RU2778469C1

RU2778469C1 - Electric architecture of a hybrid power unit

Info

Publication number: RU2778469C1
Application number: RU2021111870A
Authority: RU
Inventors: Филипп ДЕЛЬБОСК; Анне ЛИНХАРДТ; Клеман ДЮПЕИ; Кристоф ВИГЬЕ; Сониа ДОККАР
Original assignee: Сафран Эркрафт Энджинз
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2022-08-19

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to aircraft. The described result is achieved by the aircraft containing one gas turbine engine, at least one first electricity source, at least one second electricity source equipped with means of electricity storage, a non-traction electrical distribution network, and a low-voltage electrical distribution network, while additionally containing a traction electrical distribution network, wherein all three distribution networks are powered by the first and second electricity sources and are mutually electrically connected via static converters.

EFFECT: ensured supply or selection of controlled power using one or multiple electric machines on high and low-pressure shafts.

15 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs

Изобретение относится к гибридизации двигательной системы летательного аппарата и, в частности, к концепции электрической системы, связанной с летательным аппаратом и по меньшей мере с одним газотурбинным двигателем для получения гибридной тепловой/электрической тяги. The invention relates to the hybridization of an aircraft propulsion system and, in particular, to the concept of an electrical system associated with an aircraft and at least one gas turbine engine to obtain hybrid thermal/electric propulsion.

Уровень техникиState of the art

Такие летательные аппараты все больше работают с системами гибридного движения, то есть с системой, содержащей газотурбинный двигатель, по меньшей мере один электрический генератор и по меньшей мере одну батарею, так как чисто электрические системы, работающие только при помощи батареи, могут использоваться только для транспортировки груза на короткое расстояние, как системы внутригородских перевозок, поскольку автономии батарей, связанной с низкой плотностью энергии батарей, по сравнению с автономией, обеспечиваемой топливом, находящимся в баке летательного аппарата для питания газотурбинных двигателей, недостаточно для других перевозок, например, таких как ближние-средние перевозки.Such aircraft are increasingly operating with hybrid propulsion systems, i.e. with a system comprising a gas turbine engine, at least one electric generator and at least one battery, since pure battery-only electric systems can only be used for transportation. cargo for a short distance, as an intra-urban transport system, since the battery autonomy associated with the low energy density of batteries, compared with the autonomy provided by the fuel located in the tank of the aircraft to power gas turbine engines, is not enough for other transportation, for example, such as short-range - average transportation.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Изобретение призвано предложить электрическую систему летательного аппарата, соединяющую между собой свободные источники энергии в газотурбинных двигателях и корпус летательного аппарата и позволяющую подавать или отбирать контролируемую мощность при помощи одной или нескольких электрических машин на валах высокого давления и низкого давления, обеспечивать совместимость всех этих функций, связанных с движением, с функциями обеспечения других энергетических потребностей, и обеспечивать оптимизированное управление всех этих отборов и подач с различными источниками энергии и средствами накопления энергии.The invention aims to propose an aircraft electrical system that interconnects free energy sources in gas turbine engines and the aircraft body and allows controlled power to be supplied or withdrawn by one or more electrical machines on high pressure and low pressure shafts, to ensure compatibility of all these functions associated with movement, with functions to meet other energy needs, and provide an optimized management of all these withdrawals and supplies with various energy sources and energy storage facilities.

Первым объектом изобретения является летательный аппарат с гибридной тепловой/электрической силовой установкой, содержащий по меньшей мере один газотурбинный двигатель, первый электрический источник, второй электрический источник, оснащенный средствами накопления электрической энергии, нетяговую электрическую распределительную сеть и электрическую распределительную сеть низкого напряжения.The first object of the invention is an aircraft with a hybrid thermal/electric power plant, containing at least one gas turbine engine, a first electrical source, a second electrical source equipped with electrical energy storage means, a non-traction electrical distribution network and a low voltage electrical distribution network.

Согласно общему отличительному признаку изобретения, летательный аппарат дополнительно содержит тяговую электрическую распределительную сеть, при этом все три сети получают электрическое питание от первого и второго электрических источников и электрически соединены между собой через статические преобразователи.According to a general feature of the invention, the aircraft further comprises a traction electrical distribution network, wherein all three networks receive electrical power from the first and second electrical sources and are electrically interconnected through static converters.

Тяговая электрическая распределительная сеть предназначена для питания оборудования большой мощности, в частности, оборудования, связанного с двигательной системой. Эта сеть имеет самый высокий уровень напряжения. Использование этой распределительной сети только для оборудования большой мощности позволяет минимизировать подаваемый ток и, следовательно, позволяет уменьшить число кабелей большого сечения и, таким образом, уменьшить габарит и массу, связанные с электрическими кабелями.The traction electrical distribution network is designed to supply high power equipment, in particular equipment associated with the propulsion system. This network has the highest voltage level. The use of this distribution network only for high power equipment allows to minimize the supplied current and, therefore, allows to reduce the number of cables of large cross section and thus reduce the size and weight associated with electrical cables.

Предпочтительно тяговая электрическая распределительная сеть является сетью постоянного тока и с уровнем напряжения, зависящим от применяемых мощностей: 540 В, 750 В, 1000 В, 1500 В, 3000 В. Уровень напряжения определяют в зависимости от следующих параметров: мощности, тока, электрической топологии и архитектуры и массы. Увеличение электрической мощности на борту существенно влияет на массу. Выбор уровня напряжения предпочтительно представляет собой оптимальный компромисс между энергетическим КПД и массой электрической системы.Preferably, the traction electrical distribution network is a DC network and with a voltage level depending on the applied powers: 540 V, 750 V, 1000 V, 1500 V, 3000 V. The voltage level is determined depending on the following parameters: power, current, electrical topology and architecture and masses. The increase in electrical power on board significantly affects the mass. The choice of voltage level preferably represents an optimal compromise between energy efficiency and the mass of the electrical system.

