用于飞行器的集成起动器的制作方法

本主题大体涉及飞行器。

背景技术：

飞行器可使用空气涡轮起动器来起动发动机。起动器空气阀可用于将流体提供至空气涡轮起动器。空气涡轮起动器可包括空气涡轮马达、减速器和超越离合器(over-runningclutch)。空气涡轮马达将来自于由起动器空气阀供应的流体的能量转换成高速旋转能量。减速器将高速、低转矩输入转换成可由发动机使用的低速、高转矩输出。超越离合器在正常发动机操作期间允许空气涡轮马达和减速器与发动机断开。起动器空气阀独立于空气涡轮起动器操作。在一些情况下，起动器空气阀可将过量流体提供至空气涡轮起动器，这可在发动机附件齿轮箱上引起不必要的磨损和损耗。

技术实现要素：

本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中部分地阐释，或可从描述中学习到，或可通过实践实施例而学习到。

本公开的一个示例方面针对一种用于起动航行器上的发动机的集成起动器。集成起动器包括空气涡轮起动器。集成起动器包括与空气涡轮起动器集成的起动器空气阀。集成起动器包括构造成控制起动器空气阀的控制器。起动器空气阀可在第一位置和至少第二位置之间移动，以调节到空气涡轮起动器中的流体流。空气涡轮起动器的输出转矩可至少部分地取决于到空气涡轮起动器中的流体流。

本公开的其他示例方面针对用于起动飞行器的发动机的系统、方法、航行器、航空电子系统、装置、非瞬时性计算机可读介质。本公开的这些示例方面可进行改型和修改。

参照以下描述和所附权利要求，各种实施例的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。包含在本说明书中且形成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，且与描述一起用于解释相关的原理。

实施方案1.一种用于起动航行器上的发动机的集成起动器，包括：

空气涡轮起动器；

起动器空气阀，其与所述空气涡轮起动器集成；以及

控制器，其构造成控制所述起动器空气阀，

其中所述起动器空气阀可在第一位置和至少第二位置之间移动，以调节到所述空气涡轮起动器中的流体流；

其中所述空气涡轮起动器的输出转矩至少部分地取决于到所述空气涡轮起动器中的流体流。

实施方案2.根据实施方案1所述的集成起动器，其特征在于，所述起动器空气阀包括一个或多个阀传感器。

实施方案3.根据实施方案2所述的集成起动器，其特征在于，所述一个或多个阀传感器包括压力计、真空计和压强计中的至少一者。

实施方案4.根据实施方案2所述的集成起动器，其特征在于，所述一个或多个阀传感器中的至少一者构造成测量压力。

实施方案5.根据实施方案2所述的集成起动器，其特征在于，所述一个或多个阀传感器中的至少一者构造成测量温度。

实施方案6.根据实施方案2所述的集成起动器，其特征在于，所述起动器空气阀还构造成基于来自所述一个或多个阀传感器的信号来将所述起动器空气阀的打开从第一打开百分比调整至第二打开百分比。

实施方案7.根据实施方案6所述的集成起动器，其特征在于，所述空气涡轮起动器包括空气涡轮马达。

实施方案8.根据实施方案6所述的集成起动器，其特征在于，所述空气涡轮起动器包括减速器。

实施方案9.根据实施方案1所述的集成起动器，其特征在于，所述空气涡轮起动器包括超越离合器。

实施方案10.一种用于使用集成起动器来起动发动机的方法，所述集成起动器包括起动器空气阀和空气涡轮起动器，所述方法包括：

至少部分地基于来自控制器的信号来调整与所述空气涡轮起动器集成的起动器空气阀的打开，所述控制器形成所述集成起动器的一部分；

通过所述起动器空气阀的打开来将流体提供至所述空气涡轮起动器；

将提供给所述空气涡轮起动器的流体转换成转矩输出；以及

使用所述空气涡轮起动器的转矩输出来起动所述发动机。

实施方案11.根据实施方案10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

从一个或多个阀传感器接收信号。

实施方案12.根据实施方案11所述的方法，其特征在于，所述一个或多个阀传感器包括压力计、真空计和压强计中的至少一者。

实施方案13.根据实施方案11所述的方法，其特征在于，所述一个或多个阀传感器中的至少一者测量压力。

实施方案14.根据实施方案11所述的方法，其特征在于，所述一个或多个阀传感器中的至少一者测量温度。

实施方案15.根据实施方案11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于来自所述一个或多个阀传感器的信号来调整所述起动器空气阀的打开。

