СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И СПОСОБ РАБОТЫ ТАКОЙ УСТАНОВКИ
POWER PLANT OF AIRCRAFT AND METHOD FOR OPERATION OF SUCH A PLANT

Область техники
Изобретение относится к области летательных аппаратов и, в частности, касается силовой установки самолета.
Предшествующий уровень техники
В этом документе на фиг. 1 показан самолет 100, расположенный в продольном направлении вдоль оси Х, в боковом направлении вдоль оси Y и в вертикальном направлении вдоль оси Z, образующих ортогональную систему координат (X, Y, Z). Кроме того, в такой системе координат передняя часть и задняя часть определены вдоль оси Х относительно перемещения самолета 100 во время полета. Иначе говоря, передняя часть и задняя часть самолета 100 определены на фиг. 1 вдоль оси Х, которая ориентирована от задней части к передней части. Как известно, самолет 100 содержит главный корпус 101, известный под названием «фюзеляж», расположенный вдоль оси самолета 100, и два боковых крыла (не показаны).
Как известно, для обеспечения перемещения самолета 100 он содержит силовую установку, выполненную с возможностью создания тяги Р в направлении, противоположном к перемещению самолета 100, чтобы двигать его вперед. Как показано на фиг. 1, такая силовая установка, как известно, содержит два газотурбинных двигателя 102, которые обычно расположены с двух сторон от главного корпуса 101 самолета 100. Как известно газотурбинный двигатель является двигателем внутреннего сгорания, выполненным с возможностью приведения во вращение вращающегося движущего органа при помощи воздушного потока, поступающего в двигатель. Среди газотурбинных двигателей известны турбореактивные двигатели, оснащенные направляющим воздух корпусом, и турбовинтовые двигатели, не имеющие такого корпуса. В случае турбореактивного двигателя вращающийся движущий орган называют вентилятором, тогда как в случае турбовинтового двигателя вращающийся движущий орган называют воздушным винтом.
Таким образом, для обеспечения тяги самолета турбореактивный двигатель выполнен с возможностью производить ускорение воздуха между входом и выходом турбореактивного двигателя. Для этого, как известно, турбореактивный двигатель, который в дальнейшем будет обозначаться общим понятием «двигатель», содержит направляющий корпус, в котором установлены вентилятор и газогенератор для приведения во вращение вентилятора.
Газогенератор содержит по меньшей мере один компрессор, выполненный с возможностью сжимать входящий воздушный поток, чтобы получать на выходе воздух, имеющий высокие скорость, давление и температуру. Кроме того, газогенератор содержит камеру сгорания, обеспечивающую сжигание сжатого воздушного потока в смеси с топливом для генерирования большого количества энергии. Наконец, газогенератор содержит по меньшей мере одну турбину, выполненную с возможностью рекуперации энергии, получаемой от камеры сгорания, чтобы приводить в движение компрессор и вентилятор. Генерируемый вентилятором воздушный поток создает тягу, обеспечивающую движение самолета вперед.
Как известно, газогенератор находится в направляющем воздух корпусе, который имеет размеры, адаптированные к массе самолета, чтобы не снижать характеристики самолета, когда он совершает полет.
В случае самолета небольшого размера, учитывая его небольшую массу, двигатель имеет небольшие размеры, что вынуждает устанавливать компрессор небольшого размера с ограниченными степенью сжатия и температурой газов на выходе компрессора. Такие ограничения не обеспечивают оптимальный КПД двигателя.
Чтобы устранить эти недостатки, известны самолеты небольшого размера, содержащие единственный двигатель, закрепленный непосредственно на фюзеляже, как правило, на верхней стороне самолета. Такая конфигурация, называемая однодвигательной конструкцией, позволяет установить компрессор пропорционально более значительного размера относительно размеров фюзеляжа. Однако такую конструкцию можно выполнять только на некоторых типах самолетов, поскольку она требует установки двигателя, размеры которого обеспечивают хорошие аэродинамические условия.
Изобретение направлено по меньшей мере на частичное преодоление этих недостатков и создание для этого простой и эффективной силовой установки, которую можно использовать на самолетах небольшого размера, одновременно обеспечивая оптимальную тягу.
В связи с этим известна силовая установка, описанная в документе US20160355272A1, содержащая две силовые установки, расположенные с двух сторон от фюзеляжа самолета. Каждая силовая установка содержит газогенератор, выполненный с возможностью приводить во вращение несколько вентиляторов и накапливать электрическую энергию. Силовая установка дополнительно содержит переключатель, позволяющий передавать накопленную электрическую энергию между двумя силовыми установками. Но с учетом своих габаритов такие силовые установки могут быть установлены только на самолетах большого размера.
