ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ЭКСТРЕННОГО ЗАПУСКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, СИЛОВАЯ УСТАНОВКА МНОГОМОТОРНОГО ВЕРТОЛЕТА, ОБОРУДОВАННАЯ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ, И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ ВЕРТОЛЕТ Российский патент 2018 года по МПК F02C7/27 

1. Область техники

Изобретение относится к автономному гидравлическому устройству экстренного запуска газотурбинного двигателя. Изобретение относится также к структуре силовой установки многомоторного, в частности, двухмоторного или трехмоторного вертолета, оснащенной по меньшей мере одним таким устройством экстренного запуска. Изобретение относится также к вертолету, содержащему силовую установку, имеющую такую структуру.

2. Уровень техники

Как известно, двухмоторный или трехмоторный вертолет содержит силовую установку, включающую в себя два или три газотурбинных двигателя, при этом каждый газотурбинный двигатель содержит газогенератор и свободную турбину, вращаемую газогенератором и неподвижно соединенную с выходным валом. Выходной вал каждой свободной турбины выполнен с возможностью приведения в движение коробки передачи мощности, которая, в свою очередь, вращает несущий винт вертолета, снабженный лопастями с изменяющимся шагом.

Известно, что газотурбинные двигатели вертолета работают на режимах, которые зависят от условий полета вертолета. В дальнейшем тексте описания вертолет будет считаться в ситуации полета на крейсерской скорости, если он летит в нормальных условиях в течение всех фаз полета, кроме переходных фаз взлета, набора высоты, посадки или полета в режиме висения. В дальнейшем тексте вертолет будет считаться в критической ситуации полета, если ему необходима полная имеющаяся в наличии мощность, то есть в переходных фазах взлета, набора высоты, посадки и в режиме, в котором один из газотурбинных двигателей вышел из строя и который обозначают английским сокращением OEI (One Engine Inoperative).

Известно, что, когда вертолет находится в ситуации полета на крейсерской скорости, газотурбинные двигатели работают на низких уровнях мощности ниже их постоянной максимальной мощности. Эти низкие уровни мощности характеризуются удельным расходом (далее Cs), определяемым как соотношение между часовым расходом топлива на камеру сгорания газотурбинного двигателя и механической мощностью, выдаваемой этим газотурбинным двигателем, и превышающим примерно на 30% Cs максимальной мощности взлета, то есть характеризуются перерасходом топлива в полете на крейсерской скорости.

Кроме того, газотурбинные двигатели вертолета спроектированы с превышением параметров для обеспечения поддержания вертолета в полете в случае неисправности одного из двигателей. Эта ситуация полета соответствует вышеупомянутому режиму OEI. Эта ситуация полета возникает в результате потери двигателя и характеризуется тем, что каждый работающий двигатель выдает мощность гораздо выше своей номинальной мощности, чтобы вертолет смог преодолеть опасную ситуацию и затем продолжить свой полет.

С другой стороны, газотурбинные двигатели выполнены также с превышением параметров для обеспечения полета во всей области полета, предусмотренной владельцем компании, и в частности, полета на больших высотах и в жаркую погоду. Эти очень критические точки полета, в частности, когда вертолет имеет массу, близкую к максимальной взлетной массе, встречаются только в некоторых случаях эксплуатации.

Недостатком этих газотурбинных двигателей с превышением параметров являются большая масса и большой расход топлива. Чтобы уменьшить этот расход во время полета на крейсерской скорости, предусмотрено выключение одного из газотурбинных двигателей во время полета и его перевод в так называемый дежурный режим. При этом активный двигатель или активные двигатели работают на более высоких уровнях мощности, чтобы обеспечивать всю необходимую мощность, и, следовательно, на более благоприятных уровнях Cs.

В заявках FR1151717 и FR1359766 заявители предложили способы оптимизации удельного расхода газотурбинных двигателей вертолета за счет возможности перевода по меньшей мере одного газотурбинного двигателя в режим стабилизированной мощности, называемый постоянным режимом, и по меньшей мере одного газотурбинного двигателя в специальный дежурный режим, из которого он может выйти к экстренном порядке или в нормальном порядке в зависимости от необходимости. Выход из дежурного режима называют нормальным, например, когда вертолет должен перейти из ситуации полета на крейсерской скорости к фазе посадки. Такой нормальный выход из дежурного режима происходит в течение времени от 10 с до 1 мин. Выход из дежурного режима называют экстренным, когда происходит поломка или возникает нехватка мощности активного двигателя или когда условия полета внезапно становятся сложными. Такой экстренный выход из дежурного режима длится менее 10 с.