实施方案16.根据实施方案15所述的方法，其特征在于，所述空气涡轮起动器包括空气涡轮马达。

实施方案17.根据实施方案15所述的方法，其特征在于，所述空气涡轮起动器包括减速器。

实施方案18.一种飞行器，包括：

发动机；以及

集成空气涡轮起动器，其构造成起动所述发动机；所述集成空气涡轮起动器包括：

空气涡轮起动器；

起动器空气阀，其与所述空气涡轮起动器集成；以及

控制器，其构造成控制所述起动器空气阀，

其中所述起动器空气阀可在第一位置和至少第二位置之间移动，以调节到所述空气涡轮起动器中的流体流；

其中所述空气涡轮起动器的输出转矩至少部分地取决于到所述空气涡轮起动器中的流体流。

实施方案19.根据实施方案18所述的飞行器，其特征在于，所述起动器空气阀包括一个或多个阀传感器。

实施方案20.根据实施方案19所述的飞行器，其特征在于，所述起动器空气阀还构造成基于来自所述一个或多个阀传感器的信号来将所述起动器空气阀的打开从第一打开百分比调整至第二打开百分比。

附图说明

针对本领域的普通技术人员的实施例的详细讨论参照附图在说明书中阐释，在其中：

图1绘出了根据本公开的示例实施例的示例飞行器；

图2是根据本公开的一种实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面图；

图3绘出了根据本公开的示例实施例的集成起动器的框图；

图4绘出了根据本公开的示例实施例的示例方法的流程图；

图5绘出了根据本公开的示例实施例的示例方法的流程图；且

图6绘出了根据本公开的示例实施例的用于实施一个或多个方面的计算系统。

构件列表

100飞行器

102(多个)发动机

104(多个)集成起动器

106控制器

108通信路径

200燃气涡轮发动机

202纵向或中心线轴线

204外壳体

206环形入口

210燃气生成器压缩机

212成环形阵列的入口导向导叶

214压缩机叶片

216压缩机导叶

218离心压缩机

220压缩空气路径

230燃烧区段

232燃烧室

234燃料喷嘴

236燃烧气体

240涡轮

242燃气生成器涡轮

244动力涡轮

246涡轮转子叶片

248涡轮转子叶片

250排气区段

260燃气生成器轴

270动力涡轮轴

280输出轴

300集成起动器

302起动器空气阀

304空气涡轮起动器

306控制器

308空气涡轮马达

310减速器

312超越离合器

314(多个)阀传感器

316(多个)起动器传感器

400方法

402方法步骤

404方法步骤

406方法步骤

408方法步骤

500方法

502方法步骤

504方法步骤

506方法步骤

600控制系统

602(多个)计算装置

604(多个)处理器

606(多个)存储器装置

608指令

610数据

612通信接口。

具体实施方式

现在将详细参照实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例借助于解释实施例而非限制实施例来提供。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，可在本公开中进行各种修改和改型，而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一种实施例的部分而示出或描述的特征可与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，旨在本公开覆盖来到所附权利要求及其等同方案的范围内的这些修改和改型。

如在本说明书和权利要求中使用的那样，单数形式“一个”、“一种”、和“该”包括复数对象，除非上下文另外清楚地指出。结合数值的用语“大约”的使用意指所述量的25%内。