Известна также силовая установка, описанная в документе ЕР3190052А1, содержащая газогенератор и вентилятор, чтобы обеспечивать движение самолета во время полета. Установка дополнительно содержит электрическое устройство, связанное с вентилятором и включающее в себя аккумуляторный модуль, выполненный с возможностью накапливать энергию во время работы газогенератора. Электрическое устройство выполнено с возможностью питать вентилятор энергией во время операций руления, чтобы ограничить использование газогенератора. Однако силовая установка, описанная в документе ЕР3190052А1, не позволяет решить проблемы, связанные с двигателями, установленными на самолетах небольшого размера.
Из патентной заявки US2006/011780A1 известна хвостовая силовая установка с механической тяговой конструкцией, которая не имеет тяговой избыточности. В другой области из патентной заявки US2016/176534A1 известна также электрическая тяговая конструкция, которая предназначена для обеспечения электрического, а не механического питания через валы и характеризуется электрической избыточностью.
Раскрытие изобретения
Объектом изобретения является силовая установка, предназначенная для установки на летательном аппарате, содержащем главный корпус, при этом указанная силовая установка содержит:
- первый вращающийся движущий орган и второй вращающийся движущий орган, предназначенные для установки с двух сторон от указанного главного корпуса,
- коробку передач, соединенную с первым вращающимся движущим органом через первый механический вал и со вторым вращающимся движущим органом через второй механический вал,
- единственный газогенератор, содержащий компрессор, камеру сгорания и турбину, при этом газогенератор соединен с коробкой передач для приведения во вращение первого вращающегося движущего органа и второго вращающегося движущего органа, и
- единственную вспомогательную турбомашину, выполненную с возможностью приведения во вращение первого вращающегося движущего органа и второго вращающегося движущего органа независимо от газогенератора.
Такая силовая установка предпочтительно позволяет разделить вращающиеся движущие органы и газогенератор, что позволяет установить единственный газогенератор, который можно установить в положении, отличном от положения вращающихся движущих органов на фюзеляже самолета, что уменьшает его аэродинамическое влияние. Кроме того, газогенератор предпочтительно имеет более значительные размеры и, следовательно, более высокую эффективность, учитывая, что он установлен независимо от вращающихся движущих органов. Понятием «вращающийся движущий орган» обозначен воздушный винт или вентилятор, не содержащий газогенератора, напрямую связанного с вращающимся движущим органом. Согласно изобретению, такой газогенератор вынесен относительно вращающихся движущих органов. Отделив газогенератор от вращающегося движущего органа, можно преодолеть требования, связанные со степенью сжатия газогенератора, поскольку сам по себе вращающийся движущий орган в корпусе позволяет перемещать больший объем воздуха, обеспечивая более значительную тягу.
Преимуществом силовой установки согласно изобретению является возможность ее установки на самолетах небольшого размера. Установка газогенератора большего размера позволяет получить более высокую степень сжатия, а также более высокую температуру на входе камеры сгорания, что обеспечивает более высокую эффективность.
Кроме того, такая силовая установка предпочтительно позволяет использовать вращающиеся движущие органы меньших размеров, за счет чего можно ограничить аэродинамические потери во время полета, связанные с габаритным оборудованием, в частности, с установкой слишком объемных корпусов.
Согласно варианту осуществления изобретения, первый вращающийся движущий орган характеризуется первым направлением вращения, а второй вращающийся движущий орган характеризуется вторым направлением вращения, при этом первый вращающийся движущий орган и второй вращающийся движущий орган выполнены с возможностью вращаться в одинаковых направлениях вращения.
Такая конфигурация позволяет использовать два вращающихся движущих органа одинакового типа, которые можно изготовить одинаково и которые не требуют установки в специальном корпусе на летательном аппарате, что дает выигрыш времени при монтаже силовой установки на летательном аппарате.
В альтернативном варианте первый вращающийся движущий орган характеризуется первым направлением вращения, а второй вращающийся движущий орган характеризуется вторым направлением вращения, при этом первый вращающийся движущий орган и второй вращающийся движущий орган выполнены с возможностью вращаться в противоположных направлениях вращения.
Такая альтернативная конфигурация предпочтительно позволяет ограничить аэродинамические потери, связанные с наружным воздушным потоком, действующим на летательный аппарат во время полета, за счет оптимизации симметрии прохождения такого наружного воздушного потока по главному корпусу летательного аппарата. Предпочтительно направление вращения каждого вращающегося движущего органа выбирают так, чтобы ограничить завихрение входящего в корпус воздушного потока или шум, ощущаемый внутри летательного аппарата.
