[發明專利]在飛行器中回收能量的方法和架構

有效

• 申請號: 201280055875.0
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN103946111B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 勞倫特·烏賽
• 申請（專利權）人: 渦輪梅坎公司
• 主分類號: B64D13/06
• 分類號: B64D13/06;B64D41/00
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 宋義興;周偉明

技術領域

本發明涉及一種在飛行器內消耗能量的優化回收的方法以及能實現該方法的架構。

本發明適用于裝配有加壓艙的飛行器，尤其是商用飛行器。

通常，在飛行器中存在應該回收的兩種能量來源，以控制其消耗：在高度中加壓的機艙的氣壓，在熱鏈(空調、機艙空氣、廢氣)中消耗的熱量。

通過回收這些類型的能量，可減少對于到無推進能量消耗器，即氣動能和電能的任何一種類型的供給最終所需的尺寸、質量和消耗。

背景技術

艙內的高壓空氣僅在飛行中可獲得，因此當機艙加壓速率足夠時，即達到3的數量級，這種能量的回收受限于高度。現有的解決方案涉及渦輪增壓器或回收渦輪機，電氣或氣動驅動力源，負載壓縮機和熱交換器。

例如，專利文件US4419926中披露了使用渦輪增壓器的壓縮機以有助于將壓縮空氣的額外級供給到驅動ECS空調機組(ECS是“環境控制系統”的縮寫)的負載壓縮機。然后會減少驅動負載壓縮機的電動機的功率或消耗。此外，由離開機艙的加壓空氣驅動的渦輪增壓器的回收渦輪機將壓縮空氣冷卻，該壓縮空氣減少了整體壓縮工作，以及因此電動馬達的消耗或尺寸。

一種變型披露了正好一個回收渦輪機可用于經由交流發電機或其他發電系統驅動負載壓縮機。然后可在離開機艙的空氣和由負載壓縮機壓縮的空氣之間提供熱交換，以減少離開壓縮機的流體溫度。該溫度下降然后允許較低的壓縮速率，而沒有損害ECS的性能，以及因此減少的消耗。

然而，這些類型的架構被限制于處于高度的能量回收，由于在低空或在地面上—當加壓速率不足或為零時—不存在離開機艙的加壓空氣。在地面上，實際上由小渦輪軸發動機提供氣動機艙通風，該小渦輪軸發動機包括被連接到由于這些氣體的排氣噴嘴的氣體發生器，形成輔助動力單元(縮寫為APU)。APU也用于啟動主發動機以及用于提供電能和氣動能到各種消耗器(泵，負載壓縮機，電機等)。這種類型的APU可裝配在飛行器上或在地面上連接到被驅動的各種部件。在某些情況下，APU在飛行中足夠安全地操作，如果有必要，部分甚至完全地補充由主發動機供給到消耗器的無推進動力。

發明內容

本發明旨在允許在高度和在地面上使用單一架構的優化的能量回收。為此，本發明旨在當飛行器在地面上時從廢氣中回收熱能，從而導致機艙內通風空氣的壓縮，導致空調以及在高度導致壓力節空氣的壓縮。

更具體地，本發明的主題是一種用于在裝配有機艙的飛行器中的能量回收方法，該機艙根據壓力和溫度使用由負載壓縮機驅動的ECS空調系統，以及輔助發電使氣流調節。該方法包括提供了：

—當飛行器在地面上時，被稱為“地面模式”，由輔助發電(能量丟失)消耗的熱能由熱交換在其廢氣中回收，從而驅動回收渦輪增壓器的循環以產生除輔助發電之外的機械能；

—當飛行器在高度時，被稱為“高度模式”，其中機艙空氣被加壓到足夠水平，至少部分地隨著離開機艙而被回收的空氣所驅動以及然后在廢氣中由熱交換加熱的所述渦輪增壓器產生了除負載壓縮機之外的壓縮，從而提供需要驅動ECS的壓縮速率。

根據特定的實施例：

—可在離開機艙的空氣和進入ECS系統的壓縮空氣之間進行第二空氣熱交換；

—在高度模式下，渦輪增壓器在ECS系統的入口形成第二空氣壓縮級；

—當飛行器處于高度模式時，由渦輪增壓器壓縮的空氣和離開機艙的壓縮空氣在廢氣中產生的熱交換上游結合，從而增加輔助發電的動力；

—當飛行器處于高度模式時，通過渦輪增壓器產生的空氣也可切換，從而在ECS系統的入口結合以形成第二壓縮級，或在機艙空氣出口，來自氣體發生器的廢氣內熱交換的上游結合，從而增加輔助發電的動力。

本發明也涉及能實施所述方法的能量回收的架構。這種架構包括具有排氣噴嘴并結合有裝配有一個軸的氣體發生器的輔助動力單元，該軸用于傳遞動力到負載壓縮機以經由供給管道將壓縮空氣供給到機艙的ECS空調系統。此外，該架構包括直接地或經由傳動箱或其他連接設備連接到APU的軸的回收渦輪增壓器。所述渦輪增壓器包括由在裝配到排氣噴嘴的熱交換器上安裝的管道的下游分支內的空氣所驅動的回收渦輪機。所述管道在被連接到通道的交換器的上游具有分支，該通道將機艙的空氣入口和回收渦輪增壓器的壓縮機連接到所述上游分支。

根據優選的實施例：

—第二熱交換器被安裝在供給管道和機艙出口通道之間，這樣離開機艙的空氣和進入ECS系統的壓縮空氣可傳遞熱量；