在发动机故障期间辅助单发旋翼飞行器的辅助方法技术

本发明专利技术涉及在发动机故障期间辅助单发旋翼飞行器的辅助方法。一种用于在自转飞行阶段期间辅助单发旋翼飞行器(2)的飞行员的辅助方法，所述飞行器(2)包括设置有主发动机(13)、电机(12)、主齿轮箱(11)和电能存储装置(14)的混合动力装置。所述飞行器(2)还包括由所述混合动力装置(5)驱动的主旋翼(3)。在所述方法中，在飞行期间，监测所述主发动机(13)的操作，以便检测故障，特别是通过所述主旋翼(3)上的功率下降，然后，当检测到所述主发动机(13)的故障时，所述电机(12)被控制以将附加功率We输送到所述主旋翼(3)，使得能够辅助所述飞行器(2)的飞行员在所述故障之后执行所述自转飞行阶段。

Auxiliary method of assisting single engine rotor aircraft during engine failure

【技术实现步骤摘要】
在发动机故障期间辅助单发旋翼飞行器的辅助方法相关申请的交叉引用本申请要求2018年12月20日提交的FR1873625的权益，其公开的全部内容通过引用结合于此。
本专利技术涉及单发旋翼飞行器动力装置
本专利技术涉及一种用于在发动机故障期间辅助单发旋翼飞行器的辅助方法，特别是用于在故障后辅助进行自转飞行阶段。本专利技术还涉及一种单发旋翼飞行器，其设置有用于在发动机故障期间辅助的辅助装置。旋翼飞行器通常设置有至少一个主旋翼，用于为旋翼飞行器提供升力并且可能还提供推进力，并且通常还设置有尾旋翼，特别地用于抵抗由主旋翼施加在飞行器机身上的偏航扭矩，或者还用于使得能够控制飞行器的偏航运动以及侧向飞行。为了驱动主旋翼和尾旋翼旋转，飞行器具有动力装置，该动力装置可以包括一个或多个主发动机或电机，并且通常包括一个或多个燃料燃烧发动机作为其主发动机。然而，动力装置可以可选地仅包括一个或多个电动机作为其主电机。应注意，在该说明书中，为方便起见，术语“燃油发动机”和“发动机”是指适用于此类动力装置的涡轮轴发动机或活塞发动机。术语“燃料燃烧发动机”和“发动机”与用于表示由电力驱动的电机的术语“电动机”和电机“形成对比。特别地区分“单引擎”类型的飞行器和“双引擎”或“两引擎”类型的飞行器，在“单引擎”类型的飞行器中，动力装置包括用于使主旋翼和尾旋翼运动的单个主引擎，在“双引擎”或“两引擎”类型的飞行器中，动力装置具有用于使主旋翼和尾旋翼运动的两个主引擎。单引擎飞行器比设置有至少两个燃油发动机的飞行器具有不可忽视的优势。作为示例，可以提及合理的成本、较低的维护和相对低的燃料消耗。然而，这种单引擎飞行器也有缺点。在唯一主发动机出现问题或损坏的情况下，动力装置以及因此导致的单引擎飞行器的性能下降，并且在主发动机故障期间，性能下降到无法驱动主旋翼和尾旋翼的程度，从而可能导致危险情况，显著增加了飞行器飞行员的工作量。在这种故障期间，由于主旋翼不再由动力装置驱动，飞行员必须开始进入自转飞行阶段，然后必须在主旋翼在自转中旋转的情况下进行紧急着陆。自转飞行阶段对应于飞行器飞行的特殊飞行阶段，在该阶段中，飞行器在没有任何驱动力的情况下下降，但以相当大的下降速率或“下沉速率”为代价。术语“下降速率”或“下沉速率”是指飞行器每单位时间损失的高度量，该高度损失通常以英尺/分钟(ft/min)表示。例如，单引擎飞行器的自转下降速率约为1500英尺/分钟。在这种情况下，由通过主旋翼的向上的气流使主旋翼旋转，而没有可用的能量源来使飞行器保持完全能够操纵，特别是通过使任何耗能操纵能够发生。然后由相对风驱动旋转的主旋翼保持稳定升力的状态，该稳定升力足以(特别是在偏航中)制动飞行器的下降并保持对飞行器的有限控制，直到飞行器着陆。然而，必须采用这种特殊驾驶程序的飞行员必须非常小心，首先要在故障发生时进入自转阶段，迅速降低总距操纵杆并控制飞行器的偏航运动，其次要通过将主旋翼的转速保持在允许的范围内，继续进行这种始终很困难的操纵，直到飞行器着陆。另外，飞行员的工作负荷增加，以便在该自转飞行阶段期间安全地操纵飞行器，直到在合适的着陆区域进行紧急着陆。这种特殊程序要求飞行器驾驶员在训练中进行高精度、适当和反复的练习。这是驾驶飞行器，特别是驾驶单引擎飞行器的困难部分，并且是飞行包线和使用这种类型的飞行器减少的主要原因之一。针对单引擎飞行器而授权的飞行包线被授权飞行的认证机构缩小。例如，禁止单引擎飞行器飞越大城市上空。类似地，针对单引擎飞行器而授权的容量，例如最大机载重量，与它们的实际容量相比可能受限。已经考虑了通过提供额外的能量来辅助单发旋翼飞行器的飞行员执行主发动机故障后的自转飞行阶段的解决方案。
