泵致动设备以及相关联的泵送系统、飞行器和燃料供应方法与流程

1.本发明涉及一种致动设备，该致动设备旨在驱动用于飞行器发动机的燃料泵送系统的至少一个燃料泵。
2.本发明还涉及一种燃料泵送系统、嵌入这种泵送系统的飞行器以及用于向这种飞行器的发动机供应燃料的方法。
3.本发明适用于航空领域，特别地适用于飞行器发动机的燃料供应。


背景技术：

4.已知在飞行器上使用至少一个泵来将燃料从飞行器的燃料箱输送到飞行器的发动机的燃料喷射设备。这种泵(通常是容积泵)通常通过飞行器的液压回路来致动。
5.在一些飞行器致动器(包括燃料输送管线)电气化的背景下，已经提出通过旋转电机来驱动前面所描述的泵。更具体地，已经提出设置称为“发电机”的第一旋转电机和称为“电动机”的第二旋转电机，它们彼此电连接。在这种情况下，电动机的输出轴联接到用于驱动该电动机的泵，发电机的轴联接到飞行器的发动机的轴。发电机和电动机通常由三相电机组成。以这种方式，在飞行器的发动机运行期间，发电机输送电流，电流的频率与飞行器的发动机的旋转速度(也称为“速度”)成比例。因此，电动机的输出处的旋转速度与发动机的速度成比例，从而驱动泵以与发动机的速度成比例的流量输送燃料。
6.尽管如此，这种致动设备并不完全令人满意。
7.实际上，为了使发动机无论该发动机的速度如何都能适当地供应燃料，由这种致动设备驱动的泵的尺寸被确定为使得对于任何给定的速度，由泵供应的流量至少等于发动机在所述速度下所需的流量。一般来说，这种尺寸的确定包括选择具有适当排量的泵。
8.然而，如图1所示，发动机所需的燃料流量作为该发动机的速度的函数的变化曲线2一般为凹型递增曲线。在这种情况下，排量由在由点4所示的最低速度运行点(对应于发动机的风扇的自转阶段，或“风车”)和由点6所示的最高速度运行点(对应于起飞阶段，或“起飞”)当中的以下运行点确定：该运行点具有所需燃料流量和发动机速度的最高比率。
9.在排量由最低速度运行点4确定的情况下，由泵供应的燃料流量(由穿过所述最低速度运行点4的线8表示)总是高于发动机所需的燃料流量。例如，在最高速度运行点6处，过量燃料流量由箭头10表示。在这种情况下，安装燃料再循环设备是必要的。
10.在燃料再循环设备的运行期间，这种再循环设备(通常连接在发动机的齿轮箱的输出处)在所述齿轮箱的输出处汲取机械功率，并以热的形式耗散一部分所汲取的机械功率。然而，这种热耗散是有害的，因为燃料回路(该燃料回路包括喷射设备)被用作油回路的冷却源。任何额外的热耗散都会对交换器的尺寸产生负面影响。
11.因此，本发明旨在提供一种泵致动设备，对于发动机的任何给定的运行点，该泵致动设备导致所述运行点所需的燃料流量和由泵供应的燃料流量之间的较小差异，即，该泵致动设备减少了对燃料再循环的需求。


技术实现要素：

12.为此，本发明的目的是前述类型的致动设备，该致动设备包括电动机旋转电机、发电机旋转电机和电连接构件，
13.电动机旋转电机是具有达兰德(dahlander)联接器的异步电机，该异步电机包括第一转子和第一定子，该第一转子旨在机械地联接到每个泵以致动每个泵，该第一定子包括至少一个输入相，每个输入相包括两个绕组，
14.发电机旋转电机包括第二转子和第二定子，该第二转子旨在机械地联接到发动机的形成驱动轴的轴，该第二定子包括至少一个输出相，
15.电连接构件被配置成将每个输出相电连接到输入相，
16.电连接构件还被配置成对于每个输入相，根据发动机的速度将对应的绕组串联或并联地连接。
17.实际上，即使当所需燃料流量与发动机速度的最高比率对应于最低速度运行点(即风扇的自动旋转阶段)时，这种致动设备也允许选择用于确定泵的尺寸(特别是用于选择泵的排量)的最高速度运行点。在这种情况下，通过其动作，电连接设备能够实现两种不同的运行模式：
[0018]-对于高于所谓的“切换”速度的速度，电动机的绕组根据第一配置连接，然后，电动机通过该发电机的电力供应由发电机以与发动机的速度成比例的旋转速度并且以第一比例性比率(rapport de proportionnalit
é
)驱动；以及
[0019]-低于切换速度时，电动机的绕组根据第二配置连接，然后，电动机通过该发电机的电力供应由发电机以与发动机的速度成比例的旋转速度并且以第二比例性比率驱动，该第二比例性比率高于第一比例性比率。
