模块化装备中心雷电威胁减少结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本文提出的实施例的领域被指向模块化交通工具机构，且更特别地，被指向具有分布式电力和数据飞行器结构的复合材料交通工具的避雷。
【背景技术】
[0002]大多数商用飞行器具有一个或多个集中的装备底座用于容纳电力和通信装备。自集中的装备底座遍及整个飞行器分配电力和数据从而控制飞行器内的所有功能。集中的装备底座彼此移位跨越飞行器内的一个或多个区段间断处。通常地，一个集中的装备底座在前部区段内，而另一个集中的装备底座在飞行器的后部区段内。
[0003]由主推进发动机驱动的发电机生成用于飞行器的三相初级电力。初级电力首先被路由到后部装备底座，并且然后通过飞行器到达前部装备底座。然后初级电力被集中配置为分配遍及到飞行器的其余部分以服务各种装备负荷。装备底座内的集中的总线电力控制单元控制遍及飞行器的所有电力功能。在集中转换之后，次级电力被路由到远程电力分配单元以服务遍及飞行器的装备负荷或者直接被路由到装备负荷。
[0004]飞行器所有的功能都依靠集中电力和通信装备。如果来自集中装备底座的任一电力或数据被切断，则接收装备进入备用状态，对于机组人员来说，该备用状态使得相应系统的状态变得难以确定。同样地，由于在高峰时间期间往返集中通信装备的高带宽需求，通信网络的基干必须是极大的。
[0005]复合材料飞行器不具有铝质机架以用作返回电流路径或网络。因此，不是必须添加线路的复杂网络以为所有的电路提供电流返回路径，就是必须添加专用返回线路以用于每个装备负荷。例如，必须添加沿着复合材料飞行器的长度纵向延伸并且横跨复合材料飞行器的宽度的导线，如名称为“CURRENT RETURN NETWORK”的美国专利N0.8031458中所述，并且其作为参考以其整体并入本文。这种解决方案给复合材料飞行器增加了成本、制造和维护复杂度、增加的电压降以及不理想的重量。因而，通过使线路最小化而减少复合材料飞行器内的重量的尝试已经被复合材料飞行器中增加的避雷组件和其他原因的需要抵消。
[0006]传统飞行器的铝质机架(例如组成框架或蒙皮或其组合的组件)和飞行器的任何其他的导电金属结构被绑定到一起以形成用于将电压参考点返回到源分配接地点的电流返回网络。电流返回网络还提供避雷和人员安全保护通道。然而，在机架可由绝缘材料形成的复合材料飞行器内，从发电机到前部和后部装备底座、到远程电力分配单元和它们服务的装备负荷、以及通过电流返回网络回到前部装备底座的线路的路由创建了大型线路回路。在复合材料飞行器内，在某些条件下对飞行器的雷击期间，这种长的线路回路可以引起大电流。为了处理这种顾虑，线路回路可以被屏蔽，但是这种大型线路回路和它的屏蔽将不理想地在飞行器内贡献大量的重量。
[0007]商用飞行器可以按照分离的区段被制造，所述区段然后被连接到一起以装配成完整的飞行器。在飞行器内的各种系统可以具有跨越多个区段分布的组件。在区段被最终装配到一起之前，在区段内的许多组件被安装和测试以确认它们被正确装配。因此，为了测试和验证区段，还没有存在于建造序列中的部分系统必须被仿真。一旦已经测试了区段安装，就能够执行形成飞行器的区段的最终装配，所述最终装配将对发现的错误进行修复，在该阶段后，由于有限的可达性，纠正将会更困难。
[0008]在当今的飞行器内，最终装配是如此耗时的过程的一个原因是由于相邻区段间的大量的初级和次级电力连接和大量的数据连接。能够以更快的速率和顺序建造成完整的飞行器的飞行器可以通过在建造周期早期的功能性测试系统以及通过使飞行器线路的重量和复杂度最小化而被更迅速地填充，因而消除了对位于飞行器的其他部分内的某些装备进行仿真的需要，减少了跨越区段间断处的连接的数量，消除了集成面板。
[0009]本文的公开内容提出了关于这些和其他的考虑因素。
【发明内容】
[0010]应该意识到该
【发明内容】
被提供以用简化的形式介绍将在以下【具体实施方式】中被进一步描述的选择的概念。该
【发明内容】
不意在用于限制所要求保护的主题的范围。
[0011]根据本文公开的一个实施例，提供了用于减少对基本上由复合材料构成的复合材料交通工具的雷电威胁的系统。该系统包括被空间地分配遍及复合材料交通工具的若干模块化装备中心(MEC)。MEC将电力分配到遍及复合材料交通工具的装备负荷并且复合材料交通工具内的每个装备负荷由最近的MEC服务。具有携带相等但是相反电流的电力导线和中性导线的导线对将每个装备负荷耦接到最近的MEC。导线对使由每个MEC和相关装备负荷之间的电力导线和中性导线限定的回路的长度最小。
