用于在加速過(guò)程中切斷到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的交流發(fā)電機(jī)的電力的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及為飛行器的設(shè)備提供電力的系統(tǒng)，該系統(tǒng)被安裝在飛行器上。
【背景技術(shù)】
[0002]從啟動(dòng)階段開(kāi)始，通常通過(guò)從保障飛行器推進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)中引出電力為飛行器的設(shè)備供給電力。所述電力由通常熟知為變頻發(fā)電機(jī)(variable frequency generator，VFG)或者綜合驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(integrated drive generator，IDG)的發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)生，發(fā)電機(jī)由附聯(lián)在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)轉(zhuǎn)子上的傳動(dòng)軸機(jī)械驅(qū)動(dòng)。該電力的引出影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)運(yùn)行，并且期望對(duì)飛行器上電力的總體發(fā)生進(jìn)行優(yōu)化以優(yōu)化渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)。
[0003]在最近的飛機(jī)中的趨勢(shì)是:一方面具有減小渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓主體的大小以增大涵道比和推進(jìn)效率而不會(huì)增加整體直徑，并且另一方面電力需求增大。所述需求尤其來(lái)自于從氣動(dòng)供給到電力供給的各個(gè)功能(空氣進(jìn)氣口、機(jī)翼或者機(jī)尾除冰，機(jī)艙空調(diào)等)O
[0004]這造成為供給給發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)械功率相對(duì)于渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓(high-pressure, HP)禍輪供給的總功率之比增大。然而，從HP傳動(dòng)軸引出以向發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力的機(jī)械功率的增大造成HP壓縮機(jī)的浪涌余量需求。期望找到其他裝置來(lái)供給飛行器所需的電力，尤其是在飛行器的速度改變過(guò)程中，在此期間，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)最接近高壓渦輪機(jī)的栗送線路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)提出對(duì)飛行器上的電能供給進(jìn)行優(yōu)化控制來(lái)克服這些缺陷。
[0006]在此方面，本發(fā)明涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，用于為由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的飛行器的至少一件設(shè)備供給電流，該發(fā)電系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于儲(chǔ)存電能的電容器、至少一個(gè)設(shè)計(jì)為由所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸機(jī)械驅(qū)動(dòng)的電流發(fā)電機(jī)以及電連接，所述電連接介于所述儲(chǔ)存電容器、所述發(fā)電機(jī)和所述飛行器的所述設(shè)備之間以為所述設(shè)備供給電流，并且包括至少一個(gè)用于為所述設(shè)備供給直流電流的替換裝置和能夠減輕所述發(fā)電機(jī)的負(fù)載并同時(shí)激活所述替換裝置的減載裝置，所述替換裝置獨(dú)立于所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸的任何機(jī)械驅(qū)動(dòng)，其特征在于，所述替換裝置的所述減載裝置受所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的控制參數(shù)或運(yùn)行參數(shù)控制。
[0007]更特別地，所述減載裝置由增加所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的速度的指令來(lái)激活。
[0008]減輕發(fā)電機(jī)的負(fù)載，即停止發(fā)電機(jī)供給電力，消除了發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行中從渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸中引出機(jī)械功率，并且使得具有壓縮機(jī)的優(yōu)化浪涌余量的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的速度增加。供電因此通過(guò)用于供給電流的替換裝置得到保障，替換裝置在該減載時(shí)段內(nèi)接手為飛機(jī)設(shè)備(或發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備)供電。
[0009]優(yōu)選地，在所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加時(shí)，所述減載設(shè)備啟動(dòng)所述減載和替換啟動(dòng)，所述轉(zhuǎn)速增加大于預(yù)定值。基于在速度加速過(guò)程中的浪涌余量需求來(lái)選擇所述值，在超過(guò)該值的情況下減載裝置有效。
