用于在加速过程中切断到涡轮发动机的交流发电机的电力的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涡轮发动机领域，尤其涉及为飞行器的设备提供电力的系统，该系统被安装在飞行器上。
【背景技术】
[0002]从启动阶段开始，通常通过从保障飞行器推进的发动机中引出电力为飞行器的设备供给电力。所述电力由通常熟知为变频发电机(variable frequency generator，VFG)或者综合驱动发电机(integrated drive generator，IDG)的发电机来发生，发电机由附联在涡轮发动机的一个转子上的传动轴机械驱动。该电力的引出影响了发动机的热力学运行，并且期望对飞行器上电力的总体发生进行优化以优化涡轮发动机的设计。
[0003]在最近的飞机中的趋势是:一方面具有减小涡轮喷气式发动机的高压主体的大小以增大涵道比和推进效率而不会增加整体直径，并且另一方面电力需求增大。所述需求尤其来自于从气动供给到电力供给的各个功能(空气进气口、机翼或者机尾除冰，机舱空调等)O
[0004]这造成为供给给发电系统的机械功率相对于涡轮喷气式发动机的高压(high-pressure, HP)祸轮供给的总功率之比增大。然而，从HP传动轴引出以向发电机提供动力的机械功率的增大造成HP压缩机的浪涌余量需求。期望找到其他装置来供给飞行器所需的电力，尤其是在飞行器的速度改变过程中，在此期间，涡轮发动机的工作点最接近高压涡轮机的栗送线路。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是通过提出对飞行器上的电能供给进行优化控制来克服这些缺陷。
[0006]在此方面，本发明涉及一种发电系统，用于为由涡轮发动机推进的飞行器的至少一件设备供给电流，该发电系统包括至少一个用于储存电能的电容器、至少一个设计为由所述涡轮发动机的旋转传动轴机械驱动的电流发电机以及电连接，所述电连接介于所述储存电容器、所述发电机和所述飞行器的所述设备之间以为所述设备供给电流，并且包括至少一个用于为所述设备供给直流电流的替换装置和能够减轻所述发电机的负载并同时激活所述替换装置的减载装置，所述替换装置独立于所述涡轮发动机的旋转传动轴的任何机械驱动，其特征在于，所述替换装置的所述减载装置受所述涡轮发动机的控制参数或运行参数控制。
[0007]更特别地，所述减载装置由增加所述涡轮发动机的速度的指令来激活。
[0008]减轻发电机的负载，即停止发电机供给电力，消除了发电机在正常运行中从涡轮发动机的旋转传动轴中引出机械功率，并且使得具有压缩机的优化浪涌余量的涡轮发动机的速度增加。供电因此通过用于供给电流的替换装置得到保障，替换装置在该减载时段内接手为飞机设备(或发动机设备)供电。
[0009]优选地，在所述涡轮发动机的转速增加时，所述减载设备启动所述减载和替换启动，所述转速增加大于预定值。基于在速度加速过程中的浪涌余量需求来选择所述值，在超过该值的情况下减载装置有效。
[0010]有利地，所述加速是在怠速和节流阀全开之间进行的加速。
[0011]在一个特定实施例中，所述替换装置是经由开关被连接到用于配送连续电流的总线上的电能储存装置。
[0012]有利地，储存装置由至少一个超级电容器形成。该类型的装置的优点是在很短的放电时间内提供很高的电流密度。
[0013]优选地，所述减载装置被用于使得所述发电机根据需要运行在其标称功能以上，从而确保所述储存装置被再充电。
[0014]更优地，一旦用于供给直流电流的所述替换装置被停止，所述发电机就在等于其标称值的120%的速度下运行。并且更优地，所述发电机在等于其标称值的150%的速度下运行小于30秒的时段。
[0015]本发明因此推荐使用变频发电机或综合驱动发电机的允许过量余量，以便在飞行中为超级电容器或等效装置再充电。
[0016]本发明还涉及一种涡轮发动机，配备有如上所述的发电系统。
[0017]在该涡轮发动机的一个特定实施例中，所述替换装置的电容器和所述发电机的过量运行被设计为确保由所述替换装置进行的电流供给的两个连续循环以及由所述发电机进行的再充电，所述两个循环对应于从怠速到节流阀全开的加速，随后是从节流阀全开到怠速的减速，加速比率和减速比率等于调节可以允许的最大比率。
【附图说明】
[0018]通过阅读以下仅以说明而非限定性示例给出的本发明的实施例的详细解释说明并参照附图，将更好地理解本发明，本发明的其他细节、特征和优点将变得更清楚。
[0019]图1为根据现有技术的飞行器的电路的示意图；
[0020]图2为根据本发明的一个实施例的飞行器的电路的示意图；
[0021]图3示出了图2的电路的控制图；以及
[0022]图4示出了在速度改变过程中各件设备的电力供给的改变。
【具体实施方式】
[0023]图1示出了诸如双发动机喷气式飞行器之类的飞行器的传统电路。每个发动机对分别标记为Gl和G2的变频发电机进行驱动，变频发电机提供的交变电流随后借助于AC (Alternating Current,交变电流)总线 Bus AC I (总线 ACl)和 Bus AC 2 (总线 AC2)被配送到整个飞机。这两根总线为连接有飞机的各件设备的单根AC总线Bus AC (总线AC)供电，所述设备是AC电力的消耗者。
