CZ309432B6

CZ309432B6 - Cooling device for the power elements of a turbine engine control unit

Info

Publication number: CZ309432B6
Application number: CZ2022-26A
Authority: CZ
Inventors: Tomáš Hubáček; Hubáček Tomáš Ing., Ph.D
Original assignee: První brněnská strojírna Velká Bíteš, a.s
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2023-01-04
Also published as: CZ202226A3

Abstract

Cooling device (1) for the power elements of the control unit (5) of a turbine engine (3) in the case (2), which are the power elements (6) with the circuit board (7) on them, the pump (8) connected to the fuel tank (4) and to the electronic control unit (5) in the closed fuel chamber (14) is also in the cabinet (2), which complements the cabinet (2) in shape to a box shape, but is separate, even though it is part of the cabinet (2), consists in being stored in a box (15), outside the cabinet (2) and defined by the storage plate (12), which is part of the cabinet (2), the walls (10') and the lid (10), and is formed by the ribs (9) as cooling elements on the storage plate (12) inside the box (15), the power elements of the control unit (5) are on the storage plate (12) towards the inside of the box (2) and a space is created between the ribs (9) in the box (15) for fuel to pass to cool the power elements (6) of the control unit (5) ).

Description

Chladicí zařízení pro výkonové prvky řídicí jednotky turbínového motoruCooling device for the power elements of the turbine engine control unit

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká chlazení výkonových prvků elektroniky pro řízení turbínového motoru.The invention relates to the cooling of power elements of electronics for controlling a turbine engine.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

Výkonová elektronika systému řízení turbínového motoru a výkonová elektronika měniče pro dodávku elektrické energie na palubu letounu je zpravidla chlazena nasávaným vzduchem. Při provozu v podmínkách vysoké rychlosti letu, kdy je Machovo číslo nad hodnotou 0,5, zejména v případě horkých klimatických podmínek, není dostatečná diference mezi teplotou nasávaného vzduchu a povrchovou teplotou výkonových prvků elektroniky, která by zajistila chlazení výkonových prvků elektroniky. To může vést k omezování výkonu výkonové elektroniky. Chlazení vyžadují výkonové prvky, tranzistory typu MOSFET elektroniky výkonového měniče a driveru čerpadla paliva.The power electronics of the turbine engine control system and the power electronics of the converter for the supply of electrical energy on board the aircraft are usually cooled by the intake air. When operating in conditions of high flight speed, where the Mach number is above 0.5, especially in the case of hot climatic conditions, there is not enough difference between the temperature of the intake air and the surface temperature of the power electronics to ensure cooling of the power electronics. This can lead to limiting the performance of the power electronics. Cooling requires power elements, MOSFET type transistors, power converter electronics and fuel pump driver.

Navíc, palivové čerpadlo turbínového motoru bývá v případě mechanického náhonu umístěno na redaktoru, nebo je poháněno přímo od hřídele rotoru. V případě elektrického pohonu bývá čerpadlo propojeno s řídicí elektronikou kabelem a konektory. Elektrické čerpadlo i propojovací kabeláž je pak nutno chránit proti účinkům okolních vlivů, j ako j e rušení a zamezit nepřípustnému vyzařování do okolí.In addition, the fuel pump of the turbine engine is usually located on the editor in the case of a mechanical drive, or is driven directly from the rotor shaft. In the case of an electric drive, the pump is connected to the control electronics by a cable and connectors. The electric pump and the connecting cabling must then be protected against the effects of environmental influences, such as interference, and impermissible radiation into the environment must be prevented.

Cílem vynálezu je představit chladicí zařízení výkonových prvků elektroniky pro řízení turbínového motoru a výkonového měniče, které by zajistilo účinné chlazení a zároveň by odstranilo výše uvedené nedostatky palivového čerpadla bez nutnosti stínění, při omezení elektromagnetického vyzařování do okolí.The aim of the invention is to present a cooling device for the power elements of the electronics for the control of the turbine engine and the power converter, which would ensure effective cooling and at the same time eliminate the aforementioned shortcomings of the fuel pump without the need for shielding, while limiting electromagnetic radiation to the environment.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše uvedené nedostatky odstraňuje chladicí zařízení pro výkonové prvky řídicí jednotky turbínového motoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je uloženo v krabici, uspořádané vně skříně a vymezené úložnou deskou, která je součástí skříně, stěnami a víkem, a že je tvořeno žebry, jakožto chladicími elementy uspořádanými na úložné desce uvnitř krabice, přičemž výkonové prvky řídicí jednotky jsou uspořádány na úložné desce směrem dovnitř skříně a přičemž mezi žebry v krabici je vytvořen prostor pro průchod paliva pro chlazení výkonových prvků řídicí jednotky.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the cooling device for the power elements of the turbine engine control unit according to the invention, the essence of which is that it is stored in a box, arranged outside the case and defined by a storage plate that is part of the case, walls and lid, and that it is formed by ribs , as cooling elements arranged on a storage plate inside the box, wherein the power elements of the control unit are arranged on the storage plate towards the inside of the box and where a space is created between the ribs in the box for the passage of fuel to cool the power elements of the control unit.

