CN101410298B - 位于飞行器上的应急发电装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在飞行器上的发电装置及方法，该飞行器包括多个发电机(GEN1-GEN4)和多个具有外部进气口的空调机单元(ECS1，ECS2，ECS3，ECS4)。该装置包括控制作为应急发电机的空调机单元的装置和存储装置(30)。

Description

位于飞行器上的应急发电装置及方法
技术领域
本发明涉及一种位于飞行器(例如飞机)上的应急发电装置及方法。
背景技术
在《多电》飞机之后，与现有飞机相比，《全电》飞机发生众多的变化。特别是引擎引气(用于驾驶舱和机舱的空气调节)使用的去除带来了重要变化。按照多电飞机的原理，这种去除意味着需要由飞机上可用的电来保证驾驶舱和机舱的空调。
为了供应这种需要很高电能的空调机，可以以当前在民用客运飞机上可用的电能范围，使用四个分开的发动机以驱动空气压缩机。
图1示出具有传统应急电源装置的全电飞机中的电力***的简化结构。
该结构具有三相交流(AC)(例如230/400伏特AC)的主发电装置和具有高压直流(例如+/-270伏特DC)的混合分布。
在该结构中，主发电装置由四个发电机GEN1，GEN2，GEN3和GEN4实现，每个发电机均提供母线用于三相230伏特AC电分布，这些母线被标记为10，11，12，13。
+/-270伏特DC的高压直流的发电装置(被标记为15，16，17，18的母线)通过整流上述交流电压，例如利用整流自耦变压器单元ATRU1，ATRU2，ATRU3和ATRU4而获得。
空调机***的单元ECS1，ECS2，ECS3，ECS4通过电压逆变器MC1，MC2，MC3，MC4被提供给高压直流。
因此，该飞机电路***包括四个完全隔离的区域20，21，22和23，从而能够在出现故障的情况下在飞机上提供改善的电可用性。
电路的《固有(essentielle)》部分(关键负载25)被连接到《固有》高压直流+/-270伏特DC母线26。如图1所示，该母线26由高压母线15正常地供电。
如图2所示，在所有主发电装置(GEN1，GEN2，GEN3，GEN4)失效的情况下，应急发电机EMER GEN能够向这条固有母线(barrebus essentielle，必需的母线)26供电。在这种情况下，只有电路的关键负载(charge essentielle，或固有负载，或必需的负载)25被供电。
此应急发电机EMER GEN可以是配置在飞机底部的冲压空气涡轮机(RAT)。在《多电》或《全电》飞机中，该涡轮机可以驱动发电机，以及因此向应急电路的关键负载供电。
也可以考虑相似类型的其它发电机：例如，通过煤油或肼运行的涡轮机类型的APU(辅助动力设备)，燃料电池等。
使用冲压空气涡轮机类型的应急发电机具有多个缺点。它的质量和体积不容忽略。在飞机中的安装是限制性的，因为它应该被安置在能够使它正确地暴露在空气中的战略位置：它的性能等级取决于这个位置。差的定位会导致更大的尺寸和重量来获得同样的电量。使用任一其他应急发电机(APU，燃料电池等)也存在类似的缺点。
存在应急电装置无效的第一过渡期：从全部主发电装置失效开始直到应急发电机EMER GEN的有效起动。
事实上，应急发电机EMER GEN的起动时间相对较长。可能超过几秒。在主发电装置失效和起动应急发电机之间的这个过渡期间，关键负载没有接收任何供电，这是不能接受的。
在使用冲压空气涡轮机的情况下，当着陆时可以注意到第二过渡期。事实上，在着陆以后，这样的涡轮机在低速时是无效的。但是，飞机轮子的制动需要不可缺少的电能，这是绝对需要提供的。
本发明的目的是解决与使用作为应急电源的冲压空气涡轮机、和过渡期的存在相关的技术问题。
发明内容
本发明涉及一种位于飞行器(例如飞机)上的电力装置，该飞行器包括多个发电机和多个具有外部进气口的空调机单元，其特征在于，该装置包括控制作为应急发电机的空调机单元的装置和存储装置。
有利地，该装置包括固有母线，其连接到飞行器的关键负载和存储装置上，以及将与空调机单元连接的静态变换器连接到固有母线上的装置。该存储装置可以包括多个装置：蓄电池，超电容器，动力型蓄电池(惯性飞轮)等。有利地，该存储装置包括两个分开的(distinct，不同的)子***：一个子***用于+270伏特DC供电，另一个子***用于-270伏特DC供电。有利地，该存储装置使用通过蓄电池或者超电容器的电化学存储，并且包括两个子组件和两个静态DC/DC变换器。有利地，该存储装置包括有源滤波功能。
