 공유 그룹의 결함은 항공기의 비행 능력 및 제어 가능성을 위험에 빠뜨리지 않는다.
그러한 전기적 결함이 감지되면, 항공기 전력 분배 네트워크의 결함 완화 작동 모드가 활성화될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 결함 완화 작동 모드는 전기적 결함을 격리하는 수정된 방식으로 부분 부하 공유를 계속하도록 제공한다. 예를 들어, 전기적 결함의 영향을 받는 특정 부하 공유 그룹 또는 분리된 부하 공유 그룹은 전기적 결함 완화 작동 모드에서 추가적인 부분 부하 공유에서 제외될 수 있다. 보다 적절하게는, 전기 부하 또는/및 전력 소스가 전기적 결함의 근원이 되고 또는 파워 레인, 특히 제1 파워 레인은 전기적 결함 완화 작동 모드에서 추가의 부분 부하 공유로부터 배제될 수 있다.
도 1는 조종사를 위한 사용자 인터페이스를 갖는 항공기의 비행 제어 시스템, 이중화 비행 제어 컴퓨터 시스템, 항공기 디바이스를 비행 제어 컴퓨터 시스템과 연결하는 전자 또는 광전자 버스 시스템을 개략적으로 도시하며, 여기서 항공기 디바이스는 항공기의 전력 시스템(도시되지 않음)에 속한다.
도 2는 VTOL 능력을 갖는 단일 파일럿 항공기로서 실현될 수 있고, 본 발명에 따른 항공기 디바이스 및 항공기 디바이스에 전력을 공급하는 전력 소스를 포함하는 전력 시스템을 구비할 수 있는 제1 변형형의 카나드형 항공기에 대한 개략적인 하향도이다.
도 3은 도 1은 VTOL 능력을 갖는 단일 조종사 항공기로서 실현될 수 있고 본 발명에 따른 전력 시스템이 제공될 수 있는 제2 변형의 카나드형 항공기에 대한 개략적인 평면도이다.
도 4는 하위 도 4a)와 하위 도 4b)에서 2 가지 유형의 양력/추력 유닛들을 개략적으로 보여주며, 도 4a)에 표시된 바와 같이 플랩에 장착되거나 플랩과 통합된 3개의 추진 엔진을 갖거나 ,도 4b)에 표시된 바와 같이 플랩에 장착되거나 플랩과 통합된 1개의 추진 엔진을 갖는다.
도 5는 도 5a), 도 5b), 도 5c) 및 도 4의 양력/추력 유닛을 각각의 항공기 날개와 함께 측면도에서, 날개에 대한 플랩의 4개의 상이한 편향 각도로 도시한다.
도 6은 항공기의 일반적인 전력 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 7은 제1 종래의 접근을 예시하는 파워 분배 네트워크(power distribution network)를 갖는 항공기의 전력 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 8은 제 2 및 제 3 종래의 접근을 예시하는 파워 분배 네트워크를 갖는 항공기의 전력 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 9는 도 8의 종래의 접근에 대한 변형을 예시하는 항공기의 전력 시스템을 개략적으로 보여준다.
도 10은 항공기의 전력 시스템의 전력 분배 네트워크에 적합한 라인 토폴로지를 개략적으로 예시하며, 이에 기초하여 본 발명이 구현될 수 있다.
도 11은 도 10에 따른 네트워크 토폴로지의 제1 변형을 개략적으로 예시한다.
도 12는 도 10에 따른 네트워크 토폴로지의 제2변형형을 개략적으로 예시한다.
도 13은 항공기의 전력 시스템의 전력 분배 네트워크에 적합한 링 토폴로지를 개략적으로 예시하며, 이에 기초하여 본 발명이 구현될 수 있다.
도 14는 항공기의 전력 시스템의 전력 분배 네트워크의 적합한 스타 토폴로지를 개략적으로 예시하며, 이에 기초하여 본 발명이 구현될 수 있다.
도 15는 항공기의 전력 시스템의 전력 분배 네트워크의 적합한 스타 토폴로지를 개략적으로 예시하며, 이는 특히 유리하고 이에 기초하여 본 발명이 구현될 수 있다.
도 16은 하위 도 16a)에 도 2에 따른 카나드형 항공기의 단순화된 버전을 개략적으로 도시하고, 하위 도 16b)에서 항공기의 전력 시스템의 바람직하지 않은 구성을 예시하고, 하위도 16c)에서 항공기의 전력 시스템의 원하는 구성을 예시한다.
이하에서는 종래의 전력망 분리뿐만 아니라 종래의 전력망 통합의 주요 이점을 유리하고 상승적인 방식으로 달성하기 위한 "제1 접근" 및 "제2 접근"이 설명되며, 이 중 "제2 접근"만이 본 발명의 접근이며, 따라서 "제2 접근"을 구현하기 위해 주어진 예들은 본 발명의 비제한적인 예시적인 실시예들이다. "제1 접근"과 "제1 접근"을 구현하기 위해 제공된 예들은 비교 목적과 본 개시 내용을 완성하기 위한 목적으로만 제공된다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 전력 시스템을 갖도록 설계될 수 있는 항공기에 대한 비제한적인 예를 도시한다.
도 1은 항공기의 비행 제어 시스템(10)에 대한 비제한적인 예를 개략적으로 도시하고 예시한다. 비행 제어 시스템은 종래의 개념, 특히 중복성을 제공하는 개념에 따라 실현될 수 있는 비행 제어 컴퓨터 시스템(12)을 갖는다. 예를 들어, 3개의 리던던트 비행 제어 컴퓨터(12a, 12b 및 12c)를 갖는 종래의 삼중 아키텍처가 있는데, 이는 한편으로는 파일럿 사용자 인터페이스와 중복적으로 연결될 수 있고, 다른 한편으로는 조종사의 명령에 기초하여 제어될 항공기의 요소 및 장치이다. 종래의 중복 개념에 대한 예로는 US 7,337,044 B2, US 8,935,015 B2 및 US 8,818,575 B2를 들 수 있다.
도 1에서, 항공기의 다양한 컴포넌트들은 요소들 14 내지 20에 의해 개략적으로 표현되며, 이는 센서들, 액추에이터들(예를 들어, 플랩들 등과 같은 비행 제어 표면들을 제어가능하게 이동시키기 위한 액추에이터들과 같은), 추진 엔진 등과 같은, 적절한 제어 버스 시스템을 통해 비행 제어 컴퓨터 시스템(12)에 의해 제어되고 모니터링될 수 있는 추진 엔진 등을 나타낼 수 있고, 예를 들어 CAN 버스 시스템(22)을 들 수 있다.
비행 제어 시스템(10)은 파일럿 사용자 인터페이스를 더 포함하는데, 이는 좌측 사이드스틱 장치(30a) 및 우측 사이드스틱 장치(30b), 사이드스틱 센서 어셈블리(38a)를 구비한 좌측 사이드스틱(32a)을 갖는 좌측 사이드스틱 장치 및 사이드스틱 센서 어셈블리(38a)를 구비한 우측 사이드스틱(32b)를 갖는 우측 사이드스틱 장치를 포함할 수 있다. 비행 제어 컴퓨터 시스템(12)은 전자 또는 광학 연결 링크(42a 및 42b)를 통해 파일럿 사용자 인터페이스로부터 제어 신호를 수신할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명이 적용될 수 있고 도 1에 도시된 바와 같은 비행 제어 시스템(10)을 가질 수 있는 두 개의 카나드형 항공기를 비제한적인 예로서 도시한다. 카나드형 항공기(200)는 항공기의 동체(203)의 후미 부분에 고정된 좌측 후미 또는 주 날개(202)와 고정된 우측 후미 또는 주 날개(204)를 구비하고, 항공기의 동체의 전방 부분에 고정된 좌측 전방 또는 카나드 날개(206) 및 고정된 우측 전방 또는 카나드 날개(208)를 포함한다. 각 날개에는 각각 복수의 플랩(210, 212, 214 및 216)들의 어레이가 제공된다. 예를 들어, 전방 날개 또는 카나드 당 최소 6 개의 플랩들 및 후미 날개 또는 주 날개 당 최소 12 개의 플랩들이 제공 될 수 있다.
도 2의 도시된 실시예는 전방 날개 또는 카나드 당 2개의 플랩 및 후미 날개 또는 주 날개 당 4개의 플랩을 가지며, 도 3의 도시된 실시예는 전방 날개 또는 카나드 당 6개의 플랩 및 후미 날개 또는 주 날개 당 12개의 플랩을 갖는다.
양 실시예들의 플랩들은 각각의 날개에 피벗가능하게 또는 이동 가능하게 장착되고, 각각의 전동 액추에이터 배열에 의해, 바람직하게는 각각의 플랩에 대해 서로 독립적으로 피벗 운동 성분과 함께 피벗할 수 있거나 피벗 축에 대해 피벗가능하게 또는 이동 가능하게 장착될 수 있다. 각 플랩은 상부의 제1 작동 위치와 하부의 제2 작동 위치 사이에서 회전될 수 있다. 각각의 플랩은 항공기의 종축에 대한 최소 또는 소실하는 기울기의 위치, 가능하게는 상부 제1 작동 위치, 및 항공기의 종축에 대한 최대 하향 경사의 위치, 가능하게는 하부 제2 작동 위치를 가정할 수 있다. 그러나, 최대 하향 경사의 위치가 플랩의 수직 배향에 대응하는 경우, 하부 제2 작동 위치는 대안적으로 최대 하향 경사의 위치를 넘어서는 위치일 수 있어서, 플랩이 약간 전방을 가리키도록 할 수 있다.
이들 플랩 각각에는 전기적으로 작동되는 덕트 프로펠러 형태의 적어도 하나의 추진 엔진이 장착된다. 덕트형 프로펠러는 바람직하게는 각각의 플랩의 상부 표면에 장착된다. 대안적으로, 추진 엔진은 각각의 덕트형 프로펠러가 회전하는 각각의 추진 엔진의 공기 채널이 상부에 위치되고 각각의 전방 날개 또는 후미 날개의 상부 표면과 정렬되는 방식으로 각각의 플랩에 통합될 수 있다.
바람직하게는, 플랩은 하부 제2 작동 위치 또는 제1 및 제2 작동 위치 사이의 다른 작동 위치에 대응하는 위치를 가정할 수 있으며, 여기서 덕트형 프로펠러는 하방으로 수직 추력만을 제공하여, 항공기에 수직 이륙 및 착륙(VTOL) 능력을 제공한다. 플랩이 항공기의 길이 방향에 대해 길이 방향 또는 최소 각도로 연장되는 상부 제1 작동 위치 또는 제1 및 제2 작동 위치 사이의 다른 작동 위치에서, 작동 덕트형 프로펠러는 항공기에 대해 최대 전방 추력을 제공한다. 플랩은 추진 엔진 또는 추진 모듈의 추력 방향을 제어 할뿐만 아니라 일반적인 공기 역학적 원리에 따라 공중에서 항공기의 움직임에 영향을 미치는 비행 제어 표면으로도 작동한다.