[0020]
特别地，切换速度对应于在第一配置中供应的燃料流量和发动机所需的燃料流量相等时的速度。
[0021]
由前述可知，由于根据本发明的致动设备，飞行器的发动机的任何给定的运行点所需的燃料流量和由泵供应的燃料流量之间的差异比通过已知的致动设备获得的差异小得多。因此，燃料再循环需求显著减少。
[0022]
根据本发明的其他有利方面，致动设备包括单独地考虑或以任何技术上可能的组合考虑的以下特征中的一个或多个特征：
[0023]-电连接构件被配置成对于电动机旋转电机的每个输入相，如果发动机的速度低于或等于预定的切换速度，则将对应的绕组并联地连接，否则将对应的绕组串联地连接；
[0024]-电动机旋转电机包括根据三角形接法而连接在一起的三个输入相，每个输入相的两个绕组通过两个绕组的端部在中点处电连接在一起，给定的输入相的每个绕组在绕组的与对应的中点相对的端部处连接到另一相应的输入相的对应的绕组，以形成顶点，
[0025]
电连接构件包括控制级、第一级开关、第二级开关和第三级开关，
[0026]
第一级开关的每个输入电连接到发电机旋转电机的相应的输出相，第一级开关的每个输出连接到相应的输入相的中点，
[0027]
第二级开关的每个输入电连接到发电机旋转电机的相应的输出相，第二级开关的每个输出连接到第一定子的相应的顶点，
[0028]
第三级开关的输入电连接在一起，第三级开关的每个输出连接到相应的输入相的
中点，
[0029]
控制级被配置成当发动机的速度高于预定的切换速度时，将第一级开关控制为处于接通状态，并且将第二级开关和第三级开关中的每一级开关控制为处于关断状态，
[0030]
控制级还被配置成当发动机速度低于或等于预定的切换速度时，将第一级开关控制为处于关断状态，并且将第二级开关和第三级开关中的每一级开关控制为处于接通状态。
[0031]
此外，本发明的目的是一种用于飞行器发动机的燃料泵送系统，泵送系统包括至少一个燃料泵和如上文中所限定的致动设备，电动机旋转电机的第一转子机械地联接到每个泵以致动每个泵。
[0032]
此外，本发明的目的是一种嵌入了如上文中所限定的泵送系统的飞行器，每个泵被插入在飞行器的燃料箱和飞行器的发动机的燃料喷射设备之间，发电机旋转电机的第二转子机械地联接到发动机的轴。
[0033]
本发明的另一个目的是一种用于向如上文中所限定的飞行器的发动机供应燃料的方法，该方法包括将发电机旋转电机的每个输出相连接到电动机旋转电机的输入相，供应方法还包括对于每个输入相，根据发动机的速度将对应的绕组串联或并联地连接。
[0034]
根据有利方面，供应方法包括对于每个输入相，如果发动机的速度低于或等于预定的切换速度，则将对应的绕组并联地连接，否则将对应的绕组串联地连接。
附图说明
[0035]
通过以下仅作为非限制性示例给出并参照附图进行的描述将更好地理解本发明，在附图中：
[0036]
图1是示出了发动机的燃料需求与发动机的高压轴的旋转速度的函数关系的曲线图。
[0037]
图2是根据本发明的泵送系统的示意图。
[0038]
图3与图1相似，也示出了由图2的泵送系统供应的燃料流量的变化。
具体实施方式
[0039]
图2示出了根据本发明的特别是用于飞行器发动机的燃料泵送系统12。
[0040]
泵送系统12旨在将燃料从飞行器(未示出)的燃料箱14输送到飞行器的发动机18的燃料喷射设备16。
[0041]
更具体地，泵送系统12包括至少一个旋转泵20和致动设备22，至少一个旋转泵旨在被布置在燃料箱14和喷射设备16之间，该致动设备旨在驱动泵或每个泵20。
[0042]
每个泵20是容积泵或离心泵。
[0043]
致动设备22包括电动机旋转电机24(称为“电动机”)、发电机旋转电机26(称为“发电机”)和电连接构件27。
[0044]
电动机24被配置成接收来自发电机26的电能，并将所接收的电能转换成旨在致动泵或每个泵20的机械能。
[0045]
电动机24是具有达兰德联接器的异步电机。电动机24包括转子32(称为“第一转子”)和定子34(称为“第一定子”)。
[0046]
第一转子32机械地联接到至少一个泵20以致动该至少一个泵。
[0047]
第一定子34包括至少一个相36，称为“输入相”，特别是包括三个输入相36。
[0048]
电动机24的每个输入相36经由电连接构件27连接到发电机26的对应的输出相42，这将在后面描述。
[0049]
每个输入相36包括两个绕组39，每个绕组包括两个端部。对于每个输入相36，两个对应的绕组39在中点46处通过绕组的端部中的一个端部电连接在一起。此外，对于每个绕组39，与附图标记48相关联的与中点46相对的端部联接到电连接构件27。
[0050]
如图2所示，每个输入相36的端部48在顶点49处连接到另一个相应的输入相36的端部48，使得输入相36根据三角形接法而连接在一起。然而，还可以考虑输入相36的星形接法。
[0051]
有利地，特别是为了便于电动机24的启动，致动设备22还包括联接构件(未示出)，该联接构件被构造成使得输入相在三角形接法和星形接法之间切换。
[0052]
发电机26被配置成从发动机18的轴37(所谓的“驱动轴”)汲取机械能，并将所汲取的机械能转换成电能。例如，驱动轴37是发动机18的低压轴。
[0053]
发电机26包括转子38(称为“第二转子”)和定子40(称为“第二定子”)。
[0054]
第二转子38通过任何合适的机械传动构件(诸如减速装置)机械地联接到发动机的驱动轴37。
[0055]
第二定子40包括至少一个相42，称为“输出相”。更具体地，第二定子的输出相42的数量等于第一定子34的输入相36的数量，特别是三个输出相42。每个输出相42电连接到电连接构件27，该电连接构件用于将每个输出相连接到对应的输入相36。
[0056]
优选地，发电机26是永磁同步电机或异步电机。
[0057]
电连接构件27被构造成将每个输出相42电连接到输入相36。此外，电连接构件27被构造成对于电动机24的每个输入相36，根据发动机18的当前速度将对应的绕组39串联或并联地连接。
[0058]
电连接构件27包括控制级50、第一级开关52、第二级开关54和第三级开关56。
[0059]
控制级50被配置成控制每一级开关52、54、56(即相应的开关中的每一个开关)的接通或关断状态。
[0060]
每一级开关52、54、56包括与输入相36一样多的开关58。特别地，每一级开关包括三个开关。
[0061]
有利地，每个开关58是继电器、接触器或电子开关，以限制开关随时间劣化的风险。
[0062]
第一级开关52的每个输入(即第一级开关中的每一个开关的输入)电连接到发电机26的相应的输出相42。此外，第一级开关52的每个输出(即第一级开关中的每一个开关的输出)连接到相应的输入相36的中点46。
[0063]
第二级开关54的每个输入电连接到发电机26的相应的输出相42。此外，第二级开关54的每个输出连接到第一定子34的相应的顶点49。
[0064]
最后，第三级开关56的输入电连接在一起。此外，第三级开关56的每个输出连接到相应的输入相36的中点46。
[0065]
电连接构件27的控制级50适于根据发动机18的速度控制第一级开关、第二级开关
和第三级开关中的每一级开关的状态。
[0066]
例如，发动机的这种速度是从发动机18的轴(特别是驱动轴37)的旋转速度，或从代表飞行器的飞行阶段的信息，或从飞行器驾驶指令推导出来的。
[0067]
更具体地，当发动机18的速度高于预定的切换速度时，控制级50被配置成控制：
[0068]-使第一级开关52处于接通状态(即，使得第一级开关中的每一个开关处于接通状态)；以及
[0069]-使第二级开关54和第三级开关56中的每一级开关处于关断状态(即，使得相应的第二级开关和第三级开关中的每一个开关处于关断状态)。
[0070]
以这种方式，对于每个输入相36，对应的绕组39串联地连接。此外，每个输入相36连接到对应的输出相42。因此，在运行中，电动机24通过该发电机的电力供应由发电机26以与发动机的速度成比例的旋转速度并且以第一比例性比率k1驱动。在该构型中，由泵送系统12输送的燃料流量在图3中由包括在点72和点66之间的线70的线段示出，这将在后面描述。
[0071]
此外，当发动机18的速度低于或等于预定的切换速度时，控制级50被配置成控制：
[0072]-使第一级开关52处于关断状态；以及
[0073]-使第二级开关54和第三级开关56中的每一级开关处于接通状态。