Выход из дежурного режима газотурбинного двигателя и переход из фазы экономичного полета к фазе классического полета осуществляют, например, при помощи блока повторного запуска газотурбинного двигателя, связанного с устройством хранения энергии, такого как электрохимическое устройство хранения типа литий-ионной батареи или электростатическое устройство хранения типа суперконденсатора, которое позволяет выдать на газотурбинный двигатель энергию, необходимую для повторного запуска и быстрого достижения номинального режима работы.

Такой блок экстренного повторного запуска газотурбинного двигателя в дежурном режиме значительно увеличивает общую массу газотурбинного двигателя. Таким образом, выигрыш в расходе топлива, полученный за счет перевода газотурбинного двигателя в дежурный режим, частично теряется из-за дополнительного веса, возникающего при использовании устройства повторного запуска и соответствующего устройства хранения энергии, в частности, когда каждый газотурбинный двигатель снабжен таким устройством экстренного повторного запуска.

Кроме того, эти электротехнические компоненты могут зависеть от электрической архитектуры вертолета, на котором они установлены.

Авторы изобретения попытались решить априорно несовместимые проблемы, которыми являются возможность перевести вертолет в фазу экономичного полета, то есть перевести по меньшей мере один газотурбинный двигатель в дежурный режим, избегая при этом слишком большого увеличения массы всей силовой установки и одновременно обеспечивая экстренный выход из дежурного режима.

Иначе говоря, авторы изобретения поставили перед собой задачу предложить новое устройство экстренного повторного запуска газотурбинного двигателя и новую структуру силовой установки двухмоторного или трехмоторного вертолета.

В качестве ссылок можно также указать документы GB-A-1 032 392 и WO-A2-2008/139096.

3. Задачи изобретения

Изобретение призвано предложить устройство быстрого запуска газотурбинного двигателя, которое позволяет устранить недостатки известных решений.

Изобретение призвано также предложить силовую установку многомоторного вертолета.

Изобретение призвано также предложить силовую установку многомоторного вертолета, которая обеспечивает перевод в дежурный режим газотурбинного двигателя и его быстрый повторный запуск.

Изобретение призвано предложить также, по меньшей мере в варианте выполнения, силовую установку, которая имеет приемлемые массу и объем, чтобы ее можно было использовать на вертолете.

Изобретение призвано предложить также, по меньшей мере в варианте выполнения, силовую установку, которая имеет более низкую стоимость, чем известные структуры, при такой же эффективности.

Изобретение призвано также предложить способ быстрого запуска газотурбинного двигателя.

4. Сущность изобретения

В связи с этим объектом изобретения является устройство экстренного запуска газотурбинного двигателя вертолета, отличающееся тем, что содержит:

- гидравлический двигатель, механически связанный с упомянутым газотурбинным двигателем для его приведения во вращение с целью обеспечения его запуска,

- гидропневматический аккумулятор, связанный с упомянутым гидравлическим двигателем через гидравлический контур питания жидкостью под давлением упомянутого гидравлического двигателя,

- управляемый гидравлический вентиль быстрого открывания, установленный на гидравлическом контуре между упомянутым аккумулятором и упомянутым гидравлическим двигателем и выполненный с возможностью перехода по команде по меньшей мере в одно открытое положение, в котором жидкость может питать упомянутый гидравлический двигатель, что обеспечивает запуск упомянутого газотурбинного двигателя, или в закрытое положение, в котором упомянутый гидравлический двигатель перестает получать питание жидкостью под давлением,

- бак для сбора жидкости, соединенный с упомянутым гидравлическим двигателем через сливной клапан.

Таким образом, в заявленном устройстве запуска газотурбинного двигателя предусмотрено гидравлическое устройство, предпочтительно полностью независимое от гидравлической системы вертолета, на котором устанавливают такой газотурбинный двигатель, для обеспечения запуска газотурбинного двигателя.

Как известно, газотурбинный двигатель содержит газогенератор и свободную турбину, питаемую от газогенератора и связанную с коробкой передачи мощности. Предпочтительно в заявленном устройстве запуска предусмотрено приводить во вращение газогенератор газотурбинного двигателя при помощи гидравлического двигателя, выполненного с возможностью преобразования гидравлической мощности жидкости под давлением, которая питает двигатель, в механическую мощность приведения в действие газогенератора.

