專利名稱：飛行器中的多源電功率分配的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于飛行器的電功率分配系統(tǒng)和向飛行器系統(tǒng)提供電功率的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，為了向重要的和不重要的電負載提供電功率，飛行器依靠由推進式燃氣 渦輪發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機，并且在某些情況下依靠輔助功率單元(APU)，其獨立于發(fā)電機而 產(chǎn)生功率。在這些系統(tǒng)故障的情況下，使用“沖壓空氣渦輪”(RAT)來維持給予重要的飛行 器負載的功率。重要的飛行器負載包括航空電子系統(tǒng)(例如)以及任何其它的對飛行關(guān)鍵 的設(shè)備。不重要的飛行器負載包括艙室照明、食物準備和娛樂系統(tǒng)(例如)以及其它對飛 行并不關(guān)鍵的設(shè)備。RAT包括渦輪/推進器，其能夠從飛行器的底架(under-carriage)可 伸縮地釋放，以便延伸到外部氣流中以由此被驅(qū)動，并且因此驅(qū)動發(fā)電機。RAT效率低，因 為幾乎所有的時間，它們都沒有被利用，它們還給飛行器增加了重量。另外，按年度執(zhí)行在 飛行器(on-board)上沒有乘客的情況下的測試飛行要求對RAT進行功能性測試。RAT和 ATO兩者是產(chǎn)生功率的低效率的方式，并且由于環(huán)境和成本的考慮，存在在任何可能的情況 下減少航空燃料消耗的需要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種向飛行器提供電功率的方法，其包括從多個功率源選擇性地獲 得(source)功率,功率源包括由發(fā)動機驅(qū)動的一個或多個發(fā)電機以及從包括一個或多個 電存儲裝置、一個或多個燃料電池以及一個或多個熱電功率源的組中選擇的至少一個其它 的功率源。
另外，本發(fā)明提供了一種用于飛行器的電功率分配系統(tǒng)，其包括多個不同的電功 率源，其包括一個或多個由發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機以及從包括一個或多個電存儲裝置、一個 或多個燃料電池以及一個或多個熱電功率源的組中選擇的至少一個其它的功率源；以及電 功率總線，借助于電功率總線，電功率源可連接到飛行器的負載，該系統(tǒng)具有可操作來從各 個功率源中選擇性地獲得功率的控制器。


參照附圖，僅以示例的方式，下文有本發(fā)明的實施例的詳細描述，其中圖1為說明功率分配系統(tǒng)的實施例的結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖2不出了圖1中不出的功率分配系統(tǒng)的備選實施例。
具體實施方式
圖1示意性地示出了飛行器功率分配系統(tǒng)1，其包括彼此獨立地由飛行器的發(fā)動 機驅(qū)動的四個發(fā)電機2、3、4、5。大體上,使用的是每個發(fā)動機一個發(fā)電機。各個發(fā)電機2、3、4、5的輸出連接到相應(yīng)的局部高壓功率總線8、9、10、11。發(fā)電機產(chǎn)生高壓AC或DC電流，其需要被轉(zhuǎn)換成用于操作飛行器的艙室和緊急功率系統(tǒng)的適當?shù)乃?。圖1中和貫穿附圖 示出的一對相對的平行線32示意性地表示用于在系統(tǒng)的不同構(gòu)件之間建立電氣連接的開 關(guān)。在優(yōu)選的實施例中，對每個發(fā)電機提供了至少一根高壓功率總線8、9、10、11，而不是一 根高功率總線用于所有的發(fā)電機。以這種方式，因為系統(tǒng)不依賴于僅僅一根高功率總線，提 供了更大的冗余度。高壓功率總線各自連接到將電壓降低到28V的轉(zhuǎn)換裝置12、13、14、15， 并且轉(zhuǎn)換裝置被連接到局部低壓功率總線16、17、18、19。再一次，通過為每個轉(zhuǎn)換裝置12、 13、14、15提供一根低壓功率總線實現(xiàn)更大的冗余度。從低壓功率總線16到19，為了將功 率分配到艙室各處以及為了操作緊急系統(tǒng)，電流傳到一個或多個艙室和緊急功率總線20、21。功率分配系統(tǒng)I具有多個不同的功率源，其不僅包括發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機2、3、4、5，而 且還包括熱電產(chǎn)生裝置22、27，包括電池的電存儲裝置23、26以及燃料電池24、25中的至少 一個。在另一方面中，燃料電池通過使用鋁催化劑28、29生產(chǎn)的氫提供功率，鋁催化劑28、 29容許在飛行器(on-board)上從航空燃料生產(chǎn)氫。氫存儲在氫存儲容器30、31中。基于 通過燃料的催化作用生產(chǎn)氫的速率來選擇存儲容量。
在以GE航空系統(tǒng)有限公司(GE Aviation System Ltd)的名義和具有申請參考 249731/16389的共同未決的英國專利申請中示出和描述了熱電產(chǎn)生裝置，其公開通過參照 結(jié)合在本文中。該功率源包括安裝在發(fā)動機排氣區(qū)段的一批熱電偶，其利用否則將會被拋 棄的廢排氣熱。
如由參考標號6和7所示出的，RAT和APU已經(jīng)被除去，因為不再需要它們。
在圖2示出的實施例中，在沒有熱電產(chǎn)生裝置的情況下，依賴于電池23、26和第一 以及第二燃料電池24、25的組合。燃料電池24、25適合于大約3小時的操作或者飛行持續(xù) 時間(無論哪一個更長)。通過提供一對燃料電池，確保了雙重冗余(duel redundancy), 從而容許了對安全性很關(guān)鍵的功率性能，并且再次，不需要RAT和APU。電池23、26可用來 在燃料電池起動期間提供補充(fill-1n)功率。
