本發(fā)明涉及一種諸如渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)單元，該推進(jìn)單元被制成為尤其在其上安裝了推進(jìn)單元的飛行器的滑行階段期間限制該推進(jìn)單元的燃料消耗。

背景技術(shù)：

飛行器在起飛前或起飛后在機(jī)場(chǎng)中移動(dòng)或等待的期間所在的階段被稱(chēng)為滑行階段。

取決于機(jī)場(chǎng)的大小，該階段通常耗時(shí)10至20分鐘。

傳統(tǒng)的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的渦輪機(jī)和被渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的外部螺旋槳，該外部螺旋槳提供用于使飛行器移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。

在滑行階段期間，當(dāng)飛行器移動(dòng)時(shí)和在例如當(dāng)?shù)却痫w時(shí)的等待階段期間，渦輪機(jī)持續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)。

因此，在該滑行階段期間，雖然渦輪機(jī)的能量需求是有限的，但是大量的燃料被消耗。

例如，對(duì)于具有大約70個(gè)座位的飛行器，用于持續(xù)多于10分鐘的滑行階段的燃料消耗量可超過(guò)50千克。在地面上的這種運(yùn)行期間，渦輪機(jī)消耗燃料并且產(chǎn)生廢氣。因?yàn)轱w行器速度很低，所以廢氣的羽流難于被周?chē)目諝庀♂尅Ｓ谑菑U氣分散遍及整個(gè)機(jī)場(chǎng)平臺(tái)，對(duì)機(jī)場(chǎng)職員和乘客是有害的。

與通過(guò)在滑行階段/停止階段期間所需的動(dòng)力相比，更多地是通過(guò)渦輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)來(lái)定義渦輪機(jī)狀態(tài)。結(jié)果是密集地使用節(jié)流閥和制動(dòng)器。這種類(lèi)型的控制對(duì)飛行員而言是令人不快的并且對(duì)乘客而言是不舒適的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開(kāi)了一種尤其用于飛行器的推進(jìn)單元，該推進(jìn)單元包括渦輪機(jī)、可被選擇性地聯(lián)接到所述渦輪機(jī)的螺旋槳、至少可驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)和將旋轉(zhuǎn)電機(jī)選擇性地聯(lián)接到螺旋槳和/或渦輪機(jī)的裝置，該裝置在推進(jìn)單元的限定的運(yùn)行階段期間能夠僅將螺旋槳聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)，該推進(jìn)單元中的渦輪機(jī)由自由渦輪渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成，該自由渦輪渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)包括氣體發(fā)生器和被氣體發(fā)生器產(chǎn)生的氣流驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的自由渦輪，該推進(jìn)單元的特征在于，選擇性聯(lián)接裝置能夠?qū)⑿D(zhuǎn)電機(jī)聯(lián)接到或不聯(lián)接到氣體發(fā)生器和/或自由渦輪。

將旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接聯(lián)接到螺旋槳使得能夠僅使用電能并且僅當(dāng)飛行器必須移動(dòng)時(shí)使用電能。因此，當(dāng)飛行器停止時(shí)不存在消耗，并且也不產(chǎn)生廢氣，因?yàn)闇u輪機(jī)可被停機(jī)。

優(yōu)選地，選擇性聯(lián)接裝置包括被永久地聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)的聯(lián)接設(shè)備和離合系統(tǒng)，該離合系統(tǒng)用于根據(jù)推進(jìn)單元的運(yùn)行階段而選擇性地將聯(lián)接設(shè)備聯(lián)接到螺旋槳。

優(yōu)選地，聯(lián)接裝置包括第二離合系統(tǒng)，該第二離合系統(tǒng)用于將聯(lián)接設(shè)備選擇性地聯(lián)接到氣體發(fā)生器。

優(yōu)選地，聯(lián)接設(shè)備帶有軸，該軸可通過(guò)爪形離合器被聯(lián)接到自由渦輪。

優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)電機(jī)由交流發(fā)電機(jī)-起動(dòng)機(jī)組成，該交流發(fā)電機(jī)-起動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)能量以驅(qū)動(dòng)螺旋槳和/或渦輪機(jī)，并且該交流發(fā)電機(jī)-起動(dòng)機(jī)可從渦輪機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)能量產(chǎn)生電力。

