RU2610358C2 - Способ передачи электрической энергии в летательном аппарате и электромеханическая конструкция для передачи электрической энергии - Google Patents

Abstract

При передаче электрической энергии в летательном аппарате, содержащем вспомогательную силовую установку, основные двигатели и оборудование - конечные потребители, обеспечивают передачу электрической энергии между компонентами летательного аппарата. Силовой вал вспомогательной силовой установки связан с группой энергетического преобразования через коробку передачи мощности. Каждая группа преобразования содержит только один трансформируемый электромеханический компонент - стартер/генератор и преобразователь механической энергии. Передачу мощности осуществляют от каждой группы преобразования, прямой связью, с одной стороны, механически с коробкой передачи и, с другой стороны, электрически с соответствующим оборудованием. Летательный аппарат содержит блок контроля, связанный с силовым электронным блоком и управляющий преобразованием стартер/генератор трансформируемого электромеханического компонента - стартер/генератора во время различных фаз: запуск вспомогательной силовой установки или основных двигателей, поглощение энергии или руление. Другое изобретение группы относится к электромеханической конструкции, обеспечивающей передачу электрической энергии, по указанному выше способу. Группа изобретений позволяет упростить систему передачи электрической энергии летательного аппарата. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к способу усовершенствования цепи компонентов для передачи электрической энергии летательного аппарата. Изобретение касается также электромеханической конструкции, выполненной с возможностью осуществления такого способа, и летательного аппарата, содержащего электроэнергетические компоненты, предназначенные для осуществления такого способа, и летательного аппарата, содержащего электроэнергетические компоненты, выполненные в соответствии с такой конструкцией.

Летательные аппараты содержат обычно по меньшей мере одну вспомогательную силовую установку, размещенную на борту, называемую также APU (сокращение от «Auxiliary Power Unit» в английской терминологии) или ВСУ (сокращение от вспомогательная силовая установка). ВСУ является небольшим турбореактивным двигателем, который, будучи соединенным с генератором электрического тока, выполнен с возможностью снабжать электрической энергией электрический двигатель, предназначенный для передвижения летательного аппарата на земле.

ВСУ оборудуют обычно летательные аппараты для питания на земле различных потребителей энергией (электрическая, пневматическая и гидравлическая мощности, воздушные кондиционеры) и запуска основных двигателей. ВСУ может, при необходимости, быть вновь запущена в полете в случае отказа системы управления кондиционированием воздуха или электроснабжения. Достаточно безопасный, чтобы быть сертифицированным, например, в классе двигатель, он может, в таком случае, в некоторых фазах полета заменять основные двигатели для снабжения энергией потребляющее оборудование.

Как изображено на схеме фиг. 1, ВСУ 10 классически содержит газогенератор, включающий в себя воздушный компрессор А1, камеру сгорания 2 смеси воздуха А1 и топлива к1, а также две турбины 3 и 4 - а также, по меньшей мере, один силовой приводной вал 5. Вторая турбина 4 классически является свободной турбиной, при этом наиболее мощные ВСУ снабжены свободной турбиной.

Ступени 3 и 4 расширения газов G1 снабжают мощностью компрессор 1 с помощью приводного вала 5. Этот вал 5 является также силовым валом: действительно, на валу 5 имеется остаточная мощность для приведения в действие оборудования, когда ВСУ находится в рабочем состоянии, например, на земле или при некоторых фазах полета, в частности, при взлете, при посадке или в случае потенциальной неисправности двигателя. В случае, когда турбина 4 является свободной, располагаемая мощность передается оборудованию по приводному валу, коллинеарному валу 5.

Для обеспечения потребности в сжатом воздухе Ас, например, при рулении на земле, компрессор 6 нагрузки приводится в действие располагаемой мощностью, снабжаемой посредством вала 5 для сжатия входящего воздуха А0. Этот компрессор 6 подключен, например, к системе кондиционирования воздуха или к системе пневматического давления (не изображенной на чертеже).

Для обеспечения оборудования электрической мощностью, в частности, для запуска основных двигателей, вал 5 подключен к двум генераторам переменного тока 7а и 7b, установленным параллельно с помощью шестерен Р1-Р3 промежуточной коробки передачи мощности 8. На каждом приводном валу 9а и 9b каждого генератора переменного тока 7а и 7b расположена механическая плавкая вставка Fa, соответственно Fb, обеспечивающая разрывание цепей в случае неисправностей генератора переменного тока. Эти плавкие вставки могут представлять собой, например, зубчатые кулачки или разрушаемые секции.

Средство генерирования электрического тока, образованное, по меньшей мере, одним генератором переменного тока, в данном случае, продублировано, так как технологическая безопасность предусматривает функциональное резервирование и содержит, по меньшей мере, два независимых электрических контура. В общем, оборудование классически продублировано и остается независимым.

