混合推进系统和用于控制这种系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于多转子旋翼飞行器的混合推进系统(100)，混合推进系统包括：内燃机(12)，耦合到内燃机的电机(14)，连接到电机的整流器(16)，转换装置(18a，18b，18c，18d)，将整流器连接到转换装置的电网(20)，连接到转换装置的电动机(22a，22b，22c，22d)，耦合到电动机的旋转叶片组件(24a，24b，24c，24d)，系统的特征在于，系统包括：检测装置，配置成检测系统内的电力需求降低到预定值之下；避开装置，配置成当检测装置检测到电力需求降低时，避开电机。机。机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合推进系统和用于控制这种系统的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于多转子旋翼飞行器的混合推进系统以及一种包括这种混合推进系统的飞行器。

技术介绍

[0002]现有技术尤其包括文献CA
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A1
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3 038 299、EP
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A1
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0 556 593 A1和WO
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A2
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03/106828。
[0003]从现有技术中已知一种飞行器的混合发电系统，其通常称为串联混合，实现热电发电。
[0004]如图1所示，这种混合系统通常包括：
[0005]‑
内燃机12，例如燃气轮机，
[0006]‑
至少一个电机，例如发电机14a、14b，还称为发电机、耦合到内燃机12，使得在运行时，内燃机12驱动发电机14a、14b，
[0007]‑
功率转换器组件，称为“整流器”16、连接到发电机14a、14b并配置成将从发电机14a、14b输送的交流电转换成直流电，
[0008]‑
装置18，用于将直流电转换成交流电，
[0009]‑
电网20，将整流器16连接到转换装置18，
[0010]‑
电动机22a、22b、22c、22d，连接到转换装置18a、18b、18c、18d，使得在运行时，转换装置向电动机供应交流电，以及
[0011]‑
螺旋桨24a、24b、24c、24d，耦合到电动机22a、22b、22c、22d，使得在运行时，电动机22a、22b、22c、22d驱动螺旋桨24a、24b、24c、24d。
[0012]燃气轮机12包括机械地连接到发电机14a、14b的自由涡轮，并经由机械传动构件驱动一个或多个电机。
[0013]此外，电网20通常包括高压直流(HVDC)母线。
[0014]在这种系统中，来自化石燃料源、内燃机12，并经由通过发电机14a、14b进行的机电转换，由转换装置18、电动机22a、22b、22c、22d和螺旋桨24a、24b、24c、24d组成的电力推进链允许飞行器通过旋转的多个翼来飞行。
[0015]系统包括具有电能储备功能的储存单元26。储存单元26允许在燃气轮机变得不可运行的情况下确保电能供应的冗余。此外，储存单元26可用于稳定HVDC母线的电压，从而保持螺旋桨24a、24b、24c、24d的可控性。
[0016]系统还包括调节器28，该调节器配置成调节燃气轮机12的扭矩和速度，以确保控制整流器组件16和转换装置18，从而调节螺旋桨处的速度和扭矩。
[0017]在一些应用中，电力需求的突然减少，无论是故意而为还是由于故障，都会导致燃气轮机的转子速度的突然增加，这在某些情况下会导致燃气轮机的转子超速。速度的增加与负载的降低程度成正比。
[0018]然而，对燃气轮机调节的反应时间并不总是允许速度偏移保持在一定值之下，该
值允许保证旋转机械部件(例如，涡轮盘)的完整性。于是，这可导致爆发和高能碎片的释放。然而，在航空领域不能容忍这样的事件。
[0019]就直升机燃气轮机而言，关心的主要问题是燃气轮机和直升机的主齿轮箱之间的传输中断。这种中断几乎瞬间导致涡轮的轴上的阻力矩完全下降。
[0020]在飞行器混合推进系统的情况下，可能有多种故障情况：
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电机14a的一个或多个绕组出现损耗(由图1中的箭头A示出)，
[0022]‑
一个或多个电机14a完全损耗(由图1中的箭头A示出)，
[0023]‑
构成诸如整流器16或被称为反相器的转换装置18等电力电子部件的一个或多个臂出现损耗，即开路(由图1中的箭头B示出)，
[0024]‑
诸如螺旋桨24a等消耗装置出现损耗，即开路(由图1中的元素C示出)，
[0025]‑
燃气轮机12和发电机14a之间的传输中断(由图1中的元素D示出)。
[0026]在正常运行条件下，这种系统通常设计成避免电力需求突然下降。
[0027]已知使用燃料调节链，该燃料调节链配置成通过对燃料进行计量来对速度偏移做出响应，从而使转子减速。
[0028]然而，该燃料调节链通常不足以确保在极端情况下，例如，在燃气轮机和接收器之间的传输完全和瞬时中断时，保持合理的速度。
[0029]此外，燃料调节链没有足够的反应时间来覆盖所有负载降低的情况。
[0030]还已知使用机械保护装置，例如叶片脱落，其包括确定燃气轮机的叶片的尺寸，使得叶片在涡轮盘之前断裂。这导致产生碎片，但是碎片的能量足够低而包含在发动机中。燃气轮机因此失去叶片，无法再从气体中获取能量，这导致转子减速。
[0031]然而，叶片脱落需要精确的机械尺寸和非常先进的方法控制，以证明叶片的可靠和可重复的断裂速度。
[0032]此外，这种装置导致需要一个防护罩，以允许在严重超速的情况下限制叶片和电机的损耗。然而，这种防护罩会产生额外的质量。
[0033]还已知使用被称为电子超速保护装置的保护装置，该保护装置配置成当燃气轮机的转子的转速超过预定阈值时，在几十毫秒内自动停止燃料供应。
[0034]然而，电子超速切断是一个阈值，其只能设置成大于燃气轮机的正常最大运行速度。结果，达到的最大速度受到电子超速切断阈值和在切断燃料供应时燃气轮机的转子的瞬时加速率的影响。
[0035]此外，如果发动机没有配备叶片脱落装置，则达到的最大速度决定涡轮盘展示出来的完整速度，从而决定涡轮盘的质量。

