具有选择性联接装置的推进单元的制作方法

本发明涉及一种诸如涡桨发动机的推进单元，该推进单元被制成为尤其在其上安装了推进单元的飞行器的滑行阶段期间限制该推进单元的燃料消耗。

背景技术：

飞行器在起飞前或起飞后在机场中移动或等待的期间所在的阶段被称为滑行阶段。

取决于机场的大小，该阶段通常耗时10至20分钟。

传统的涡桨发动机主要包括产生驱动动力的涡轮机和被涡轮机驱动的外部螺旋桨，该外部螺旋桨提供用于使飞行器移动的驱动力。

在滑行阶段期间，当飞行器移动时和在例如当等待起飞时的等待阶段期间，涡轮机持续地运转。

因此，在该滑行阶段期间，虽然涡轮机的能量需求是有限的，但是大量的燃料被消耗。

例如，对于具有大约70个座位的飞行器，用于持续多于10分钟的滑行阶段的燃料消耗量可超过50千克。在地面上的这种运行期间，涡轮机消耗燃料并且产生废气。因为飞行器速度很低，所以废气的羽流难于被周围的空气稀释。于是废气分散遍及整个机场平台，对机场职员和乘客是有害的。

与通过在滑行阶段/停止阶段期间所需的动力相比，更多地是通过涡轮机的运行参数来定义涡轮机状态。结果是密集地使用节流阀和制动器。这种类型的控制对飞行员而言是令人不快的并且对乘客而言是不舒适的。

技术实现要素：

本发明公开了一种尤其用于飞行器的推进单元，该推进单元包括涡轮机、可被选择性地联接到所述涡轮机的螺旋桨、至少可驱动涡轮机的旋转电机和将旋转电机选择性地联接到螺旋桨和/或涡轮机的装置，该装置在推进单元的限定的运行阶段期间能够仅将螺旋桨联接到旋转电机，该推进单元中的涡轮机由自由涡轮涡桨发动机构成，该自由涡轮涡桨发动机包括气体发生器和被气体发生器产生的气流驱动而进行旋转的自由涡轮，该推进单元的特征在于，选择性联接装置能够将旋转电机联接到或不联接到气体发生器和/或自由涡轮。

将旋转电机直接联接到螺旋桨使得能够仅使用电能并且仅当飞行器必须移动时使用电能。因此，当飞行器停止时不存在消耗，并且也不产生废气，因为涡轮机可被停机。

优选地，选择性联接装置包括被永久地联接到旋转电机的联接设备和离合系统，该离合系统用于根据推进单元的运行阶段而选择性地将联接设备联接到螺旋桨。

优选地，联接装置包括第二离合系统，该第二离合系统用于将联接设备选择性地联接到气体发生器。

优选地，联接设备带有轴，该轴可通过爪形离合器被联接到自由涡轮。

优选地，旋转电机由交流发电机-起动机组成，该交流发电机-起动机可产生驱动能量以驱动螺旋桨和/或涡轮机，并且该交流发电机-起动机可从涡轮机产生的驱动能量产生电力。

优选地，旋转电机被连接到电能蓄能器，并且旋转电机能够从所述电能蓄能器汲取电力或对所述电能蓄能器供应电力。

本发明还公开了一种控制根据本发明的被安装在飞行器上的推进单元的联接装置的方法，该方法的特征在于，该方法包括：对联接装置进行控制，使得在飞行器在跑道上的滑行阶段期间联接设备仅被联接到螺旋桨，以及使得至少当涡轮机在稳定的状态下运行时联接设备被联接到螺旋桨和涡轮机。

优选地，在所述滑行阶段之后的涡轮机被起动所在的阶段期间，方法包括

-第一阶段，在该第一阶段中，联接设备被同时联接到螺旋桨和气体发生器，并且联接设备从自由涡轮断开联接；

-第二阶段，在该第二阶段中，联接设备仅被联接到气体发生器，并且联接设备从螺旋桨和自由涡轮断开联接，以及；

-第三阶段，在该第三阶段中，联接设备被同时联接到螺旋桨和自由涡轮，并且联接设备从气体发生器断开联接。

优选地，在涡轮机被起动所在的阶段期间，方法包括

-联接设备被联接到气体发生器并且联接设备从螺旋桨和自由涡轮断开联接的阶段；

-联接设备被同时联接到螺旋桨和自由涡轮并且联接设备从气体发生器断开联接的阶段。

附图说明

在阅读下文给出的详细说明之后本发明的其它特征和优点将变得清楚，参照附图将会更容易理解该详细说明，在该附图中，图1至图6为根据本发明的推进单元的图示，示出了推进单元的不同的运行阶段。

