功率分配系統的製作方法
2023-05-21 01:34:26 2
專利名稱：功率分配系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於具有至少一個發動機的飛機的功率分配系統、一種用於在飛機內分配功率的方法、一種功率分配系統在飛機內的使用、以及一種具有至少一個功率分配系統的交通工具，尤其是飛機。
背景技術：
在現代客機的研發中力求以電的方式傳輸飛機內的功率，以便避免帶有損失的且很少柔性的機械的、液壓的或其它的傳輸機構。由於在客艙中不斷增加的電氣和電子設備以及研發了使用較少引氣的或完全省去引氣的具有電壓縮機馬達和增壓馬達的空氣調節系統，導致在飛機發動機中必須集成具有非常高的電功率的發電機。集成在飛機中的發電機的尺寸和數量與一系列因素有關。為了確保客機的足夠的可靠性，存在大量的規則，其設有停車概率、平均故障間隔時間(「Mean Time Between Failure",MTBF)或用於具有任意臨界狀態的飛機系統的類似參數。因此，在雙發噴氣式客機的發電機的尺寸中，也必須遵守由ICAO(國際民航組織)公布的「雙發飛機延伸航程運行標準」(簡稱ETOPQ，藉助所述雙發飛機延伸航程運行標準，雙發噴氣式客機能夠設計成，使得當距離最近的機場超過60分鐘以上的航程時，它們可藉助僅一個能運轉的發動機用於較長的航程。此外，在較新型的雙發噴氣式客機中由此出現總共四個發電機，——在每個發動機中各具有兩個——，所述發電機施加全部的電功率。由於需要多於IOOkW的功率，所以發電機相應地非常大、重且昂貴。但是，在可能的故障方面，由於多倍冗餘和大量的調節機構，供電可以看作幾乎是安全的。由發電機提供的電功率藉助昂貴的功率電子裝置以直流電和/或具有恆定的頻率的交流電的形式提供，所述功率電子裝置再次產生大量的待排出的廢熱。雖然在較大型的遠程飛機中用於提高相關效率的這種費用是合理的，，但是該費用在主要用於短程的較小型的飛機中不能夠滿足經濟利益。
發明內容
本發明的目的是，提出一種用於在具有至少一個發動機的飛機中的儀器和設備的功率分配系統，所述功率分配系統不利用電作為基本的傳輸媒介。本發明的另一個目的是， 提出一種用於飛機的這樣的功率分配系統，所述功率分配系統適用於飛機的空氣調節系統的與引氣無關的工作。該目的通過根據獨立權利要求1的特徵的功率分配系統得以實現。
根據本發明的功率分配系統的重要方面在於，轉矩傳輸裝置將旋轉運動從至少一個發動機的軸傳輸到飛機內部的區域中，在那裡該旋轉運動能夠用於驅動不同類型的設備。如果飛機是雙發噴氣式飛機，在所述飛機中，發動機直接設置在後面機身區域處，那麼與飛機內部之間的待藉助轉矩傳輸裝置橋接的距離相對的小。但是同樣也可能的是，直接在分別配備有一個發動機的兩個機翼之間設有如下區域，設備設置在所述區域中並且由轉矩傳輸裝置驅動。因此例如可能的是，直接由轉矩傳輸裝置的旋轉使飛機的空氣調節系統的可旋轉的設備運轉。轉矩傳輸裝置例如能夠在獲取來自發動機的引氣的情況下驅動空氣循環機 (或者所謂的「air cycle machine」)，藉助於所述空氣循環機能夠進行空氣的冷卻。為此能夠選擇在發動機上具有較低的引氣壓力接頭以用於獲取引氣，因為空氣循環機由於其機械的連接能夠附加地產生壓力。這能夠改善發動機的效率。由發動機傳輸的機械動力特別是從開始下降起就是有益的，因為在那裡，發動機空轉。此外能夠驅動一個或多個壓縮機， 以用於代替引氣給機艙加壓力，來自氣源的空氣能夠導入機艙和/或混合室內。可考慮可實現轉矩的傳輸的所有機器元件作為可能的轉矩傳輸裝置。最簡單的示例是傳統的軸，所述軸能夠鉸鏈加寬，以便能夠經過較複雜的路徑，並且能夠補償熱膨脹以及振動運動。