Ve výhodném provedení je z vnitřní strany úložné plochy uspořádána rozváděči deska pro zvýšení odvodu tepla z výkonových prvků uspořádaných na ní, a teprve na výkonových prvcích je uspořádaná deska plošných spojů.In an advantageous embodiment, a distribution board is arranged on the inside of the storage area to increase heat removal from the power elements arranged on it, and only on the power elements is the printed circuit board arranged.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Vynález bude dále vysvětlen pomocí výkresů, na kterých:The invention will be further explained with the help of drawings in which:

obr. 1 představuje schéma části turbínového motoru s chladicím zařízením podle vynálezu;Fig. 1 is a diagram of a part of a turbine engine with a cooling device according to the invention;

obr. 2 je pohled dovnitř odkryté skříně;Fig. 2 is a view of the interior of the exposed cabinet;

obr. 3 je perspektivní pohled shora na detail chladicího zařízení s odkrytou krabicí;Fig. 3 is a top perspective view of a detail of the cooling device with the box exposed;

- 1 CZ 309432 B6 obr. 4 je perspektivní pohled shora na detail chladicího zařízení zakrytého krabicí;- 1 CZ 309432 B6 Fig. 4 is a perspective view from above of a detail of a cooling device covered by a box;

obr. 5 je perspektivní pohled na řez chladicím zařízením podél linie A-A z obr. 2; a obr. 6 je perspektivní pohled na řez chladicím zařízením s rozváděči deskou podél linie A-A z obr. 2.Fig. 5 is a perspective sectional view of the cooling device along the line A-A of Fig. 2; and Fig. 6 is a sectional perspective view of the cooling device with the distribution board along the line A-A of Fig. 2.

Příklad uskutečnění vynálezuAn example of the implementation of the invention

Na obr. 1 představuje schéma části turbínového motoru s chladicím zařízením podle vynálezu, uspořádaného v rámci skříně 2, zde naznačené čárkovaným obdélníkem, způsobem, který bude komentován později. Ke skříni 2 je připojeno čerpadlo 8 v uzavřené palivové komoře 14, o které bude pojednáno později. Palivové čerpadlo 8 je napojeno na palivovou nádrž 4 a na elektronickou řídicí jednotku 5, která je v oboru označovaná jako ECU. Chladicí zařízení 1 je určeno pro chlazení elektronické řídicí jednotky 5.Fig. 1 represents a diagram of a part of a turbine engine with a cooling device according to the invention, arranged within the box 2, here indicated by a dashed rectangle, in a manner that will be commented on later. A pump 8 is connected to the housing 2 in a closed fuel chamber 14, which will be discussed later. The fuel pump 8 is connected to the fuel tank 4 and to the electronic control unit 5, which is referred to in the field as ECU. The cooling device 1 is intended for cooling the electronic control unit 5.

Jak je vidět na obr. 2, elektronická řídicí jednotka 5 je uspořádaná na úložné ploše 12 ve skříni 2, a to směrem dovnitř skříně 2, zatímco chladicí zařízení Ije na úložné ploše 12 uspořádáno směrem dovnitř krabice 15, tedy v krabici 15, která je vymezena kromě úložné desky 12, která je součástí skříně 2, ještě stěnami 10' a víkem 10, přičemž krabice 15 je uspořádaná vně skříně 2. O tom bude pojednáno podrobně v popise obr. 5 a 6.As can be seen in Fig. 2, the electronic control unit 5 is arranged on the storage surface 12 in the cabinet 2, namely towards the inside of the cabinet 2, while the cooling device I is arranged on the storage surface 12 towards the inside of the box 15, i.e. in the box 15, which is defined in addition to the storage plate 12, which is part of the cabinet 2, also by the walls 10' and the lid 10, while the box 15 is arranged outside the cabinet 2. This will be discussed in detail in the description of Figs. 5 and 6.

Poloha úložné plochy 12, v rámci skříně je také znázorněná na obr. 2. Z obr. je vidět, že čerpadlo 8 je uspořádáno v uzavřené palivové komoře 14. která ji tvarově doplňuje na krabicový tvar, a která je oddělená, je však součástí skříně 2.The position of the storage surface 12, within the cabinet is also shown in Fig. 2. From the figure it can be seen that the pump 8 is arranged in a closed fuel chamber 14, which complements it in shape to a box shape, and which is separate, but is part of the cabinet 2.

