CN110844089B - 用于混合电动***的前馈负载感测 - Google Patents

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Abstract

提供了混合电动***和方法。在一个示例性方面，混合电动***包括发动机、电机，该电机可操作地联接到发动机并构造成在由发动机驱动时产生电力。一个或多个电负载可与电机电连接。发动机的发动机控制器接收指示电负载的负载状态数据，该电负载预期在预定时间与电机电断开或电连接。以这种方式，发动机控制器可以预期电负载变化，并且可以控制发动机以在预期电负载变化时调节其扭矩输出。在另一示例性方面，提供了一种混合电动***，其包括用于基于从混合电动***的电气***的前馈输入接收的负载状态数据来几乎瞬时地对发动机上的负载变化作出反应的特征。

Description

用于混合电动***的前馈负载感测
技术领域
本主题大体涉及混合电动***及其操作方法。
背景技术
混合电动推进***可用于各种应用和许多行业。例如，混合电动***可用于发电，用于推进飞行器，用于为船舶和机动车辆提供动力，以及其他应用。例如，用于飞行器的混合电动推进***通常包括内燃机或其他机械驱动的动力装置，其驱动发电机以产生电力。内燃机还可以驱动飞行器的推力源，例如螺旋桨或风扇。由发电机产生的电能可用于驱动另外的推力源。例如，可以将电力提供给电动机，该电动机利用电力来驱动附加推力源，例如飞行器的另一侧的螺旋桨或风扇。由发电机产生的电力也可用于为飞行器的一个或多个电负载(例如空调单元)供电。
当在发动机上施加扭矩负载的一个或多个电负载停止要求电力或者与***电断开时，发动机上的电负载减小。也就是说，发动机上的扭矩负载减小。当这发生时，发动机的扭矩输出与电气***施加在发动机上的扭矩负载之间的扭矩不平衡随之发生。这可能导致发动机的速度偏移，并且发电机可能导致超速问题，电力质量差(例如，***过电压)，以及发动机温度升高，这可能影响发动机的寿命。此外，快速的电负载变化可能导致重大且不安全的飞行器处理问题和推力不对称。
传统上，直到产生的速度偏移发生时才感测到发动机上的扭矩负载与发动机的扭矩输出之间的扭矩不平衡。当发动机上的扭矩负载与发动机的扭矩输出不平衡时，调节发动机速度以平衡扭矩。虽然使用这种传统方法扭矩最终平衡，但是当发生电负载变化时扭矩可能变得显着不平衡，并且如上所述，由于不平衡扭矩可能导致过多的问题。
因此，解决上述一个或多个挑战的混合电动***和方法将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
在一个方面，本公开涉及一种混合电动***。混合电动***包括被构造为产生扭矩输出的发动机。混合电动***还包括电机，该电机与发动机可操作地联接并且被构造为在由发动机驱动时产生电力。此外，混合电动***包括一个或多个电负载，其与电机选择性地电连接并且被构造为当电连接到电机时从电机接收电力。此外，混合电动***包括发动机控制器，其被构造为控制发动机并与一个或多个电负载通信地联接，发动机控制器被构造为：接收与一个或多个电负载相关联的负载状态数据；基于负载状态数据确定是否预期发动机上的负载变化；至少部分地基于是否预期发动机上的负载变化来产生控制命令。
在一些实施例中，控制命令指示用于改变发动机的扭矩输出的指令。
在一些另外的实施例中，发动机控制器还被构造为：将控制命令传送到发动机的一个或多个部件，用于改变发动机的扭矩输出。
在一些实施例中，发动机的一个或多个部件包括燃料控制装置，其被构造为选择性地控制到发动机的燃料流，并且其中控制命令包括用于控制燃料控制装置以选择性地控制到发动机的燃料流的指令。
在一些实施例中，如果在发动机上预期的负载变化是负载减小，则传送到发动机的一个或多个部件的控制命令包括用于控制燃料控制装置以减少到发动机的燃料流的指令。
在一些实施例中，负载状态数据包括指示预定时间的运行时间指示器，在该预定时间内，混合电动***的一个或多个电负载中的至少一个预期与电机电连接或断开。
此外，在一些实施例中，发动机控制器还被构造为：访问数据库，该数据库将能够与电机电连接的混合电动***的每个电负载与相关负载相关联；并且确定与预期电连接到电机或从电机断开的一个或多个电负载中的至少一个相关联的相关负载。在这样的实施例中，至少部分地基于与预期电连接到电机或从电机断开的一个或多个电负载中的至少一个相关联的相关负载来生成控制命令。
在一些实施例中，与一个或多个电负载相关联的负载状态数据由与一个或多个电负载相关联的感测设备感测。
此外，在一些实施例中，混合电动***是用于飞行器的混合电动推进***。
在一些实施例中，一个或多个电负载包括第二电机，并且其中用于飞行器的混合电动推进***包括：第一推进器，其与发动机可操作地联接并且被构造为在由发动机驱动时产生用于飞行器的推力；第二推进器，其与第二电机可操作地联接并且被构造为在由第二电机驱动时产生用于飞行器的推力。
在另一方面，本公开涉及一种用于操作混合电动***的方法。该方法包括通过发动机的发动机控制器接收与一个或多个电负载相关联的负载状态数据，该一个或多个电负载与电机选择性地电连接，该电机与发动机可操作地联接，该电机被构造为在由发动机驱动时产生电力。该方法还包括通过发动机控制器至少部分地基于负载状态数据来确定发动机上的负载变化被预期还是存在。此外，该方法包括通过发动机控制器至少部分地基于发动机上的负载变化被预期还是存在来控制发动机的扭矩输出。
在一些实施方式中，通过发动机控制器至少部分地基于发动机上的负载变化被预期还是存在来控制发动机的扭矩输出包括调节到发动机的燃料流。
在一些实施方式中，在发动机上的负载变化之前减少到发动机的燃料流。
在一些实施方式中，混合电动***是用于飞行器的混合电动推进***，并且其中一个或多个电负载包括断路器和与断路器选择性地电连接的飞行器***负载，并且其中在断路器处感测到飞行器***负载的负载状态数据。
在一些实施方式中，负载状态数据包括指示预定时间的运行时间指示器，在预定时间内，混合电动***的一个或多个电负载中的至少一个预期增加或减少到超过预定阈值的电力水平消耗水平，并且其中至少部分地基于一个或多个电负载中的至少一个预期增加或减少到超过预定阈值的电力水平消耗水平来控制发动机的扭矩输出。
在另一方面，本公开涉及一种***。该***包括：发动机，其被构造为产生扭矩输出；电机，其与发动机机械地联接，并其被构造为在由发动机驱动时产生电力。此外，该***包括一个或多个电负载，其与电机选择性地电连接并且被构造为在电连接时从其接收电力。此外，该***包括构造用于控制发动机的发动机控制器，发动机控制器与一个或多个电负载通信地联接，发动机控制器被构造为：接收与一个或多个电负载相关联的负载状态数据；基于负载状态数据确定发动机上的负载变化是否存在；并且至少部分地基于发动机上的负载变化是否存在来产生控制命令。
在一些实施例中，控制命令表示用于改变发动机的扭矩输出的指令，并且其中发动机控制器还被构造为：将控制命令传送到发动机。
在一些实施例中，发动机控制器还被构造为：基于来自先前时间步长的负载状态数据来计算发动机上的基线扭矩负载；基于来自当前时间步长的负载状态数据来计算发动机上的当前扭矩负载；并且至少部分地基于发动机上的基线扭矩负载和当前扭矩负载来确定发动机上的负载变化。
在一些实施例中，负载状态数据包括变化指示器，该变化指示器指示在预定间隔内电连接到电机或从电机断开的***的一个或多个电负载中的至少一个，并且其中至少部分地基于变化指示器来产生控制命令。
在一些实施例中，一个或多个电负载包括断路器，该断路器与一个或多个电负载的至少一个其他电负载电联接，该断路器包括与一个或多个电负载的至少一个其他电负载相关联的至少一个断路器开关，并且其中在至少一个断路器开关处感测到与一个或多个电负载中的该一个相关联的负载状态数据。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1提供了根据本公开的示例性实施例的具有混合电动推进***的示例性飞行器的示意性俯视图；
图2提供了图1的第一推进组件的示意性横截面视图，其描绘了与螺旋桨组件可操作地联接的示例性燃气涡轮发动机；
图3描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性控制***；
图4提供了根据本公开的示例性实施例的示例性负载状态数据的框图；
图5提供了图3的发动机控制器的示例数据库；
图6提供了根据本公开的示例性实施例的示例性负载状态数据的框图；
图7提供了根据本公开的示例性实施例的发动机控制器可计算发动机上的电负载变化的示例性方式的框图；