Нетяговая электрическая распределительная сеть предназначена для питания электричеством оборудования промежуточной мощности, то есть в основном оборудования, связанного с нетяговой системой и называемого также нагрузками «самолета». Предпочтительно эта сеть является сетью постоянного тока.The non-traction electrical distribution network is designed to supply electricity to intermediate power equipment, that is, mainly equipment associated with a non-traction system and also called "aircraft" loads. Preferably this network is a DC network.

Нетяговая электрическая распределительная сеть имеет промежуточный уровень напряжения (например, 540 В постоянного тока), меньший уровня напряжения тяговой электрической распределительной сети.The non-traction electrical distribution network has an intermediate voltage level (eg 540 VDC) lower than the voltage level of the traction electrical distribution network.

Электрическая распределительная сеть низкого напряжения предназначена для питания электричеством нагрузок небольшой мощности газотурбинных двигателей или самолета. Обычно эта сеть является сетью постоянного тока, например, порядка 28 В постоянного тока.The low voltage electrical distribution network is designed to supply electricity to small power loads of gas turbine engines or aircraft. Typically, this network is a DC network, for example, on the order of 28 V DC.

Предпочтительно летательный аппарат может также содержать главную электрическую систему, установленную в корпусе летательного аппарата, и для газотурбинного двигателя или каждого газотурбинного двигателя - локальную электрическую систему, установленную в газотурбинном двигателе.Preferably, the aircraft may also comprise a main electrical system installed in the aircraft body and, for the gas turbine engine or each gas turbine engine, a local electrical system installed in the gas turbine engine.

Предпочтительно локальная электрическая система содержит первую электрическую машину, механически связанную с валом низкого давления газотурбинного двигателя, по меньшей мере одну вторую электрическую машину, механически связанную с валом высокого давления газотурбинного двигателя, силовые преобразователи, такие как реверсивные преобразователи переменного тока в постоянный, и локальный электронный блок управления, выполненный с возможностью управления питанием локальных нагрузок газотурбинного двигателя в зависимости от свободных электрических источников летательного аппарата, при этом первая и вторая электрические машины являются первыми электрическими источниками, когда они работают в режиме генератора, и локальными нагрузками, когда они работают в режиме двигателя, в частности, для запуска.Preferably, the local electrical system comprises a first electrical machine mechanically coupled to the low pressure shaft of the gas turbine engine, at least one second electrical machine mechanically coupled to the high pressure shaft of the gas turbine engine, power converters such as reversible AC/DC converters, and a local electronic a control unit configured to control the supply of local loads of the gas turbine engine depending on the free electrical sources of the aircraft, while the first and second electric machines are the first electrical sources when they operate in the generator mode, and local loads when they operate in the engine mode in particular to run.

Первая электрическая машина может быть механически связана с валом низкого давления газотурбинного двигателя напрямую или через редукторный блок, то есть через систему зубчатых передач.The first electric machine can be mechanically connected to the low-pressure shaft of the gas turbine engine directly or through a reduction unit, i.e. through a gear system.

Под свободными электрическими источниками следует понимать электрические источники, выдающие ток питания.Under free electrical sources should be understood as electrical sources that deliver the supply current.

Силовые преобразователи позволяют управлять двигателями во время фаз работы в режиме двигателя и обеспечивать регулирование сетевого напряжения во время фаз генерирования электрической энергии.Power converters make it possible to control motors during phases of operation in motor mode and to regulate the mains voltage during phases of electrical power generation.

Предпочтительно локальная электрическая система может содержать электрический разъем, обеспечивающий подсоединение внешнего электрического источника.Preferably, the local electrical system may include an electrical connector for connecting an external electrical source.

Электрический разъем электрической системы позволяет вращать газотурбинный двигатель, оснащенный этой локальной электрической системой, с низкой скоростью, например, без запуска, при помощи наземных устройств.The electrical connector of the electrical system allows the turbine engine equipped with this local electrical system to be rotated at low speed, eg without starting, by means of ground devices.

Электрический разъем может быть связан с преобразователем переменного тока в постоянный в случае, когда внешний электрический источник, связанный с электрическим разъемом, не является источником постоянного тока.An electrical connector may be associated with an AC/DC converter in case the external electrical source associated with the electrical connector is not a DC source.

Предпочтительно локальная электрическая система может содержать первую локальную электрическую распределительную коробку, соединенную с электрической распределительной сетью низкого напряжения, вторую локальную электрическую распределительную коробку, соединенную с тяговой электрической распределительной сетью, при этом первая и вторая локальные электрические распределительные коробки обеспечивают соединения между электрическими источниками летательного аппарата и соединения между локальными нагрузками газотурбинного двигателя или с нагрузками главной электрической системы.Preferably, the local electrical system may comprise a first local electrical junction box connected to the low voltage electrical distribution network, a second local electrical junction box connected to the traction electrical distribution network, wherein the first and second local electrical junction boxes provide connections between electrical sources of the aircraft and connections between local turbine engine loads or main electrical system loads.

Предпочтительно локальная электрическая система может также содержать однонаправленный преобразователь тока между второй локальной электрической распределительной коробкой и первой локальной электрической распределительной коробкой для обеспечения питания локальных нагрузок низкого напряжения.Preferably, the local electrical system may also include a unidirectional current converter between the second local electrical junction box and the first local electrical junction box to provide power to local low voltage loads.

Предпочтительно локальная электрическая система может дополнительно содержать локальное средство накопления энергии, связанное с преобразователем постоянного тока в постоянный.Preferably, the local electrical system may further comprise a local power storage means associated with the DC/DC converter.

