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CN101234672A - 航空器中用于包含除冰电路的电气设备的电源电路 - Google Patents

航空器中用于包含除冰电路的电气设备的电源电路 Download PDF

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CN101234672A CNA2008100071073A CN200810007107A CN101234672A CN 101234672 A CN101234672 A CN 101234672A CN A2008100071073 A CNA2008100071073 A CN A2008100071073A CN 200810007107 A CN200810007107 A CN 200810007107A CN 101234672 A CN101234672 A CN 101234672A
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Abstract

本发明涉及一种航行器中的电源电路，该电路包括用于在航行器上的电能分配网络(17)和电源发电机(27)，电能分配网络(17)用于对定位在航行器的发动机中或所述发动机的环境中的电力设备(5b)供电，电源发电机(27)被集成在航行器发动机中为除冰电路(5a)供电。所述电力设备包括被连接至DC电压分配总线(35)的机舱负荷(5b)，其自身被连接至由分配网络(17)供电的电压转换电路(34)。除冰电路(5a)包括至少一个电阻(61)，用于耗散由至少一些机舱负荷可能返回至DC电压分配总线(35)的电能。

Description

航空器中用于包含除冰电路的电气设备的电源电路
技术领域
本发明涉及将电能供给航空发动机和/或其环境中的电气设备。
本发明应用的领域更具体为航行器发动机，具体地是燃气涡轮发动机。不过，本发明还可应用于直升机发动机。
背景技术
在这里使用的术语“航空发动机或其环境中的电气设备”不仅指用于使发动机能够工作的电气设备，还指与发动机机舱相关联的电气设备，例如除冰或防冰电路，诸如用于机舱防冰(Nacelle Anti-icing，NAI)的电路或使用在反推力通风帽开口系统(Thrust-reverse Cowl Opening System，TRCOS)中的激励器或用于燃气涡轮航行器发动机的电反推力激励控制(Electrical Thrust-reverse Actuation Control，ETRAC)的电动机械激励器，甚至与承载发动机的翼翅相关联的电路，例如，航行器翼翅除冰或防冰电路。
图3中显示用于从燃气涡轮航行器发动机产生和分配电能的传统方案。
两个发电机111a、111b(或多于两个的用于冗余的目的或者优化电能的产生的目的，取决于考虑中的应用)被安装在附件齿轮箱113上，该附件齿轮箱113被机械连接至发动机的涡轮轴。发电机111a、111b典型为起动器/发电机(Starter/Generators，S/G)，其包括与激励相关联的同步发电机，且以是发动机速度的函数的频率传送交流电压，在启动涡轮机时以同步电动机模式控制操作激励器组件和同步发电机。
由发电机111a、111b传送的交流电压由线115a、115b输运给电力网络117，其是用于在航行器上分配电能，又被称为“主板网络(on-board network)”。主板网络的且被连接至线115a、115b的电路119以调制交流电压在一个或多个分配总线上传送交流电(AC)，典型地以115伏AC(Vac)或230Vac。电路119还为电压转换器121提供电能，电压转换器121在一个或多个总线上传送调制直流(DC)电压，典型地270伏DC(Vdc)或±270Vdc。由电路119和121传送的电压给航行器上的不同电力负荷供电，主要在它的机身地带中。
与发动机相关联，全权发动机控制单元(Engine Control Unit，ECU)143由发电机127供电，例如安装在齿轮箱113上的永磁发电机或永磁交流发电机(PermanentMagnet Alternating，PMA)。ECU143还被连接至电路119和121中的电路之一，例如调制交流电压电路119，以使只要发动机没有达到足以使PMA127能够传送所需电能的速度或者PMA发生故障的情况下也能够使它能够被合适地供电。ECU143利用它接收的电能使它的组件工作以及激励发动机的各种部件，例如需要有限电能量的传感器或探针、激励器或伺服阀。