Предпочтительно каждый вращающийся движущий орган выполнен с возможностью производить тягу, составляющую от 1000 фунт-сил (4448 Н) до 8000 фунт-сил (35584 Н), предпочтительно составляющую от 1000 фунт-сил (4448 Н) до 7000 фунт-сил (31136 Н). Такая тяга подходит для самолета небольшого размера. В случае воздушного винта механическая мощность составляет от 2×400 кВт (2×536 л.с.) до 2×2500 кВт (2×3621 л.с.).
Предпочтительно коробка передач связана с первым вращающимся движущим органом через первый механический вал и со вторым вращающимся движущим органом через второй механический вал, что предпочтительно позволяет соединить оба вращающихся движущих органа с единственным газогенератором и позволяет вращать оба вращающихся движущих органа одновременно с одинаковой скоростью вращения.
Согласно другой особенности изобретения, первый механический вал и второй механический вал образуют единый механический вал для соединения первого вращающегося движущего органа, второго вращающегося движущего органа и коробки передач.
Согласно варианту осуществления изобретения, силовая установка содержит модуль муфты, выполненный с возможностью механического соединения вспомогательной турбомашины с коробкой передач. Такой модуль муфты предпочтительно позволяет соединять вспомогательную турбомашину с коробкой передач или отсоединять от нее, что обеспечивает переключение между вспомогательной турбомашиной и газогенератором с целью приведения во вращение вращающихся движущих органов от одного или другого из источников энергии.
В альтернативном варианте силовая установка содержит по меньшей мере один электрический генератор, соединенный со вспомогательной турбомашиной, и по меньшей мере один электрический двигатель, питаемый электрическим генератором и выполненный с возможностью приведения во вращение первого вращающегося движущего органа и второго вращающегося движущего органа. Такая конфигурация предпочтительно позволяет ограничить рассеяние энергии в различных механических модулях. Кроме того, это облегчает позиционирование вспомогательной турбомашины и электрического генератора, при этом последний практично соединен с электрическим двигателем через электрический кабель.
Предпочтительно силовая установка содержит электрическую аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью питаться от электрического генератора для обеспечения питания электрического двигателя, когда вспомогательная турбомашина или газогенератор не работают, например, во время операций руления на земле.
В первой конфигурации электрический двигатель соединен напрямую с коробкой передач для ее непосредственного приведения в действие. Такая конфигурация предпочтительно позволяет заменить, например, вспомогательную турбомашину, если она должна иметь небольшую мощность, или даже в случае необходимости дополнить энергию, обеспечиваемую вспомогательной турбомашиной или газогенератором.
В альтернативной конфигурации, когда первый механический вал и второй механический вал образуют единый механический вал, указанный электрический двигатель соединен напрямую с указанным единым механическим валом, чтобы приводить его во вращение напрямую. Такая конфигурация предпочтительно позволяет ограничить энергетические потери в коробке передач, одновременно обеспечивая приведение во вращение обоих вращающихся движущих органов единственным электрическим двигателем в случае монтажа с единым механическим валом.
В другой альтернативной конфигурации, в которой первый механический вал и второй механический вал являются независимыми, силовая установка содержит первый электрический двигатель, установленный на первом механическом валу для его непосредственного приведения во вращение, и второй электрический двигатель, установленный на втором механическом валу для его непосредственного приведения во вращение. Оба электрических двигателя предпочтительно позволяют ограничить потери мощности через коробку передач, когда силовая установка содержит два отдельных механических вала.
Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения, силовая установка содержит первый электрический двигатель, установленный непосредственно на первом вращающемся движущем органе для его непосредственного приведения во вращение, и второй электрический двигатель, установленный непосредственно на втором вращающемся движущем органе для его непосредственного приведения во вращение. Такой вариант выполнения предпочтительно позволяет еще больше ограничить энергетические потери передачи за счет установки двигателя непосредственно на вращающемся движущем органе. Установка электрических двигателей непосредственно на вращающихся движущих органах обеспечивает более надежный монтаж, менее чувствительный к механической поломке каждого механического вала.
Объектом изобретения является также летательный аппарат, содержащий главный корпус и описанную выше силовую установку, при этом первый вращающийся движущий орган и второй вращающийся движущий орган установлены с двух сторон от указанного главного корпуса. Предпочтительно летательный аппарат содержит единственную силовую установку.