優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)電機(jī)被連接到電能蓄能器，并且旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠從所述電能蓄能器汲取電力或?qū)λ鲭娔苄钅芷鞴?yīng)電力。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種控制根據(jù)本發(fā)明的被安裝在飛行器上的推進(jìn)單元的聯(lián)接裝置的方法，該方法的特征在于，該方法包括：對(duì)聯(lián)接裝置進(jìn)行控制，使得在飛行器在跑道上的滑行階段期間聯(lián)接設(shè)備僅被聯(lián)接到螺旋槳，以及使得至少當(dāng)渦輪機(jī)在穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)聯(lián)接設(shè)備被聯(lián)接到螺旋槳和渦輪機(jī)。

優(yōu)選地，在所述滑行階段之后的渦輪機(jī)被起動(dòng)所在的階段期間，方法包括

-第一階段，在該第一階段中，聯(lián)接設(shè)備被同時(shí)聯(lián)接到螺旋槳和氣體發(fā)生器，并且聯(lián)接設(shè)備從自由渦輪斷開(kāi)聯(lián)接；

-第二階段，在該第二階段中，聯(lián)接設(shè)備僅被聯(lián)接到氣體發(fā)生器，并且聯(lián)接設(shè)備從螺旋槳和自由渦輪斷開(kāi)聯(lián)接，以及；

-第三階段，在該第三階段中，聯(lián)接設(shè)備被同時(shí)聯(lián)接到螺旋槳和自由渦輪，并且聯(lián)接設(shè)備從氣體發(fā)生器斷開(kāi)聯(lián)接。

優(yōu)選地，在渦輪機(jī)被起動(dòng)所在的階段期間，方法包括

-聯(lián)接設(shè)備被聯(lián)接到氣體發(fā)生器并且聯(lián)接設(shè)備從螺旋槳和自由渦輪斷開(kāi)聯(lián)接的階段；

-聯(lián)接設(shè)備被同時(shí)聯(lián)接到螺旋槳和自由渦輪并且聯(lián)接設(shè)備從氣體發(fā)生器斷開(kāi)聯(lián)接的階段。

附圖說(shuō)明

在閱讀下文給出的詳細(xì)說(shuō)明之后本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，參照附圖將會(huì)更容易理解該詳細(xì)說(shuō)明，在該附圖中，圖1至圖6為根據(jù)本發(fā)明的推進(jìn)單元的圖示，示出了推進(jìn)單元的不同的運(yùn)行階段。

具體實(shí)施方式

附圖示出了例如用于飛行器的推進(jìn)單元10，該推進(jìn)單元包括產(chǎn)生用于推進(jìn)單元10的驅(qū)動(dòng)能量的渦輪機(jī)12、將被渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)用于推進(jìn)飛行器的螺旋槳14、和被連接到諸如電池的電能蓄能器的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

旋轉(zhuǎn)電機(jī)16為交流發(fā)電機(jī)-起動(dòng)機(jī)類(lèi)型的可逆電機(jī)。該旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠從儲(chǔ)存在電池中的電力產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，當(dāng)渦輪機(jī)12在起動(dòng)機(jī)模式下運(yùn)行時(shí)該驅(qū)動(dòng)動(dòng)力可被傳輸?shù)皆摐u輪機(jī)。

當(dāng)渦輪機(jī)12處于交流發(fā)電機(jī)模式下時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)16還能夠接收由該渦輪機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)能量的至少一部分以產(chǎn)生電力，該電力將被重新分配到整個(gè)飛行器和電池。

優(yōu)選地，渦輪機(jī)12為自由渦輪渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，該自由渦輪渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)包括氣體發(fā)生器，該氣體發(fā)生器由具有一個(gè)或數(shù)個(gè)級(jí)的一個(gè)或數(shù)個(gè)壓氣機(jī)和一個(gè)或數(shù)個(gè)渦輪構(gòu)成，并且該自由渦輪渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)包括自由渦輪，該自由渦輪驅(qū)動(dòng)螺旋槳14的驅(qū)動(dòng)軸18。

減速齒輪(未示出)被置于渦輪的軸18與螺旋槳14之間，以降低螺旋槳14的旋轉(zhuǎn)速度。

推進(jìn)單元10還包括聯(lián)接裝置20，該聯(lián)接裝置用于將渦輪機(jī)12、螺旋槳14和旋轉(zhuǎn)電機(jī)16選擇性地聯(lián)接到彼此。