目前，存在越来越多地使用电能取代液压能的趋势，用于激励航行器发动机或其环境中的各种电力设备部件。例如，一些航行器被装配有电激励反推力装置147。因此，该电路包含AC/DC转换器133，其具有经由电力供应线145、149、151连接至主板网络117的输入，和具有连接至这种电反推力装置147及还连接至静力设备的输出，例如为发动机机舱和承载发动机的翼翅的除冰的电路153、155。
用必需被作成非常安全和绝缘线路的电源线，从航行器上的网络至机身外部的各种负荷的电能的传送是负担重的且大量的，其是相当可观的，如果将被供电的设备数量增加，则会有尺寸决定的风险或者甚至是禁止的，并且传送自身出现的损耗是不可忽略。
发明内容
本发明目的是提供一种电源电路，其没有这样的缺陷且能够使在航空器发动机和/或其周围的电力设备中的多个部件被供电。
这个目的通过航空器中的电源电路来实现，该电路包括用于在航空器上分配电能且能为位于航行器的发动机中或所述发动机的环境中的电力设备供电的网络，所述电力设备包括连接到DC电压分配总线的机舱负荷，所述总线连接至由所述分配网络供电的电压转换电路，和所述电源电路进一步包括被集成在航行器发动机中的电源发电机，其对除冰电路供电，所述除冰电路包括用于耗散由至少一些机舱负荷可能返回至DC电压分配总线(35)的电能的至少一个电阻。
因此，本发明的电路可能实现减小用于输运电能至所述除冰电路的电缆长度。此外，从在飞机上的电能分配网络输运电能的电缆可以是小直径的。这使它可以优化电缆的重量和体积。此外，所述除冰电路没有施加任何具体调制约束，因此所述电源发电机可以为简单、鲁棒、紧凑且重量轻的结构。此外，不必具有来耗散通过机舱的电激励器可能返回至DC电能分配总线的电能的单独专用电阻。这进一步减小重量和使电能被节省。
有利地，所述除冰电路被直接连接至所述电源发电机，以接收交流电压。
因此，本发明的电路能够使所述除冰电路(纯电阻性)接收交流电压而不用将交流电压转变为DC电压，从而使能量损耗减少且减小了电路的尺寸和重量。
依据本发明的另一特征，所述电源发电机为专用绕线转子发电机。
因此，所述电源发电机是简单且鲁棒的。
有利地，所述电源电路包括机械耦合至所述电源发电机的永磁发电机(PMA)，所述永磁发电机被设计成以为用于电调制该发动机的至少一个发动机控制单元(ECU)供电。
因此，所述永磁发电机(PMA)与为除冰电路供电的发电机被共用，所述永磁发电机(PMA)对发动机控制单元(ECU)供电用于电调制发动机。
有利地，至少一个发动机控制单元(ECU)被连接至所述永磁发电机以接收交流电压。这使所述电路能够被简化。
有利地，所述永磁发电机为多个发动机控制单元供电，所述单元例如经由接口装置供电。
依据本发明的特征，所述电源发电机为线绕转子机器且所述永磁发电机相应于所述线绕转子机器的永磁级。因此，可能节省附件齿轮箱的一个出口轴。
有利地，所述电源电路包括：
输入，其被连接至所述电能分配网络以接收交流电压，所述电压转换器被连接至所述输入以将通过所述电能分配网络供给的交流电压转换为DC电压；和
·转换，其用于传送由所述转换器传送的电压给所述DC电压分配网络。
因此，该电路可能具有在发动机邻近的安全电力节点，用于对被集成在发动机中或被定位在其邻近中的负荷供电，使用至主板航空器上电能网络的仅仅一个链路足以确保电能在发动机的电能网络上是可利用的。此外，除了所述除冰设备之外，该转换器可被制成用于所有所述电力设备的尺寸，从而减小所述转换器的尺寸。
本发明还提供一种包括如上所限定的电源电路的航空器。
附图说明
基于阅读通过非限制性指示给出的下面说明书和参考附图，可以更好地理解本发明，附图中：
图1是本发明系统的高度图解视图，用于航行器发动机及其环境中的电力供给和控制设备；
图2是图1中电力电源器件的设备的更详细的视图；和
图3是上述的用于在航行器中产生和分配电能的已知方案的高度示意图。
具体实施方式
图1是用于供电和控制航行器发动机和其环境中的电力设备5a及5b中的部件中的装置5的电路图，具体地是与燃气涡轮航行器发动机相关联。
图1中的电路包括安装在附件齿轮箱(由13表示)上的至少一个发电机11，例如S/G，所述附件齿轮箱被机械连接至发动机的涡轮轴(未示出)。由S/G发电机11传送的交流电压通过一条或多条线15被输送给电力网络17，用于在航行器上(被称为“主板网络”)分配电能。主板网络的电路19为一条或多条分配总线供给交流电压，该交流电压典型地被调节为115Vac或者230Vac且频率是涡轮轴旋转速度的函数。电路19还可对电压转换电路21供电，用于在一条或多条总线上传送调制的DC电压，典型地是270Vdc或±270Vdc。由电路19和21产生的电压对航行器的机身区域中各种负荷提供电力。
依据本发明，电源电路包括与发动机(由23表示)相关联的电源发电机27，其被集成在航行器发动机中给发动机机舱防冰(NAI)或除冰电路5a或用于对承载发动机的翼翅除冰的电路提供电力。