Предпочтительно главная электрическая система содержит две первые подсистемы и вторую аварийную подсистему, при этом каждая первая подсистема содержит первую главную электрическую распределительную коробку, соединенную с электрической распределительной сетью низкого напряжения, вторую главную электрическую распределительную коробку, соединенную с тяговой электрической распределительной сетью, третью главную электрическую распределительную коробку, соединенную с нетяговой электрической распределительной сетью, при этом главные электрические распределительные коробки обеспечивают соединения между свободными электрическими источниками летательного аппарата, нагрузками главной электрической системы и электрическими подсистемами.Preferably, the main electrical system comprises two first subsystems and a second emergency subsystem, wherein each first subsystem comprises a first main electrical junction box connected to a low voltage electrical distribution network, a second main electrical junction box connected to the traction electrical distribution network, a third main electrical junction box a box connected to a non-traction electrical distribution network, wherein the main electrical junction boxes provide connections between aircraft free electrical sources, main electrical system loads, and electrical subsystems.

Предпочтительно каждая первая электрическая подсистема может дополнительно содержать однонаправленный преобразователь между третьей главной электрической распределительной коробкой и первой главной электрической распределительной коробкой, и двунаправленный преобразователь между второй главной электрической распределительной коробкой и третьей главной электрической распределительной коробкой для обеспечения питания нагрузок в различных конфигурациях.Preferably, each first electrical subsystem may further comprise a unidirectional converter between the third main electrical junction box and the first main electrical junction box, and a bidirectional converter between the second main electrical junction box and the third main electrical junction box to provide power to loads in various configurations.

Предпочтительно каждая первая электрическая подсистема содержит вспомогательную электрическую машину, связанную с вспомогательной силовой установкой и с реверсивным силовым преобразователем переменного тока в постоянный, и электронный блок управления, выполненный с возможностью управления питанием нагрузок первой подсистемы в зависимости от свободных электрических источников летательного аппарата, при этом вспомогательная электрическая машина является первым электрическим источником, когда она работает в режиме генератора, и локальной нагрузкой, когда она работает в режиме двигателя.Preferably, each first electrical subsystem comprises an auxiliary electrical machine associated with the auxiliary power unit and with a reversible AC-to-DC power converter, and an electronic control unit configured to control the power supply of the loads of the first subsystem depending on the free electrical sources of the aircraft, while the auxiliary the electric machine is the first electrical source when it is in generator mode, and the local load when it is in engine mode.

Предпочтительно каждая первая электрическая подсистема может содержать электрический разъем, обеспечивающий подсоединение внешнего электрического источника для обеспечения функций питания летательного аппарата и двигателей, когда на борту летательного аппарата нет ни одного свободного электрического источника.Preferably, each first electrical subsystem may include an electrical connector allowing connection of an external electrical source to provide power functions to the aircraft and engines when there is no free electrical source on board the aircraft.

Каждая первая электрическая подсистема предпочтительно может содержать средство накопления энергии, связанное с преобразователем постоянного тока в постоянный и образующее второй электрический источник.Each first electrical subsystem may preferably include energy storage means associated with a DC/DC converter and forming a second electrical source.

Средство накопления может быть использовано полностью для нужд гибридизации газотурбинного двигателя и нетяговых нагрузок или может быть разделено, чтобы использовать одну его часть для нетяговых нагрузок и одну часть - для гибридизации. Средство накопления может быть также использовано для обеспечения переконфигурирования без отключения нагрузок (Function No Break Power Transfer).The storage means may be used entirely for the needs of hybridization of the gas turbine engine and non-propulsion loads, or may be divided to use one part for non-propulsion loads and one part for hybridization. The storage facility can also be used to provide Function No Break Power Transfer.

Преобразователь, например, преобразователь постоянного тока в постоянный, позволяет поддерживать постоянный уровень напряжения со стороны сети, несмотря на значительные перепады со стороны накопителя, и обеспечивать зарядку накопителя, если этим источником энергии является батарея. Эта архитектура дает возможность адаптировать уровень напряжения к уровню сети для обеспечения режима распределения мощности, называемого также на английском языке “sharing power mode”.A converter, such as a DC-to-DC converter, makes it possible to maintain a constant voltage level on the mains side, despite significant drops on the drive side, and to charge the drive if this energy source is a battery. This architecture makes it possible to adapt the voltage level to the network level to provide a power sharing mode, also called “sharing power mode” in English.

Предпочтительно вторая электрическая подсистема содержит первую аварийную электрическую распределительную коробку, соединенную с электрической распределительной сетью низкого напряжения, вторую аварийную электрическую распределительную коробку, соединенную с нетяговой электрической распределительной сетью, при этом аварийные электрические распределительные коробки питаются указанными по меньшей мере первым и/или вторым электрическими источниками, когда по меньшей мере один из них является свободным, и аварийные электрические распределительные коробки обеспечивают соединения между свободными электрическими источниками летательного аппарата и нагрузками второй электрической подсистемы.Preferably, the second electrical subsystem comprises a first emergency electrical junction box connected to a low voltage electrical distribution network, a second emergency electrical junction box connected to a non-traction electrical distribution network, the emergency electrical junction boxes being powered by at least said first and/or second electrical sources. when at least one of them is free, and emergency electrical junction boxes provide connections between the free electrical sources of the aircraft and the loads of the second electrical subsystem.

Предпочтительно первая и вторая аварийные электрические распределительные коробки могут получать питание, каждая, от аварийного генератора или от другого электрического источника, напрямую соединенного с аварийной электрической распределительной коробкой.Preferably, the first and second emergency electrical junction boxes may each be powered by an emergency generator or other electrical source directly connected to the emergency electrical junction box.

Предпочтительно вторая электрическая подсистема может содержать аварийный электронный блок управления, выполненный с возможностью управления питанием нагрузок второй подсистемы в зависимости от свободных электрических источников летательного аппарата.Preferably, the second electrical subsystem may include an emergency electronic control unit configured to control the power supply to the loads of the second subsystem depending on the free electrical sources of the aircraft.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Изобретение будет более понятно из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера, со ссылками на единственную фигуру, где показана электрическая архитектура летательного аппарата согласно варианту осуществления изобретения.The invention will be better understood from the following description, presented as a non-limiting example, with reference to a single figure showing the electrical architecture of an aircraft according to an embodiment of the invention.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

На единственной фигуре показана электрическая архитектура летательного аппарата с гибридной тепловой/электрической силовой установкой согласно варианту осуществления изобретения.The single figure shows the electrical architecture of an aircraft with a hybrid thermal/electric propulsion system according to an embodiment of the invention.

