СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МНОЖЕСТВОМ ФУНКЦИЙ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2013 года по МПК F02K1/76 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к подаче питания и управлению электромеханическим оборудованием двигателя летательного аппарата и/или его окружения. Изобретение относится, в частности, к самолетным двигателям и специально к газотурбинным двигателям турбореактивного типа.

Понятие «электромеханическое оборудование двигателя летательного аппарата или его окружения» используется здесь не только для обозначения оборудования, которое используется для фактической работы двигателя, но также оборудования, которое связано с гондолой двигателя. Например, такое оборудование может содержать электромеханические устройства для приведения в действие различных функций двигателя во время работы двигателя или во время его остановки, такие как, в частности, устройства для приведения в действие реверсоров тяги для газотурбинного самолетного двигателя или устройства для приведения в действие эксплуатационных крышек (открывания/закрывания крышек).

Каждое электромеханическое исполнительное устройство, указанное выше, обычно содержит, по меньшей мере, один исполнительный механизм, электродвигатель для приведения в действие исполнительного механизма и управляющее электронное устройство для управления электродвигателем и имеет размеры в соответствии со специальными требованиями исполнительного устройства.

Кроме того, в настоящее время проявляется тенденция к управлению все большими функциями двигателя летательного аппарата с помощью таких электромеханических исполнительных устройств.

Следовательно, имеется потребность в упрощении подачи питания и управления такими исполнительными устройствами с целью уменьшения стоимости изготовления, а также с целью уменьшения сложности конструкции, в частности, в отношении общего объема, веса и размеров.

Задача и сущность изобретения

Для этого данное изобретение предлагает систему управления для управления множеством различных функций турбореактивного двигателя, причем каждая функция связана с соответствующим исполнительным устройством, при этом упомянутая система содержит:

- электродвигатель, выполненный с возможностью подачи механической энергии в каждое из исполнительных устройств;

- электронный блок управления для электродвигателя и

- по меньшей мере, одно переключательное устройство, расположенное между электродвигателем и исполнительными устройствами, причем переключательное устройство (устройства) служит для распределения механической энергии, подаваемой электродвигателем, избирательно в одно из исполнительных устройств.

Таким образом, изобретение обеспечивает возможность совместного использования управляющей электроники и электрических двигателей между множеством электромеханических исполнительных устройств, которые связаны с соответствующими различными функциями турбореактивного двигателя, которые не должны выполняться одновременно. Понятие «совместное использование» применяется здесь в том смысле, что одна и та же управляющая электроника и один и тот же электродвигатель используются для всех электромеханических исполнительных устройств.

В примере функций, которые содержат реверсор тяги и эксплуатационные крышки, изобретение обеспечивает возможность иметь общую управляющую систему для избирательного использования для приведения в действие реверсора тяги во время торможения летательного аппарата и для открывания эксплуатационной крышки.

Кроме того, изобретение предпочтительно обеспечивает возможность использования преимуществ управляющей электроники и электродвигателя, которые полностью совместимы друг с другом и которые имеют размеры для возбуждения так называемой «основной» функции, которая потребляет большое количество энергии, однако в течение времени, которое тем не менее ограничено (такой как реверсор тяги), и которые также выполнены с возможностью приведения в действие одной или нескольких так называемых «вторичных» функций, которые требуют меньше мощности для приведения в действие (таких как эксплуатационная крышка).

Таким образом, совместное использование управляющей электроники и электрических двигателей, которое делает возможным данное изобретение, приводит к уменьшению стоимости и веса, а также объема и сложности конструкции. Согласно данному изобретению, один электрический двигатель и один электронный блок управления достаточны для управления множеством функций, за счет чего ограничиваются требования к жгутам передачи электрической энергии.

Кроме того, может быть предусмотрено, что основная функция турбореактивного двигателя имеет резервированную управляющую электронику и резервированный электродвигатель, так что это резервирование можно использовать для вторичных функций, даже когда обычно в этом нет необходимости.

