一种直升机的发动机启动系统和机载能量管理系统技术方案

本发明专利技术公开一种直升机的发动机启动系统和机载能量管理系统，该机载能量管理系统包括发动机启动系统、滑油系统、燃油系统和液压系统；发动机启动系统包括发动机、电力系统、传动齿轮箱和辅助动力装置；辅助动力装置用于在发动机启动前为机舱的用电设备提供电能，在空气温度低于设定温度时为发动机启动提供气压能，在发动机启动后持续产生电能并存储至电力系统；电力系统分别为滑油系统、燃油系统和液压系统提供电能。本发明专利技术的方案可以取消现有直升机中的发动机的电传动部分，从而改善发动机因发电产生的能耗。且滑油系统、燃油系统等系统不再利用通过附件齿轮箱传递发动机的部分机械能来启动，可以取消附件齿轮箱，减少了直升机的重量。

【技术实现步骤摘要】
一种直升机的发动机启动系统和机载能量管理系统
本专利技术涉及飞机记载能量管理
，特别是涉及一种直升机的发动机启动系统和机载能量管理系统。
技术介绍
现有典型的直升机机载机电系统是由发动机的部分机械能通过传动齿轮箱来启动的，供机载设备正常工作。如图1所示是一典型的直升机的电力系统工作方式。标号110为发动机，105是传动齿轮箱，106是电力系统；发动机110启动前，由电力系统106的蓄电池产生电能通过汇流条启动电机，将电能转化为机械能，再通过传动齿轮箱105中电传动将机械能传到发动机轴，带动发动机110转动；发动机110启动后，发动机110的部分机械能通过传动齿轮箱105传递到电力系统106，电力系统106将机械能转换成电能输出供设备工作。但在高寒低温环境下，启动电机不能有效起动发动机，环控系统采用简单式空气制冷系统，综合性能较低，且从发动机引气量较大，会造成较大的发动机代偿损失。利用发动机进行发电以及利用发动机驱动附件齿轮箱带动液压泵、滑油泵、燃油泵等工作造成发动机机械能损失。在直升机处于高寒低温环境飞行时，直升机的发动机工作会受到一定的限制，由于直升机的机载设备与环控系统、滑油系统、燃油系统、液压系统的启动均由发动机来供能，所以造成发动机的机械能损失相对较大，因此如何改善直升机的能量管理是本领域亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种直升机的发动机启动系统，以解决现有直升机在高寒低温环境飞行时，启动电机不能有效起动发动机，环控系统采用简单式空气制冷系统，综合性能较低，且从发动机引气量较大，会造成较大的发动机代偿损失的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种直升机的机载能量管理系统，已解决现有直升机利用发动机进行发电以及利用发动机驱动附件齿轮箱带动液压泵、滑油泵、燃油泵等工作造成发动机机械能损失的问题。为实现上述第一个目的，本专利技术提供了一种直升机的发动机启动系统，所述系统包括发动机、电力系统以及分别与所述发动机连接的传动齿轮箱和辅助动力装置；所述电力系统与所述传动齿轮箱连接，当空气温度不低于设定温度时，所述电力系统为所述传动齿轮箱提供电能，所述传动齿轮箱将所述电能转化为机械能并将所述机械能传至所述发动机，启动所述发动机；所述辅助动力装置与所述电力系统连接，当空气温度低于设定温度时，所述电力系统为所述辅助动力装置提供电能，所述辅助动力装置将所述电能转化为气压能，并将所述气压能传至所述发动机，启动所述发动机。可选的，所述电力系统包括蓄电池、与所述传动齿轮箱中的电机连接的汇流条、以及与所述辅助动力装置连接的输电线。