Кроме того, объектом изобретения является способ работы описанной выше силовой установки, при этом указанный способ включает в себя:
- этап приведения в действие единственного газогенератора;
- этап приведения во вращение, через коробку передач, первого механического вала и второго механического вала, и
- этап приведения во вращение первого вращающегося движущего органа через первый механический вал и второго вращающегося движущего органа через второй механический вал.
Такой способ предпочтительно обеспечивает работу вращающихся движущих органов в случае снижения мощности газогенератора, например, в случае нарушений в работе обеспечивает полет самолета до ближайшего аэропорта. Действительно, приведение в действие вспомогательной турбомашины позволяет обеспечить работу вращающихся движущих органов в полете. Таким образом, предложенная силовая установка является надежной.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет более понятно из последующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 показана известная силовая установка, схематичный вид;
на фиг. 2 - силовая установка согласно примеру осуществления изобретения, схематичный вид;
на фиг. 3 - силовая установка, показанная на фиг. 2, согласно первому варианту осуществления, схематичный вид;
на фиг. 4 - пример расположения вспомогательной турбомашины силовой установки, показанной на фиг. 2, схематичный вид;
на фиг. 5, фиг. 6 и фиг. 7 - несколько альтернативных версий силовой установки согласно второму варианту осуществления изобретения, содержащей электрический генератор, позволяющий питать один или несколько электрических двигателей, при этом на каждой фигуре схематично показано расположение электрического двигателя или электрических двигателей;
на фиг. 8 - силовая установка согласно третьему варианту осуществления изобретения;
на фиг. 9 - способ работы силовой установки согласно примеру осуществления изобретения.
Следует отметить, что фигуры детально отображают изобретение для его большей наглядности, при этом, разумеется, указанные фигуры можно использовать, чтобы, в случае необходимости, лучше определить изобретение.
Варианты осуществления изобретения
Как было указано выше, самолет 100 содержит главный корпус 101, известный под названием «фюзеляж», ограничивающий кабину самолета 100, и два крыла (не показаны), отходящие с двух сторон от главного корпуса 101 самолета 100 и обеспечивающие его подъемную силу во время полета.
Как показано на фиг. 2, самолет 100 расположен в продольном направлении вдоль оси Х, в боковом направлении вдоль оси Y и в вертикальном направлении вдоль оси Z, образующих ортогональную систему координат (X, Y, Z). В такой системе координат передняя часть и задняя часть определены вдоль оси Х относительно перемещения самолета 100 во время полета. Иначе говоря, передняя часть и задняя часть самолета 100 определены на фиг. 2 вдоль оси Х, которая ориентирована от задней части к передней части. Кроме того, в такой системе координат понятие «поперечный» обозначает объект, расположенный вдоль боковой оси Y.
Для обеспечения перемещения самолета 100 он содержит силовую установку 10, выполненную с возможностью создания тяги Р в направлении, противоположном к перемещению самолета 100, чтобы двигать его вперед. В этом примере самолет содержит одну силовую установку 10. Согласно изобретению, силовая установка 10 содержит два вращающихся движущих органа 1, один газогенератор 2, коробку 3 передач и одну вспомогательную турбомашину 4.
Каждый вращающийся движущий орган 1 выполнен с возможностью создавать тягу, составляющую от 1000 фунт-сил (4448 Н) до 7000 фунт-сил (31136 Н), которая подходит для самолета небольшого размера.
Силовая установка 10 содержит первый вращающийся движущий орган 11 и второй вращающийся движущий орган 12. Понятием «вращающийся движущий орган» обозначен воздушный винт или вентилятор, не содержащий газогенератора, напрямую связанного с вращающимся движущим органом 1, поскольку газогенератор вынесен относительно вращающихся движущих органов 1, что будет детально рассмотрено далее в этом документе. Вращающийся движущий орган 1 можно также обозначить понятием «движитель», так как он обеспечивает функцию движения самолета 100.
Каждый вращающийся движущий орган 1 может быть открытым или капотированным, то есть он может быть установлен или не установлен в направляющем корпусе кольцевого сечения, обеспечивающем лучший аэродинамической поток. Иначе говоря, силовая установка 10 согласно изобретению выполнена с возможностью приспосабливания как для турбореактивного двигателя, так и для турбовинтового двигателя в соответствии с определенными выше понятиями. Вращающийся движущий орган 1 может быть связан или не связан со спрямляющим аппаратом, может быть связан или не связан с воздушным винтом противоположного вращения и может быть выполнен с возможностью создания тягового усилия «puller» или толкающего усилия «pusher».