Запуск ВСУ классически осуществляется электрическим пускателем (не изображенным на чертеже), а запуск основных двигателей - пневматическим стартером, питаемым компрессором 6 нагрузки, установленным на приводном валу 5 ВСУ.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Недавнее появление электрических стартеров/генераторов, сокращенно СГ, позволило исключить использование пневматического стартера 6 основных двигателей и использование электрического пускателя ВСУ. Известно решение, описанное в документе US 4456830, касающееся электрической системы запуска для запуска двигателей летательного аппарата. При использовании силовых электронных блоков ЕР1 и ЕР2 генераторы переменного тока 7а и 7b, работающие в СГ, преобразуются путем силовых связей LP1 и LP2 в двигатель (стартер) в фазе запуска ВСУ, затем трансформируются в генератор в фазе снабжения электрическим током (генератор переменного тока). Силовые электронные блоки регулируют электрическую мощность, подаваемую СГ 7а и 7b от электрических сетей R1 и R2 летательного аппарата или передаваемую этим сетям. Эта передача позволяет подать мощность на оборудование летательного аппарата, в частности на мотокомпрессоры систем кондиционирования воздуха.

В процессе запуска ВСУ от аккумуляторов летательного аппарата, постоянный ток преобразуется электронными блоками ЕР1 и ЕР2 в переменный ток с изменяемой частотой, обеспечивающей адаптацию, по скорости и/или по моменту, управления в фазе запуска ВСУ.

Кроме того, цифровой блок контроля U1, называемый также FADEC (сокращение от «Full Authority Digital Engine Control» в англ. терминологии), регулирует скорости зубчатых колес коробки 8 передачи мощности. Регулирование осуществляется путем впрыскивания соответствующего количества топлива К1 в камеру сгорания 2 через дозатор D1. Это количество рассчитано и используется блоком U1 в зависимости от отклонения между скоростью зубчатых колес коробки 8, выдаваемой датчиком скорости Cv и передаваемой в блок U1, и заданной величиной. Блок U1 и силовые электронные блоки ЕР1, ЕР2 соединены кабелями или радиосвязью LA с центром управления летательным аппаратом для координирования и прогноза управления мощностью в соответствии с условиями полета. В наши дни значительное увеличение электрического оборудования направлено на улучшение концепции «все электрическое». Использование конструкции снабжения энергией на описанной выше основе неприемлемо для привода этого оборудования.

Известно, например, использование силового электронного блока для управления двигателями компрессоров нагрузки, или мотокомпрессорами, для обеспечения потребности в сжатом воздухе. Обычно используются четыре мотокомпрессора в цепях R1, R2 для питания двух систем кондиционирования воздуха или ECS (сокращенно «Environment Control System» в англ. терминологии). Этот тип управления требует использования мотокомпрессоров и генератора переменного тока большой мощности, например, мощности в 200 кВА для обеспечения электричеством двигателя каждого мотокомпрессора и обеспечения электричеством летательного аппарата, в частности, в процессе запуска ВСУ.

Таким образом, увеличение количества оборудования приводит к использованию избыточного количества двигателей или генераторов для электрической координации оборудования, а также к увеличению числа систем электромеханической связи в промежуточных коробках. Поэтому конструкция становится сложной и энергетически малоэкономной. В частности, габаритные размеры, масса и стоимость увеличиваются, в то время как надежность уменьшается.

Кроме того, в распределительной сети переменного тока летательного аппарата ВСУ образует добавление источника значительной мощности, использование которого, ограниченное в некоторых фазах полета, создает значительные сложности вследствие коммутации цепей в реальном времени в электрическом сердце, в частности, для обеспечения выполнения различных функций в случае неисправности.

Энергия, рекуперированная посредством рециркуляции, например, в процессе замедления на земле двигателями шасси (функция, называемая «green taxiing» в англ. терминологии, то есть зеленая рекуперация при рулении) или теплообменниками, расположенными в соответствующих местах, не используется ВСУ в фазах полета, когда они не задействованы, время запуска и включения являются весьма длительными; должна быть установлена дополнительная система поглощения энергии.

Технологическое резервирование ВСУ может быть обеспечено основными двигателями. Однако это решение требует соединения этих двигателей с пневматической системой. Альтернативно независимые системы, такие как мотокомпрессоры, могут использоваться для осуществления резервирования. Однако эти решения требуют дополнительных устройств, что усложняет систему.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение направлено на устранение этих недостатков и, в частности, на осуществление конструкции, выполненной с возможностью усовершенствования распределения электроэнергии между различными компонентами летательного аппарата для уменьшения количества компонентов, габаритных размеров, массы и стоимости при гарантии хорошей надежности.

Для этого в изобретении предлагается оптимизировать энергетическое предложение путем адаптивной работы с реверсивностью систем электроснабжения ВСУ. Такое функционирование позволяет адаптацию, в случае неисправности ВСУ или системы снабжения пневматической или гидравлической энергией.

Точнее говоря, объектом настоящего изобретения является способ усовершенствования цепи компонентов передачи электрической энергии летательного аппарата, содержащей вспомогательную силовую установку ВСУ, основные двигатели и оборудование - конечные потребители электрической, пневматической и/или гидравлической энергии, управляемых соответствующими системами управления. ВСУ снабжает мощностью, выдаваемой на силовой вал путем связи, по меньшей мере, с одной группой энергетического преобразования через коробку передачи мощности. Каждая группа преобразования имеет только один трансформируемый электромеханический компонент стартер/генератор и соответствующий преобразователь механической энергии. Передачу мощности осуществляют от группы или каждой группы преобразования прямой связью, с одной стороны, с коробкой передачи, и, с другой стороны, с соответствующим конечным оборудованием.

Этот способ позволяет, таким образом, исключить промежуточное оборудование (двигатели, генераторы, инверторы и т.д.) для электромеханического преобразования и уменьшения силовых мощностей, необходимых для снабжения энергией соответствующего конечного оборудования, например, систем кондиционирования воздуха.

