Летательный аппарат, включающий в себя электрический стартер-генератор для каждого турбореактивного двигателя и шасси, оснащенное электродвигателем для руления
Патент 2561522
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Летательный аппарат, включающий в себя электрический стартер-генератор для каждого турбореактивного двигателя и шасси, оснащенное электродвигателем для руления
Иллюстрации
Летательный аппарат содержит не менее двух турбореактивных двигателей, оснащенных электрическими стартерами-генераторами, шасси, оснащенное электродвигателем, преобразователь и модуль распределения электроэнергии, вспомогательный бортовой силовой модуль, генератор электроэнергии. Преобразователь электроэнергии соединен со стартером-генератором, с электродвигателем, с генератором электроэнергии и со входом внешнего питания через модуль распределения электроэнергии разными способами, образуя различные конфигурации. Обеспечивается запуск турбореактивного двигателя и руление самолета на земле. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
Реферат
Область техники
Изобретение относится к летательному аппарату, имеющему один или более турбореактивных двигателей, каждый из которых оснащен электрическим стартером-генератором, а также имеющему шасси, оснащенное электродвигателем для руления между точкой посадки и взлетно-посадочной полосой. Более конкретно, изобретение относится к усовершенствованию, обеспечивающему распределение функций определенных подсистем таким образом, чтобы предоставлять энергию, необходимую для запуска турбореактивного двигателя(ей), а также для руления воздушным судном.
Предшествующий уровень техники
В современных самолетах растет необходимость заменять гидравлические или пневматические вспомогательные системы электрооборудованием. Таким образом, известен стартер для каждого турбореактивного двигателя, который содержит электрический стартер-генератор, т.е. обратимую подсистему, которая выступает в качестве электродвигателя при запуске, если в нее подается электроэнергия, или, в противном случае, в качестве генератора электроэнергии, если она приводится во вращение посредством турбореактивного двигателя после его запуска. Одна такая подсистема стартера-генератора ассоциирована с каждым турбореактивным двигателем. Кроме того, известно шасси, которое оснащено электродвигателем для использования при рулении. Электродвигатель обеспечивает возможность перемещения летательного аппарата на земле между местом посадки и взлетно-посадочной полосой. Он зачастую встроен в ступицу колеса шасси.
Краткое изложение существа изобретения
Изобретение нацелено на оптимизацию такого электромеханического оборудования. В результате наблюдается, что характеристики электрооборудования, необходимого для запуска турбореактивного двигателя, и характеристики электрооборудования для приведения в действие шасси при рулении являются очень похожими и, следовательно, они могут быть комбинированы.
Более конкретно, изобретение предоставляет летательный аппарат, имеющий первый турбореактивный двигатель, оснащенный первым электрическим стартером-генератором, и шасси, оснащенное электродвигателем для руления на земле, причем летательный аппарат отличается тем, что включает в себя преобразователь электроэнергии, подходящий для соединения с стартером-генератором или с электродвигателем для руления через конфигурируемый модуль распределения электроэнергии.
Преимущественно, летательный аппарат имеет вспомогательный бортовой силовой модуль, содержащий, в частности, генератор электроэнергии. Генератор подключается к модулю распределения электроэнергии, чтобы снабжать электроэнергией преобразователь. Упомянутый вспомогательный силовой модуль необязательно может быть топливным элементом.
Согласно другой преимущественной характеристике, модуль распределения электроэнергии дополнительно включает в себя вход питания для питания преобразователя от внешнего источника, т.е. от генератора электроэнергии, который доступен в аэропорту.
