涡轮轴发动机，配备有这种涡轮轴发动机的双引擎直升机，和用于优化这种双引擎直升机的零功率超级怠速的方法与流程

本发明涉及一种涡轮轴发动机，一种双引擎直升机意在配备有该涡轮轴发动机。本发明还涉及一种用于优化这种双引擎直升机的零功率超级怠速模式的方法。

背景技术：

直升机通常设有至少两个涡轮轴发动机，该至少两个涡轮轴发动机以取决于直升机的飞行条件的速度运行。在下文自始至终地，当直升机在除了起飞、爬升、着陆或悬停飞行的过渡阶段之外的所有飞行阶段期间，以正常情况前进时，该直升机被称为处于巡航飞行状况。在下文自始至终地，当直升机必须使全部的安装功率(installed power)可用时，即，在起飞、爬升、着陆的过渡阶段期间以及在由缩写OEI(单发动机失效，one engine inoperative)指代的涡轮轴发动机中的一个发生故障的模式期间，该直升机被称为处于临界飞行状况。

已知的是，当直升机处于巡航飞行状况时，涡轮轴发动机以小于其最大连续功率(在后文中为MCT，maximum continuous power)的低功率水平运行。在某些配置中(前进速度小于最大速度，直升机未以最大质量飞行，等等)，在巡航飞行期间由涡轮轴发动机提供的功率可以小于最大起飞功率(在后文中为MTO，maximum take-off power)的50％。这些低功率水平造成了比耗量(在后文中为SC，specific consumption)，该比耗量被定义为涡轮轴发动机的燃烧室每小时的燃料消耗与由所述涡轮轴发动机提供的机械动力之间的关系，该比耗量比MTO的SC高出约30％，并且因此造成了在巡航飞行期间燃料的过度消耗。

最后，在地面上的待机阶段期间，飞行员通常更愿将各个涡轮轴发动机置于地面怠速，以确信能够重新启动该涡轮轴发动机。因此，尽管未提供任何动力，但是涡轮轴发动机继续消耗燃料。

同时，涡轮轴发动机还是超大尺寸的，以能够确保在由飞机制造商所指定的整个航程中飞行，尤其确保在高海拔和在炎热的天气中飞行。尤其当直升机具有接近于其最大起飞质量的质量时非常受限制的这些飞行点，仅在某些直升机的特定使用情况下才会遇到。结果，虽然尺寸被设置为能够提供这种动力，但是某些涡轮轴发动机从不在这种情况下飞行。

这些超大尺寸的涡轮轴发动机在质量与燃料消耗方面是不利的。为了降低在巡航飞行期间或者在地面上待机期间的这种消耗，可以使涡轮轴发动机中的一个停机并且将其置于被称为待命模式的模式。然后，活动的发动机以更高的功率水平运行以提供所有必需的功率，并且因此处于更有利的SC水平。然而，该实践违反了当前的认证规则，并且涡轮轴发动机不被设计为确保与安全性标准相容的重新启动可靠性的水平。同样地，当前飞行员不知晓或者不熟悉在飞行期间将涡轮轴发动机置于待命模式的理念。

如已知的，直升机的涡轮轴发动机包括气体发生器和自由涡轮，该自由涡轮由气体发生器供给动力，以提供动力。传统地，气体发生器由连接到用于在压缩空气中燃烧燃料的室的空气压缩机构成，该室给涡轮供应热的气体以用于使气体部分地膨胀，该涡轮通过驱动轴使压缩机旋转。气体则驱动自由动力传输涡轮。自由涡轮通过齿轮箱将动力传输到直升机的旋翼。

在FR1151717和FR1359766中，申请人提出了用于根据下述的可行性优化直升机的涡轮轴发动机的比耗量的方法：将至少一个涡轮轴发动机置于被称为连续飞行模式的稳定飞行模式，以及将至少一个涡轮轴发动机置于特定待命模式，该至少一个涡轮轴发动机可根据需求以紧急方式或者以常规方式脱离该待命模式。当飞行状况的变化需要启动处于待命的涡轮轴发动机时，例如，当直升机将从巡航飞行状况转换到着陆阶段时，退出待命模式所进行的转换被称为“常规”。退出待命模式所进行的这种常规转换发生在介于10秒钟和1分钟之间的时间段内。当活动的发动机发生失效或动力不足时，或者当飞行条件突然变得困难时，退出待命模式所进行的转换被称为“紧急”。退出待命模式所进行的这种紧急转换发生在小于10秒钟的时间段内。

