飞行器的动力分配网络中的时变电负载分担制造技术

操作一种飞行器的电力系统(300)的电力分配网络(306)，使得电力分配网络(306)以时变方式按顺序采用多个不同的部分负载分担模式，其通过在电力分配网络的多个不同的部分负载分担配置之间按顺序切换，关于相关联的电负载(AA、BB、CC、DD)提供跨电源(A、B、C、D)的部分负载分担，每个部分负载分担配置与部分负载分担模式中的特定一者相关联。模式中的特定一者相关联。模式中的特定一者相关联。

【技术实现步骤摘要】
飞行器的动力分配网络中的时变电负载分担


[0001]本专利技术总体上涉及一种用于飞行器的电力系统，并且涉及一种具有这样的电力系统的飞行器。例如，飞行器可以为具有沿着前翼或鸭翼以及沿着后翼或主翼分布的多个升力/推力单元的鸭翼型飞行器。电力系统包括多个电负载，比如多个升力/推力单元和多个襟翼致动器中的至少一者，多个电源，如多个蓄电池或电池单元，以及电力分配网络，电力分配网络配置成将电源与电负载连接，使得每个电负载可以由至少一个相关联的电源经由电力分配网络的至少一个相关联的动力通道驱动。本专利技术还涉及一种用于操作飞行器的电力系统的方法。