此外可能的是，使用帶驅動裝置或鏈驅動裝置作為轉矩傳輸裝置。此外，為了平衡在發動機內的軸的旋轉和待驅動的設備之間的速度差，能夠使用傳動裝置，所述傳動裝置在特殊的實施例中也設置成，提供與輸入轉速無關的輸出轉速。轉矩傳輸裝置和可選的傳動裝置必須安裝在飛機內，使得能夠確保轉矩的可靠的傳輸，並且同時能夠確保轉矩傳輸裝置在所有工作條件下的完整性。為了根據本發明的功率分配系統是儘可能柔性的並且只是根據需要來驅動相應的設備，優選的是，設備由分配軸驅動，所述分配軸能夠藉助第一聯軸器耦聯在轉矩傳輸裝置的接口上。除此之外，在某些應用情況下有意義的是，在確定的待驅動的設備上分別安裝附加的聯軸器，所述聯軸器允許相應的設備的根據需要的脫耦。對此替代的是，在考慮飛機的不同的工作情況下，有意義的是，所有設備能夠相互無關地與轉矩傳輸裝置連接，但是為此在轉矩傳輸傳動裝置上需要分動器和多個接口。例如相關的軸的一端可看作轉矩傳輸裝置的接口，在所述端上安裝或者能夠安裝軸轂連接。這能夠為花鍵、鍵槽組合、法蘭等。能夠按要求通過相應的第一聯軸器的脫開來阻止連接在轉矩傳輸裝置上的設備的旋轉的中斷，使得例如在發動機啟動期間能夠減少啟動的發動機的機械負載。根據本發明的功率分配系統的優選的改進方案提出至少一個發動機-發電機單元，所述發動機-發電機單元能夠與轉矩傳輸裝置耦聯。該發動機-發電機單元優選能夠作為馬達或作為具有可變的或恆定的頻率的發電機或作為直流發電機來工作，使得在發電機工作時，由轉矩傳輸裝置的旋轉來產生電能，或者在馬達工作時，相關聯的發動機能夠啟動。因此，在飛機停留在地面上時，機艙的通風、冷卻通過空氣循環機或蒸發冷卻循環來實現。當相關聯的發動機運轉時，在發動機工作中獲得的電能用於供給電氣或電子消耗裝置， 所述消耗裝置的功率供給不可能或不大可能是機械的，例如在具有傳統的電子半導體結構元件的純粹的電子計算機中是這種情況。按照根據本發明的功率分配系統另一方面，在使用用於多個發動機的多個轉矩傳輸裝置的情況下，例如在左右支路之間傳輸轉矩，所述左右支路分別與左右發動機相關聯， 並且分別由轉矩傳輸裝置、可旋轉的設備和可能的聯軸器組成。那麼，當發動機發生故障並且並非所有的待驅動的設備都能夠由發生故障的發動機的剩餘支路驅動時，這是特別有意義的。在發生故障的發動機上的支路例如能夠通過脫開相應的第一聯軸器與發動機脫耦， 並且轉矩由相鄰的支路承擔。為此有意義的是，在兩個支路之間設置有第二聯軸器，藉助第二聯軸器允許將來自一條支路的轉矩傳輸到另一條支路中。這意味著，考慮到系統部分發生故障，根據本發明的功率分配系統能夠在該情況下重新配置。根據本發明的另一方面，當飛機例如停留在地面上並且發動機不經濟地空轉時， 也能夠可選地在發動機不工作的情況下進行功率分配。為此，一個或多個馬達-發電機單元能夠通過脫開第一聯軸器與發動機脫耦，並且通過內部或外部的電源供給處於轉動。因此，由空氣調節系統的壓縮機、空氣循環機或蒸發冷卻機的機械動力供給和由電氣消耗裝置的供電是可能的。在較小型的客機中，為了提供足夠的電功率，考慮內燃機，但是不要求列舉的完整性的情況下，一個燃料電池、由多個燃料電池組成的構造、一個或多個蓄電池、 外部的電源也是可設想的並且有利的。根據本發明的功率分配系統的其它有利的改進方案可由從屬權利要求獲得。此外，所述目的可如下得以實現，即通過根據其它獨立權利要求的一種用於在飛機內分配功率的方法、一種根據本發明的功率分配系統的使用、以及一種交通工具，尤其是具有至少一個功率分配系統的飛機。
