模块化装备中心固态初级电力切换网络的制作方法_2

文档序号:8264058阅读:来源:国知局
电力输入;
[0072]将静态反相器同步到供电给所述高压初级电力总线的第一电源的输出频率;
[0073]中断从所述第一初级电源到所述高压初级电力总线的所述高压AC电力输入;
[0074]响应于中断来自所述第一初级电源的所述高压AC电力,提供从所述静态反相器到被耦接到所述高压初级电力总线的备份总线的受控频率输出和电压:
[0075]从所述备份总线中供电给所述高压初级电力总线,直到所述第二初级电源供电给所述高压初级电力总线;
[0076]改变所述静态反相器的所述输出频率,以便匹配所述第二初级电源的输出频率;
[0077]在出现输出频率相匹配时使所述静态反相器离线;
[0078]从所述第二初级电源中供电给所述高压初级电力总线。
[0079]条款34:根据条款33所述的方法,其还包括向所述静态反相器提供DC电力输入的步骤。
[0080]条款35:根据条款34所述的方法,其中提供DC电力输入的所述步骤包括RAM空气涡轮(RAT)在损失所述第一和第二初级电源期间供电给所述静态反相器。
[0081]条款36:根据条款33所述的方法,其还包括从时间限制的电源中向所述静态反相器提供DC电力输入的步骤。
[0082]条款37:根据条款33所述的方法,其中提供从所述静态反相器到备份总线的受控频率输出和电压的步骤包括关闭被耦接在所述静态反相器和所述备份总线之间的固态电力断路器(SSPB)。
[0083]条款38:根据条款37所述的方法,其还包括计算和网络接口(CNI)模块打开和关闭SSPB的步骤,其中所述CNI模块包括硬件和软件。
[0084]条款39:根据条款33所述的方法,其中使所述静态反相器离线的步骤包括打开被耦接在所述静态反相器和所述备份总线之间的固态电力断路器。
[0085]条款40:根据条款33所述的方法,其还包括当失去所述第一和第二初级电源时,从时间限制的电源向所述备份总线提供电力以便供电给关键负荷的步骤。
[0086]条款41.根据条款40所述的方法,其还包括从非关键负荷中隔离所述备份总线的步骤。
[0087]条款42:根据条款40所述的方法,其还包括当所述备份总线由所述静态反相器供电时关闭装备负荷的步骤。
[0088]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】
[0089]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:
[0090]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,
[0091]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,
[0092]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,
[0093]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,
[0094]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,
[0095]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,
[0096]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,
[0097]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,
[0098]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,
[0099]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,
[0100]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,
[0101]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,
[0102]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,
[0103]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,
[0104]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,
[0105]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,
[0106]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,
[0107]图18说明了根据本文公开的至少一个实施例的用于在初级电源之间迅速且透明地切换的快速切断电力传输系统的一种配置;以及
[0108]图19说明了根据本文公开的至少一个实施例的用于在提供的电源之间无中断切换的程序的一种配置。
[0109]在所述公开中的每幅图显示了所呈现的实施例的方面的变化,且只有不同点将会在细节中被论述。
【具体实施方式】
[0110]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。
[0111]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。
[0112]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。
[0113]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。
[0114]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。
[0115]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。
[0116]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提供局部的电力转换并且可以是如以下更详细描述的初级MEC (P-MEC) 44、次级MEC (S-MEC) 46或辅助或备用MEC 48。初级MEC 44、次级MEC 46以及备用MEC 48可一般被称为具有一个或多个可用参考编号44、46、48的“MEC”。初级电力经由电力馈线40、42跨越区段间断处18、20、22,自发电机34、36被分配到MEC44、46、48中的每个初级电力输入端。