本公开的示例方面针对与用于空气涡轮运载体的集成起动器相关联的方法和系统。例如，起动器空气阀和空气涡轮起动器可位于公共壳内。此外和/或在备选方案中，起动器空气阀可机械地联接至空气涡轮起动器。集成起动器可起动飞行器的发动机。起动器空气阀可将流体(例如，运动的空气、气体或其他流体等)提供至空气涡轮起动器。空气涡轮起动器可将提供的流体转换成可由发动机使用的转矩能量。

在一些实施例中，集成起动器可包括集成控制器。例如，控制器可与起动器空气阀和/或空气涡轮起动器一起位于公共壳内。此外和/或在备选方案中，控制器可机械地联接至起动器空气阀和/或空气涡轮起动器。控制器可构造成将控制信号提供至集成起动器的构件。在一些实施例中，控制器可为开环控制器(open-loopcontroller)且不接收反馈。在一些实施例中，控制器可控制起动器空气阀的打开和关闭。例如，作为一个示例，控制器可控制起动器空气阀的打开速率。作为另一示例，控制器可控制起动器空气阀的打开百分比。控制器打开的百分比越高，可将越多流体提供至空气涡轮起动器。

可选地，在一些实施例中，起动器空气阀可包括一个或多个阀传感器。该一个或多个阀传感器可包括压力计、真空计、压强计、相似物、和/或前面的任何组合。该一个或多个阀传感器可测量与空气涡轮起动器相关联的压力和/或温度。起动器空气阀可响应于测得的压力和/或温度而修改打开(或关闭)速率和/或打开百分比。例如，如果测得的压力和/或温度指示转矩输出应当增加，则起动器空气阀可修改打开速率和/或打开百分比以增加提供至空气涡轮起动器的流体。

可选地，在一些实施例中，空气涡轮起动器可包括一个或多个起动器传感器。例如，该一个或多个起动器传感器可包括在空气涡轮起动器的静止部分上，以监测空气涡轮起动器的旋转部分。该一个或多个起动器传感器可提供指示与空气涡轮起动器相关联的频率的信号。该一个或多个起动器传感器可提供指示与空气涡轮起动器相关联的幅值(magnitude)的信号。例如，在一些实施例中，该一个或多个起动器传感器可包括加速度计、麦克风、相似物、和/或前面的任何组合。该一个或多个起动器传感器可测量机械振动和/或声音。该一个或多个起动器传感器可将指示测得的机械振动和/或声音的信号传输至一个或多个计算装置和/或控制器。该一个或多个计算装置和/或控制器可至少部分地基于该一个或多个信号而确定空气涡轮起动器的旋转部分的不规律移动。该一个或多个计算装置和/或控制器可响应于空气涡轮起动器的旋转部分的确定的不规律移动来产生指示集成起动器、发动机、和/或附件齿轮箱的问题的通知。

图1绘出了根据本公开的示例实施例的飞行器100。飞行器100可包括一个或多个发动机102。在一些实施方式中，该一个或多个发动机102中的至少一者可构造为一个或多个燃气涡轮发动机。例如，该一个或多个发动机102可按串流顺序包括压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。该一个或多个发动机102中的一者或多者可构造为涡扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机等。在其他实施方式中，该一个或多个发动机102中的一者或多者可为内燃机，或用于在航行器中使用的任何其他适合的发动机。如下文更加详细地描述的那样，该一个或多个发动机102可包括或联接至一个或多个集成起动器104。该一个或多个集成起动器104可经由通信路径108而与控制器106通信。控制器106可例如为全权数字发动机控制(fadec)。通信路径108可例如为通信总线，诸如航行器通信总线。

示例飞行器100的构件的数目、位置和/或定向是为了说明和讨论的目的且不旨在限制。使用本文提供的公开的本领域的普通技术人员应当理解，可调整飞行器100的构件的数目、位置和/或定向，而不背离本公开的范围。