申请人尤其提出了以下两种待命模式：

-被称为常规超级怠速的待命模式，在该待命模式下燃烧室点火，并且气体发生器的轴以介于额定速度的20％和60％之间的速度进行旋转，

-被称为辅助超级怠速的待命模式，在该待命模式下燃烧室点火并且气体发生器的轴通过机械辅助以介于额定速度的20％和60％之间的速度进行旋转。

常规超级怠速模式的缺点在于运行温度，该运行温度变得越来越高以至于要尝试达到越来越低的怠速。

辅助超级怠速模式使得能够改善运行温度的这种问题。然而，这需要使用电的或气动的驱动机器和对应的联接器。

另外，现在出现了实现下述超级怠速模式的技术问题：该超级怠速模式不是机械辅助的但是不受涡轮轴发动机的温度的限制。因此，所解决的技术问题是，提供一种涡轮轴发动机，该涡轮轴发动机使得能够提供这种改进的超级怠速模式。

发明目的

本发明目的在于提供一种涡轮轴发动机，该涡轮轴发动机能够具有超级怠速模式，在该超级怠速模式下，燃烧室点火并且气体发生器的轴以介于额定速度的20％和60％之间的速度旋转，并且该涡轮轴发动机不受涡轮轴发动机的运行温度的影响或者不由外部驱动设备机械地辅助。

因此本发明目的在于提供一种能够具有新的超级怠速模式的涡轮轴发动机。

本发明目的还在于提供一种双引擎直升机，该双引擎直升机包括至少一个根据本发明的涡轮轴发动机。

本发明目的还在于提供一种用于优化根据本发明的双引擎直升机的零功率超级怠速模式的方法，该双引擎直升机包括至少一个根据本发明的涡轮轴发动机。

技术实现要素：

为了实现这一点，本发明涉及一种涡轮轴发动机，该涡轮轴发动机包括能够被旋转的气体发生器和被所述气体发生器的气体旋转的自由涡轮，其特征在于，该涡轮轴发动机包括用于自发地将所述气体发生器和所述自由涡轮机械联接的设备，该设备包括至少一个连接第一轴和第二轴的自由轮，该第一轴与所述气体发生器共同具有减速比K1，该第二轴与自由涡轮共同具有减速比K2，所述自由轮被布置为使得一旦所述气体发生器的旋转速度与所述自由涡轮的旋转速度的比值小于比值K2/K1，则所述自由涡轮通过所述轴和所述自由轮自发地驱动所述气体发生器。

因此，根据本发明的涡轮轴发动机使得当达到预定条件时能够促使自由涡轮驱动气体发生器。换言之，根据本发明的设有用于自发地将气体发生器和自由涡轮机械联接的设备的涡轮轴发动机，使得能够将涡轮轴发动机从被称为自由-涡轮的构造自动地切换到被称为连接-涡轮的构造，而不需要外部的辅助设备和/或控制设备。

因此，可将根据本发明的涡轮轴发动机置于超级怠速模式，在该超级怠速模式期间，自由涡轮驱动气体发生器，使得能够降低涡轮轴发动机的热部件的温度和降低燃料消耗。

此外，尤其是在快速的俯仰期间在旋翼的转数下降的情况下，接近于怠速的连接-涡轮运行改善了暂态性能。这是因为之后气体发生器以大于在自由-涡轮模式下处于零功率所需的速度的速度旋转。因此，发动机随之在自由涡轮上非常快速地产生与自由-涡轮涡轮轴发动机在该速度下会具有的值对应的功率，加上甚至在燃气轮机开始加速之前由快速地到达加速度限值产生的额外功率。

