一种直升机的发动机启动系统和机载能量管理系统的制作方法

本发明涉及飞机记载能量管理技术领域，特别是涉及一种直升机的发动机启动系统和机载能量管理系统。

背景技术：

现有典型的直升机机载机电系统是由发动机的部分机械能通过传动齿轮箱来启动的，供机载设备正常工作。如图1所示是一典型的直升机的电力系统工作方式。标号110为发动机，105是传动齿轮箱，106是电力系统；发动机110启动前，由电力系统106的蓄电池产生电能通过汇流条启动电机，将电能转化为机械能，再通过传动齿轮箱105中电传动将机械能传到发动机轴，带动发动机110转动；发动机110启动后，发动机110的部分机械能通过传动齿轮箱105传递到电力系统106，电力系统106将机械能转换成电能输出供设备工作。但在高寒低温环境下，启动电机不能有效起动发动机，环控系统采用简单式空气制冷系统，综合性能较低，且从发动机引气量较大，会造成较大的发动机代偿损失。利用发动机进行发电以及利用发动机驱动附件齿轮箱带动液压泵、滑油泵、燃油泵等工作造成发动机机械能损失。

在直升机处于高寒低温环境飞行时，直升机的发动机工作会受到一定的限制，由于直升机的机载设备与环控系统、滑油系统、燃油系统、液压系统的启动均由发动机来供能，所以造成发动机的机械能损失相对较大，因此如何改善直升机的能量管理是本领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种直升机的发动机启动系统，以解决现有直升机在高寒低温环境飞行时，启动电机不能有效起动发动机，环控系统采用简单式空气制冷系统，综合性能较低，且从发动机引气量较大，会造成较大的发动机代偿损失的问题。

本发明的另一个目的是提供一种直升机的机载能量管理系统，已解决现有直升机利用发动机进行发电以及利用发动机驱动附件齿轮箱带动液压泵、滑油泵、燃油泵等工作造成发动机机械能损失的问题。

为实现上述第一个目的，本发明提供了一种直升机的发动机启动系统，所述系统包括发动机、电力系统以及分别与所述发动机连接的传动齿轮箱和辅助动力装置；

所述电力系统与所述传动齿轮箱连接，当空气温度不低于设定温度时，所述电力系统为所述传动齿轮箱提供电能，所述传动齿轮箱将所述电能转化为机械能并将所述机械能传至所述发动机，启动所述发动机；

所述辅助动力装置与所述电力系统连接，当空气温度低于设定温度时，所述电力系统为所述辅助动力装置提供电能，所述辅助动力装置将所述电能转化为气压能，并将所述气压能传至所述发动机，启动所述发动机。

可选的，所述电力系统包括蓄电池、与所述传动齿轮箱中的电机连接的汇流条、以及与所述辅助动力装置连接的输电线。

可选的，所述辅助动力装置包括启动电机、第一燃烧室、涡轮、压气机、供气系统、附件齿轮箱和发电机，

所述启动电机与所述涡轮的转子连接，所述涡轮与所述压气机连接，所述压气机的气压能引气通道与所述发动机的空气涡轮起动机连接；

所述启动电机将来自所述电力系统的电能转换为机械能，带动所述辅助动力装置的发动机的转子转动，所述辅助动力装置的发动机的转子的转速达到启动转速时所述第一燃烧室内的燃油燃烧并带动所述涡轮转动，所述涡轮的机械能传至所述压气机，所述压气机将所述涡轮的机械能转化为气压能传输至所述发动机的空气涡轮起动机，所述发动机的空气涡轮起动机将所述气压能转化为带动所述发动机的核心机转子转动的机械能，启动所述发动机；所述发动机启动后进入稳定运行状态时，所述气压机的气压能引气通道关闭。

可选的，所述启动电机将来自所述电力系统的电能转换为机械能，带动所述辅助动力装置的发动机转子转动，所述辅助动力装置的发动机转子转动的转速达到启动转速时所述第一燃烧室内的燃油燃烧并带动所述涡轮转动，所述涡轮的机械能通过齿轮传递至所述发电机以产生电能，所述发电机将所述电能传输至所述电力系统以存储电能。

为实现上述第二个目的，本发明还提供了一种直升机的机载能量管理系统，所述系统包括如上所述的发动机启动系统、滑油系统、燃油系统和液压系统；

所述发动机启动系统包括发动机、电力系统以及分别与所述发动机连接的传动齿轮箱和辅助动力装置；

所述电力系统分别与所述滑油系统、所述燃油系统和所述液压系统连接，所述电力系统分别为所述滑油系统、所述燃油系统和所述液压系统提供电能；

所述辅助动力装置包括启动电机、第一燃烧室、涡轮、压气机、供气系统、附件齿轮箱和发电机，所述启动电机将来自所述电力系统的电能转换为机械能，带动所述辅助动力装置的发动机的转子转动，所述辅助动力装置的发动机转子转动转速达到启动转速时所述第一燃烧室内的燃油燃烧并带动所述涡轮转动，所述涡轮的机械能通过齿轮传递至所述发电机以产生电能，所述发电机将所述电能传输至所述电力系统以存储电能；

