包括适当电力装置的电力或混合动力推进飞行器的制作方法

1.本公开涉及一种包括适当电力装置的电力或混合动力推进飞行器。


背景技术：

2.热力推进飞行器包括电网，该电网包括不同电力设备并以常规电压运行，如115v或28v的电压。
3.在电力或混合动力推进飞行器的情况下，混合动力推进飞行器包括用于飞行器的推进的电动机，该电动机需要具有非常规的高电压，超过500v，甚至大约3000v的电源。根据图1中可见的实施例，电力推进飞行器的电力装置10包括第一低压电网12，基本上相当于在热力推进飞行器中实施的电网，以及第二高压电网14，包括至少一个用于推进的电动机16，以及为电动机16供电的电力系统。
4.根据一种配置，电力系统包括电池18以及涡轮机18'，如辅助功率单元(也称为apu，英语“辅助动力单元”的简称)。当飞行器在地面上时，该第二电网14可以由地面电力单元20供电。
5.根据实施例，电动机16是可逆的并在某些飞行阶段产生电能，特别是用于对电池18充电。
6.电力或混合动力推进车辆的电力装置包含这样架构：其包括可充电电池以及可逆电动机，该可逆电动机使用电池提供的电能或产生用于为电池充电的电能。根据这一应用，第二电网14在低于1500v的电压下运行。
7.在1500v以上的电压下运行以及飞行器在巡航高度处空气的介电性能下降都会产生一些特殊问题，这些问题到目前为止还没有得到解决。
8.如图2所示，第二电网14包括处于第一电势的第一供电棒22.1以及处于第二电势的第二供电棒22.2，至少一个电池18和涡轮机18'被并联联接至该第一供电棒22.1和第二供电棒22.2。
9.出于安全考虑，连接某些电力系统18、18'以及第一和第二供电棒22.1、22.2的电线24应该遵循特定路径以避开飞行器的某些关键区域并因此可以达到几米，通常在电池18的情况下，大约有十几米长。
10.在飞行中，特别是在巡航过程中，空气的绝缘性能下降，会发生电弧，并损坏电缆24以及第一、第二供电棒22.1、22.2，最终产生故障电流26。
11.如果在电池18和/或第一或第二供电棒22.1、22.2之一处发生故障电流，由于所有可逆源和发电机并联到第一和第二供电棒22.1、22.2，因此该故障电流同时由目前连接到供电棒的所有可逆源和发电机(电池18和涡轮18')供应。
12.在这种情况下，当推进电动机16产生用于给电池18充电的电力时，第一或第二供电棒22.1、22.2、电缆24和/或电力系统18、18’中的至少一个在短路的情况下所见的电功率为兆瓦级的。
13.安装大长度的电缆24使得目视检查整个电缆24以验证其完整性和检测可能安装
故障变得困难，甚至不可能。
14.因此，需要在发生短路的情况下保护电网14的不同部分。
15.文献wo 2014/195246涉及一种用于电力推进飞行器的电源装置，其包括两个电动机以及第一和第二电池组，该电源装置允许限制电池组的数量并确保在一个电池组发生故障时对电力推进飞行器的推进。
16.文献ep3276774涉及一种飞行器电力架构，其包括向变压器-整流器供电的初级三相电网，从而允许向两个次级连续电网供电，该两个次级连续电网各自包括接触器，这些接触器彼此两两连接以防止其同时关闭。第二次级网允许对变压器-整流器供电以启动热力发动机。
17.fr3072653描述了一种飞行器的电网以及该电网的运行方法以实现不连接发电机中性线的构造。