全文自始至终地，术语“轴”指代能够进行旋转和传输扭矩的装置。因此，该轴可以是纵向延伸的轴，但也可以仅指小齿轮。

选择减速比K1和K2，以使得当气体发生器的旋转速度与自由涡轮的旋转速度的比值大于比值K2/K1时，涡轮轴发动机处于自由-涡轮构造，气体发生器和自由涡轮不进行机械连接。一旦气体发生器的旋转速度与自由涡轮的旋转速度的比值小于比值K2/K1，则自由涡轮使气体发生器旋转，并且涡轮轴发动机切换到连接-涡轮构造。

有利地并且根据本发明，当速度的比值小于比值K2/K1时，所述自发的机械联接设备能够机械地和自发地将所述气体发生器和所述自由涡轮连接，并且一旦所述速度的比值大于比值K2/K1，则该机械联接设备能够自发地将所述气体发生器和所述自由涡轮分离。

有利地并且根据本发明，涡轮轴发动机包括刚性地连接到中间轴的启动机-发电机，并且所述联接设备包括两个将所述中间轴分别连接到所述第一轴和所述第二轴的自由轮，该第一轴与所述气体发生器共同具有减速比K1，该第二轴与自由涡轮共同具有减速比K2，所述轮被布置为使得一旦速度的比值小于比值K2/K1，则所述自由涡轮通过所述轴和所述自由轮自发地驱动所述气体发生器。

本发明还涉及一种双引擎直升机，该双引擎直升机包括至少一个根据本发明的涡轮轴发动机。

本发明还涉及一种用于优化双引擎直升机的零功率超级怠速模式的方法，该直升机包括至少一个涡轮轴发动机，该至少一个涡轮轴发动机包括能够被旋转的气体发生器和被所述气体发生器的气体旋转的自由涡轮，其特征在于，该方法包括通过自由轮连接第一轴和第二轴使得所述气体发生器和所述自由涡轮自发地机械联接的步骤，该第一轴与所述气体发生器共同具有减速比K1，该第二轴与自由涡轮共同具有减速比K2，所述自由轮被布置为使得一旦速度的比值小于比值K2/K1，则所述自由涡轮自发地驱动所述气体发生器。

有利地并且根据本发明，通过自由轮连接第一轴和第二轴来实现机械联接，该第一轴与所述气体发生器共同具有减速比K1，该第二轴与自由涡轮共同具有减速比K2，所述自由轮被布置为使得一旦所述速度的比值小于比值K2/K1，则所述自由涡轮自发地驱动所述气体发生器。

有利地并且根据本发明，通过两个自由轮将中间轴分别连接到所述第一轴和所述第二轴来实现机械联接，该中间轴刚性地连接到启动机-发电机，该第一轴与所述气体发生器共同具有减速比K1，该第二轴与自由涡轮共同具有减速比K2，所述轮被布置为使得一旦所述速度的比值小于比值K2/K1，则所述自由涡轮自发地驱动所述气体发生器。

本发明还涉及一种涡轮轴发动机、一种直升机和一种用于优化零功率超级怠速模式的方法，特征在于，在上文或下文中提及的所有或者一些特征的组合。

附图说明

通过阅读以下完全以非限制性示例的方式给出并且涉及附图的说明，本发明的其它目的、特点和优点将显现，在附图中：

图1为根据本发明的第一实施例的涡轮轴发动机的示意图；

图2为根据本发明的第二实施例的涡轮轴发动机的示意图。

具体实施方式

如在图中示出的，根据本发明的涡轮轴发动机包括气体发生器5和自由涡轮6，该自由涡轮6由气体发生器5供给动力。如已知的，气体发生器5包括至少一个连接到室8的空气压缩机7和至少一个用于使气体部分地膨胀的涡轮9，该室8用于在压缩空气中燃烧燃料并且供应热的气体，该涡轮通过驱动轴10使压缩机7旋转。气体则驱动自由动力传输涡轮6。该自由涡轮6包括动力传输轴11，该动力传输轴11通过自由轮12连接到动力传输齿轮箱(在图中未示出)。该自由轮12使得能够防止涡轮轴发动机的机械锁定导致动力传输齿轮箱进行机械锁定，以及相关地，防止导致在其上安装所述涡轮轴发动机的直升机的旋翼进行机械锁定。