所述辅助动力装置用于在所述发动机启动前为机舱的用电设备提供电能，在空气温度低于设定温度时为所述发动机启动提供气压能，在所述发动机启动后持续产生电能并存储至所述电力系统。

可选的，所述滑油系统根据所述发动机的温差与滑油的散热量确定所述发动机所需滑油量，所述电力系统根据所述发动机所需滑油量为所述滑油系统中的滑油泵提供电能，所述滑油泵将电能转换成机械能，并使滑油依次流经所述发动机的轴承部分、所述传动齿轮箱，吸热后经滑油-冲压空气换热器冷却后流回所述滑油系统中的滑油箱。

可选的，所述燃油系统包括储有燃油的燃油泵和第二燃烧室，所述燃油泵与所述电力系统连接，所述燃油泵利用所述电力系统提供的电能运转，并按照将所述电力系统根据所述直升机的飞行方式确定的所需燃油流量对应的转速转动，将燃油按照所述所需燃油流量泵入所述第二燃烧室。

可选的，所述液压系统包括液压泵，所述液压泵与所述电力系统连接，所述液压泵将所述电力系统提供的电能转化为液压能驱动所述液压系统运转，所述液压系统实现对所述直升机操纵动作的调节，以控制所述直升机的飞行姿态。

可选的，所述系统还包括环控系统，所述环控系统环控包和水分离器，所述发动机启动后，外界冲压空气依次流入所述发动机的一级压气机、二级压气机、高压涡轮及自由涡轮，使所述外界冲压空气被压缩和膨胀，被压缩和膨胀后的气体一部分流经换热器后流入所述环控包，在所述环控包内所述气体与进入所述环控包内的外界冲压空气进行热交换，热交换后的气体进入所述水分离器，经所述水分离器的气体与部分流经滑油-冲压空气换热器的冲压空气与所述外界冲压空气进行热交换，热交换后气体流入舱室。

可选的，所述系统还包括电子舱，所述电子舱内的用电设备与所述电力系统连接，所述电子舱内的蒸发制冷循环器将所述电子舱内产生的热量与外界冲压空气进行换热，将热量排出所述电子舱。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的直升机的发动机启动系统和机载能量管理系统均增设了辅助动力装置(apu)，实现了在高寒低温的环境下，利用发电系统内的蓄电池存储的电能启动apu，apu启动后，由apu的气压能启动发动机，解决了现有直升机在高寒低温环境飞行时，启动电机不能有效起动发动机，环控系统采用简单式空气制冷系统，综合性能较低，且从发动机引气量较大，会造成较大的发动机代偿损失的问题。

并且在发动机启动后，apu产生的机械能通过apu全程发电机全部转化为电能并传至电力系统，并在整个飞行过程中全程发电，供机载设备正常工作所需，可以取消现有直升机中的发动机的电传动部分，从而改善发动机因发电产生的能耗。

发动机启动后，液压系统、滑油系统、燃油系统是通过电力系统的电能启动的，不再利用通过附件齿轮箱传递发动机的部分机械能来启动，可以取消附件齿轮箱，减少了直升机的重量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中机载能量管理系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的机载能量管理系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图2所示，本实施例提供的直升机的发动机启动系统包括发动机215、电力系统207以及分别与所述发动机215连接的传动齿轮箱209和辅助动力装置206。

所述电力系统207与所述传动齿轮箱209连接，当空气温度不低于设定温度时，所述电力系统207为所述传动齿轮箱209提供电能，所述传动齿轮箱209将所述电能转化为机械能并将所述机械能传至所述发动机215，启动所述发动机215。在本实施例中，所述电力系统207包括蓄电池、与所述传动齿轮箱209中的电机连接的汇流条、以及与所述辅助动力装置206连接的输电线。

所述辅助动力装置206与所述电力系统207连接，当空气温度低于设定温度时，所述电力系统207为所述辅助动力装置206提供电能，所述辅助动力装置206将所述电能转化为气压能，并将所述气压能传至所述发动机215，启动所述发动机215。

具体的，本实施例中的所述辅助动力装置包括启动电机、第一燃烧室、涡轮、压气机、供气系统、附件齿轮箱和发电机。

所述启动电机与所述涡轮的转子连接，所述涡轮与所述压气机连接，所述压气机的气压能引气通道与所述发动机的空气涡轮起动机连接；

所述启动电机将来自所述电力系统207的电能转换为机械能，带动所述辅助动力装置的发动机的转子转动，所述辅助动力装置的发动机的转子的转速达到启动转速时所述第一燃烧室内的燃油燃烧并带动所述涡轮转动，所述涡轮的机械能传至所述压气机，所述压气机将所述涡轮的机械能转化为气压能传输至所述发动机215的空气涡轮起动机，所述发动机215的空气涡轮起动机将所述气压能转化为带动所述发动机215的核心机转子转动的机械能，启动所述发动机215；所述发动机215启动后进入稳定运行状态时，所述气压机的气压能引气通道关闭。