С использованием этих подсистем может быть доступно множество конфигураций посредством модуля распределения электроэнергии для подключения преобразователя электроэнергии (по существу содержащего инвертор) к определенным выбранным элементам оборудования, чтобы иметь возможность выбирать между различными вариантами для запуска турбореактивного двигателя или для руления самолетом. Эти варианты включают в себя, в частности:
- запуск турбореактивного двигателя с использованием собственного стартера, при этом сам преобразователь запитан посредством источника электроэнергии, расположенного вне самолета;
- запуск того же турбореактивного двигателя таким же образом, но от вспомогательного бортового силового модуля. Следует напомнить, что этот вспомогательный модуль может состоять из небольшого газотурбинного двигателя (например, подходящего для запуска от внешнего источника энергии), который механически приводит в действие вышеуказанный генератор электроэнергии, который сам подключен к входу инвертора;
- запуск другого турбореактивного двигателя с использованием собственного электрического стартера-генератора через преобразователь, получающий свою энергию от турбореактивного двигателя, который уже запущен, через электрический стартер-генератор этого турбореактивного двигателя, работающий в качестве генератора;
- руление самолетом посредством питания электродвигателя шасси с помощью преобразователя, получающего свою электроэнергию от турбореактивного двигателя, который уже запущен, причем преобразователь получает электроэнергию от соответствующего стартера-генератора, работающего в качестве генератора; и
- руление самолетом посредством питания электродвигателя шасси с помощью преобразователя, получающего свою энергию от вспомогательного бортового силового модуля.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает общий схематический вид, показывающий архитектуру, которая является общей для средства стартера турбореактивного двигателя(ей) и для средства питания электродвигателя для руления, связанного с шасси для маневрирования на земле;
Фиг. 2 изображает вид, аналогичный фиг. 1, показывающий первую возможную конфигурацию модуля распределения электроэнергии;
Фиг. 3 изображает вид, аналогичный фиг. 1, показывающий вторую возможную конфигурацию модуля распределения электроэнергии;
Фиг. 4 изображает вид, аналогичный фиг. 1, показывающий третью возможную конфигурацию модуля распределения электроэнергии;
Фиг. 5 изображает вид, аналогичный фиг. 1, показывающий четвертую возможную конфигурацию модуля распределения электроэнергии; и
Фиг. 6 изображает вид, аналогичный фиг. 1, показывающий пятую возможную конфигурацию модуля распределения электроэнергии.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Фиг. 1 показывает электрооборудование с распределением функций, выполненное с возможностью как пуска турбореактивного двигателя(ей) M1, M2, так и руления самолетом на земле, посредством электродвигателя 17, расположенного в шасси 16. В дополнение к вышеозначенным подсистемам, установка имеет преобразователь 14 электроэнергии, конфигурируемый модуль 12 распределения электроэнергии, вспомогательный бортовой силовой модуль 20, который связан с генератором 22 электроэнергии, также на борту, и электрические стартеры-генераторы DG1 и DG2, соответственно, связанные с турбореактивными двигателями M1 и M2. Механический вход для пуска турбореактивного двигателя M1 соединяется с валом электрического стартера-генератора DG1. Механический вход для пуска турбореактивного двигателя M2 соединяется с валом электрического стартера-генератора DG2. Электрические точки доступа к электрическим стартерам-генераторам DG1 и DG2 подключаются к модулю 12 распределения электроэнергии. Вход и выход преобразователя 14 подключаются к модулю 12 распределения электроэнергии. Этот модуль распределения электроэнергии подключается к электродвигателю 17, чтобы снабжать его электроэнергией. Вспомогательный бортовой силовой модуль 20 в этом примере является небольшим топливным двигателем, имеющим выходной вал, приводящий в действие генератор 22 электроэнергии. Электрический выход из генератора подключается к модулю 12 распределения электроэнергии. Стартер вспомогательного силового модуля 20 в этом примере приводится в действие посредством сжатого воздуха, доставляемого посредством компрессора, расположенного на земле и подключенного посредством пневматического соединения 24 к стартеру. После пуска этот модуль 20 продолжает вращаться с потреблением топлива, подаваемого самолетом.
Модуль 12 распределения электроэнергии также имеет электрический силовой вход 26 питания для снабжения энергией преобразователя 14. Эта электроэнергия подается посредством генератора, расположенного на земле и подключенного к силовому входу 26.
Модуль 12 распределения электроэнергии содержит набор управляемых переключателей типа, конструкция которого известна специалистам в данной области техники, которые имеют функцию избирательного межсоединения вышеописанных подсистем в предварительно определенных конфигурациях. Из вышеприведенного описания, безусловно, можно видеть, что преобразователь может принимать электроэнергию через модуль 12 распределения электроэнергии на входе E и может одновременно подавать электроэнергию (электроэнергию переменного тока (AC) на регулируемой частоте) в модуль распределения электроэнергии через выход S. Каждый электрический стартер-генератор DG1, DG2 может принимать электроэнергию через модуль распределения электроэнергии, и при этом он составляет стартер связанного с ним турбореактивного двигателя. Он является обратимой машиной, которая также может составлять генератор электроэнергии, которая распределяется через модуль 12 распределения электроэнергии после того, как вал стартера приведен в действие посредством соответствующего турбореактивного двигателя M1, M2, после запуска.
Генератор 22 электроэнергии приводится в действие посредством двигателя вспомогательного модуля 20, и он, следовательно, доставляет электроэнергию в другие подсистемы через модуль 12 распределения электроэнергии. Электроэнергия, подаваемая к входу 26, может быть использована.
Ниже приводится описание различных возможных вариантов запуска одного из турбореактивных двигателей, в частности первого турбореактивного двигателя M1, с использованием вышеописанной системы.
В конфигурации по фиг. 2 электроэнергия доставляется посредством соединения 26, подключенного к генератору электроэнергии на земле. Модуль распределения выполнен так, что эта электроэнергия подается к входу E преобразователя 14. Выход S преобразователя подключается к электрическому стартеру-генератору DG1, который, таким образом, выступает в качестве стартера. При таких условиях, стартер DG1 приводит в действие вал турбореактивного двигателя M1 до тех пор, пока он не запущен, и затем продолжает работать с расходованием топлива самолета.
Альтернативно, как показано на фиг. 3, вспомогательный силовой модуль 20 приводится в действие, например, с использованием сжатого воздуха, доставляемого с земли через соединение 24, тем самым эффективно приводя в действие генератор 22. Модуль 12 распределения выполнен так, что электроэнергия, доставляемая посредством генератора 22, подается к входу E преобразователя 14, и так, что выход S из этого преобразователя подается к электрическому входу электрического стартера-генератора, так что он может запускать турбореактивный двигатель M1.