Согласно предпочтительному варианту осуществления, поясненному на фиг. 3, первый вращающийся движущий орган 11 и второй вращающийся движущий орган 12 выполнены с возможностью установки соответственно в первом корпусе 13 и во втором корпусе 14, что предпочтительно позволяет ориентировать воздушный поток, создаваемый вращающимся движущим органом 1, и ограничивать возмущения воздушного потока при вращении каждого вращающегося движущего органа 1.
Первый вращающийся движущий орган 11 и второй вращающийся движущий орган 12 расположены с двух сторон от главного корпуса 101 самолета 100. Предпочтительно вращающиеся движущие органы 1 расположены сзади самолета 100 на одинаковом расстоянии от главного корпуса 101, чтобы создавать уравновешенную тягу Р с двух сторон самолета 100.
Каждый вращающийся движущий орган 1 характеризуется направлением вращения, обеспечивающим создание воздушного потока в первом корпусе 13 и во втором корпусе 14. Согласно двум альтернативным вариантам осуществления изобретения, первый вращающийся движущий орган 11 и второй вращающийся движущий орган 12 могут вращаться соответственно в одинаковых или противоположных первом направлении вращения и втором направлении вращения.
Действительно, согласно первому варианту осуществления, вращающиеся движущие органы 1 выполнены с возможностью вращаться в одинаковых направлениях вращения, что позволяет устанавливать на самолете 100 два аналогичных вращающихся движущих органа 1 и позволяет изготавливать вентиляторы или воздушные винты, имеющие идентичные характеристики.
Согласно второму варианту осуществления, вращающиеся движущие органы 1 выполнены с возможностью вращаться в противоположных направлениях вращения, что позволяет минимизировать аэродинамическое воздействие на самолет 100, обеспечивая прохождение симметричного наружного воздушного потока на главном корпусе 101 самолета 100. В такой конфигурации первое направление вращения и второе направление вращения выбирают, например, так, чтобы минимизировать нарушение потока на входе первого корпуса 13 и второго корпуса 14 или снизить шум, ощущаемый, например, пассажирами внутри самолета 100.
Оба вращающихся движущих органа 1 выполнены с возможностью засасывать воздушный поток спереди самолета 100 и выбрасывать его в заднем направлении самолета 100, чтобы создавать тягу Р. Предпочтительно, в отсутствие газогенератора в направляющем корпусе каждый вращающийся движущий орган 1 позволяет перемещать больший объем воздуха и обеспечивать более значительную тягу Р.
Как показано на фиг. 3, силовая установка 10 содержит газогенератор 2, который вынесен относительно вращающихся движущих органов 1. Как известно, газогенератор 2 содержит компрессор 21, камеру 22 сгорания и турбину 23, выполненные с возможностью генерирования значительной энергии, обеспечивающей приведение во вращение на расстоянии вращающихся движущих органов 1. Предпочтительно, учитывая свою удаленность, газогенератор 2 имеет небольшие размеры и позволяет создавать большой крутящий момент.
Компрессор 21 выполнен с возможностью сжимать входящий воздушный поток, поступающий снаружи газогенератора 2. Предпочтительно компрессор 21 имеет степень сжатия, составляющую от 10 до 45. Камера 22 сгорания выполнена с возможностью смешивать сжатый воздушный поток с топливом для выделения большого количества энергии на выходе камеры 22 сгорания, что позволяет приводить во вращение турбину 23. Последняя рекуперирует энергию, производимую камерой 22 сгорания, для приведения в действие компрессора 21, а также первого вращающегося движущего органа 11 и второго вращающегося движущего органа 12 через коробку 3 передач, что будет подробно описано далее в этом документе. Компрессор 21, а также турбина 23 могут иметь один или более корпусов.
Предпочтительно газогенератор 2 выполнен с возможностью установки сзади главного корпуса 101 самолета 100, что позволяет центровать его по ширине самолета 100. Такое расположение позволяет при помощи единственного газогенератора 2 приводить во вращение на расстоянии через механические соединения одновременно оба вращающихся движущих органа 1, расположенных с двух сторон от главного корпуса 101. Предпочтительно, как показано на фиг. 4, газогенератор 2 встроен в задний конец самолета 100, в данном случае под килем самолета 100, то есть под стабилизатором, расположенным вертикально по отношению к хвосту самолета 100 и обеспечивающим его устойчивость. Таким образом, газогенератор 2 предпочтительно не приводит к аэродинамическим потерям во время полета.