图8以图形方式描绘了在发动机上发生电负载变化时，发动机上的扭矩负载和发动机的扭矩输出作为时间的函数，其使用传统的现有技术控制***来平衡扭矩；
图9以图形方式描绘了在图8的电负载变化期间，发动机的发动机速度作为时间的函数，其使用传统的现有技术控制***来平衡扭矩；
图10以图形方式描绘了在发动机上发生电负载变化时，发动机上的扭矩负载和发动机的扭矩输出作为时间的函数，其使用本公开的控制***来平衡扭矩；
图11以图形方式描绘了在图10的电负载变化期间，发动机的发动机速度作为时间的函数，其使用本公开来平衡扭矩；
图12提供了根据本公开的示例性方面的示例性方法的流程图；和
图13提供了根据本公开的示例实施例的示例计算***。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。此外，如本文所使用的，近似项，例如“近似”，“基本上”或“大约”，是指在百分之十(10％)误差范围内。此外，如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
大体上，本公开涉及一种混合电动***及其方法。例如，混合电动***可以是用于飞行器的混合电动推进***或用于发电的发电机组件。在一个示例性方面，提供了一种混合电动***。混合电动***包括发动机，发动机驱动可操作地连接到其上的电机。在一些情况下，发动机与推进器可操作地联接并驱动推进器以产生用于航行器的推力。当由发动机驱动时电机产生电力。一个或多个电负载可与电机电连接，并且被构造为选择性地从电机接收电力。例如，电负载可以包括电驱动器，该电驱动器被构造为驱动推进器以产生用于航行器和一个或多个飞行器***负载(例如机舱空调单元)的推力。在操作期间，发动机控制器接收负载状态数据，该负载状态数据指示哪些电负载与电机电连接，这些负载的电力需求，以及是否预期任何负载在未来的预定时间与第一电机电断开或电连接。以这种方式，发动机控制器可以确定是否预期发动机上的电负载变化。基于是否预期电负载变化，发动机控制器产生控制命令。控制命令可以代表用于调节发动机的燃料流的指令。控制命令可以被发送到燃料控制装置，该燃料控制装置被构造成选择性地控制到发动机的燃料流，并且更具体地，到发动机的燃烧器的燃料流。为了确保即使当发动机上的电负载改变时发动机的扭矩输出与发动机上的扭矩负载平衡，控制命令包括指令，当执行该指令时，使得发动机在预期发动机上的负载变化时调节其扭矩输出以平衡扭矩。
在另一示例性方面，提供了一种混合电动***。混合电动***可以包括上述所有特征，除了预期电负载变化并且在所预期的电负载变化之前调节发动机的扭矩输出，发动机控制器接收指示至少一个电负载是否已经与电机电连接或断开的负载状态，并且因此，发动机控制器可以确定发动机上的负载是否变化以及变化到何种程度。值得注意的是，发动机控制器从前馈输入或电气地定位在电机下游的部件接收负载状态数据。也就是说，前馈输入是混合电动***的电气***的一部分的部件，该混合电动***不是电机或发电机。随着发动机控制器接收到负载状态数据指示哪个电负载电断开或电连接到电机，在发动机上的负载变化时，发动机控制器产生控制命令以控制发动机的一个或多个部件以调节发动机的扭矩输出。几乎可以立即采取控制命令和动作来调节扭矩输出，因为可以从前馈输入确定发动机上的电负载变化。在本公开的其他示例性方面，提供了一种用于操作混合电动***的方法。
图1提供了可以结合本公开的各种实施例的示例性飞行器10的俯视图。如图所示，飞行器10限定了通过其延伸的纵向中心线14和垂直于纵向中心线14延伸的横向方向L。飞行器10在前端16和后端18之间例如沿纵向中心线14延伸。此外，飞行器10包括从飞行器10的前端16纵向延伸到飞行器10的后端18的机身12和在飞行器10的后端18处的尾翼19。另外，飞行器10包括机翼组件，机翼组件包括第一左舷侧翼20和第二右舷侧翼22。第一翼20和第二翼22各自沿着横向方向L从机身12横向向外延伸。第一翼20和机身12的一部分一起限定飞行器10的第一侧24，并且第二翼22和机身12的另一部分一起限定飞行器10的第二侧26。对于该实施例，飞行器10的第一侧24被构造为飞行器10的左舷侧，并且飞行器10的第二侧26被构造为飞行器10的右舷侧。
每个翼20,22包括各种控制表面，例如襟翼，副翼，装饰表面等，用于控制和操纵飞行器10。飞行器10的尾翼19包括竖直稳定器和一对水平稳定器，竖直稳定器具有用于偏航控制的方向舵襟翼，每个水平稳定器具有用于俯仰控制的升降舵襟翼。然而，应当理解，在本公开的其他示例性实施例中，飞行器10可以附加地或替代地包括任何其他合适的构造。例如，在其他实施例中，飞行器10可包括任何其他稳定器构造。
此外，图1的示例性飞行器10包括混合电动推进***50，其具有第一推进组件52和第二推进组件54。对于所描绘的实施例，第一推进组件52和第二推进组件54均构造成翼安装构造。第一推进组件52安装到第一翼20，第二推进组件54安装到第二翼22。然而，在其他示例性实施例中，第一和第二推进组件52,54中的一个或两个可安装在任何其他合适的位置。
示例性混合电动推进***50的第一推进组件52具有构造成产生扭矩输出的扭矩源和与扭矩源可操作地联接的第一推进器。对于图1所示的实施例，扭矩源是涡轮机，更具体地，扭矩源是构造为逆流涡轮螺旋桨发动机的燃气涡轮发动机100。第一推进器60构造为第一螺旋桨组件。示例性混合电动推进***50还包括第一电机56。第一电机56与燃气涡轮发动机100可操作地联接，并且构造成在由扭矩源或燃气涡轮发动机100驱动时产生电力。在一些实施例中，电机56可以同样用作或充当电动机。
示例性混合电动推进***50的第二推进组件54构造为电动推进组件并且具有电驱动器，该电驱动器构造成驱动与电驱动器可操作地联接的第二推进器。对于图1所示的实施例，电驱动器是第二电机62，并且第二推进器64是第二螺旋桨组件。第二电机62可选择性地电连接到第一电机56并且构造成从第一电机56接收电力。第二电机62将电力转换为扭矩输出以驱动第二推进器64以产生推力。
示例性混合电动推进***50还包括能量存储单元55，电力总线58和***控制器70。第二电机62，能量存储单元55和第一电机56均可通过电力总线58的一条或多条有线或无线通信线路彼此电连接。例如，电力总线58可包括各种开关或可移动的其他电力电子设备，以选择性地电连接混合电动推进***50的各种部件。另外，电力总线58还可以包括电力电子设备，例如逆变器，转换器，整流器等，用于调节或转换混合电动推进***50内的电力，并且还用于修改提供给混合电动推进***50内的各种部件的电力的量，或者从混合电力推进***50内的各种部件中提取的电力的量。
***控制器70构造成在混合电动推进***50的各个部件之间分配电力。例如，***控制器70可以与电力总线58(包括一个或多个开关或其他电力电子设备)一起操作，以向混合电动推进***50的电气***的各种部件(例如电机56和电能存储单元55)提供电力或从其获取电力，以在各种操作模式之间操作混合电动推进***50并执行各种功能。
***控制器70可以是专用于混合电动推进***50的独立控制器，或者替代地，可以结合到飞行器10的主***控制器或计算***中的一个或多个。此外，燃气涡轮发动机100包括用于控制燃气涡轮发动机100的发动机控制器101。发动机控制器101可以是例如配备有全权数字发动机控制(FADEC)的电子发动机控制器(EEC)或电子控制单元(ECU)。发动机控制器101包括用于执行各种操作和功能(例如用于控制燃气涡轮发动机100的扭矩输出)的各种部件。***控制器70和发动机控制器101可以以与下面参考图13描述的示例性计算***500基本相同的方式构造(并且可以被构造为执行如下面所描述的示例性方法(300)的一个或多个功能)。
另外，电能存储单元55可以构造为一个或多个电池，例如一个或多个锂离子电池，或者替代地可以构造为任何其他合适的电能存储装置。应当理解，对于本文描述的混合电动推进***50，电能存储单元55被构造为存储相对较大量的电力。类似地，应当理解，电机56是相对较大的电机，其被构造为在至少某些操作期间产生相对较大量的电力。
图2提供了图1的第一推进组件52的示意性横截面视图，其描绘了可结合本文公开的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机100和第一推进器60。对于图2所示的实施例，燃气涡轮发动机100是构造为如前所述的涡轮螺旋桨发动机的逆流发动机。