[0074]
以这种方式，对于每个输入相36，对应的绕组39并联地连接。此外，每个输入相36连接到对应的输出相42。因此，在运行中，电动机24通过该发电机的电力供应由发电机26以与发动机的速度成比例的旋转速度并且以第二比例性比率k2驱动，该第二比例性比率是第一比例性比率k1的两倍。在该构型中，由泵送系统12输送的燃料流量在图3中由包括在原点和点72之间的线68的线段示出。
[0075]
现在将参照图3限定切换速度。
[0076]
在该图中，曲线62表示发动机18所需的燃料流量作为该发动机的速度的函数的变化。曲线62从点64(发动机18的最低速度运行点)延伸到点66(最高速度运行点)。
[0077]
点64与如下的运行点相关联：对于该运行点，所需的燃料流量与发动机18的速度之比高于与点66相关联的所需的燃料流量与发动机的速度之比。
[0078]
如前所述，这种曲线62通常随着速度而递增，并且大致是凹形的。
[0079]
穿过最低速度运行点64的线68表示当对于电动机24的每个输入相36，对应的绕组39并联地连接时由泵送系统12供应的燃料流量。
[0080]
选择泵20的排量，使得在点64处由泵送系统12供应的燃料流量至少等于电动机所需的燃料流量，每个输入相36的绕组39并联地连接。
[0081]
此外，线70表示当电动机24的每个输入相36的绕组39串联地连接时由泵送系统12供应的燃料流量。
[0082]
如图3所示，对于高于与直线70和曲线62的交点72相关联的速度的任何速度，泵送系统12能够以高于或等于发动机所需流量的流量将燃料供应到发动机18，在该泵送系统中，电动机24的每个输入相36的绕组39串联地连接。所述交点形成切换点，相关联的速度称为“切换速度”。
[0083]
在该图中可以看出，超过切换速度之后，与在泵20被驱动以沿着线68(箭头76)的流量将燃料供应到喷射设备16的情况下对于燃料再循环的需求相比，当泵20被驱动以沿着
线70(箭头74)的流量将燃料供应到喷射设备16时对于燃料再循环的需求显著减少。
[0084]
替代性地，切换速度是不同于对应于前面所描述的运行点72的速度的预定速度。
[0085]
现在将描述泵送系统12的运行。
[0086]
在发动机18的运行期间，电连接构件27根据发动机18的速度控制输入相36的绕组39的配置。
[0087]
只要发动机18的速度低于或等于预定的切换速度，那么控制级50就控制每一级开关52、54、56，使得电动机24的每个输入相36的绕组39并联地连接，并且每个输入相36连接到发电机26的相应的输出相42。
[0088]
在这种情况下，电动机24根据从发电机26得到的电流以泵的最大速度驱动泵20。以这种方式，通过所确定的泵的尺寸，泵20以至少等于所述发动机18所需的燃料流量的流量将燃料输送到发动机18。
[0089]
如果发动机18的速度超过预定的切换速度，那么控制级50就控制每一级开关52、54、56，使得电动机24的每个输入相36的绕组39串联地连接，并且每个输入相36连接到发电机26的相应的输出相42。
[0090]
在这种情况下，泵20以与发动机的速度成比例的速度保持驱动，但是根据与在每个输入相36的绕组39已经并联连接的情况下将获得的燃料流量相比低一半的流量将燃料输送到发动机18。然而，供应的燃料流量至少等于发动机所需的燃料流量，并且燃料再循环需求减少。

技术特征：
1.一种旨在驱动用于飞行器发动机(18)的燃料泵送系统(2)的至少一个燃料泵(20)的致动设备(12)，所述致动设备(12)包括电动机旋转电机(24)、发电机旋转电机(26)和电连接构件(27)，所述电动机旋转电机(24)是具有达兰德联接器的异步电机，所述异步电机包括第一转子(32)和第一定子(34)，所述第一转子旨在机械地联接到每个泵(20)以致动每个泵，所述第一定子包括至少一个输入相(36)，每个输入相包括两个绕组(39)，所述发电机旋转电机(26)包括第二转子(32)和第二定子(40)，所述第二转子旨在机械地联接到所述发动机(18)的形成驱动轴的轴(37)，所述第二定子包括至少一个输出相(42)，所述电连接构件(27)被配置成将每个输出相(42)电连接到输入相(36)，所述电连接构件(27)还被配置成对于每个输入相(36)，根据所述发动机(18)的速度将对应的所述绕组(39)串联或并联地连接。