Летательный аппарат 1 содержит корпус 2, включающий в себя фюзеляж и два крыла, и два газотурбинных двигателя 3. Корпус 2 летательного аппарата 1 содержит главную электрическую систему 4, компоненты которой смонтированы в корпусе 2 летательного аппарата 1, и каждый газотурбинный двигатель 3 содержит локальную электрическую систему 5, компоненты которой смонтированы в гондоле газотурбинного двигателя 3.The aircraft 1 comprises a body 2 including a fuselage and two wings, and two gas turbine engines 3. The body 2 of the aircraft 1 comprises a main electrical system 4, the components of which are mounted in the body 2 of the aircraft 1, and each gas turbine engine 3 contains a local electrical system 5, the components of which are mounted in the nacelle of the gas turbine engine 3.

Кроме того, летательный аппарат 1 содержит нетяговую электрическую распределительную сеть 6, электрическую распределительную сеть 7 низкого напряжения и тяговую электрическую распределительную сеть 8, электрически соединенные между собой через статические преобразователи.In addition, the aircraft 1 includes a non-traction electrical distribution network 6, a low voltage electrical distribution network 7, and a traction electrical distribution network 8 electrically interconnected via static converters.

Все три электрические распределительные сети 6-8 являются поперечными по отношению к электрическим системам 4 и 5, то есть каждая из электрических распределительных сетей 6-8 расположена в главной электрической системе 4 и в локальных электрических системах 5. Таким образом, каждая из трех электрических распределительных сетей 6-8 соединяет главную электрическую систему 4 с локальными электрическими системами 5.All three electrical distribution networks 6-8 are transverse with respect to electrical systems 4 and 5, that is, each of the electrical distribution networks 6-8 is located in the main electrical system 4 and in local electrical systems 5. Thus, each of the three electrical distribution networks networks 6-8 connects the main electrical system 4 with local electrical systems 5.

Тяговая электрическая распределительная сеть предназначена для питания оборудования большой мощности, в частности, оборудования, связанного с двигательной системой. Эта сеть имеет самый высокий уровень напряжения. Предпочтительно тяговая электрическая распределительная сеть является сетью постоянного тока и с уровнем напряжения, зависящим от применяемых мощностей, которые могут составлять от нескольких сот вольт до нескольких тысяч вольт.The traction electrical distribution network is designed to supply high power equipment, in particular equipment associated with the propulsion system. This network has the highest voltage level. Preferably, the traction electrical distribution network is a DC network and with a voltage level depending on the applied powers, which can be from several hundred volts to several thousand volts.

Нетяговая электрическая распределительная сеть предназначена для питания электричеством оборудования промежуточной мощности, то есть в основном оборудования, связанного с нетяговой системой и называемого также «нагрузками самолета». Предпочтительно эта сеть является сетью постоянного тока. Нетяговая электрическая распределительная сеть имеет промежуточный уровень напряжения (например, 540 В постоянного тока), меньший уровня напряжения тяговой электрической распределительной сети.The non-traction electrical distribution network is designed to supply electricity to intermediate power equipment, that is, mainly equipment associated with a non-traction system and also called "aircraft loads". Preferably this network is a DC network. The non-traction electrical distribution network has an intermediate voltage level (eg 540 VDC) lower than the voltage level of the traction electrical distribution network.

Электрическая распределительная сеть низкого напряжения предназначена для питания электричеством нагрузок малой мощности газотурбинных двигателей или самолета. Как правило, эта сеть является сетью постоянного тока, например, около 28 В постоянного тока.The low voltage electrical distribution network is designed to supply electricity to small power loads of gas turbine engines or aircraft. As a rule, this network is a DC network, for example, about 28 V DC.

Главная электрическая система 4 летательного аппарата 1 содержит две базовые подсистемы 10 и аварийную подсистему 11.The main electrical system 4 of the aircraft 1 contains two basic subsystems 10 and an emergency subsystem 11.

Каждая подсистема содержит вспомогательную электрическую машину 12, образующую первый электрический источник, и накопитель 13 энергии, связанный с преобразователем постоянного тока в постоянный (DC/DC) и образующий второй электрический источник.Each subsystem comprises an auxiliary electrical machine 12 providing a first electrical source and an energy storage device 13 connected to a DC/DC converter and forming a second electrical source.

Преобразователь DC/DC 14 позволяет поддерживать постоянный уровень напряжения со стороны сети, несмотря на значительные перепады со стороны накопителя 13, и обеспечивает подзарядку накопителя 13, если, например, этот источник энергии является батареей.The DC/DC converter 14 makes it possible to maintain a constant voltage level on the side of the network, despite significant drops on the side of the storage 13, and ensures that the storage 13 is recharged if, for example, this energy source is a battery.

Накопитель 13 энергии и его преобразователь DC/DC 14 могут использоваться вместе для нужд гибридизации газотурбинного двигателя и для нужд нетяговых нагрузок, или могут быть распределены на две части, из которых одна часть предназначена для нетяговых нагрузок и одна часть для гибридизации, например, при помощи двух накопителей энергии и двух преобразователей DC/DC 14.The energy storage 13 and its DC/DC converter 14 can be used together for the hybridization needs of the gas turbine engine and for the needs of non-traction loads, or can be divided into two parts, of which one part is for non-traction loads and one part for hybridization, for example, using two energy storage devices and two DC/DC converters 14.