如图所示，燃气涡轮发动机100限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向中心线102延伸)，径向方向R和围绕轴向方向A设置的周向方向(未示出)。燃气涡轮发动机100包括设置在第一推进器60下游的核心涡轮发动机106。第一推进器60可与核心涡轮发动机106一起操作并由其驱动。
所示的示例性核心涡轮发动机106包括大致沿轴向方向A延伸的基本上管状的外壳体108。外壳体108通常包围核心涡轮发动机106，并且可以由单个壳体或多个壳体形成。核心涡轮发动机106以串行流动关系包括压缩机区段120、燃烧区段150、涡轮区段170和排气区段180。压缩机区段120包括轴向压缩机122和定位在轴向压缩机122下游的离心式叶轮130。燃烧区段150包括围绕纵向中心线102设置并沿周向方向间隔开的多个燃料喷嘴156。燃烧区段150还包括燃烧器152。燃烧器152限定燃烧室154。涡轮区段170包括HP涡轮172和LP涡轮174。对于该实施例，HP涡轮172是用于为压缩机区段120提供动力的气体发生涡轮。LP涡轮174是自由或动力涡轮，其独立于气体发生涡轮(或者对于该实施例，HP涡轮172)绕纵向中心线102旋转。压缩机区段120，燃烧区段150，涡轮区段170和排气区段180彼此流体连通并且限定核心空气流动路径110。
高压(HP)轴或线轴112(或者对于该实施例，气体发生轴)将HP涡轮172驱动地连接到压缩机122。低压(LP)轴或线轴114(或者对于该实施例，动力涡轮轴)将LP涡轮174驱动地连接到第一推进器60。对于所示的实施例，第一推进器60是可变桨距螺旋桨，其具有沿周向方向以间隔开的方式联接到盘82的多个螺旋桨叶片80。如图所示，螺旋桨叶片80通常沿径向方向R从盘82向外延伸。借助于螺旋桨叶片80可操作地联接到合适的致动构件84，每个螺旋桨叶片80可相对于盘82绕俯仰轴线P旋转，该致动构件84构造成一致地共同改变螺旋桨叶片80的桨距。螺旋桨叶片80，盘82和致动构件84一起可跨越动力齿轮箱86通过LP轴114绕纵向轴线102旋转。动力齿轮箱86包括多个齿轮，用于将LP轴114的旋转速度降低到更有效的旋转速度，并且通过一个或多个联接***附接到芯框架或风扇框架中的一个或两个。特别地，LP轴114驱动容纳在动力齿轮箱86内的齿轮系，该齿轮系反过来经由输出轴88以减小的RPM可操作地向第一推进器60提供动力。盘82由可旋转的旋转器或前毂90覆盖，该旋转器或前毂90在空气动力学上成形为促进通过多个螺旋桨叶片80的气流。此外，值得注意的是，第一电机56与LP轴114可操作地联接。以这种方式，在燃气涡轮发动机100的操作期间，第一电机56产生电力。
在燃气涡轮发动机100的操作期间，一定量的空气190穿过第一推进器60的叶片80并被推向核心涡轮发动机106的环形入口104。更具体地，燃气涡轮发动机100包括入口本体105，入口本体105限定环形入口104，环形入口104将一部分空气流190从入口104向下游导向到压缩机区段120。压缩机区段120包括轴向压缩机122，轴向压缩机122包括压缩机定子轮叶124的一个或多个连续级、压缩机转子叶片126的一个或多个连续级以及叶轮130。压缩机定子轮叶124的一个或多个连续级联接到外壳108，并且压缩机转子叶片126联接到HP轴112以逐渐压缩空气流190。叶轮130进一步压缩空气190并将压缩空气190引导到燃烧区段150中，在燃烧区段150中空气190与燃料混合。燃烧器152燃烧空气/燃料混合物以提供燃烧气体192。
燃烧气体192流过HP涡轮172，HP涡轮172包括涡轮定子轮叶176的一个或多个连续级以及涡轮叶片178的一个或多个连续级。涡轮定子轮叶176的一个或多个连续级联接到外壳体108，并且涡轮叶片178联接到HP轴112以从燃烧气体192提取热能和/或动能。燃烧气体192随后流过LP涡轮174，其中通过联接到LP轴114的涡轮定子轮叶176和涡轮叶片178的附加级提取能量的额外量。从HP涡轮172提取的能量通过HP轴112支持轴向压缩机122和叶轮130的操作，并且从LP涡轮机174提取的能量通过LP轴114以及第一电机56支持第一推进组件52的操作。燃烧气体192通过排气区段180离开燃气涡轮发动机100。
应当理解，图2中描绘的示例性燃气涡轮发动机100仅作为示例，并且在其他示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可以具有任何其他合适的构造。例如，应当理解，在其他示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可以替代地构造为任何其他合适的涡轮发动机，例如涡轮风扇发动机，涡轮喷气发动机，内燃发动机等。此外，尽管上述燃气涡轮发动机100是用于固定翼或旋翼飞行器(例如图1的飞行器10)的航空燃气涡轮发动机，但在其他示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可被构造为在任何数量的应用中使用的任何合适类型的燃气涡轮发动机，例如陆基，工业燃气涡轮发动机或航改式燃气涡轮发动机。另外，在其他示例性实施例中，涡轮发动机可包括任何合适数量的压缩机，涡轮，轴等。例如，如将理解的，HP轴112和LP轴114可以进一步联接到任何合适的装置以用于任何合适的目的。例如，在某些示例性实施例中，图2的燃气涡轮发动机100可用于驱动直升机的主旋翼，可用于航改应用等。另外，在其他示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可包括任何其他合适类型的燃烧器，并且可不包括所示的示例性逆流燃烧器。
再次参考图1，在一些情况下，由混合电动推进***50的电气***施加在燃气涡轮发动机100上的扭矩负载可能突然且快速地改变，例如，由于电负载被从负载中电移除。因此，导致燃气涡轮发动机100的扭矩输出与燃气涡轮发动机100上的扭矩负载之间的不匹配。扭矩输出和扭矩负载的不匹配可能导致许多不期望的后果。例如，由于快速的电负载变化，特别是在快速电负载下降或电机转矩损失期间，可能导致推力不对称或显著的飞行器处理问题。例如，如果第一电机56由于检测到的故障或其他故障而发生故障或下降离线，则依靠第一电机56获取电力的第二电机62将停止产生输出扭矩以驱动第二推进组件128，并且发动机100上的电负载将迅速减小或下降。类似地，第二电机62的突然损失或故障将导致第一电机56上的负载或反扭矩快速下降到零(0)，并且发动机100上的电负载将快速减小或下降。这可能导致第一电机56和/或燃气涡轮发动机100超速。此外，在这种情况下，由第二推进组件128产生的推力将快速下降，并且由于第一电机56和最终发动机100上的电负载被移除，由于在发动机100的扭矩输出保持不变的情况下第一电机56上的反扭矩下降到零(0)，由第一推进组件116产生的推力迅速增加。因此，结果是推力不对称。
根据本公开的示例性方面，混合电动推进***50包括控制***200，该控制***200包括使用来自电负载的前馈输入的特征，该电负载接收由第一电机56产生的电力，以快速且自动地在这种电负载快速变化的情况下采取行动。此外，在本公开的一些示例性方面中，控制***200包括使用来自电负载的前馈输入的特征，该电负载接收由第一电机56产生的电力，以预测这种快速电负载变化并相应地采取行动。以这种方式，混合电动推进***50的控制***200被构造成在发动机100加速和减速以使其扭矩输出与发动机100上的电气***的扭矩负载匹配时，快速且自动地在之前或微秒量级上解决电负载变化。发动机100可能需要几秒钟来加速或减速。因此，控制***200被构造为在该过渡时段期间采取快速和自动动作。下面提供示例性控制***。
图3描绘了根据本公开的示例性实施例的用于控制混合电动***的示例性控制***200。例如，如图3所示，控制***200可用于控制图1的飞行器10的示例性混合电动推进***50的各个方面。
如图所示，混合电动推进***50包括构造成产生扭矩输出的扭矩源。更具体地，对于该实施例，扭矩源是图1和2的燃气涡轮发动机100。燃气涡轮发动机100包括燃料控制装置160，燃料控制装置160构造成选择性地控制到燃气涡轮发动机100的燃料流。例如，燃料控制装置160可以沿燃料喷嘴156(图2)和燃料箱之间的燃料管线定位。燃料控制装置160与发动机控制器101通信地联接，如图3所示。基于来自发动机控制器101的一个或多个控制信号，燃料控制装置160可以在关闭位置和打开位置之间移动。燃料控制装置160可以在无限多个打开位置和关闭位置之间移动，例如通过使用比例控制阀，或者可以在单个打开位置和关闭位置之间切换。如果燃气涡轮发动机100上的电负载变化或扭矩负载是负载减小，则一个发动机控制器101构造成启动燃料控制装置160以减少或切断到燃气涡轮发动机100的燃料流。例如，发动机控制器101可以基于一个或多个控制信号启动燃料控制装置160以移动到关闭位置，例如，以减少到燃气涡轮发动机100的燃料流。通过减少到燃气涡轮发动机100的燃料流，燃气涡轮发动机100的输出扭矩减小，允许发动机输出扭矩下降以匹配燃气涡轮发动机100上的扭矩负载(或电负载)。