[0012]根据本文公开的另一实施例，提供了减少雷电威胁和复合材料交通工具内线路导线重量的方法。该方法包括从一个或多个主电源生成初级电力、空间地分配MEC遍及复合材料交通工具以便将电力分配到装备负荷遍及复合材料交通工具、将每个装备负荷耦接到具有导线对的最近的MEC，每个导线对包含电力导线和中性导线以便携带相等但是相反的电流，以及使由每个MEC和相关的装备负荷之间的每个导线对的电力导线和中性导线限定的回路的长度最小。
[0013]根据本文公开的又一实施例，系统用于使返回电流最小并且消除了复合材料飞行器内专用返回路径的需要。该系统包括被空间地分配遍及复合材料交通工具的MEC和遍及复合材料飞行器的装备负荷。该系统还包括导线对以便将电力从MEC分配到装备负荷。每个装备负荷由最近的MEC供电以便使每个装备负荷和最近的MEC之间的每个导线对的长度最小。
[0014]仍然根据本文公开的又一实施例，用于减少对复合材料交通工具的雷电威胁的系统被提供。MEC被空间地分配遍及复合材料交通工具。MEC将电力分配到遍及复合材料交通工具的装备负荷。复合材料交通工具内的每个装备负荷由最近的MEC服务。扭曲并且屏蔽的电导线对包含携带相等但是相反的电流的电力导线和中性导线。每个装备负荷被耦接至IJ具有扭曲并且屏蔽的电气导线对中的一个的最近的MEC，以便由每个MEC和相关装备负荷之间的每个扭曲且屏蔽的电导线对的电力导线和中性导线限定的回路的长度是最小的。复合材料交通工具包含被耦接到一起的多个交通工具区段，所述交通工具区段在相邻的交通工具区段之间限定区段间断处。另外，复合材料交通工具没有延伸跨越多个交通工具区段之间的区段间断处的电流返回网络，并且扭曲且屏蔽的电导线对不会延伸跨越区段间断处。
[0015]已经讨论的特征、功能以及优点能够被独立地实现在本公开的各种实施例中或可与其他实施例组合，参照以下说明和附图，更多的细节能够被获知。
【附图说明】
[0016]从【具体实施方式】和附图中，本文提出的实施例将被更全面地理解，其中:
[0017]图1说明了根据本文公开的至少一个实施例的具有空间分布式模块化装备中心(MEC)的飞行器的一种配置的俯视图，其中所述装备负荷由最近的MEC服务，
[0018]图2说明了根据本文公开的至少一个实施例的相对于飞行器的前部和后部的每个飞行器发动机的两个发电机的分离，
[0019]图3说明了根据本文公开的至少一个实施例的被连接到使电力总线网络通电的发电机的初级电力馈线的一种配置，
[0020]图4说明了根据本文公开的至少一个实施例的初级MEC和次级MEC的一种配置，
[0021]图5A-5F说明了根据本文公开的至少一个实施例的初级MEC、次级MEC以及备用MEC的容错组合的初级和次级电力分配网络的一种配置，
[0022]图6说明了根据本文公开的至少一个实施例的在飞行器的前部区段内的次级电力总线网络的一种配置，
[0023]图7说明了根据本文公开的至少一个实施例的用于服务装备负荷并且具有用于分布式计算功能和MEC间的双向数据的网关路由的计算和网络接口模块的MEC的一种配置，
[0024]图8说明了根据本文公开的至少一个实施例的具有由区段间断处分隔的空间分布式MEC之间的通信总线接口的数据网络结构的一种配置，
[0025]图9说明了根据本文公开的至少一个实施例的用于分布式计算功能和双向数据的网关路由的计算和接口模块的一种配置，
[0026]图10A-10D说明了根据本文公开的至少一个实施例的相对于特定电力输入源和若干不同电力输出的初级MEC的高压初级电力总线结构的各种配置，
[0027]图11说明了根据本文公开的至少一个实施例的具有共同的电力输入源和若干共同的电力输出以便于与初级MEC —起使用的初级电力切换网络设备的共同的结构和布局，
[0028]图12A-C说明了根据本文公开的至少一个实施例的与从发电机接收三相电力的初级MEC —起使用的一组初级电力切换网络设备的一种配置，
[0029]图13说明了根据本文公开的至少一个实施例的MEC的多层集成桁架系统的分解透视图，
[0030]图14说明了根据本文公开的至少一个实施例的具有多个电力和通信传输层的初级MEC的一种配置，
[0031]图15大致说明了根据本文公开的至少一个实施例的从主发电机路由到多个变压器整流器单元(TRU)和自耦变压器单元(ATU)以产生零直流(DC)偏移电压的三相初级电力的一种配置，
[0032]图16说明了根据本文公开的至少一个实施例的利用扭曲且屏蔽的电导线对从TRU和ATU到装备负荷的交流电(AC)或DC电力的分配的一种配置，