В одном частном варианте выполнения изобретения, в котором каждое переключательное устройство имеет вход, выполненный с возможностью приема механической энергии, подаваемой электродвигателем, и два выхода, переключательное устройство выполнено с возможностью переключения механической энергии, принимаемой им на своем входе, на один или другой из выходов.

В первом варианте выполнения, в котором система управления, согласно изобретению, имеет одно переключательное устройство, каждый выход из переключательного устройства соединен с соответствующим исполнительным устройством.

В этом первом варианте выполнения система управления, согласно изобретению, позволяет управлять не более чем двумя функциями.

Во втором варианте выполнения, в котором система управления включает в себя, по меньшей мере, два переключательных устройства, один из выходов одного из переключательных устройств соединен с входом другого переключательного устройства.

Во втором варианте выполнения можно управляющую электронику и электродвигатель совместно использовать, по меньшей мере, для трех функций.

В частном варианте выполнения изобретения, по меньшей мере, одно из переключательных устройств выполнено с возможностью переключения принимаемой им на своем входе механической энергии на один из своих выходов при приеме электрического командного сигнала и на другой выход при отсутствии электрического командного сигнала.

В частности, при отсутствии сигнала, переключательное устройство может быть выполнено с возможностью переключения механической энергии в исполнительное устройство, которое связано с основной функцией. В результате, управление основной функцией имеет приоритет по умолчанию.

В другом частном варианте выполнения изобретения, по меньшей мере, одно из переключательных устройств выполнено с возможностью переключения принимаемой им на своем входе механической энергии на один или другой свой выход в зависимости от принятой механической команды.

Предпочтительно, электронный блок управления системы, согласно изобретению, выполнен с возможностью адаптации электрической энергии, подаваемой к подобному электродвигателю, в зависимости от функции, подлежащей управлению.

В результате, механическая энергия, подаваемая электродвигателем в исполнительное устройство, выбранное с помощью переключательного устройства, отвечает требованиям функции, связанной с упомянутым исполнительным устройством.

Система, согласно изобретению, может также включать в себя средство для информирования электронного блока управления электродвигателя, в какое исполнительное устройство распределяется энергия.

Эта информация может служить, в частности, для обеспечения возможности изменять с помощью электронного блока управления питание, подаваемое в электродвигатель, в зависимости от управляемой функции, в частности, когда переключательное устройство управляется посредством механической команды.

Эта информация может также служить средством для проверки, что механическая энергия правильно переключена в соответствующее исполнительное устройство, за счет чего повышается надежность системы.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики и преимущества данного изобретения следуют из приведенного ниже описания не имеющих ограничительного характера вариантов выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг.1 - система управления, согласно данному изобретению, в первом варианте выполнения, в котором система обеспечивает возможность управления двумя функциями турбореактивного двигателя;

фиг.2А и 2В - пример работы переключательного устройства, выполненного с возможностью использования в системе управления, согласно фиг.1; и

фиг.3 - система управления, согласно данному изобретению, во втором варианте выполнения, в котором система служит для управления тремя функциями турбореактивного двигателя.

Подробное описание двух вариантов выполнения изобретения

На фиг.1 показана система 1 управления, согласно первому варианту выполнения изобретения. В этом первом варианте выполнения происходит управление двумя различными функциями турбореактивного двигателя, а именно, в данном примере: реверсором тяги (основная функция) и эксплуатационным люком или крышкой (вторичная функция) турбореактивного двигателя.

Тем не менее, изобретение можно также применять к некоторому количеству функций, которое больше двух (как описано ниже применительно ко второму варианту выполнения изобретения), и к другим типам функций, при условии, что они не подлежат одновременному приведению в действие.