电机与扭矩源可操作地联接。对于该实施例，电机是第一电机56，因此，第一电机56与燃气涡轮发动机100可操作地联接。第一电机56构造为在由燃气涡轮发动机100驱动时产生电力。以这种方式，在燃气涡轮发动机100的操作期间，第一电机56可以在一些情况下用作发电机。
如图3中进一步描绘的，一个或多个电负载210可选择性地与第一电机56电连接。对于该实施例，多个电负载210可选择性地与第一电机56电连接。电负载210被构造为在与其电连接时接收由第一电机56产生的电力。对于图3所示的实施例，电负载210包括第二电机62，***控制器70，能量存储装置55，断路器212，以及一个或多个飞行器***负载214，一个或多个飞行器***负载214包括第一负载216，第二负载218和N负载220。任何合适数量的飞行器***负载214可以电连接到第一电机56，由N负载220表示。示例飞行器***负载214可包括飞行器10的空调单元，泵或风扇，显示器，数据处理单元，通信单元，其他子***，其某些组合等。值得注意的是，发动机控制器101与电负载210通信地联接。
根据本公开的示例性方面，在一些实施例中，发动机控制器101被构造为接收与一个或多个电负载210相关联的负载状态数据。然后，发动机控制器101被构造为基于负载状态数据来确定是否预期燃气涡轮发动机100上的负载变化。然后，发动机控制器101构造成至少部分地基于是否预期燃气涡轮发动机100上的负载变化来产生控制命令。在一些实施例中，控制命令表示用于改变燃气涡轮发动机100的扭矩输出的指令，例如，用于减少到燃气涡轮发动机100的燃料流的指令。此外，在一些实施例中，在发动机控制器101产生控制命令之后，发动机控制器101将控制命令传送到燃气涡轮发动机100，更具体地，控制命令被传送到燃料控制装置160，使得可调节到燃气涡轮发动机100的燃料流，以平衡燃气涡轮发动机100的扭矩输出和由混合电动***50的电气***施加在燃气涡轮发动机100上的扭矩负载。
例如，在操作期间，发动机控制器101接收与一个或多个电负载210相关联的负载状态数据。负载状态数据可以从电负载210，从感测装置222导向到发动机控制器101，感测装置222被构造为感测与如图3所示的电负载210，***控制器70，飞行器10(图1)的其他***，其组合等相关的负载状态数据。发动机控制器101可以以预定间隔(例如，微秒量级的时间步长)接收与一个或多个电负载210相关联的负载状态数据。
图4提供了示例性负载状态数据240的框图。如图所示，对于该实施例，负载状态数据240指示连接的电负载242，或者换句话说，指示与第一电机56电连接的电负载210。此外，负载状态数据240指示电连接到第一电机56(图3)的电负载210的电力需求244。此外，对于该实施例，负载状态数据240还包括运行时间指示器246，其指示一个或多个电负载210预期或被安排为离线的时间段。换句话说，运行时间指示器246指示一个或多个电负载210预期或被安排为与第一电机56电断开的时间段。此外，在一些实施例中，负载状态数据240指示预期或被安排上线的一个或多个电负载210(即，一个或多个电负载210预期或被安排为在预定时间与第一电机56电连接并从第一电机56接收电力)。运行时间指示器246可以指示一个或多个电负载210预期或被安排上线的预定时间。因此，当电负载变化是燃气涡轮发动机100上的负载增加时，燃气涡轮发动机100的扭矩输出可以匹配或几乎匹配由电气***施加在燃气涡轮发动机100上的增加的扭矩负载。
作为示例，参考图3和图4，假设第一负载216是用于飞行器10(图1)的机舱的空调单元，并且第一负载216与第一电机56电连接。负载状态数据240可以经由负载状态数据240的连接的电负载242部分来指示第一负载216在线(即，第一负载216与第一电机56电连接并且从第一电机56接收电力)。负载状态数据240还可以经由负载状态数据240的电力需求244部分指示第一负载216所需的电力。此外，负载状态数据240的运行时间指示器246可以指示第一负载216已经操作多长时间以及第一负载是否被预期或被安排为离线，并且如果是，则预期第一负载216何时离线。例如，假设运行时间指示器246例如基于机舱的冷却速率和所感测到的机舱温度接近设定温度，指示第一负载216预期在大约十(10)秒内离线。另外，负载状态数据240还可以指示关于第二负载218和与第一电机56电连接的所有其他电负载的类似信息。
在发动机控制器101接收到与一个或多个电负载210相关联的负载状态数据240之后，发动机控制器101基于负载状态数据240来确定是否预期燃气涡轮发动机100上的负载变化。继续上面的示例，第一负载216的运行时间指示器246指示第一负载216预期在大约十(10)秒内离线。基于负载状态数据240并且特别是运行时间指示器246，发动机控制器101确定燃气涡轮发动机100上的负载变化即将来临，并且因此预期电负载变化。特别地，由于第一负载216施加在燃气涡轮发动机100上的负载的大小，发动机控制器101确定可在大约十(10)秒内导致燃气涡轮发动机100和/或第一电机56的显著速度偏移。因此，可以采取如下所述的动作。
然后，发动机控制器101至少部分地基于是否预期燃气涡轮发动机100上的负载变化来产生控制命令。例如，如果发动机控制器101确定预期燃气涡轮发动机100上的负载变化，则发动机控制器101产生控制命令。如果发动机控制器101确定没有预期燃气涡轮发动机100上的负载变化，则可以产生控制命令以命令燃气涡轮发动机100恢复当前操作。或者，在某些情况下可以不生成控制命令。
在一些实施例中，特别是当预期燃气涡轮发动机100上的电负载变化时，控制命令表示用于改变燃气涡轮发动机100的扭矩输出的指令。继续上面的示例，认识到第一负载216的运行时间指示器246指示第一负载216预期在大约十(10)秒内离线，并且第一负载216离线将导致燃气涡轮发动机100上的电负载变化，控制命令可以包括用于改变燃气涡轮发动机100的扭矩输出的指令，以这样的方式，燃气涡轮发动机100的扭矩输出匹配或几乎匹配燃气涡轮发动机100上的扭矩负载，尽管电负载变化。如果预期电负载变化为燃气涡轮发动机100上的负载减小(即，当前与第一电机56电连接的电负载210中的一个被预期或安排为离线)，则指令可包括用于减少燃气涡轮发动机100的扭矩输出的指令。另一方面，如果预期电负载变化为燃气涡轮发动机100上的负载增加(即，预期另一电负载210上线)，则指令可包括用于减少燃气涡轮发动机100的扭矩输出的指令。
作为一个示例，如果预期电负载变化为燃气涡轮发动机100上的负载减小，则可以将控制命令通信到燃料控制装置160，使得在第一负载216离线之前的预定时间减少到燃气涡轮发动机100的燃料流。以这种方式，燃气涡轮发动机100可“减速”或降低其速度以减小其扭矩输出，以匹配由第一负载216离线引起的减小的扭矩负载。因此，传送到燃气涡轮发动机100的控制命令包括用于控制燃料控制装置160以选择性地控制到燃气涡轮发动机100的燃料流的指令。如果在燃气涡轮发动机100上预期的负载变化是负载减小，则传送到燃气涡轮发动机100的控制命令包括用于控制燃料控制装置160以减少到燃气涡轮发动机100的燃料流的指令。例如，控制命令可以包括在燃气涡轮发动机100上的预期的负载变化之前大约两(2)秒到达燃料控制装置160以减少燃料流的指令。如果在燃气涡轮发动机100上预期的负载变化是负载增加，则传送到燃气涡轮发动机100的控制命令包括用于控制燃料控制装置160以增加到燃气涡轮发动机100的燃料流的指令。
图5提供了图3的发动机控制器101的示例数据库230。如图所示，数据库230将每个电负载210与相关联的负载232关联。特定电负载210的相关联负载232指示特定电负载210例如在正常条件下的电力操作范围。对于该示例，第一负载216具有相关的X单位电力的负载，第二负载218具有相关的Y单位电力的负载，并且N负载220具有相关的Z单位电力的负载。继续上述示例，在一些实施例中，当第一负载216在大约(10)秒内离线时，为了平衡燃气涡轮发动机100的扭矩输出使其尽可能接近燃气涡轮发动机100上的扭矩负载，发动机控制器101预测燃气涡轮发动机100上的负载变化。更具体地，发动机控制器101访问数据库230，该数据库230将可与第一电机56电连接的每个电负载210与相关联的负载232相关联。一旦被访问，发动机控制器101确定与预期离线的电负载210相关联的相关负载。继续上述示例，当预期第一负载216离线时，发动机控制器101确定与第一负载216相关联的负载，在该示例中，其是X单位电力。
