УСТРОЙСТВО ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
AIRCRAFT ENGINE IGNITION DEVICE

Настоящее изобретение относится к устройству зажигания двигателя, в частности, предназначенному для питания свечей. В частности, устройство относится к высоковольтному генератору авиационной газовой турбины.
Во время запуска двигателей свечи получают питание электрическим током от источника электрической энергии для производства искры, воспламеняющей воздушно-топливную смесь в двигателе. Искру получают при помощи конденсатора, который производит высоковольтный электрический разряд между электродами. Как правило, все свечи получают питание от одного источника энергии, при этом источник энергии обеспечивает достаточно энергии для зажигания нескольких свечей одновременно. Для независимого питания каждой свечи их соединяют с источником энергии через канал питания, независимый от каналов питания других свечей.
Кроме того, устройство зажигания может управляться системой управления, которая направляет команды зажигания на одну или несколько свечей при помощи сигнала, проходящего через электрическую линию связи. В авиации высоковольтными генераторами управляют, например, электронные системы управления типа FADEC (от “Full Authority Digital Engine Control” на английском языке). Система FADEC представляет собой многоканальное вычислительное устройство, которое получает ограниченное количество информации от датчиков, контроллеров, устройств обеспечения полета и от пилота. Оно анализирует данные и направляет команды в устройства управления полетом в соответствии с процедурами, записанными в памяти системы FADEC.
С целью экономии и чтобы избегать износа свечей, предпочтительно при запуске используют только одну свечу, чередуя их использование при каждом запуске.
Например, в патенте US 7509812 описано устройство, содержащее генератор и систему управления, выполненную с возможностью управления зажиганием двух свечей одного двигателя. В частности, в патенте описан способ, позволяющий производить зажигание двигателя при помощи первой свечи, затем использовать вторую свечу для разгона двигателя до скорости вращения, достаточной, чтобы автономно поддерживать двигатель работающим. Частный случай способа, связанный с неисправностью, предусматривает использование второй свечи для зажигания двигателя, если первая свеча не работает.
Описанное в патенте US 6195247 изобретение относится к цепи зажигания с двумя свечами и с системой управления, имеющей два канала, соединенных с цепью зажигания через две дублированные линии связи. Таким образом, каждый канал может управлять зажиганием двух свеч для обеспечения запуска в случае выхода из строя другого канала.
Однако эти устройства используют систему управления, чтобы напрямую управлять чередованием питания свечей. В частности, они требуют использования одного канала системы управления для каждого из каналов питания свечей, что является дополнительной нагрузкой на систему управления, которая должна также управлять другими устройствами обеспечения полета.
Задачей изобретения является решение вышеуказанной проблемы известного уровня техники и разработка устройства зажигания, позволяющего использовать только один канал системы управления.
Для этого устройство зажигания авиационного двигателя, содержащего по меньшей мере две свечи, содержит источник питания, первый канал для питания первой свечи и второй канал для питания второй свечи, при этом упомянутые каналы соединены с источником питания через средства распределения питания.
Устройство отличается тем, что упомянутые средства распределения содержат первую цепь для поочередного питания упомянутого первого канала или упомянутого второго канала и вторую цепь для одновременного питания упомянутых первого и второго каналов, при этом устройство выполнено таким образом, чтобы использовать во время запуска либо первую цепь, либо вторую цепь.
Таким образом, устройство имеет собственные средства распределения, которые позволяют ему запустить двигатель только одной свечой при помощи первой цепи или одновременно двумя свечами при помощи второй цепи. Система управления не управляет напрямую каждым каналом зажигания свечей.