Каждая функция связана с электромеханическим исполнительным устройством, которое может содержать один или несколько исполнительных механизмов. Таким образом, реверсор тяги связан с электромеханическим исполнительным устройством 10, содержащим шесть исполнительных механизмов FP1,…, FP6, которые соединены через гибкие передаточные валы (по три исполнительных механизма на одну заслонку реверсора тяги в данном примере). Описание примера такого приводимого в действие электромеханически реверсора тяги приведено, в частности, в публикации ЕР 0 843 089. Аналогичным образом, эксплуатационная крышка связана с электромеханическим исполнительным устройством 20, имеющим один исполнительный механизм FS1.

Система 1 управления включает в себя электродвигатель 30, выполненный с возможностью подачи механической энергии к одному или другому из исполнительных устройств 10 и 20 для реверсора тяги и для эксплуатационной крышки.

Для этого механическая энергия, подаваемая электродвигателем 30, передается через механический передаточный вал 40 к переключательному устройству 50, расположенному между электродвигателем 30 и исполнительными устройствами 10 и 20. Затем механическая энергия избирательно распределяется с помощью переключательного устройства 50 в одно или другое из исполнительных устройств в зависимости от функции, подлежащей приведению в действие.

Система 1 управления включает в себя также электронный блок 60 управления для электродвигателя 30. Этот электронный блок 60 управления выполнен с возможностью управления электродвигателем 30 в зависимости от функции, подлежащей управлению.

Он содержит, в частности, силовой модуль 61 (называемый также силовой электроникой), который выполнен с возможностью генерирования электропитания для питания электродвигателя 30. Он включает в себя также управляющее средство 62 для управления питанием, генерируемого силовым модулем 61 для адаптации электропитания, подаваемого в электродвигатель 30, в зависимости от функции, подлежащей управлению.

При конструировании системы 1 управления, мощность модуля 61 предпочтительно выбирают относительно функции, которая требует наивысшую мощность для приведения в действие (основная функция), т.е. в данном примере реверсор тяги. В результате, силовой модуль 61 подходит также для поставки достаточного электропитания для приведения в действие функции, которая требует для этого меньше мощности (вторичная функция), т.е. в данном примере эксплуатационная крышка.

Следовательно, мощность модуля 61 является чрезмерной относительно вторичной функции. Для предотвращения повреждения второй функции, средство 62 управления позволяют адаптировать подаваемое в электродвигатель электропитание в зависимости от подлежащей управлению функции посредством регулирования напряжения и тока электричества, подаваемого в электродвигатель 30.

Подаваемое напряжение и ток электропитания, подаваемые в электродвигатель 30, можно определять, в частности, на основе измерения напряжения и тока, которые заданы для каждой функции, подлежащей управлению. Электродвигатель 30 может иметь также датчик (не изображен на фигурах), который информирует электронный блок 60 управления о крутящем моменте, фактически прикладываемом электродвигателем 30, с целью обеспечения точного регулирования электропитания, подаваемого в электродвигатель 30.

С целью идентификации, какой функцией следует управлять и для подачи соответствующего напряжения и тока, в электронном блоке 60 управления можно использовать информацию, полученную из полноправного цифрового управляющего устройства 70 двигателя (FADEC). Такая информация принимается в виде цифровых команд, например, содержащих рабочие параметры турбореактивного двигателя, которые позволяют электронному блоку 60 управления идентифицировать подлежащую управлению функцию, или, как вариант, фактически идентифицировать подлежащую управлению функцию.

Таким образом, согласно изобретению, один электронный блок 60 управления и один электродвигатель 30 используются для приведения в действие двух соответствующих исполнительных устройств 10 и 20 для реверсора тяги и для эксплуатационной крышки. Поскольку эти две функции не предназначены для одновременной работы, то переключательное устройство 50 должно подавать поставляемую электродвигателем 30 энергию избирательно на одно или другое из исполнительных устройств, связанных с этими функциями.

Для этой цели переключательное устройство 50 имеет вход Е, выполненный с возможностью приема механической энергии, поставляемой электродвигателем 30 через передаточный вал 40, и два выхода S1 и S2, которые соединены, соответственно, с исполнительными устройствами 10 и 20.