基于与第一负载216相关联的确定的负载，发动机控制器101可以预测燃气涡轮发动机100上的电负载变化。通过预测燃气涡轮发动机100上的电负载变化，可以提高用于改变燃气涡轮发动机100的扭矩输出的控制命令的指令的精度，使得燃气涡轮发动机100上的扭矩输出和扭矩负载可以在电负载变化时更好地平衡。例如，发动机控制器101可以确定燃料流减少，以实现燃气涡轮发动机100的扭矩输出，该扭矩输出将在预期的电负载变化发生时(例如，当第一负载216离线时)匹配或几乎匹配燃气涡轮发动机100上的扭矩负载。
另外，在一些实施例中，如果预期一个或多个负载在将来的预定时间上线，如由负载状态数据240的运行时间指示器246所确定的，则发动机控制器101可以确定与预期上线的一个或多个电负载相关联的负载或者多个负载，例如，通过访问数据库230并确定与上线电负载相关联的负载或多个负载。以这种方式，燃气涡轮发动机100的扭矩输出可以更精确地增加，以反映由于附加的电负载或多个电负载上线而在燃气涡轮发动机100上增加的扭矩负载。
再次参考图3，在一些实施例中，发动机控制器101构造成接收表示燃气涡轮发动机100的扭矩输出的性能参数。例如，性能参数可以是燃气涡轮发动机100的旋转部件(例如压缩机叶片的级)的速度。性能参数可用于确定燃气涡轮发动机100的扭矩输出。因此，性能参数向发动机控制器101提供关于燃气涡轮发动机100上的预期电负载变化之前的燃气涡轮发动机100的扭矩输出的信息。以这种方式，特别是当燃气涡轮发动机100以低操作速度操作时，可以确保燃气涡轮发动机100的扭矩输出不会低于或超过驱动第一和第二推进器60,64(图1和3)用于安全飞行所需的扭矩输出。因此，在这样的实施例中，控制命令由发动机控制器101至少部分地基于性能参数来生成。
此外，在一些实施例中，一旦实际发生预期的电负载变化，发动机控制器101被构造为接收指示燃气涡轮发动机100上的扭矩负载的性能参数。例如，性能参数可以是由第一电机56产生的电流，第一电机56的输出电压，电机56的旋转部件的速度，其某些组合等。指示燃气涡轮发动机100上的扭矩负载的性能参数可用于确定燃气涡轮发动机100的扭矩输出是否与通过混合电动***50的电气***施加在燃气涡轮发动机100上的扭矩负载匹配或平衡。如果扭矩不平衡，则可以产生另一个控制命令并将其传送到燃料控制装置160以调节到燃气涡轮发动机100的燃料流，例如，以调节燃气涡轮发动机100的扭矩输出。
根据本公开的另一示例性方面，在一些实施例中，发动机控制器101被构造为接收与一个或多个电负载210相关联的负载状态数据。然后，发动机控制器101被构造为基于负载状态数据确定燃气涡轮发动机100上的负载变化是否存在。然后，发动机控制器101构造成至少部分地基于燃气涡轮发动机100上的负载变化是否存在来产生控制命令。因此，在这样的示例性实施例中，一旦发生电负载变化，就基于前馈输入采取动作，如下面将进一步解释的。
如上所述，在操作期间，发动机控制器101接收与一个或多个电负载210相关联的负载状态数据。负载状态数据可以从前馈输入导向到发动机控制器101。例如，前馈输入可以包括电负载210，被构造为感测如图3所示的相关电负载210的负载状态数据的感测装置222，***控制器70，断路器212或定位在第一电机56的电气下游的飞行器10(图1)的其他***。发动机控制器101可以以预定间隔(例如，微秒量级的时间步长)接收与一个或多个电负载210相关联的负载状态数据。
图6提供了示例性负载状态数据240的框图。如图所示，对于该实施例，负载状态数据240指示连接的电负载242，或者换句话说，指示与第一电机56电连接的电负载210。此外，负载状态数据240指示电连接到第一电机56(图3)的电负载210的电力需求244。此外，对于该实施例，负载状态数据240包括指示一个或多个电负载210的变化指示器248，一个或多个电负载210在预定时间间隔内(例如，在微秒量级的时间步长)离线或上线。在一些情况下，变化指示器248可以指示已经离线的电负载210和已经上线的电负载210。
作为示例，参考图3和图6，假设第二负载218是用于飞行器10(图1)的机舱照明单元，并且机舱照明单元与第一电机56电连接并从第一电机56接收电力。在第一时间步长，负载状态数据240可以经由负载状态数据240的连接的电负载242部分指示第二负载218在线(即，第二负载218与第一电机56电连接并且从第一电机56接收电力)。负载状态数据240还可以经由负载状态数据240的电力需求244部分指示第二负载218的电力需求。此外，负载状态数据240的变化指示器248可以指示与第一电机56电连接的电负载210中没有一个在预定间隔期间已经离线或上线。然而，在第二时间步长，负载状态数据240的连接的电负载242部分可以指示在线的电负载210并且负载状态数据240的电力需求244部分可以指示与第一电机56电连接的电负载210的电力需求。此外，负载状态数据240的变化指示器248可以指示第二负载218已经在预定间隔内离线。负载状态数据240的变化指示器248还可以指示已经离线或上线的其他电负载210。
在发动机控制器101接收到与一个或多个电负载210相关联的负载状态数据240之后，发动机控制器101基于负载状态数据240确定燃气涡轮发动机100上的负载变化是否存在。继续上面的示例，假设变化指示器248指示在预定间隔期间仅第二负载218离线。因此，基于负载状态数据240并且特别是变化指示器248，发动机控制器101确定燃气涡轮发动机100上的负载变化存在。因此，燃气涡轮发动机100上的扭矩负载减小。然而，可以采取如下所述的动作。
然后，发动机控制器101至少部分地基于燃气涡轮发动机100上的负载变化是否存在来产生控制命令。例如，如果发动机控制器101确定燃气涡轮发动机100上的负载变化存在，则发动机控制器101产生控制命令。如果发动机控制器101确定燃气涡轮发动机100上的负载变化不存在，则可以产生控制命令以命令燃气涡轮发动机100恢复当前操作。或者，在某些情况下可以不生成控制命令。
在一些实施例中，特别是当燃气涡轮发动机100上的电负载变化存在时，控制命令指示用于改变燃气涡轮发动机100的扭矩输出的指令。继续上述示例，识别出负载状态数据的变化指示器248指示第二负载218已经在预定间隔内离线，由发动机控制器101产生的控制命令可以包括用于改变燃气涡轮发动机100的扭矩输出的指令，以这样的方式，燃气涡轮发动机100的扭矩输出匹配或几乎匹配燃气涡轮发动机100上的扭矩负载，尽管电负载变化。更具体地，由于当前电负载变化是燃气涡轮发动机100上的负载减小，所以控制命令包括用于减小燃气涡轮发动机100的扭矩输出的指令。如果当前电负载变化是燃气涡轮发动机100上的负载增加，则控制命令可以包括用于减小燃气涡轮发动机100的扭矩输出的指令。
作为一个示例，如果当前电负载变化是燃气涡轮发动机100上的负载减小，则可以将控制命令传送到燃料控制装置160，使得到燃气涡轮发动机100的燃料流减少或者降低。以这种方式，燃气涡轮发动机100可“减速”或降低其速度以减小其扭矩输出，以匹配由第二负载218离线引起的减小的扭矩负载。因此，传送到燃气涡轮发动机100的控制命令包括用于控制燃料控制装置160以选择性地控制到燃气涡轮发动机100的燃料流的指令。如果燃气涡轮发动机100上的当前电负载变化是负载增加，则传送到燃气涡轮发动机100的控制命令包括用于控制燃料控制装置160以增加到燃气涡轮发动机100的燃料流的指令。