도 2의 도시된 실시예에서, 플랩에는 추진 모듈이 구비되고, 그 안에는 덕트형 프로펠러 형태의 복수 추진 엔진이 일체화된다. 예를 들어, 이러한 추진 모듈은 3개의 이러한 추진 엔진을 포함할 수 있으며, 이에 따라 각각의 플랩은 각각의 덕트형 프로펠러의 형태로 3개의 추진 엔진을 구비한다. 이 경우 항공기에는 총 36개의 추진 엔진들이 제공된다.
도 4a)는 3개의 추진 엔진(232a, 232b 및 232c)의 어레이를 가지며, 도 2에 도시된 플랩(210, 212, 214 및 216) 중 어느 하나일 수 있는 플랩(234)에 장착되는 이러한 추진 모듈(230)에 대한 개략도를 나타낸다.
도 3의 도시된 실시예에서, 플랩들 각각에는 덕트형 프로펠러 형태의 각각의 추진 엔진이 제공된다. 따라서 항공기에는 총 36개의 추진 엔진들이 제공된다.
도 4b)는 추진 엔진(232)이 장착된 플랩(234)을 개략적으로 도시한다. 플랩(234)은 도 3의 플랩(210, 212, 214, 216) 중 어느 하나일 수 있다.
도 4는 항공기 후방에서 본 추진 모듈(230) 또는 추진 엔진(232)을 갖는 각각의 플랩(234)을 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 2 및 도 3의 날개(202, 204, 206 및 208) 중 어느 하나일 수 있는 항공기의 각각의 날개(236)의 측면도를 개략적으로 도시하며, 각각의 추진 모듈(230) 또는 각각의 추진 엔진(232)이 날개에 대한 플랩의 상이한 편향 각도에 대해 장착되는 각각의 플랩(234)을 나타낸다. 예를 들어, 도 5a에 예시된 바와 같은 최소 또는 제로 편향 각도는 항공기에 대한 최대 전방 추력을 제공하고, 도 5d에 예시된 바와 같이 최대 편향 각도 또는 90도의 편향 각도는 항공기에 대한 수직 이륙 및 착륙(VTOL) 능력을 달성하기 위해 하향으로 최대 또는 수직 추력만을 제공한다. 최대 편향각은 90도보다 클 수도 있어 하향 성분과 후방 성분을 갖는 방향의 추력이 제공된다.
도 5b)와 5c)에 도시된 플랩의 중간 편향각은 각각의 편향각으로부터 다음과 같이 하향 성분과 전방 성분을 갖는 방향으로 추력을 제공한다. 이러한 편향 각도는 바람직하게는 최소 편향 각도와 최대 편향 각도 사이에서 연속적으로 변할 수 있다. 각각의 날개(236)와 각각의 플랩(234) 사이에 작용하는 적절한 플랩 작동기 또는 플랩 작동기 디바이스는 요소(240)에 의해 도 5에 개략적으로 표시된다. 플랩(234)을 날개(236)와 피벗가능하게 연결하는 적절한 피봇팅 조인트 또는 피봇팅 조인트 디바이스는 요소(242)에 의해 도 5에 개략적으로 표시된다.
도 3에서, 각각 플랩(234) 및 추진 엔진(232) 및 도 4b) 및 도 5에 예시된 바와 같은 플랩 액추에이터 또는 플랩 액추에이터 어레인지먼트(240)를 갖는 양력/추력 유닛들은 도 3의 삽입물에 도시된 연관된 식별 번호를 가지며, 이는 날개 및 카나드에 연관된다. 카나드 날개(206)의 6개의 플랩 또는 양력/추력 유닛(214)은 식별 번호 1.1 내지 1.6을 할당한다. 카나드 날개(208)의 6개의 플랩 또는 양력/추력 유닛(214)에는 식별 번호 2.1 내지 2.6이 할당되어 있다. 주 날개(202)의 12개의 플랩 또는 양력/추력 유닛(210)에는 식별 번호 3.1 내지 3.12가 할당되어 있다. 주 날개(204)의 12개의 플랩 또는 양력/추력 유닛(212)에는 식별 번호 4.1 내지 4.12가 할당되어 있다.
식별 번호들(1.1, 2.1, 3.1 및 4.1)은 동체(203)에 인접하거나 또는 근처에 각각 가장 안쪽 플랩 또는 양력/추력 유닛을 식별하고, 식별 번호 1.6, 2.6, 3.12 및 4.12는 동체(203)로부터 최대 거리를 갖는 최외곽 플랩 또는 양력/추력 유닛을 식별하고, 다른 플랩 또는 양력/추력 유닛 및 각각의 날개 또는 카나드를 따라 이들의 위치는 도 3의 4개의 식별 번호 삽입물에 의해 대응하여 식별된다.
두 실시예에서, 날개(202, 204, 206, 208)들에 배열된 추진 엔진(232) 또는 추진 모듈(230) 및 복수 플랩(210, 212, 214, 216)들의 4개의 어레이의 플랩(234)들에 연결된 플랩 액추에이터(240)들은 도 1의 요소(14, 16, 18, 20)들과 같은 항공기 디바이스이고, 비행 제어 컴퓨터 시스템(12)에 의해 제어됩니다.
바람직한 실시예에 따르면, 이들 항공기 디바이스는 모두 항공기의 복수의 축전지에 의해 제공되는 전력으로 구동되는 전기 항공기 디바이스이다. 항공기 디바이스들은 항공기 전력 시스템의 전기 부하이고, 축전지는 항공기 전력 시스템의 전력 소스들이다. 전력 시스템은 전력 분배 네트워크를 가지며, 이는 전력 분배 네트워크를 가지며, 이는 각각의 전기 부하 또는 항공기 디바이스가 전력 분배 네트워크의 적어도 하나의 연관된 파워 레인을 통해 적어도 하나의 연관된 전력 소스 또는 전기 저장 배터리에 의해 구동될 수 있도록 전력 소스를 전기 부하와 연결하도록 구성된다. 본 발명은 항공기를 위한 전력 시스템 및 이의 전력 분배 네트워크, 예를 들어 도 1 내지 도 5의 예시적인 실시예의 맥락에서 언급된 전력 시스템 및 이의 전력 분배 네트워크에 관한 것이다.
도 6은 본 발명에 의해 제공되는 전력 시스템(300)을 개략적으로 도시한다. 전력 시스템은 복수형이며, 도시된 개략적인 실시예에서 소스 A, B, C 및 D로서 개별적으로 표기되는 4개의 전력 소스 또는 축전지(302) 및 복수의 전기 부하, 본 경우 5개의 전기 부하(304)는 개별적으로 부하 AA, BB, CC, DD1 및 DD2로 표기되며, 이는 전술한 바와 같이 전형적으로 전력 공급되는 항공기 디바이스이다. 전력 소스들(302) 및 전기 부하들(304)은 전력 분배 네트워크(306)를 통해 연결되거나 접속가능하며, 도 6에 단지 상징적으로 도시되어 있다. 각각의 전기 부하는 전기 부하 DD1 및 DD2에 의해 예시된 바와 같이 전력 분배 네트워크(306)와 병렬로 연결된 복수의 전기 부하를 나타낼 수 있으며, 이는 일반적으로 전력 분배 네트워크를 통해 전력이 공급되는 전기 부하 DD를 형성한다.
종래의 접근에 따르면, 전력 분배 네트워크(306)는 독립적인 파워 레인을 갖는 분리된 네트워크로서 실현될 것이며, 본 예에서 도 7에 도시된 바와 같이 4개의 독립적인 파워 레인(308a, 308b, 308c 및 308d)은 각각의 파워 레인을 하나의 특정 전력 소스와 하나의 특정 전기 부하를 연결한다. 파워 레인들 각각은 파워 링크(310)들의 세트의 각각의 파워 링크 a, b, c 및 d를 구비하며, 이는 전형적으로 "CPDs"로도 알려진 회로 보호 디바이스들이며, 이는 단락이 발생하는 경우, 각각의 파워 레인의 하류 배선 및 하류 부하를 손상으로부터 보호한다. 간결함을 위해, 파워 링크(310)는 이하에서 "CPD"로 언급되지만, 이는 단지 비제한적인 예의 의미로 사용된다. 이러한 CPD는 보호할 권선이나 파워 레인에 적합하도록 숙련된 사람이 쉽게 선택할 수 있다. 예를 들어 약 10ms 정도의 일반적인 트리핑 시간 상수를 갖는 CPD가 보호될 특정 전력 분배 네트워크의 파워 레인 및 특정 환경에 적합하게 사용될 수 있다.
분리된 네트워크는 전력 분배 네트워크가 별도의 파워 레인(308)으로 분리되어 하나의 파워 레인의 전기적 결함이 다른 파워 레인에 영향을 미칠 수 없기 때문에 어느 정도 결함 복원력이 있다는 실질적인 이점을 갖습니다. 도 7에 예시된 예에서, 부하 BB의 전기적 결함은 CPD b가 전기적 결함을 격리할 때까지 파워 레인(308b)의 전력 중단을 야기할 것이다. 다른 파워 레인은 영향을 받지 않는다.
분리된 네트워크의 단점은 부하 공유가 불가능하다는 것이다. 부하의 전력 소비가 동일하지 않으면 전력 소스들에 대한 수요가 균일하지 않아 축전지가 고르지 않게 방전된다. 이는 전기로 구동되는 항공기의 성능을 제한할 수 있다.
분리보다는 통합을 활용하는 대체 네트워크가 부하 공유에 더 좋다. 대응하는 통합 네트워크는 파워 레인들(308a, 308b)에 의해 형성된 좌측 네트워크 부분에 의해 도 8에서 개략적으로 도시되어 있으며, 전력 소스들(AB), 전기 부하들(AA 및 BB), 및 CPD들 a 및 b를 갖는다. 이들 2개의 파워 레인은 연결 레인(312)에 의해 연결되어, 연관된 전기 부하 AA 및 BB에 대해 전력 소스 A 및 B를 가로지르는 부하 공유가 실현된다. 그러나 이러한 파워 레인 중 하나와 관련하여 발생하는 모든 전기 결함은 다른 파워 레인에도 영향을 미치며 네트워크를 통해 전파되어 결함이 격리될 때까지 전기 결함의 직접적인 영향을 받는 레인과 연결된 모든 레인에서 전력 중단을 일으킨다.