Согласно различным вариантам выполнения изобретения, которые можно комбинировать или рассматривать отдельно:
- средства распределения содержат первое моностабильное реле, выполненное с возможностью подключения либо первой цепи, либо второй цепи к источнику питания,
- первое моностабильное реле является замедленным реле,
- средства распределения содержат второе бистабильное реле с двумя катушками, выполненное с возможностью подключения первой цепи поочередно к первому каналу или к второму каналу,
- средства распределения содержат третье бистабильное реле, выполненное с возможностью подключения обеих катушек второго бистабильного реле к источнику питания,
- система управления выполнена с возможностью подачи команды на запуск двигателя через первую цепь при помощи единой электрической линии, соединенной с упомянутыми средствами распределения через вход LP,
- вход LP выполнен с возможностью приведения в действие первого моностабильного реле и третьего бистабильного реле одновременно,
- система управления является системой типа FADEC,
- система управления подает команду в виде сигнала низкого напряжения,
- свечи являются полупроводниковыми свечами,
- устройство зажигания является высоковольтным генератором,
- средства распределения и первые и вторые каналы объединены в высоковольтный блок.
Объектом изобретения является также летательный аппарат, содержащий такое устройство зажигания.
Выполнение изобретения будет более понятно из прилагаемых чертежей. На фигурах чертежей подобные элементы имеют одинаковые обозначения.
Фиг. 1 схематично иллюстрирует устройство зажигания согласно частному варианту выполнения изобретения.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему способа согласно частному варианту выполнения изобретения.
Показанное на фиг. 1 устройство 1 зажигания является высоковольтным генератором авиационного двигателя. Генератор имеет источник питания (на фиг. 1 не показан), например батарею, которая выдает напряжение 28 В на фазе 2 источника питания, а также первый канал 3 для питания первой свечи и второй канал 4 для питания второй свечи (на фиг. 1 свечи не показаны). Свечи могут быть классическими свечами с воздушным зазором между электродами или полупроводниковыми свечами. Классические свечи требует разрядного напряжения порядка 20 кВ, тогда как для полупроводниковых свечей достаточно разрядного напряжения порядка 3 кВ.
Первый и второй каналы 3, 4 соединены с источником питания через средства 5 распределения питания, содержащие первую 6 и вторую 7 цепи. Средства 5 распределения, а также первые 3 и вторые 4 каналы предпочтительно объединены в высоковольтный блок высоковольтного генератора.
Чтобы использовать только одну свечу при запуске, первая цепь 6 выполнена с возможностью питания первого канала 3 или второго канала 4. Кроме того, упомянутые первый и второй каналы 3, 4 получают поочередно питание, чтобы обеспечивать одинаковое использование свечей в течение времени. С другой стороны, вторая цепь 7 выполнена с возможностью питания одновременно обеих свечей через первый и второй каналы 3, 4.
Устройство 1 выполнено с возможностью использования во время запуска либо первой цепи 6, либо второй цепи 7. Таким образом, во время нормального запуска первая цепь 6 получает питание, чтобы использовать только одну свечу. Существуют другие ситуации, например, при очень низких температурах, когда для обеспечения запуска двигателя необходимы обе свечи. В этом случае устройство 1 использует вторую цепь для питания обеих свечей одновременно, чтобы облегчить запуск двигателя.
Для этого средства 5 распределения содержат электрические реле 8, 9, 1, установленные на первой 6 и второй 7 цепях таким образом, чтобы направлять ток от источника питания в выбранную цепь. Электрические реле 8, 9, 10 являются компонентами, обеспечивающими переключение электрических линий связи. Существуют, например, электромеханические реле, содержащие катушку, которая при приведении в действие перемещает механический элемент, такой как контакт или выключатель, между двумя положениями.
Первое моностабильное реле 8 соединяет источник питания либо с первой цепью 6, либо со второй цепью 7. Моностабильное реле 8 перемещает контакт между первым положением, когда катушка не получает питания, и вторым положением в случае ее питания. Контакт во втором положении происходит, только если катушка получает питание. Как только она перестает получать питание, контакт возвращается в первое положение. Первое реле 8 расположено для своего приведения в действие в начале двух цепей 6, 7 питания.
Таким образом, при активации первого реле 8 питание свечей поступает только на одну свечу в поочередном режиме. Когда активация первого реле 8 прекращается, происходит одновременное питание обеих свечей.
Предпочтительно первое моностабильное реле 8 является замедленным реле, чтобы первая цепь 6 успела соединиться с каналом 3, 4 питания соответствующей свечи и чтобы избежать ошибочного питания другой свечи.