在一些实施例中，参考图3，图6和图7，为了更好地控制到燃气涡轮发动机100的燃料流以便由于电负载变化而增加或减小燃气涡轮发动机100的扭矩输出，从而匹配燃气涡轮发动机100上的扭矩负载，发动机控制器101可以计算燃气涡轮发动机100上的电负载变化。图7提供了发动机控制器101可以计算电负载变化的示例性方式。对于每个预定间隔或时间步长，发动机控制器101可以例如通过将电连接到第一电机56的每个电负载210的电力需求和由第一电机56自身施加在燃气涡轮发动机100上的负载加在一起，来计算燃气涡轮发动机100上的总电负载或扭矩负载。为了计算燃气涡轮发动机100上的电负载变化或扭矩负载增量，发动机控制器101基于来自先前时间步长250的负载状态数据241计算燃气涡轮发动机100上的基线扭矩负载252。在发生下一时间步长时，发动机控制器101基于来自当前时间步长254的负载状态数据240计算燃气涡轮发动机100上的当前扭矩负载256。此后，发动机控制器101至少部分地基于燃气涡轮发动机100上的基线扭矩负载252和当前扭矩负载256来确定燃气涡轮发动机100上的电负载变化。例如，可以从当前扭矩负载256中减去基线扭矩负载252，以确定燃气涡轮发动机100上的电负载变化。如果差值为负，则电负载变化是燃气涡轮发动机100上的负载降低或减小的扭矩负载，相反，如果差值为正，则电负载变化是燃气涡轮发动机100上的负载增加或增加的扭矩负载。基于所确定的电负载变化，发动机控制器101可以产生具有用于调节到燃气涡轮发动机100的燃料流的更准确指令的控制命令。
值得注意的是，当发动机控制器101从第一电机56的电气下游的电气部件或负载接收负载状态数据240时，发动机控制器101可以几乎瞬时(即，在几毫秒或几微秒内)开始调节燃料流，使得燃气涡轮发动机100的扭矩输出更紧密地匹配由混合电动***50的电气***施加在燃气涡轮发动机100上的扭矩负载。
例如，假设飞行员关闭与第一电机56电连接的机舱空调单元。替代地，对在第一电机56和燃气涡轮发动机100处获取或测量的参数作出反应以匹配扭矩，定位在第一电机56电气下游的前馈输入用于更快地对电负载变化作出反应。特别地，负载状态数据240可以从开关电子器件，从断路器212，从传感装置222等立即发送到燃气涡轮发动机100的发动机控制器101，使得发动机控制器101可以采取进一步的动作以减少到发动机的燃料流。
重要的是，对电负载变化的快速(例如，几毫秒或几微秒量级)反应能力具有许多益处。例如，到燃气涡轮发动机的燃料可以在电负载变化的几毫秒内被调节，与例如传统反动***的几秒相对。因此，可以减少燃气涡轮发动机和第一电机56的速度偏移。这可以提高燃气涡轮发动机100和第一电机56或发电机的寿命。此外，这可以更好地保持电力输出质量(例如，用于同步发电应用)，推力稳定性，过电压和/或超速裕度。此外，随着速度偏移的幅度减小，可以以减小的重量/成本使用低惯性发电机。此外，由于操作线不匹配的减少，可以实现降低的压缩机喘振风险。
图8以图形方式示出了在发动机上发生电负载变化时发动机上的扭矩负载和发动机的扭矩输出作为时间的函数，其使用传统的现有技术控制***来平衡扭矩，图9以图形方式示出了在电负载变化期间发动机的发动机速度作为时间的函数，其使用传统的现有技术控制***来平衡转矩。如图8所示，在电负载变化之前，该电负载变化在这种实例中是发动机上的负载下降，发动机上的扭矩负载和发动机的扭矩输出是平衡的。然而，在发生电负载下降时，扭矩负载迅速减小并且发动机的扭矩输出在瞬态时段内持续稳定，在该瞬态时段内尽管发动机上的扭矩负载减小，但燃料流保持相同。最终，在发动机和***的发电机处感测到的参数指示存在扭矩不平衡，并且相应地到发动机的燃料被减少。因此，扭矩输出减小以最终与扭矩负载平衡。如图9所示，在电负载下降期间，当电负载离线时，发动机的速度快速增加。发动机经历具有振幅A1的速度偏移。当在瞬态时段之后扭矩变得平衡时，发动机速度稳定。
图10以图形方式描绘了在发动机上发生电负载变化时发动机上的扭矩负载和发动机的扭矩输出作为时间的函数，其使用本公开的控制***来平衡扭矩，并且图11以图形方式描绘了在电负载变化期间发动机的发动机速度作为时间的函数，其使用本公开来平衡扭矩。如图10所示，在电负载变化之前，该电负载变化在这种实例中是发动机上的负载下降，发动机上的扭矩负载和发动机的扭矩输出是平衡的。在发生电负载下降时，扭矩负载迅速减小，并且值得注意的是，发动机的扭矩输出也快速减小以与扭矩负载平衡或尽可能接近地匹配。通过比较图8的曲线图和图10的曲线图，如图所示，图10中发动机的扭矩输出与发动机上的扭矩负载平衡比图8中扭矩输出与扭矩负载平衡更接近。通过使用前馈输入和/或预期电负载下降，在发生电负载变化时可以更好地平衡扭矩。如图11所示，在电负载下降期间，当电负载离线时，发动机的速度仅略微增加。发动机经历具有幅度A2的速度偏移。通过比较图9的曲线图和图11的曲线图，如图所示，图9的曲线图中描绘的发动机的速度偏移的幅度A2大于图11中描绘的幅度A1。因此，如图所示，本公开的示例性控制***可以在电负载变化期间限制燃气涡轮发动机100的速度偏移，并且虽然未示出，但是本公开的示例性控制***可以在电负载变化期间限制第一电机56的速度偏移。
图12提供了用于操作用于飞行器的混合电动推进***的示例性方法(300)的流程图。例如，混合电动推进***和飞行器可以是混合电动推进***50，并且飞行器可以是图1和2的飞行器10。
在(302)处，方法(300)包括通过发动机的发动机控制器接收与一个或多个电负载相关联的负载状态数据，该一个或多个电负载与电机可选择性地电连接，电机与发动机可操作地联接，电机被构造为在由发动机驱动时产生电力。
在(304)处，方法(300)包括通过发动机控制器至少部分地基于负载状态数据来确定发动机上的负载变化被预期还是存在。
在(306)处，方法(300)包括通过发动机控制器至少部分地基于发动机上的负载变化被预期还是存在来控制发动机的扭矩输出。
在一些实施方式中，通过发动机控制器至少部分地基于发动机上的负载变化被预期还是存在来控制发动机的扭矩输出包括调节到发动机的燃料流。在一些实施方式中，在发动机上的负载变化之前调节到发动机的燃料流。例如，如果预期发动机上的负载减小，则在发动机上的负载减小之前减少燃料流。另一方面，如果预期发动机上的负载增加，则在发动机上的负载增加之前增加燃料流或者燃料控制装置移动到更开放的位置。
在一些实施方式中，一个或多个电负载210包括断路器212，断路器212与一个或多个电负载210中的至少一个其他电负载电联接。在这样的实施方式中，如图3所示，断路器212包括与一个或多个电负载210中的至少一个其他电负载相关联的至少一个断路器开关224。在这样的实施方式中，在至少一个断路器开关224处感测与一个或多个电负载210中的一个其他电负载相关联的负载状态数据240(图4)。通过在断路器212处(例如在断路器开关224处)感测其他电负载的负载状态数据240，提供用于感测电连接到第一电机56的电负载的中心位置。
在一些实施方式中，混合电动***是用于例如如图1所示的飞行器的混合电动推进***。在这样的实施方式中，再次参考图3，一个或多个电负载210包括断路器212和可与断路器212电连接的飞行器***负载214。在这样的实施方式中，飞行器***负载214的负载状态数据240(图4)在断路器212处被感测。在一些进一步的实施方式中，多个飞行器***负载214可与断路器212电连接。在这样的实施方式中，在断路器212处感测多个飞行器***负载214的负载状态数据。如上所述，通过在断路器212处(例如，在断路器开关224处)感测飞行器***负载214的负载状态数据240，提供用于感测电连接到第一电机56的电负载的中心位置。
在一些实施方式中，负载状态数据包括指示预定时间的运行时间指示器，在该预定时间内，混合电动***的一个或多个电负载中的至少一个预期增加或减少到超过预定阈值的电力水平消耗水平。在这样的实施方式中，至少部分地基于一个或多个电负载中的至少一个是否预期增加或减少到超过预定阈值的电力水平消耗水平来控制发动机的扭矩输出。
例如，假设飞行器10(图1)具有飞行控制***，该飞行控制***被构造为在起飞和着陆期间辅助飞行员，并且飞行控制***从第一电机56接收电力。进一步假设飞行员已成功起飞并即将开始飞行的巡航阶段。另外假设飞行控制***，认识到飞行员已经显著降低了飞行器10的爬升率并且稳定了高度，已经安排飞行控制***以在巡航阶段期间减少其动力模式(例如，进入睡眠动力模式)。这样，运行时间指示器可以指示飞行控制***预期降低其电力消耗水平，例如，当其从活动模式切换到睡眠模式时。如果飞行控制***的电力水平消耗的下降超过预定阈值，则至少部分地基于由飞行控制***切换电力模式引起的预期电力变化来控制发动机的扭矩输出。
图13提供了根据本公开的示例实施例的示例计算***500。例如，计算***500可以用于混合电动推进***50的发动机控制器101或***控制器70。计算***500可包括一个或多个计算装置510。计算装置510可以包括一个或多个处理器510A和一个或多个存储器装置510B。一个或多个处理器510A可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器，微控制器，集成电路，逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置510B可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质，RAM，ROM，硬盘驱动器，闪存驱动器和/或其他存储器装置。