聯(lián)接裝置20包括被安裝為可圍繞主軸線a自由旋轉(zhuǎn)的聯(lián)接設(shè)備22，該聯(lián)接設(shè)備通過(guò)一組齒輪24被永久地聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)16。

聯(lián)接設(shè)備22包括軸26，該軸將通過(guò)爪形離合器28被聯(lián)接到或不被聯(lián)接到自由渦輪的軸18。

爪形離合器28可處于兩種不同的狀態(tài)，即聯(lián)接設(shè)備22的軸26到自由渦輪的軸18的接合聯(lián)接狀態(tài)和分離狀態(tài)，在該分離狀態(tài)下，該爪形離合器不將兩個(gè)軸26、18聯(lián)接在一起。如稍后將進(jìn)行說(shuō)明的，爪形離合器的狀態(tài)可根據(jù)推進(jìn)單元的運(yùn)行階段而被改變。

聯(lián)接裝置20包括第一離合系統(tǒng)30，該第一離合系統(tǒng)將聯(lián)接設(shè)備22與螺旋槳14支撐軸32連接在一起。第一離合系統(tǒng)30能夠采用接合狀態(tài)、分離狀態(tài)和滑移狀態(tài)當(dāng)中的一個(gè)狀態(tài)，用以使聯(lián)接設(shè)備22旋轉(zhuǎn)聯(lián)接到螺旋槳14支撐軸32或者從該螺旋槳支撐軸斷開(kāi)聯(lián)接。

第一離合系統(tǒng)30包括被與聯(lián)接設(shè)備22旋轉(zhuǎn)固定在一起的第一平面圈34和面對(duì)該第一平面圈被旋轉(zhuǎn)固定到螺旋槳14支撐軸32的第二平面圈36。第一離合系統(tǒng)30的兩個(gè)平面圈34、36根據(jù)第一離合系統(tǒng)是否處于上文限定的該第一離合系統(tǒng)的狀態(tài)中的一個(gè)而將相互接觸或相互不接觸。

聯(lián)接裝置20包括第二離合系統(tǒng)40，該第二離合系統(tǒng)將聯(lián)接設(shè)備22連接到氣體發(fā)生器軸42。第二離合系統(tǒng)40能夠采用接合狀態(tài)、分離狀態(tài)和滑移狀態(tài)當(dāng)中的一個(gè)狀態(tài)，用以使聯(lián)接設(shè)備22旋轉(zhuǎn)聯(lián)接到氣體發(fā)生器軸42或者從該氣體發(fā)生器軸斷開(kāi)聯(lián)接。

第二離合系統(tǒng)40包括被旋轉(zhuǎn)固定到聯(lián)接設(shè)備22的第一平面圈44和被旋轉(zhuǎn)固定到氣體發(fā)生器軸42的第二平面圈46。

第二離合系統(tǒng)40的兩個(gè)平面圈44、46根據(jù)第二離合系統(tǒng)是否處于上文限定的該第二離合系統(tǒng)的狀態(tài)中的一個(gè)而將相互接觸或相互不接觸。

聯(lián)接裝置20還包括用于爪形離合器28和離合系統(tǒng)30、40的控制與驅(qū)動(dòng)裝置，以引起或不引起渦輪機(jī)12、螺旋槳14和旋轉(zhuǎn)電機(jī)16聯(lián)接到彼此。

推進(jìn)單元被設(shè)計(jì)為在聯(lián)接裝置20的一個(gè)構(gòu)型中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)16僅被聯(lián)接到螺旋槳14。在聯(lián)接裝置20的這種構(gòu)型中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)16和螺旋槳14不被聯(lián)接到氣體發(fā)生器也不與渦輪機(jī)12的自由渦輪聯(lián)接。

優(yōu)選地，當(dāng)飛行器運(yùn)行在滑行階段時(shí)使用聯(lián)接裝置20的這種構(gòu)型，使得不需要使用渦輪機(jī)12的動(dòng)力，并且渦輪機(jī)12甚至可被保持在停止?fàn)顟B(tài)下。

