辅助动力发动机在直升机结构内输送推进和/或非推进能量的方法和架构与流程

本发明涉及一种通过辅助动力发动机(例如，辅助动力装置(APU))在直升机结构内提供推进和/或非推进动力的方法和构架的结构配置，以及实施这种方法的构架体系。只要能量没有流过直升机主发动机，那么就可以视这种能量供应为直接的。“辅助发动机”系指可提供动力的任何热系统，诸如APU(辅助动力装置)，但同时也通常系指自由涡轮或连接涡轮的燃气轮机，属于“主发动机”式，或热发动机，例如，柴油发动机，或燃料电池。

背景技术：
按照常规，目前的直升机都装有提供推进动力的主发动机，而且，有时也装有APU装置，APU的作用是在地面时(短暂的，发动机的电气和气动点火)或在飞行期间主发动机不能提供非推进动力时(例如，出现发动机关断或故障情况下)提供非推进动力。直升机都装有提供推进动力的主发动机，有时装有辅助发动机。目前，辅助发动机都是APU装置，而且这些都是小型的燃气涡轮机，在地面时或在主发动机不能提供非推进动力的各个飞行阶段：在过渡阶段(起飞、降落)或搜索阶段，发动机关断情况下，电机等出现故障情况下，辅助发动机提供非推进动力：电气、机械、液压和/或气动力。例如，当发动机失效(又称之为“一台发动机不工作”(OEI))时，启动APU装置，提供非推进动力，以便减轻或最终停止另一台仍在工作的发动机的供电。当主发动机工作时，APU装置因此而在飞行期间处于断开状态，所以是一个不必要的负荷。本发明涉及到优化APU装置的使用，从而使APU物有所值。通常，燃气涡轮基本上都包括燃气发生器，由布置在进气道和排气管之间的压缩机—燃烧室—涡轮组件构成。运行时，燃油被引入燃烧室，燃油/空气混合物的燃烧提供了产生能量的气体。这些热气体在涡轮内膨胀，而涡轮则机械地经由高压(HP)轴来驱动压缩机。这种结构和运行原理适应于直升机主发动机和APU装置。对于主发动机来讲，传动轴也输送可用动力来向直升机旋翼(主旋翼和尾桨)提供推进动力，以及提供(电气、气动、液压)非推进动力。该动力经由主齿轮箱(称之为MGB)传输。在现代发动机上，在驱动MGB之前，燃烧气体在自由涡轮中会受到二次膨胀。MGB向旋翼以及向电气系统传输功率，后者向直升机机上电网提供动力，以及向使用能量的其它设备(泵、负载压缩机等)提供功率，特别是环境调节系统(ECS)。对于APU装置来讲，其涡轮只驱动附件，这些附件通过安装在其轴上的齿轮箱来使用非推进动力。因此，目前装有APU装置的直升机结构都没有使用全部的可用功率来在飞行期间提供非推进和推进动力。特别是，当主发动机运行时，APU装置是断开的，为此，它是一种不必要的负荷。