一个或多个存储器装置510B可以存储可由一个或多个处理器510A访问的信息，包括可以由一个或多个处理器510A执行的计算机可读指令510C。指令510C可以是任何指令集，当由一个或多个处理器510A执行时，使得一个或多个处理器510A执行操作。在一些实施例中，指令510C可以由一个或多个处理器510A执行以使得一个或多个处理器510A执行操作(诸如计算***500和/或计算装置510被构造用于的任何操作和功能)，这些操作用于操作如本文所述的混合电动推进***(例如，方法(300))，和/或一个或多个计算装置510的任何其他操作或功能。因此，方法300可以是计算机实施的方法，使得示例性方法(300)的每个步骤由一个或多个计算装置(诸如计算***500的示例性计算装置510)执行。指令510C可以是以任何合适的编程语言编写的软件或者可以以硬件实施。附加地和/或替代地，指令510C可以在处理器510A上的逻辑和/或虚拟分离的线程中执行。存储器装置510B还可以存储数据510D，数据510D可以由处理器510A访问。例如，数据510D可包括指示电力流动的数据，指示混合电动推进***中的各种负载的电力需求的数据，指示混合电动推进***(包括混合电动推进***的涡轮机)的操作参数的数据，指示混合电动推进***的维护操作的数据，指示混合电动推进***(包括混合电动推进***的涡轮机)的操作模式的数据等。
计算装置510还可以包括网络接口510E，其用于例如与***500的其他组件通信(例如，经由网络)。网络接口510E可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适的部件，包括例如发射器，接收器，端口，控制器，天线和/或其他合适的部件。一个或多个外部装置(诸如外部遥控器)可以被构造为从计算装置510接收一个或多个命令，或者向计算装置510提供一个或多个命令。
本文讨论的技术参考基于计算机的***和由基于计算机的***采取的动作，以及发送到基于计算机的***的信息和来自基于计算机的***的信息。本领域普通技术人员将认识到，基于计算机的***的固有灵活性允许部件之间和部件中的各种可能的构造，组合以及任务和功能的划分。例如，这里讨论的处理可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施。数据库，存储器，指令和应用程序可以在单个***上实现，也可以跨多个***分布。分布式部件可以顺序或并行操作。
尽管各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出而在其他附图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，可以结合任何其他附图的任何特征来参考和/或要求保护附图的任何特征。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或***以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种混合电动***，包括：发动机，所述发动机被构造为产生扭矩输出；电机，所述电机与所述发动机可操作地联接，并且被构造为在由所述发动机驱动时产生电力；一个或多个电负载，所述一个或多个电负载能够与所述电机选择性地电连接，并且被构造为当电连接到所述电机时从所述电机接收电力；发动机控制器，所述发动机控制器被构造为控制所述发动机并且与所述一个或多个电负载通信地联接，所述发动机控制器被构造为：接收与所述一个或多个电负载相关联的负载状态数据；基于所述负载状态数据来确定是否预期所述发动机上的负载变化；和至少部分地基于是否预期所述发动机上的所述负载变化来产生控制命令。
2.根据任何在前条项的混合电动***，其中所述控制命令表示用于改变所述发动机的所述扭矩输出的指令。
3.根据任何在前条项的混合电动***，其中所述发动机控制器进一步被构造为：将所述控制命令传送到所述发动机的一个或多个部件，用于改变所述发动机的所述扭矩输出。
4.根据任何在前条项的混合电动***，其中所述发动机的所述一个或多个部件包括燃料控制装置，所述燃料控制装置被构造为选择性地控制到所述发动机的燃料流，并且其中所述控制命令包括用于控制所述燃料控制装置以选择性地控制到所述发动机的所述燃料流的指令。
5.根据任何在前条项的混合电动***，其中如果在所述发动机上预期的所述负载变化是负载减小，则传送到所述发动机的所述一个或多个部件的所述控制命令包括用于控制所述燃料控制装置以减少到所述发动机的所述燃料流的指令。
6.根据任何在前条项的混合电动***，其中所述负载状态数据包括指示预定时间的运行时间指示器，在所述预定时间内，所述混合电动***的所述一个或多个电负载中的至少一个预期与所述电机电连接或断开。
7.根据任何在前条项的混合电动***，其中所述发动机控制器进一步被构造为：访问数据库，所述数据库将能够与所述电机电连接的所述混合电动***的每个电负载与相关负载相关联；和确定与预期为电连接到所述电机或从所述电机断开的所述一个或多个电负载中的所述至少一个相关联的相关负载；其中至少部分地基于与预期为电连接到所述电机或从所述电机断开的所述一个或多个电负载中的所述至少一个相关联的所述相关负载来生成所述控制命令。
8.根据权利要求1所述的混合电动***，其中与所述一个或多个电负载相关联的所述负载状态数据由与所述一个或多个电负载相关联的感测装置感测。
9.根据任何在前条项的混合电动***，其中所述混合电动***是用于飞行器的混合电动推进***。
10.根据任何在前条项的混合电动***，其中所述一个或多个电负载包括第二电机，并且其中用于所述飞行器的所述混合电动推进***包括：
第一推进器，所述第一推进器与所述发动机可操作地联接，并且被构造成为在由所述发动机驱动时产生用于所述飞行器的推力；和
第二推进器，所述第二推进器与所述第二电机可操作地联接，并且被构造为在由所述第二电机驱动时产生用于所述飞行器的推力。
11.一种用于操作混合电动***的方法，所述方法包括：通过发动机的发动机控制器接收与一个或多个电负载相关联的负载状态数据，所述一个或多个电负载能够与电机选择性地电连接，所述电机与所述发动机可操作地联接，所述电机被构造为在由所述发动机驱动时产生电力；通过所述发动机控制器至少部分地基于所述负载状态数据来确定所述发动机上的负载变化是被预期还是存在；和通过所述发动机控制器至少部分地基于所述发动机上的所述负载变化是被预期还是存在来控制所述发动机的扭矩输出。
12.根据权利要求11所述的方法，其中通过所述发动机控制器至少部分地基于所述发动机上的所述负载变化是被预期还是存在来控制所述发动机的所述扭矩输出包括调节到所述发动机的燃料流。
13.根据任何在前条项的方法，其中在所述发动机上的所述负载变化之前减少到所述发动机的所述燃料流。
14.根据任何在前条项的方法，其中所述混合电动***是用于飞行器的混合电动推进***，并且其中所述一个或多个电负载包括断路器和飞行器***负载，所述飞行器***负载能够与所述断路器选择性地电连接，并且其中在所述断路器处感测到所述飞行器***负载的所述负载状态数据。
15.根据任何在前条项的方法，其中所述负载状态数据包括指示预定时间的运行时间指示器，在所述预定时间内，所述混合电动***的所述一个或多个电负载中的至少一个预期增加或减少到超过预定阈值的电力水平消耗水平，并且其中至少部分地基于所述一个或多个电负载中的所述至少一个是否预期增加或减少到超过所述预定阈值的所述电力水平消耗水平来控制所述发动机的所述扭矩输出。
16.一种***，包括：发动机，所述发动机被构造为产生扭矩输出；电机，所述电机与所述发动机机械地联接，并且被构造为在由所述发动机驱动时产生电力；一个或多个电负载，所述一个或多个电负载能够与所述电机选择性地电连接，并且被构造为在电连接时从其接收电力；发动机控制器，所述发动机控制器被构造为用于控制所述发动机，所述发动机控制器与所述一个或多个电负载通信地联接，所述发动机控制器被构造为：接收与所述一个或多个电负载相关联的负载状态数据；基于所述负载状态数据来确定所述发动机上的负载变化是否存在；并且至少部分地基于所述发动机上的所述负载变化是否存在来产生控制命令。
17.根据任何在前条项的***，其中所述控制命令表示用于改变所述发动机的所述扭矩输出的指令，并且其中所述发动机控制器进一步被构造为：将所述控制命令传送到所述发动机。