따라서, 도시된 예에서, 부하(BB) 상의 전기적 결함은 파워 레인(308b) 뿐만 아니라 파워 레인(308a) 상에서 전력 중단을 야기할 것이고, 연결 레인(312)이 CPD들 a 및 b의 하류 측에 배치되기 때문에, 심지어 격리될 수 없을 수도 있다. 연결 레인(312)이 도 9에 예시된 바와 같이 CPD들의 상류 측 상의 파워 레인(308a 및 308b)들을 연결하는 경우에만, 부하 D에 대한 가정된 전기적 결함은 CPDB에 의해 격리될 수 있고, 그 후 부하(AA)는 전력 소스들 A 및 B로부터 전력을 공급받을 수 있다.
전체 전력 분배 네트워크를 가로지르는 동시 전력 중단이 발생하는 것은 일반적으로 항공기용 네트워크와 같은 안전/중요 전력 분배 네트워크에서는 허용되지 않는다.
세 가지 다른 단점이 있다: i) 전기적 결함이 소스 A 및 B 모두에 의해 공급되기 때문에, 더 많은 에너지가 방출될 것이다. ii) 전기적 결함이 소스 A 및 B 모두에 의해 공급되고 있기 때문에, CPD는, 연결 레인(312)의 하류측에 제공된다면, 더 높은 결함 전류에서 인터럽트할 필요가 있고, iii) 네트워크의 파워 소스들의 용량과 CPD의 반응 시간에 따라 다른 CPD도 잘못 분리될 수 있으며, 이로 인해 부하 AA에 결함이 없더라도 부하 BB뿐만 아니라 부하 AA에 대한 에너지 공급 손실이 발생할 수 있다.
도 8과 도 9는 통합 네트워크뿐만 아니라 오늘날 기존 항공 우주 기술에 사용되는 일종의 하이브리드 솔루션인 전환 가능한 네트워크를 도시한다. 이러한 네트워크는 스위치를 사용하여 상황에 따라 통합은 물론 분리도 제공한다. 도 8 및 도 9에 따르면, 파워 레인(308c, 308b)은 스위치 SW의 형태로 파워 링크(316)를 포함하는 연결 레인(314)을 통해 연결되며, 스위치 SW는 도 8에 따른 CPD들 c 및 d의 하류에 위치하고, 도 9에 따른 CPD들 c 및 d에 상류에 위치한다.
스위치(SW)가 닫혀 있는 동안 발생하는 장애는 파워 레인 간에 전파될 수 있기 때문에, 스위치(SW)를 닫는 작동은 안전 마진을 현저히 감소시킨다. 따라서, 기존의 공역 기술에서는 시스템이 저하된 모드로 작동할 때 장애가 발생한 경우에만 스위치 SW가 닫히게 되므로, 정상 작동에서는 통합의 이점이 구현되지 않는다. 결함에 대응하여 통일을 도입하는 예는 전력 소스 D의 결함이며, 따라서 부하 DD 또는 부하 DD1 및 DD2는 전력 분배 네트워크(306)의 분리된 상태에서 파워 레인(308d)을 통해 더 이상 소스 D로부터 전력을 수신하지 않는다. 파워 링크(316) 또는 스위치 SW를 폐쇄함으로써, 이들 부하는 파워 소스 C로부터 전력을 공급받을 수 있고, 이는 부하 DD와 함께 부하 CC를 구동해야 할 것이다.
네트워크 분리의 주요 이점들은, 도 10 내지 도 15의 예시적인 예들로서 도시된 예시적인 비제한적 네트워크 토폴로지들에 기초하여, 이하에서 설명되는 바와 같이, 본 명세서에서 제안되고 "제1 접근" 및 "제2 접근"으로 표기된 두 가지 대안적 접근들에 따라 유리하고 상승적인 방식으로 달성될 수 있다. 다음 설명에서는 다음 용어가 사용된다. CPD와 같은 존중 파워 링크를 통해 각각의 전력 부하와 각각의 파워 레인을 연결하는 파워 레인(308), 즉 도 10의 파워 레인(308a, 308b, 308c 및 308d)은 "제1 종류의 파워 레인"으로 표기된다. 제1 종류의 이들 파워 레인은 언급된 파워 링크(310)들 중 각각의 하나, 즉 도시된 예에서 파워 링크들 a, b, c 및 d 중 하나를 포함하며, 설명된 바와 같이, 전형적으로 CPD들로서 실현된다. 이들 파워 링크(310)는 "제1 종류 파워 링크들"로 표시된다. 간결성을 위해, 이들 파워 링크들은 다음에서 다시 "CPD"로 다루어지지만, 단지 비제한적인 예의 의미에서만 언급된다.
도 10의 예시적인 예에 따르면, 제1 종류의 이들 파워 레인들은 연결 레인(314)들, 즉 개별 파워 레인(314a, 314b 및 314c)들에 의해 서로 쌍으로 연결되며, 이들 각각은 파워 링크(316)들의 세트의 각각의 파워 링크 ab, bc 및 cd를 포함한다. 이들 연결 레인(314 또는 314a, 314b 및 314c)은 "제2 종류의 파워 레인"으로 표기되고, 이들의 파워 링크 ab, bc 및 cd는 "제2 종류의 파워 링크"로 표기된다. 도 10에 따르면, ab, bc 및 cd로 개별적으로 표시되는 제2 종류의 파워 링크(316)는 파워 링크의 상류측에 제공된다. 구현하려는 애플리케이션과 접근 방식에 따라 이러한 제2 종류의 파워 링크는 CPD, 스위치, SSPC(Solid-State Power Controller) 등이 될 수 있다. 제안된 두 가지 접근에 따른 바람직한 실시예들은 제2 종류의 파워 링크로서 SSPC 또는 스위치 중 어느 하나를 사용하므로, 이하에서, 간결성을 위해, 제2 종류의 이들 파워 링크는 "SSPC/SW" 또는 "SSPCs/SWs"(SW는 스위치를 의미함)로 표기되지만, 비제한적인 예의 의미에서만 표기된다.
도 11은 대안적인 구성, 즉 SSPCs/SW들(ab, bc, cd) 또는 제2 종류의 파워 레인(316)들이 제1 종류 또는 CPD들의 파워 링크들의 하류 측에 위치한다는 것을 나타낸다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 종류의 연관된 파워 레인들의 CPD들의 상류 측에 SSPC들/SW들 중 하나 또는 복수를 제공하고, 제1 종류의 연관된 파워 레인들의 제1 종류의 파워 링크들의 하류 측에 제2 종류의 파워 링크들 중 하나 또는 복수를 제공하도록 선택할 수 있다. 제 2 종류(314a, 314b)의 파워 레인은 CPD의 상류 측에 SSPC/SW ab 및 bc와 함께 위치하고, 그 SSPC/SW cd를 갖는 제 2 종류의 파워 레인(314c)은 CPD c 및 d의 하류 측에 위치한다. 도 10, 도 11 및 도 12의 네트워크 토폴로지는 라인 토폴로지에서 전기 부하 AA, BB, CC 및 DD에 대하여 파워 소스들 A, B, C, D을 가로지르는 부하 공유 또는 부분 부하 공유를 가능하게 하고, 부하는 SSPC/SWs ab, bc, cd를 통해 연결되거나 연결되기 때문에 제2 종류(314a, 314b, 314c)의 파워 레인에 의해 형성된 일종의 부하 공유 연결 라인에 포함된다.
링 구성에서 제2 종류의 연결 레인을 SSPC/SW와 연결하는 것이 훨씬 더 유익하며, 따라서 도 13에 설명된 바와 같이 링 유형에서 부하 AA, BB, CC 및 DD와 관련하여 전력 소스들 A, B, C 및 D을 가로지르는 부하 공유 또는 부분 부하 공유가 가능하다. 제 1 종류의 파워 레인(308c 및 308d)들의 파워 레인들 사이의 연결은 도 13에서 점선으로 표현되는데, 이는 제 1 종류의 파워 레인들이 그들의 CPD들과 함께 더 많이 제공될 수 있고, 제 2 종류의 파워 레인들에 의해 형성된 부하 공유 연결 링 라인을 통해 부하 공유 또는 부분 부하 공유에 포함될 수 있음을 나타낸다. 더 이상 제1 종류의 파워 레인이 제공되지 않을 가능성이 있어, SSPC/SW cd를 포함하는 제2 종류의 파워 레인(314c)이 도 13에도 표시된다.
링 레인은 제1 종류 파워 레인(308a 및 308d)을 연결하는 SSPC/SW ad를 갖는 제2 종류 파워 레인(314d)에 의해 폐쇄된다.
또 다른 가능성은 제1 종류의 파워 레인을 해당 SSPC/SW와 병렬로 연결하여 부하 공유 또는 부분 부하 공유를 위한 일종의 스타 토폴로지를 형성하는 것이다. 도 14는 비제한적인 예를 도시한다. 여기서, 제1 종류의 파워 레인(308a)은 제2 종류의 각각의 파워 레인을 통해 도시된 다른 제1 종류의 파워 레인 각각과 연결되거나 접속 가능하고, 즉, 제2 종류의 파워 레인(314a)을 통해 제1 종류의 파워 레인(308b)을 사용하고, 제2 종류의 파워 레인(314e)을 통해 제1 종류의 파워 레인(308c)을 사용하고, 제2 종류의 파워 레인(314f)을 통해 제1 종류의 파워 레인을 포함한다. 제2 종류의 파워 레인 각각에는 ab, ac 및 ad로 표시된 각각의 SSPC/SW가 포함되어 있다.
도시된 구성의 단점은, 제1 종류의 파워 레인(308a)에 직접적으로 영향을 미치는 결함이 제1 종류의 다른 모든 파워 레인에도 영향을 미치고, 이 결함의 격리 이후에는 부하 공유 또는 부분 부하 공유가 더 이상 가능하지 않다는 것이다.
따라서, 도 15에 도시된 바와 같은 스타형 부하 공유 구성이 바람직한데, 이는 스타 구성의 허브 또는 중심으로서 제1 종류의 파워 레인을 사용하지 않고, 각각 별개의 SSPC/SW ax, bx, cx 및 dx를 포함하는, 별개의 파워 레인(314g, 314h, 314i and 314j)을 통해 제1 종류의 각 파워 레인(308a, 308b, 308c, 308d)과 연결 또는 연결 가능한 별도의 연결 레인(320)을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 전력 분배 네트워크 구성 또는 토폴로지는 모두 비제한적인 예일 뿐이다. 이러한 모든 토폴로지는 전력 분배 네트워크의 각각의 네트워크 섹션들에서 조합되어 실현될 수 있고, US 2020/0010187 A1로부터 알려진 것과 같은 토폴로지 뿐만 아니라 메쉬 토폴로지와 같이 숙련업자에게 공지된 다른 토폴로지도 또한 구현될 수 있다.