Этот способ касается также усовершенствования поглощения энергии, рекуперируемой другими системами летательного аппарата, такими как двигатели колес шасси во время торможения, или турбина рекуперации энергии, связанная с теплообменником.

Предпочтительно, связь между группой преобразования и ВСУ осуществляется в коробке путем подключения приводного вала ВСУ к валу стартера/генератора СГ через направленное силовое соединение, работающее в одном направлении, идущем от приводного вала ВСУ к валу СГ, при этом передача является свободной или без приводного соединения в другом направлении.

В соответствии с другими вариантами, способ может предусматривать, что:

- СГ или один из СГ выполнен с возможностью работы в режиме двигателя во время фазы пуска ВСУ и, в таком случае, приводить в действие ВСУ через направленное силовое соединение, идущее от группы к ВСУ;

- СГ, работающий, в таком случае, в режиме двигателя, предпочтительно соединен подвижным образом с приводным валом ВСУ таким образом, что соответствующий преобразователь механической энергии не приводится в действие во время фазы запуска ВСУ;

- турбина рекуперации энергии путем теплообмена с горячими выхлопными газами на выходе пневматического оборудования и/или основных двигателей приводит в действие, по меньшей мере, частично, группу преобразования путем подключения в коробке передачи мощности через, по меньшей мере, направленное силовое соединение, идущее от турбины рекуперации к группе преобразования;

- группа или одна из групп преобразования предназначена для руления путем снабжения электрической энергией в подключении к двигателям шасси летательного аппарата, а другая группа - для снабжения энергией в соответствии с нуждами летательного аппарата, при этом группа, предназначенная для руления, выполнена с возможностью работы в режиме генератора со связью с приводным валом ВСУ в соответствии с потребностью в силе тяги упомянутых двигателей, и в режиме двигателя приведения в действие соответствующего компрессора, когда двигатели шасси трансформируются в режим генератора во время фаз торможения;

- альтернативно, дополнительный СГ предназначен для руления и подключен к валу ВСУ в коробке для того, чтобы быть приведенным в действие этим валом и работать в режиме генератора в соответствии с потребностью в силе тяги двигателей шасси и чтобы работать в режиме двигателя приведения в действие вала ВСУ, самого в режиме двигателя, когда двигатели шасси трансформируется в режим генератора во время фаз торможения.

Изобретение представляет также электромеханическую конструкцию, содержащую компоненты передачи электроэнергии в летательном аппарате, выполненную с возможностью осуществления упомянутого выше способа. Такая конструкция содержит ВСУ, блок контроля, связанный по меньшей мере с одним силовым электронным блоком, коробку передачи мощности с помощью средств зубчатого зацепления между, с одной стороны, валами, по меньшей мере, одной группы преобразования, включающей в себя единственный СГ на группу, трансформируемый блоком контроля и, с другой стороны, приводным валом ВСУ, передающим мощность, а также прямые связи электрической мощности с конечным оборудованием. Каждая группа преобразования напрямую связана, с одной стороны, с коробкой передачи мощности и, с другой стороны, с соответствующим конечным оборудованием.

В соответствии с тем, что соответствующим конечным оборудованием является система кондиционирования воздуха, гидравлическая система и электрическая сеть, группа преобразования содержит соответственно компрессор, гидравлический насос или генератор переменного тока, как пример соответствующего преобразователя механической энергии.

Предпочтительно, передача мощности осуществляется в коробке передач путем подключения приводного вала ВСУ с валами вращения стартеров/генераторов СГ через средства направленного силового соединения, установленные на приводном валу ВСУ или на валах вращения СГ.

В соответствии с определенными предпочтительными вариантами осуществления:

- средства направленного силового соединения выбраны из шестерни холостого хода, разъединяющей муфты, и центробежного или электромеханического сцепления;

- блок контроля, выполненный с возможностью конфигурирования, во время фазы запуска ВСУ, СГ группы преобразования в режим двигателя и приведения в действие вала ВСУ путем подключения к этому валу ВСУ через, по меньшей мере, одно средство направленного силового соединения;

- предпочтительно, во время фазы запуска ВСУ приведение в действие вала ВСУ осуществляется подвижным средством подключения между СГ и валом ВСУ через, по меньшей мере, одно средство направленного соединения, это средство подключения одновременно осуществляет разъединение между СГ и соответствующим преобразователем механической энергии;

- турбина рекуперации энергии от теплообменников на выходе пневматического оборудования и/или основных двигателей подключена, по меньшей мере, к одной группе преобразования в коробке передачи для приведения ее в действие в дополнение к приведению в действие, осуществляемому валом ВСУ, через, по меньшей мере, одно средство направленного силового соединения, идущего от турбины рекуперации к группе преобразования;

- одна из групп преобразования предназначена для руления с помощью средств подключения на, по меньшей мере, одном приводном валу двигателей шасси летательного аппарата, а другая группа, предназначенная для снабжения энергией в соответствии с нуждами летательного аппарата, сконфигурирована блоком контроля в режим генератора в дополнение к приведению в действие, осуществляемому валом ВСУ, в соответствии с потребностью в силе тяги упомянутых двигателей шасси, и в режим двигателя для приведения в действие преобразователя механической энергии этой группы, когда двигатели шасси трансформируются в режим генератора блоком контроля во время фаз торможения;

