用于飞机的具有发电机的驱动系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于飞机(1)的驱动系统，其具有发电机(15)和带有气体膨胀涡轮(25)的内燃机(13)。发电机(15)具有借助转子轴(21)可旋转地支承的转子(17)，并且气体膨胀涡轮(25)借助涡轮轴(23)可旋转地支承。在此，转子轴(21)和涡轮轴(23)布置成能够传递扭矩地耦连，使得内燃机(13)能够为发电机(15)提供机械能。发电机(15)的至少一个组成部分(17、19)至少部分地布置在内燃机(13)的进气流(33)中或者进气流(33)处。此外提供具有这种驱动系统的飞机(1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于飞机的具有发电机的驱动系统本专利技术涉及一种用于飞机的驱动系统，其包括发电机和带有气体膨胀涡轮的内燃机，其中，发电机具有借助转子轴可旋转地支承的转子，此外，气体膨胀涡轮借助涡轮轴可旋转地支承，并且其中，转子轴和涡轮轴布置成能够传递扭矩地耦连，使得内燃机能够为发电机提供机械能。本专利技术还涉及一种具有这种驱动系统的飞机。用于商用飞机的已知驱动系统通常具有喷气发动机或者涡轮风扇发动机，其中燃料在前置的燃烧室中与从环境中输入的空气共同燃烧。所产生的热气体在喷气发动机中作为驱动喷气束从喷嘴中喷出并且由此产生用于驱动飞机的推力。现在用于飞机的具有电动机的驱动系统是当前开发工作的主题。这些系统已经作为样机被测试，但迄今尚未实现用于商用飞机的驱动。对于将来的飞机特别感兴趣的是混合电驱动系统，其中为电动机馈送电能，所述电能在飞机上借助发电机由携带的燃料产生。在当今使用的飞机中通常使用辅助机组，其可以现场产生用于飞机电网的电能并且也称为备用能量单元(AuxiliaryPowerUnits)。这些辅助机组通常具有内燃机和与之耦连的发电机。通过内燃机和发电机例如也可以在飞机的喷气发动机恰恰不运行时产生用于飞机电网的电流。但它们设计用于产生比用于电力驱动整个飞机所需的电功率小很多的电功率。在所计划的主驱动器设计为混合电驱动器的飞机中，驱动系统的功率密度是决定性的优化因素。这意味着，为了使这种混合电驱动器是经济的，电动机的功率密度和用于产生电流的发电机的功率密度都必须非常高。在此，也需要将设置用于冷却其余的发电机部件的冷却系统的质量包括在总质量平衡内。恰恰对于混合电驱动的商用飞机、例如客运飞机或者货运飞机的发电机的所需较高功率而言，用于冷却发电机的设备耗费较高。对于这种应用例如考虑在功率超过5MW时具有大于20kW/kg的功率密度的发电机。即使在热损失只有1％时也必须相应地排放约100kW的热功率。使用具有热交换器和/或通风机的传统冷却设备尽管在原则上是可行的，但它们通常相对较大的质量对于在电动飞行中使用发电机是不利的。因此，本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种用于飞机的驱动系统，其克服了前述缺点。尤其应该提供一种驱动系统，其实现对用于产生电能的发电机的有效冷却，其中同时，发电机、尤其是用于冷却的部件的质量应该尽可能保持较小。本专利技术所要解决的另一技术问题在于，提供一种具有这种驱动系统的飞机。该技术问题按本专利技术通过在权利要求1中描述的驱动系统和在权利要求12中描述的飞机解决。按照本专利技术的用于飞机的驱动系统具有发电机和带有气体膨胀涡轮的内燃机。在此，发电机具有借助转子轴可旋转地支承的转子，并且气体膨胀涡轮借助涡轮轴可旋转地支承。转子轴和涡轮轴能够传递扭矩地耦连布置，使得内燃机能够为发电机提供机械能。发电机的至少一个组成部分至少部分地布置在内燃机的进气流中或者进气流处。驱动系统设计为，使得内燃机可以通过燃料的燃烧产生机械能，所述机械能通过涡轮轴与转子轴之间的耦连传递至发电机并且在该处转化为电能。为此，内燃机例如可以包括压缩机、燃烧室和真正的膨胀涡轮。涡轮轴和发电机轴例如直接地并且扭矩传递地相互连接。但它们备选地也可以借助传动机构和/或联轴器相互连接或者可相连地布置。重要的是，这两个轴布置为，使得机械能可以从涡轮轴传递至转子轴。随即可以通过转子的旋转在发电机中作用产生电能。在此，在发电机的各个单独的组成部分中产生热损失，因此发电机的这些组成部分需要在运行中被冷却。待冷却的组成部分尤其可以是发电机的转子和/或发电机的定子，备选地也可以是转子和/或定子的需要特殊冷却的部分，例如布置在其上的绕组。然而作为备选或补充，也存在其它需要冷却的组成部分，例如用于冷却转子和/或定子的冷却系统的组成部分。由此必要的是，也冷却可能远离定子和/或转子布置的冷却系统部件，这些部件本身可能与转子和/或定子(或者其部分)热耦合。对于本专利技术重要的是，至少将发电机的这种组成部分暴露于内燃机的进气流中，以便实现有效的冷却。为此，至少一个这种组成部分布置在所述进气流之中或者之处。“在进气流之中”的布置与之相关地应理解为所述组成部分在多个侧面上由流入的空气绕流。而“在进气流之处”的布置应理解为相关组成部分的至少一个表面暴露于进气流，换而言之布置在进气流的流动区域中。按照这种定义，“在进气流之处”的布置包含了“在进气流之中”的特殊布置。按照本专利技术的驱动系统的重要优点在于，原本就需要用于内燃机的运行的进气流同时用于发电机的冷却。