具有电气驱动压缩机的辅助动力单元制造技术

用于飞行器的辅助动力单元包括旋转间歇式内燃机、涡轮、压缩机、电气马达以及传递发电机，所述涡轮具有与所述发动机的出口流体连通的入口，所述涡轮与所述发动机复合，所述压缩机具有与所述飞行器的环境流体连通的入口以及与所述飞行器流体连通的出口，所述压缩机能够独立于所述涡轮旋转，所述电气马达驱动接合到所述压缩机，所述传递发电机驱动接合到所述发动机，所述传递发电机和所述电气马达电气连接以允许在它们之间传递动力。所述压缩机或附加压缩机可与所述发动机的入口流体连通。还讨论了一种用于操作飞行器的辅助动力单元的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有电气驱动压缩机的辅助动力单元相关申请的交叉引用本申请要求于2016年8月3日提交的第15/227,318号美国申请、以及于2015年8月7日提交的第62/202,283号美国临时申请的优先权，所述两篇文献的全部内容通过引用并入本文。
本申请总体上涉及复合式发动机组件，并且更具体地涉及用作飞行器中的辅助动力单元的发动机组件。
技术介绍
在具有机械地连接到彼此和/或连接到发动机核心的压缩机和涡轮的辅助动力单元中，压缩机、涡轮和发动机核心的尺寸通常被设置成能够适应尖峰负载。因此，在平均负载下的操作期间，一个或多个部件有可能不高效地操作。此外，有可能需要在压缩机的速度和涡轮的速度之间达成妥协，从而使其中的一者或二者不能以最佳速度操作，这有可能损害辅助动力单元的空气动力学效率。此外，由于轴、传动装置等的几何约束，因此压缩机通常必须被定位在其被机械地连接到的部件附近。这有可能限制辅助动力单元的可能的构造，以及与压缩机流体连接的其主入口的位置。
技术实现思路
在一方面中，提供了用于飞行器的辅助动力单元，包括：发动机、涡轮、压缩机、电气马达以及传递发电机，所述发动机被构造成旋转间歇式内燃机，所述涡轮具有与所述发动机的出口流体连通的入口，所述涡轮与所述发动机复合，所述压缩机具有与所述飞行器的环境流体连通的入口以及与用于向飞行器提供引气的引气管道流体连通的出口，所述压缩机能够独立于所述涡轮进行旋转，所述电气马达驱动接合到所述压缩机，所述传递发电机驱动接合到所述发动机，所述传递发电机和所述电气马达电气连接以允许在它们之间传递动力。在另一方面中，提供了用于飞行器的辅助动力单元，包括：增压室、发动机、涡轮、第一压缩机、第二压缩机、电气马达、以及传递发电机，所述增压室通过主入口与所述飞行器的环境流体连通，所述发动机被构造成旋转间歇式内燃机；所述涡轮具有与所述发动机的出口流体连通的入口，所述涡轮与所述发动机复合；所述第一压缩机具有与所述增压室流体连通的入口以及与所述发动机的入口流体连通的出口；所述第二压缩机具有与所述增压室流体连通的入口以及与用于向飞行器提供引气的引气管道流体连通的出口；所述电气马达驱动接合到所述第一压缩机和第二压缩机中的一者，所述第一压缩机和第二压缩机中的所述一者能够独立于所述涡轮进行旋转；所述传递发电机驱动接合到所述发动机，所述传递发电机和所述电气马达电气连接以允许在它们之间传递动力。在另一方面中，提供了用于操作飞行器的辅助动力单元的方法，所述方法包括：电气地驱动压缩机以向飞行器提供压缩空气；借助于旋转间歇式内燃机来产生电力；借助于所述旋转间歇式内燃机的排气来驱动涡轮；借助于所述涡轮来产生电力；以及在所述压缩机和所述旋转间歇式内燃机之间传递动力。附图说明现在参照附图，在附图中：图1a是根据具体的实施例的辅助动力单元的示意图；图1b是根据另一具体的实施例的辅助动力单元的示意图；图1c是根据另一具体的实施例的辅助动力单元的示意图；图2是可在图1a-图1c的发动机组件上使用的旋转发动机的示意性截面图；图3是根据另一具体的实施例的辅助动力单元的示意图；图4是根据另一具体的实施例的辅助动力单元的示意图；以及图5是根据另一具体的实施例的辅助动力单元的示意图。具体实施方式参照图1a，总体上示出了用作空运APU应用的辅助动力单元（APU）的电气混合式复合式发动机组件10。