18.根据任何在前条项的***，其中所述发动机控制器进一步被构造为：基于来自先前时间步长的负载状态数据来计算所述发动机上的基线扭矩负载；基于来自当前时间步长的所述负载状态数据来计算所述发动机上的当前扭矩负载；并且至少部分地基于所述发动机上的所述基线扭矩负载和所述当前扭矩负载来确定所述发动机上的所述负载变化。
19.根据任何在前条项的***，其中所述负载状态数据包括变化指示器，所述变化指示器指示在预定间隔内已与所述电机电连接或断开的所述***的所述一个或多个电负载中的至少一个，并且其中至少部分地基于所述变化指示器来产生所述控制命令。
20.根据任何在前条项的***，其中所述一个或多个电负载包括断路器，所述断路器与所述一个或多个电负载中的至少一个其他电负载电联接，所述断路器包括至少一个断路器开关，所述至少一个断路器开关与所述一个或多个电负载中的所述至少一个其他电负载相关联，并且其中在所述至少一个断路器开关处感测到与所述一个或多个电负载中的所述一个其他电负载相关联的所述负载状态数据。

Claims (20)

1.一种混合电动***，其特征在于，包括：
发动机，所述发动机被构造为产生扭矩输出；
电机，所述电机与所述发动机可操作地联接，并且被构造为在由所述发动机驱动时产生电力；
一个或多个电负载，所述一个或多个电负载能够与所述电机选择性地电连接，并且被构造为当电连接到所述电机时从所述电机接收电力；
发动机控制器，所述发动机控制器被构造为控制所述发动机并且与所述一个或多个电负载通信地联接，所述发动机控制器被构造为：
接收与所述一个或多个电负载相关联的负载状态数据，其中所述负载状态数据包括运行时间指示器，所述运行时间指示器指示所述一个或多个电负载预期与所述电机电连接或电断开的时间段；
基于所述负载状态数据来确定是否预期所述发动机上的负载变化；和
至少部分地基于是否预期所述发动机上的所述负载变化来产生控制命令。
2.根据权利要求1所述的混合电动***，其特征在于，其中所述控制命令表示用于改变所述发动机的所述扭矩输出的指令。
3.根据权利要求2所述的混合电动***，其特征在于，其中所述发动机控制器进一步被构造为：
将所述控制命令传送到所述发动机的一个或多个部件，用于改变所述发动机的所述扭矩输出。
4.根据权利要求3所述的混合电动***，其特征在于，其中所述发动机的所述一个或多个部件包括燃料控制装置，所述燃料控制装置被构造为选择性地控制到所述发动机的燃料流，并且其中所述控制命令包括用于控制所述燃料控制装置以选择性地控制到所述发动机的所述燃料流的指令。
5.根据权利要求4所述的混合电动***，其特征在于，其中如果在所述发动机上预期的所述负载变化是负载减小，则传送到所述发动机的所述一个或多个部件的所述控制命令包括用于控制所述燃料控制装置以减少到所述发动机的所述燃料流的指令。
6.根据权利要求1所述的混合电动***，其特征在于，其中所述运行时间指示器指示预定时间，在所述预定时间内，所述混合电动***的所述一个或多个电负载中的至少一个预期与所述电机电连接或断开。
7.根据权利要求6所述的混合电动***，其特征在于，其中所述发动机控制器进一步被构造为：
访问数据库，所述数据库将能够与所述电机电连接的所述混合电动***的每个电负载与相关负载相关联；和
确定与预期为电连接到所述电机或从所述电机断开的所述一个或多个电负载中的所述至少一个相关联的相关负载；
其中至少部分地基于与预期为电连接到所述电机或从所述电机断开的所述一个或多个电负载中的所述至少一个相关联的所述相关负载来生成所述控制命令。
8.根据权利要求1所述的混合电动***，其特征在于，其中与所述一个或多个电负载相关联的所述负载状态数据由与所述一个或多个电负载相关联的感测装置感测。
9.根据权利要求1所述的混合电动***，其特征在于，其中所述混合电动***是用于飞行器的混合电动推进***。
10.根据权利要求9所述的混合电动***，其特征在于，其中所述一个或多个电负载包括第二电机，并且其中用于所述飞行器的所述混合电动推进***包括：
第一推进器，所述第一推进器与所述发动机可操作地联接，并且被构造成为在由所述发动机驱动时产生用于所述飞行器的推力；和
第二推进器，所述第二推进器与所述第二电机可操作地联接，并且被构造为在由所述第二电机驱动时产生用于所述飞行器的推力。
11.一种用于操作混合电动***的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过发动机的发动机控制器接收与一个或多个电负载相关联的负载状态数据，所述一个或多个电负载能够与电机选择性地电连接，所述电机与所述发动机可操作地联接，所述电机被构造为在由所述发动机驱动时产生电力，其中所述负载状态数据包括运行时间指示器，所述运行时间指示器指示所述一个或多个电负载预期与所述电机电连接或电断开的时间段；
通过所述发动机控制器至少部分地基于所述负载状态数据来确定所述发动机上的负载变化是被预期还是存在；和
通过所述发动机控制器至少部分地基于所述发动机上的所述负载变化是被预期还是存在来控制所述发动机的扭矩输出。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中通过所述发动机控制器至少部分地基于所述发动机上的所述负载变化是被预期还是存在来控制所述发动机的所述扭矩输出包括调节到所述发动机的燃料流。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中在所述发动机上的所述负载变化之前减少到所述发动机的所述燃料流。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中所述混合电动***是用于飞行器的混合电动推进***，并且其中所述一个或多个电负载包括断路器和飞行器***负载，所述飞行器***负载能够与所述断路器选择性地电连接，并且其中在所述断路器处感测到所述飞行器***负载的所述负载状态数据。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中所述运行时间指示器指示预定时间，在所述预定时间内，所述混合电动***的所述一个或多个电负载中的至少一个预期增加或减少到超过预定阈值的电力水平消耗水平，并且其中至少部分地基于所述一个或多个电负载中的所述至少一个是否预期增加或减少到超过所述预定阈值的所述电力水平消耗水平来控制所述发动机的所述扭矩输出。
16.一种***，其特征在于，包括：
发动机，所述发动机被构造为产生扭矩输出；
电机，所述电机与所述发动机机械地联接，并且被构造为在由所述发动机驱动时产生电力；
一个或多个电负载，所述一个或多个电负载能够与所述电机选择性地电连接，并且被构造为在电连接时从其接收电力；
发动机控制器，所述发动机控制器被构造为用于控制所述发动机，所述发动机控制器与所述一个或多个电负载通信地联接，所述发动机控制器被构造为：
接收与所述一个或多个电负载相关联的负载状态数据，其中所述负载状态数据包括运行时间指示器，所述运行时间指示器指示所述一个或多个电负载预期与所述电机电连接或电断开的时间段；
基于所述负载状态数据来确定所述发动机上的负载变化是否存在；并且
至少部分地基于所述发动机上的所述负载变化是否存在来产生控制命令。
17.根据权利要求16所述的***，其特征在于，其中所述控制命令表示用于改变所述发动机的所述扭矩输出的指令，并且其中所述发动机控制器进一步被构造为：
将所述控制命令传送到所述发动机。
18.根据权利要求16所述的***，其特征在于，其中所述发动机控制器进一步被构造为：
基于来自先前时间步长的负载状态数据来计算所述发动机上的基线扭矩负载；
基于来自当前时间步长的所述负载状态数据来计算所述发动机上的当前扭矩负载；并且
至少部分地基于所述发动机上的所述基线扭矩负载和所述当前扭矩负载来确定所述发动机上的所述负载变化。
19.根据权利要求16所述的***，其特征在于，其中所述负载状态数据包括变化指示器，所述变化指示器指示在预定间隔内已与所述电机电连接或断开的所述***的所述一个或多个电负载中的至少一个，并且其中至少部分地基于所述变化指示器来产生所述控制命令。
20.根据权利要求16所述的***，其特征在于，其中所述一个或多个电负载包括断路器，所述断路器与所述一个或多个电负载中的至少一个其他电负载电联接，所述断路器包括至少一个断路器开关，所述至少一个断路器开关与所述一个或多个电负载中的所述至少一个其他电负载相关联，并且其中在所述至少一个断路器开关处感测到与所述一个或多个电负载中的所述一个其他电负载相关联的所述负载状态数据。
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