本发明还涉及一种在飞行器(例如飞机)上的发电方法，该飞行器包括多个发电机和多个具有外部进气口的空调机单元，其特征在于，在正常运行期间给空调机单元提供高电压，以及在应急运行期间使用空调机单元作为应急发电机，从而在正常运行和应急运行之间的过渡期间以及当飞行器着陆时，通过存储装置来确保供电。
有利地，在正常运行期间，通过被用作逆变器的静态变换器向所述空调机单元供电，并且在应急运行期间，空调机单元通过被用作整流器的静态变换器向固有母线供电，其中飞行器的关键负载和存储装置连接在固有母线上。
本发明涉及一种飞行器，该飞行器包括如上述定义的装置，以及也涉及一种飞行器，该飞行器包括能够执行如上述定义的方法的装置。
本发明具有多个优点，尤其具有以下优点：
-利用空调机单元的功率可逆性，以及更特别地利用空气压缩机的功率可逆性，允许其被用作应急发电机。由于它们的高功率，允许考虑将所有其他类型(RAT，APU，燃料电池，等)发电机去除。空间和重量的节省是有利的。
-在应急发电机不工作的过渡期间，存储装置的安装确保电力***的可用性。这个功能在主发电装置发生故障之后以及当飞机着陆时是尤其有用的。
-存储装置与空调机单元的配合允许不同的控制策略。每个应急发电机的控制的再配置允许在电路(réseau)内较好地管理电压的可用性和质量。此外，存储装置可以在非应急模式中作为无源滤波器以便改善电路内的电压质量。
-使用空调机单元可以缩短在发电装置发生故障之后的过渡期。由于这些空调机单元在故障发生前已经被使用了，因此它们的旋转速度已经很大。因此，空调机单元从空气压缩机模式(正常运行)到发电机模式(应急运行)的切换几乎是瞬时的。对于诸如冲压空气涡轮机，APU，燃料电池等的应急发电机则不是这种情况，它们必须被起动。
附图说明
图1和图2分别示出了在正常运行和应急运行时位于飞行器上的现有技术已知的应急发电装置。
图3和图4分别示出了在正常运行和应急运行时位于飞行器上的本发明的应急发电装置。
具体实施方式
本发明的应急发电装置提供一种电路结构，其中在图1和图2中示出的空调机单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4被作为应急发电机使用。
以简化的方式描述，空调机单元压缩来自飞机外部的空气。在每个单元中，空气压缩机由电旋转机驱动，该电旋转机由用作逆变器的静态变换器MC供电。该压缩机是功率可逆的，也就是说，通过在压缩机的涡轮上注入空气，可能带动它的机械轴旋转。电旋转机以及变换器MC也是功率可逆的。根据本发明，只要飞机速度足够，被用作应急发电机的每个空调机单元均向电源电路供电。
因此，图3示出了全电飞机的电路的简化结构，其中由这些空调机单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4组成的应急发电，已经用在图1和图2中的组件保持相同的标记。
如图3所示，在正常运行时，空调机单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4由母线15，16，17，18供电。
如图4所示，在应急运行时，空调机单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4被用作应急发电机。静态变换器MC1，MC2，MC3和MC4与它们原来的母线15，16，17，18断开。然后，这些变换器被连接到+/-270伏特DC固有母线26上。因此，这些变换器被用作整流器而不再用作逆变器。
即使空调机单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4的效率在应急模式下低于用于空气压缩功能的发动机模式，由于每个单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4的大额定功率，可以(可能)得到必要的功率(puissance conséquente)。
如图3和图4所示，在从正常模式向应急模式切换时，单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4从发动机模式向发电机模式的切换所必需的非常短的过渡期可以由存储装置30保证。在飞行器着陆期间，这个存储***能够保证飞行器制动所需的电的供给。这时，飞行器的速度非常慢以至于不能从单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4获得足够的功率。
