專利名稱：位于飛行器上的應(yīng)急發(fā)電裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種位于飛行器(例如飛才幾)上的應(yīng)急發(fā)電裝置及 方法。
背景技術(shù)：
在《多電》飛才幾之后，與現(xiàn)有飛4幾相比，《全電》飛才幾發(fā)生眾 多的變化。特別是引擎引氣(用于駕駛艙和機(jī)艙的空氣調(diào)節(jié))使用 的去除帶來了重要變化。4姿照多電飛才幾的原理，這種去除意P未著需 要由飛機(jī)上可用的電來保證駕駛艙和機(jī)艙的空調(diào)。為了供應(yīng)這種需要很高電能的空調(diào)機(jī)，可以以當(dāng)前在民用客運(yùn) 飛才幾上可用的電能范圍，4吏用四個(gè)分開的發(fā)動(dòng)才幾以驅(qū)動(dòng)空氣壓縮 機(jī)。圖1示出具有傳統(tǒng)應(yīng)急電源裝置的全電飛4幾中的電力系統(tǒng)的筒 化結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有三相交流(AC )(例如230/400伏特AC )的主發(fā)電 裝置和具有高壓直流(例如+/-270伏特DC )的混合分布。在該結(jié)構(gòu)中，主發(fā)電裝置由四個(gè)發(fā)電才幾GEN 1 ,GEN2,GEN3和 GEN4實(shí)現(xiàn)，每個(gè)發(fā)電機(jī)均提供母線用于三相230伏特AC電分布， 這些母線^皮才示i己為10， 11， 12, 13。+/-270伏特0(^的高壓直流的發(fā)電裝置(;故標(biāo)記為15， 16， 17, 18的母線)通過整流上述交流電壓，例如利用整流自耦變壓器單元 ATRU1， ATRU2， ATRU3和ATRU4而獲得。空調(diào)機(jī)系統(tǒng)的單元ECS1， ECS2， ECS3, ECS4通過電壓逆變器 MCI, MC2, MC3， MC4被提供給高壓直流。因此，該飛才幾電3各系統(tǒng)包括四個(gè)完全隔離的區(qū)域20， 21， 22 和23,從而能夠在出現(xiàn)故障的情況下在飛才幾上l是供改善的電可用 性。電路的《固有(essentielle )》部分(關(guān)鍵負(fù)載25 )被連接到《固 有》高壓直流+/-270伏特DC母線26。如圖1所示，該母線26由 高壓母線15正常;也供電。如圖2所示，在所有主發(fā)電裝置(GEN1,GEN2，GEN3， GEN4 ) 失效的情況下，應(yīng)急發(fā)電機(jī)EMERGEN能夠向這條固有母線(barre bus essentielle,必需的母線)26供電。在這種情況下，只有電^各的 關(guān)4建負(fù)載(charge essentielle,或固有負(fù)載，或必需的負(fù)載)25被供 電。此應(yīng)急發(fā)電機(jī)EMER GEN可以是配置在飛機(jī)底部的沖壓空氣 渦輪機(jī)(RAT)。在《多電》或《全電》飛機(jī)中，該渦輪機(jī)可以驅(qū)動(dòng) 發(fā)電機(jī)，以及因此向應(yīng)急電路的關(guān)4建負(fù)載供電。也可以考慮相似類型的其它發(fā)電才幾例如，通過煤油或肼運(yùn)行 的渦輪機(jī)類型的APU (輔助動(dòng)力設(shè)備)，燃料電池等。使用沖壓空氣渦輪機(jī)類型的應(yīng)急發(fā)電機(jī)具有多個(gè)缺點(diǎn)。它的質(zhì) 量和體積不容忽略。在飛機(jī)中的安裝是限制性的，因?yàn)樗鼞?yīng)該被安 置在能夠使它正確地暴露在空氣中的戰(zhàn)略位置它的性能等級(jí)取決于這個(gè)位置。差的定位會(huì)導(dǎo)致更大的尺寸和重量來獲得同樣的電量。使用任一其他應(yīng)急發(fā)電機(jī)(APU，燃料電池等)也存在類似的 缺點(diǎn)。存在應(yīng)急電裝置無效的第 一過渡期,人全部主發(fā)電裝置失效開 始直到應(yīng)急發(fā)電才幾EMER GEN的有效起動(dòng)。事實(shí)上，應(yīng)急發(fā)電才幾EMER GEN的起動(dòng)時(shí)間相對(duì)專交長?？赡?超過幾秒。在主發(fā)電裝置失效和起動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)之間的這個(gè)過渡期 間，關(guān)鍵負(fù)載沒有接收任何供電，這是不能接受的。在4吏用沖壓空氣渦4侖才幾的情況下，當(dāng)著陸時(shí)可以注意到第二過 渡期。