이제 언급된 선호되는 제안 접근에 따른 전력 분배 네트워크의 구성 및 전력 분배 네트워크의 작동이 설명될 것이다.
제1 접근
언급된 제1 접근에 따르면, 정상 작동을 위한 통합 전력 분배 네트워크(306)가 제공되며, 이는 전기적 결함이 발생하는 경우 분리되거나 부분으로 분리된 전력 분배 네트워크로 매우 빠른 방식으로 스위칭할 수 있다. 이를 위해, 제 2 종류의 파워 링크(316)들은 전력 분배 네트워크의 하나 또는 복수의 솔리드-스테이트 파워 컨트롤러(Solid-State Power Controllers, SSPC) 또는 하나 또는 복수의 솔리드-스테이트 파워 컨트롤러(Solid-State Power Controllers, SSPC)의 부하 채널들로서, 매우 빠른 작동의 솔리드-스테이트 스위치들 또는 매우 빠른 작동의 솔리드-스테이트 CPD(Solid-State CPD) 또는 유사하거나 더 선호되는 것으로서 실현된다.
이러한 제2 종류의 파워 링크(바람직하게는 SSPC)는 정상 작동 시 전도 상태에 있을 수 있으며 부하 공유 측면에서 투명하다. 그러나 이러한 제2 종류의 파워 링크는 전기적 결함이 감지될 경우 분리를 도입하기 위해 예를 들어 10~20μs 내에서 매우 빠르게 격리하도록 구성된다. 다음에서는 이러한 제2 종류의 파워 링크가 비제한적인 예로서 "SSPC"로만 언급된다. 일반적으로 SSPC에 의해 약 100μs, 더 바람직하게는 100μs 미만, 가장 바람직하게는 약 10~20μs의 격리 시간이 달성되는 것이 바람직하다. 그러나 더 느린 격리 시간(예: 1ms 정도)은 제외되지 않는다.
SSPC는 하나 또는 복수의 전도성 채널 또는 부하 채널, 각 부하 채널에 대한 전류 측정 수단 및 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현된 논리 수단으로 구성된 잘 알려진 전자 장치로, 특정 전류 임계값을 초과하거나 하나 또는 복수의 다른 트립 조건에 응답하여 로드 채널을 끌 수 있다. 이러한 전류 임계 값 및 트립 조건은 배전 네트워크의 설계 및 파워 소스 및 전기 부하의 특성, 따라서 정상적인 무결함 작동을 위해 예상되는 최대 전류 값 및 기타 전기 조건에 기초하여 숙련 된 사람에 의해 쉽게 선택되거나 정의 될 수 있다. 숙련된 기술자는 적절한 안전 여유를 고려할 것이다.
이를 통해 통합을 활용하고 한편으로는 부하 공유의 이점을 누릴 뿐만 아니라 다른 한편으로는 장애 복원력이 뛰어나고 안전한 전력 분배 네트워크가 달성된다.
예를 들어, 전력 소스들 A 및 B, 전기 부하들(AA 및 BB), CPD들 a 및 b를 갖는 제1 종류의 파워 레인들(308a 및 308b) 및 도 10 및 도 11의 SSPC ab를 갖는 제2 종류의 파워 레인(314a)들을 고려하면, SSPC ab는 파워 레인(308a 및 308b)들 사이에 병렬로 삽입된다. 네트워크의 정상 작동 상태에서 이 SSPC는 전도 상태에 있으므로 부하 AA는 소스 A와 소스 B에서 동일하게 공급될 수 있으며 부하 BB도 소스 A와 소스 B에서 동일하게 공급될 수 있다. 도 10 및 도 11에 따른 SSPC를 갖는 제1 종류의 다른 파워 레인 및 제2 종류의 다른 파워 레인 및 도 12 내지 도 15에 따른 모든 대응하는 파워 레인에 대해서도 동일하게 적용되며, 이는 전력 분배 네트워크의 정상 작동에서 부하 공유를 가능하게 하지만 전기 결함을 격리하고, 적절한 분리를 도입함으로써 매우 빠른 방식으로 발생할 수 있다.
바람직하게는, 결함 격리는 복수의 후속 결함 격리 단계, 바람직하게는 3개의 결함 격리 단계에 따라 달성된다. 그 이유는 발생하는 전기 결함로 인해 결함 격리에 필요한 것보다 더 많은 SSPC가 전도 상태에서 비전도 상태로 스위칭될 수 있기 때문이다.
제1 결함 격리 단계 및 제2 결함 격리 단계는 전력 소스들 A 및 B, 전기 부하들(AA, BB), 각각의 CPD a 및 b를 갖는 제1 종류의 연관된 파워 레인(308a 및 308b)들 및 SSPC ab를 갖는 제2 종류의 연관된 파워 레인(314a)에 기초하여 다시 설명되고 예시될 수 있다. 예를 들어, 도 10 및 도 11에 따른다.
제1 격리 단계에서는 이 네트워크 부분이 제1 종류의 파워 레인으로 분리된다. 부하 BB에서 전기적 결함이 발생하면 SSPC ab는 전기적 결함을 공급하는 전력 소스 A로 인해 전류가 증가하고 비전도 상태로 스위칭하여 매우 빠르게 격리된다. 이제 결함는 파워 레인 308b로 격리되었으며 파워 레인 308a는 정상 작동을 계속할 수 있다. 부하 AA에서는 파워 중단이 거의 또는 전혀 발생하지 않는다.
이제 전기 결함은 파워 레인(308b)에만 영향을 미치므로 이 레인 내의 결함 격리는 제2 결함 격리 단계에 따라 달성될 수 있다. 전기적 결함은 제1 종류의 파워 레인(308b)에만 영향을 미치기 때문에 결함 격리의 긴급성이 감소하다. 전기적 결함은 소스 B로부터만 전기에너지를 공급받기 때문에 사고시 방출되는 에너지가 적고 CPD b는 사고전류를 안전하게 차단할 수 있다. CPD b는 가정된 단락의 형태로 결함를 안전하게 격리할 수 있다.
제안된 접근 방식의 중요한 장점은 CPD가 올바른 순서로 격리되도록 소스와 부하 사이에서 직렬로 여러 CPD를 조정하기 위한 "선택성"의 기존 개념이 관련이 없거나 활용되지 않는다는 것이다.
SSPC 또는 SSPC들은 임의의 속도일 수 있고, 다른 SSPC들 및 CPD들과의 조정은 요구되지 않지만, 제2 종류의 파워 링크들, 바람직하게는 SSPC들은, 제1 종류의 파워 링크들 또는 제1 종류의 파워 레인들 내의 CPD들이 트립될 수 있기 전에 각각의 SSPC의 트립핑을 허용할 만큼 충분히 빨라야 한다. 제2 종류의 매우 빠른 파워 링크를 제공하는 것은 각각의 전력 중단 기간을 제한하는 데에도 유리하다. 제 2 종류 또는 SSPC들의 파워 링크들은 부하로부터 전력 자신들을 격리시키지 않고, 단지 제 1 종류의 파워 레인들을 서로 분리시키므로, 제 2 종류 또는 SSPC들의 파워 링크들의 조정은 종래 기술 접근들에 따라 네트워크 상의 특정 CPD들의 그것만큼 중요하지 않다.
제3 결함 격리 단계는 전기적 결함을 격리하는 데 필요한 특정 분리를 유지하는 것을 제외하고 네트워크 통합의 복원을 제공한다. 이 결함 격리 단계는 소스 A 및 B의 맥락에서 고려되는 바와 같이 더 많은 파워 레인을 갖는 더 큰 네트워크와 관련이 있으며, 도 10 내지 도 15에 도시된 로드 AA 및 BB와 관련이 있다.
이러한 확장된 전력 분배 네트워크(306)에서, 제1 결함 격리 단계에서 제2 종류의 다수의 파워 링크들이 그들의 비전도 상태로 전환될 가능성이 높다. 이는 특히 감도가 높기 때문에 SSPC에 적용된다. 이로 인해 제1 종류의 건강한 파워 레인들 사이에서도 부하 공유가 손실될 수 있다.
예를 들어, 도 10 및 도 11의 네트워크(306)들에서 파워 레인(308c와 308d)들 사이의 SSPC cd는 비전도 상태로 전환될 수 있지만, 비록 제1 종류의 파워 레인(308c)은 전기 결함에 의해 영향을 받지만, 제1 종류의 파워 레인(308b)은 전기 결함에 의해 영향을 받는다. 이러한 전기적 결함을 격리하기 위해, SSPC ab 및 bc만이 비전도 상태로 전환되어야 하며, 따라서 SSPC cd는 제1 종류의 파워 레인(308c)이 비전도 상태로의 스위칭에 의해 제1 종류의 결함 있는 파워 레인(308b)으로부터 분리되자마자 다시 전환 또는 전도 상태로 다시 전환될 수 있다.
도 10의 네트워크 토폴로지의 경우, 전기 부하(BB)에서 전기 단락이 발생한다고 가정하면, 다른 SSPC(ab, bc)도 제1 종류의 파워 레인(308b) 내에서 결함 격리 후, 제2 결함 격리 단계, 즉 이 파워 레인의 CPDB를 비전도 상태로 전환하는 것에 따라 전도 상태로 복귀할 수 있으며, 결함 전류를 차단한다.
제2 종류 파워 링크를 갖는 제2 종류 파워 레인 또는 제1 종류 파워 링크의 상류측에 SSPC 또는 CPD를 갖는 것은 전기 부하에서 결함이 발생할 가능성을 고려하면 유리한 것으로 보이다. 이러한 경우, 모든 전력 소스들은 제3 결함 격리 단계에 따른 통일 복원 이후에도 계속해서 전력 공급 및 부하 공유에 기여할 수 있다.
제2 종류 파워 링크를 갖는 제2 종류 파워 레인 또는 제1 종류 파워 링크의 하류측에 SSPC 또는 CPD를 갖는 것은 전력 소스에 결함이 있을 수 있는 가능성을 고려하면 유리한 것으로 보이다. 이러한 경우, 나머지 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유를 바탕으로 제3 결함격리 단계에 따라 통일 복원 이후에도 모든 전기 부하에 계속해서 전력을 공급할 수 있다.
