[发明专利]包括作为能量来源的燃料电池的用于飞行器的轮驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于飞行器的轮驱动系统、轮驱动系统在飞行器中的应用、以及具有轮驱动系统的飞行器和作为用于轮驱动系统的能量供应的燃料电池在飞行器中的应用。

背景技术

通常，利用牵引车和/或利用飞行器的主发动机的推力来实现飞行器在停放位置与起落跑道之间的滑行。特别是，需要牵引车用以使飞行器退出(“后推出”)其停放位置(“机头向内”)。利用低推力下的主发动机实现向起飞位置的滑行以及从降落点到停放位置的滑行。在可替代的过程中，利用牵引车将飞行器牵引到靠近起飞位置的位置，从而可以在尽可能最迟的时间起动飞行器的主发动机。

作为替代，WO 2006/138267 A2提出了借助于电机选择性地以向前或倒退的模式驱动飞行器的起落架。在这种情况下，利用辅助动力单元(APU)实现电机的动力供应。

在用于使飞行器滑行到起落跑道的普遍过程中，因为主发动机需要产生滑行所需的推力并且主发动机的效率在低功率时相对较差，所以消耗相对大量的燃料。这还与大量的CO₂排放相关联。机场操作人员和附近的居民受到大量的废气排放、特别是碳氢化合物和一氧化碳的影响。另外，人员、车辆和其它的飞行器会受到主发动机的喷气(“喷气”)的危及。由主发动机产生的噪声也是一负担。由于延长的运转时间而导致增加了发动机的维护成本。此外，需用到牵引车以便使飞行器滑行出停放位置，从而增加了操作成本。

在用于飞行器滑行的可替代的过程中，更长时间地使用牵引车，从而使得在机场需用到更多的牵引车。在满燃料箱的飞行器中，可以达到的牵引速度也相对较慢，从而可能在滑行交通中发生堵塞。此外，为了操作特别是空气调节系统，需确保飞行器的动力供应和空气供应。例如，可以利用牵引车实现这种供应，但是这将降低牵引能力。还可以选择性地利用APU实现该供应，但是这将导致大量的噪声和废气排放。另外，在许多机场限制或甚至禁止APU的使用。此外，APU的操作时间直接增加了APU的维护成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于飞行器的轮驱动系统，所述用于飞行器的轮驱动系统包括特别是使得可以减少废气和噪声排放的相应的能量来源。另外，本发明的目的包括防止主发动机和APU的操作时间延长和维护成本增加。

该目的是利用用于飞行器的轮驱动系统来解决，该轮驱动系统包括至少一个电机以及作为用于电机的能量来源的至少一个燃料电池，其中，电机能够耦联到飞行器的至少一个起落架的至少一个轮。

作为机载电能来源的燃料电池可以取代APU的一些或全部功能。除了电力以外，燃料电池自身不会产生污染物、噪声或CO₂作为副产品，而只产生水。如果借助于“转化”过程从飞行器中的煤油获得氢，则仅产生有限量的废气。另外，燃料电池的效率高于传统的APU的效率，从而燃料电池的使用导致了更少的燃料消耗。与通过APU进行供应相比，根据本发明的轮驱动系统由此使机动化起落架的使用更加经济、环保并且更加具有吸引力。在具有关于APU操作的限制的机场中，仍然可以以不受限制的方式采用利用燃料电池操作的起落架电机。

在有利的改进中，电机设计成用于产生与轮的旋转方向相反的扭矩，以便使飞行器减速。例如，这可以通过如下的方式实现，即：在减速并且储存在适当的设备中减速时所产生的能量的同时将电机作为发动机操作。通过利用适当地选择和设置尺寸的电机以受控的方式在相反方向上产生扭矩还可以在不利的地面条件下控制紧急减速，从而特别是可以使起落架上的热应力最小化。这样减轻了传统的飞行器起落架制动器上的压力，从而可以减少它们的磨损以及维护的频率。

本发明的轮驱动系统的优选实施方式还包括控制单元，用于控制由电机产生或吸收的扭矩。例如，这样使得可以实现集成为所谓的“自动制动脱离跑道”(brake-to-vacate)系统，在该系统中将制动动力优化成起到使飞行器在降落后能够可靠地到达预定滑行道的效果。

在根据本发明的轮驱动系统的优选实施方式中，电机在发电机模式中将电能输送到至少一个储存单元和/或至少一个用电设备。由于在发电机模式中所产生的电能的储存，因此减少了飞行器中的电能的总消耗。

在特别优选的轮驱动系统中，利用至少一个电容器实现储存单元。该电容器可以包括所谓的“超级电容器”，由于超级电容器的高电容，其能够在尽可能最短的时间内储存大量的电能。储存在电容器中的电能可以同样快速地被再次提取，从而本发明的轮驱动系统特别地适于在飞行器的电气系统的峰值负荷期间提高来自于燃料电池的能量供应。