В показанном примере для переключения энергии, принимаемой на входе, на один или другой из двух выходов, в переключательном устройстве 50 используется механизм типа сцепления. Известным образом механизм сцепления служит для соединения двух частей (например, двух передаточных валов), с целью передачи на один из них крутящего момента с другого вала. Таким образом, такой механизм обеспечивает возможность соединения входа Е с выходом S1 или же соединения входа Е с выходом S2.

Пример такого переключательного устройства 50, которое включает такой механизм, показан на фиг.2А и 2В.

Показанное на этих фигурах переключательное устройство 50 переключает механическую энергию, получаемую на его входе Е, к одному или другому из выходов S1 и S2, в зависимости от того, получен или нет электрический командный сигнал. Командный сигнал может приходить, например, от FADEC 70 самолета или из электронного блока 60 управления.

Для выполнения такой операции переключательное устройство 50 содержит известным образом:

- входной вал 51, соединенный с входом Е;

- первый выходной вал 52, соединенный с выходом S1;

- второй выходной вал 53, соединенный с выходом S2;

- металлическую пластину 54, предназначенную для вращения вместе с входным валом 51 и с возможностью поступательного перемещения;

- возвратную пружину 55, соединенную на одном конце с входным валом 51 и на другом конце с металлической пластиной 54; и

- электромагнит 56, имеющий соленоид, внутри которого может быть размещен сердечник.

Предпочтительно, когда переключательное устройство 50 не принимает электрический командный сигнал, то оно передает механическую энергию, получаемую им от электродвигателя 30, в исполнительное устройство 10, которое связано с основной функцией (S1), т.е. в данном примере с реверсором тяги. И наоборот, когда переключательное устройство 50 принимает электрический командный сигнал SIG, то оно передает механическую энергию, подаваемую электродвигателем 30, в исполнительное устройство 20, связанное с вторичной функцией (S2), т.е. в данном примере с эксплуатационной крышкой. Таким образом, питание и управление основной функцией имеет приоритет по умолчанию.

Для этой цели возвратная пружина 55 имеет такую длину покоя, что когда соленоид электромагнита 56 не имеет электропитания (т.е. когда переключательное устройство 50 не принимает электрический командный сигнал), то она служит для прижимания металлической пластины 54 к фрикционному диску 57. Диск 57 предназначен для вращения вместе с первым выходным валом 52 (смотри фиг.2А). Таким образом, когда металлическая пластина 54 приводится во вращение электрическим двигателем 30 (через входной вал 51), то она передает это вращательное движение за счет трения в первый выходной вал 52 через диск 57. Таким образом, механическая энергия, поставляемая электродвигателем 30 на вход Е, передается посредством трения на выход S1 (только) переключательного устройства 50 для подачи в исполнительное устройство 10 реверсора тяги. Затем исполнительное устройство 10 распределяет принятую механическую энергию на различные исполнительные механизмы FP1,…, FP6, обеспечивая тем самым приведение в действие реверсора тяги. Это распределение осуществляется с помощью гибких передаточных валов, как известно для специалистов в данной области техники, и не требует здесь подробного описания.

Когда соленоид электромагнита 56 получает питание (смотри фиг.2В) с помощью электрического командного сигнала SIG, то он притягивает к себе металлическую пластину 54. Затем пластина прижимается к фрикционному диску 58. Диск 58 предназначен для вращения вместе со вторым выходным валом 53. Таким образом, когда металлическая пластина 54 приводится во вращение с помощью электродвигателя 30 (через входной вал 51), то она передает это вращательное движение посредством трения на второй выходной вал 53 через диск 58. Таким образом, механическая энергия, поставляемая электродвигателем 30 на вход Е, передается посредством трения на выход (S2) (только) переключательного устройства 50 для подачи в исполнительное устройство 20 эксплуатационной крышки. Затем исполнительное устройство 20 передает принимаемую механическую энергию в исполнительный механизм FS1 через гибкий передаточный вал, что приводит, например, к открыванию эксплуатационной крышки.