技术实现要素：

18.本发明的目的是提出一种新的高压电网结构，以便有效和自动地保护其所有元件。
19.为此，本发明的目的是一种电力或混合动力推进飞行器，其包括电力装置，该装置包括在适合航空电子系统的至少一个电压下运行的至少第一电网，以及在高于第一电网的电压下运行的至少第二电网，该第二电力网络包括至少一个电能分配系统、用于推进飞行器的至少一个可逆电动机，其直接或间接地连接到电力分配系统，所述电动机能够在某些飞行阶段期间消耗电能并且在其他飞行阶段期间产生电能，以及至少一个可逆电力系统，其直接或间接地连接到电力分配系统。
20.根据本发明，第二电网包括用于每个电动机的安全盒，其与电动机相邻并直接连接至该电动机，以及用于每个可逆电力系统的安全盒，其与电力系统相邻并直接连接至该电力系统，均连接第二电网的上游部段和下游部段的安全盒中的每个均被构造为能够在出现故障电流时中断上游部段和下游部段之间的电流流动。
21.将安全盒定位成尽可能靠近每个电动机和电力系统的情形可以有效保护电能分配系统，同时限制安全盒的数量。
22.根据另一个特征，可逆电力系统是通过至少一条电缆连接到电能分配系统的电能储存系统，设置用于电能储存系统的安全盒被插设在电能储存系统和连接电能储存系统和电能分配系统的电缆之间。
23.根据另一个特征，第二电网包括调节系统、连接调节系统和电动机的第一电缆、连接调节系统和电能分配系统的第二电缆、插设在电动机和第一电缆之间的第一安全盒、插设在调节系统和第二电缆之间的第二安全盒以及插设在调节系统和第一电缆之间的第三安全盒，连接第二电网的上游部段和下游部段的第一、第二和第三安全盒中的每个均被构造为能够在出现故障电流时中断上游部段和下游部段之间的电流流动。
24.根据另一个特征，第二电网包括一个涡轮机、连接涡轮机和电能分配系统的电缆，以及为涡轮机提供的安全盒，该安全盒插设在涡轮机和连接涡轮机和电能分配系统的电缆之间，(为涡轮机提供的、连接第二电网的上游部段和下游部段的)安全盒被构造为能够在出现故障电流时中断上游部段和下游部段之间的电流流动。
25.根据另一个特征，第二电网包括被构造为将电力单元连接到地面的连接系统，将连接系统和电能分配系统连接起来的电缆，以及为连接系统设置的安全盒，该安全盒插设于连接系统和将连接系统与电能分配系统连接起来的电缆之间，连接第二电网的上游部段和下游部段的、为连接系统提供的安全盒，其被构造为在发生故障电流时中断上游部段和下游部段之间的电流流动。
26.根据另一个特征，每个安全盒均包括：执行器，其被构造为能够处于通过状态及阻断状态，在该通过状态下，其允许电流在上游部段和下游部段之间通过，在该阻断状态下，其阻止电流在上游部段和下游部段之间通过；传感器，其被构造为能够测量或检测故障电流的至少一个特性；以及控制器，其被构造为能够根据由传感器测量或检测的特性来控制执行器的状态。
附图说明
27.其他特征和优点将从以下对本发明的描述中而显而易见，这些描述仅以示例的方式给出并参考附图，其中：
[0028]-图1是描绘了现有技术的实施例的电力推进飞行器的电力装置的示意图，
[0029]-图2是描绘了图1中可见的电力装置的短路的一部分的示意图，
[0030]-图3是描绘了本发明的第一实施例的电力或混合动力推进飞行器的电力装置的示意图，
[0031]-图4是描绘了本发明的第二实施例的电力或混合动力推进飞行器的电力装置的示意图。
具体实施方式
[0032]
在图3和图4中，示出了电力或混合动力推进飞行器的电力装置30，该电力装置30至少包括第一电网32，其在适于航电系统的至少一个电压(称为低电压)下运行，以及至少第二电网34，其在高于第一电网的至少一个电压(称为高电压)下运行。
[0033]
第一电络32在传统的电压下工作，例如约115v和/或28v的电压。由于其可能与现有技术相同，因此不再进一步描述。
[0034]
根据一项应用并且以非限制性的方式，第二电络34被配置为在大于或等于500v，甚至是约3000v的电压下工作。
[0035]
根据图3上可见的实施例，第二电网34包括至少一个电动机36以确保对飞行器的推进、至少一个电能储存系统38、被配置为产生电能的至少一个涡轮机40、插设在电动机36和至少一个电能分配系统44之间的调节系统42。
[0036]
根据一种构造，第二电网34包括连接系统46以用于将电功率单元连接到地面。
[0037]
根据图4中可见的简化实施例，第二电络34包括至少一个电动机36、至少一个电能储存系统38以及用于连接至少一个电动机36和至少一个电能储存系统的至少一个电能分配系统44。
[0038]
电动机36是可逆的。因此，该电动机交替构成在某些飞行阶段期间的负载并消耗电能或者在其他飞行阶段期间的电源并产生电能。
[0039]
同样，电能储存系统38是可充电的。因此，当电动机36消耗电能时，其构成电源并
提供电能，而当电动机36提供电能时，其构成负载并储存电能。
[0040]