[0010]有利地，所述加速是在怠速和節(jié)流閥全開(kāi)之間進(jìn)行的加速。
[0011]在一個(gè)特定實(shí)施例中，所述替換裝置是經(jīng)由開(kāi)關(guān)被連接到用于配送連續(xù)電流的總線上的電能儲(chǔ)存裝置。
[0012]有利地，儲(chǔ)存裝置由至少一個(gè)超級(jí)電容器形成。該類型的裝置的優(yōu)點(diǎn)是在很短的放電時(shí)間內(nèi)提供很高的電流密度。
[0013]優(yōu)選地，所述減載裝置被用于使得所述發(fā)電機(jī)根據(jù)需要運(yùn)行在其標(biāo)稱功能以上，從而確保所述儲(chǔ)存裝置被再充電。
[0014]更優(yōu)地，一旦用于供給直流電流的所述替換裝置被停止，所述發(fā)電機(jī)就在等于其標(biāo)稱值的120%的速度下運(yùn)行。并且更優(yōu)地，所述發(fā)電機(jī)在等于其標(biāo)稱值的150%的速度下運(yùn)行小于30秒的時(shí)段。
[0015]本發(fā)明因此推薦使用變頻發(fā)電機(jī)或綜合驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的允許過(guò)量余量，以便在飛行中為超級(jí)電容器或等效裝置再充電。
[0016]本發(fā)明還涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，配備有如上所述的發(fā)電系統(tǒng)。
[0017]在該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)特定實(shí)施例中，所述替換裝置的電容器和所述發(fā)電機(jī)的過(guò)量運(yùn)行被設(shè)計(jì)為確保由所述替換裝置進(jìn)行的電流供給的兩個(gè)連續(xù)循環(huán)以及由所述發(fā)電機(jī)進(jìn)行的再充電，所述兩個(gè)循環(huán)對(duì)應(yīng)于從怠速到節(jié)流閥全開(kāi)的加速，隨后是從節(jié)流閥全開(kāi)到怠速的減速，加速比率和減速比率等于調(diào)節(jié)可以允許的最大比率。
【附圖說(shuō)明】
[0018]通過(guò)閱讀以下僅以說(shuō)明而非限定性示例給出的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)解釋說(shuō)明并參照附圖，將更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚。
[0019]圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的飛行器的電路的示意圖；
[0020]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的飛行器的電路的示意圖；
[0021]圖3示出了圖2的電路的控制圖；以及
[0022]圖4示出了在速度改變過(guò)程中各件設(shè)備的電力供給的改變。
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖1示出了諸如雙發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣式飛行器之類的飛行器的傳統(tǒng)電路。每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)分別標(biāo)記為Gl和G2的變頻發(fā)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，變頻發(fā)電機(jī)提供的交變電流隨后借助于AC (Alternating Current,交變電流)總線 Bus AC I (總線 ACl)和 Bus AC 2 (總線 AC2)被配送到整個(gè)飛機(jī)。這兩根總線為連接有飛機(jī)的各件設(shè)備的單根AC總線Bus AC (總線AC)供電，所述設(shè)備是AC電力的消耗者。
[0024]而且，飛機(jī)具有兩個(gè)電池組BAT I (電池組I)和BAT 2 (電池組2)，這兩個(gè)電池組BAT I和BAT 2為在此稱為Bus DC (總線DC)的電總線供給DC (Direct Current，直流)電流，該電總線連接有飛機(jī)的各件設(shè)備，所述設(shè)備轉(zhuǎn)而為DC電能的消耗者。另外，DC-AC換流器Stat Inv使得電池組BAT UBAT 2能夠?yàn)锽us AC供給交變電流。
[0025]為了為這些電池組再充電，發(fā)電機(jī)Gl和G2為轉(zhuǎn)換器DC Conv I和DC Conv 2饋送直流電流，轉(zhuǎn)換器DC Conv I和DC Conv 2為稱為Bus DC I (總線DCl)和Bus DC 2 (總線DC2)的DC總線輸送直流電流。這兩根總線DC I和DC 2則被連接到在此被標(biāo)記為BatteryBus(電池組總線)的單根總線上，該單根總線將所接收的能量傳送到兩個(gè)電池組以保證為電池組充電。
[0026]圖2示出了相同的電路，該電路中增加了元件以得到本發(fā)明。增加了兩個(gè)額外的能量來(lái)源，這兩個(gè)能量來(lái)源中的每一個(gè)被連接到發(fā)動(dòng)機(jī)之一上并且采用超級(jí)電容器或者大容量電池(heavy-duty battery) SUP I和SUP 2的形式來(lái)制造。使用超級(jí)電容器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其長(zhǎng)服務(wù)壽命:超級(jí)電容器能夠承受與在飛行器上使用相對(duì)應(yīng)的極大量的使用循環(huán)。所述超級(jí)電容器分別經(jīng)由被稱為瞬變開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)BI和B2被連接到相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的DC總線Bus DCl或Bus DC2上。在臨時(shí)需要增加電力的情況下閉合這些開(kāi)關(guān)使得儲(chǔ)存在超級(jí)電容器中的能量被首先釋放到DC總線DCl和DC2中，并隨后釋放到電池組總線中，其中所述電力對(duì)電池組BAT I和BAT 2進(jìn)行補(bǔ)充，從而經(jīng)由Bus DC為使用直流電流的設(shè)備提供能量。