有利地，存储装置30包括两个分开的存储子***，一个子***用于+270伏DC供电，另一个子***用于-270伏DC供电。这些子***被直接连接在固有母线26上。在通过蓄电池或超电容器的电化学存储的情况中，这个存储装置30包括两个存储子组件SD1和SD2以及两个静态变换器SC1和SC2。
存储装置30被永久连接在电路上，即使在正常运行时也如此。以这种方式，存储装置能够保持充电。因此，存储装置准备好在主发电装置故障的情况下介入。
存储装置30的一个有意义的功能是其可能吸收由可逆电路负载释放的功率。有源滤波功能也可以添加到存储装置30中，以改善正常模式下的电压质量。
图4示出了在应急运行情况下具有单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4的电路结构。这些不同单元的一种可能的管理策略包括将电路电压的调节交付给存储子组件SD1和SD2。因此，对单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4进行控制以便提供关键负载25要求的电流。以这种方式，存储子组件SD1和SD2能够在电路上保持好的电压质量。并且因此，当单元ECS1，ECS2，ECS3和ECS4不再能够提供飞机着陆时的大功率时，存储子组件是立即可运行的。

Claims (11)

1.一种位于飞行器上的发电装置，所述装置包括：
多个发电机(GEN1-GEN4)，每一个提供用于三相电分布的母线(10，11，12，13)；
高压直流母线(15，16，17，18)，每一个通过整流自耦变压器单元(ATRU1-ATRU4)连接到用于三相电分布的母线(10，11，12，13)之一上；
多个具有外部进气口的空调机单元(ECS1-ECS4)，每一个通过电压逆变器(MC1-MC4)被提供有高压直流；
固有高压直流母线(26)；
用于连接所述空调机单元(ECS1-ECS4)的装置：
在正常运行期间，通过用作逆变器的静态变换器(MC1-MC4)连接至所述高压直流母线(15，16，17，18)，
在应急运行期间，通过用作整流器的静态变换器(MC1-MC4)连接至所述固有高压直流母线(26)；
连接至所述固有高压直流母线(26)的存储装置(30)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述飞行器的关键负载(25)和所述存储装置(30)连接在所述固有高压直流母线(26)上，所述装置包括将与所述空调机单元(ECS1-ECS4)连接的静态变换器(MC1-MC4)连接到所述固有高压直流母线(26)上的装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述存储装置(30)包括蓄电池、超电容器或者动力型蓄电池。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述存储装置(30)包括两个分开的子***：一个子***是用于+270VDC供电，另一个子***是用于-270VDC供电。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述存储装置(30)包括两个子组件(SD1，SD2)和两个静态DC/DC变换器(SC1，SC2)。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述存储装置(30)包括有源滤波功能。
7.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述飞行器是飞机。
8.一种在飞行器上的发电方法，所述飞行器包括多个发电机和多个具有外部进气口的空调机单元，所述方法包括：
在正常运行时所述空调机单元被提供有高电压，以及在应急运行时使用所述空调机单元作为应急发电机，所述空调机单元使用由连接至所述空调机单元的所述外部进气口提供的所述飞行器外部的空气的力来产生电压；以及
在正常运行和应急运行之间的过渡期间以及当所述飞行器着陆时，由存储装置确保供电。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在正常运行时，通过被用作逆变器的静态变换器(MC1-MC4)向所述空调机单元供电，以及在应急运行时，使用所述空调机单元以便其通过被用作整流器的静态变换器(MC1-MC4)向固有母线供电，所述飞行器的关键负载和所述存储装置连接在所述固有母线上。
10.飞行器，包括根据权利要求1-7中任一项所述的装置。
11.飞行器，包括能够用于执行根据权利要求8所述的方法的装置。
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