Питание гидравлического двигателя жидкостью осуществляют за счет взаимодействия гидропневматического аккумулятора и управляемого вентиля быстрого открывания.

Следовательно, такое устройство запуска не зависит от электрической сети вертолета и не требует наличия объемных батарей. Таким образом, предложенное решение позволяет обеспечивать быстрый повторный запуск газотурбинного двигателя, в частности, газотурбинного двигателя, находящегося в дежурном режиме, избегая при этом проблем габарита, массы и стоимости.

Кроме того, заявленное устройство является простым в использовании и может быть протестировано на стенде до установки на вертолете.

Узел, состоящий из сборного бака и сливного клапана, позволяет удалить жидкость из гидравлического контура, как только давление жидкости в этом контуре превысит заранее определенный порог, и собрать эту удаленную жидкость в сборном баке. Сливной клапан определяет заранее определенный порог, начиная от которого жидкость удаляется из гидравлического контура.

Предпочтительно, согласно изобретению, гидропневматический аккумулятор выбирают из группы, в которую входят баллонный аккумулятор, мембранный аккумулятор и поршневой аккумулятор.

Такой аккумулятор содержит, например, металлическую или композитную камеру, датчик давления, обеспечивающий использование аккумулятора, предохранительный клапан, резервуар для газа типа азота, гелия или аргона и резервуар для масла, используемого в качестве жидкости питания гидравлического контура.

Предпочтительно, согласно изобретению, гидравлический двигатель содержит приводной вал, механически связанный с валом коробки приводов агрегатов упомянутого газотурбинного двигателя через средства зацепления, содержащие по меньшей мере одно колесо свободного хода, установленное на упомянутом приводному валу.

Коробка приводов агрегатов газотурбинного двигателя обеспечивает приведение во вращение вспомогательных устройств, необходимых для работы газотурбинного двигателя, и оборудования вертолета, например, такого как устройства кондиционирования воздуха. Согласно этому варианту, гидравлический двигатель встроен непосредственно в эту коробку приводов агрегатов, что позволяет, с одной стороны, облегчить его установку и подсоединение к газогенератору гибридного газотурбинного двигателя и, с другой стороны, обеспечивать, в случае необходимости, часть мощности, необходимой для приведения в действие вспомогательных устройств и/или для питания оборудования вертолета.

Наличие колеса свободного хода позволяет избегать спонтанного приведения в действие гидравлического двигателя коробкой приводов агрегатов, когда газогенератор выдает механическую мощность.

Предпочтительно, согласно этому варианту, упомянутые средства зацепления дополнительно содержат:

- первую ступень зацепления, включающую в себя упомянутый приводной вал с главной шестерней, установленной на упомянутом колесе свободного хода, и с так называемой насосной шестерней,

- вторую ступень зацепления, включающую в себя упомянутый вал коробки с главной шестерней, зацепляющейся с упомянутой главной шестерней упомянутой первой ступени зацепления, и с так называемой насосной шестерней,

- промежуточную ступень зацепления, включающую в себя промежуточный вал с соединительной шестерней, подвижной между положением сцепления, в котором она зацепляется одновременно с упомянутыми насосными шестернями первой и второй ступеней зацепления, и положением выключения сцепления, в котором она не взаимодействует с упомянутыми насосными шестернями.

Устройство согласно этому варианту обеспечивает реверсивную работу устройства. В частности, оно не только обеспечивает запуск газотурбинного двигателя от гидравлического двигателя, но также зарядку гидропневматического аккумулятора, используя гидравлический двигатель в качестве гидравлического насоса. Для этого промежуточная ступень содержит соединительную шестерню, выполненную с возможностью перемещения из положения, в котором она не соединена ни с приводным валом, ни с валом коробки (при этом гидравлический двигатель работает в качестве двигателя и выдает механическую мощность для приведения во вращение вала коробки приводов агрегатов), в положение, в котором он соединена одновременно с приводным валом и с валом коробки (в этом случае гидравлический двигатель ведет себя как гидравлический насос, и вал коробки приводов агрегатов приводит во вращение приводной вал через промежуточный вал. Этот промежуточный вал, расположенный между валом коробки и приводным валом, меняет направления вращения приводного вала на обратное относительно первого положения, придавая таким образом гидравлическому двигателю функцию гидравлического насоса).