Каждая базовая подсистема 10 содержит электрическую распределительную коробку 15 низкого напряжения, соединенную с электрической распределительной сетью 7 низкого напряжения, тяговую электрическую распределительную коробку 16, соединенную с тяговой электрической распределительной сетью 8, и нетяговую электрическую распределительную коробку 17, соединенную с нетяговой электрической распределительной сетью 6.Each basic subsystem 10 comprises a low voltage electrical distribution box 15 connected to the low voltage electrical distribution network 7, a traction electrical distribution box 16 connected to the traction electrical distribution network 8, and a non-traction electrical distribution box 17 connected to the non-traction electrical distribution network 6.

Электрические распределительные коробки 15-17 каждой базовой подсистемы 10 обеспечивают соединения между свободными электрическими источниками летательного аппарата, например, такими как вспомогательные электрические машины 12 и накопители 13 энергии главной электрической системы 4, электрическими подсистемами 10 и 11, локальными электрическими системами 5 и нетяговыми нагрузками 18 и нагрузками 22 низкого напряжения главной электрической системы 4.Electrical junction boxes 15-17 of each base subsystem 10 provide connections between free electrical sources of the aircraft, such as auxiliary electrical machines 12 and energy storage devices 13 of the main electrical system 4, electrical subsystems 10 and 11, local electrical systems 5 and non-traction loads 18, for example. and low voltage loads 22 of the main electrical system 4.

Нетяговая электрическая распределительная коробка 17 каждой базовой электрической подсистемы 10 электрически соединена с вспомогательной электрической машиной 12 через преобразователь 19 переменного тока в постоянный (АC/DC). The non-traction electrical junction box 17 of each base electrical subsystem 10 is electrically connected to the auxiliary electrical machine 12 via an AC/DC converter 19.

Каждая базовая электрическая подсистема 10 содержит также первый преобразователь DC/DC 20, подсоединенный между тяговой электрической распределительной коробкой 16 и нетяговой электрической распределительной коробкой 17, и второй преобразователь DC/DC 21, подсоединенный между нетяговой электрической распределительной коробкой 17 и электрической распределительной коробкой 15 низкого напряжения. Таким образом, энергия, производимая вспомогательной электрической машиной 12, может поступать в тяговую электрическую распределительную коробку 16 через первый преобразователь DC/DC 20 и в электрическую распределительную коробку 15 низкого напряжения через второй преобразователь DC/DC 21 для питания нагрузок 22 низкого напряжения главной электрической системы 4.Each basic electrical subsystem 10 also includes a first DC/DC converter 20 connected between the traction electrical junction box 16 and the non-traction electrical junction box 17 and a second DC/DC converter 21 connected between the non-traction electrical junction box 17 and the low voltage electrical junction box 15 . Thus, the power produced by the auxiliary electrical machine 12 can be supplied to the traction electrical junction box 16 through the first DC/DC converter 20 and to the low voltage electrical junction box 15 through the second DC/DC converter 21 to power the low voltage loads 22 of the main electrical system. four.

Первый преобразователь DC/DC 20 является двунаправленным, чтобы передавать электрическую энергию в двух направлениях между тяговой электрической распределительной коробкой 16 и нетяговой электрической распределительной коробкой 17, то есть между тяговой электрической распределительной сетью 8 и нетяговой электрической распределительной сетью 6. Второй преобразователь DC/DC 21 является однонаправленным по току.The first DC/DC converter 20 is bidirectional in order to transfer electrical energy in two directions between the traction electrical junction box 16 and the non-traction electrical junction box 17, that is, between the traction electrical distribution network 8 and the non-traction electrical distribution network 6. The second DC/DC converter 21 is unidirectional in current.

В варианте между вспомогательной электрической машиной 12 и тяговой электрической распределительной коробкой 16 может быть подсоединен преобразователь АC/DC 19, при этом энергия, выдаваемая вспомогательной электрической машиной 12, может проходить в нетяговую электрическую распределительную коробку 17 через первый преобразователь DC/DC 20, затем в электрическую распределительную коробку 15 низкого напряжения через второй преобразователь DC/DC 21.Alternatively, an AC/DC converter 19 may be connected between the auxiliary electrical machine 12 and the traction electrical junction box 16, whereby the power output from the auxiliary electrical machine 12 may pass to the non-traction electrical junction box 17 through the first DC/DC converter 20, then to low voltage electrical junction box 15 via a second DC/DC converter 21.

Вспомогательная электрическая машина 12 механически связана с вспомогательной силовой установкой. Вспомогательная электрическая машина 12 и соответствующий преобразователь АC/DC 19 обеспечивают запуск вспомогательной силовой установки и питают нетяговые нагрузки 18 главной электрической системы 4, называемые «нагрузками самолета», но могут также выдавать дополнительную мощность в тяговую электрическую распределительную сеть 8.Auxiliary electrical machine 12 is mechanically connected to the auxiliary power unit. Auxiliary electrical machine 12 and associated AC/DC converter 19 start the auxiliary power unit and power non-traction loads 18 of the main electrical system 4, referred to as "aircraft loads", but may also provide additional power to the traction electrical distribution network 8.

Каждая базовая электрическая подсистема 10 содержит также электрический разъем 23, позволяющий подсоединять внешний электрический источник для обеспечения питания различных нагрузок летательного аппарата 1 и двигателей 3, когда внутри летательного аппарата 1 нет ни одного свободного электрического источника.Each basic electrical subsystem 10 also includes an electrical connector 23 allowing an external electrical source to be connected to power various aircraft 1 loads and motors 3 when there is no free electrical source inside the aircraft 1.

Аварийная подсистема 11 содержит аварийную электрическую распределительную коробку 24 низкого напряжения, соединенную с электрической распределительной сетью 7 низкого напряжения, и нетяговую аварийную электрическую распределительную коробку 25, соединенную с нетяговой электрической распределительной сетью 6. Аварийные электрические распределительные коробки 24 и 25 питают только аварийные нагрузки 26 низкого напряжения и нетяговые аварийные нагрузки 27 главной электрической системы 4.The emergency subsystem 11 comprises an emergency low voltage electrical distribution box 24 connected to the low voltage electrical distribution network 7 and a non-traction emergency electrical distribution box 25 connected to the non-traction electrical distribution network 6. The emergency electrical distribution boxes 24 and 25 feed only emergency low voltage loads 26. voltage and non-traction emergency loads 27 of the main electrical system 4.