Na bocích skříně 2 jsou uspořádány konektory 13 pro připojení kabeláže, tedy pro připojení na napájecí napětí z neznázoměné baterie, výstup z měniče, připojení startér-generátoru, připojení snímačů z motoru 3. Tím, že je palivová komora 14 s čerpadlem 8 integrovaná do skříně 2, odpadá externí kabeláž s konektory a současně se tím zabrání rušení indukovanému na vodičích a není nutné použít odrušovací filtry na konektorech, tedy stínění.Connectors 13 are arranged on the sides of the housing 2 for connecting cabling, i.e. for connecting to the supply voltage from a battery not shown, the output from the inverter, connecting the starter-generator, connecting the sensors from the engine 3. Because the fuel chamber 14 with the pump 8 is integrated into the housing 2, external wiring with connectors is eliminated and at the same time interference induced on the wires is prevented and it is not necessary to use anti-interference filters on the connectors, i.e. shielding.

Ve skříni 2 je dále integrována řídicí elektronika motoru 3, tedy jeho řídicí jednotka 5. Skříň 2 rovněž obsahuje neznázoměný pohon BLDC palivového čerpadla, což je bezkartáčový stejnosměrný motor, a neznázoměný výkonový měnič AC/DC, který dodává elektrickou energii na palubu letounu, případně elektrický palivový ventil.The control electronics of the engine 3, i.e. its control unit 5, are further integrated in the housing 2. The housing 2 also contains an unillustrated BLDC fuel pump drive, which is a brushless DC motor, and an unillustrated AC/DC power converter that supplies electrical power to the aircraft deck, possibly electric fuel valve.

Směrem dovnitř skříně 2 je na úložné ploše 12 uspořádána elektronická řídicí jednotka 5, jejíž součástí jsou výkonové prvky 6 a na nich je uspořádaná deska 7 plošných spojů.Towards the inside of the cabinet 2, an electronic control unit 5 is arranged on the storage surface 12, which includes power elements 6 and a printed circuit board 7 is arranged on them.

V druhém provedení na obr. 6 je mezi výkonovými prvky 6 a úložnou plochou 12 uspořádána rozváděči deska 16 pro zvýšení odvodu tepla z výkonových prvků 6 uspořádaných na ní, a teprve na výkonových prvcích 6 je uspořádaná deska 7 plošných spojů.In the second embodiment in Fig. 6, a distribution board 16 is arranged between the power elements 6 and the storage surface 12 to increase heat dissipation from the power elements 6 arranged on it, and only on the power elements 6 is the printed circuit board 7 arranged.

Na obr. 3 a 4 je vidět, že do krabice 15 je mezi tam uspořádaná žebra 9 přivedeno přes přívod 11 palivo z palivového čerpadla 8, které je napojeno na palivovou nádrž 4. Z krabice 15 je pak palivo vedeno do neznázoměného regulátoru umístěného na motoru 3. Odtud je palivo přivedeno do neznázoměné palivové rampy motoru, která rozvádí palivo k ne znázorněným palivovým tryskám. Zebra 9 mohou být součástí skříně 2 nebojsou k ní vhodným způsobem připevněna.In Fig. 3 and 4, it can be seen that fuel from the fuel pump 8, which is connected to the fuel tank 4, is supplied to the box 15 through the inlet 11 through the ribs 9 arranged there. The fuel is then fed from the box 15 to the not shown regulator located on the engine 3. From there, fuel is supplied to an engine fuel rail, not shown, which distributes fuel to fuel nozzles not shown. Zebra 9 may be part of the cabinet 2 but are not properly attached to it.

Na obr. 3 je perspektivní pohled shora na detail krabice 15 chladicího zařízení 1 s odkrytým víkem. Je zde vidět, že krabice 15 je tvořena kromě víka 10 i stěnami 10' a výše zmíněnou úložnou plochou, která j e součástí víka 10. Je zde vidět přívod 11 pro palivo z čerpadla 8. Dále j e zde vidět uspořádání žeber 9.Fig. 3 shows a perspective view from above of a detail of the box 15 of the cooling device 1 with the lid exposed. It can be seen here that the box 15 is formed, in addition to the lid 10, by the walls 10' and the above-mentioned storage surface, which is part of the lid 10. The supply 11 for fuel from the pump 8 can be seen here. Furthermore, the arrangement of the ribs 9 can be seen here.

-2CZ 309432 B6-2CZ 309432 B6

Na obr. 4 je také perspektivní pohled shora na chladicí zařízení 1 zakryté víkem 10 a omezené stěnami 10'.Fig. 4 also shows a perspective view from above of the cooling device 1 covered by a lid 10 and limited by walls 10'.