Встраивание единственного газогенератора 2 сзади главного корпуса 101 самолета 100 предпочтительно позволяет установить газогенератор 2, имеющий более значительные размеры, учитывая, что он не взаимодействует напрямую с вращающимся движущим органом 1. Таким образом, газогенератор 2 выполнен с возможностью производить большее количество энергии при габарите, аналогичном с известным решением.
Для обеспечения тяги самолета 100, как показано на фиг. 3, газогенератор 2 механически связан с каждым из вращающихся движущих органов 1 через механические валы 51, 52, 53 и через коробку 3 передач.
Коробка 3 передач связана с первым вращающимся движущим органом 11 через первый механический вал 51, со вторым вращающимся движущимся органом 12 через второй механический вал 52 и с газогенератором 2 через третий механический вал 53.
Такая коробка 3 передач выполнена с возможностью передавать крутящий момент от газогенератора 2 на первый механический вал 51 и на второй механический вал 52.
Первый механический вал 51 и второй механический вал 52 представляют собой в этом примере два независимых передаточных вала, проходящих по ширине самолета и выполненных с возможностью передавать движение вращения. Таким образом, энергия, сообщаемая турбине 23, позволяет через первый механический вал 51 и второй механический вал 52 приводить во вращение соответственно первый вращающийся движущий орган 11 и второй вращающийся движущий орган 12. В альтернативном варианте оба механических вала соединены друг с другом и образуют единый механический вал 5, соединенный одновременно с первым вращающимся движущим органом 11 и с вторым вращающимся движущим органом 12. Как показано на фиг. 3, третий механический вал 53 проходит вдоль длины самолета 100.
В этом примере коробка 3 передач содержит множество зубчатых колес, выполненных с возможностью преобразования движения вращения третьего механического вала 53, проходящего вдоль длины самолета 100, в движение вращения первого механического вала 51 и второго механического вала 52, проходящих поперечно в самолете 100. Кроме того, коробка 3 передач позволяет регулировать передаточные отношения. Предпочтительно коробка 3 передач выполнена с возможностью приведения во вращение вращающихся движущих органов 1 с одинаковой скоростью с целью создания симметричных тяг.
Как показано на фиг. 3, первый механический вал 51 и второй механический вал 52 связаны соответственно с вращающимися движущими органами 1 через раздаточные коробки 7. Такие раздаточные коробки 7 обеспечивают оптимальное вращение вращающихся движущих органов 1 вокруг осей, параллельных продольной оси Х.
Разделение вращающихся движущих органов 1 и газогенератора 2 позволяет установить единственный газогенератор 2 в положении, отличном и удаленном от вращающихся движущих органов 1, на главном корпусе 101 самолета 100. Чтобы уменьшить свое аэродинамическое воздействие, газогенератор 2 может иметь более значительные размеры и, следовательно, более значительную мощность. Предпочтительно отделение газогенератора 2 позволяет устанавливать его на самолетах небольшого размера.
Вспомогательная турбомашина 4, выполненная в этом примере в виде ВСУ (вспомогательная силовая установка, «Auxiliary Power Unit» (APU) на английском языке), образует вспомогательную силовую установку, обычно установленную на самолете и обеспечивающую работу, например, устройств освещения и кондиционирования, когда самолет находится на стоянке и когда его двигатели выключены.
Предпочтительно вспомогательная турбомашина 4 расположена в хвосте самолета. Предпочтительно вспомогательная турбомашина 4 выполнена с возможностью производить электрическую энергию на борту самолета для питания на земле различных бортовых систем указанного самолета.
Согласно изобретению, вспомогательная турбомашина 4 выполнена с возможностью дополнять газогенератор 2 в случае нарушения в работе или в случае, когда самолет 100 нуждается в более значительной тяге Р. Для этого вспомогательная турбомашина 4 может производить тягу Р, составляющую от 5 до 20% тяги, создаваемой вращающимися движущими органами 1, которая составляет от 2×1000 фунт-сил (2×4448 Н) до 2×7000 фунт-сил (2×31136 Н). Такая мощность позволяет самолету 100 в случае нарушения в работе газогенератора 2 продолжить полет, например, до аэропорта, чтобы произвести посадку в условиях полной безопасности.
Предпочтительно вспомогательная турбомашина 4 выполнена с возможностью создания тяги, чтобы участвовать в движении летательного аппарата (полезная тяга). Согласно первому варианту осуществления изобретения, поясненному на фиг. 3, вспомогательная турбомашина 4 выполнена с возможностью своего механического соединения с коробкой 3 передач, например, через модуль 6 муфты. Такой модуль 6 муфты предпочтительно позволяет соединять и/или отсоединять вспомогательную турбомашину 4 относительно коробки 3 передач в зависимости от потребностей.