[0024]而且，飞机具有两个电池组BAT I (电池组I)和BAT 2 (电池组2)，这两个电池组BAT I和BAT 2为在此称为Bus DC (总线DC)的电总线供给DC (Direct Current，直流)电流，该电总线连接有飞机的各件设备，所述设备转而为DC电能的消耗者。另外，DC-AC换流器Stat Inv使得电池组BAT UBAT 2能够为Bus AC供给交变电流。
[0025]为了为这些电池组再充电，发电机Gl和G2为转换器DC Conv I和DC Conv 2馈送直流电流，转换器DC Conv I和DC Conv 2为称为Bus DC I (总线DCl)和Bus DC 2 (总线DC2)的DC总线输送直流电流。这两根总线DC I和DC 2则被连接到在此被标记为BatteryBus(电池组总线)的单根总线上，该单根总线将所接收的能量传送到两个电池组以保证为电池组充电。
[0026]图2示出了相同的电路，该电路中增加了元件以得到本发明。增加了两个额外的能量来源，这两个能量来源中的每一个被连接到发动机之一上并且采用超级电容器或者大容量电池(heavy-duty battery) SUP I和SUP 2的形式来制造。使用超级电容器的一个优点在于其长服务寿命:超级电容器能够承受与在飞行器上使用相对应的极大量的使用循环。所述超级电容器分别经由被称为瞬变开关的开关BI和B2被连接到相应发动机的DC总线Bus DCl或Bus DC2上。在临时需要增加电力的情况下闭合这些开关使得储存在超级电容器中的能量被首先释放到DC总线DCl和DC2中，并随后释放到电池组总线中，其中所述电力对电池组BAT I和BAT 2进行补充，从而经由Bus DC为使用直流电流的设备提供能量。
[0027]当对于额外电力的需求结束时，通过引出存在于DC总线DCl和DC2处的电流来为超级电容器再充电，从而为特定再充电总线供电，该特定充电总线被标记为TransientBus (瞬变总线)并且连接有超级电容器SUP I和SUP 2。为此，被称为再充电开关的分别两个开关Al和A2被分别置于DC总线DCl和DC2与瞬变总线之间以使得能够进行再充电。
[0028]图3示出了根据本发明的电控制系统，该电控制系统被用于包括在供给电流过程中的各件设备。此图仅示出了与一个涡轮喷气式发动机相关联的设备，其他相同的设备与飞行器发动机中的每一个自然相关联。
[0029]通常示出的祸轮喷气式发动机包括控制计算机EQJ (electronic control unit)，控制计算机E CU对用于调节涡轮喷气式发动机的转速的控制燃料计量装置FMU (f u e Imetering unit)的位置进行控制。该祸轮喷气式发动机的旋转传动轴机械驱动附属齿轮箱AGB (accessory gear box)，附属齿轮箱除其他之外包含变频发电机Gl。
[0030]飞行器常规地包含供电控制器C0NT，供电控制器CONT负责启动或停用用于为消耗电能的各件设备供给交变电流或直流电流的各件设备。该供电控制器首先被连接到发动机计算机ECU上，发动机计算机ECU能够向所述控制器发送请求(图中标记为“放电”)以触发减载，并且控制器能够为发动机计算机ECU提供接收确认(图中标记为“确认”)以及可能的对于已经正确执行减载的确认。所述控制器之后被连接到开关类型为BI的瞬变开关上，从而既使能或终止由超级电容器SUPl和Al进行的电力供给，由使能或终止由超级电容器为总线DC充电。控制器最后被链接到该发电机Gl的驱动器G⑶上，以使得在关机之后借助于所发送的供能电流来重新启动所述发电机。
[0031]如图2中所示的电流，不论是由超级电容器SUP I还是由发电机Gl经由转换器发生的，被供给到DC总线DC1，从而被飞行器设备并可能被发动机设备捕获到，这取决于飞行器设备和发动机设备的需求。
[0032]图4示出了在涡轮喷气式发动机的速度连续改变过程中，本发明的各件设备的电能供给的变化。第一条曲线示出了节流阀控制杆的位置(不论所述杆由自动节流阀还是由飞行员控制)随时间的变化以及所导致的发动机速度的变化。曲线对应于从怠速到节流阀全开的一系列四次快速加速，快速加速之后是快速减速，前两次加减速彼此紧接着进行。前两个循环之后是由加速、恒速和减速形成的循环，之后是紧跟着减速的加速循环。
[0033]第二条曲线对应于在上述不同循环期间从变频发电机Gl中引出的功率。该功率在涡轮喷气式发动机的速度的加速阶段被设定为零，并且随后在后续的减速过程中达到所述涡轮发动机在正常使用过程中的最大值的150%。该类型的使用事实上是可能的，这是因为发电机被设计为能够以其标称功率的接近1.5倍比率来运行接近5分钟。本发明因而得到的优点是在小于大约30秒且优选地小于20秒的时段内能够使得发电机供给其标称功率的至少120%且优选地高达150%。在此时段内，因而具有50%的过剩功率可用于为超级电容器再充电。在使用超过标称功率的该时段之后，只要涡轮喷气式发