- дополнительный СГ, предназначенный для руления, приводится в действие валом ВСУ путем подключения в коробке передач и трансформируется блоком контроля в режим генератора для удовлетворения потребности в силе тяги двигателей шасси, и в режим двигателя для приведения в действие вала ВСУ, когда блок контроля трансформирует двигатели шасси в режим генератора во время фаз торможения;

- механические плавкие предохранители вставлены в приводные валы компрессоров и СГ каждого мотокомпрессора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем описание поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг. 1 изображает базовую схему конструкции распределения энергии, содержащую два мотокомпрессора, связанные с ВСУ (уже представленные);

- фиг. 2 изображает схему примера конструкции по изобретению, содержащую средства направленного силового соединения на основных валах,

- фиг. 3 изображает схему конструкции по фиг. 2, используемую при запуске ВСУ и рулении;

- фиг. 4 и 5 изображают схемы варианта по фиг. 3 для осуществления, в двух фазах, функции запуска конструкции без использования компрессора;

- фиг. 6 изображает схему варианта по фиг. 3 для осуществления руления с третьим СГ, подключенным напрямую к ВСУ; и

- фиг. 7 изображает схему конструкции поглощения энергии, содержащей турбину рекуперации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВОПЛОЩЕНИЯ

В соответствии со схемой на фиг. 2 представленная конструкция 10 содержит ВСУ типа, изображенного на фиг. 1, включающая в настоящем примере силовую турбину 4 типа свободной турбины для приведения в действие силового вала 5а. Элементы, идентичные элементам по фиг. 1 (сети R1, R2, силовые электронные блоки ЕР1, ЕР2, силовые связи LP1, LP2, блок контроля U1, датчик скорости Cv, связи с летательным аппаратом LA), обозначены одинаковыми позициями на фиг. 2-7 (кроме оговоренных случаев).

Взаимное распределение функций конструкции, связанной с ВСУ 10 по изобретению, усовершенствовано двунаправленными связями L1 и L2 между блоком контроля U1 и каждым из силовых электронных блоков ЕР1, ЕР2, который управляет преобразованием стартер/генератор или СГ генераторов переменного тока 13а, 13b в процессе различных фаз: запуск ВСУ или основных двигателей, поглощение энергии или руление. Таким образом, силовые электронные блоки ЕР1, ЕР2 передают блоку U1 информации об уровне мощности, которую должны выдать генераторы переменного тока, чтобы предупредить переходные процессы снабжения мощностью ВСУ или для поиска оптимизации скорости. С другой стороны, силовые электронные блоки ЕР1, ЕР2 получают от блока U1 сигнал подтверждения мощности, которая может быть выдана ВСУ.

Газогенератор образован компрессором 1, камерой сгорания 2 и турбиной HP (высокого давления) 3. Последняя снабжает приводной мощностью компрессор 1 с помощью приводного вала 5. Скорость вращения приводного вала 5 измеряется датчиком Cv, и информация передается к блоку контроля U1.

Газогенератор содержит также свободную силовую турбину 4. Остаточная энергия, выходящая от турбины 3, передается на силовую турбину 4, в данном случае, свободную турбину, которая передает механическую мощность на силовой вал 5а. Эта мощность свободна для приведения в действие оборудования через коробку передачи 8, выполненного с возможностью преобразовывать эту мощность в пневматическую, электрическую или гидравлическую мощность.

В данном примере ВСУ 10 снабжает также пневматической мощностью посредством приведения в действие компрессоров 11а и 11b нагрузки и электрической мощностью путем приведения в действие генераторов переменного тока 13а и 13b. Может приводиться в действие и другое оборудование, обозначенное пунктиром, в частности, гидравлический насос, и/или генератор переменного тока, и/или стартер/генератор СГ, предназначенный для руления (см. ниже со ссылкой на фиг. 5).

Все это оборудование приводится в действие силовым валом 5а с помощью зубчатых колес Р1-Р7, собранных в коробке 8. Дополнительные зубчатые колеса Ps, обозначенные пунктирными линиями, могут приводить в действие другое оборудование, упомянутое выше.

Точнее говоря, вал 5а передает мощность на зубчатое колесо Р1 через шестерню RL1 свободного хода. Стрелкой F1 показано направление активного соединения мощности, передаваемой шестерней RL1 свободного хода. Передача мощности происходит, таким образом, от вала 5а к зубчатому колесу Р1 без возможности обратной передачи, то есть от зубчатого колеса Р1 к валу 5а. Действительно, конструктивно зацепление Е1 шестерни RL1 свободного хода является активным, по конструкции, только в одном направлении вращения, соответствующем направлению передачи по стрелке F1, а в противоположном направлении зацепление невозможно и, таким образом, никакая передача от зубчатого колеса Р1 валу 5а невозможна.

Зубчатые колеса Р2 и Р3, зацепленные с зубчатым колесом Р1, приводят в действие соответственно параллельно свободные колеса RL2 и RL3. На этих свободных колесах установлены валы 14а и 14b зубчатых колес Р4 и Р6 приведения в действие генераторов переменного тока 13а и 13b через плавкие вставки AF1 и AF2. Стрелки F2 и F3 показывают направление активного силового соединения, предписываемого свободными шестернями RL2 и RL3 свободного хода, то есть соответственно от зубчатого колеса Р2 к зубчатому колесу Р4 и от зубчатого колеса РЗ к зубчатому колесу Р6.