图2提供根据本公开的示例燃气涡轮发动机200的示意性截面图。如图2中所示，燃气涡轮发动机200限定延伸穿过其以用于参照的纵向或中心线轴线202。燃气涡轮发动机200可大体包括大致管状的外壳体204，其限定环形入口206。外壳体204可由单个壳体或多个壳体形成。外壳体204以串流关系包围燃气生成器压缩机210、燃烧区段230、涡轮240和排气区段250。燃气生成器压缩机210包括成环形阵列的入口导向导叶212、成一个或多个连续级的压缩机叶片214、成一个或多个连续级的压缩机导叶216、以及离心压缩机218。共同地，压缩机叶片214、压缩机导叶216和离心压缩机218限定压缩空气路径220。燃气涡轮发动机200可包括一个或多个传感器(未示出)，以用于感测与燃气涡轮发动机200相关的信息。

燃烧区段230包括燃烧室232以及延伸到燃烧室232中的一个或多个燃料喷嘴234。燃料喷嘴234供应燃料以与进入燃烧室232的压缩空气混合。此外，燃料和压缩空气的混合物在燃烧室232内燃烧以形成燃烧气体236。如下文将更详细地描述的那样，燃烧气体236驱动涡轮240。

涡轮240包括燃气生成器涡轮242和动力涡轮244。燃气生成器涡轮242包括成一个或多个连续级的涡轮转子叶片246，且动力涡轮244包括成一个或多个连续级的涡轮转子叶片248。燃气生成器涡轮242经由燃气生成器轴260驱动燃气生成器压缩机210，且动力涡轮244经由动力涡轮轴270驱动输出轴280。

如图2中所示的实施例中示出的那样，燃气生成器压缩机210和燃气生成器涡轮242经由燃气生成器轴260联接到彼此。在操作中，燃烧气体236驱动燃气生成器涡轮242和动力涡轮244两者。当燃气生成器涡轮242围绕中心线轴线202旋转时，燃气生成器压缩机210和燃气生成器轴260两者围绕中心线轴线202旋转。此外，当动力涡轮244旋转时，动力涡轮轴270旋转且将旋转能量转移至输出轴280。作为一种示例，燃气涡轮发动机200可为图1的第一和第二燃气涡轮发动机102。

图3绘出了根据本公开的示例实施例的集成起动器300的框图。集成起动器300可在图1的发动机102中和/或联接至图1的发动机102。集成起动器300可包括起动器空气阀302、空气涡轮起动器304和控制器306。起动器空气阀302可与空气涡轮起动器304集成。例如，起动器空气阀302和空气涡轮起动器304可位于公共壳内。作为另一示例，起动器空气阀302可机械地联接至空气涡轮起动器304。空气涡轮起动器304可包括空气涡轮马达308、减速器310和超越离合器312。

起动器空气阀302可与控制器306通信。控制器306可从全权数字发动机控制(fadec)接收信号。起动器空气阀302可基于从控制器306接收到的信号来调节至空气涡轮马达308的流体流。从控制器306接收到的信号可基于从fadec接收到的信号。空气涡轮马达308可将来自于由起动器空气阀302供应的流体的能量转换成高速旋转能量。减速器310可将来自空气涡轮马达308的高速旋转能量(高速、低转矩)转换成用于使超越离合器312旋转的低速、高转矩。旋转的超越离合器312可用于与发动机102接合且起动发动机102。

控制器306可控制起动器空气阀302的打开速率。例如，控制器306可引起起动器空气阀302以每秒两次的速率或任何其他速率打开或关闭。控制器306可控制起动器空气阀302的打开百分比。例如，控制器306可引起起动器空气阀302可打开至53%、或0%到100%之间的任何其他值。起动器空气阀302的百分比打开可为起动器空气阀302的位置。改变起动器空气阀302的打开速率和/或打开百分比可修改从起动器空气阀302提供至空气涡轮起动器304的流体。空气涡轮起动器304可将来自于从起动器空气阀302提供至空气涡轮起动器304的流体的能量转换成可用于起动发动机102的转矩输出。