Аварийные электрические распределительные коробки 24 и 25 получают питание от одной из электрических машин 12 и от одного из накопителей 13 энергии двух базовых подсистем 10, когда по меньшей мере один из этих электрических источников является свободным. Таким образом, аварийные электрические распределительные коробки обеспечивают соединение между свободными электрическими источниками главной электрической системы 4 и аварийными нагрузками 26 и 27.Emergency electrical junction boxes 24 and 25 are powered by one of the electrical machines 12 and one of the energy storage devices 13 of the two base subsystems 10 when at least one of these electrical sources is free. The emergency electrical junction boxes thus provide a connection between the free electrical sources of the main electrical system 4 and the emergency loads 26 and 27.

В варианте осуществления, представленном на единственной фигуре, аварийная подсистема содержит также дополнительный аварийный генератор 28, соединенный с нетяговой аварийной электрической распределительной коробкой 25, которая электрически связана с аварийной электрической распределительной коробкой 24 низкого напряжения через однонаправленный преобразователь DC/DC 29, для питания аварийной электрической распределительной коробки 24 низкого напряжения.In the embodiment shown in the single figure, the emergency subsystem also includes an additional emergency generator 28 connected to a non-traction emergency electrical junction box 25, which is electrically connected to the low voltage emergency electrical junction box 24 via a unidirectional DC/DC converter 29, to power the emergency electrical distribution box 24 low voltage.

Дополнительный аварийный генератор 28 может приводиться во вращение приводным средством, например, таким как вспомогательная электрическая машина 12, если потребность в мощности является значительной, или аварийной авиационной турбиной или “ram air turbine” на английском языке, если требуемая мощность является ограниченной. The additional emergency generator 28 may be driven by a drive means such as, for example, an auxiliary electric machine 12 if the power requirement is significant, or an emergency aircraft turbine or "ram air turbine" in English if the power requirement is limited.

В варианте дополнительный аварийный генератор 28 можно заменить другим источником на борту, напрямую связанным с нетяговой аварийной электрической распределительной коробкой 25, то есть без прохождения через одну из электрических распределительных коробок 15-17 базовой подсистемы 10. Другим бортовым источником может быть один из накопителей энергии 13 или часть этих накопителей или одна из вспомогательных электрических машин 12. Alternatively, the additional emergency generator 28 may be replaced by another on-board source directly connected to the non-traction emergency electrical junction box 25, i.e. without passing through one of the electrical junction boxes 15-17 of the base subsystem 10. The other on-board source may be one of the energy storage devices 13 or part of these drives or one of the auxiliary electrical machines 12.

Каждая локальная электрическая система 5 содержит первую электрическую машину 31, механически связанную с валом низкого давления газотурбинного двигателя 3 либо напрямую, либо через редукторный блок, то есть через систему зубчатых передач, и вторую электрическую машину 32, механически связанную с валом высокого давления газотурбинного двигателя 3 либо напрямую, либо через редукторный блок, то есть через систему зубчатых передач.Each local electrical system 5 contains the first electrical machine 31 mechanically connected to the low-pressure shaft of the gas turbine engine 3 either directly or through a gear unit, that is, through a gear system, and the second electrical machine 32 mechanically connected to the high-pressure shaft of the gas turbine engine 3 either directly or through a gear unit, that is, through a gear system.

В варианте каждая локальная электрическая система 5 может содержать две вторые электрические машины, механически связанные с валом высокого давления, или электрическую машину, содержащую два независимых статора, связанных с двумя преобразователями АC/DC, или электрическую машину, содержащую только один статор, связанный с двумя преобразователями АC/DC.In a variant, each local electrical system 5 may contain two second electrical machines mechanically connected to a high pressure shaft, or an electrical machine containing two independent stators associated with two AC/DC converters, or an electrical machine containing only one stator associated with two AC/DC converters.

Каждая локальная электрическая система 5 дополнительно содержит накопитель 45 энергии, связанный с электрическим преобразователем 46 постоянного тока в постоянный.Each local electrical system 5 further comprises an energy store 45 associated with an electrical DC/DC converter 46.

Первая и вторая электрические машины 31 и 32 локальных электрических систем 5 образуют первый электрический источник летательного аппарата, тогда как накопители 45, связанные со своим преобразователем 46 постоянного тока в постоянный образуют второй электрический источник летательного аппарата.The first and second electrical machines 31 and 32 of the local electrical systems 5 form the aircraft's first electrical source, while the drives 45 associated with their DC/DC converter 46 form the aircraft's second electrical source.

Каждая локальная электрическая система 5 дополнительно содержит локальную электрическую распределительную коробку 33 низкого напряжения, соединенную с электрической распределительной сетью 7 низкого напряжения, тяговую локальную электрическую распределительную коробку 34, соединенную с тяговой электрической распределительной сетью 8, и нетяговую локальную электрическую распределительную коробку 35, соединенную с нетяговой электрической распределительной сетью 6.Each local electrical system 5 further comprises a local low voltage electrical distribution box 33 connected to the low voltage electrical distribution network 7, a traction local electrical distribution box 34 connected to the traction electrical distribution network 8, and a non-traction local electrical distribution box 35 connected to the non-traction electrical distribution network 6.