Na obr. 5 je perspektivní pohled v detailu na řez chladicím zařízením 1 s elektronickou řídicí jednotkou 5 podél linie A-A z obr. 2 v prvním provedení. Skříň 2 je uspořádána v trupu motoru 3. Tento obvod je schematicky naznačen vztahovou značkou 17. Je vidět, že součástí skříně 2 je úložná plocha 12. Směrem dovnitř skříně (2) jsou na této úložné ploše 12 uspořádány výkonové prvky 6 a na nich je uspořádaná deska plošných spojů 7. Směrem dovnitř krabice 15 jsou na úložné desce 12 pro elektronickou řídicí jednotku 5 provedena žebra 9 jakožto chladicí elementy, přičemž mezi žebry 9 v krabici 15 je vytvořen prostor pro průchod paliva pro chlazení výkonových prvků 6 řídicí jednotky 5. Z krabice 15 odchází palivo do regulátoru umístěném na motoru 3.Fig. 5 is a perspective view in detail of a section of the cooling device 1 with the electronic control unit 5 along the line A-A of Fig. 2 in the first embodiment. The cabinet 2 is arranged in the engine body 3. This circuit is schematically indicated by reference number 17. It can be seen that the storage surface 12 is part of the cabinet 2. Towards the inside of the cabinet (2), power elements 6 are arranged on this storage surface 12 and on them arranged printed circuit board 7. Towards the inside of the box 15, on the storage board 12 for the electronic control unit 5, ribs 9 are made as cooling elements, while between the ribs 9 in the box 15 a space is created for the passage of fuel for cooling the power elements 6 of the control unit 5. Z box 15, the fuel goes to the regulator located on engine 3.

Na obr. 6 je perspektivní pohled v detailu na řez chladicím zařízením 1 s elektronickou řídicí jednotkou podél linie A-A z obr. 2 v druhém provedení. Je vidět, že součástí skříně 2 je úložná plocha 12 a směrem dovnitř skříně 2 je na úložné ploše 12 ještě před výkonovými prvky 6 uspořádána rozváděči deska 16 pro zvýšení odvodu tepla z výkonových prvků 6 uspořádaných na ní, a teprve na výkonových prvcích 6 je uspořádaná deska 7 plošných spojů. Uspořádání chladicího zařízení 1 je stejné jako na obr. 5.Fig. 6 is a perspective view in detail of a section of the cooling device 1 with an electronic control unit along the line A-A of Fig. 2 in the second embodiment. It can be seen that a part of the cabinet 2 is a storage area 12 and towards the inside of the cabinet 2 a distribution board 16 is arranged on the storage area 12 before the power elements 6 for increasing the heat dissipation from the power elements 6 arranged on it, and only on the power elements 6 is arranged 7 circuit board. The arrangement of the cooling device 1 is the same as in Fig. 5.

Použitím kapalinového chlazení palivem podle vynálezu oproti chlazení vzduchem se zajistí dostatečné chlazení výkonových prvků 6 elektroniky a nedochází k omezování jejich výkonu. Tak tomu je i při provozu v podmínkách vysoké rychlosti letu, kdy je Machovo číslo nad hodnotou 0,5, a to v případě horkých klimatických podmínek. Rovněž integrací palivové komory 14, ve které je uspořádáno čerpadlo 8, odpadá nutnost externí kabeláže a stínění.By using liquid fuel cooling according to the invention as opposed to air cooling, sufficient cooling of the power elements 6 of the electronics is ensured and their performance is not limited. This is also the case when operating in conditions of high flight speed, when the Mach number is above the value of 0.5, in the case of hot climatic conditions. Also, the integration of the fuel chamber 14, in which the pump 8 is arranged, eliminates the need for external cabling and shielding.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Cooling device (1) for the power elements of the control unit (5) of the turbine engine (3) arranged in the case (2), which are the power elements (6) with the printed circuit board (7) arranged on them, 5 while in the case ( 2) there is also a pump (8) connected to the fuel tank (4) and to the electronic control unit (5) in the closed fuel chamber (14), which complements the box (2) in shape and which is separate, but is part of cabinets (2), characterized by the fact that it is stored in a box (15), arranged outside the cabinet (2) and defined by a storage plate (12), which is part of the cabinet (2), walls (10') and a lid (10), and that it is formed by ribs (9) as cooling elements arranged ίο on the storage plate (12) inside the box (15), whereby: the power elements of the control unit (5) are arranged on the storage plate (12) towards the inside of the box (2); and between the ribs (9) in the box (15) a space is created for the passage of fuel for cooling the power elements (6) of the control unit (5).

2. A cooling device according to claim 1, characterized in that a distribution board (16) is arranged on the inside of the storage surface (12) for increasing heat removal from the power elements (6) arranged 15 on it, and only on the power elements (6 ) is an ordered circuit board (7).