Кроме того, компрессоры 11а и 11b, которые позволяют производить пневматическую энергию, приводятся в действие соответственно валами 15а и 15b зубчатых колес Р5 и Р7, через плавкие вставки AF3 и AF4, при этом зубчатые колеса Р5 и Р7 соответственно находятся в зацеплении с зубчатыми колесами Р4 и Р6 генераторов переменного тока 13а и 13b. Каждый генератор переменного тока 13а, 13b приводит в действие соответственно компрессор 11а, 11b: каждая пара, образованная генератором переменного тока 13а, 13b и соответствующим компрессором 11а, 11b, представляет собой мотокомпрессор MC1, МС2.

В такой конструкции шестерня RL1 свободного хода является резервированием функции разъединения, осуществляемого шестернями RL2 и RL3 свободного хода. Она, при необходимости, может быть удалена, особенно в случае дополнительного резервирования генератора переменного тока и/или компрессоров. Как вариант, шестерня RL1 свободного хода, разъединяющая муфта могут быть установлены на валу 5а. Такая муфта описана в патентном документе FR 2887945, введенном здесь ссылкой.

Конструкция по изобретению позволяет взаимно распределять оборудование и функции запуска ВСУ, а также рекуперацию и поглощение энергии. В этом плане фиг. 3 представляет и дополняет конструкцию по фиг. 2 для иллюстрации воплощения решения запуска ВСУ с помощью одного или другого генераторов переменного тока, например, генератора переменного тока 13b.

Генератор переменного тока 13b, трансформируемый в стартер, путем инициирования этой функции соответствующим силовым электронным блоком ЕР2, приводит в действие вал 5 через последовательность зубчатых колес Р6, Р7, Р8 и Р9: зубчатое колесо Р6, установленное на валу 15b генератора переменного тока 13b, входит в зацепление с зубчатым колесом Р7, которое приводит в действие компрессор 11b и шестерню RL4 холостого хода. Стрелкой F4 показано направление шестерни RL4 холостого хода, то есть силовое соединение передается к зубчатому колесу Р8. Последнее входит в зацепление с зубчатым колесом Р9, размещенным на валу 5 ВСУ 10.

Предпочтительно, мощность между зубчатыми колесами Р7 и Р8 передается через разъединяющую муфту MD1. Эта плавкая вставка может быть выполнена по технологии, используемой для приведения в действие воздушных стартеров на двигателе. Они способны передавать большие моменты через калиброванную плавкую вставку в направлении стрелки F5 (от зубчатого колеса Р7 к зубчатому колесу Р8), но, напротив, она ведет себя как малоплавкая, если передача мощности осуществляется в противоположном направлении. Это устройство позволяет исключить приведение в действие газогенератора в случае неисправности шестерни RL4 свободного хода.

По причинам резервирования необходимо непосредственно осуществлять транспозицию одного и того же принципа альтернативно или кумулятивно к другому генератору переменного тока, трансформированного в стартер.

Альтернативно фиг. 4 иллюстрирует вариант реализации функции запуска без приведения в действие компрессора 11b в процессе фазы запуска ВСУ и, таким образом, уменьшить мощность, необходимую для этой фазы. В этом варианте подвижное зубчатое колесо Р10 вала 12b, несущего разъединяющую муфту MD1, встроено между зубчатыми колесами Р6 и Р7. Зубчатое колесо Р6 приводит в действие благодаря широкозубой передаче зубчатое колесо Р10, которое не входит в зацепление с зубчатым колесом Р7, по существу, меньшей ширины, чем ширина зубчатого колеса Р6. Через разъединяющую муфту MD1 мощность передается на зубчатое колесо Р8, которое приводит в действие зубчатое колесо Р9. Зубчатое колесо Р8 также подвижно вдоль своего вала, совпадающего с валом 12b зубчатого колеса 10, так что совокупность двух зубчатых колес Р8-Р10 образует направленную передачу из зубчатых колес, подвижную при перемещении.

Схема на фиг. 5 иллюстрирует то же самое решение после фазы запуска, то есть в конфигурации подачи мощности от В 10. В такой конфигурации передача из зубчатых колес Р10 и Р8, связанных разъединяющей муфтой MD1, перемещается таким образом, что она больше не входит в зацепление с зубчатым колесом Р9 вала 5 ВСУ. В этих условиях ВСУ передает мощность через вал 5а в базовой конфигурации, изображенной на фиг. 2.

Это решение может предпочтительно содержать сельсины (не изображенные на чертеже) для измерения угла для повторного запуска ВСУ при остаточном вращении, вследствие, например, авторотации от «эффекта вертушки» или в конце последовательности запусков, так как свободная турбина 4 ускоряется с малой скоростью.

Кроме того, функциональное распределение оборудования согласно изобретению - в особенности путем объединенного управления генераторами переменного тока 13а и/или 13b и компрессорами 11а и/или 11b силовыми электронными блоками ЕР1/ЕР2 при двунаправленной связи L1/L2 с FADEC U1 - позволяет рационально осуществить рекуперацию путем поглощения мощности. Такая рекуперация происходит, например, в фазах торможения колес при посадке, в процессе фаз руления и/или посадки, или, другой пример, соответствующей турбиной рекуперации.