[0033]图17说明了根据本文公开的至少一个实施例的飞行器的地板内的MEC的集成桁架系统的一种配置，以及
[0034]图18说明了根据本文公开的至少一个实施例的用于减少雷电威胁和复合材料交通工具内线路导线重量的程序的一种配置。
【具体实施方式】
[0035]以下【具体实施方式】涉及一种交通工具，该交通工具具有模块化装备中心以增加交通工具系统冗余，同时还分配模块化装备中心(MEC)遍及交通工具，使得最小化要求的线路连接的线路重量和数量以减少总交通工具重量和生产时间。本发明能有许多不同形式的实施例。本文无意把本发明的原理限制到特定的公开的实施例。在下文对某个方向做出的参考(例如“前”、“后”、“左”以及“右”)根据从交通工具的后面向前看的观察而做出。在以下【具体实施方式】中，对附图做出了参考，所述附图构成本文的一部分且用具体实施例或示例图示的方式被显示。现在参考附图，其中相同的编号表示遍及多个图中的相同的元件，本公开的各方面将被呈现。
[0036]本公开的各方面可被用于例如飞行器、宇宙飞船、卫星、船只、潜艇以及客运、农业或建设交通工具的许多类型的交通工具。本公开的各方面也可被用于交通工具的不同建设中。当直接的利益是向着具有非导电框架、桁架或蒙皮的交通工具时，本公开的特征可以适于且利于由导电材料构造的交通工具。出于简化解释本公开的各方面的目的，本说明书将继续利用复合材料飞行器10作为基本示例。然而，如将看到的，本公开的许多方面不限于复合材料飞行器10。
[0037]由于被本领域技术人员很好地理解的，图1中描述的示例性飞行器10包含基本上由复合材料或复合物构成的机身。飞行器10的机身上的外部复合蒙皮与机身框架的曲率一致。机身包含前部区段12、中部区段14以及后部区段16。区段间断处18、20、22被限定在相邻的飞行器区段之间。复合材料飞行器10可以具有任何数量的发动机。如图1所示，左发动机30被支撑在左机翼上，并且右发动机32被支撑在右机翼上。每个发动机30、32具有转子，所述转子限定了转子爆裂区域38 (图5A)，由于事件或发动机30、32中的一个的操作不一致，可以在所述转子爆裂区域内发生对发动机30、32之间的机身和飞行器系统的损坏。
[0038]复合材料飞行器10可具有任何数量的区段，并且复合材料飞行器10内的飞行器区段或系统的位置有时可被描述为在转子爆裂区域38的前部或后部。地板横梁延伸在机身框架之间以限定在地板横梁上方的乘客舱和保持货物在地板横梁之下的货物区。在机身框架之间延伸的支柱和地板提供了支点以协助硬化复合材料飞行器10的地板。乘客区是增压的，并且全部或部分货物区可以是增压的。管道可通过复合材料飞行器10的冠部伸展(crown run)被定位在乘客舱上方或货物区内的地板之下,例如在机身框架和支柱之间。
[0039]在每个发动机30、32上具有例如高压AC左电力发电机34a、34b和高压AC右电力发电机36a、36b(在下文可被共同地和/或概括地称为“左发电机34”、“右发电机36”或“发电机34、36”)的一个或多个主初级电源。初级电力馈线40a和40b从左发电机34a、34b延伸，并且初级电力馈线42a和42b从右发电机36a、36b延伸。如图1所示,初级电力通过初级电力馈线40a、40b、42a、42b(在下文可被共同地和/或概括地称为“电力馈线40、42”)被分配遍及复合材料飞行器10。在一个或多个发电机34、36故障的情况下，复合材料飞行器10也可以具有冗余的一个或多个高压AC辅助电力单元发电机54以及当发动机30、32不运行时提供电力。当复合材料飞行器10被停放并且发动机不运行时，通过如高压AC外部电力单元56的一个或多个电源可以提供电力给飞行器。
[0040]出于本公开的目的，低压和高压是通常被称为在飞行器工业内或者低压或者高压的那些电压，并且如可在D0-160中说明的，机载装备的环境条件和测试程序，D0-160中的那些电压RTCA股份有限公司公布的用于航空电子硬件的环境测试的标准。在本公开的全文中，230VAC被称为高压，但是在高于或低于230VAC的电压范围内的另一电压也可以被称为高压。同样地，28VDC和115VDC被称为低压，但是高于或低于任一 28VDC和115VDC的电压范围内的另一电压也可以被称为低压。
[0041]图1中的复合材料飞行器10不具有用于容纳电力和通信装备的专用的集中装备底座。所述装备被配置到被称为MEC的模块化电力和通信装备中心中，其被空间地分配遍及复合材料飞行器10。例如，一个或多个MEC被空间地分配到前部区段12、中部区段14以及后部区段16中的每个中。每个MEC提