事實(shí)上，在著陸以后，這樣的渦輪才幾在低速時(shí)是無效的。但 是，飛機(jī)輪子的制動(dòng)需要不可缺少的電能，這是絕對(duì)需要提供的。本發(fā)明的目的是解決與使用作為應(yīng)急電源的沖壓空氣渦輪機(jī)、 和過渡期的存在相關(guān)的技術(shù)問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種位于飛4于器(例如飛4幾)上的電力裝置，該飛 行器包括多個(gè)發(fā)電機(jī)和多個(gè)具有外部進(jìn)氣口的空調(diào)機(jī)單元，其特征 在于，該裝置包括控制作為應(yīng)急發(fā)電機(jī)的空調(diào)機(jī)單元的裝置和存儲(chǔ) 裝置。有利地，該裝置包括固有母線，其連接到飛行器的關(guān)鍵負(fù)載和 存儲(chǔ)裝置上，以及將與空調(diào)機(jī)單元連接的靜態(tài)變換器連接到固有母 線上的裝置。該存儲(chǔ)裝置可以包括多個(gè)裝置蓄電池，超電容器， 動(dòng)力型蓄電池(慣性飛輪)等。有利地，該存儲(chǔ)裝置包括兩個(gè)分開 的(distinct,不同的)子系統(tǒng) 一個(gè)子系統(tǒng)用于+270伏特DC供電， 另一個(gè)子系統(tǒng)用于-270伏特DC供電。有利地，該存儲(chǔ)裝置使用通過蓄電池或者超電容器的電化學(xué)存儲(chǔ)，并且包括兩個(gè)子組件和兩個(gè)靜態(tài)DC/DC變換器。有利地，該存4諸裝置包括有源濾波功能。本發(fā)明還涉及一種在飛行器(例如飛機(jī))上的發(fā)電方法，該飛 行器包括多個(gè)發(fā)電機(jī)和多個(gè)具有外部進(jìn)氣口的空調(diào)機(jī)單元，其特征 在于，在正常運(yùn)行期間給空調(diào)機(jī)單元提供高電壓，以及在應(yīng)急運(yùn)行 期間使用空調(diào)機(jī)單元作為應(yīng)急發(fā)電機(jī)，從而在正常運(yùn)行和應(yīng)急運(yùn)行 之間的過渡期間以及當(dāng)飛行器著陸時(shí)，通過存儲(chǔ)裝置來確保供電。有利地，在正常運(yùn)行期間，通過被用作逆變器的靜態(tài)變換器向 所述空調(diào)機(jī)單元供電，并且在應(yīng)急運(yùn)行期間，空調(diào)機(jī)單元通過被用 作整流器的靜態(tài)變換器向固有母線供電，其中飛行器的關(guān)鍵負(fù)載和 存儲(chǔ)裝置連接在固有母線上。本發(fā)明涉及一種飛行器，該飛行器包括如上述定義的裝置，以 及也涉及一種飛4于器，該飛4于器包括能夠^M于如上述定義的方法的 裝置。本發(fā)明具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，尤其具有以下優(yōu)點(diǎn)-利用空調(diào)4幾單元的功率可逆性，以及更特別i也利用空氣壓縮才幾 的功率可逆性，允許其4皮用作應(yīng)急發(fā)電才幾。由于它們的高功率，允 許考慮將所有其他類型(RAT,APU，燃料電池，等)發(fā)電機(jī)去除?？?間和重量的節(jié)省是有# 'J的。-在應(yīng)急發(fā)電機(jī)不工作的過渡期間，存儲(chǔ)裝置的安裝確保電力 系統(tǒng)的可用性。這個(gè)功能在主發(fā)電裝置發(fā)生故障之后以及當(dāng)飛機(jī)著 陸時(shí)是尤其有用的。-存儲(chǔ)裝置與空調(diào)機(jī)單元的配合允許不同的控制策略。每個(gè)應(yīng) 急發(fā)電機(jī)的控制的再配置允許在電路(r6seau)內(nèi)較好地管理電壓的可用性和質(zhì)量。此外，存儲(chǔ)裝置可以在非應(yīng)急才莫式中作為無源濾波 器以便改善電路內(nèi)的電壓質(zhì)量。- <吏用空調(diào)才幾單元可以縮短在發(fā)電裝置發(fā)生故障之后的過渡 期。由于這些空調(diào)才幾單元在故障發(fā)生前已經(jīng)^皮-使用了 ，因此它們的 旋轉(zhuǎn)速度已經(jīng)很大。因此，空調(diào)機(jī)單元從空氣壓縮機(jī)模式(正常運(yùn) 行)到發(fā)電機(jī);漠式(應(yīng)急運(yùn)行)的切換幾乎是瞬時(shí)的。對(duì)于諸如沖壓空氣渦4侖4幾，APU,燃坤+電池等的應(yīng)急發(fā)電才幾則不是這種情況， 它們必須一皮起動(dòng)。