이들 가능성 모두 장점을 갖고 있으므로, 도 12에 예시된 바와 같은 혼합 구성이 사용될 수 있다.
그러나, 각각의 제2 종류 파워 링크를 갖는 제2 종류 파워 레인이 제1 종류 파워 링크의 상류측 및 하류측에 제공되는 것을 배제할 수 없다. 또한, 제안된 제1 접근을 종래의 하이브리드 접근과 결합하여, 즉 상류 측과 하류 측 중 하나에 제2 종류의 고속 작동 파워 링크, 특히 SSPC를 제공하고, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 정상 작동 시에는 단선 상태에 있다가 제3 결함 격리 단계에서 선택적으로 전도 상태로 스위칭되는 종래의 스위치 SW 또는 파워 링크(314)를 상류 측과 하류 측 중 다른 쪽에 제공하는 것도 가능하다.
제3 결함 격리 단계는 부하 채널의 측정된 전기적 조건을 기반으로 개별 논리 수단의 제어 하에 개별 SSPC에 의해 독립적으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 전력 분배 네트워크의 중앙 컨트롤러는 예를 들어 CPD 및 SSPC로부터의 상태 데이터 및 가능하게는 네트워크의 측정된 전기적 조건에 기초하여 제3 결함 격리 단계를 실행하기 위해 SSPC를 제어할 수 있다.
세 가지 결함 격리 단계에 대한 이전 설명은 도 10 내지 15의 다른 네트워크 토폴로지들에 유사하게 적용된다. 제2 결함 격리 단계가 완료되면 제1 종류의 결함이 있는 파워 레인을 제외한 모든 종류의 파워 레인 사이의 모든 SSPC가 전도 상태로 재설정되어 부하 공유를 다시 도입하고 네트워크를 거의 정상 작동 상태로 스위칭할 수 있다. 달성된 결함 격리로 인해, 네트워크의 이러한 작동 상태는 네트워크의 전기적 결함 완화 작동 모드로 표시될 수 있다. CPD의 하류 또는 상류 측의 SSPC의 위치에 따라, 모든 SSPC가 전도 상태로 리셋될 수도 있는데, 이는 연관된 제1 종류의 각각의 파워 레인 내에서 결함 격리에 영향을 미치거나 영향을 미치는 CPD 또는 CPD가 결함 격리에 충분할 수 있기 때문이다.
도 1 내지 도 5의 맥락에서 언급된 바와 같은 항공기의 경우, 그리고 일반적으로 다수의 파워 소스들 및 분산형 전기 추진 유닛(electric propulsion unit, EPU) 또는 양력/추력 유닛을 전기 부하로서 사용하는 소위 eVTOL 애플리케이션의 경우, EPU를 항공기의 기하학적 구조에 대해 대칭적이고 분산된 방식으로 파워 레인에 할당하는 것이 유리하며, 파워 레인의 손실이 차량 제어 가능성에 미치는 영향을 최소화한다. 이는 제1 종류의 단일 파워 레인에 대해 논의한 것처럼 네트워크 구성의 경우 단일 파워 레인이 인접한 EPU가 아닌 잘 분산된 EPU를 공급하도록 보장함으로써 달성될 수 있다.
도 16은 도 16a에서 단지 6개의 EPU, 즉 전방 날개 또는 카나드에 EPU 1 및 EPU 2 및 후방 날개에 EPU 3, EPU 4, EPU 5 및 EPU 6만을 갖는 도 2 및 도 3에 따른 항공기의 단순화된 개략도를 나타낸다. 이러한 EPU 각각은 복수의 추진 엔진을 포함하는 유닛을 나타낼 수 있다.
도 16b는 한 파워 레인의 결함이 인접한 EPU에 영향을 미치고 대칭선이 차량 롤 축이 되는 비대칭 EPU에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않은 할당을 개략적으로 도시한다. EPU 1, 3, 4 또는 EPU 2, 5, 6이 영향을 받고, EPU 1, 3 및 4는 우측 차량 측의 전방 및 후방 날개에 위치하고, EPU 3 및 4는 우측 후미 날개에서 서로 인접하게 위치하고, EPU 2, 5, 6은 좌측 차량 측의 전방 및 후방 날개에 위치하고, EPU 5 및 6은 좌측 후방 날개 상에서 서로 인접하게 위치한다.
도 16c는 개략적으로 할당을 도시하는데, 이는 바람직한 이유는, 제1 종류의 하나의 파워 레인 상의 결함은 인접한 EPU에 영향을 미치지 않고, 결함난 EPU의 더 나은 대칭성을 제공하기 때문이다(대칭선이 차량 롤 축임). 파워 레인(308a 및 308b) 중 하나만이 결함이 있는 경우, 좌측 및 우측 전방 날개에 있는 2개의 EPU 1 및 2 중 하나만 영향을 받을 것이며, 좌측 및 우측 후미 날개에 있는 하나의 EPU, 즉 EPU 4 및 5 또는 EPU 3 및 6만이 영향을 받을 것이다.
도 16 및 도 16c에 기초하여 예시된 개념은 도 2 및 도 3의 예시된 실시예의 EPU 또는 양력/추력 유닛 또는 추진 엔진 및 비행 액추에이터에 유사하게 적용될 수 있다.
일반적으로 설명하면, 통상의 기술자는 공통 유형의 충분한 수의 항공기 디바이스, 특히 양력/추력 유닛을 제공할 수 있고, 이러한 항공기 디바이스를 항공기, 특히 그 날개 상에 적절한 구성으로 배열할 수 있고, 이러한 항공기 디바이스를 파워 레인에 적절한 방식으로 할당할 수 있을 것이며, 특히 전력 분배 네트워크의 제 1 종류의 파워 레인은 1 배 또는 심지어 여러 배의 전기적 결함에 대해 원하는 복원력이 달성되도록합니다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 전기적 결함은 좌측 주 날개(202)의 양력/추력 유닛(3.1 및 3.6) 및/및 우측 주 날개(204)의 양력/추력 유닛(4.1 및 4.6)의 동시 결함을 초래할 수 있다. 이에 따라 동체에 인접한 1개 또는 2개의 양력/추력 유닛들와 여전히 동체에 가까운 1개 또는 2개의 양력/추력 유닛들가 영향을 받게 되어 측면 균형에 대한 영향이 없거나 약간만 발생하다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 전기적 결함은 좌측 카나드 날개(206)의 최외측 양력/추력 유닛(1.6)과 우측 주 날개(204)의 최외측 양력/추력 유닛(4.12), 또는 우측 카나드 날개(208)의 최외측 양력/추력 유닛(2.6) 및 좌측 주 날개(202)의 최외측 양력/추력 유닛(3.12)의 동시 결함을 초래할 수 있다. 다시 말하지만, 측방향 균형은 영향을 받지 않거나 크게 영향을 받지 않는다.
제안된 접근에 기초하여 결함에 대한 복원력을 달성하는 예시된 원리는 물론 도 2, 도 3 및 도 16a)에 도시된 항공기 이외의 다른 종류의 항공기에도 적용될 수 있으며, 또한 이러한 다수의 양력/추력 유닛, 추진 엔진, 플랩 등을 갖는 완전히 상이한 종류의 항공기에도 적용될 수 있다. 항공기의 비행 능력과 제어 가능성을 유지하기 위해 이러한 모든 항공기 엔진이 필요한 것은 아니다. 1배, 2배 또는 다중 전기 결함에 대한 복원력을 달성하기 위해, 당업자는 본 발명을 구현할 때, 이러한 방식으로 다양한 항공기 엔진을 전력 분배 네트워크의 개별 파워 레인에 할당하여 이러한 1배, 2배 또는 다중 버스 결함의 영향이 최소화되도록 할 수 있다.
제2 접근
언급된 제2 접근에 따르면, 부분으로 통합되고 부분으로 분리된 전력 분배 네트워크(306)를 위해, 정상 작동을 위해, 그리고 바람직하게는 전력 분배 네트워크의 결함 완화 작동 모드를 위해 제공된다. 이 접근에 따르면, 네트워크는 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성들 사이를 순차적으로 전환하며, 이들은 복수의 부분 부하 공유 모드들 각각에 연관된다. 전력 분배 네트워크는 이러한 부분 부하 공유 모드를 가정하고 그에 따라 부분 부하 공유 구성을 시간 가변 방식으로 순차적으로 가정하다. 이러한 상이한 부분 부하 공유 구성들 각각은 네트워크의 상이한 종류의 부분 통합 및 부분 분리에 해당한다. 부분 부하 공유 구성들 사이의 순차적, 바람직하게는 주기적인 스위칭에 의해 전력 소스들의 균일한 방전이 달성될 수 있다.
상이한 부분 부하 공유 구성 사이의 이러한 스위칭은 제2 종류의 파워 링크(316)에 의해 이루어지며, 이 파워 링크는 동기화된 방식으로 전도 상태와 비전도 상태 사이를 스위칭하며, 바람직하게는 일반적인 회로 보호의 트리핑 시간에 비해 상대적으로 느리게 스위칭된다. SSPC(Solid-State Power Controller)의 일반적인 트리핑 시간과 비교하면 디바이스 또는 CPD 그 이상이다. 예를 들어, 제 2 종류의 파워 링크(316)들의 스위칭을 위한 적절한 시간 스케일은 1분의 시간 간격에서 전도 상태와 비전도 상태 사이의 스위칭일 수 있다. 그러므로, 다소 느린 전기 기계 또는 솔리드-스테이트 스위치들이 제 2 종류의 파워 링크(316)들을 실현하는데 적합하지만, 전도 상태와 비전도 상태 사이의 스위칭을 허용하는 다른 컴포넌트들도 사용될 수 있다.
다음에서 이러한 제2 종류의 파워 링크는 적합한 스위치 또는 적합한 스위치를 나타내기 위해 "SW" 또는 "SW"로만 언급되지만, 이는 비제한적인 예일 뿐이다.
또한, 위에서 설명된 제안된 제1 접근에 따른 경우와 마찬가지로, 제1 종류의 파워 링크는 적합한 회로 보호 디바이스 또는 "CPD"일 수 있다. 다음에서 이러한 제1 종류의 파워 링크는 "CPD" 또는 "CPD"로만 언급되며, 역시 비제한적인 예이다.
전력 분배 네트워크에 의해 순차적으로 채택되는 복수의 상이한 부분 부하 공유 모드들에 따라 시간 가변 방식으로 연관된 전기 부하들에 대하여 전력 소스들을 가로지르는 부분 부하 공유에 대한 예가 도 13의 링 토폴로지에 기초하여 주어질 수 있다. 이제, 제1 종류 파워 레인(308c)과 제1 종류 파워 레인(308d)은 제2 종류 파워 링크(cd)로서 스위치(SW)를 갖는 제2 종류 파워 레인(314c)에 의해 직접 연결된다고 가정한다. 이에 따라 제2 종류의 다른 파워 링크 ad, ab 및 bc도 스위치인 반면, 파워 링크 a, b, c 및 d는 CPD이다.