技术实现要素：
本发明旨在通过飞行期间辅助发动机提供非推进动力和/或推进动力来对装有所述发动机的直升机上现有整个牵引系统进行优化。为此，所述辅助发动机耦合成能够参与提供飞机飞行阶段的推进(即机械或电气)能量和电气非推进动力，这样，提供附加能量可以改善直升机性能和/或实现能量资源的优化分配。更具体来说，本发明涉及在直升机架构内提供推进和/或非推进动力的方法，该直升机架构包括机上供电电网，耦合到机械传动系统以便在飞行期间驱动推进部件的主牵引系统，耦合到该机械传动系统和/或主牵引系统上的将机械能转换为电能的转换装置以向该机上供电电网提供非推进动力；所述方法目的在于，通过转换能量，将附加的辅助发动机耦合到该机上电网上，以便在地面上提供非推进动力，并且也将附加的辅助发动机耦合到主牵引系统上使其启动，以便能够在飞行期间向该机上电网提供非推进动力，除了最终替代在机械传动系统和/或主牵引系统上所进行的动力提取之外，该辅助发动机还能够向机械传动系统上的专用牵引系统提供电能，从而增加或部分提供推进动力。有利的是，该辅助发动机还能够向机械传动系统上的专用牵引系统提供电能，从而增加或部分提供推进动力。优选地，因为机械传动系统包括减速系统，辅助发动机还可以或者直接耦合到所述减速系统上，以便向直升机的至少一个推进构件提供推进动力，然后，通过能量可逆转换，可耦合到机上电网，以便提供非推进动力，以及耦合到主牵引系统用于启动。辅助发动机然后向称之为ATR的尾桨和/或主旋翼提供推进动力。在这些情况下，辅助发动机运行时，在主发动机正常或非对称运行期间，可根据各个飞行阶段的需求，提供推进和/或非推进动力。非对称运行可以是非自愿的(出现故障或失效情况下)或自愿的(过渡阶段、加速度等)。根据优选实施方式：-机上电网的电能来自从机械传动系统提取的能量和主牵引系统之间通过能量转换所进行的调整；-能量转换并不连接到减速系统上，因此，当主牵引系统断开时，机上电网的电能只能是通过减速系统由辅助发动机提供。-辅助发动机集成在机械传动系统的MGB内，这样，通过MGB上的发电机经由电能转换而向机上电网提供电能，并通过MGB向至少一个推进构件提供推进动力。本发明还涉及向直升机提供推进动力和/或非推进动力的一种结构配置。这种结构配置基本上包括机上供电电网、两台主发动机和将机械能转换为电能的系统，该系统位于用于机械传动至推进构件的系统的MGB和电能接收装置之间，该电能接收装置由该机上电网和电力电子设备以及主发动机的启动器组成，该结构配置的特征在于，其还包括辅助发动机和机械耦合装置，该辅助发动机用于通过该能量转换系统向电能接收装置提供电能，该机械耦合装置用于在该辅助发动机与至少一个推进构件之间提供机械耦合。能量转换系统包括与MGB和/或主发动机和/或辅助发动机相连的发电机或可逆电动发电机装置，以便向机上电网和电力电子设备提供电能。根据具体实施方式：-辅助发动机和至少其中一个推进构件之间的连接是通过该构件上的专用发动机和/或MGB上的电动发动机经由电力电子设备来实现的，所述电力电子设备由与辅助发动机相连的能量转换系统来启动；-辅助发动机与发电机一起集成在MGB内，以提供非推进动力，辅助发动机能够通过MGB上的发电机向机上电网和电力电子设备提供非推进动力，并通过MGB向至少一个推进构件(即，主旋翼和/或ATR)提供推进动力；-辅助发动机和能量转换系统之间的连接是通过属于机械传动系统的减速齿轮组件来实现的；-由于机械传动系统包括减速齿轮组件，所述减速齿轮组件直接将辅助发动机连接到MGB上和/或ATR的传动轴上，并将辅助发动机连接到电动发电机和/或构成能量转换系统的一部分或全部的至少一台发电机上，从而向机上电网和电力电子设备提供电能。-减速齿轮组件包括至少两排减速齿轮，该齿轮通过至少一个短轴被耦接在辅助发动机和MGB或ATR上的动力提取装置之间；该辅助发动机安装在第一排齿轮上，该MGB或ATR安装在第二排齿轮上；以及其中，至少一个短轴装有可逆解耦装置和自由轮，以便该辅助发动机在地面时不驱动主旋翼，而该主旋翼在地面或飞行期间不驱动该辅助发动机。-在能量转换系统发电机直接连接到减速齿轮组件的情况下，装有可逆解耦装置和自由轮的短轴，驱动动力提取装置和通过另一个自由轮安装在第二排齿轮上的发电机，和/或至少一个第二短轴在发电机和辅助发动机之间装有自由轮；-在能量转换系统的发电机直接连接到该减速齿轮组件上的情况下，装有该可逆解耦装置和自由轮的该短轴驱动该动力提取装置和该发电机，该发电机通过另一个自由轮安装在第二排齿轮上和/或至少一个第二短轴上，而该第二短轴则装有自由轮，后者位于发电机和该辅助发动机之间。-可逆解耦装置选自液压耦合器、棘轮和离合器。附图说明通过参照如下附图给出的非限定性说明，本发明的其它方面、特性和优点会显现出来，所述说明涉及具体的实施方式，附图如下：图1a和1b为一种结构配置的实施方式的示意图，在能量转换系统的发电机直接安装在MGB上(图1a)，或可逆电动发电机装置(图1b)安装在MGB上的情况下，用来将APU装置式的辅助发动机提供的能量提供给机上电网和安装在ATR轴上的电动机。图2为一种结构配置的实施方式的示意图，用来通过APU装置提供能量，其中，APU装置集成在MGB内并耦合到能量转换系统的发电机或MGB上。图3a和3b为一种结构配置以及带有这种结构配置的减速齿轮箱的实施方式示意图，所示为APU装置通过减速齿轮组件耦合到MGB/ATR箱上，其中，能量转换系统的可逆电动发电机则耦合到该减速齿轮组件上，并且这种转换系统的发电机都安装在MGB上；图4a和4b为一种结构配置以及带有这种结构配置的减速齿轮箱的示意图，其中，所示为APU装置通过根据图3a和3b的减速齿轮组件耦合到MGB/ATR上，并且其中，能量转换系统的发电机安装在该减速齿轮组件上；图5a至5d为根据图4a和4b的减速齿轮箱的四个运行阶段的示意图，四个阶段是：在地...