可选的，所述辅助动力装置包括启动电机、第一燃烧室、涡轮、压气机、供气系统、附件齿轮箱和发电机，所述启动电机与所述涡轮的转子连接，所述涡轮与所述压气机连接，所述压气机的气压能引气通道与所述发动机的空气涡轮起动机连接；所述启动电机将来自所述电力系统的电能转换为机械能，带动所述辅助动力装置的发动机的转子转动，所述辅助动力装置的发动机的转子的转速达到启动转速时所述第一燃烧室内的燃油燃烧并带动所述涡轮转动，所述涡轮的机械能传至所述压气机，所述压气机将所述涡轮的机械能转化为气压能传输至所述发动机的空气涡轮起动机，所述发动机的空气涡轮起动机将所述气压能转化为带动所述发动机的核心机转子转动的机械能，启动所述发动机；所述发动机启动后进入稳定运行状态时，所述气压机的气压能引气通道关闭。可选的，所述启动电机将来自所述电力系统的电能转换为机械能，带动所述辅助动力装置的发动机转子转动，所述辅助动力装置的发动机转子转动的转速达到启动转速时所述第一燃烧室内的燃油燃烧并带动所述涡轮转动，所述涡轮的机械能通过齿轮传递至所述发电机以产生电能，所述发电机将所述电能传输至所述电力系统以存储电能。为实现上述第二个目的，本专利技术还提供了一种直升机的机载能量管理系统，所述系统包括如上所述的发动机启动系统、滑油系统、燃油系统和液压系统；所述发动机启动系统包括发动机、电力系统以及分别与所述发动机连接的传动齿轮箱和辅助动力装置；所述电力系统分别与所述滑油系统、所述燃油系统和所述液压系统连接，所述电力系统分别为所述滑油系统、所述燃油系统和所述液压系统提供电能；所述辅助动力装置包括启动电机、第一燃烧室、涡轮、压气机、供气系统、附件齿轮箱和发电机，所述启动电机将来自所述电力系统的电能转换为机械能，带动所述辅助动力装置的发动机的转子转动，所述辅助动力装置的发动机转子转动转速达到启动转速时所述第一燃烧室内的燃油燃烧并带动所述涡轮转动，所述涡轮的机械能通过齿轮传递至所述发电机以产生电能，所述发电机将所述电能传输至所述电力系统以存储电能；所述辅助动力装置用于在所述发动机启动前为机舱的用电设备提供电能，在空气温度低于设定温度时为所述发动机启动提供气压能，在所述发动机启动后持续产生电能并存储至所述电力系统。可选的，所述滑油系统根据所述发动机的温差与滑油的散热量确定所述发动机所需滑油量，所述电力系统根据所述发动机所需滑油量为所述滑油系统中的滑油泵提供电能，所述滑油泵将电能转换成机械能，并使滑油依次流经所述发动机的轴承部分、所述传动齿轮箱，吸热后经滑油-冲压空气换热器冷却后流回所述滑油系统中的滑油箱。可选的，所述燃油系统包括储有燃油的燃油泵和第二燃烧室，所述燃油泵与所述电力系统连接，所述燃油泵利用所述电力系统提供的电能运转，并按照将所述电力系统根据所述直升机的飞行方式确定的所需燃油流量对应的转速转动，将燃油按照所述所需燃油流量泵入所述第二燃烧室。可选的，所述液压系统包括液压泵，所述液压泵与所述电力系统连接，所述液压泵将所述电力系统提供的电能转化为液压能驱动所述液压系统运转，所述液压系统实现对所述直升机操纵动作的调节，以控制所述直升机的飞行姿态。可选的，所述系统还包括环控系统，所述环控系统环控包和水分离器，所述发动机启动后，外界冲压空气依次流入所述发动机的一级压气机、二级压气机、高压涡轮及自由涡轮，使所述外界冲压空气被压缩和膨胀，被压缩和膨胀后的气体一部分流经换热器后流入所述环控包，在所述环控包内所述气体与进入所述环控包内的外界冲压空气进行热交换，热交换后的气体进入所述水分离器，经所述水分离器的气体与部分流经滑油-冲压空气换热器的冲压空气与所述外界冲压空气进行热交换，热交换后气体流入舱室。可选的，所述系统还包括电子舱，所述电子舱内的用电设备与所述电力系统连接，所述电子舱内的蒸发制冷循环器将所述电子舱内产生的热量与外界冲压空气进行换热，将热量排出所述电子舱。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的直升机的发动机启动系统和机载能量管理系统均增设了辅助动力装置(APU)，实现了在高寒低温的环境下，利用发电系统内的蓄电池存储的电能启动APU，APU启动后，由APU的气压能启动发动机，解决了现有直升机在高寒低温环境飞行时，启动电机不能有效起动发动机，环控系统采用简单式空气制冷系统，综合性能较低，且从发动机引气量较大，会造成较大的发动机代偿损失的问题。