技术介绍

[0002]飞行器通常可以分为固定翼类型的和旋转翼类型的。固定翼飞行器典型地包括多个飞行控制表面，当可控地定位时，这些飞行控制表面引导飞行器从一个目的地移动到另一个目的地。包括在飞行器中的飞行控制表面的数量和类型可以变化。主飞行控制表面典型地为那些用于控制飞行器相对于俯仰、偏航和滚转轴线移动的控制表面。辅助飞行控制表面典型地为那些用来影响飞行器升力或阻力(或两者)的控制表面。典型的主飞行控制表面包括升降舵、副翼和方向舵，而典型的辅助飞行控制表面包括多个襟翼、缝翼、减速板和扰流板。
[0003]旋转翼飞行器，例如直升机，典型地不具有与产生升力的机翼分离的飞行控制表面，但是构成旋转翼的机翼具有对俯仰和滚转的循环控制，以及对升力的集体控制。
[0004]此外，已知的飞行器具有基于推进发动机的竖直起飞和着陆能力，推进发动机相对于飞行器的横向轴线或俯仰轴线可旋转地安装。推进发动机可在巡航飞行位置与起飞/着陆位置之间可控地移动。在巡航位置，发动机提供向前的推力，并且飞行器在空中的移动由合适的飞行控制表面控制。在起飞/着陆位置，推进发动机向下倾斜，以便根据发动机提供的推力允许竖直起飞或着陆。
[0005]根据公开US 2016/0023754 A1和US 2016/0311522 A1以及专利同族的其他公开，本申请人Lilium eAircraft GmbH已经提出了具有竖直起飞和着陆能力并且具有电驱动的导管螺旋桨作为推进发动机的这样的类型的飞行器。同时，本申请人已经开发了一种称为Lilium jet的飞行器，其为一种鸭翼型飞行器，并且具有电动操作的导管螺旋桨的形式的多个左前发动机、多个右前发动机、多个左后发动机和多个右后发动机，这些发动机安装到鸭翼型飞行器的左前和右前鸭翼以及左后和右后或主翼的相应襟翼。这种Lilium jet的首次试飞于2019年10月1日进行。
[0006]从US 2020/0010187 A1中已知另一种类型的具有竖直起飞和着陆能力并且电动操作的飞行器。该飞行器具有多个推进组件，每个推进组件包括具有两个独立绕组的电动马达，因此电动马达为双供应类型的。多个蓄电池单元成对地与电动马达相关联，使得每个电动马达的第一绕组可以基于蓄电池单元中的一者来驱动，并且每个电动马达的第二绕组可以基于蓄电池单元中的另一个者来驱动。公开了旨在实现容错的各种电力系统架构。根
据第一实施例，六个电动马达和六个蓄电池单元以环形架构布置，使得每个蓄电池单元向两个电动马达提供动力，并且每个电动马达从两个蓄电池单元接收动力。根据第二实施例，六个电动马达和四个蓄电池单元以双重构型布置，使得每个蓄电池单元为三个电动马达提供动力，并且每个电动马达从两个蓄电池单元接收动力。根据第三实施例，六个电动马达和六个蓄电池单元以六边形构型布置，使得每个蓄电池单元向两个电动马达提供动力，并且每个电动马达从两个蓄电池单元接收动力。根据第四实施例，六个电动马达和四个蓄电池单元以星形构型布置，使得每个蓄电池单元向三个电动马达提供动力，并且每个电动马达从两个蓄电池单元接收动力。根据第五实施例，六个电动马达和四个蓄电池单元以星形构型布置，使得每个蓄电池单元向三个电动马达提供动力，并且每个电动马达从两个蓄电池单元接收动力。根据第六实施例，六个电动马达和四个蓄电池单元以网状结构布置，使得每个蓄电池单元向三个电动马达提供动力，并且每个电动马达从两个蓄电池单元接收动力。根据网状构型，第一对蓄电池单元共同驱动相关联的第一电动马达的两个绕组，并且第二对蓄电池单元共同驱动相关联的第二电动马达的两个绕组。
[0007]对于任何这样的类型的飞行器和任何其他类型的飞行器，抵御技术故障的能力是最重要的方面之一，这实质上也涉及飞行器的电力分配网络。
[0008]用于比如飞行器的安全关键应用的电力分配网络都存在内在矛盾：分隔防止故障传播，但统一允许跨动力源的有效负载分担。典型的方法包括分隔的“动力通道”，这些通道对于一个通道含有电故障，但是不能受益于跨动力源的负载分担。任何使用统一的方法都被认为是内在不安全的，因为电故障会在整个网络上传播，并导致瞬时或稳态电源中断。因此，用于安全关键应用的典型电力分配网络严格遵循分隔的途径，由此错失了统一的益处。
[0009]根据常规方法，响应于故障的发生，可以引入某种统一，以补偿这种故障。例如，传统飞行器电系统可以使用机电继电器来提供统一，但安全容差降低，因此仅在系统故障后使用。
[0010]已知在电力分配网络中使用固态和机电切换设备，用于根据当前的环境和要求来启用和禁用电力分配网络的相关部分之间的动力传输。
[0011]此外，已知在电力分配网络中使用固态和机电电路保护布置(SPD)，比如固态和机电断路器，用于在短路发生时保护下游的电线和电负载。还已知的是，使用通常被称为“SSPC”的所谓“固态动力控制器”作为电力分配网络(包括飞行器的电力分配网络)中的电路保护布置，代替常规机电断路器或甚至“老式”熔断器。
[0012]固态动力控制器(SSPC)是一种电路保护设备，其类似于熔断器或另一种断路器，因此用于在短路发生时保护下游的电线和电负载。与传统机电设备(熔断器和断路器)相比，SSPC具有许多优点，诸如，当短路发生时，它们可以更快地断开，它们可以更轻并使用更小的体积，它们是软件可重置的(不需要手动接近它来进行维护或携带备用熔断器)，它们在电流和电压跳闸额定值方面非常灵活，它们可以自检以避免休眠故障，它们可以记录关于电气系统牢靠性的数据，并且它们可以执行附加功能，包括切换设备的功能。为此，SSPC包括微控制器、用于与上级控制实体进行数据通信的通信接口、具有用于监控每个负载通道的至少一种电状况的监控功能的一个或多个负载通道、以及在每个负载通道内的固态开关，诸如例如至少一个金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、至少一个双极晶体管(BJT)、可控硅整流器(SCR)和三端双向可控硅开关元件(Triac)。微控制器监控至少一种电状况，包
括通过相应负载通道流到相应负载的电流，并且如果发生电跳闸状况，例如检测到的电流超过特定阈值，则命令固态开关断开。可以设置多个电跳闸状况来处理不同种类的电故障。