在具体的实施例中，除了有可能需要受控的温度环境的其电池8以外，组件10可像常规APU一样作为单个组件被安装和移除。电池8可被设置在与常规APU装置中包括的电池隔室相似的分离的电池隔室中，其中电池通常被用于为APU电子控制器加电并为起动器提供电力。替代性地，辅助动力单元10可被用作固定的或移动的地面动力单元。辅助动力单元10包括发动机核心12'，所述发动机核心包括接合到共同的轴16的一个或多个间歇式内燃机12。在具体的实施例中，间歇式内燃机12是旋转内燃机，例如汪克尔发动机；然而应当理解，也可替代性地使用其他类型的内燃机。参照图2，示出了可被用在发动机核心12'中的汪克尔发动机的示例。应当理解，发动机12的构造（例如端口的布置、密封件的数量和布置等）可以与所示出的实施例的构造不同。发动机12包括限定转子腔的外壳32，所述转子腔具有限定了两个瓣叶的轮廓，所述轮廓优选地为外旋轮线。转子34被接收在转子腔内。转子限定三个周向间隔开的顶点部分36、以及具有向外拱起的侧边的总体上三角形的轮廓。顶点部分36与外壳32的周壁38的内表面密封接合，以形成在转子34和外壳32之间的可变容积的三个工作腔室40并且将它们分离。周壁38在两个轴向间隔开的端壁54之间延伸以封闭转子腔。转子34接合到输出轴16的偏心部分42以在转子腔内执行轨道回转。对于转子34的每圈轨道回转，输出轴16执行三圈旋转。转子34的几何轴线44偏置于且平行于外壳32的轴线46。在每圈轨道回转期间，每个腔室40在容积上变化且围绕转子腔运动，以经历进气、压缩、膨胀和排气四个阶段。进气端口48被设置成通过周壁38以允许压缩空气进入工作腔室40中的一个。排气端口50也被设置成通过周壁38，以用于从工作腔室40排放排气气体。用于火花塞、电热塞或其他点火机构以及用于燃料喷射系统（未示出）的一个或多个燃料喷射器的通道52也被设置成通过周壁38。替代性地，进气端口48、排气端口50和/或通道52可被设置成通过外壳的端壁或侧壁54。可设置与腔室40连通的子腔室（未示出），用于燃料的引燃或预喷射以用于燃烧。为了高效操作，工作腔室40被弹簧承载的周密封件或顶点密封件56、弹簧承载的面密封件或气体密封件58以及端密封件或角落密封件60密封，所述周密封件或顶点密封件从转子34延伸以接合周壁38的内表面，所述端密封件或角落密封件60从转子34延伸以接合端壁54的内表面。转子34还包括围绕在轴偏心部分42上的用于转子34的轴承的至少一个弹簧承载的油密封环62，所述油密封环抵靠端壁54的内表面被偏置。发动机12的燃料喷射器与重燃料（例如柴油、煤油（喷气燃料）、等效生物燃料）源连通，并将重燃料输送到发动机12中，以使得燃烧腔室分层：浓燃料-空气混合物在点火源附近，较稀的混合物在其他地方，在一个具体的实施例中，所述燃料喷射器是共轨燃料喷射器。返回参照图1a，辅助动力单元10总体上包括压缩空气以供给发动机核心12'的增压器压缩机20。来自飞行器的环境的空气从辅助动力单元10的主入口14进入增压室19。该增压室19供给压缩机20，使得压缩机20的入口与飞行器的环境流体连通。压缩机20可选地具有用于流量控制的可变入口导向叶片23和/或可变扩压器25。在具体的实施例中，如果压缩机20被用于当发动机核心12'停机时向飞行器提供空气，则可变扩压器25提供低流量高压力模式。电气马达64（例如高速电气马达）与压缩机20驱动接合，例如通过使马达64的轴直接连接到压缩机20的轴来实现，所述压缩机的轴继而直接连接到压缩机20的转子。在具体的实施例中，马达64是交流电恒定速度驱动器；替代性地，马达64可以是可变速度驱动器。取决于辅助动力单元10的具体应用所需要的空气流量和压力输出的范围来选择马达的类型。