Локальные электрические распределительные коробки 33-35 вместе с электрическими распределительными коробками 15-17 базовых подсистем 10 обеспечивают соединения между свободными электрическими источниками газотурбинных двигателей 3 или корпуса 2 летательного аппарата, такими как электрические машины 12, 31 и 32 и накопители 13 и 45 энергии, и соединения между тяговыми локальными нагрузками 35, нетяговыми локальными нагрузками 37 и локальными нагрузками 38 низкого напряжения локальной электрической системы 5 или с нагрузками 18, 22, 26 и 27 главной электрической системы 4.Local electrical junction boxes 33-35, together with electrical junction boxes 15-17 of base subsystems 10, provide connections between free electrical sources of gas turbine engines 3 or aircraft body 2, such as electrical machines 12, 31 and 32 and energy storage devices 13 and 45, and connections between traction local loads 35, non-traction local loads 37 and low voltage local loads 38 of the local electrical system 5 or with loads 18, 22, 26 and 27 of the main electrical system 4.

Аварийные электрические распределительные коробки 24 и 25 могут тоже питаться от одной из электрических машин 31 локальных электрических систем, если по меньшей мере один из этих электрических источников является свободным.Emergency electrical junction boxes 24 and 25 can also be powered by one of the electrical machines 31 of the local electrical systems, if at least one of these electrical sources is free.

Каждая локальная электрическая система 5 содержит также два реверсивных силовых преобразователя АC/DC 39 и 40, подсоединенных соответственно между первой электрической машиной 31 и тяговой локальной электрической распределительной коробкой 34 и между второй электрической машиной 32 и тяговой локальной электрической распределительной коробкой 34. Силовые преобразователи АC/DC 39 и 40 выполнены с возможностью управлять газотурбинными двигателями 3 во время фаз подачи мощности или фаз работы в режиме двигатели, таких как фаза запуска, и для обеспечения регулирования напряжения тяговой электрической распределительной сети 8 во время фаз генерирования.Each local electrical system 5 also contains two AC/DC reversible power converters 39 and 40 connected respectively between the first electrical machine 31 and the traction local electrical junction box 34 and between the second electrical machine 32 and the traction local electrical junction box 34. The DCs 39 and 40 are configured to control the gas turbine engines 3 during power supply phases or engine operation phases, such as the start-up phase, and to provide voltage regulation of the traction electrical distribution network 8 during the generation phases.

Каждая локальная электрическая система 5 содержит также электрический разъем 41, позволяющий проворачивать газотурбинный двигатель 3 на низкой скорости, например, без запуска газотурбинного двигателя 3, при помощи наземного оборудования.Each local electrical system 5 also includes an electrical connector 41 allowing the gas turbine engine 3 to be cranked at low speed, for example without starting the gas turbine engine 3, using ground equipment.

В варианте осуществления, представленном на единственной фигуре, электрический разъем 41 связан с тяговой локальной электрической распределительной коробкой 34 через преобразователь АC/DC 42 для случая, когда подсоединяемый к электрическому разъему внешний электрический источник не является источником постоянного тока.In the embodiment shown in the single figure, the electrical connector 41 is connected to the traction local electrical junction box 34 via an AC/DC converter 42 for the case where the external electrical source connected to the electrical connector is not a DC source.

Каждая локальная электрическая система 5 содержит также первый однонаправленный преобразователь DC/DC 43, подсоединенный между тяговой локальной электрической распределительной коробкой 34 и тяговыми локальными нагрузками 36 для питания тяговых локальных нагрузок от тяговой электрической распределительной сети 8, и второй однонаправленный преобразователь DC/DC 44 между тяговой локальной электрической распределительной коробкой 34 и локальной электрической распределительной коробкой 33 низкого напряжения для питания локальных нагрузок 38 низкого напряжения локальной электрической системы 5.Each local electrical system 5 also includes a first unidirectional DC/DC converter 43 connected between the traction local electrical distribution box 34 and traction local loads 36 to power local traction loads from the traction electrical distribution network 8, and a second unidirectional DC/DC converter 44 between the traction a local electrical junction box 34 and a local low voltage electrical junction box 33 to supply the local low voltage loads 38 of the local electrical system 5.

Каждая локальная электрическая распределительная система 5 содержит локальный электронный блок 50 управления, выполненный с возможностью управления питанием локальных нагрузок 36-38 газотурбинного двигателя 3 в зависимости от свободных электрических источников 12, 13, 31, 32 и 45 летательного аппарата 1.Each local electrical distribution system 5 contains a local electronic control unit 50 configured to control the power supply of local loads 36-38 of the gas turbine engine 3 depending on the free electrical sources 12, 13, 31, 32 and 45 of the aircraft 1.

Каждая базовая электрическая распределительная система 10 содержит базовый электронный блок 51 управления, выполненный с возможностью управления питанием локальных нагрузок 18 и 22 базовой подсистемы 10 в зависимости от свободных электрических источников 12, 13, 31, 32 и 54 летательного аппарата 1.Each basic electrical distribution system 10 contains a basic electronic control unit 51 configured to control the power supply of local loads 18 and 22 of the basic subsystem 10 depending on the free electrical sources 12, 13, 31, 32 and 54 of the aircraft 1.

Наконец, каждая аварийная электрическая подсистема 11 содержит аварийный электронный блок 52 управления, выполненный с возможностью управления питанием аварийных нагрузок 26 и 27 в зависимости от свободных электрических источников 12, 13, 28, 31, 32 и 45 летательного аппарата 1.Finally, each emergency electrical subsystem 11 contains an emergency electronic control unit 52, configured to control the power supply of emergency loads 26 and 27 depending on the free electrical sources 12, 13, 28, 31, 32 and 45 of the aircraft 1.