这就使得缩短将电能传输给除冰电路5a的电缆的长度成为可能。应当注意到的是：相比于连接至电力设备的其他部件的电缆直径，连接至阻抗性除冰电路5a的电缆直径是大的。因此，减少这种电缆的长度也就减少了用于传输电能给机身外部的负荷所必需的电缆的重量和体积。此外，由于除冰电路5a是纯阻抗性的，因此不需要任何特殊调制限制，从而电源发电机27，例如具有专用绕线转子类型的发动机，其结构是简单的、鲁棒的和紧凑的且重量小。
此外，除冰电路5a可以被直接连接至电源发电机27，以接收交流电压。因此，不需要将交流电压转换为DC电压的电压转换器。这有助于降低电力损耗和减小电源电路的尺寸和重量。
此外，至少一个发动机控制单元(ECU)30还被连接至电源发电机27。
有利地，ECU30接收来自电源发电机27的交流电压。这个发电机将AC传送给ECU30，其可以作为发动机速度的函数被调制或是可变的。此外，ECU30还可以通过线16被连接至AC电压电路19，以使它能够被正确地提供电力，直至发动机达到足以能够使电源发电机27传送所需电能的速度。此外，电路19还对相应于机舱中的负荷的电力设备5b提供电力。
图2详细地显示本发明中电源电路的一个实施例。
在这个例子中，电源电路包括永磁发电机28(PMA)，其机械地耦合至电源发电机27。与电源发电机27相关联的永磁发电机28被设计成：为一个或多个ECU30提供电力。更具体地，永磁发电机28经由接口电路31为ECU30供电。
作为例子，为了节省附件齿轮箱的出口轴，电源发电机27为绕线转子机器，以及永磁发电机27相应于这个绕线转子机器的永磁级。
此外，电源电路包括用于分配DC电压的高压直流(High-voltage Direct Current，HVDC)总线35，以及形成与发动机(由32表示的)相关联的电能分配网络中的部件的保护电源器件29。
电源器件29具有输入32、转换33和AC/DC电压转换器34。
为了接收交流电压，输入32被连接至电能分配网络17，更具体地是连接至电路19。该电压转换器34被连接至输入32，目的是通过电能分配网络17将交流电压转换为DC电压。此外，转换33能够将电压从转换器34转送至DC分配总线35。
因此，电源发电机27传送AC电能给ECU30，该电能作为发动机速度的函数被调制或是可变的。此外，转换33能够使ECU30经由电源器件29和接口电路31通过线16连接至交流电压电路19，为了正确地提供电能，直至使发动机能够达到足够的速度，该速度能使所需的电力被电源发电机27传送。
因此，这种结构使安全电源节点是可利用的。该电源发电机27直接交流电压传送给用于发动机机舱或翼翅除冰的设备5a。相反地，相应于机舱负荷5b的那部分电力设备被连接至DC电压分配总线35。
更具体地，除冰电路5a经由除冰电源模块47a被连接至电源发电机27，其包括由开关和由中央控制单元51和/或ECU30控制的保护器件。
除冰电路5a还包括至少一个电阻61，其用于消耗可以由至少一些机舱负荷5b返回至DC分配总线35的电能。由附图标记63来表示电能至DC分配总线35的可能返回。通过电阻61的这种电能耗散通过DC电压分配总线35和电阻61之间的连接65得以实现。
此外，总线35为机舱电源模块47b连同包含中央控制单元51的控制器件一起供电。
在这个例子中，电源模块47a、47b由中央控制单元51控制。其被连接至与至少一些电力设备相关联的传感器(未示出)，并且还被连接至ECU30。机舱电源模块47b与机舱中的电力设备5b相关联。
机舱电源模块47b包括倒相器53和转换电路55。倒相器53用于将交流电压传送至电力设备5b，该交变电压根据由总线35传送的DC电压所获得，同时转换电路55用于激励电力设备5b中的部件。中央控制单元51控制模块47b，具体地是转换电路55，以使激励设备5b中的各个部件，作为从ECU30和/或与设备5b相关联的传感器中接收到的信息的函数。
应当注意到的是，电源电路可以包括电源电能发电机27，并且可能包括高压DC(HVDC)类型的两个DC分配总线35。
因此，使用两个发电机能减少只有一个发电机而产生的故障，同时存储电源，这通过至主板航行器上的网络的连接16来确保安全，以及还可能实现共享所传送的电能。
传送在总线35(或可能的多个总线35)上的DC电压可以是调制电压，例如调制至标称值270Vdc或±270Vdc，由AC/DC转换电路提供的调制。在一个变型中，经由总线35传送的DC电压不必调制，围绕标称值的变化范围是可以接受的，具体地是作为在由电路19传送的电压中的变量的函数。
本发明还提供包含电源电路的航行器，该电源电路包括主板航行器的电能分配网络17和电源发电机27，该电能分配网络17为位于航行器发动机或发动机环境中的电力设备5b提供电力，该电源发电机27被集成在航行器发动机中用于为除冰电路5a提供电力。