所述启动电机将来自所述电力系统207的电能转换为机械能，带动所述辅助动力装置的发动机转子转动，所述辅助动力装置的发动机转子转动的转速达到启动转速时所述第一燃烧室内的燃油燃烧并带动所述涡轮转动，所述涡轮的机械能通过齿轮传递至所述发电机以产生电能，所述发电机将所述电能传输至所述电力系统207以存储电能。

在高寒低温环境下，由于本系统增设了apu206，在直升机的发动机215启动前，由电力系统207内的蓄电池启动apu206，apu206启动后，apu206的引气道打开，外界冲压空气204流入apu206中，由apu206的气压能启动发动机215；发动机215启动后，apu206的引气通道关闭，其正常运行产生的而机械能通过apu206发电机全部转化为电能，存储于电力系统207中。

本实施例提供的直升机的机载能量管理系统包括上述的发动机启动系统、滑油系统、燃油系统和液压系统。即包括发动机215、电力系统207、分别与所述发动机215连接的传动齿轮箱209和辅助动力装置206以及滑油系统216、燃油系统217和液压系统218。

本机载能量管理系统采用apu206全程发电，为直升机机载机电系统提供能量。电力系统207将电能传至机载设备、液压系统218、滑油系统216、燃油系统217使其可以正常工作。采用该方案可以有效改善直升机的能耗代偿问题，减少发动机215因发电、为滑油系统216、燃油系统217、液压系统218供能的能量代偿，提高了发动机能量转化效率，提高apu206的利用率，增设apu206，同时取消了电传动齿轮和附件齿轮箱，从而减轻了直升机的重量。

增设apu206并且apu全程发电分别为滑油系统216、燃油系统217、液压系统218和机载设备提供能量，其供能管路过程如下：

发动机215启动后，apu206的引气通道关闭，其正常运行产生的而机械能通过apu206发电机全部转化为电能，供滑油系统216、燃油系统217、液压系统218和机载设备等正常运转所需。

(1)环控部分

发动机215启动后，外界冲压空气204依次流入所述发动机215的一级压气机211、二级压气机212、高压涡轮213及自由涡轮214，使所述外界冲压空气204被压缩和膨胀，被压缩和膨胀后的气体一部分流经换热器201后流入环控包202，在所述环控包202内所述气体与进入所述环控包202内的外界冲压空气204进行热交换，热交换后的气体进入所述水分离器203，经所述水分离器203的气体与部分流经滑油-冲压空气换热器208的冲压空气与所述外界冲压空气进行热交换，热交换后气体流入舱室205。

(2)滑油系统

发动机215启动后，所述滑油系统216根据所述发动机215的温差与滑油的散热量确定所述发动机215所需滑油量，所述电力系统207根据所述发动机215所需滑油量为所述滑油系统216中的滑油泵提供电能，所述滑油泵将电能转换成机械能，并使滑油依次流经所述发动机215的轴承部分、所述传动齿轮箱209，吸热后经滑油-冲压空气换热器208冷却后流回所述滑油系统216中的滑油箱。apu206的机械能由apu206发电机全部转化为电能传至电力系统207；滑油系统216在电力系统207通过电能使滑油泵工作并转化为机械能，且滑油在滑油泵的驱动下依次流经发动机轴承部分、传动齿轮箱209，吸热后经滑油-冲压空气换热器208冷却后流回滑油系统216。

(3)燃油系统

发动机215启动后，所述燃油系统217中的燃油泵利用所述电力系统207提供的电能运转，并按照将所述电力系统207根据所述直升机的飞行方式确定的所需燃油流量对应的转速转动，将燃油按照所述所需燃油流量泵入所述第二燃烧室，为直升机供能。

(4)液压系统

发动机215启动后，apu206的机械能由apu206发电机全部转化为电能传至电力系统207；通过电力系统207将apu206产生的机械能转化为电能传至液压泵，液压泵将电能转化为液压能以驱动液压系统218运转，为直升机供能。所述液压系统实现对所述直升机操纵动作的调节，以控制所述直升机的飞行姿态。

(5)电力系统

发动机215启动前，先由电力系统207中的蓄电池通过电能使apu206运行，外界冲压空气204进入apu206，apu206的气压能传至发动机215，使发动机215工作；发动机215启动后，apu206的引气通道关闭，apu206产生的机械能由apu206发电机转化为电能并传至电力系统207，供电力系统207运行，从而为滑油系统216、燃油系统217、液压系统218、机载设备提供电能，使其正常工作。

(6)电子舱

电子舱219内的用电设备与所述电力系统207连接，所述电子舱219内的蒸发制冷循环器将所述电子舱219内产生的热量与外界冲压空气204进行换热，将热量排出所述电子舱219。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。