圖l和圖2分別示出了在正常運(yùn)行和應(yīng)急運(yùn)行時(shí)位于飛行器上 的現(xiàn)有4支術(shù)已知的應(yīng)急發(fā)電裝置。圖3和圖4分別示出了在正常運(yùn)4亍和應(yīng)急運(yùn)行時(shí)位于飛4亍器上 的本發(fā)明的應(yīng)急發(fā)電裝置。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的應(yīng)急發(fā)電裝置提供一種電路結(jié)構(gòu)，其中在圖1和圖2 中示出的空調(diào)機(jī)單元ECS1， ECS2， ECS3和ECS4被作為應(yīng)急發(fā)電 機(jī)使用。以簡4匕的方式描述，空調(diào)才幾單元壓縮來自飛才幾外部的空氣。在 每個(gè)單元中，空氣壓縮4幾由電S走轉(zhuǎn)才幾驅(qū)動(dòng)，該電S走轉(zhuǎn)才幾由用作逆變 器的靜態(tài)變換器MC供電。該壓縮4幾是功率可逆的，也就是說，通 過在壓縮機(jī)的渦4侖上注入空氣，可能帶動(dòng)它的機(jī)械軸旋轉(zhuǎn)。電旋轉(zhuǎn) 機(jī)以及變換器MC也是功率可逆的。根據(jù)本發(fā)明，只要飛機(jī)速度足 夠，纟皮用作應(yīng)急發(fā)電4幾的每個(gè)空調(diào)才幾單元均向電源電i 各供電。因此，圖3示出了全電飛機(jī)的電路的簡化結(jié)構(gòu)，其中由這些空 調(diào)才幾單元ECS1， ECS2, ECS3和ECS4組成的應(yīng)急發(fā)電，已經(jīng)用在 圖1和圖2中的組件保持相同的標(biāo)記。如圖3所示，在正常運(yùn)4亍時(shí)，空調(diào)沖幾單元ECS1， ECS2, ECS3 牙口ECS4由母線15， 16， 17， 18供電。如圖4所示，在應(yīng)急運(yùn)4亍時(shí)，空調(diào)才幾單元ECSl, ECS2, ECS3 和ECS4^皮用作應(yīng)急發(fā)電機(jī)。靜態(tài)變換器MC1， MC2， MC3和MC4 與它們?cè)瓉淼哪妇€15， 16， 17， 18斷開。然后，這些變換器纟皮連 4妄到+A270伏特DC固有母線26上。因此，這些變換器^皮用作整流 器而不再用作逆變器。即使空調(diào)機(jī)單元ECS1, ECS2， ECS3和ECS4的步丈率在應(yīng)急沖莫 式下^f氐于用于空氣壓縮功能的發(fā)動(dòng)枳4莫式，由于每個(gè)單元ECS1, ECS2, ECS3和ECS4的大額定功率，可以(可能)得到必要的功 率(puissance cons6quente )。如圖3和圖4所示，在從正常才莫式向應(yīng)急才莫式切換時(shí)，單元 ECS1, ECS2, ECS3和ECS4從發(fā)動(dòng)機(jī)模式向發(fā)電機(jī)沖莫式的切換所 必需的非常短的過渡期可以由存儲(chǔ)裝置30保證。在飛行器著陸期 間，這個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠保證飛行器制動(dòng)所需的電的供給。這時(shí)，飛 行器的速度非常慢以至于不能從單元ECS1， ECS2, ECS3和ECS4 獲得足夠的功率。有利地，存儲(chǔ)裝置30包括兩個(gè)分開的存儲(chǔ)子系統(tǒng)， 一個(gè)子系 統(tǒng)用于+270伏DC供電，另一個(gè)子系統(tǒng)用于-270伏DC供電。這些 子系統(tǒng)被直接連接在固有母線26上。在通過蓄電池或超電容器的 電化學(xué)存儲(chǔ)的情況中，這個(gè)存儲(chǔ)裝置30包括兩個(gè)存儲(chǔ)子組件SD1 和SD2以及兩個(gè),爭態(tài)變4奐器SC1和SC2。存儲(chǔ)裝置3(H皮永久連接在電路上，即使在正常運(yùn)行時(shí)也如此。以這種方式，存儲(chǔ)裝置能夠保持充電。因此，存儲(chǔ)裝置準(zhǔn)備好在主 發(fā)電裝置故障的情況下介入。存儲(chǔ)裝置30的一個(gè)有意義的功能是其可能吸收由可逆電路負(fù) 載釋》文的功率。有源濾波功能也可,以添加到存^f諸裝置30中，以改 善正常才莫式下的電壓質(zhì)量。圖4示出了在應(yīng)急運(yùn)行情況下具有單元ECS1， ECS2， ECS3 和ECS4的電路結(jié)構(gòu)。這些不同單元的一種可能的管理策略包括將 電3各電壓的調(diào)節(jié)交刊-^會(huì)存^f諸子組件SD1和SD2。因此，對(duì)單元ECS1, ECS2， ECS3和ECS4進(jìn)行控制以便提供關(guān)鍵負(fù)載25要求的電流。 以這種方式，存儲(chǔ)子組件SD1和SD2能夠在電路上保持好的電壓 質(zhì)量。并且因此，當(dāng)單元ECS1， ECS2， ECS3和ECS4不再能夠提 供飛機(jī)著陸時(shí)的大功率時(shí)，存儲(chǔ)子組件是立即可運(yùn)行的。