本發明的其它特徵、優點和應用可能性在實施例的下述說明和附圖中說明。在此， 所有所述和/或圖解示出的特徵本身和任意的組合也與在各個權利要求或它們的相關權利要求中的組成無關地形成本發明的主題。此外，在附圖中相同的附圖標記用於相同或類似的對象。附圖示出圖1示出根據本發明的功率分配系統的第一實施例的示意圖；圖2示出根據本發明的功率分配系統的另一個實施例的示意圖；圖3示出用於在飛機內分配功率的方法；以及圖4示出具有至少一個根據本發明的功率分配系統的飛機。
具體實施例方式圖1示出根據本發明的功率分配系統2，其優選集成在飛機機身的內部。功率分配系統2基本上由兩個轉矩傳輸裝置4和6組成，所述轉矩傳輸裝置將轉矩從左側發動機8 和右側發動機10傳輸到飛機機身內。在轉矩傳輸裝置4和6的端部上分別具有一種類型的接口 12和14，傳輸到飛機機身內的轉矩能夠在所述接口處分接。在所示示例中，兩個第一且在緊急情況下優選閉合的聯軸器16和18連接在接口 12和14上，並且能夠可選地在左側發動機8和左側馬達-發電機單元20之間的或者在右側發動機10和右側馬達-發電機單元22之間交換轉矩。馬達-發電機單元直接與轉矩傳輸裝置4和6連接。接著在左側支路M內是多個機械的消耗裝置沈和觀，所述消耗裝置能夠利用在左側支路中提供的轉矩。消耗裝置28例如不直接地由在馬達-發電機單元20之後的分配軸30驅動，而是通過中間連接的傳動裝置32驅動。在傳輸發動機10的轉矩的右側支路34中，同樣設置有多個消耗裝置36和38，其中消耗裝置38也通過中間連接的傳動裝置40由位於馬達-發電機單元22之後的分配軸42驅動。在圖1中所示的實施例中，左側支路對通過第二聯軸器44與右側支路34耦聯， 使得在發動機8或10可能發生故障的情況下，當相應的支路不由所屬的發動機8或10驅動時，也能夠將轉矩輸送給消耗裝置沈、觀或36和38。此外，根據本發明的功率分配系統2具有與馬達-發電機單元20和22電連接的電子單元46。同樣地，輔助動力源48耦聯在電子單元46上，並且用於給馬達-發電機單元20和22提供經處理的交流電壓或直流電壓，並且在馬達工作時驅動或控制馬達-發電機單元。那麼，當例如在飛機停留在地面時發動機8和10不工作，但消耗裝置沈和28或 36和38必須工作時，這是有利的。為此，第一聯軸器16和18與發動機8和10脫開，使得由於馬達-發電機單元20和22，不使發動機8和10不必要地處於轉動。在飛行情況下，該動力源48能夠為在第一聯軸器16和18的可能的故障方面的附加冗餘。在發動機8和10運轉時，馬達-發電機單元產生電功率，所述電功率通過電子單元46發送給已存在的供電網或可選的電網，使得能夠驅動附加的電氣消耗裝置和電子消耗裝置。因此發電機在發動機8和10內的集成成為多餘。一系列的設備和裝置能夠作為用於根據本發明的功率分配系統的合適的消耗裝置。例如在儘可能省去獲取引氣的情況下，能夠使用機艙空氣壓縮機，以用於給機艙提供新鮮空氣並且給機艙加壓。此外，由於冗餘原因，對於每個支路M和34而言有意義的是，使用兩個機艙空氣壓縮機。對此替代的是，在可使用的機艙空氣壓縮機相應可靠的情況下，每個支路24和34僅僅具有一個這樣的壓縮機也是可能的。那麼，為了冷卻，能夠使用具有冷卻劑13 或(X)2的蒸發冷卻機，所述蒸發冷卻機同樣能夠通過存在於相應的支路M或34 內的轉矩來驅動。對此替代的是，空氣循環冷卻機的使用也是適合的，所述空氣循環冷卻機能夠輔助或者完全地承擔機艙的加壓，以及引起相應的冷卻。如果力求從發動機8和10獲取引氣，那麼用於冷卻空氣和用於機艙加壓的空氣循環冷卻機是特別合適的。在所示圖示中，由於轉矩傳輸裝置4和6的高的轉速水平，機艙空氣壓縮機或空氣循環冷卻機通過傳動裝置32和40驅動。