具体实施方式

附图示出了例如用于飞行器的推进单元10，该推进单元包括产生用于推进单元10的驱动能量的涡轮机12、将被涡轮机驱动用于推进飞行器的螺旋桨14、和被连接到诸如电池的电能蓄能器的旋转电机。

旋转电机16为交流发电机-起动机类型的可逆电机。该旋转电机能够从储存在电池中的电力产生驱动动力，当涡轮机12在起动机模式下运行时该驱动动力可被传输到该涡轮机。

当涡轮机12处于交流发电机模式下时，旋转电机16还能够接收由该涡轮机产生的驱动能量的至少一部分以产生电力，该电力将被重新分配到整个飞行器和电池。

优选地，涡轮机12为自由涡轮涡桨发动机，该自由涡轮涡桨发动机包括气体发生器，该气体发生器由具有一个或数个级的一个或数个压气机和一个或数个涡轮构成，并且该自由涡轮涡桨发动机包括自由涡轮，该自由涡轮驱动螺旋桨14的驱动轴18。

减速齿轮(未示出)被置于涡轮的轴18与螺旋桨14之间，以降低螺旋桨14的旋转速度。

推进单元10还包括联接装置20，该联接装置用于将涡轮机12、螺旋桨14和旋转电机16选择性地联接到彼此。

联接装置20包括被安装为可围绕主轴线a自由旋转的联接设备22，该联接设备通过一组齿轮24被永久地联接到旋转电机16。

联接设备22包括轴26，该轴将通过爪形离合器28被联接到或不被联接到自由涡轮的轴18。

爪形离合器28可处于两种不同的状态，即联接设备22的轴26到自由涡轮的轴18的接合联接状态和分离状态，在该分离状态下，该爪形离合器不将两个轴26、18联接在一起。如稍后将进行说明的，爪形离合器的状态可根据推进单元的运行阶段而被改变。

联接装置20包括第一离合系统30，该第一离合系统将联接设备22与螺旋桨14支撑轴32连接在一起。第一离合系统30能够采用接合状态、分离状态和滑移状态当中的一个状态，用以使联接设备22旋转联接到螺旋桨14支撑轴32或者从该螺旋桨支撑轴断开联接。

第一离合系统30包括被与联接设备22旋转固定在一起的第一平面圈34和面对该第一平面圈被旋转固定到螺旋桨14支撑轴32的第二平面圈36。第一离合系统30的两个平面圈34、36根据第一离合系统是否处于上文限定的该第一离合系统的状态中的一个而将相互接触或相互不接触。

联接装置20包括第二离合系统40，该第二离合系统将联接设备22连接到气体发生器轴42。第二离合系统40能够采用接合状态、分离状态和滑移状态当中的一个状态，用以使联接设备22旋转联接到气体发生器轴42或者从该气体发生器轴断开联接。

第二离合系统40包括被旋转固定到联接设备22的第一平面圈44和被旋转固定到气体发生器轴42的第二平面圈46。

第二离合系统40的两个平面圈44、46根据第二离合系统是否处于上文限定的该第二离合系统的状态中的一个而将相互接触或相互不接触。

联接装置20还包括用于爪形离合器28和离合系统30、40的控制与驱动装置，以引起或不引起涡轮机12、螺旋桨14和旋转电机16联接到彼此。

推进单元被设计为在联接装置20的一个构型中，旋转电机16仅被联接到螺旋桨14。在联接装置20的这种构型中，旋转电机16和螺旋桨14不被联接到气体发生器也不与涡轮机12的自由涡轮联接。

优选地，当飞行器运行在滑行阶段时使用联接装置20的这种构型，使得不需要使用涡轮机12的动力，并且涡轮机12甚至可被保持在停止状态下。

这使得能够驱动螺旋桨14而不消耗燃料也不产生废气。仅当必要时才使用被用来使螺旋桨14旋转的电能，因此，不过度地消耗电力。

以下的说明将对包括刚刚说明过的联接装置20的推进单元10的数个运行阶段进行说明。

滑行阶段

图2示出了当飞行器运行在滑行阶段时推进单元10的构型。

如上文所述，在该滑行阶段期间，联接装置20仅将旋转电机16联接到螺旋桨14。

在联接装置20的这种构型中，爪形离合器28处于分离状态，在该分离状态下，该爪形离合器不将联接设备22的轴26联接到自由涡轮轴18。因此，旋转电机16不被联接到涡轮机12的自由涡轮。