Когда гидравлический двигатель используют в качестве гидравлического насоса для обеспечения подзарядки гидропневматического аккумулятора, можно предусмотреть устройство управления сливным клапаном для блокировки его работы в качестве обратного клапана.

Объектом изобретения является также силовая установка многомоторного вертолета, содержащая газотурбинные двигатели, связанные с коробкой передачи мощности, отличающаяся тем, что содержит:

- по меньшей мере один газотурбинный двигатель среди упомянутых газотурбинных двигателей, называемый гибридным газотурбинным двигателем и выполненный с возможностью работать по меньшей мере в одном дежурном режиме во время устоявшегося полета вертолета, при этом другие газотурбинные двигатели работают самостоятельно во время этого устоявшегося полета,

- по меньшей мере одно заявленное устройство экстренного повторного запуска гибридного газотурбинного двигателя, выполненное с возможностью вывода этого гибридного газотурбинного двигателя из упомянутого дежурного режима и его перевода в так называемый номинальный режим, в котором он выдает механическую мощность в упомянутую коробку передачи мощности.

Заявленное устройство запуска газотурбинного двигателя предназначено, в частности, для установки в силовой установке многомоторного вертолета, содержащей по меньшей мере один газотурбинный двигатель, выполненный с возможностью перехода в дежурный режим. Гидравлическое устройство запуска обеспечивает экстренный повторный запуск газотурбинного двигателя в дежурном режиме в случае такой необходимости.

Гибридный газотурбинный двигатель является газотурбинным двигателем, выполненным с возможностью перевода по команде и намеренно по меньшей мере в один заранее определенный дежурный режим, из которого его можно вывести нормально или быстро (то есть экстренно). Газотурбинный двигатель может находиться в дежурном режиме только во время устоявшегося полета вертолета, то есть не в ситуации неисправности газотурбинного двигателя вертолета, то есть в ситуации полета на крейсерской скорости, когда он летит в нормальных условиях. Выход из дежурного режима состоит в переходе газотурбинного двигателя в режим ускорения газогенератора со скоростью, совместимой с режимом выхода и зависящей от условий (нормальный выход из дежурного режима или быстрый (экстренный) выход из дежурного режима).

Предпочтительно силовая установка согласно варианту изобретения содержит два гибридных газотурбинных двигателя и два заявленных устройства экстренного повторного запуска, при этом каждый гибридный газотурбинный двигатель связан с одним устройством повторного запуска.

Согласно этому варианту, в установке предусмотрено раздельное гидравлическое питание для каждого гидравлического двигателя повторного запуска каждого гибридного газотурбинного двигателя.

Предпочтительно, установка согласно другому варианту изобретения содержит два гибридных газотурбинных двигателя и единое заявленное устройство повторного запуска, которое содержит два гидравлических двигателя, связанных соответственно с каждым гибридным газотурбинным двигателем, при этом упомянутый гидравлический вентиль является двухпозиционным вентилем, управляемым для направления жидкости в упомянутый гидравлический двигатель предназначенного для повторного запуска гибридного газотурбинного двигателя.

Согласно этому варианту, двухпозиционным вентилем управляют для направления жидкости из гидравлического контура в предназначенный для повторного запуска гибридный газотурбинный двигатель.

Объектом изобретения является также вертолет, содержащий заявленную силовую установку.

Объектом изобретения является также способ экстренного запуска газотурбинного двигателя вертолета, отличающийся тем, что содержит:

- этап управления открыванием гидравлического вентиля, установленного в гидравлическом контуре между гидропневматическим аккумулятором и гидравлическим двигателем, механически связанным с упомянутым газотурбинным двигателем,

- этап доставки отбираемой жидкости в упомянутый гидравлический двигатель,

- этап преобразования упомянутым гидравлическим двигателем гидравлической мощности жидкости под давлением в механическую мощность для обеспечения запуска газотурбинного двигателя.

Объектами изобретения являются также устройство запуска газотурбинного двигателя, силовая установка многомоторного вертолета, вертолет, оборудованный силовой установкой и способ запуска газотурбинного двигателя, характеризуемые в комбинации всеми или частью вышеупомянутых или описанных ниже отличительных признаков.