1단계와 2단계로 표시된 적합한 부분 부하 공유 모드는 다음과 같다.
단계 폐쇄된 스위치들 개방된 스위치들 부하 공유 중인 소스들
1 ab, cd bc, ad A와 B, C와 D
2 bc, ad ab, cd B와 C, A와 D
작동 중 1단계와 2단계를 주기적으로 번갈아 가며 전기적 결함이 레인들의 절반 이상에 영향을 미치지 않도록 보장한다. 두 단계 1 및 2에 따르면, 각 단계는 전력 소스 A, B, C 및 D와 그에 상응하여 전기 부하 AA, BB, CC 및 DD를 복수의 분리 부하 공유 그룹, 즉 1 단계에서 분리 부분 부하 공유 그룹 (A + B, AA + BB) 및 분리 부분 부하 공유 그룹 (C + D, CC+DD) 및 2단계에서는 부분 분리 부하 공유 그룹(B+C, BB+CC) 및 부분 분리 부하 공유 그룹(A+D, AA+DD)이 있다. 각 단계의 이러한 그룹은 그룹에는 공통된 요소들이 없기 때문에 "분리된 그룹들"으로 표시된다.
모든 소스들에는 직접적으로 또는 제공되는 경우 다른 소스를 통해 다른 소스와 단일성을 부하 공유할 수 있는 기회가 있다.
이 솔루션은 파워 레인 수에 관계없이 확장 가능하다.
예를 들어 다음과 같이 다양한 단계들에 대한 소스들 및 부하들의 다른 할당이 가능하다.
단계 폐쇄된 스위치들 개방된 스위치들 부하 공유 중인 소스들
1 ab bc, cd, ad A와 B
2 bc ab, cd, ad B와 C
3 cd ab, bc, ad C와 D
4 ad ab, bc, cd A와 D
이 예에 따르면 각 단계는 소스와 부하를 각각의 공통 부분 부하 공유 그룹, 즉 1단계에서 공통 부하 공유 그룹(A+B, AA+BB)에, 2단계에서 공통 부하 공유 그룹(B+C, BB+CC), 3단계에서 공통 부하 공유 그룹(C+D, CC+DD) 및 4단계에서 공통 부하 공유 그룹(A+D, AA+DD)에 연결한다.
그러나 제1 예에 비해 특별한 이점은 달성되지 않는다.
네트워크 중요도에 따라 특정 시점에서 레인의 절반 이상이 손실되는 경우 다음과 같이 제1 종류의 3 개의 파워 레인들이 동시에 부하 공유에 참여하는 추가 단계들이 가능하다.
단계 폐쇄된 스위치들 개방된 스위치들 부하 공유 중인 소스들
1 ab, bc cd, ad A와 B와 C
2 bc, cd ab, ad B와 C와 D
3 cd, ad ab, bc A와 C와 D
4 ab, ad bc, cd A와 B와 D
이 예에 따르면, 각 단계는 소스와 부하를 각각의 공통 부분 부하 공유 그룹, 즉 1단계에서 공통 부하 공유 그룹(A+B+C, AA+BB+CC)에, 2단계에서 공통 부하 공유 그룹(B+C+D, BB+CC+DD)에, 3단계에서 공통 부하 공유 그룹(A+C+D, AA+CC+DD) 및 4단계에서 공통 부하 공유 그룹(A+B+D, AA+BB+DD)에 대한 것이다.
전기적 결함이 발생하는 경우, 제1 종류의 각 파워 레인은 전기적 결함를 격리하기 위한 추가 부분 부하 공유에서 제외된다. 그럼에도 불구하고, 네트워크에 의해 순차적으로 채택되는 복수의 상이한 부분 부하 공유 모드에 따른 부분 부하 공유는 계속될 수 있다.
소스 C 또는 부하 CC에 전기적 결함이 있다고 가정하면 예를 들어 다음 단계가 네트워크에서 주기적으로 채택될 수 있다.
단계 폐쇄된 스위치들 개방된 스위치들 부하 공유 중인 소스들
1´ ab bc, cd, ad A와 B
2´ ad ab, bc, cd A와 D
위 제2 예의 단계 1과 4에 해당하는 이러한 단계 1' 및 2'는 전력 분배 네트워크의 부분 결함 격리 부하 공유 모드에 해당한다 . 이들 단계는 위의 제2 예의 단계 1~4의 하위 집합이며, 단계 1'은 단계 1에 해당하고 단계 1'은 단계 4에 해당한다.
대안으로, 전기적 결함를 격리해야 하는 경우 전력 분배 네트워크의 전기적 결함 완화 작동 모드에서 해당 부하와 관련하여 제1 종류의 건강한 파워 레인들의 소스들을 가로지르는 영구적인 부하 공유를 구현할 수 있다. 본 예에서 소스 C 또는 부하 CC에 전기적 결함이 있다고 다시 가정하면 전기적 결함이 해결될 때까지 결함 격리를 위해 네트워크가 영구적으로 채택하는 다음 결함 완화 단계를 채택할 수 있다.
단계 폐쇄된 스위치들 개방된 스위치들 부하 공유 중인 소스들
1´´ ab, ad bc, cd A와 B와 D
도 15에 따른 스타 토폴로지를 기반으로 하는 또 다른 예가 제공된다. 중앙 노드 역할을 하는 연결 레인(320)과 각 제1 종류 파워 레인 사이의 파워 링크 ax, bx, cx, dx는 다시 스위치라고 가정한다. 적합한 부분 부하 공유 모드 또는 단계의 예는 다음 단계 1 ~ 6 이다.
단계 폐쇄된 스위치들 개방된 스위치들 부하 공유 중인 소스들
1 ax, bx cx, dx A와 B
2 ax, cx bx, dx A와 C
3 ax, dx bx, cx A와 D
4 bx, cx ax, dx B와 C
5 bx, dx ax, dx B와 D
6 cx, dx ax, bx C와 D
다른 예와 마찬가지로 이 솔루션은 파워 레인 수에 관계없이 확장 가능하며 단계는 순서에 관계없이 스위칭될 수 있다. 네트워크 중요도로 인해 레인의 절반 이상이 손실될 수 있는 경우, 예를 들어 3개의 레인이 2개가 아닌 각각의 동시 부분 부하 공유에 참여하는 추가 단계가 가능하다.
소스 C 또는 부하 CC의 결함으로 인해 파워 레인(308c)이 결함나는 경우, 네트워크의 전기적 결함 완화 작동 모드에서 다음 단계가 주기적으로 가정될 수 있다:
단계 폐쇄된 스위치들 개방된 스위치들 부하 공유 중인 소스들
1´ ax, bx cx, dx A와 B
2´ ax, dx bx, cx A와 D
3´ bx, dx ax, dx B와 D
이들 단계(1', 2' 및 3')는 정상 작동을 위해 주어진 예의 단계 1 내지 단계 6의 하위세트이며, 단계 1에 대응하는 단계 1', 단계 3에 대응하는 단계 2' 및 단계 5에 대응하는 단계 3'의 하위세트이다.
대안적으로, 원하는 경우 전력 분배 네트워크의 전기적 결함 완화 작동 모드에서 부하에 대해 제1 종류의 건강한 파워 레인들의 소스들을 가로지르는 영구적인 부하 공유를 다시 구현할 수 있다 .
각 구현의 다양한 단계 또는 부분 부하 공유 모드 사이의 스위칭은 바람직하게는 현재 닫힌 스위치를 먼저 열고 다음 단계를 달성하기 위해 닫힐 스위치를 닫음으로써 수행된다. 이는 단계 스위칭 시 안전 마진이 감소하지 않음을 보장하다. 따라서, 단계들 사이의 스위칭은 바람직하게는 직접적으로 수행되지 않고, 소스들을 가로지르는 부분 부하 공유가 없는 중간 단계 후에만 수행된다.
도 16 및 도 3을 참조하여 고려되고 설명된 바와 같이, 임계적 중요성의 부하들은 복원력을 달성하고 차량 제어성을 유지하기 위해 항공기의 제1 종류 및 날개 및 동체의 파워 레인에 적절한 분산 및 대칭 방식으로 할당될 수 있다. 이는 제안된 제2 접근의 맥락에서도 적용된다.
이점을 위해, 부분 부하 공유 모드들 또는 부분 부하 공유 단계들의 다양한 부분 공통 부하 공유 그룹들 또는 부분 분리된 부하 공유 그룹들이 이러한 방식으로 형성되어, 각 별개의 공통 부하 공유 그룹 또는 분리된 부하 공유 그룹의 임계적으로 중요한 별개의 부하들 또는 항공기 디바이스들이 항공기의 날개들 및/또는 동체 상에 대칭 방식으로 잘 분산되도록 할 수 있으며, 따라서 이러한 그룹들 중 하나의 결함은 중요하지 않으며 항공기의 제어 가능성을 손상시키지 않는다. 이 경우, 전기적 결함을 격리하고 전기적 결함 완화 작동 모드를 가정하기 위해 전력 분배 네트워크가 전기적 결함 발생을 매우 빠르게 인지하고 반응하는 것이 그다지 중요하지 않다.
당업자가 본 개시의 제안된 개념 및 접근을 상세히 구현할 수 있는 방법에는 많은 가능성이 있다. 당업자는 또한 예를 들어 하나의 네트워크 섹션에 대해 이러한 접근들 중 하나를 적용하고 다른 네트워크 섹션에 대해 다른 접근을 적용함으로써 항공기의 전력 분배 네트워크에서 제안된 접근들 모두를 구현하기로 결정할 수도 있다. 또한, 제2 종류의 파워 링크가 적절하게 선택되면 원칙적으로 전력 분배 네트워크는 두 접근들 모두에 맞게 구성되거나 구성 가능할 수 있다.
전술한 내용에서 사용된 "전력 소스", "전기 부하", "파워 레인", "제 1 종류의 파워 레인", "제 2 종류의 파워 레인", "파워 링크", "제 1 종류의 파워 링크 및 제 2 종류의 파워 링크"와 같은 용어는 본질적으로 특정 기술적 맥락에서 특정 기능을 다루는 일반적인 용어라는 점에 유의해야 한다. 이러한 기능을 실현하는 데 사용되는 특정 구조와 특정 요소를 반드시 암시하지 않는다. 따라서, 복수의 파워 링크가 하나의 각각의 전력 네트워크 디바이스에 통합되는 것이 가능하다. 심지어 하나 또는 복수의 제1 종류 파워 링크와 하나 또는 복수의 제2 종류 파워 링크가 각각 하나의 전력 네트워크 디바이스에 통합될 수도 있다. 전력 네트워크 디바이스에 통합되는 이러한 파워 링크는 전력 네트워크 디바이스의 연결 포트를 공유할 수 있으며, 예를 들어, 전력 네트워크 디바이스의 하나의 연결 포트는 동시에 제1 종류의 파워 링크의 연결 포트와 제2 종류의 파워 링크의 연결 포트가 될 수 있다. 이러한 전력 네트워크 디바이스는 이러한 의미에서 각각의 파워 링크와 함께 디바이스에 통합되는 파워 레인 또는 파워 레인 섹션을 포함할 수도 있다.
항공기의 전력 시스템(300)의 전력 분배 네트워크(306)는 시간 가변 방식으로 복수의 서로 다른 부분 부하 공유 모드를 순차적으로 채택하도록 작동되며, 이는 전력 분배 네트워크의 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성들 사이를 순차적으로 스위칭함으로써, 연관된 전기 부하들(A, BB, CC, DD)에 대하여 전력 소스들(A, B, C, D)을 가로지르는 부분 부하 공유를 제공하며, 각각의 부분 부하 공유 구성은 부분 부하 공유 모드들 중 특정 하나에 연관된다.
10 비행 제어 시스템
12 비행 제어 컴퓨터 시스템
12a, 12b, 12c 비행 제어 컴퓨터
14, 16, 18, 20 항공기 디바이스들
22 제어 버스 시스템
30a, 30b 왼쪽 및 오른쪽 사이드스틱 장치
32a, 32b 왼쪽 및 오른쪽 사이드스틱
38a, 38b 센서 어셈블리들
42a, 42b 연결 링크들
200 카나드형 항공기
202 좌측 후미 날개
203 동체
204 우측 후미 날개
206 좌측 전방 날개
208 우측 전방 날개
210, 212, 214, 216; 234 플랩들
230 추진 모듈
232, 232a, 232b, 232c 추진 엔진들
3.1 ~ 3.12 좌측 후미 날개의 양력/추력 유닛들
4.1 ~ 4.12 우측 후미 날개의 양력/추력 유닛들
1.1 ~ 1.6 좌측 전방 날개의 양력/추력 유닛들
2.1 ~ 2.6 우측 전방 날개의 양력/추력 유닛들
236 날개
240 플랩 액추에이터
242 피벗 조인트
300 전력 시스템
302; A, B, C, D 전력 소스들
304; AA, BB, CC, 전기 부하들
DD1, DD2, DD "
306 전력 분배 네트워크
308; 308a, 308b, 308c, 308d 파워 레인들; 제1 종류의 파워 레인들
310; a, b, c, d 제1 종류의 파워 링크들
312, 314 파워 레인들
316; SW 파워 링크; 스위치
314; 314a, 314b, 314c, 314d, 제2 종류의 파워 레인들
314e, 314f, 314g, "
314h, 314i, 314j "
316; ab, bc, cd, ad, 제2 종류의 파워 링크들
ac, ad, ax, bx, cx, dx "
312, 314, 314a, "
320 연결 레인
EPU1, EPU2, EPU3, EPU4, 전기 추진 유닛들
EPU5, EPU6 "

Claims (15)

  1. 항공기(200)의 전력 시스템(300)에 있어서, 복수의 전기 부하(304)들, 복수의 전력 소스(302)들, 및 상기 전력 소스들과 상기 전기 부하들을 연결하도록 구성된 전력 분배 네트워크(306)를 포함하여, 각 전기 부하는 상기 전력 분배 네트워크의 적어도 하나의 연관된 파워 레인(308)을 통해 적어도 하나의 연관된 전력 소스에 의해 구동 가능하고;
    상기 전력 분배 네트워크(306)는 복수의 스위칭 가능 또는 차단 가능한 파워 링크(310, 316)들을 갖는 회로 스위칭 배열, 및 회로 보호 배열 중 적어도 하나를 포함하고, 각 파워 링크는 2개의 연결 포트들을 갖고, 각 파워 링크는, 상기 연결 포트들 중 하나에 연결된 구동 파워 레인 또는 구동 파워 레인 섹션으로부터 상기 연결 포트들 중 다른 하나에 연결된 피구동 파워 레인 또는 피구동 파워 레인 섹션으로 전력을 전송하기 위해, 제1 작동 모드에서 상기 연결 포트들을 연결하도록 구성되고, 상기 구동 파워 레인 또는 구동 파워 레인 섹션 및 상기 피구동 파워 레인 또는 피동력 파워 레인 섹션 사이의 상기 파워의 전송을 방지하기 위해, 제2 작동 모드에서 상기 연결 포트들 간의 연결을 중단하도록 구성되고,
    상기 전력 분배 네트워크(306)는, 상기 전력 분배 네트워크(306)에 의해 순차적으로 채택된, 복수의 상이한 부분 부하 공유 모드들에 따라, 시간 가변 방식으로 연관된 전기 부하들(AA, BB; CC, DD; BB, CC; AA, DD; AA, BB; AA, CC; AA, DD; BB, CC; BB, DD; CC, DD)에 대한 전력 소스들(A, B; C, D; B, C; A, D; A, B; A, C; A, D; B, C; B, D; C, D)을 가로지르는 부분 부하 공유를 제공하도록 구성되고, 상기 전력 분배 네트워크의 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성들 사이를 순차적으로 스위칭함으로써, 각 부분 부하 공유 구성은 상기 부분 부하 공유 모드들 중 특정 모드에 연관되고;
    상기 복수의 전력 소스들 중 적어도 하나의 전력 소스들 그룹의 각 전력 소스는 상기 상이한 부분 부하 공유 모드들 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2 개에 연관되고, 상기 복수의 전기 부하들 중 적어도 하나의 전기 부하들 그룹의 각 전기 부하는 상기 상이한 부분 부하 공유 모드들 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2 개에 연관되고, 각 부분 부하 공유 모드에는 복수의 전력 소스들 및 복수의 전기 부하들이 연관되어, 상기 전력 소스들 및 상기 전기 부하들은 하나의 공통 부하 공유 그룹 또는 상기 별개의 부분 부하 공유 모드의 복수의 분리된 부하 공유 그룹들을 형성하도록, 상기 전력 분배 네트워크가 구성되고, 상기 전력 분배 네트워크(306)는, 상기 별개의 부분 부하 공유 모드를 채택할 때, 상기 연관된 공통 부하 공유 그룹의 상기 전기 부하들에 대해 상기 연관된 공통 부하 공유 그룹의 상기 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유를 제공하고, 상기 분리된 부하 공유 그룹들의 각각에 대해 별도의 부분 부하 공유를 제공하며, 이는, 상기 분리된 부하 공유 그룹들을 가로지르는 임의 부하 공유 없이, 이 별개의 분리된 부하 공유 그룹의 상기 전기 부하들에 대해 각 별개의 분리된 부하 공유 그룹의 상기 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유인, 전력 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 분배 네트워크(306)는 적어도 하나의 정상 작동 모드 및 적어도 하나의 전기적 결함 완화 작동 모드에서 작동하도록 구성되고, 상기 전력 분배 네트워크는 상기 정상 작동 모드에서 상기 상이한 부분 부하 공유 모드들을 순차적으로 채택하도록 구성되는, 전력 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 분배 네트워크(306)는, 전기적 결함 완화 작동 모드에서, 전기적 결함 격리를 제공하여, 전기적 결함을 포함하는 상기 전력 분배 네트워크의 네트워크 부분은, 상기 제2 작동 모드를 가정하는 적어도 하나의 파워 링크(314)에 의해 상기 전력 분배 네트워크의 적어도 하나의 다른 네트워크 부분으로부터 격리되는, 전력 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 분배 네트워크는 모든 전기 부하들(AA, BB, CC, DD)에 대해 모든 전력 소스들(A, B, C, D)을 가로질러, 순차적으로 채택되는 상기 복수의 상이한 부분 부하 공유 모드들에 따라 부분 부하 공유를 제공하도록 구성되는, 전력 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 분배 네트워크(306)는 제1 종류의 복수의 파워 레인(308)들을 포함하고;
    상기 제1 종류의 각 파워 레인은 상기 제1 종류의 다른 파워 레인과 연관되지 않은 적어도 하나의 연관된 전력 소스(A; B; C; D)과 연관되어 있고, 상기 제1 종류의 각 파워 레인은, 상기 제1 종류의 다른 파워 레인과 연관되지 않은, 적어도 하나의 전기 부하(AA; BB; CC; DD)를 연관시켜, 상기 적어도 하나의 전력 소스가, 상기 제1 종류의 다른 파워 레인을 통한 구동을 필수적으로 포함하지 않고, 상기 적어도 하나의 전기 부하를 상기 제1 종류의 상기 별개의 파워 레인을 통해 구동할 수 있도록 하기 위해, 하나의 연관된 전력 소스는 상기 적어도 하나의 연관된 전기 부하와 상기 제1 종류의 각 파워 레인을 통해 연결되거나 연결 가능한, 전력 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    제2 종류의 적어도 하나의 상기 파워 레인을 경유하여 이러한 상기 제1 종류의 이 파워 레인들 간에 파워를 전송함으로써, 상기 제1 종류의 이 파워 레인들에 연관된 전기 부하(AA, BB, CC, DD)들에 대해 상기 제1 종류의 상기 파워 레인들의 적어도 하나의 그룹에 연관되거나 또는 상기 제1 종류의 모든 파워 레인들에 연관된 전력 소스(A, B, C, D)들에 가로지르는 부분 부하 공유를 활성화하기 위해, 상기 제1 종류의 복수의 파워 레인(308)들은 상기 전력 분배 네트워크의 연결 레인 배열을 통해 연결되거나 연결 가능하고, 상기 연결 레인 배열은 제2 종류의 하나 또는 복수의 파워 레인(314)들을 포함하는, 전력 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 종류의 상기 파워 레인(308)들의 각각은 제1 종류의 파워 링크(310)를 포함하고, 이는 제1 작동 모드에서 상기 제1 종류의 이 파워 링크를 통해 연관된 마지막 하나의 전력 소스(A; B; C; D)로부터 연관된 적어도 하나의 전기 부하(AA; BB; CC; DD)로 전력의 전송을 허용하고, 상기 제2 작동 모드에서 제1 종류의 이 파워 링크를 통해 연관된 마지막 하나의 전력 소스로부터 연관된 적어도 하나의 전기 부하로 전력의 전송을 억제하고, 여기서 상기 제1 종류의 각 파워 링크는, 전기적 결함을 나타내는 적어도 하나의 사전 설정 또는 사전 설정 가능한 전기적 트립 조건에 대한 응답으로, 상기 제1 작동 모드로부터 상기 제2 작동 모드로 작동 모드를 변경하도록 바람직하게 구성되는, 전력 시스템.