[0027]當(dāng)對(duì)于額外電力的需求結(jié)束時(shí)，通過(guò)引出存在于DC總線DCl和DC2處的電流來(lái)為超級(jí)電容器再充電，從而為特定再充電總線供電，該特定充電總線被標(biāo)記為TransientBus (瞬變總線)并且連接有超級(jí)電容器SUP I和SUP 2。為此，被稱為再充電開(kāi)關(guān)的分別兩個(gè)開(kāi)關(guān)Al和A2被分別置于DC總線DCl和DC2與瞬變總線之間以使得能夠進(jìn)行再充電。
[0028]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的電控制系統(tǒng)，該電控制系統(tǒng)被用于包括在供給電流過(guò)程中的各件設(shè)備。此圖僅示出了與一個(gè)渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備，其他相同的設(shè)備與飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)自然相關(guān)聯(lián)。
[0029]通常示出的禍輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)包括控制計(jì)算機(jī)EQJ (electronic control unit)，控制計(jì)算機(jī)E CU對(duì)用于調(diào)節(jié)渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制燃料計(jì)量裝置FMU (f u e Imetering unit)的位置進(jìn)行控制。該禍輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸機(jī)械驅(qū)動(dòng)附屬齒輪箱AGB (accessory gear box)，附屬齒輪箱除其他之外包含變頻發(fā)電機(jī)Gl。
[0030]飛行器常規(guī)地包含供電控制器C0NT，供電控制器CONT負(fù)責(zé)啟動(dòng)或停用用于為消耗電能的各件設(shè)備供給交變電流或直流電流的各件設(shè)備。該供電控制器首先被連接到發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)ECU上，發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)ECU能夠向所述控制器發(fā)送請(qǐng)求(圖中標(biāo)記為“放電”)以觸發(fā)減載，并且控制器能夠?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)ECU提供接收確認(rèn)(圖中標(biāo)記為“確認(rèn)”)以及可能的對(duì)于已經(jīng)正確執(zhí)行減載的確認(rèn)。所述控制器之后被連接到開(kāi)關(guān)類型為BI的瞬變開(kāi)關(guān)上，從而既使能或終止由超級(jí)電容器SUPl和Al進(jìn)行的電力供給，由使能或終止由超級(jí)電容器為總線DC充電?？刂破髯詈蟊绘溄拥皆摪l(fā)電機(jī)Gl的驅(qū)動(dòng)器G⑶上，以使得在關(guān)機(jī)之后借助于所發(fā)送的供能電流來(lái)重新啟動(dòng)所述發(fā)電機(jī)。
[0031]如圖2中所示的電流，不論是由超級(jí)電容器SUP I還是由發(fā)電機(jī)Gl經(jīng)由轉(zhuǎn)換器發(fā)生的，被供給到DC總線DC1，從而被飛行器設(shè)備并可能被發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備捕獲到，這取決于飛行器設(shè)備和發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的需求。
[0032]圖4示出了在渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的速度連續(xù)改變過(guò)程中，本發(fā)明的各件設(shè)備的電能供給的變化。第一條曲線示出了節(jié)流閥控制桿的位置(不論所述桿由自動(dòng)節(jié)流閥還是由飛行員控制)隨時(shí)間的變化以及所導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)速度的變化。曲線對(duì)應(yīng)于從怠速到節(jié)流閥全開(kāi)的一系列四次快速加速，快速加速之后是快速減速，前兩次加減速彼此緊接著進(jìn)行。前兩個(gè)循環(huán)之后是由加速、恒速和減速形成的循環(huán)，之后是緊跟著減速的加速循環(huán)。
[0033]第二條曲線對(duì)應(yīng)于在上述不同循環(huán)期間從變頻發(fā)電機(jī)Gl中引出的功率。該功率在渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的速度的加速階段被設(shè)定為零，并且隨后在后續(xù)的減速過(guò)程中達(dá)到所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在正常使用過(guò)程中的最大值的150%。該類型的使用事實(shí)上是可能的，這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)被設(shè)計(jì)為能夠以其標(biāo)稱功率的接近1.5倍比率來(lái)運(yùn)行接近5分鐘。本發(fā)明因而得到的優(yōu)點(diǎn)是在小于大約30秒且優(yōu)選地小于20秒的時(shí)段內(nèi)能夠使得發(fā)電機(jī)供給其標(biāo)稱功率的至少120%且優(yōu)選地高達(dá)150%。在此時(shí)段內(nèi)，因而具有50%的過(guò)剩功率可用于為超級(jí)電容器再充電。在使用超過(guò)標(biāo)稱功率的該時(shí)段之后，只要渦輪噴氣式發(fā)