Например, во время фазы руления и/или посадки генераторы переменного тока 13а и 13b на фиг. 2-5, предпочтительно трансформируются в двигатели в функции стартера через силовые электронные блоки ЕР1 и ЕР2 - для поглощения мощности, выдаваемой двигателями основного шасси, трансформированными в генераторы.

В частности, на фиг. 3 генератор переменного тока 13а, который не предназначен для запуска ВСУ (как и для выдачи мощности после запуска), может быть предназначен для этой функции поглощения мощности.

Так, во время фазы руления любая электрическая мощность для нужд летательного аппарата подается другим трансформируемым генератором переменного тока 13b, то есть работающим в режимах СГ, стартера или генератора. Соответствующий силовой электронный блок ЕР2 управляет, таким образом, потребностями по двум сетям летательного аппарата R1 и R2, подключенным во время этой фазы.

При нормальном режиме потребности в силе тяги двигателей шасси энергия, необходимая для перемещения летательного аппарата, подается от генератора 13а. В режиме торможения электродвигатели шасси трансформируются в генераторы переменного тока и снабжают электрической мощностью генератор переменного тока 13а в качестве двигателя (в функции стартера), передаваемой через дополнительные зубчатые колеса Ps. Эта мощность передается через зубчатые колеса Р4 и Р5 компрессору 11а для рекуперации энергии в пневматической форме. Дополнительная энергия, которая может быть необходима для приведения в действие компрессора 11а, подается от силовой турбины 4 ВСУ 10.

Взаимное распределение силовых электронных блоков ЕР1 и ЕР2, предназначенных для каждого из генераторов переменного тока 13а и 13b, трансформируемых в СГ, позволяет также управлять неисправностями ВСУ путем использования этих генераторов переменного тока в качестве двигателей (функция стартера).

Таким образом, в случае неисправности ВСУ 10 вал 5а больше не приводится в действие и, таким образом, не приводит в действие зубчатое колесо Р1. Генератор переменного тока 13а, трансформированный в двигатель, выдает необходимую механическую мощность для приведения в действие компрессора 11а нагрузки и другого оборудования в необходимом случае. Подобным образом генератор переменного тока 13b может трансформироваться в двигатель для снабжения механической мощностью, необходимой для приведения в действие компрессора 11b нагрузки и другого оборудования.

В этих условиях два узла генераторов переменного тока и компрессоров, 13а/11а и 13b/11b, которые образуют два независимых узла, эквивалентных двум мотокомпрессорам МС1 и МС2, могут служить в случае неисправности ВСУ. Это исключает добавление двух других резервных систем. Надежность системы соединения зубчатыми колесам является достаточной для удовлетворения требований безопасности.

В широком смысле и таким же образом, если ВСУ выйдет из строя в полете, или для обеспечения непрерывности снабжения сжатым воздухом в фазе запуска ВСУ - предпочтительно можно использовать системы мотокомпрессоров МС1 или МС2 без запуска ВСУ 10. На фиг. 3 представлена система мотокомпрессора МС1, которая работает, а второй мотокомпрессор МС2 обеспечивает пуск ВСУ для его запуска.

Возможно также поглощать электрическую мощность во время определенных фаз полета. Даже если ВСУ 10 является работающей, дополнительная мощность к той, что подается силовой турбиной 4, предпочтительно, поступает от генераторов переменного тока 13 и/или 13b, трансформированных в режим двигателя (функция стартеров). Регулирование ВСУ позволяет управлять этим типом сброса мощности, выдаваемой турбиной 4.

Схема по фиг. 6 иллюстрирует вариант конструкции поглощения мощности в процессе операции руления и/или посадки, при этом для этой цели предназначена установка трансформируемого генератора переменного тока или дополнительного СГ 13с. Редукция посредством передачи из зубчатых колес на трансмиссионном валу 14 с СГ 13с, между СГ 13с и валом 5а ВСУ 10 не представлена на этой схеме, чтобы не перегружать чертеж. Механическая плавкая вставка AF5 защищает валы от наличия возможного превышения момента.

В нормальном режиме потребности в силе тяги двигателей шасси энергия, необходимая для перемещения летательного аппарата, подается СГ 13с в режиме генератора (переменного тока), приводимого в действие ВСУ 10. Эта энергия передается далее электродвигателям колес шасси.

В режиме торможения электродвигатели колес трансформируются в генераторы переменного тока. Они снабжают, в этом случае, электроэнергией (передаваемой через известные силовые электрические устройства) СГ 13с, трансформированный в режим двигателя. Эта энергия передается через плавкую вставку AF5 валу 5а. Необходимость подачи энергии от силовой турбины 4 в этом случае уменьшается.

Другой пример поглощения мощности проиллюстрирован схемой на фиг. 7. В этом примере конфигурация показывает ВСУ 10, связанную с турбиной рекуперации 16а. Рекуперируемая мощность передается на силовой вал 17 через разъединяющую муфту MD2 в направлении стрелки F6, то есть от турбины 16а к зубчатому колесу Р12 коробки передачи 8.

Эта разъединяющая муфта MD2 позволяет исключить приведение в действие турбины 16а в случае отсутствия производства мощности в процессе различных фаз эксплуатации летательного аппарата (например, при открытой двери). Более того, шестерня RL5 свободного хода передает мощность вала турбины 17 к зубчатому колесу Р12, которое находится в зацеплении с зубчатыми колесами Р5 и Р4 мотокомпрессора МС1. Разъединяющая муфта MD2 позволяет, таким образом, исключить приведение в действие турбины 16а в случае неисправности передаточной шестерни RL5 свободного хода. Кроме того, в случае неисправности ВСУ 10 шестерня RL2 свободного хода позволяет не приводить в действие силовую турбину 4 группой компрессора МС1 или МС2.