這使得能夠驅(qū)動(dòng)螺旋槳14而不消耗燃料也不產(chǎn)生廢氣。僅當(dāng)必要時(shí)才使用被用來(lái)使螺旋槳14旋轉(zhuǎn)的電能，因此，不過(guò)度地消耗電力。

以下的說(shuō)明將對(duì)包括剛剛說(shuō)明過(guò)的聯(lián)接裝置20的推進(jìn)單元10的數(shù)個(gè)運(yùn)行階段進(jìn)行說(shuō)明。

滑行階段

圖2示出了當(dāng)飛行器運(yùn)行在滑行階段時(shí)推進(jìn)單元10的構(gòu)型。

如上文所述，在該滑行階段期間，聯(lián)接裝置20僅將旋轉(zhuǎn)電機(jī)16聯(lián)接到螺旋槳14。

在聯(lián)接裝置20的這種構(gòu)型中，爪形離合器28處于分離狀態(tài)，在該分離狀態(tài)下，該爪形離合器不將聯(lián)接設(shè)備22的軸26聯(lián)接到自由渦輪軸18。因此，旋轉(zhuǎn)電機(jī)16不被聯(lián)接到渦輪機(jī)12的自由渦輪。

第一離合系統(tǒng)30處于接合位置，換言之，兩個(gè)平面圈34、36相互接觸，并且第二離合系統(tǒng)40處于分離位置，換言之，兩個(gè)平面圈44、46相互不接觸。

而且，在聯(lián)接裝置20的這種構(gòu)型中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)16運(yùn)行在起動(dòng)機(jī)模式下，換言之，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)能量并且該驅(qū)動(dòng)能量通過(guò)聯(lián)接設(shè)備22和第一離合系統(tǒng)30僅被傳輸?shù)铰菪龢?/p>

圖3至圖5示出了推進(jìn)單元10和其聯(lián)接裝置20的其它狀態(tài)，這些其它狀態(tài)代表了在滑行階段之后執(zhí)行的起動(dòng)渦輪機(jī)的階段期間聯(lián)接裝置20的不同運(yùn)行階段。

起動(dòng)渦輪機(jī)12主要包括使氣體發(fā)生器旋轉(zhuǎn)直至該氣體發(fā)生器達(dá)到渦輪機(jī)的運(yùn)行速度為止。從該運(yùn)行速度起動(dòng)的自由渦輪產(chǎn)生可被傳輸?shù)铰菪龢尿?qū)動(dòng)能量。

將螺旋槳和電機(jī)聯(lián)接到氣體發(fā)生器

在滑行階段之后立即進(jìn)行的起動(dòng)階段的第一階段中，氣體發(fā)生器被聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)16和螺旋槳14。

在之前的滑行階段中，螺旋槳14以高速旋轉(zhuǎn)。將氣體發(fā)生器聯(lián)接到螺旋槳14使得能夠使用由螺旋槳14儲(chǔ)存的動(dòng)能以參與驅(qū)動(dòng)氣體發(fā)生器。

為此，如圖3所示，第二離合系統(tǒng)40將狀態(tài)改變到其接合狀態(tài)，換言之，使得兩個(gè)平面圈44、46相互接觸。氣體發(fā)生器則被聯(lián)接到聯(lián)接設(shè)備22。

爪形離合器28和第一離合系統(tǒng)30被保持在與之前相同的狀態(tài)下，換言之，爪形離合器28處于分離狀態(tài)并且第一離合系統(tǒng)30處于接合位置。

旋轉(zhuǎn)電機(jī)16運(yùn)行在產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)能量模式下，并且該能量和螺旋槳14的動(dòng)能被傳輸?shù)綒怏w發(fā)生器以起動(dòng)渦輪機(jī)12。

將電機(jī)聯(lián)接到氣體發(fā)生器

在某段時(shí)間之后，螺旋槳14的動(dòng)能不再足以參與驅(qū)動(dòng)氣體發(fā)生器以使渦輪機(jī)12起動(dòng)。螺旋槳14還可產(chǎn)生抗力矩，該抗力矩將會(huì)無(wú)用地消耗由旋轉(zhuǎn)電機(jī)16產(chǎn)生的某些量的能量。