[0013]已知各种SSPC分布架构，诸如为来自具有至少一个电气系统控制器(ESC)的车辆管理系统(VMS)的大量SSPC(例如＞40SPP)的集中控制而优化的分级架构。经由固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于飞行器(200)的电力系统(300)，包括多个电负载(304)、多个电源(302)和电力分配网络(306)，所述电力分配网络(306)配置为将所述电源与所述电负载连接，使得每个电负载能够由至少一个相关联的电源经由所述电力分配网络的至少一个相关联的动力通道(308)驱动；其中所述电力分配网络(306)包括具有多个能切换或能中断动力链路(310、316)的电路保护布置和电路切换布置中的至少一者，其中每个动力链路具有两个连接端口，并且其中每个动力链路配置为在第一操作模式下连接所述连接端口，用于将动力从连接到所述连接端口中的一者的驱动动力通道或驱动动力通道部分传输到与所述连接端口中的另一者连接的从动动力通道或从动动力通道部分，并且每个动力链路配置为在第二操作模式下中断所述连接端口之间的连接，用于防止动力在所述驱动动力通道或驱动动力通道部分与所述从动动力通道或从动动力通道部分之间的传输；其中所述电力分配网络(306)配置成通过在所述电力分配网络的多个不同的部分负载分担配置之间按顺序切换，根据由所述电力分配网络(306)按顺序采用的多个不同的部分负载分担模式，以时变方式关于相关联的电负载(AA、BB；CC、DD；BB、CC；AA、DD；AA、BB；AA、CC；AA、DD；BB、CC；BB、DD；CC、DD)提供跨电源(A、B；C、D；B、C；A、D；A、B；A、C；A、D；B、C；B、D；C、D)的部分负载分担，每个部分负载分担配置与所述部分负载分担模式中的特定一者相关联；并且其中所述电力分配网络配置成使得所述多个电源中的至少一组电源中的每个电源与所述不同的部分负载分担模式中的至少一者、优选至少两者相关联，并且所述多个电负载中的至少一组电负载中的每个电负载与所述不同的部分负载分担模式中的至少一者、优选至少两者相关联，并且所述电力分配网络配置成使得每个部分负载分担模式具有相关联的多个电源和多个电负载，使得所述电源和电负载形成相应的部分负载分担模式的一个共同的负载分担组或多个分离的负载分担组，其中所述电力分配网络(306)当采用所述相应的部分负载分担模式时，关于相关联的共同的负载分担组的电负载提供跨所述相关联的共同的负载分担组的电源的负载分担，或者为所述分离的负载分担组中的每一者提供各自的部分负载分担，其为关于这一相应的分离的负载分担组的电负载跨每个相应的分离的负载分担组的电源的负载分担，而不是跨所述分离的负载分担组的任何负载分担。2.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述电力分配网络(306)配置为以至少一种正常操作模式和至少一种电故障缓解操作模式操作，其中所述电力分配网络配置为在所述正常操作模式下按顺序采用所述不同的部分负载分担模式。3.根据权利要求2所述的电力系统，其中所述电力分配网络(306)在所述电故障缓解模式下提供电故障隔离，使得所述电力分配网络的包括电故障的网络部分由采取所述第二操作模式的至少一个动力链路(314)与所述电力分配网络的至少一个其他网络部分隔离。4.根据权利要求1至3之一所述的电力系统，其中所述电力分配网络配置为关于所有电负载(AA、BB、CC、DD)跨所有电源(A、B、C、D)根据按顺序采用的所述多个不同的部分负载分担模式来提供部分负载分担。5.根据权利要求1至4之一所述的电力系统，其中所述电力分配网络(306)包括第一类的多个动力通道(308)；其中所述第一类的每个动力通道已经关联了至少一个相关联的电源(A；B；C；D)，所述
至少一个相关联的电源(A；B；C；D)不与所述第一类的另一动力通道相关联，并且其中所述第一类的每个动力通道已经关联了至少一个电负载(AA；BB；CC；DD)，所述至少一个电负载(AA；BB；CC；DD)不与所述第一类的另一动力通道相关联，使得所述至少一个相关联的电源经由所述第一类的相应的动力通道与所述至少一个相关联的电负载连接或能连接，用于使得所述至少一个电源能够经由所述第一类的所述相应的动力通道驱动所述至少一个电负载，而不必涉及经由所述第一类的另一动力通道的驱动。6.根据权利要求5所述的电力系统，其中所述第一类的多个动力通道(308)经由所述电力分配网络的连接通道布置连接或能连接，所述连接通道布置包括第二类的一个或多个动力通道(314)，用于通过经由所述第二类的至少一个动力通道在所述第一类的这些动力通道之间传输动力，关于与所述第一类的这些动力通道相关联的电负载(AA、BB、CC、DD)实现跨与所述第一类的所述动力通道的至少一组相关联或者与所述第一类的所有动力通道相关联的电源(A、B、C、D)的部分负载分担。7.根据权利要求5或6所述的电力系统，其中所述第一类的所述动力通道(308)每一者都包括第一类的动力链路(310)，所述第一类的动力链路(310)允许在其第一操作模式下经由所述第一类的这一动力链路将电力从所述相关联的至少一个电源(A；B；C；D)传输到所述相关联的至少一个电负载(AA；BB；CC；DD)，并且所述第一类的动力链路(310)禁止在其第二操作模式下经由所述第一类的这一动力链路将电力从所述相关联的至少一个电源传输到所述相关联的至少一个电负载；其中所述第一类的每个动力链路优选地配置成响应于指示电故障的至少一个预设或能预设的电跳闸状况，将其操作模式从所述第一操作模式改变到所述第二操作模式。8.根据权利要求6以及可能根据权利要求7所述的电力系统，其中所述第二类的所述动力通道(314)每一者都包括第二类的动力链路(316)，所述第二类的动力链路(316)允许在其第一操作模式下经由所述第二类的这一动力链路在所述第一类的动力通道(310)之间传输电力，并且所述第二类的动力链路(316)禁止在其第二操作模式下经由所述第二类的这一动力链路在所述第一类的动力通道(310)之间传输电力；其中所述第二类的每个动力链路优选地由所述电力分配网络的相关联机电或固态电路切换设备提供。9.一种用于操作飞行器(200)的电力系统(300)的方法，所述电力系统(300)包括多个电负载(304)、多个电源(302)和电力分配网络(306)，所述电力分...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：百合航空有限公司，
类型：发明
国别省市：