压缩机20的出口与发动机核心12'的入口流体连通，在具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于飞行器的辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：发动机，其被构造成旋转间歇式内燃机；涡轮，其具有与所述发动机的出口流体连通的入口，所述涡轮与所述发动机复合；压缩机，其具有与所述飞行器的环境流体连通的入口以及与用于向所述飞行器提供引气的引气管道流体连通的出口，所述压缩机能够独立于所述涡轮旋转；电气马达，其与驱动接合到所述压缩机；以及传递发电机，其驱动接合到所述发动机，所述传递发电机与所述电气马达电气连接以允许在所述传递发电机与所述电气马达之间传递动力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.07 US 62/202283;2016.08.03 US 15/2273181.一种用于飞行器的辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：发动机，其被构造成旋转间歇式内燃机；涡轮，其具有与所述发动机的出口流体连通的入口，所述涡轮与所述发动机复合；压缩机，其具有与所述飞行器的环境流体连通的入口以及与用于向所述飞行器提供引气的引气管道流体连通的出口，所述压缩机能够独立于所述涡轮旋转；电气马达，其与驱动接合到所述压缩机；以及传递发电机，其驱动接合到所述发动机，所述传递发电机与所述电气马达电气连接以允许在所述传递发电机与所述电气马达之间传递动力。2.根据权利要求1所述的辅助动力单元，所述辅助动力单元还包括：附加压缩机，所述附加压缩机具有与所述飞行器的环境流体连通的入口以及与所述发动机的入口流体连通的出口。3.根据权利要求1所述的辅助动力单元，其中所述压缩机的出口还与所述发动机的入口流体连通。4.根据权利要求1所述的辅助动力单元，其中所述涡轮是第一级涡轮，所述辅助动力单元还包括具有与所述第一级涡轮的出口流体连通的入口的第二级涡轮，且其中所述电气马达也是发电机，所述第二级涡轮驱动接合到所述电气马达，所述第一级涡轮驱动接合到所述发动机。5.根据权利要求1所述的辅助动力单元，所述辅助动力单元还包括：驱动接合所述涡轮的附加发电机，其中所述附加发电机、所述传递发电机和所述电气马达电气连接以允许在它们之间传递动力。6.根据权利要求1所述的辅助动力单元，其中所述电气马达也是发电机，且其中所述涡轮通过离合器驱动接合到所述电气马达。7.根据权利要求1所述的辅助动力单元，所述辅助动力单元还包括：热交换器、风扇以及附加电气马达，所述压缩机的出口与所述发动机的入口通过所述热交换器流体连通，所述风扇被构造成驱动冷却气体流通过所述热交换器，所述附加电气马达驱动接合到所述风扇，所述传递发电机、所述电气马达和所述附加电气马达电气连接以允许在它们之间传递动力。8.根据权利要求1所述的辅助动力单元，所述辅助动力单元还包括：电池，所述电池电气连接到所述传递发电机并电气连接到所述电气马达，以允许在它们之间传递动力。9.根据权利要求1所述的辅助动力单元，其中所述发动机是包括转子的汪克尔旋转发动机，所述转子具有三个顶点部分，所述转子被安装成在外壳中限定的内腔中偏心回转，所述内腔具有带有两个瓣叶的外旋轮线的形状。10.一种用于飞行器的辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：增压室，所述增压室通过主入口与所述飞行器的环境流体连通；发动机，所述发动机被构造成旋转间歇式内燃机；涡轮，所述涡轮具有与所述发动机的出口流体连通的入口，所述涡轮与所述发动机复合；第一压缩机，所述第一压缩机具有与所述增压室流体连通的入口以及与所述发动机的入口流体连通的出口；第二压缩机，所述第二压缩机具有与所述增压室流体连通的入口以及与引气管道流体连通的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A乔内斯，A朱里恩，D门赫雷，J托马斯辛，R尤尤特，D范登恩德，
申请(专利权)人：普拉特惠特尼加拿大公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA