[发明专利]在飞行器中回收能量的方法和架构

说明书

技术领域

本发明涉及一种在飞行器内消耗能量的优化回收的方法以及能实现该方法的架构。

本发明适用于装配有加压舱的飞行器，尤其是商用飞行器。

通常，在飞行器中存在应该回收的两种能量来源，以控制其消耗：在高度中加压的机舱的气压，在热链(空调、机舱空气、废气)中消耗的热量。

通过回收这些类型的能量，可减少对于到无推进能量消耗器，即气动能和电能的任何一种类型的供给最终所需的尺寸、质量和消耗。

背景技术

舱内的高压空气仅在飞行中可获得，因此当机舱加压速率足够时，即达到3的数量级，这种能量的回收受限于高度。现有的解决方案涉及涡轮增压器或回收涡轮机，电气或气动驱动力源，负载压缩机和热交换器。

例如，专利文件US4419926中披露了使用涡轮增压器的压缩机以有助于将压缩空气的额外级供给到驱动ECS空调机组(ECS是“环境控制系统”的缩写)的负载压缩机。然后会减少驱动负载压缩机的电动机的功率或消耗。此外，由离开机舱的加压空气驱动的涡轮增压器的回收涡轮机将压缩空气冷却，该压缩空气减少了整体压缩工作，以及因此电动马达的消耗或尺寸。

一种变型披露了正好一个回收涡轮机可用于经由交流发电机或其他发电系统驱动负载压缩机。然后可在离开机舱的空气和由负载压缩机压缩的空气之间提供热交换，以减少离开压缩机的流体温度。该温度下降然后允许较低的压缩速率，而没有损害ECS的性能，以及因此减少的消耗。

然而，这些类型的架构被限制于处于高度的能量回收，由于在低空或在地面上—当加压速率不足或为零时—不存在离开机舱的加压空气。在地面上，实际上由小涡轮轴发动机提供气动机舱通风，该小涡轮轴发动机包括被连接到由于这些气体的排气喷嘴的气体发生器，形成辅助动力单元(缩写为APU)。APU也用于启动主发动机以及用于提供电能和气动能到各种消耗器(泵，负载压缩机，电机等)。这种类型的APU可装配在飞行器上或在地面上连接到被驱动的各种部件。在某些情况下，APU在飞行中足够安全地操作，如果有必要，部分甚至完全地补充由主发动机供给到消耗器的无推进动力。

发明内容

本发明旨在允许在高度和在地面上使用单一架构的优化的能量回收。为此，本发明旨在当飞行器在地面上时从废气中回收热能，从而导致机舱内通风空气的压缩，导致空调以及在高度导致压力节空气的压缩。

更具体地，本发明的主题是一种用于在装配有机舱的飞行器中的能量回收方法，该机舱根据压力和温度使用由负载压缩机驱动的ECS空调系统，以及辅助发电使气流调节。该方法包括提供了：

—当飞行器在地面上时，被称为“地面模式”，由辅助发电(能量丢失)消耗的热能由热交换在其废气中回收，从而驱动回收涡轮增压器的循环以产生除辅助发电之外的机械能；

—当飞行器在高度时，被称为“高度模式”，其中机舱空气被加压到足够水平，至少部分地随着离开机舱而被回收的空气所驱动以及然后在废气中由热交换加热的所述涡轮增压器产生了除负载压缩机之外的压缩，从而提供需要驱动ECS的压缩速率。

根据特定的实施例：

—可在离开机舱的空气和进入ECS系统的压缩空气之间进行第二空气热交换；

—在高度模式下，涡轮增压器在ECS系统的入口形成第二空气压缩级；

—当飞行器处于高度模式时，由涡轮增压器压缩的空气和离开机舱的压缩空气在废气中产生的热交换上游结合，从而增加辅助发电的动力；

—当飞行器处于高度模式时，通过涡轮增压器产生的空气也可切换，从而在ECS系统的入口结合以形成第二压缩级，或在机舱空气出口，来自气体发生器的废气内热交换的上游结合，从而增加辅助发电的动力。

本发明也涉及能实施所述方法的能量回收的架构。这种架构包括具有排气喷嘴并结合有装配有一个轴的气体发生器的辅助动力单元，该轴用于传递动力到负载压缩机以经由供给管道将压缩空气供给到机舱的ECS空调系统。此外，该架构包括直接地或经由传动箱或其他连接设备连接到APU的轴的回收涡轮增压器。所述涡轮增压器包括由在装配到排气喷嘴的热交换器上安装的管道的下游分支内的空气所驱动的回收涡轮机。所述管道在被连接到通道的交换器的上游具有分支，该通道将机舱的空气入口和回收涡轮增压器的压缩机连接到所述上游分支。

根据优选的实施例：

—第二热交换器被安装在供给管道和机舱出口通道之间，这样离开机舱的空气和进入ECS系统的压缩空气可传递热量；