可选地，起动器空气阀302可包括一个或多个阀传感器314。该一个或多个阀传感器314可包括压力计、真空计、压强计、相似物、和/或前面的任何组合。该一个或多个阀传感器314可测量压力和/或温度。压力和/或温度可指示起动器空气阀302的状态。起动器空气阀302可响应于测得的压力和/或温度而修改打开速率和/或打开百分比。例如，如果测得的压力和/或温度指示能量应当增加，则起动器空气阀302可修改打开速率和/或打开百分比来增加提供至空气涡轮起动器304的流体。作为另一示例，如果测得的压力和/或温度指示能量应当增加，则起动器空气阀302可将起动器空气阀302的打开百分比从75%修改至80%。作为另一其他示例，如果测得的压力和/或温度指示能量应当增加，则起动器空气阀302可将起动器空气阀302的打开速率从每秒打开300ms修改至每秒打开750ms。本文提供的数字示例为了说明和讨论的目的而提供且不旨在限制本公开。

可选地，空气涡轮起动器304可包括一个或多个起动器传感器316。例如，该一个或多个起动器传感器316可包括在空气涡轮起动器304的静止部分上，以监测空气涡轮起动器304的旋转部分。在另一实施例中，该一个或多个起动器传感器316可包括在空气涡轮起动器304的旋转部分上，以监测空气涡轮起动器304的旋转部分。该一个或多个起动器传感器316可包括加速度计、麦克风、相似物、和/或前面的任何组合。该一个或多个起动器传感器316可测量机械振动和/或声音。该一个或多个起动器传感器316可将测得的机械振动和/或声音传输至计算装置，诸如图6的计算装置600。计算装置600可位于集成起动器300局部。计算装置600可位于发动机102中。该一个或多个起动器传感器316可将测得的机械振动和/或声音传输至控制器。控制器可位于集成起动器300局部。控制器可位于发动机102中。计算装置600和/或控制器可基于测得的机械振动和/或声音来确定空气涡轮起动器304的旋转部分的不规律移动。该一个或多个起动器传感器316可识别异常。识别到的异常可源自集成起动器300、发动机102和/或附件齿轮箱。计算装置600和/或控制器可响应于空气涡轮起动器304的旋转部分的确定的不规律移动来产生指示集成起动器300、发动机102、和/或附件齿轮箱的问题的通知。

图4绘出了用于使用集成起动器来起动发动机的示例方法(400)的流程图。图4的方法可例如使用图3的集成起动器300来实施。图4绘出了为了说明和讨论的目的以具体顺序执行的步骤。使用本文提供的公开的本领域的普通技术人员将理解，本文公开的任何方法的各种步骤可适应、修改、再布置或以各种方式修改，而不偏离本公开的范围。

在(402)处，与空气涡轮起动器集成的起动器空气阀的打开可至少部分地基于来自控制器的信号来调整。例如，集成起动器300可基于来自控制器306的控制信号来调整起动器空气阀302的打开。

在(404)处，可提供至空气涡轮起动器的流体可通过起动器空气阀的打开来提供。例如，集成起动器300可通过集成起动器空气阀302来将流体提供至空气涡轮起动器304。在一些实施例中，流体可为运动的空气、气体或其他流体等。

在(406)处，提供的流体可转换成转矩输出。例如，集成起动器300可将提供的流体转换成转矩输出。在(408)处，发动机可使用转矩输出来起动。例如，集成起动器300可使用转矩输出来起动发动机102。

可选地，可在控制器处或在起动器空气阀处从一个或多个阀传感器接收信号。该一个或多个阀传感器可包括压力计、真空计和压强计中的至少一者。该一个或多个阀传感器中的至少一者可测量压力。该一个或多个阀传感器中的至少一者可测量温度。起动器空气阀的打开可基于来自该一个或多个阀传感器的信号来调整。例如，集成起动器300可基于来自该一个或多个阀传感器314的信号来调整起动器空气阀302的打开。

图5绘出了用于探测空气涡轮起动器的异常的示例方法(500)的流程图。图5的方法可例如使用图6的一个或多个控制系统600和/或图3的控制器306来实施。图5绘出了为了说明和讨论的目的以具体顺序执行的步骤。使用本文提供的公开的本领域的普通技术人员将理解，本文公开的任何方法的各种步骤可适应、修改、再布置或以各种方式修改，而不偏离本公开的范围。