由此，发电机和其辅助运行装置的质量可以相对于传统冷却装置减小，因为或者可以完全省去独有的冷却设备，或者发电机可以具有冷却设备，但所述冷却设备相比在进气流之外的布置可以设计具有较小的重量，因为冷却受到进气流的支持。将内燃机的进气流用于冷却发电机呈现了显著的合成效果，通过所述合成效果可以节省较大部分的发电机质量，因为一方面为了运行内燃机原本就需要非常强的进气流，其也可以发挥较大的冷却作用，并且另一方面传统的发电机冷却系统可能构成发电机质量的一大部分。发电机尤其可以整体上不具有冷却空气风扇地设计，这显著节省了质量。原则上，作为对本专利技术的备选，发电机的待冷却的组成部分也可以布置在其它位置上，例如飞机外侧的位置上，所述位置在飞行时由周围的空气迎流，但空气在该处不被导入气体膨胀涡轮中。这种布置例如对于电动机是非常有利的，因为电动机主要在飞行时产生热损失并且在这种可供选择的位置上也有较强的空气流可用。但对于发电机，这种设置并没有按照本专利技术的设置那么有利，因为在飞机停机或者较慢运动时发电机也可能要求较高的电功率。但在飞机没有飞行时，这些处于外部的位置没有由空气强烈地迎流。恰恰对于这些运行状态，按照本专利技术的布置是特别有利的，因为发电机中的较高电功率也总是与用于内燃机的较强进气流相关，因为内燃机为发电机提供机械能。在内燃机运行时，在其进气流中也总是有较强的流动可供使用，所述流动除了其主要功能(将空气输入气体膨胀涡轮)之外可以附加地用于冷却发电机。在有较强的流动可供使用时，对于冷却发电机的需求也总是特别大，因为通过涡轮轴和转子轴的耦连，内燃机的功率随着发电机的功率升高和降低。这与飞机的飞行状态无关。用于内燃机的进气流例如可以作为吸入空气流借助抽吸设备产生或者能够产生。例如，这种抽吸元件可以设计用于将至少20m3/s的空气量输入气体膨胀涡轮中。抽吸元件可以是内燃机的部分，例如抽吸作用可以通过内燃机的压缩机产生。这种强烈的空气流，如其可以通过这种抽吸元件产生的那样，可以特别有利地用于冷却发电机。通过将吸入空气用于冷却，空气可以在进入气体膨胀涡轮之前被稍微地预热。然而，这种加热由于较大的流入空气量是相对较小的并且因此不会对内燃机的效率产生明显影响。通过将气体涡轮的进气流用于冷却发电机，避免了附加的风扇的必要性。发电机的传统空气冷却使用较沉的风扇，以产生所需的空气流。这种风扇的质量可以通过在此建议的布置被省去。按照本专利技术的飞机包括前述权利要求之一所述的驱动系统。这种飞机的优点类似于驱动系统的已经描述的优点。本专利技术的有利的设计方案和扩展设计由权利要求1和12的从属权利要求以及以下说明得出。在此，驱动系统和飞机的所述设计方案可以有利地相互组合。由此，所述驱动系统可以附加地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞机(1)的驱动系统，包括‑发电机(15)，‑带有气体膨胀涡轮(25)的内燃机(13)，‑其中，发电机(15)具有借助转子轴(21)可旋转地支承的转子(17)，‑其中，气体膨胀涡轮(25)借助涡轮轴(23)可旋转地支承，‑其中，转子轴(21)和涡轮轴(23)布置成能够传递扭矩地耦连，使得内燃机(13)能够为发电机(15)提供机械能，‑并且其中，发电机(15)的至少一个组成部分(17、19)至少部分地布置在内燃机(13)的进气流(33)中或者进气流(33)处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.02 DE 102016207517.91.一种用于飞机(1)的驱动系统，包括-发电机(15)，-带有气体膨胀涡轮(25)的内燃机(13)，-其中，发电机(15)具有借助转子轴(21)可旋转地支承的转子(17)，-其中，气体膨胀涡轮(25)借助涡轮轴(23)可旋转地支承，-其中，转子轴(21)和涡轮轴(23)布置成能够传递扭矩地耦连，使得内燃机(13)能够为发电机(15)提供机械能，-并且其中，发电机(15)的至少一个组成部分(17、19)至少部分地布置在内燃机(13)的进气流(33)中或者进气流(33)处。2.按权利要求1所述的驱动系统，所述驱动系统附加地包括电动机(11)，通过发电机(15)能够为所述电动机(11)供应电能，其中，电动机(11)设计用于驱动飞机(1)。3.按权利要求1或2所述的驱动系统，其中，所述发电机(15)设计用于至少1百万瓦特的额定功率。4.按前述权利要求之一所述的驱动系统，其中，至少部分地布置在进气流(33)中或者进气流(33)处的组成部分是发电机(15)的转子(17)和/或定子(19)。5.按权利要求4所述的驱动系统，其中，所述转子(17)和/或定子(19)至少部分地布置在内燃机(13)的进气流(31)的主要路径(35)中或者主要路径(35)处。6.按权利要求4或5所述的驱动系统，其中，内燃机(13)的进气流(33)划分为多个部分路径(37)并且转子(17)和/或定子(19)至少部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：M弗兰克，J格伦德曼，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE