Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest hybrydowy układ napędowy statku powietrznego składający się z dwóch niezależnych systemów napędowych złożonych z co najmniej jednego silnika turbinowego i co najmniej dwóch silników elektrycznych napędzających śmigła w układzie przeciwbieżnym o stałym skoku.
W niektórych zastosowaniach - głównie ze względów bezpieczeństwa - samoloty komunikacyjne wyposażone są w co najmniej dwa silniki spalinowe, chociaż wprowadzenie do eksploatacji niezawodnych i o dużej trwałości silników turbośmigłowych wprowadziło dylemat związany z tym, czy w świetle statystyk bezpieczeństwa lotów samolot lekki, kilku- lub kilkunastomiejscowy z dwoma silnikami jest bezpieczniejszy od samolotu jednosilnikowego z wypróbowanym silnikiem turbośmigłowym, jak na przykład samolot Pilatus PC-12. Wymóg posiadania przez samoloty co najmniej dwóch silników generuje wyższe koszty zakupu i eksploatacji, na które wpływa przede wszystkim wyższy stopień skomplikowania ich konstrukcji jak również wysokie koszty szkoleń pilotów, ponieważ piloci muszą posiadać zdecydowanie wyższe kwalifikacje niż piloci samolotów jednosilnikowych.
Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji hybrydowego układu napędowego statku powietrznego, który złożony jest z co najmniej jednego silnika turbinowego, który bez dodatkowych przekładni między turbiną napędową a końcówką odbioru mocy napędza generator prądu zmiennego, który poprzez układ prostowniczy i falowniki zasila co najmniej dwa silniki elektryczne, z których jeden wyposażony jest w drążony wał. Silniki elektryczne napędzają przeciwbieżne śmigła, przy czym w układzie napędowym znajduje się dodatkowo rezerwowa bateria dla awaryjnego zasilania silników elektrycznych.
Układ napędowy statku powietrznego wyposażony w co najmniej jeden silnik turbinowy oraz śmigła w układzie przeciwbieżnym o stałym skoku, według wynalazku charakteryzuje się tym, że składa się z dwóch niezależnych zespołów napędowych złożonych z co najmniej jednego silnika turbinowego napędzającego bezpośrednio bez pośrednictwa przekładni co najmniej jeden generator prądu zmiennego, który poprzez prostowniki przekazuje przewodami zasilającymi wytworzony prąd elektryczny do falowników sterowanych przez urządzenie kontrolno-regulujące połączone z dwoma silnikami prądu przemiennego napędzającymi śmigła pracujące w układzie przeciwbieżnym o stałym skoku, przy czym wał silnika prądu przemiennego jest wydrążony w środku dla przeprowadzenia przewodów elektrycznych, natomiast rezerwowe źródło energii stanowią baterie akumulatorów połączone poprzez układ kontrolno-regulujący i falowniki z silnikami prądu przemiennego. Napędzające śmigła i silniki turbinowe umieszczone są w optymalnym dla konstrukcji miejscu, zwłaszcza w części nosowej lub części tylnej statku powietrznego. Silniki prądu przemiennego są zasilane z jednego z generatorów prądu zmiennego lub z baterii akumulatorów.
Zaletą układu napędowego statku powietrznego według wynalazku jest potanienie kosztów produkcji poprzez zastąpienie konwencjonalnego napędu turbośmigłowego z przekładnią redukcyjną znajdującą się między turbiną napędową a końcówką odbioru mocy w postaci śmigła, przez bardziej niezawodne i bardziej ekonomiczne silniki turbinowe pozbawione przekład ni między silnikiem turbinowym a generatorami prądu zmiennego. Tak skonfigurowane silniki są poprzez układ elektryczny połączone z silnikami elektrycznymi napędzającymi śmigła w układzie przeciwbieżnym o stałym skoku. Dzięki układowi przeniesienia mocy z wykorzystaniem prądu elektrycznego, składającego się z silnika turbinowego, generatora prądu zmiennego, urządzenia kontrolno-sterującego, falowników i silników elektryczne, stało się możliwe zrezygnowanie z systemu zmiany skoku śmigła, ponieważ istnieje możliwość zmiany częstotliwości przetworzonego przez falowniki prądu zmiennego, a tym samym zmiany szybkości obrotowej śmigła. Rozwiązanie to pozwala też na większą możliwość kształtowania bryły samolotu, gdyż możliwym jest umieszczenie napędu turbinowego i śmigieł w optymalnym dla konstrukcji miejscu, zwłaszcza w nosie jak i w tyle statku powietrznego.
Przedmiot wynalazku został pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym na fig. 1 pokazano w przekroju wzdłużnym statek powietrzny wyposażony w hybrydowy układ napędowy, a na fig. 2 pokazano statek powietrzny w widoku z góry.
Jak pokazano na rysunku, układ napędowy statku powietrznego 16 sterowany poprzez system sterowania znajdujący się w kabinie pilota wyposażony jest w co najmniej jeden silnik turbinowy 8 lub 8' oraz śmigła 9, 10 w układzie przeciwbieżnym o stałym skoku. Układ napędowy statku powietrznego 16 składa się z niezależnych zespołów napędowych złożonych z silników turbinowych 8 lub 8' napędzającego generatory prądu zmiennego 7 lub Γ, który poprzez prostowniki 6 lub 6' przekazuje przewodami zasilającymi 13 wytworzony prąd elektryczny do urządzenia kontrolno-regulującego 3 współpracującego
PL 233 584 Β1 z falownikami 4 połączonymi z dwoma silnikami prądu przemiennego 1 i 2 napędzającymi śmigła 9,10 pracujące w układzie przeciwbieżnym o stałym skoku osadzone na wałach 11, 17, przy czym wał 11 silnika 1 jest wydrążony w środku dla przeprowadzenia przewodów elektrycznych 12. W miejsce jednego silnika turbinowego 8 lub 8’ możliwe jest zastosowanie baterii akumulatorów 5, co zapewni wymaganą przepisami długotrwałość lotu w przypadku awarii silnika spalinowego.