在(502)处，可从位于空气涡轮起动器的静止部分上的一个或多个传感器来接收指示与集成空气涡轮起动器相关联的频率和/或幅值的数据，以监测空气涡轮起动器的旋转部分。例如，该一个或多个控制系统600可接收指示与集成空气涡轮起动器相关联的频率和/或幅值的数据，该数据可从位于空气涡轮起动器的静止部分上的一个或多个传感器316来接收，以监测空气涡轮起动器304的旋转部分。在另一示例中，控制器306可接收指示与集成空气涡轮起动器相关联的频率和/或幅值的数据，该数据可从位于空气涡轮起动器的静止部分上的一个或多个传感器316来接收，以监测空气涡轮起动器304的旋转部分。在一些实施例中，频率可为机械频率。在一些实施例中，频率可为音频频率。该一个或多个传感器可包括例如加速度计或麦克风。控制器306可远离集成航行器涡轮起动器。控制器306可位于集成航行器涡轮起动器中。

在(504)处，可至少部分地基于指示频率和/或幅值的数据来确定与集成空气涡轮起动器相关联的异常。例如，该一个或多个控制系统600可至少部分地基于指示频率和/或幅值的数据来确定与集成空气涡轮起动器304相关联的异常。在另一示例中，控制器306可至少部分地基于指示频率和/或幅值的数据来确定与集成空气涡轮起动器304相关联的异常。与集成空气涡轮起动器相关联的异常可指示发动机的异常。与集成空气涡轮起动器相关联的异常可指示附件齿轮箱的异常。

在(506)处，可提供指示与集成空气涡轮起动器相关联的异常的通知。通知可包括视觉的、光学的或其他通信的通知。例如，通知可通信至用户接口(例如，扬声器、显示器等)来用于提醒用户或技术人员该异常。

图6绘出了根据本公开的示例实施例的示例计算系统的框图，该计算系统可用于实施控制系统600或航行器的其他系统。如所示，控制系统600可包括一个或多个计算装置602。该一个或多个计算装置602可包括一个或多个处理器604以及一个或多个存储器装置606。该一个或多个处理器604可包括任何适合的处理装置，诸如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置或其他适合的处理装置。该一个或多个存储器装置606可包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非瞬时性计算机可读介质、ram、rom、硬盘驱动器、闪存驱动器或其他存储器驱动器。

该一个或多个存储器装置606可存储可由该一个或多个处理器604访问的信息，包括可由该一个或多个处理器604运行的计算机可读指令608。指令608可为在由该一个或多个处理器604运行时引起该一个或多个处理器604执行操作的任何指令组。指令608可为以任何适合的编程语言编写的软件或可在硬件中实施。在一些实施例中，指令608可由该一个或多个处理器604运行，以引起该一个或多个处理器604执行操作，诸如用于集成空气涡轮起动器和起动器空气阀的操作(如参照图4描述的那样)，用于感测集成起动器的问题的操作(如参照图5描述的那样)，和/或该一个或多个计算装置602的其他操作或功能。

如本文描述的那样，存储器装置606还可存储可由处理器604访问的数据610。例如，数据610可包括由该一个或多个阀传感器314感测的数据、由该一个或多个起动器传感器316感测的数据、和/或与飞行器100相关联的任何其他数据。数据610可包括一个或多个表格、功能、算法、模型、方程等，以用于根据本公开的示例实施例来起动发动机102。

该一个或多个计算装置602还可包括用于例如与系统的其他构件通信的通信接口612。通信接口612可包括用于与一个或多个网络对接的任何适合的构件，包括例如传送器、接收器、端口、控制器、天线或其他适合的构件。

尽管各种实施例的特定特征可在一些附图中示出且在其他附图中未示出，但这仅为了方便。根据本公开的原理，附图的任何特征可与任何其他附图的任何特征组合来参照和/或请求保护。

此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元素，则旨在使这些其他示例处于权利要求的范围内。