  8. 제6항 또는 가능하게는 제7항에 있어서,
    상기 제2 종류의 상기 파워 레인(314)들은 각각 제2 종류의 파워 링크(316)를 포함하고, 이는 제1 작동 모드에서 상기 제2 종류의 파워 링크를 통해 상기 제 1 종류의 파워 레인(310)들 사이의 상기 전력 전송을 허용하고, 제 2 작동 모드에서 상기 제 2 종류의 파워 링크를 통해 상기 제 1 종류의 파워 레인(310)들 사이의 상기 전력 전송을 억제하고, 여기서 상기 제2 종류의 각 파워 링크는 상기 전력 분배 네트워크의 연관된 전기 기계 또는 솔리드-스테이트 회로 스위칭 디바이스에 의해 바람직하게 제공되는, 전력 시스템.
  9. 항공기(200)의 전력 시스템(300)을 작동하는 방법에 있어서,
    복수의 전기 부하(304)들, 복수의 전력 소스(302)들, 및 상기 전력 소스들과 상기 전기 부하들을 연결하도록 구성된 전력 분배 네트워크(306)를 포함하여, 각 전기 부하는 상기 전력 분배 네트워크의 적어도 하나의 연관된 파워 레인을 통해 적어도 하나의 연관된 전력 소스에 의해 구동 가능하고; 상기 전력 분배 네트워크(306)는 복수의 전환 가능 또는 차단 가능한 파워 링크(310, 316)들을 포함하고, 각 파워 링크는 상기 전력 분배 네트워크의 별개의 파워 레인 내에 제공되고, 상기 파워 링크의 제1 작동 모드에서 상기 별개의 파워 레인을 통한 상기 전력 전송을 허용하고, 상기 파워 링크의 제2 작동 모드에서 상기 별개의 파워 레인을 통한 상기 전력 전송을 억제하고;
    상기 방법은 시간 가변 방식으로 복수의 상이한 부분 부하 공유 모드들을 순차적으로 채택하도록 상기 전력 분배 네트워크(306)를 작동시키는 단계를 포함하고, 상기 단계는 상기 전력 분배 네트워크의 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성들 사이를 순차적으로 스위칭하여, 각 부분 부하 공유 구성이 부분 부하 공유 모드 중 특정 모드에 연관됨으로써, 연관된 전기 부하(AA, BB; CC, DD; BB, CC; AA, DD; AA, BB; AA, CC; AA, DD; BB, CC; BB, DD; CC, DD)들에 대한 전력 소스(A, B; C, D; B, C; A, D; A, B; A, C; A, D; B, C; B, D; C, D)들을 가로지르는 부분 부하 공유를 제공하고,
    상기 복수의 전력 소스들 중 적어도 하나의 전력 소스들 그룹의 각 전력 소스는 상이한 부분 부하 공유 모드들 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 두 개에 연결되고, 상기 복수의 전기 부하 중 적어도 하나의 전기 부하 그룹의 각 전기 부하는 상이한 부분 부하 공유 모드들 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2 개에 연관되고, 상기 복수의 전기 부하들 중 적어도 하나의 전기 부하들 그룹의 각 전기 부하는 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2개의 상이한 부분 부하 공유 모드들에 연관되고, 각 부분 부하 공유 모드는 복수의 전력 소스들 및 복수의 전기 부하들과 연관되어, 상기 전력 소스들 및 전기 부하들은 상기 별개의 부분 부하 공유 모드의 하나의 공통 부하 공유 그룹 또는 복수의 분리된 부하 공유 그룹을 형성하고, 여기서 상기 전력 분배 네트워크(306)는, 상기 별개의 부분 부하 공유 모드를 채택하도록 작동될 때, 상기 연관된 공통 부하 공유 그룹의 상기 전기 부하들에 대해 상기 연관된 공통 부하 공유 그룹의 상기 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유를 제공하거나, 또는 각각의 상기 분리된 부하 공유 그룹들에 대해 별도의 부분 부하 공유를 제공하고, 이는, 상기 분리된 부하 공유 그룹들을 가로지르는 부하 공유 없이, 상기 각 별개의 분리된 부하 공유 그룹의 상기 전기 부하들에 대해 각 별개의 분리된 부하 공유 그룹의 상기 전력 소스들을 가로지르는 부하 공유인, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 전력 분배 네트워크의 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성들 사이에서 순차적으로 스위칭함으로써, 연관된 전기 부하들에 대해 상기 전력 소스들을 가로지르는 상기 부분 부하 공유를 제공하는 적어도 하나의 정상 작동 모드에서, 상기 전력 분배 네트워크(306)를 작동시키는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 제2 작동 모드를 가정하는 적어도 하나의 파워 링크에 의해 전기적 결함을 포함하는 상기 전력 분배 네트워크의 네트워크 부분이 상기 전력 분배 네트워크의 적어도 하나의 다른 네트워크 부분으로부터 격리되도록, 전기적 결함 격리를 제공하는 적어도 하나의 전기적 결함 완화 작동 모드에서 전력 분배 네트워크(306)를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 전력 분배 네트워크(306)는, 각각 제1 종류의 별개의 파워 링크(310)들을 포함하는 제1 종류의 파워 레인(308)을 포함하고, 상기 전력 분배 네트워크(306)는, 각각 제2 종류의 별개의 파워 링크(316)를 포함하는 제2 종류의 하나 또는 복수의 파워 레인(314)을 포함하고,
    상기 제1 종류의 각 파워 레인은 적어도 하나의 연관된 전력 소스(302)를 적어도 하나의 연관된 전기 부하(304)와 연결하여, 적어도 하나의 연관된 전력 소스가 반드시 상기 제1 종류의 다른 파워 레인을 통한 구동을 필수적으로 포함하지 않고도, 적어도 하나의 연관된 전기 부하를 구동할 수 있도록 하고;
    상기 제1 종류 파워 레인들 사이에서 파워를 전송할 수 있도록 하기 위해, 상기 제2 종류(314)의 각 파워 레인은 상기 제1 종류(310)의 적어도 2 개의 연관된 파워 레인들과 연결되거나 연결 가능할 수 있어, 이 상기 제1 종류의 파워 레인들에 연관된 전기 부하(AA, BB, CC, DD)들에 대해 이 상기 제1 종류의 파워 레인들에 연관된 전력 소스(A, B, C, D)들을 가로지르는 상기 부분 부하 공유가 이뤄지고;
    상기 방법은, 상기 전력 분배 네트워크가 상기 복수의 상이한 부분 부하 공유 구성들 사이 또는 상기 복수의 상이한 부분 고장 격리 부하 공유 구성들 사이에서 순차적으로 스위칭되도록, 상기 제2 종류(314)의 파워 링크들을 상기 제1 작동 모드 및 상기 제2 작동 모드 사이에서 반복적으로 전환하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 싸른 전력 시스템(800)을 포함하는 항공기에 있어서,
    상기 항공기(200)는 단일 파일럿 항공기, 수직 이착륙 기능을 갖는 항공기, 및 카나드 타입의 항공기 중 적어도 하나에 바람직하게 해당하는, 항공기.
  13. 제12항에 있어서,
    전력 시스템(300)은 상기 항공기의 안전한 비행 작동을 유지하는 데 중요한 관련성을 갖는, 항공기 디바이스들의 형태의 공통 유형의 전기 부하들 그룹을 적어도 하나 이상 포함하고, 상기 항공기 디바이스들은 상기 항공기의 상기 동체(203) 및 상기 항공기 날개(202, 204, 206, 208)들 중 하나 또는 둘 모두에 수 및 구성으로 배치되어, 상기 공통 유형의 항공기 디바이스들 중 적어도 2개를 각각 포함하는 복수의 항공기 디바이스들의 다양한 하위 그룹들이 상기 항공기의 상기 비행 능력 및 상기 제어 능력을 위태롭게 하지 않으면서, 고장들에 대한 탄력성을 달성할 수 있도록 하는, 항공기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 또는 별개의 하위 그룹의 상기 항공기 디바이스들은 상기 전력 시스템(300)의 상기 전력 분배 네트워크의 특정 공통 파워 레인에 연결되며, 상기 공통 파워 레안을 통해 일반적으로 구동 가능하고, 상기 또는 각각의 하위 그룹의 상기 항공기 디바이스들은 상기 항공기의 상기 동체(203) 및 상기 항공기의 날개(202, 204, 206, 208)들 중 하나 또는 둘 모두에 대칭적으로 분산 배치되어 제공됨으로써, 상기 공통 파워 레인에 직접적으로 또는 간접적으로 영향을 미치고 이 하위 그룹의 항공기 디바이스들에 고장이 발생하더라도 상기 항공기의 상기 비행 능력 및 상기 제어 능력을 위태롭게 하지 않도록 하는, 항공기.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 항공기 디바이스들은 각각 적어도 하나 또는 복수의 상이한 부분 부하 공유 모드들에 연관되며, 상기 항공기 디바이스들은 하나의 공통 부하 공유 그룹 또는 상기 별개의 부분 부하 공유 모드의 복수의 분리된 부하 공유 그룹들을 형성하고;
    상기 항공기 다바이스들은 상기 별개의 하나의 공통 부하 공유 그룹 또는 상기 별개의 복수의 분리된 부하 공유 그룹들을 형성하는 방식으로 상기 상이한 부분 부하 공유 모드들에 연관되고, 각각의 상기 상이한 부분 부하 공유 모드들에 대해, 상기 공통 부하 공유 그룹 또는 상기 복수의 분리 부하 공유 그룹들 각각의 상기 항공기 디바이스들은 상기 항공기의 동체(203) 및 상기 항공기 날개(202, 204, 206, 208)들 중 하나 또는 둘에 대칭적으로 분산 배치되어, 상기 공통 부하 공유 그룹 또는 상기 분리 부하 공유 그룹들의 상기 항공기 디바이스들에 직접 또는 간접적으로 영향을 미쳐서 상기 항공기 디바이스들의 고장을 초래하는 전기적 결함이 상기 비행 능력 및 상기 항공기의 상기 제어 능력을 위험하게 하지 않는 방식으로 제공되는, 항공기.
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