還可在起動(dòng)渦輪機(jī)12的開(kāi)始時(shí)使用這種構(gòu)型。當(dāng)不進(jìn)行在上文說(shuō)明的滑行階段時(shí)，螺旋槳14不運(yùn)動(dòng)并且因此不能參與驅(qū)動(dòng)氣體發(fā)生器。

結(jié)果，如在圖4中可見(jiàn)的，在起動(dòng)階段的這個(gè)階段中，螺旋槳14從旋轉(zhuǎn)電機(jī)和氣體發(fā)生器斷開(kāi)聯(lián)接。

為此，第一離合系統(tǒng)30將狀態(tài)改變到其分離狀態(tài)，換言之，兩個(gè)平面圈34、36不再相互接觸。

結(jié)果，在該階段中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)僅被聯(lián)接到氣體發(fā)生器，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)16產(chǎn)生的所有能量被用于起動(dòng)渦輪機(jī)，因此，不存在由螺旋槳14的抗力矩造成的能量損失。

將自由渦輪聯(lián)接到聯(lián)接設(shè)備

最后，在圖5中示出的起動(dòng)階段的第三階段中，渦輪機(jī)12被起動(dòng)，并且自由渦輪能夠產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)能量。

在該階段中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)16被聯(lián)接到螺旋槳14和自由渦輪并且從氣體發(fā)生器斷開(kāi)聯(lián)接。

為此，第一離合系統(tǒng)30將狀態(tài)改變到其接合狀態(tài)，換言之，兩個(gè)平面圈34、36相互接觸并且螺旋槳14則通過(guò)聯(lián)接設(shè)備22被聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)16。

爪形離合器28也改變到其將自由渦輪軸18聯(lián)接到聯(lián)接設(shè)備22的軸26的接合狀態(tài)，以將旋轉(zhuǎn)電機(jī)16聯(lián)接到自由渦輪。

第二離合系統(tǒng)40被保持處于接合位置。

由自由渦輪產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)螺旋槳14和旋轉(zhuǎn)電機(jī)16，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)則運(yùn)行在產(chǎn)生電力模式下。因此，推進(jìn)單元10既可使飛行器起動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)又可產(chǎn)生電力，該電力被重新分配到整個(gè)飛行器，包括分配到電池。

在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行

圖6示出了當(dāng)渦輪機(jī)12處于運(yùn)行時(shí)推進(jìn)單元10的狀態(tài)。

推進(jìn)單元10的這種狀態(tài)對(duì)應(yīng)于飛行器起飛、飛行和著陸階段。

在推進(jìn)單元10的這種狀態(tài)中，聯(lián)接裝置20將旋轉(zhuǎn)電機(jī)16聯(lián)接到自由渦輪的自由渦輪軸18和螺旋槳。另一方面，在這種狀態(tài)中，聯(lián)接裝置20不將旋轉(zhuǎn)電機(jī)16聯(lián)接到氣體發(fā)生器。

也是在這種情況下，由自由渦輪產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)螺旋槳14和旋轉(zhuǎn)電機(jī)16，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行在產(chǎn)生電力模式下。

為此，以與用于圖5所示的狀態(tài)的方式相同的方式，第一離合系統(tǒng)30處于其接合狀態(tài)，換言之，兩個(gè)平面圈34、36相互接觸并且螺旋槳14被聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)16。

爪形離合器28處于其將自由渦輪軸18聯(lián)接到聯(lián)接設(shè)備22的軸26的接合狀態(tài)，以將旋轉(zhuǎn)電機(jī)16聯(lián)接到自由渦輪。

另一方面，第二離合系統(tǒng)40處于接合位置，換言之，兩個(gè)平面圈44、46不相互接觸，因此，旋轉(zhuǎn)電機(jī)16不被聯(lián)接到氣體發(fā)生器。

在上文對(duì)推進(jìn)單元10進(jìn)行的說(shuō)明中，螺旋槳14和其關(guān)聯(lián)的軸32、自由渦輪的軸18、聯(lián)接設(shè)備22、爪形離合器28和氣體發(fā)生器軸42全都是與主軸線a同軸的。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于該實(shí)施例并且這些部件中的一個(gè)或數(shù)個(gè)的主軸線可從主軸線a偏移或相對(duì)于主軸線a傾斜。推進(jìn)單元?jiǎng)t將包括合適的重新導(dǎo)向裝置。