原理上可實現的是，可能使用的機艙空氣壓縮機直接從轉矩傳輸裝置4和6開始驅動，並且具有可變的幾何形狀。但是，這與從機艙壓縮機開始的在輸入壓力和輸出壓力之間的待形成的壓力比有關，使得在不利的壓力比的情況下，可變的幾何形狀的應用可能是不夠的。但是，機艙空氣壓縮機的可變的幾何形狀能夠作為相對於通過傳動裝置32和40的運行的附加的選擇。同樣地，附加的通風風扇、液壓泵、冷卻鼓風機等能夠直接地通過軸30和42以滿轉速工作。如果相關的飛機從發動機8和10獲取引氣，那麼可設想，該引氣藉助在一個或多個傳動裝置32和40上工作的空氣循環機投入使用。在右側的支路34通過發動機8供能時，第二聯軸器44閉合，並且右側的第一聯軸器18打開。同樣地，在左側的支路M通過發動機10工作時，中間的聯軸器44閉合，並且左側的第一聯軸器16打開。在圖2中示出具有功率分配系統50的形式的變換形式，在所述功率分配系統中， 馬達-發電機單元20和22的位置改變。其現在位於傳動裝置32和40與所屬的消耗裝置28和38之間。這意味著，馬達-發電機單元20和22同樣以適合的降低了的轉速工作，所述轉速與消耗裝置26和36的必需的轉速不同。功率分配系統50的其餘特徵相當於圖1 中的圖示，使得通過輔助動力源供能的電子單元46的電功率也能夠供給馬達-發電機單元 20 和 22。在圖3中示意地示出根據本發明的用於分配功率的方法。根據本發明的方法基本上包括藉助於轉矩傳輸裝置在發動機和在飛機的內部中的至少一個可旋轉的設備之間傳輸轉矩52。根據本發明的方法特別是包括驅動空氣調節系統的為機艙空氣壓縮機、空氣循環機和/或蒸發冷卻機形式的至少一個可旋轉的設備54，以及在發動機和至少一個馬達-發電機單元之間傳輸轉矩56，所述傳輸也能夠與空氣調節系統的可旋轉的設備的工作無關地進行。此外，分開一個由單個發動機供給的支路58，並且接通用於傳輸另一個支路的轉矩的第二聯軸器60，如上所述。所有方法步驟能夠以任意的組合相互交換以及是可逆的。最後，在圖4示出飛機62，所述飛機具有至少一個根據本發明的功率分配系統。在此表明，根據本發明的功率分配系統也特別是可用於飛機，所述飛機具有設置在機身尾部的區域內的發動機，並且僅必須橋接相對於機身內部的短距離。實施例只是用於說明根據本發明的關係，並且不視為是本發明的或保護範圍的限制。相反，根據本發明的原理也能夠應用在具有多於一個或兩個發動機的飛機上，而不必放棄優點。補充地指出，「包括」不排除其它元件或步驟，並且「一個」不排除多個。此外指出， 參考上述實施例中的一個所說明的特徵或步驟也能夠應用於與其它上述實施例的其它特徵或步驟的組合。在權利要求中的附圖標記不視為是限制。附圖標記2功率分配系統4轉矩傳輸裝置6轉矩傳輸裝置8發動機10發動機
12接口
14接口
16第一聯軸器
18第一聯軸器
20馬達-發電機單元
22馬達-發電機單元
24左側支路
26消耗裝置
28消耗裝置
30分配軸
32傳動裝置
34右側支路
36消耗裝置38消耗裝置40傳動裝置42分配軸44第二聯軸器46電子單元48輔助動力源50功率分配系統52傳輸轉矩54驅動可旋轉的設備56傳輸在馬達-發電機單元和發動機之間的轉矩58分開支路與發動機60接通第二聯軸器62 飛機
權利要求
1.一種用於配備有至少一個發動機(8、10)的飛機(62)的功率分配系統(2、50)，具有至少一個轉矩傳輸裝置G、6)；至少一個第一聯軸器(16、18)，其用於在所述轉矩傳輸裝置(4、6)和分配軸(30、42)之間傳輸轉矩；以及空氣調節系統的至少一個能夠旋轉的設備，所述設備與所述分配軸(30、4幻耦聯，其中，所述轉矩傳輸裝置(4、6)能夠移動地安裝並且與所述發動機(8、10)的至少一個軸連接，其中所述轉矩傳輸裝置(4、6)從所述發動機(8、10)的所述軸延伸到飛機機身的內部區域中，所述轉矩傳輸裝置(4、6)在遠離所述發動機(8、10)的端部上具有至少一個用於導入轉矩的接口(12、14)，並且其中，所述空氣調節系統的所述能夠旋轉的設備是壓縮機、空氣循環機、蒸發冷卻機或風扇。