В этом варианте осуществления коробка 3 передач выполнена так, чтобы вспомогательная турбомашина 4 приводила во вращение вращающиеся движущие органы 1 через коробку 3 передач. Действительно, модуль 6 муфты выполнен с возможностью переключения между газогенератором 2 и вспомогательной турбомашиной 4 в зависимости от потребностей, например, в зависимости от того, какое из этих устройств работает. Иначе говоря, модуль 6 муфты позволяет управлять коробкой 3 передач при помощи либо газогенератора 2, либо вспомогательной турбомашины 4, либо при помощи комбинации газогенератора 2 и вспомогательной турбомашины 4, чтобы в любых обстоятельствах обеспечивать вращение вращающихся движущих органов 1. Согласно примеру выполнения, таким модулем 6 муфты управляет пилот самолета 100 при помощи кнопки управления типа переключателя, например, находящегося в кабине экипажа самолета 100.
Предпочтительно модуль 6 муфты является модулем дифференциального типа или выполнен в виде муфтовой системы, например, типа колеса с муфтой свободного хода, чтобы предпочтительно избегать одновременного приведения в действие подсоединенных газогенератора 2 и вспомогательной турбомашины 4.
Согласно второму варианту осуществления изобретения, поясненному на фиг. 5-7, вспомогательная турбомашина 4 выдает крутящий момент опосредованно. Для этого силовая установка 10 содержит электрический генератор 8, выполненный с возможностью питания одного или более электрических двигателей 9, позволяющих вращать вращающиеся движущие органы 1. Электрический генератор 8 приводится во вращение напрямую вспомогательной турбомашиной 4, и электрический генератор 8 соединен электрически с одним или более электрическими двигателями 9. Использование электрических двигателей 9 позволяет ограничить рассеяние энергии между разными механическими модулями. Для этого питаемый(ые) электрический(ие) двигатель(и) может(гут) быть установлен(ы) в разных конфигурациях.
Согласно первой конфигурации, показанной на фиг. 5, на коробке 3 передач установлен единственный электрический двигатель 9, предпочтительно через модуль 6 муфты, чтобы выдавать входной крутящий момент. Такая конфигурация позволяет отдалить вспомогательную турбомашину 4 из соображений занимаемого места или если она имеет ограниченную мощность.
Согласно второй конфигурации, показанной на фиг. 6, силовая установка 10 содержит единый механический вал 5, проходящий между первым вращающимся движущим органом 11 и вторым вращающимся движущим органом 12. Иначе говоря, первый механический вал 51 и второй механический вал 52 выполнены за одно целое. Единственный электрический двигатель 9 установлен на одном механическом валу 5 для приведения его во вращение. Таким образом, коробка 3 передач не получает входного крутящего момента от электрического двигателя 9, что позволяет упростить конструкцию коробки 3 передач. Единственный электрический двигатель 9 установлен между коробкой 3 передач и одной из описанных выше раздаточных коробок 7. Такое расположение электрического двигателя 9 позволяет уменьшить потери мощности и в то же время обеспечивать приведение во вращение одновременно первого вращающегося движущего органа 11 и второго вращающегося движущего органа 12 от единственного электрического двигателя 9.
Согласно третьей конфигурации, показанной на фиг. 7, первый механический вал 51 и второй механический вал 52 являются независимыми друг от друга. Электрический двигатель установлен на каждом механическом валу для его независимого приведения во вращение. Иначе говоря, первый электрический двигатель 91 установлен на первом механическом валу 51 между раздаточной коробкой 7 первого вращающегося движущего органа 11 и коробкой 3 передач, и второй электрический двигатель 92 установлен на втором механическом валу 52 между раздаточной коробкой 7 второго вращающегося движущего органа 12 и коробкой 3 передач. Такой монтаж позволяет ограничить потери мощности, связанные с прохождением в коробке 3 передач, когда силовая установка 10 содержит первый механический вал 51 и второй механический вал 52. Кроме того, это позволяет использовать электрические двигатели 91, 92 меньшей мощности.
Согласно третьему варианту осуществления изобретения, поясненному на фиг. 8, два электрических двигателя 91, 92 соединены напрямую с каждым из вращающихся движущих органов 1, при этом каждый электрический двигатель 91, 92 выполнен с возможностью вращать напрямую вращающийся движущий орган 91, 92, с которым он находится в прямом взаимодействии. Такая конфигурация позволяет еще больше ограничить энергетические потери передачи между электрическим двигателем 9 и вращающимся движущим органом 1.