技术实现思路

[0036]本专利技术的目的是提出一种解决方案，以允许补救这些缺点中的至少一些缺点。
[0037]具体地，本专利技术提出减小速度偏移的幅度，从而允许燃料计量装置做出响应。
[0038]为此，本专利技术包括在至少一个发电机保持由燃气轮机机械地驱动的情况下，使用至少一个发电机在燃气轮机上产生额外的阻抗负载。
[0039]为此，本专利技术涉及一种用于多转子旋翼飞行器的混合推进系统，混合推进系统包括：
[0040]‑
内燃机，例如可以是具有结合式涡轮、自由涡轮的燃气轮机或活塞式发动机，
[0041]‑
至少一个电机，耦合到内燃机，使得在运行时，内燃机驱动电机，
[0042]‑
整流器，连接到电机并配置成将从电机输送的交流电转换成直流电，
[0043]‑
装置，用于将直流电转换成交流电，
[0044]‑
电网，将整流器连接到转换装置，
[0045]‑
电动机，连接到转换装置，使得在运行时，转换装置向电动机供应交流电，
[0046]‑
螺旋桨，耦合到电动机，使得在运行时，电动机驱动螺旋桨，
[0047]系统的特征在于，系统包括：
[0048]‑
检测装置，配置成检测系统内的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于多转子旋翼飞行器的混合推进系统(100)，所述混合推进系统包括：
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内燃机(112)，
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至少一个电机(114)，耦合到所述内燃机，使得在运行时，所述内燃机驱动所述电机，
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整流器(116)，连接到所述电机并配置成将从所述电机输送的交流电转换成直流电，
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装置(118a，118b，118c，118d)，用于将直流电转换成交流电，
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电网(120)，将所述整流器连接到所述转换装置，
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电动机(122a，122b，122c，122d)，连接到所述转换装置，使得在运行时，所述转换装置向所述电动机供应交流电，
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螺旋桨(124a，124b，124c，124d)，耦合到所述电动机，使得在运行时，所述电动机驱动所述螺旋桨，所述系统的特征在于，所述系统包括：
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检测装置，配置成检测所述系统内的电力需求降低到预定值之下，
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短路装置(200)，配置成当所述检测装置检测到电力需求降低时，使所述电机短路。2.根据权利要求1所述的混合推进系统(100)，其中，所述短路装置(200)布置在所述电机(114)和所述整流器(116)之间。3.根据权利要求1所述的混合推进系统(100)，其中，所述整流器(116...

【专利技术属性】
技术研发人员：洛伊斯，
申请(专利权)人：赛峰直升机发动机公司，
类型：发明
国别省市：