2.如權利要求1所述的功率分配系統(2、50)，此外具有與所述分配軸(30、42)耦聯的至少一個馬達-發電機單元(20、22)。
3.如權利要求1或2所述的功率分配系統(2、50)，其中，至少一個傳動裝置(32、40) 設置在所述分配軸(30、4幻和所述空氣調節系統的所述能夠旋轉的設備之間。
4.如前述權利要求中任一項所述的功率分配系統(2、50)，具有兩個轉矩傳輸裝置(4、 6)，其中所述飛機(6 具有兩個或多個發動機(8、10)，左側的轉矩傳輸裝置(4)與至少一個左側的發動機(8)連接，並且與所述空氣調節系統的至少一個左側的能夠旋轉的設備 (26,28)和/或至少一個左側的馬達-發電機單元00)形成左側的功率分配支路(M)，並且其中右側的轉矩傳輸裝置(6)與至少一個右側的發動機(10)連接，並且與所述空氣調節系統的至少一個右側的能夠旋轉的設備(36、38)和/或至少一個右側的馬達-發電機單元 (22)形成右側的功率分配支路(34)。
5.如權利要求4所述的功率分配系統(2、50)，此外具有至少一個第二耦聯器(44)，其用於在所述左側的支路04)和所述右側的支路(34)之間傳輸轉矩。
6.如權利要求2至5中任一項所述的功率分配系統(2、50)，其中，所述至少一個馬達-發電機單元O0、22)設置成用於啟動所述發動機(8、10)中的至少一個。
7.如權利要求2至6中任一項所述的功率分配系統(2、50)，其中，所述至少一個馬達-發電機單元(20、2幻設置成用於提供電能。
8.如前述權利要求中任一項所述的功率分配系統(2、50)，此外具有至少一個電動力源(48)，其用於在所述發動機(8、10)處於停車狀態下時使所述空氣調節系統的所述至少一個能夠旋轉的設備和所述飛機的電消耗裝置工作。
9.一種用於在飛機內分配功率的方法，包括步驟在所述飛機的至少一個發動機(8、 10)和在飛機機身的內部區域中的能夠旋轉的設備之間傳輸轉矩(52)，其中所述空氣調節系統的所述能夠旋轉的設備是壓縮機、空氣循環機、蒸發冷卻機或風扇。
10.一種如權利要求1至8中任一項所述的功率分配系統Ο、50)在交通工具中的應用。
11.一種飛機(62)，具有至少一個發動機(8、10)和至少一個如權利要求1至8中任一項所述的功率分配系統0、50)。
全文摘要
本發明涉及一種用於具有至少一個發動機(8、10)的飛機的功率分配系統(2)，其具有至少一個轉矩傳輸裝置(4、6)，所述轉矩傳輸裝置(4、6)可移動地安裝並且與發動機(8、10)的至少一個軸連接，並且從發動機(8、10)的軸延伸到飛機機身的內部區域中，並且在遠離發動機(8、10)的端部上具有至少一個用於導入轉矩的接口(12、14)。在轉矩傳輸裝置(4、6)的接口(12、14)處不僅能夠驅動機械的設備(26、28、36、38)，而且也能夠進行發動機(8、10)的啟動。因此在飛機中能夠基本上省去從機械能到電能的轉換和隨後使用電能來產生機械動力。這特別有利於應用於短程的雙發噴氣式客機。
文檔編號B64D35/00GK102282073SQ200980138212
公開日2011年12月14日 申請日期2009年9月23日 優先權日2008年9月26日
發明者拉爾夫-亨寧·施託爾特 申請人:空中巴士營運有限公司