Если по причинам безопасности необходима вторая турбина 16b рекуперации, то обе турбины 16а и 16b рекуперации симметрично спарены с двумя системами мотокомпрессоров МС1/МС2 коробки 8: валы 17/18, плавкие вставки MD2/MD3, шестерни RL5, RL6 свободного хода, зубчатые колеса Р12-Р5-Р4/Р13-Р7-Р6.

Изобретение не ограничено описанными и представленными примерами. Так, конструкция коробки 8 может быть адаптирована к количеству зубчатых колес и понижающим передаточным отношениям.

Коробка передачи может быть выполнена из нескольких частей: основная коробка с последовательностью отборов мощности группой мотокомпрессора и одна коробка на группу мотокомпрессора с или без турбины рекуперации. Трансформируемые генераторы переменного тока и компрессоры мотокомпрессоров могут быть расположены на одной линии вала, либо компрессор и турбина рекуперации расположены на двух линиях, а генератор переменного тока встроен в коробку передачи в виде съемного блока.

Положение шестерен свободного хода и плавких вставок также может быть адаптировано. Соответствующие сцепления, например, центробежные или электромеханические сцепления могут заменить муфты или шестерни свободного хода. Когда силовая турбина является связанной турбиной, два вала - передающий мощность 5а и приводной 5 - являются соответственно связанными.

Конструкция может содержать только один трансформируемый генератор переменного тока и только один компрессор нагрузки, то есть единственный мотокомпрессор.

Система подачи сжатого воздуха на летательном аппарате может быть обеспечена другими средствами, нежели описанными выше. Резервирование этой основной системы может быть обеспечено дополнительной системой мотокомпрессора в целях безопасности.

Claims (25)

1. Способ передачи электрической энергии в летательном аппарате, содержащем вспомогательную силовую установку ВСУ (10), основные двигатели и оборудование - конечные потребители электрической, пневматической (ESC) или гидравлической энергии, отличающийся тем, что ВСУ (10) снабжает мощностью, выдаваемой на силовой вал (5а, 5) путем связи, по меньшей мере, с одной группой (MC1, МС2) энергетического преобразования через коробку (8) передачи мощности, при этом каждая группа (MC1, МС2) преобразования содержит только один трансформируемый электромеханический компонент - стартер/генератор СГ (13а, 13b) и соответствующий преобразователь механической энергии (11а, 11b), а также тем, что передачу мощности осуществляют от группы или каждой группы (MC1, МС2) преобразования, прямой связью,

с одной стороны, механически с коробкой передачи (8) и,

с другой стороны, электрически с соответствующим оборудованием (ECS) - конечным потребителем,

при этом летательный аппарат содержит блок контроля (U1), связанный по меньшей мере с силовым электронным блоком (ЕР1, ЕР2), и управляющий преобразованием стартер/генератор трансформируемого электромеханического компонента - стартер/генератора СГ (13а, 13b) во время различных фаз: запуск ВСУ или основных двигателей, поглощение энергии или руление.

2. Способ по п. 1, в котором связь между группой преобразования (MC1, МС2) и ВСУ (10) осуществляют подключением силового вала (5а, 5) ВСУ (10) к валу (14а, 14b) стартера/генератора СГ (13а, 13b) через направленное силовое соединение (RL1, RL2, RL3), работающее в одном направлении (F1, F2, F3), идущем от силового вала (5а) ВСУ (10) к валу (14а, 14b) СГ, при этом передача является свободной или без приводного соединения в другом направлении.

3. Способ по п. 1, в котором СГ или один из СГ (13b) выполнен с возможностью работы в режиме двигателя во время фазы запуска ВСУ (10) и, в таком случае, приводить в действие ВСУ (10) через направленное силовое соединение (MD1), идущее (F4) от СГ (13b) к ВСУ (10).

4. Способ по предыдущему пункту, в котором СГ (13b), работающий в таком случае в режиме двигателя, соединен (Р10) съемным образом с силовым валом (5а, 5) ВСУ (10) так, что соответствующий преобразователь механической энергии (11b) не приводится в действие во время фазы запуска ВСУ.

5. Способ по п. 1, в котором турбина рекуперации энергии (16а, 16b) путем теплообмена с горячими выхлопными газами на выходе оборудования и/или основных двигателей приводит в действие, по меньшей мере, частично, группу (MC1, МС2) преобразования путем подключения в коробке передачи мощности (8) через, по меньшей мере, одно направленное силовое соединение (MD2, RL5), идущее от турбины рекуперации к группе (MC1, МС2) преобразования.

6. Способ по п. 1, в котором группа или одна из групп (МС1, МС2) преобразования предназначена для руления путем снабжения электрической энергией при подключении к двигателю шасси летательного аппарата, а другая группа (МС2, МС1) для снабжения энергией в соответствии с нуждами летательного аппарата, группа, предназначенная для руления, выполнена с возможностью работы в режиме генератора со связью с силовым валом ВСУ в соответствии с потребностью в силе тяги упомянутых двигателей, и в режиме двигателя для приведения в действие соответствующего преобразователя механической энергии (11а, 11b), когда двигатель шасси трансформируется в режим генератора во время фаз торможения.