5. Список фигур

Другие задачи, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид устройства запуска газотурбинного двигателя согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 2 - схематичный вид структуры силовой установки вертолета согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 3 - схематичный вид структуры силовой установки вертолета согласно другому варианту выполнения изобретения.

Фиг. 4 - схематичный вид средств зацепления устройства запуска согласно варианту выполнения изобретения в положении, в котором устройство работает в режиме двигателя.

Фиг. 5 - схематичный вид средств зацепления устройства запуска согласно варианту выполнения изобретения в положении, в котором устройство работает в режиме насоса.

6. Подробное описание варианта выполнения изобретения

На фигурах для лучшей иллюстрации и для большей ясности масштабы и пропорции не соблюдены.

На фиг. 1 представлен схематичный вид устройства запуска газотурбинного двигателя 6 согласно варианту выполнения изобретения.

Такое устройство содержит гидравлический двигатель 7, механически связанный с газотурбинным двигателем 6 через колесо 8 свободного хода. Этот гидравлический двигатель 7 может быть двигателем с осевыми или радиальными поршнями. Он предназначен для преобразования получаемой гидравлической мощности в механическую мощность, обеспечивающую запуск газотурбинного двигателя.

Предпочтительно этот гидравлический двигатель 7 установлен на газотурбинном двигателе 6 через не оказанную на фиг. 1 коробку приводов агрегатов.

Это устройство содержит также гидропневматический аккумулятор 9, связанный с гидравлическим двигателем 7 через гидравлический контур 10 питания жидкостью под давлением этого гидравлического двигателя 7. Согласно варианту выполнения, показанному на фиг. 1, этот гидропневматический аккумулятор 9 является аккумулятором с моноблочным поршнем 16. Поршень 16 ограничивает газовый отсек 17 переменного объема и масляный отсек 18 переменного объема. Газовый отсек 17 заполнен, например, азотом, гелием или аргоном. Этот газ газового отсека 17 действует давлением на подвижный поршень 16 в сторону увеличения объема газового отсека 17 и в сторону уменьшения объема масляного отсека 18. Таким образом, масло выталкивается в направлении гидравлического контура 10.

Питание гидравлического двигателя 7 зависит от управляемого гидравлического вентиля 11 быстрого открывания, который установлен на гидравлическом контуре 10 между аккумулятором 9 и гидравлическим двигателем 7.

Этим гидравлическим вентилем 11 управляет устройство 12 управления, которое предпочтительно является вычислительным устройством управления газотурбинным двигателем 7 и позволяет также определять рабочий режим газотурбинного двигателя.

Когда на вентиль 11 поступает команда на открывание, масло из масляного отсека 18 аккумулятора 9 нагнетается в направлении гидравлического двигателя 7, который преобразует гидравлическую мощность поступающего масла в механическую мощность на выходе.

Устройство запуска содержит также бак 14 сбора жидкости, соединенный с гидравлическим двигателем 7 через сливной клапан 15. Этот клапан калиброван таким образом, чтобы масло выталкивалось из контура 10, как только давление превышает заранее определенный порог.

Показанное на фиг. 1 устройство запуска предпочтительно входит в состав структуры силовой установки двухмоторного вертолета, показанной на фиг. 2.

Согласно варианту выполнения, представленному на фиг. 2, силовая установка содержит два газотурбинных двигателя 6, 16, связанных с коробкой 22 передачи мощности, которая, в свою очередь, приводит во вращение несущий винт вертолета (на фигурах не показан). Каждый газотурбинный двигатель является гибридным газотурбинным двигателем, выполненным с возможностью работать по меньшей мере в одном дежурном режиме во время устоявшегося полета вертолета, из которого он может быть выведен экстренно при помощи заявленного устройства запуска. Как известно, газотурбинный двигатель содержит газогенератор, камеру сгорания и свободную турбину.

Дежурный режим является, например, одним из следующих режимов работы:

- дежурный режим, называемый обычным режимом малого газа, в котором камера сгорания включена и вал газогенератора вращается со скоростью, составляющей от 60 до 80% номинальной скорости,

- дежурный режим, называемый обычным режимом сверхмалого газа, в котором камера сгорания включена, и вал газогенератора вращается со скоростью, составляющей от 20 до 60% номинальной скорости,

- дежурный режим, называемый режимом сверхмалого газа с усилением, в котором камера сгорания включена, и вал газогенератора вращается с механическим усилением со скоростью, составляющей от 20 до 60% номинальной скорости,

- дежурный режим, называемый переходным, в котором камера сгорания выключена, и вал газогенератора вращается с механическим усилением со скоростью, составляющей от 5 до 20% номинальной скорости,

- дежурный режим, называемый выключенным режимом, в котором камера сгорания выключена, и вал газогенератора полностью остановлен.