根据本发明的涡轮轴发动机进一步包括用于将气体发生器5和自由涡轮6机械联接的设备20，一旦气体发生器5的轴10的转速与自由涡轮6的轴11的转速的比值小于预定阈值，则该设备能够机械地和自发地将气体发生器5和自由涡轮6连接，以及一旦比值高于该预定阈值，则该设备能够自发地将气体发生器5和自由涡轮6分离。

根据第一实施例并且如图1所示，所述联接设备20包括机械地连接到气体发生器5的轴10的轴22。所述轴22和轴10在它们之间具有减速比K1。

联接设备20进一步包括机械地连接到自由涡轮6的轴11的轴23。所述轴23和轴11在它们之间具有减速比K2。

联接设备20进一步包括连接在轴22与轴23之间的自由轮21。

因此，轴22的旋转速度等于K1.NGG，其中NGG为气体发生器5的轴10的旋转速度。

轴23的旋转速度等于K2.NTL，其中NTL为自由涡轮6的轴11的旋转速度。

自由轮21被定向为使得轴23能够通过所述自由轮21驱动轴22。

如果轴23的旋转速度小于轴22的旋转速度，则两个轴是独立的。否则，两个轴被连接。

换言之，如果遵循以下等式则轴是独立的：K2.NTL＜K1.NGG。因此，如果比值NGG/NTL＞K2/K1，则轴是独立的。

因此，如果速度比值小于或等于K2/K1，则发动机扭矩从自由涡轮6传输到气体发生器5。

换言之，当比值NGG/NTL小于或等于K2/K1时，与图1关联地描述的联接设备20使得能够机械地和自发地将气体发生器5和自由涡轮6连接，因此，该比值作用为预定阈值。一旦比值NGG/NTL超过K2/K1，则设备还使得能够自发地将气体发生器5和自由涡轮6分离。

根据实施例，K1和K2的值分别为0.2567和0.2725。

根据第二实施例并且如图2所示，涡轮轴发动机进一步包括启动机-发电机30。在这种情况下，除了与图1关联地描述的轴22和轴23之外，联接设备还包括刚性地连接到启动机-发电机30的中间轴25。

联接设备20进一步包括将中间轴25连接到轴23的第一自由轮26。所述设备进一步包括将中间轴25连接到轴22的第二自由轮24。

按照与图1的实施例相同的方式，轴22的旋转速度等于K1.NGG，轴23的旋转速度等于K2.NTL。

自由轮26、24被定向，以使得刚性地连接到启动机-发电机30的中间轴25能够驱动轴22，以及轴23能够驱动刚性地连接到启动机-发电机30的中间轴25。

如果比值NGG/NTL等于K2/K1，则两个自由轮26、24同时驱动。

因此，如果比值NGG/NTL小于或等于K2/K1，则轴10、11机械地连接并且发动机扭矩从自由涡轮6传输到气体发生器5。

因此，如果比值NGG/NTL大于K2/K1，则轴机械地独立。

启动机-发电机30由自由涡轮(当作用为发电机时)驱动或者驱动气体发生器(当作用为启动机时)。因此，设备还确保了GG-TL(气体发生器-自由涡轮)自动切换功能，该自动切换功能在于，在启动期间将启动机-发电机30联接到气体发生器，以及当该启动机-发电机30用作发电机时将其联接到自由涡轮的轴11。

换言之，当比值NGG/NTL小于或等于K2/K1时，与图2关联地描述的联接设备20还使得能够机械地和自发地将气体发生器5和自由涡轮6连接。一旦比值NGG/NTL超过K2/K1，则设备还使得能够自发地将气体发生器5和自由涡轮6分离。此外，在该实施例中发电机和/或启动机功能是可行的。

本发明还涉及一种用于优化双引擎直升机的零功率超级怠速模式的方法，该直升机包括至少一个根据所描述的实施例中的一个所述的涡轮轴发动机。

因此，这种方法包括一旦气体发生器的旋转速度与自由涡轮的旋转速度的比值达到值K2/K1，则自发地将气体发生器5和自由涡轮6机械联接的步骤。

有利地，通过根据所描述的实施例中的一个所述的涡轮轴发动机来实施根据本发明的方法。有利地，根据所描述的实施例中的一个所述的涡轮轴发动机执行根据本发明的方法。