В показанном примере в переключательном устройстве 50 используется фрикционный механизм сцепления. Несмотря на это, можно, естественно, использовать другие механизмы сцепления, такие как, например, механизм кулачкового сцепления.

В другом варианте выполнения (не изображен на фигурах) переключательное устройство 50 переключает механическую энергию, поставляемую электродвигателем 30 и принимаемую на входе Е, к одному или другому из выходов S1 и S2 в зависимости от команды, которая является механической.

Например, эта механическая команда может приходить от рычага, который при нахождении в положении А служит для удерживания входного вала во вращении с первым выходным валом (соединяя, таким образом, вход Е с выходом S1), а при нахождении в положении В служит для удерживания входного вала во вращении вместе со вторым выходным валом (соединяя, таким образом, выход Е с выходом S2).

Аналогично электрическому командному сигналу, может быть предусмотрено положение по умолчанию для рычага, так что переключательное устройство по умолчанию действует для поставки механической энергии в исполнительное устройство реверсора тяги. Изменение положения рычага (например, вручную) в другое положение обеспечивает распределение механической энергии в исполнительное устройство эксплуатационной крышки. Закрывание эксплуатационной крышки может приводить к возвращению рычага в его положение по умолчанию.

Согласно предпочтительному варианту выполнения, датчик возврата в исходное положение (не изображен на фиг.1), например, расположенный на переключательном устройстве 50, служит для информирования FADEC 70 самолета или электронного блок 60 управления о том, какое исполнительное устройство предусмотрено для распределения в него механической энергии (т.е. какая функция приведена в действие).

Это позволяет, в частности, проверять, что переключательное устройство 50 поставляет механическую энергию в правильное исполнительное устройство.

Кроме того, когда управление переключательным устройством 50 осуществляется с помощью механической команды для выбора исполнительного устройства, т.е. для приема механической энергии, и если эта команда не достигает переключательного устройства или не известна переключательному устройству, то эта информация может позволять блоку 60 адаптировать питание, подаваемое в электродвигатель 30, в зависимости от функции, связанной с выбранным исполнительным устройством.

Как указывалось выше, изобретение относится также к управлению более чем двумя функциями турбореактивного двигателя. Поэтому ниже приводится описание второго варианта выполнения изобретения со ссылками на фиг.3, в котором обеспечивается приведение в действие трех различных функций турбореактивного двигателя, при этом ни одна из этих функций не должна выполняться одновременно с другой. В этом примере этими функциями являются реверсор тяги (основная функция) и две эксплуатационные крышки, например, крышка двигателя и крышка вентилятора (вторичные функции).

Каждая функция связана с соответствующим исполнительным устройством. Таким образом, реверсор тяги связан с исполнительным устройством 10, а две эксплуатационные крышки связаны, соответственно, с исполнительными устройствами 20а и 20b.

Управляющая система 1', согласно изобретению, содержит электродвигатель 30, электронный блок 60 управления и FADEC 70, аналогично первому варианту выполнения, описание которого приведено выше.

Система 1' управления включает в себя также первое и второе переключательные устройства 50а и 50b, расположенные между электродвигателем 30 и исполнительными устройствами 10, 20а и 20b. Переключательные устройства 50а и 50b аналогичны переключательному устройству 50 в первом варианте выполнения.

Таким образом, первое переключательное устройство 50а включает в себя вход, соединенный с электродвигателем 30 через передаточный вал 40, а также два выхода, которые соединены, соответственно, с исполнительным устройством 10 и с входом второго переключательного устройства 50b. Таким образом, первое переключательное устройство 50а предназначено для поставки механической энергии, принимаемой им от электродвигателя 30, в исполнительное устройство 10 или во второе переключательное устройство 50b, т.е. в направлении исполнительного устройства 20а или исполнительного устройства 20b, например, в зависимости от электрического командного сигнала или механического командного сигнала, как было указано в первом варианте выполнения изобретения.