根据一个实施例，每个电能储存系统38均包括至少一个电池以及用于管理对一个或多个电池的充电的至少一个管理系统。如图3所示，第二电网34可以包括多个电能储存系统38，该多个电能储存系统38本身包括多个电池。
[0041]
根据一种构造，涡轮机40是一个辅助功率单元(也称为apu，英语“辅助动力单元”的简称)，其被构造为提供电能。
[0042]
调节系统42被构造为调节由电动机36产生的电能并将其注入电能分配系统44中。
[0043]
电能分配系统44包括至少两个供电棒48.1、48.2，处于第一电势的第一供电棒48.1以及处于第二电势的第二供电棒48.2。
[0044]
电能分配系统44包括电缆50以将每个电能储存系统38、涡轮机40、调节系统42和电连接系统46连接到第一和第二供电棒48.1、48.2。电能分配系统44还包括电缆50以连接电动机36和调节系统42。
[0045]
无论实施例如何，飞行器的电力装置30包括至少第一电网32，其在适于航电系统的至少一个电压(通常低于500v)下运行，以及至少第二电网34，其在高于第一电网的至少一个电压(例如，大于或等于1500v的电压)下运行；并且包括至少一个电能分配系统44，直接或间接地连接到电能分配系统44以推动飞行器的至少一个可逆电动机36，以及直接或间接地连接到电能分配系统44的至少一个可逆电力系统38、40、42、46。因此，在某些飞行阶段期间，电流的流动从电力系统38、40、42、46朝电能分配系统44流动，然后朝电动机36流动，并且在某些其他飞行阶段期间，电流的流动从电动机36朝电能分配系统44流动，然后朝电力系统38、40、42、46流动。
[0046]
电力系统38、40、42、46尤其可以是电能储存系统38、涡轮机40、调节系统42或连接系统46。如果电力系统交替形成负载(并消耗电能)或电源(并供应电能)，则称其为可逆的。
[0047]
每个电力系统，无论是否可逆，均通过至少一条电缆50连接至第一和第二供电棒48.1、48.2。对于本专利申请，术语电缆是指单根电缆或一束电缆。
[0048]
第二电网34包括用于每个电动机36的安全盒52.1以及用于每个可逆电力系统的安全盒52.2至52.6。根据一种构造，第二电网34包括用于每个电力系统的安全盒52.2至52.6，无论电力系统是否可逆。
[0049]
连接第二电网34的上游部段和下游部段的每个安全盒52.1至52.6均被配置为在存在故障电流，例如短路电流的情况下，中断上游部段和下游部段之间的电流流动(无论电流流动方向如何)。
[0050]
每个安全盒52.1至52.6均包括执行器(致动器)，该执行器被构造成能够处于电流可通过的状态，在该通过状态中，该执行器允许电流在上游部段和下游部段之间通过，并且该执行器还被构造成能够处于电流被阻止通过的状态(阻断状态)，在该阻断状态中，该执行器禁止电流在上游部段和下游部段之间通过；传感器，其被构造成测量或检测故障电流的至少一个特性；以及控制器，其被构造成根据传感器测量或检测的特性控制执行器的状态。
[0051]
根据一个示例性的实施例，传感器被构造为测量电流，而控制器被构造为当传感器测量的电流低于给定阈值时将执行器保持在通过状态并且在传感器测量的电流超过给定阈值时将执行器切换到阻断状态。当然，本发明并不限于该实施例。因此，执行器可以是
接触器、保险丝或能够处于通过状态(闭合通电)或阻断状态(断开)的任何其他元件，并且传感器能够被构造为测量电流、电压、温度或故障电流的任何其他特征。
[0052]
根据本发明的一个特征，设置用于电动机36的安全盒52.1与电动机36相邻并直接连接至电动机36。因此，安全盒52.1插设在电动机36和连接电动机36和调节系统42或电能分配系统44的电缆50之间。
[0053]
设置用于电力系统38、40、42、46中的一个电力系统的安全盒52.2至52.6与该电力系统38、40、42、46相邻并直接连接至该电力系统。因此，设置用于电能储存系统38的安全盒52.2被插设在电能储存系统38和连接电能储存系统38和电能分配系统44的电缆50之间。设置用于涡轮机40的安全盒52.3插设在涡轮机40和连接涡轮机40和电能分配系统44的电缆50之间。设置用于连接系统46的安全盒52.4插设在连接系统46和将连接系统46和电能分配系统44连接起来的电缆50之间。最后，第二电网34包括插设在调节系统42和连接调节系统42与电能分配系统44的电缆50之间的安全盒52.5，以及插设在调节系统42和连接调节系统42与电动机36的电缆50之间的安全盒52.6。
[0054]
将安全盒52.1至52.6尽可能靠近电动机36和电力系统38、40、42、46定位的状况，使得能够有效地保护电能分配系统44，包括电缆50，同时限制电缆50和电能分配系统44处不再需要的安全盒的数量。
[0055]
这种架构为电能分配系统44提供了保护，而无论电能流动的方向如何都能提供保护。该架构为所有电缆50和电能分配系统44提供了保护。