Claims (9)

1.一种航行器中的电源电路，该电路包括用于在航行器上分配电能且为位于在航行器发动机中或所述发动机的环境中的电力设备(5b)供电的网络(17)，其特征在于：
所述电力设备包括连接到DC电压分配总线(35)的机舱负荷(5b)，所述总线(35)连接至由所述分配网络(17)供电的电压转换电路(34)，
所述电源电路包括被集成在航行器发动机中的电源发电机(27)，其为除冰电路(5a)供电，和
所述除冰电路(5a)包括至少一个电阻(61)，用于耗散由至少一些机舱负荷可能返回至DC电压分配总线(35)的电能。
2.依据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述除冰电路(5a)被直接连接至所述电源发电机(27)，以接收交流电压。
3.依据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电源发电机(27)是专用绕线转子发电机。
4.依据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，包括机械耦合至所述电源发电机(27)的永磁发电机(28)，所述永磁发电机(28)被设计成以为用于电调制该发动机的至少一个发动机控制单元(30)供电。
5.依据权利要求4所述的电源电路，其特征在于，所述至少一个发动机控制单元(30)被连接至所述永磁发电机(28)，以接收交流电压。
6.依据权利要求4所述的电源电路，其特征在于，所述永磁发电机(28)为多个发动机控制单元(30)供电，所述发动机控制单元经由接口电路(32)供电。
7.依据权利要求4所述的电源电路，其特征在于，所述电源发电机(27)为线绕转子机器且其中，所述永磁发电机(28)相应所述线绕转子机器的永磁级。
8.依据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，包括：
输入(32)，被连接至电能分配网络(17)以接收交流电压，所述电压转换器(34)被连接至所述输入(32)以将由所述电能分配网络(17)供给的交流电压转换为DC电压；和
转换(33)，其用于将由所述转换器(34)传送的电压传送给所述DC电压分配网络(35)。
9.一种包含依据权利要求1至8所述的任一种电源电路的航行器。
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