Второе переключательное устройство 50b имеет вход, соединенный с одним из выходов первого переключательного устройства 50а, и два выхода, которые соединены, соответственно, с исполнительным устройством 20а и с исполнительным устройством 20b. Таким образом, второе переключательное устройство 50b предназначено для поставки механической энергии, принимаемой им от электродвигателя 30 (через переключательное устройство 50а), в исполнительное устройство 20а или в исполнительное устройство 20b, например, в зависимости от электрического командного сигнала или механического командного сигнала, как указано выше для первого варианта выполнения изобретения.

Изобретение относится к системе для управления множеством различных функций турбореактивного двигателя, причем каждая функция связана с соответствующим исполнительным устройством, при этом упомянутая система содержит электродвигатель, выполненный с возможностью подачи механической энергии в каждое из исполнительных устройств; электронный блок управления для электрического двигателя и по меньшей мере одно переключательное устройство, расположенное между электродвигателем и исполнительными устройствами, при этом переключательное устройство (устройства) служит для распределения механической энергии, поставляемой электродвигателем, избирательно в одно из исполнительных устройств. Такое выполнение системы позволит уменьшить его стоимость и упростить конструкцию, в частности, в отношении общего объема, веса и размеров. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система (1, 1') управления для управления множеством различных функций турбореактивного двигателя, которые не приводятся в действие одновременно, причем каждая функция связана с соответствующим исполнительным устройством (10, 20, 20а, 20b), при этом упомянутая система содержит:
электродвигатель (30), выполненный с возможностью подачи механической энергии в каждое из исполнительных устройств;
электронный блок (60) управления для электродвигателя; и
по меньшей мере, одно переключательное устройство (50, 50а, 50b), расположенное между электродвигателем и исполнительными устройствами, при этом переключательное устройство (устройства) служит для распределения механической энергии, поставляемой электродвигателем, избирательно в одно из исполнительных устройств.

2. Система (1, 1') по п.1, в которой каждое переключательное устройство (50) имеет вход (Е), выполненный с возможностью приема механической энергии, поставляемой электродвигателем (30), и два выхода (S1, S2), при этом переключательное устройство выполнено с возможностью переключать механическую энергию, получаемую им на своем входе, к одному или другому из выходов.

3. Система (1, 1') по п.2, включающая в себя одно переключательное устройство (50), при этом каждый выход (S1, S2) переключательного устройства соединен с соответствующим исполнительным устройством (10, 20).

4. Система (1, 1') по п.2, включающая в себя, по меньшей мере, два переключательных устройства (50а, 50b), при этом один из выходов одного из переключательных устройств (50а) соединен с входом другого переключательного устройства (50b).

5. Система (1, 1') по п.2, в которой, по меньшей мере, одно из переключательных устройств (50, 50а, 50b) выполнено с возможностью переключения механической энергии, получаемой им на своем входе (E), на один из выходов (S2) при приеме электрического командного сигнала и на другой выход (S1) при отсутствии электрического командного сигнала.

6. Система (1, 1') по п.2, в которой, по меньшей мере, одно из переключательных устройств (50, 50а, 50b) выполнено с возможностью переключения механической энергии, получаемой им на своем входе (Е), на один или другой из своих выходов (S1, S2) в зависимости от принятой механической команды.

7. Система (1, 1') по п.1, в которой электронный блок (60) управления выполнен с возможностью адаптации электропитания, подаваемого в электродвигатель (30), в зависимости от подлежащей управлению функции.

8. Система (1, 1') по п.1, включающая в себя средство для информирования электронного блока (60) управления электродвигателя о том, в какое исполнительное устройство распределяется энергия.

9. Система (1, 1') по п.1, в которой управляемые с помощью системы функции содержат, по меньшей мере:
реверсор тяги; и
эксплуатационную крышку.