第一离合系统30处于接合位置，换言之，两个平面圈34、36相互接触，并且第二离合系统40处于分离位置，换言之，两个平面圈44、46相互不接触。

而且，在联接装置20的这种构型中，旋转电机16运行在起动机模式下，换言之，该旋转电机产生驱动能量并且该驱动能量通过联接设备22和第一离合系统30仅被传输到螺旋桨。

图3至图5示出了推进单元10和其联接装置20的其它状态，这些其它状态代表了在滑行阶段之后执行的起动涡轮机的阶段期间联接装置20的不同运行阶段。

起动涡轮机12主要包括使气体发生器旋转直至该气体发生器达到涡轮机的运行速度为止。从该运行速度起动的自由涡轮产生可被传输到螺旋桨的驱动能量。

将螺旋桨和电机联接到气体发生器

在滑行阶段之后立即进行的起动阶段的第一阶段中，气体发生器被联接到旋转电机16和螺旋桨14。

在之前的滑行阶段中，螺旋桨14以高速旋转。将气体发生器联接到螺旋桨14使得能够使用由螺旋桨14储存的动能以参与驱动气体发生器。

为此，如图3所示，第二离合系统40将状态改变到其接合状态，换言之，使得两个平面圈44、46相互接触。气体发生器则被联接到联接设备22。

爪形离合器28和第一离合系统30被保持在与之前相同的状态下，换言之，爪形离合器28处于分离状态并且第一离合系统30处于接合位置。

旋转电机16运行在产生驱动能量模式下，并且该能量和螺旋桨14的动能被传输到气体发生器以起动涡轮机12。

将电机联接到气体发生器

在某段时间之后，螺旋桨14的动能不再足以参与驱动气体发生器以使涡轮机12起动。螺旋桨14还可产生抗力矩，该抗力矩将会无用地消耗由旋转电机16产生的某些量的能量。

还可在起动涡轮机12的开始时使用这种构型。当不进行在上文说明的滑行阶段时，螺旋桨14不运动并且因此不能参与驱动气体发生器。

结果，如在图4中可见的，在起动阶段的这个阶段中，螺旋桨14从旋转电机和气体发生器断开联接。

为此，第一离合系统30将状态改变到其分离状态，换言之，两个平面圈34、36不再相互接触。

结果，在该阶段中，旋转电机仅被联接到气体发生器，由旋转电机16产生的所有能量被用于起动涡轮机，因此，不存在由螺旋桨14的抗力矩造成的能量损失。

将自由涡轮联接到联接设备

最后，在图5中示出的起动阶段的第三阶段中，涡轮机12被起动，并且自由涡轮能够产生驱动能量。

在该阶段中，旋转电机16被联接到螺旋桨14和自由涡轮并且从气体发生器断开联接。

为此，第一离合系统30将状态改变到其接合状态，换言之，两个平面圈34、36相互接触并且螺旋桨14则通过联接设备22被联接到旋转电机16。

爪形离合器28也改变到其将自由涡轮轴18联接到联接设备22的轴26的接合状态，以将旋转电机16联接到自由涡轮。

第二离合系统40被保持处于接合位置。

由自由涡轮产生的能量驱动螺旋桨14和旋转电机16，该旋转电机则运行在产生电力模式下。因此，推进单元10既可使飞行器起动进行运动又可产生电力，该电力被重新分配到整个飞行器，包括分配到电池。

在稳定状态下运行

图6示出了当涡轮机12处于运行时推进单元10的状态。

推进单元10的这种状态对应于飞行器起飞、飞行和着陆阶段。

在推进单元10的这种状态中，联接装置20将旋转电机16联接到自由涡轮的自由涡轮轴18和螺旋桨。另一方面，在这种状态中，联接装置20不将旋转电机16联接到气体发生器。

也是在这种情况下，由自由涡轮产生的能量驱动螺旋桨14和旋转电机16，该旋转电机运行在产生电力模式下。

为此，以与用于图5所示的状态的方式相同的方式，第一离合系统30处于其接合状态，换言之，两个平面圈34、36相互接触并且螺旋桨14被联接到旋转电机16。

爪形离合器28处于其将自由涡轮轴18联接到联接设备22的轴26的接合状态，以将旋转电机16联接到自由涡轮。

另一方面，第二离合系统40处于接合位置，换言之，两个平面圈44、46不相互接触，因此，旋转电机16不被联接到气体发生器。

在上文对推进单元10进行的说明中，螺旋桨14和其关联的轴32、自由涡轮的轴18、联接设备22、爪形离合器28和气体发生器轴42全都是与主轴线a同轴的。应当理解的是，本发明不限于该实施例并且这些部件中的一个或数个的主轴线可从主轴线a偏移或相对于主轴线a倾斜。推进单元则将包括合适的重新导向装置。