2.根据权利要求1所述的致动设备(12)，其中，所述电连接构件(27)被配置成对于所述电动机旋转电机(24)的每个输入相(36)，如果所述发动机的所述速度低于或等于预定的切换速度，则将对应的所述绕组(39)并联地连接，否则将对应的所述绕组串联地连接。3.根据权利要求1或2所述的致动设备(12)，其中，所述电动机旋转电机(24)包括根据三角形接法而连接在一起的三个输入相(36)，每个输入相(36)的两个所述绕组(39)通过两个所述绕组的端部在中点(46)处电连接在一起，给定的输入相(36)的每个绕组(39)在该绕组的与对应的所述中点(46)相对的端部处连接到另一相应的输入相(36)的对应的绕组(39)，以形成顶点(49)，所述电连接构件(27)包括控制级(50)、第一级开关(52)、第二级开关(54)和第三级开关(56)，所述第一级开关(52)的每个输入电连接到所述发电机旋转电机(26)的相应的输出相(42)，所述第一级开关(52)的每个输出连接到相应的输入相(36)的所述中点(46)，所述第二级开关(54)的每个输入电连接到所述发电机旋转电机(26)的相应的输出相(42)，所述第二级开关(54)的每个输出连接到所述第一定子(34)的相应的顶点(49)，所述第三级开关(56)的输入电连接在一起，所述第三级开关(56)的每个输出连接到相应的输入相(36)的所述中点(46)，所述控制级(50)被配置成当所述发动机(18)的所述速度高于预定的切换速度时，将所述第一级开关(52)控制为处于接通状态，并且将所述第二级开关(54)和所述第三级开关(56)中的每一级开关控制为处于关断状态，所述控制级(50)还被配置成当所述发动机(18)的所述速度低于或等于所述预定的切换速度时，将所述第一级开关(52)控制为处于关断状态，并且将所述第二级开关(54)和所述第三级开关(56)中的每一级开关控制为处于接通状态。4.一种用于飞行器发动机的燃料泵送系统(12)，所述泵送系统(12)包括至少一个燃料泵(20)和根据权利要求1至3中任一项所述的致动设备(12)，所述电动机旋转电机(24)的所述第一转子(32)机械地联接到每个泵(20)以致动每个泵。5.一种嵌入了根据权利要求4所述的泵送系统(12)的飞行器，每个泵(20)被插入在所述飞行器的燃料箱(14)和所述飞行器的发动机(18)的燃料喷射设备(16)之间，所述发电机
旋转电机(26)的所述第二转子(38)机械地联接到所述发动机(18)的轴(37)。6.一种用于向根据权利要求5所述的飞行器的发动机供应燃料的方法，所述方法包括将所述发电机旋转电机(26)的每个输出相(42)连接到所述电动机旋转电机(24)的输入相(36)，供应方法还包括对于每个输入相(36)，根据所述发动机的速度将对应的所述绕组(39)串联或并联地连接。7.根据权利要求6所述的用于向发动机(18)供应燃料的方法，所述方法包括对于每个输入相(36)，如果所述发动机的所述速度低于或等于预定的切换速度，则将对应的所述绕组(39)并联地连接，否则将对应的所述绕组串联地连接。

技术总结
本发明涉及一种用于飞行器发动机(18)的燃料泵(20)的致动设备(12)，致动设备(12)包括电动机(24)、发电机(26)和电连接构件(27)，电动机(24)是具有达兰德联接器的异步电机，该异步电机包括第一转子(32)和第一定子(34)，该第一转子联接到泵(20)以致动泵，该第一定子包括至少一个输入相(36)，每个输入相包括两个绕组(39)，发电机(26)包括第二转子(32)和第二定子(40)，该第二转子机械地联接到发动机(18)的轴(37)，该第二定子包括至少一个输出相(42)，电连接构件(27)被配置成将每个输出相(42)连接到输入相(36)，并且根据发动机(18)的速度将每个输入相(36)的绕组(39)串联或并联地连接。个输入相(36)的绕组(39)串联或并联地连接。个输入相(36)的绕组(39)串联或并联地连接。


技术研发人员：于盖特
受保护的技术使用者：赛峰飞机发动机公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2023/9/14