[0117]为了优化的容错,飞行器10可以包含被定位于飞行器10的后部中的备用MEC 48和被定位于飞行器10的前部区段12、中部区段14以及后部区段16的每个中的至少两个MEC 44、46。例如,在图1中,通过在每个飞行器区段内具有多个MEC 44、46、48而不必跨越区段间断处18、20、22,可以实现冗余。优选地,每个区段12、14、16包含初级MEC 44和相应的次级MEC 46,从而限定二乘三配置的MEC 44、46加备用MEC 48。如果有四个分离的飞行器区段,那么就有二乘四配置的MEC 44、46。优选地,将MEC 44、46、48沿着飞行器10的长度彼此相对地交替间隔放置在左侧和右侧上。应该理解的是,本公开不限于任何特定数量或配置的MEC 44、46、48。
[0118]装备负荷50可以是飞行器内的各种电气负荷,包含但不限于显示器、风扇、环境单元等等。有时,装备负荷50可以是按照线性可替换单元(LRU)52(图4)的形式。在每个飞行器区段12、14、16内的装备负荷50被分组成一个或多个电力和通信区域。跨越多个系统的每个装备负荷50的区域可以与最近的MEC 44,46关联并且由最近的MEC 44,46服务。优选地,每个装备负荷50的区域位于单一区段内且与位于相同区域内的至少一个MEC关联。优选地,连接电线或线路不跨越区段间断处18、20、22。
[0119]通常,在飞行器10上的任何装备负荷50都要求电力和通信数据。数据被需要以告知装备负荷50做什么,或者提供关于它的当前状态的反馈,同时电力被需要,以便装备负荷50能够执行它的预期功能。如果将电力和数据提供给来自不同装备中心的装备负荷50,并且如果丢失电力或者数据中的一个,那么装备负荷50接着具有不确定的状态。为了避免不确定的状态,每个MEC44、46、48独立地提供电力和通信数据以服务于相关区域内的每个局部装备负荷50。到装备负荷50的电力和数据通信可以是同步的或被分组到一起,因为电力和数据通信被提供给起源于如最近的MEC 44、46、48的单一源的装备负荷50。同步的电力和通信数据有时被称为电力信道。区域内的每个装备负荷50可以从特定的MEC 44、46接收电力,并且因此提供数据到那些相同装备负荷50的网络通信开关由相同的MEC 44、46供电。
[0120]MEC 44、46、48被配置为分配从主电源接收的电力。MEC 44、46、48可以独立地把初级电力转换成次级电力。次级电力可从MEC 44、46、48中分配,以便接着独立地服务于每个区域内的每个装备负荷50,而无需次级支路电力网络延伸跨越区段间断处18、20、22。在这种情况下,初级电力的控制和转换可以被分配到飞行器10的每个区段的每个初级MEC44,以便只有初级电力被分配跨越初级MEC 44间的区段间断处18、20、22。在优选的配置中,只有高压电力馈线和数据基干跨越生产间断处(product1n break)。
[0121]仅跨越区段间断处18、20、22分配初级电力减少了跨越飞行器10的多个区段分配次级电力所要求的线路的总量。这是由于分布式MEC机构在允许次级线路的更短延伸的每个区段内创建了分离的次级电力分配网络。这么做减少了遍及飞行器利用的线路的总重量以及当接合相邻的机身区段时所要求的次级连接的数量。同样地,由于更短的次级电力延伸,与电流返回网络内的实施方式相比,电力馈线延伸的总回路面积减少。而且,由于延伸跨越区段间断处的线路的次级电力网络被限制或消除,因此改进了飞行器生产工艺。由于在飞行器10的最终装配之前减少了对其他区段的依赖,因此延伸跨越区段间断处的减少的次级电力线路更容易被测试且建立之前验证的质量。
[0122]如图1所示,初级电力馈线40a从左发动机30上的发电机34b延伸进入中部区段14到达在中部区段14的左侧上显示的MEC 44,跨越区段间断处20延伸到在前部区段12的左侧上显示的另一个MEC 44,并且然后延伸到在前部区段12的前方的左侧上显示的另一个MEC 44。初级电力馈线40b从左发动机30上的发电机34a延伸进入中部区段14到达左侧上的MEC 44,跨越区段间断处22延伸到左后侧的MEC 44,并且然后延伸到左后侧的MEC 48。电力馈线42a从右发动机32上的发电机36a延伸进入中部区段14中,跨越区段间断处20延伸到前部区段12内的右侧上的MEC 44,并且然后延伸到前部区段12的前方内的右侧上的另一个MEC 44。初级电力馈线42b从右发动机32上的发电机36b延伸进入中部区段14到达中部右MEC 44,跨越区段间断处22延伸到右后侧MEC 44,并且然后延伸到右后侧MEC 44。可替换地,电力馈线40a、40b能够改为提供初级电力给飞行器10的一个或多个区段的右侧上的MEC 44。在这种情况下,电力馈线42a、42b将提供初级电力给飞行器10的一个或多个区段的左侧上的MEC 44。
[0123]同样地,左侧发动机30上的发电机34a、34b之一能够提供初级电力给转子爆裂区域38的前方的飞行器的一侧,并且左发动机30上的发电机34a、34b中的另一个能够提供初级电力给转子爆裂区域38的后方的飞行器10的另一侧。在这种情况下,右发动机32上的发电机36a、36b之一能够将转子爆裂区域38的前部的初级电力提供到由左发电机34a、34b之一供电的相对侧。右发动机32上的发电机36a、36b中的另一个能够将转子爆裂区域38的后部的初级电力提供到由左发电机34a、36b中的另一个供电的相对侧。
[0124]图2说明了相对于飞行器10的转子爆裂区域38分离每台发动机的两个发电机,在发生发动机30、32的操作问题的情况下,这增加了初级电力的可用性。如果丢失发动机30、32之一,或者发动机30、32之一内的发电机34、36故障,则剩余发动机30、32上的两个剩余发电机34a、34b、36a、36b都向飞行器10分配前部和后部初级电力。左发动机30的发电机34a和右发动机32的发电机36a向通过前部连结总线76彼此连接的转子爆裂区域38的前部的一对初级电力切换总线96a供电。左发动机30的发电机34b和右发动机32的发电机36b向通过后部连结总线78连接的转子爆裂区域38的后部的另一对初级电力切换总线96a供电。中部连结总线80将至少一个前部初级电力切换总线96a与至少一个后部初级电力切换总线96a连接。因此,当发动机30、32经受操作
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