7. Способ по п. 1, в котором дополнительный СГ (13с) предназначен для руления и подключен к валу (5а, 5) ВСУ (10) в коробке (8) для того, чтобы быть приведенным в действие этим валом и работать в режиме генератора в соответствии с потребностью в силе тяги двигателей шасси, и чтобы работать в режиме двигателя приведения в действие вала (5а, 5) ВСУ, самого в режиме двигателя, когда двигатели шасси трансформируются в режим генератора во время фаз торможения.

8. Электромеханическая конструкция для передачи электрической энергии, содержащая компоненты передачи электрической энергии в летательном аппарате, выполненная с возможностью осуществления способа по одному из пп. 1-7, отличающаяся тем, что она содержит ВСУ (10), блок контроля, связанный по меньшей мере с силовым электронным блоком (ЕР1, ЕР2), коробку передачи механической мощности (8) с помощью средств зубчатого зацепления между,

с одной стороны, валами (14а, 15а; 14b, 15b), по меньшей мере, одной группы (MC1, МС2) преобразования, включающей в себя единственный СГ (13а, 13b) на группу преобразования, выполненный с возможностью трансформации блоком контроля (U1), и,

с другой стороны, силовым валом (5а, 5) ВСУ (10), передающим механическую мощность,

а также прямые связи электрической мощности (LP1, LP2; R1, R2) с оборудованием (ESC) - конечным потребителем,

при этом каждая группа (MC1, МС2) преобразования напрямую связана,

с одной стороны, механически с коробкой передачи мощности (8) и,

с другой стороны, электрически с соответствующим оборудованием (ESC) - конечным потребителем,

при этом блок контроля (U1), связанный с силовым электронным блоком (ЕР1, ЕР2), выполнен с возможностью управлять преобразованием стартер/генератор СГ (13а, 13b) во время различных фаз: запуск ВСУ или основных двигателей, поглощение энергии или руление.

9. Электромеханическая конструкция по предыдущему пункту, в которой передача мощности осуществляется в коробке передачи (8) путем подключения силового вала (5а, 5) ВСУ (10) к валам вращения (14а, 14b) стартеров/генераторов СГ (13а, 13b) через средства направленного силового соединения (RL1, RL2, RL3), установленные на силовом валу (5а, 5b) ВСУ (10) и на валах вращения (14а, 14b) СГ (13а, 13b).

10. Электромеханическая конструкция по предыдущему пункту, в которой средства направленного силового соединения выбраны из: шестерни холостого хода, разъединяющей муфты и центробежного или электромеханического сцепления.

11. Электромеханическая конструкция по п. 8, в которой блок контроля (U1) выполнен с возможностью конфигурирования, во время фазы запуска ВСУ (10), СГ (13b) группы (МС2) преобразования в режим двигателя и приведения в действие вала (5а, 5) ВСУ (10) путем подключения СГ к этому валу через, по меньшей мере, одно средство направленного силового соединения (MD1).

12. Электромеханическая конструкция по предыдущему пункту, в которой, во время фазы запуска ВСУ приведение в действие вала (5а, 5) ВСУ (10) осуществлено с помощью подвижного средства подключения (Р10-Р8) между СГ (13b) и валом ВСУ через по меньшей мере одно средство направленного соединения (MD1), причем это средство подключения (Р10-Р8) выполнено с возможностью одновременного осуществления разъединения между СГ (13b) и соответствующим преобразователем механической энергии.

13. Электромеханическая конструкция по п. 8, в которой турбина рекуперации энергии (16а, 16b) от теплообменников на выходе оборудования и/или основных двигателей подключена, по меньшей мере, к одной группе (MC1, МС2) преобразования в коробке передачи для приведения ее в действие, в дополнение к приведению в действие, осуществляемому валом ВСУ через, по меньшей мере, одно средство направленного силового соединения (MD2, RL5; MD3, RL6), идущего от турбины рекуперации (16а, 16b) к группе (МС1, МС2) преобразования.

14. Электромеханическая конструкция по п. 8, в которой одна из групп (МС1) преобразования предназначена для руления с помощью средства подключения (Ps) на, по меньшей мере, одном приводном валу двигателей шасси летательного аппарата, а другая группа (МС2), предназначенная для снабжения энергией в соответствии с нуждами летательного аппарата, сконфигурирована блоком контроля (U1) в режим генератора в дополнение к приведению в действие, осуществляемому валом (5а, 5) ВСУ (10) в соответствии с потребностью в силе тяги двигателей шасси, или в режим двигателя для приведения в действие преобразователя механической энергии (11а) этой группы, когда двигатели шасси трансформированы в режим генератора блоком контроля (U1) во время фаз торможения.

15. Электромеханическая конструкция по п. 8, в которой дополнительный СГ (13с), предназначенный для руления, выполнен с возможностью приведения в действие валом (5а, 5) ВСУ (10) путем подключения в коробке передачи (8) и выполнен с возможностью трансформации блоком контроля (U1) в режим генератора для удовлетворения потребности в силе тяги двигателей шасси, и в режим двигателя для приведения в действие вала (5а, 5) ВСУ (10), когда блок контроля (U1) трансформирует двигатели шасси в режим генератора во время фаз торможения.

Images