Кроме элементов, описанных со ссылками на фиг. 1, устройство запуска содержит гидравлический двигатель 17, связанный с газотурбинным двигателем 16 через колесо 18 свободного хода. Кроме того, гидравлический контур 10 проходит от гидропневматического аккумулятора 9 до гидравлического двигателя 17 и до гидравлического двигателя 7.

Согласно этому варианту выполнения, управляемый вентиль 11 является трехходовым вентилем, выполненным с возможностью обеспечения по команде либо питания гидравлического двигателя 17, связанного с газотурбинным двигателем 16, либо питания гидравлического двигателя 7 газотурбинного двигателя 6. Команда зависит от газотурбинного двигателя, находящегося в дежурном режиме, который необходимо экстренно вывести из его дежурного режима.

Принцип работы устройства запуска в этой структуре для каждого газотурбинного двигателя 6, 16 идентичен принципу работы устройства, описанного со ссылками на фиг. 1.

На фиг. 3 показана силовая установка согласно другому варианту выполнения изобретения. Согласно этому варианту выполнения, для каждого газотурбинного двигателя предусмотрено отдельное устройство запуска. Иначе говоря, гидропневматический аккумулятор 29, 39 связан с каждым гидравлическим двигателем 7, 17, и вентиль 21, 31 связан с каждым аккумулятором 29, 39 для обеспечения питания двигателей и повторного запуска соответствующего газотурбинного двигателя. Вентилями 21, 31 управляет блок 12 управления. Общим для двух устройств запуска является только бак 14 сбора масла. Согласно другому варианту, не показанному на фигурах, все элементы являются отдельными, включая сборный бак 14.

Кроме того, для каждого двигателя 6, 16 силовая установка содержит отдельный сливной клапан 15, 15', связанный с этим двигателем. Каждый сливной клапан 15, 15' имеет двойную функцию.

С одной стороны, когда соответствующий двигатель является неактивным, он позволяет удерживать масло внутри этого двигателя. Таким образом, сливной клапан позволяет избежать запуска пустого двигателя.

С другой стороны, когда один из двигателей запускают, необходимо избегать, чтобы масло из обратной линии работающего двигателя не поступало в другой двигатель (в противном случае он тоже начнет вращаться). Таким образом, в этой ситуации сливной клапан выполняет роль невозвратного устройства для изолирования другого двигателя.

Кроме того, согласно варианту выполнения, показанному на фиг. 3, гидропневматические аккумуляторы 29, 39 являются баллонными аккумуляторами. Каждый аккумулятор 29, 39 содержит баллон 28, 38, содержащий газ типа азота, аргона или гелия, расположенный внутри камеры аккумулятора, заполненной маслом. Такой баллон выполняет роль газового отсека 17 аккумулятора 9, показанного на фиг. 1. В другом варианте выполнения гидропневматические аккумуляторы являются мембранными или поршневыми.

На фиг. 4 и 5 схематично представлен вариант реализации механической связи между гидравлическим двигателем 7 и коробкой 13 приводов агрегатов газотурбинного двигателя 6.

Эта механическая связь образована средствами зацепления, которые содержат первую ступень зацепления, образованную приводным валом 40, который является выходным валом гидравлического двигателя 7, главной шестерней 41, установленной на приводному валу 40 и на колесе 8 свободного хода, и насосной шестерней 42.

Кроме того, средства зацепления содержат вторую ступень зацепления, образованную валом 60 коробки, главной шестерней 61, установленной на валу 60 коробки и зацепляющейся с главной шестерней 41 первой ступени зацепления, и насосной шестерней 62, установленной на валу 60 коробки.

Наконец, средства зацепления содержат промежуточную ступень зацепления, образованную промежуточным валом 50, на котором установлена соединительная шестерня 52.

Соединительная шестерня 52 выполнена с возможностью занимать два положения, а именно положение сцепления, показанное на фиг. 5, и положение выключения сцепления, показанное на фиг.4.