權(quán)利要求
1.一種位于飛行器上的發(fā)電裝置，所述飛行器包括多個(gè)發(fā)電機(jī)(GEN1-GEN4)和多個(gè)具有外部進(jìn)氣口的空調(diào)機(jī)單元(ECS1，ECS2，ECS3，ECS4)，其特征在于，所述裝置包括用于控制作為應(yīng)急發(fā)電機(jī)的空調(diào)機(jī)單元的裝置和存儲(chǔ)裝置(30)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置包括固有母線(26), 所述飛行器的關(guān)鍵負(fù)載(25 )和所述存儲(chǔ)裝置(30 )連接在所 述母線上，以及將與所述空調(diào)才幾單元(ECS1-ECS4 )連4妄的請(qǐng)爭 態(tài)變換器(MC1-MC4)連接到所述固有母線(26)上的裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述存儲(chǔ)裝置(30)包括 蓄電池、超電容器或者動(dòng)力型蓄電池。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述存儲(chǔ)裝置(30)包括 兩個(gè)分開的子系統(tǒng) 一個(gè)子系統(tǒng)是用于+270VDC供電，另一 個(gè)子系統(tǒng)是用于-270VDC供電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述存儲(chǔ)裝置(30)包括 兩個(gè)子組件(SD1, SD2)和兩個(gè)靜態(tài)DC/DC變換器(SC1, SC2)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述存儲(chǔ)裝置(30)包括 有源濾波功能。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述飛行器是 飛機(jī)。
8. —種在飛行器上的發(fā)電方法，所述飛行器包括多個(gè)發(fā)電機(jī)(GEN1-GEN4 )和多個(gè)具有外部進(jìn)氣口的空調(diào)才幾單元 (ECS1-ECS4)，其特征在于，在正常運(yùn)行時(shí)所述空調(diào)機(jī)單元 (ECS1-ECS4 )被提供有高電壓，以及在應(yīng)急運(yùn)行時(shí)使用所述 空調(diào)4幾單元作為應(yīng)急發(fā)電才幾，在正常運(yùn)^于和應(yīng)急運(yùn)^于之間的過渡期間以及當(dāng)所述飛行器著陸時(shí)，由存儲(chǔ)裝置確保供電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在正常運(yùn)行時(shí)，通過被用 作逆變器的靜態(tài)變換器(MC1-MC4)向所述空調(diào)機(jī)單元供電， 以及在應(yīng)急運(yùn)4亍時(shí)，^f吏用所述空調(diào)4幾單元以1更其通過^皮用作整 流器的靜態(tài)變換器(MC1-MC4)向固有母線供電，所述飛行 器的關(guān)鍵負(fù)載和所述存儲(chǔ)裝置連接在所述固有母線上。
10. 飛行器，包括根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的裝置。
11. 飛行器，包括能夠用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法的裝 置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在飛行器上的發(fā)電裝置及方法，該飛行器包括多個(gè)發(fā)電機(jī)(GEN1-GEN4)和多個(gè)具有外部進(jìn)氣口的空調(diào)機(jī)單元(ECS1，ECS2，ECS3，ECS4)。該裝置包括控制作為應(yīng)急發(fā)電機(jī)的空調(diào)機(jī)單元的裝置和存儲(chǔ)裝置(30)。
文檔編號(hào)B64D13/06GK101410298SQ200780011125
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月4日
發(fā)明者奧利維耶·朗格盧瓦, 艾蒂安·福煦 申請(qǐng)人:法國空中客車公司