Таким образом, изобретением предложена электрическая система, взаимодействующая с летательным аппаратом и газотурбинным(ыми) двигателем(ями), позволяющая выдавать или отбирать контролируемую мощность при помощи одной или нескольких электрических машин на валах высокого давления и низкого давления газотурбинного двигателя, обеспечивать совместимость всех этих функций, связанных с движением, с функциями обеспечения других энергетических нужд и обеспечивать оптимизированное управление всеми этими отборами и подачами энергии с различными источниками энергии и средствами накопления энергии в зависимости от профиля задачи. Электрическая архитектура обеспечивает определенную дополнительную гибкость, благодаря полученной возможности отбирать и подавать энергию в соответствии с рабочим режимом, что позволяет уменьшить мощность на борту летательного аппарата.Thus, the invention proposes an electrical system that interacts with the aircraft and the gas turbine engine(s), which makes it possible to issue or take controlled power using one or more electric machines on the high pressure and low pressure shafts of the gas turbine engine, to ensure compatibility of all these functions. associated with the movement, with the functions of providing other energy needs and provide an optimized management of all these selections and supplies of energy with various energy sources and means of energy storage, depending on the task profile. The electrical architecture provides a certain additional flexibility, due to the resulting ability to take and supply energy in accordance with the operating mode, which allows you to reduce the power on board the aircraft.

Claims

1. An aircraft (1) with a hybrid thermal/electric power plant, containing at least one gas turbine engine (3), at least one first electrical source (12, 31, 32), at least one second electrical source (13 , 45), equipped with electrical energy storage means, a non-traction electrical distribution network (6) and a low voltage electrical distribution network (7),

characterized in that it additionally contains a traction electrical distribution network (8), while all three distribution networks (6, 7, 8) receive electrical power from the first and second electrical sources (12, 31, 32, 13, 45) and are electrically connected among themselves through static converters (20, 21, 44).

2. The aircraft (1) according to claim 1, additionally containing the main electrical system (4) installed in the body (2) of the aircraft (1), and for the gas turbine engine or each gas turbine engine (3) of the aircraft (1) - local electrical system (5) installed in the gas turbine engine (3).

3. The aircraft (1) according to claim 2, in which the local electrical system (5) contains the first electrical machine (31) mechanically connected to the low pressure shaft of the gas turbine engine (3), at least one second electrical machine (32) mechanically connected to the high pressure shaft of the gas turbine engine (3), reversible power converters (39, 40) DC to AC, and a local electronic control unit (50) configured to control the power supply of local loads (36, 37, 38) of the gas turbine of the engine (3) depending on the free electrical sources of the aircraft (1), while the first and second electrical machines (31, 32) are the first electrical sources when they operate in the generator mode, and local loads when they operate in the engine mode .

4. The aircraft (1) according to one of paragraphs. 2 or 3, in which the local electrical system (5) contains an electrical connector (41) for connecting an external electrical source.

5. The aircraft (1) according to one of paragraphs. 2-4, in which the local electrical system (5) contains the first local electrical distribution box (33) connected to the low voltage electrical distribution network (7), the second local electrical distribution box (34) connected to the traction electrical distribution network (8 ), while the first and second local electrical distribution boxes (33, 34) provide connections between electrical sources of the aircraft (1) and connections between local loads (36, 37, 38) of the gas turbine engine (3) or with loads (18, 22 ) main electrical system (4).

6. The aircraft (1) according to one of paragraphs. 2-5, wherein the local electrical system (5) further comprises a unidirectional static current converter (44) between the second local electrical junction box (34) and the first local electrical junction box (33).

7. The aircraft (1) according to one of paragraphs. 2-6, in which the local electrical system (5) further comprises a local energy storage means (45) connected to the DC/DC converter (46) and forming a second electrical source.

8. The aircraft (1) according to one of paragraphs. 2-7, in which the main electrical system (4) contains two first subsystems (10) and a second emergency subsystem (11), while each first subsystem (10) contains the first main electrical junction box (15) connected to the electrical distribution network (7) low voltage, the second main electrical distribution box (16) connected to the traction electrical distribution network (8), the third main electrical distribution box (17) connected to the non-traction electrical distribution network (6), while the main electrical distribution boxes (15, 16, 17) provide connections between free electrical sources of the aircraft, loads (18, 22) of the main electrical system (4) and electrical subsystems (10, 11).

9. Aircraft (1) according to claim 8, wherein each first electrical subsystem (10) further comprises a unidirectional static current converter (21) between the third main electrical junction box (17) and the first main electrical junction box (15), and a bi-directional static current converter (20) between the second main electrical junction box (16) and the third main electrical junction box (17).

10. The aircraft (1) according to one of paragraphs. 8 or 9, in which each first electrical subsystem (10) contains an auxiliary electrical machine (12) mechanically connected to the auxiliary power unit and associated with a reversible power converter (19) AC to DC, and the main electronic control unit (51), configured to control the power supply of the loads (18, 22) of the first subsystem (10) depending on the free electrical sources of the aircraft (1), while the auxiliary electrical machine (12) is the first electrical source when it operates in the generator mode, and the local load when it is running in motor mode.

11. The aircraft (1) according to one of paragraphs. 8-10, in which each first electrical subsystem (10) contains an electrical connector (23) for connecting an external electrical source.

12. The aircraft (1) according to one of paragraphs. 8-11, in which each first electrical subsystem (10) further comprises an energy storage means (13) connected to the DC/DC converter (14) and forming a second electrical source.

13. The aircraft (1) according to one of paragraphs. 8-12, in which the second electrical subsystem (11) contains the first emergency electrical distribution box (24) connected to the low voltage electrical distribution network (7), the second emergency electrical distribution box (25) connected to the non-traction electrical distribution network (6 ), while emergency electrical junction boxes (24, 25) are powered by at least the first and/or second electrical sources indicated, if at least one of them is free, and emergency electrical junction boxes (24, 25) provide connections between free electrical sources of the aircraft (1) and loads (26, 27) of the second electrical subsystem.

14. Aircraft (1) according to claim 13, wherein the first and second emergency electrical distribution boxes (24, 25) are each powered by an emergency generator (28) or other electrical source directly connected to the second emergency electrical distribution box. box (25).

15. The aircraft (1) according to one of paragraphs. 13 or 14, in which the second electrical subsystem (11) contains an emergency electronic control unit (52) configured to control the power supply of the loads (26, 27) of the second subsystem (11) depending on the free electrical sources of the aircraft (1).