В положении сцепления, показанном на фиг. 5, шестерня приводится во вращение насосной шестерней 62, установленной на валу 60 коробки 13 приводов агрегатов, и приводит во вращение насосную шестерню 42, установленную на приводном валу 40. Таким образом, в этом положении вал 40 приводится во вращение валом 60 коробки приводов агрегатов. В этом случае гидравлический двигатель 7 работает в режиме гидравлического насоса, что позволяет нагнетать масло в гидропневматический аккумулятор. Колесо 8 свободного хода обеспечивает свободное вращение шестерни 41.

В положении выключения сцепления, показанном на фиг. 4, шестерня 52 не связана механически с насосными шестернями 42,62. Поэтому в этом положении главная шестерня 41, установленная на приводному валу 40, вращает шестерню 61, установленную на валу 60 коробки приводов агрегатов. Речь идет о положении, обеспечивающем быстрый запуск газотурбинного двигателя.

Перемещение шестерни 52 из положения выключения сцепления в положение сцепления можно обеспечивать при помощи гидравлического, пневматического или электрического домкрата или при помощи любых эквивалентных средств.

Принцип использования устройства запуска газотурбинного двигателя внутри двухмоторной структуры, показанной на фиг. 2, заключается в следующем:

- если условия полета являются благоприятными, подается команда на перевод газотурбинного двигателя в дежурный режим, чтобы экономить топливо (дежурный режим выбирают среди вышеуказанных дежурных режимов),

- вычислительные устройства газотурбинных двигателей определяют, какой газотурбинный двигатель можно перевести в дежурный режим, и подают команду на его переход в дежурный режим (в дальнейшем, будет считаться, что в дежурный режим переходит газотурбинный двигатель 6, и только газотурбинный двигатель 16 подает мощность на коробку 22 передачи мощности),

- газотурбинный двигатель 6 находится в дежурном режиме (этот дежурный режим является одним из вышеуказанных дежурных режимов, то есть с включенной или выключенной камерой, с механическим усилением или без него),

- во время полета газотурбинный двигатель 16 внезапно выходит из строя, или пилот решает произвести экстренный повторный запуск газотурбинного двигателя 6 для осуществления конкретного экстренного маневра,

- камеру сгорания газотурбинного двигателя 6 быстро включают (случай дежурного режима с выключенной камерой),

- после заранее определенного промежутка времени блок 12 управления подает команду на открывание двухпозиционного вентиля 11 в сторону газотурбинного двигателя 6,

- гидравлический двигатель 7 быстро (в течение времени менее секунды) переходит от 0 об/мин до стыковой скорости газогенератора, первоначально находившегося в дежурном режиме, преобразуя гидравлическую мощность в механическую мощность, позволяющую привести во вращение газогенератор газотурбинного двигателя 6 через колесо 8 свободного хода,

- гидравлический двигатель 7 продолжает вращать газотурбинный двигатель 6 в течение короткого промежутка времени, например, менее 10 с, во время которого газотурбинный двигатель достигает своего экстренного режима,

- таким образом, произошел экстренный запуск газотурбинного двигателя 6.

Стыковая скорость соответствует дежурной скорости газогенератора, поделенной на понижающее передаточное отношение скоростей между валом газогенератора и входом коробки приводов агрегатов газотурбинного двигателя, на которой установлен гидравлический стартер.

Таким образом, заявленное устройство позволяет быстро повторно запустить находящийся в дежурном режиме газотурбинный двигатель, используя только недорогие, простые в установке и в использовании органы, которые можно протестировать на стендах и которые позволяют производить подзарядку гидропневматического аккумулятора.

Изобретение не ограничивается только описанными вариантами выполнения. В частности, силовая установка может содержать три газотурбинных двигателя для трехмоторного вертолета, и специалист на основании сведений из настоящей заявки легко может определить, каким образом адаптировать описанные варианты выполнения для многомоторной, в частности, трехмоторной силовой установки.