并且在发动机启动后，APU产生的机械能通过APU全程发电机全部转化为电能并传至电力系统，并在整个飞行过程中全程发电，供机载设备正常工作所需，可以取消现有直升机中的发动机的电传动部分，从而改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直升机的发动机启动系统，其特征在于，所述系统包括发动机、电力系统以及分别与所述发动机连接的传动齿轮箱和辅助动力装置；所述电力系统与所述传动齿轮箱连接，当空气温度不低于设定温度时，所述电力系统为所述传动齿轮箱提供电能，所述传动齿轮箱将所述电能转化为机械能并将所述机械能传至所述发动机，启动所述发动机；所述辅助动力装置与所述电力系统连接，当空气温度低于设定温度时，所述电力系统为所述辅助动力装置提供电能，所述辅助动力装置将所述电能转化为气压能，并将所述气压能传至所述发动机，启动所述发动机。

【技术特征摘要】
1.一种直升机的发动机启动系统，其特征在于，所述系统包括发动机、电力系统以及分别与所述发动机连接的传动齿轮箱和辅助动力装置；所述电力系统与所述传动齿轮箱连接，当空气温度不低于设定温度时，所述电力系统为所述传动齿轮箱提供电能，所述传动齿轮箱将所述电能转化为机械能并将所述机械能传至所述发动机，启动所述发动机；所述辅助动力装置与所述电力系统连接，当空气温度低于设定温度时，所述电力系统为所述辅助动力装置提供电能，所述辅助动力装置将所述电能转化为气压能，并将所述气压能传至所述发动机，启动所述发动机。2.根据权利要求1所述的直升机的发动机启动系统，其特征在于，所述电力系统包括蓄电池、与所述传动齿轮箱中的电机连接的汇流条、以及与所述辅助动力装置连接的输电线。3.根据权利要求1所述的直升机的发动机启动系统，其特征在于，所述辅助动力装置包括启动电机、第一燃烧室、涡轮、压气机、供气系统、附件齿轮箱和发电机，所述启动电机与所述涡轮的转子连接，所述涡轮与所述压气机连接，所述压气机的气压能引气通道与所述发动机的空气涡轮起动机连接；所述启动电机将来自所述电力系统的电能转换为机械能，带动所述辅助动力装置的发动机的转子转动，所述辅助动力装置的发动机的转子的转速达到启动转速时所述第一燃烧室内的燃油燃烧并带动所述涡轮转动，所述涡轮的机械能传至所述压气机，所述压气机将所述涡轮的机械能转化为气压能传输至所述发动机的空气涡轮起动机，所述发动机的空气涡轮起动机将所述气压能转化为带动所述发动机的核心机转子转动的机械能，启动所述发动机；所述发动机启动后进入稳定运行状态时，所述气压机的气压能引气通道关闭。4.根据权利要求3所述的直升机的发动机启动系统，其特征在于，所述启动电机将来自所述电力系统的电能转换为机械能，带动所述辅助动力装置的发动机转子转动，所述辅助动力装置的发动机转子转动的转速达到启动转速时所述第一燃烧室内的燃油燃烧并带动所述涡轮转动，所述涡轮的机械能通过齿轮传递至所述发电机以产生电能，所述发电机将所述电能传输至所述电力系统以存储电能。5.一种直升机的机载能量管理系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1-4任一项所述的发动机启动系统、滑油系统、燃油系统和液压系统；所述发动机启动系统包括发动机、电力系统以及分别与所述发动机连接的传动齿轮箱和辅助动力装置；所述电力系统分别与所述滑油系统、所述燃油系统和所述液压系统连接，所述电力系统分别为所述滑油系统、所述燃油系统和所述液压系统提供电能；所述辅助动力装置包括启动电机、第一燃烧室、涡轮、压气...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞丽萍，马德胜，罗坤，刘猛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11