При необходимости, электрический генератор 8 электрически соединен с одним или более электрическими двигателями 9 через электрическую аккумуляторную батарею. Таким образом, электрический двигатель 9 может работать при неработающих вспомогательной турбомашине 4 или газогенераторе 2, например, во время операций руления на земле, что позволяет уменьшить загрязняющие выбросы.
Предпочтительно вспомогательная турбомашина 4 выполнена с возможностью своей активации, когда газогенератор 2 просто выключен, то есть не только в случае нарушения в работе. Действительно, вспомогательная турбомашина 4 может быть также выполнена с возможностью использования самостоятельно, например, во время фазы перемещения на земле самолета 100, когда самолет 100 не нуждается в большой мощности. Такое использование позволяет ограничить расход топлива, а также загрязняющие выбросы. Кроме того, использование электрических двигателей 9 позволяет снизить шумовое воздействие.
Таким образом, в силовой установке 10 согласно изобретению газогенератор 2 и вспомогательная турбомашина 4 могут, в зависимости от потребностей, использоваться вместе или независимо друг от друга. Действительно, они могут быть полностью отделены друг от друга. Такая силовая установка 10 может быть также установлена на самолетах небольшого размера, одновременно обеспечивая достаточно большую тягу Р для обеспечения перемещения самолета 100 в оптимальных условиях.
Далее со ссылками на фиг. 9 следует описание способа работы силовой установки 10 согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения.
В описанном примере представлена работа силовой установки 10 согласно первому варианту осуществления изобретения, поясненному на фиг. 3, в котором вспомогательная турбомашина 4 связана напрямую с коробкой 3 передач через модуль 6 муфты.
Прежде всего способ включает в себя этап Е1, на котором приводят в действие единственный газогенератор 2, например, посредством команды, подаваемой пилотом самолета 100. Энергия, генерируемая газогенератором 2, позволяет привести во вращение третий механический вал 53, посредством которого приводят во вращение на этапе Е2 первый механический вал 51 и второй механический вал 52 через коробку 3 передач.
Способ включает в себя этап Е3, на котором приводят во вращение первый вращающийся движущий орган 11 через первый механический вал 51 и второй вращающийся движущий орган 12 через второй механический вал 52.
Согласно первому варианту осуществления, когда мощность, генерируемая газогенератором 2, меньше предварительно определенной мощности, способ включает в себя этап Е4, на котором приводят в действие вспомогательную турбомашину 4, чтобы она выдавала дополнительный крутящий момент. Как показано на фиг. 3, вспомогательная турбомашина 4 связана с коробкой 3 передач через прямое механическое соединение. Это позволяет подавать на механические валы 51, 52 дополнительный выходной крутящий момент, чтобы приводить во вращение соответственно первый вращающийся движущий орган 11 и второй вращающийся движущий орган 12.
В альтернативных вариантах осуществления, поясненных на фиг. 5-8, вспомогательная турбомашина 4 приводит в действие электрический генератор 8, который подает электрическое питание на один или более электрических двигателей 9. Показанный на фиг. 5 электрический двигатель 9 выдает дополнительный крутящий момент на коробку 3 передач через прямое механическое соединение (фиг. 5). Это позволяет подавать на механические валы 51, 52 дополнительный выходной крутящий момент, чтобы приводить во вращение соответственно первый вращающийся движущий орган 11 и второй вращающийся движущий орган 12.
Как показано на фиг. 6 и 7, электрический двигатель или электрические двигатели 9 обеспечивают дополнительный крутящий момент на выходе коробки 3 передач, в частности, на соединенные друг с другом (фиг. 6) или независимые друг от друга (фиг. 7) механические валы 51, 52.
Как показано на фиг. 8, электрический двигатель или электрические двигатели 9 обеспечивают дополнительный крутящий момент на выходе раздаточных коробок 7 и соединены напрямую соответственно с первым вращающимся движущим органом 11 и со вторым вращающимся движущим органом 12.
Способ работы силовой установки 10 предпочтительно позволяет использовать вспомогательную турбомашину 4 вместо или в дополнение к газогенератору 2, например, если в последнем появилось нарушение в работе, если мощностей недостаточно или если самолет 100 нуждается в более значительной тяге Р. Кроме того, использование электрических двигателей и электрической батареи позволяет вращать вращающиеся движущие органы при неработающих вспомогательной турбомашине или газогенераторе, например, во время операций руления на земле. Кроме того, такой способ позволяет уменьшить загрязняющие выбросы, а также шумовое воздействие.