Изобретение относится к газотурбинным установкам. Устройство экстренного запуска газотурбинного двигателя (6) вертолета содержит гидравлический двигатель (7), механически связанный с упомянутым газотурбинным двигателем (6) и гидропневматический аккумулятор (9), связанный с упомянутым гидравлическим двигателем через (7) гидравлический контур (10) питания жидкостью под давлением упомянутого гидравлического двигателя (7). Управляемый гидравлический вентиль (11) быстрого открывания установлен на гидравлическом контуре (10) между аккумулятором (9) и гидравлическим двигателем (7) и выполнен с возможностью перехода по команде в открытое положение, в котором жидкость может питать гидравлический двигатель (7), или в закрытое положение, в котором гидравлический двигатель (7) перестает получать питание жидкостью под давлением. Техническим результатом является защита устройства экстренного запуска и газотурбинного двигателя при превышении заданного порога давления жидкости в гидравлическом контуре. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство экстренного запуска для газотурбинного двигателя (6) вертолета, отличающееся тем, что содержит:

- гидравлический двигатель (7), выполненный с возможностью механического соединения с газотурбинным двигателем (6) для его приведения во вращение с целью обеспечения его запуска,

- гидропневматический аккумулятор (9), связанный с гидравлическим двигателем через (7) гидравлический контур (10) питания жидкостью под давлением гидравлического двигателя (7),

- управляемый гидравлический вентиль (11) быстрого открывания, установленный на гидравлическом контуре (10) между аккумулятором (9) и гидравлическим двигателем (7) и выполненный с возможностью перехода по команде по меньшей мере в открытое положение, в котором жидкость подается в гидравлический двигатель (7), что обеспечивает запуск газотурбинного двигателя (6) при применении устройства с газотурбинным двигателем (6), или в закрытое положение, в котором жидкость под давлением не подается в гидравлический двигатель (7),

- бак (14) для сбора жидкости, соединенный с гидравлическим двигателем (7) через сливной клапан (15).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидропневматический аккумулятор (9) выбирают из группы, в которую входят баллонный аккумулятор, мембранный аккумулятор и поршневой аккумулятор.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидравлический двигатель (7) содержит приводной вал (40), механически связанный с валом (60) коробки (13) приводов агрегатов газотурбинного двигателя (6) через средства зацепления, содержащие по меньшей мере одно колесо (8) свободного хода, установленное на приводному валу (40).

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что средства зацепления дополнительно содержат:

- первую ступень зацепления, включающую в себя приводной вал (40) с главной шестерней (41), установленной на колесе (8) свободного хода, и с так называемой насосной шестерней (42),

- вторую ступень зацепления, включающую в себя вал (60) коробки с главной шестерней (61), в зацеплении с главной шестерней (41) первой ступени зацепления, и с так называемой насосной шестерней (62),

- промежуточную ступень зацепления, включающую в себя промежуточный вал (50) с соединительной шестерней (52), подвижной между сцепленным положением, в котором она зацепляется одновременно с насосными шестернями (42, 62) первой и второй ступеней зацепления, и расцепленным положением, в котором она не взаимодействует с упомянутыми насосными шестернями (42, 62).

5. Силовая установка для многомоторного вертолета, содержащая газотурбинные двигатели (6, 16), связанные с коробкой (22) передачи мощности, отличающаяся тем, что содержит:

- по меньшей мере один газотурбинный двигатель (6, 16) из упомянутых газотурбинных двигателей, называемый гибридным газотурбинным двигателем и выполненный с возможностью работать по меньшей мере в одном дежурном режиме во время устоявшегося полета вертолета, при этом другие газотурбинные двигатели работают самостоятельно во время этого устоявшегося полета,

- по меньшей мере одно устройство экстренного повторного запуска гибридного газотурбинного двигателя по п. 1, выполненное с возможностью вывода этого гибридного газотурбинного двигателя из упомянутого дежурного режима и его перевода в так называемый рабочий режим, в котором он подает механическую мощность в коробку передачи мощности.

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что содержит два гибридных газотурбинных двигателя (6, 16) и два устройства экстренного повторного запуска по п. 1, при этом каждый гибридный газотурбинный двигатель связан с одним устройством повторного запуска.

7. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что содержит два гибридных газотурбинных двигателя (6, 16) и одно устройство повторного запуска по п. 1, которое содержит два гидравлических двигателя (7, 17), связанных соответственно с каждым гибридным газотурбинным двигателем (6, 16), при этом упомянутый гидравлический вентиль (11) является трехходовым вентилем, управляемым для направления текучей среды в гидравлический двигатель предназначенного для повторного запуска гибридного газотурбинного двигателя.

8. Вертолет, содержащий силовую установку по одному из пп. 5-7.