Средства 5 распределения содержат второе бистабильное реле 9 с двумя катушками, выполненное с возможностью поочередного соединения первой цепи 6 с первым каналом 3 или с вторым каналом 4. Бистабильное реле содержит такие же элементы, что и моностабильное реле, но оно сохраняет положение при прекращении питания катушки. В случае бистабильного реле с двумя катушками первая катушка переводит контакт в первое положение, когда она получает питание, и вторая катушка переводит контакт во второе положение, когда она получает питание. Для перемещения контакта в необходимое положение необходимо подать питание на соответствующую катушку.
Показанное на фиг. 1 второе бистабильное реле 9 с двумя катушками имеет три соединения 11, 12, 13, из которых первое соединение 11 подключено, с одной стороны, к фазе 2 источника питания и, с другой стороны, к двум катушкам. Два других соединения 12, 13 соединяют каждую из катушек с массой.
Средства распределения содержат третье бистабильное реле 10, чередующее соединение двух катушек второго бистабильного реле 9 с фазой 2 источника питания. Для этого третье бистабильное реле 10 имеет первое положение, в котором первая катушка второго бистабильного реле 9 соединяется с массой, и второе положение, в котором вторая катушка второго бистабильного реле 9 соединяется с массой. Для каждого из обоих положений питание получает только одна катушка, а другая катушка не соединена с фазой 2 источника питания. В случае питания только одной свечи третье бистабильное реле 10 служит для автоматического изменения контакта второго бистабильного реле 9 и, следовательно, действует на изменение получающего питание канала 3, 4.
Устройство 1 зажигания содержит также систему управления (на фиг. 1 не показана) типа FADEC, выполненную с возможностью управления запуском двигателя в чередующемся режиме через первую цепь 6. Система управления соединена с упомянутыми средствами 5 распределения при помощи единой электрической линии через вход 14 типа LP (от “Low Power” на английском языке), предназначенный для передачи сигнала низкого напряжения. Таким образом, для соединения системы управления с высоковольтным генератором используют только один канал системы управления.
Вход LP 14 позволяет приводить в действие первое моностабильное реле 8 и третье бистабильное реле 10 по существу одновременно. Когда на вход LP 14 поступает сигнал, приводятся в действие первое 8 и третье 10 реле. Первое моностабильное реле 8 соединяет первую цепь 6 с фазой 2 источника питания для запуска при помощи единственной свечи, а третье бистабильное реле 10 меняет катушку второго бистабильного реле 9, которая соединена с источником питания, через соединения 11, 12, 13. Таким образом, это изменение питания катушки приводит к изменению контакта второго бистабильного реле 9 и, следовательно, меняет канал 3, 4 питания свечей.
Как только на вход LP 14 поступает сигнал, происходит выбор первой цепи 6, и автоматически меняется свеча, которая служит для запуска. Если же на вход LP 14 не поступает никакого сигнала, происходит одновременное питание двух катушек через вторую цепь 7, которая служит для зажигания свечей.
Цепи 6, 7 дополнительно содержат диоды 15, 16, которые не позволяют току, циркулирующему в одной из цепей, проходить в другую цепь в обратном направлении. Первая и вторая цепи 6, 7 соединены на уровне двух каналов питания 3, 4 свечей.
Способ 19, представленный на фиг. 2 и связанный с использованием устройства 1 зажигания для двигателя, содержащего две свечи, включает в себя следующие этапы:
а) подают 20 команду на запуск двигателя,
b) проверяют 21, чтобы был задан поочередный режим управления,
c) если условие b) соблюдено, выбирают 22 первую свечу, то есть свечу, которая не была задействована во время предыдущего запуска,
d) переключают 23, 24 соединение питания на канал свечи, выбранной на этапе с),
e) если условие b) не соблюдено, соединение источника питания переключают 25 на каналы обеих свечей,
f) подают 26 питание на свечу или свечи, соединенные с источником питания.
Таким образом, этот способ 19 позволяет автоматически переходить от поочередного режима запуска свечей двигателя к одновременному режиму запуска свечей и наоборот. Кроме того, достаточно располагать только одной данной о команде на один из режимов, в данном случае на одновременный режим, чтобы определить режим запуска двигателя.