На фиг. 4 турбореактивный двигатель M1 уже запущен, и он, следовательно, приводит в действие вал электрического стартера-генератора DG1, который после этого выступает в качестве генератора электроэнергии и, следовательно, доставляет электроэнергию в модуль 12 распределения. Модуль выполнен так, что эта электроэнергия подается к входу преобразователя 14, и так, что выход S из преобразователя подается к электрическому входу электрического стартера-генератора DG2, работающего в качестве стартера, тем самым предоставляя возможность запуска турбореактивного двигателя M2.
Естественно, эта система может быть расширена до большего числа турбореактивных двигателей, каждый из которых содержит собственный электрический стартер-генератор.
Ниже приводится описание использования этой установки для снабжения энергией электродвигателя 17 для перемещений при рулении самолетом на земле.
Фиг. 5 показывает конфигурацию модуля 12 распределения, в которой электрический стартер-генератор, приводимый в действие посредством турбореактивного двигателя M1, доставляет электроэнергию, которая подается к входу E преобразователя 14. Выход S преобразователя 14 подключается к электродвигателю 17 через модуль 12 распределения.
Напротив, в конфигурации по фиг. 6, именно вспомогательный бортовой силовой модуль 20 действует через генератор 22 электроэнергии, чтобы подавать электроэнергию к входу E преобразователя 14 через модуль 12 распределения. Модуль распределения также подключает выход S преобразователя 14 к электродвигателю 17.
Вышеописанная система с различными конфигурациями, в частности, является преимущественной, поскольку функции запуска турбореактивного двигателя и предоставления электропривода для руления на земле имеют множество общих аспектов. В частности, можно отметить следующее:
- очень высокий крутящий момент в состоянии покоя вследствие инерции и трения турбореактивного двигателя или колес шасси;
- ограниченное во времени использование (несколько минут);
- использование осуществляется по существу на земле (повторный запуск в полете требует наполовину больше мощности); и
- электрическая частота инвертора является относительно низкой при запрашиваемой мощности в обеих из функций.
Таким образом, распределение этих функций запуска и руления выполнено с возможностью оптимизировать преобразователь мощности, в частности, относительно его охлаждения. Больше нет необходимости предоставлять охлаждение для его оборудования посредством циркуляции жидкости, а наоборот, можно предусматривать его охлаждение воздухом, возможное посредством естественной конвекции. Этот режим охлаждения посредством воздуха является, в частности, подходящим, когда двигатели находятся под крыльями, и в окружающих условиях, которые являются сравнимыми с окружающими условиями шасси. Электромагнитная фильтрация также упрощается.
1. Летательный аппарат, содержащий первый турбореактивный двигатель (M1), оснащенный первым электрическим стартером-генератором (DG1), и шасси (16), оснащенное электродвигателем (17) для руления на земле, причем летательный аппарат отличается тем, что включает в себя преобразователь (14) электроэнергии, подходящий для соединения с стартером-генератором или с электродвигателем для руления через конфигурируемый модуль (12) распределения электроэнергии, при этом модуль (12) распределения электроэнергии дополнительно включает в себя вход (26) электропитания для внешнего питания преобразователя.
2. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя вспомогательный бортовой силовой модуль (20), оснащенный генератором (22) электроэнергии, и отличающийся тем, что генератор электроэнергии подключен к модулю (12) распределения электроэнергии, чтобы питать преобразователь (14) электроэнергии.
3. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что модуль (12) распределения электроэнергии включает в себя конфигурацию, подключающую вход (26) электропитания к входу преобразователя, а выход преобразователя - к первому стартеру-генератору (DG1), работающему в качестве стартера.
4. Летательный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что модуль (12) распределения электроэнергии включает в себя конфигурацию, подключающую выход генератора электроэнергии к входу преобразователя, а выход преобразователя (14) - к первому электрическому стартеру-генератору (DG1), работающему в качестве стартера.
5. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что модуль распределения электроэнергии включает в себя конфигурацию, подключающую первый стартер-генератор (DG1), работающий в качестве генератора, к входу преобразователя, а выход преобразователя - к электродвигателю (17) для руления шасси.
6. Летательный аппарат по любому из пп. 2-5, отличающийся тем, что модуль (12) распределения электроэнергии включает в себя конфигурацию, подключающую генератор (22) электроэнергии к входу преобразователя, а выход преобразователя - к электродвигателю (17) для руления шасси.
7. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя, по меньшей мере, один второй турбореактивный двигатель (М2), оснащенный вторым электрическим стартером-генератором (DG2), при этом модуль распределения электроэнергии включает в себя конфигурацию, подключающую первый стартер-генератор (DG1), работающий в качестве генератора, к входу преобразователя, а выход преобразователя (14) - ко второму стартеру-генератору (DG2), действующему в качестве стартера.