由功率分配系統(tǒng)的控制器控制從功率源的適當?shù)囊粋€或多個來選擇性地獲得功 率或協(xié)調(diào)功率。在正常的條件下，以任何期望的組合從燃料電池、電池和/或熱電功率源中 獲得功率。在正常的條件下，可做出功率源的選擇以便最大化功率分配系統(tǒng)的效率，即最小 化燃料耗用。燃料電池在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生水，其根據(jù)本發(fā)明的一個實施例可用在飛行器的廁所 和洗手設(shè)施中。這相應(yīng)地容許減少在起飛時攜帶的水的量。燃料電池和熱電功率源因此在 正常操作中是獲得功率的優(yōu)選的裝置，使得在利用熱電功率源的效率的同時可產(chǎn)生水。
可由各功率源產(chǎn)生的相對功率水平大概為每個發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機90-120kW， 每個燃料電池15-30kW，每個電池15kW(大約1A小時壽命)以及每個發(fā)動機70kW(通過熱電 廢熱產(chǎn)生)。
在緊急條件下，使功率離開不重要的負載轉(zhuǎn)向重要負載。本文描述的功率分配系 統(tǒng)可被改裝到現(xiàn)有的飛行器，由此可除去RAT和APU。本發(fā)明還與其中保留RAT和APU中的 一個或兩者的飛行器兼容，在該情況下，功率分配系統(tǒng)將會提供高水平的冗余，并且由此提 供安全性。
權(quán)利要求
1.一種向飛行器提供電功率的方法，包括從多個功率源選擇性地獲得功率，所述功率源包括由發(fā)動機驅(qū)動的一個或多個發(fā)電機，以及選自包括一個或多個電存儲裝置、一個或多個燃料電池以及一個或多個熱電功率源的組的至少一個其它的功率源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在緊急條件下，使功率離開不重要的負載轉(zhuǎn)向重要的負載。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述功率源還包括輔助功率單元。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在非緊急條件下，從各功率源選擇性地獲得功率以便最小化航空燃料的總消耗。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，包括在非緊急條件下使用所述熱電功率源作為主功率源。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，包括在非緊急條件下使用所述燃料電池作為主功率源。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述渦輪驅(qū)動的發(fā)電機故障的情況下，使用所述其它功率源的任何一個或多個。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述電存儲裝置包括電池。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，同時從所述功率源中的兩個或者更多個中獲得功率。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，同時從所有的所述功率源獲得功率。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，還包括在所述飛行器的艙室中使用由所述燃料電池產(chǎn)生的水。
12.—種用于飛行器的電功率分配系統(tǒng),其包括多個不同的電功率源，其包括一個或多個發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機，以及選自包括一個或多個電存儲裝置、一個或多個燃料電池以及一個或多個熱電功率源的組的至少一個其它的功率源；以及電功率總線，借助于所述電功率總線，所述電功率源能夠連接到所述飛行器的負載，所述系統(tǒng)具有可操作來從所述功率源中的各個選擇性地獲得功率的控制器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率分配系統(tǒng)，其特征在于，在緊急條件下，所述控制器可操作來使功率離開不重要的負載轉(zhuǎn)向重要的負載。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的功率分配系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器在非緊急條件下可操作來從各功率源選擇性地獲得功率以最小化航空燃料的總消耗。
15.根據(jù)權(quán)利要求12到14中任一項所述的功率分配系統(tǒng)，其特征在于，所述熱電功率源和/或所述燃料電池在非緊急條件下是主功率源。
16.根據(jù)權(quán)利要求12到15中任一項所述的功率分配系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器可操作來同時從所述功率源的一個或多個獲得功率。
17.一種向飛行器提供電功率的方法，基本上如本文參照附圖所述。
18.一種用于飛行器的電功率分配系統(tǒng)，基本上如本文參照附圖所述。
全文摘要
本發(fā)明涉及飛行器中的多源電功率分配。一種方法包括向飛行器提供電功率，其包括從多個功率源中選擇性地獲得功率，該功率源包括由發(fā)動機驅(qū)動的一個或多個發(fā)電機(2,3,4,5)，以及從包括一個或多個電存儲裝置(23,26)、一個或多個燃料電池(24,25)以及一個或多個熱電功率源(22,27)的組中選擇的至少一個其它的功率源。本文公開了相應(yīng)的功率分配系統(tǒng)。
文檔編號B64D47/00GK103057716SQ20121040947
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者A.希普利, V.B.邦諾, S.J.利納克爾 申請人:通用電氣航空系統(tǒng)有限公司