技术介绍
特别地，已知文献FR2994687公开了一种辅助方法和辅助装置，该辅助装置包括电能存储装置和电机，电机与飞行器的主发动机并联地驱动飞行器的主齿轮箱。在该方法中，在飞行期间，监视发动机运行以便检测其故障，特别是通过监视主旋翼上的功率下降，然后，在检测到发动机故障的情况下，对电机进行控制以将附加功率传递到主旋翼和辅助旋翼，从而使得能够在故障之后辅助飞行器的飞行员执行自转飞行阶段。同样已知文献FR1560124公开了一种包括主发动机、辅助发动机和离合器的辅助装置。离合器能够使飞行器的主旋翼仅由其主发动机驱动，由辅助装置的主发动机和辅助发动机共同驱动，或者仅由辅助发动机驱动。另外，文献EP2692634和EP2778048公开了这样的系统，其能够在飞行器的正常操作期间存储能量，并且能够在发动机故障的情况下或者实际上在关键飞行阶段期间再次释放能量以驱动飞行器的主旋翼。能量可以以电形式、液压形式或实际上机械形式存储。最后，文献US9008942、EP2886456、EP3064437和US4500966是本专利技术的技术背景的一部分。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提出一种辅助方法，用于在单发旋翼飞行器的主发动机故障期间辅助所述单发旋翼飞行器。该方法首先使得能够较早地检测到这种发动机故障，然后通过提供附加功率来安全地管理发动机故障，特别是达到自转飞行阶段，并且在限制飞行器与地面的碰撞速度的同时进行紧急着陆，同时主旋翼在自转中旋转。本专利技术还有利地通过使得能够增加在飞行器起飞时授权的最大重量而使得飞行器的有效载荷能够在飞行包线的特定部分内增加。当在起飞时授权的最大重量增加时，本专利技术使得能够符合与发动机故障相关的认证要求，同时特别是在高度-速度包线和自转方面，保持与针对飞行器初始限定的最大重量而证明的安全水平相比不变的安全水平。本专利技术提供了一种用于在发动机故障的情况下辅助单发旋翼飞行器的辅助方法，该方法被设计用于单发旋翼飞行器，该单发旋翼飞行器包括设置有单个主发动机、至少一个电机、主齿轮箱以及为至少一个电机供电的至少一个电能存储装置的混合动力装置。该飞行器还包括至少一个主旋翼，该主旋翼在飞行期间由所述混合动力装置以标称转速驱动旋转。本领域技术人员通常使用术语飞行器主旋翼的“转速”来表示主旋翼的旋转频率。然后，该转速以弧度/秒(rad/s)表示，或者实际上，更一般地，以转数/分钟(rpm)表示。此外，在飞行过程中，飞行器的主旋翼以飞行器制造商规定的标称转速旋转，但标称转速的少量变化是可能的。以下，出于简化原因，术语主旋翼的“转速”用于表示主旋翼的瞬时转速，应当理解，在飞行期间，该瞬时转速基本上等于标称转速。默认情况下，电机是可逆电机。因此，电机可以在电动机模式下操作，即，使得电机将电能转换为机械能，并且电机还可以在发电机模式下操作，即，使得电机将机械能转换为电能。此外，电机例如可以是无刷电动机。如文献FR2952907中所述，电机可放置在混合动力装置内的不同位置。例如，电机可以连接到主齿轮箱、连接到主发动机，或者实际上直接连接到飞行器的主旋翼。该方法的显著特点是包括以下步骤：-获取步骤，其用于获取用于监测飞行器的至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在发动机故障的情况下辅助单发旋翼飞行器(2)的辅助方法，所述飞行器(2)包括：/n混合动力装置(5)，其设置有单个主发动机(13)、至少一个电机(12)、主齿轮箱(11)和至少一个电能存储装置(14)；以及/n由动力装置(5)驱动旋转的至少一个主旋翼(3)；/n所述辅助方法包括以下步骤：/n获取步骤(110)，其用于获取用于监测所述飞行器(2)的至少一个监测参数S，以便检测所述主发动机(13)的任何故障；/n至少一个监测步骤(120)，其用于当包含至少一个监测参数S及其时间导数的瞬时值的至少一个激活关系小于专用激活阈值Threshold

【技术特征摘要】
20181220 FR 18736251.一种用于在发动机故障的情况下辅助单发旋翼飞行器(2)的辅助方法，所述飞行器(2)包括：
混合动力装置(5)，其设置有单个主发动机(13)、至少一个电机(12)、主齿轮箱(11)和至少一个电能存储装置(14)；以及
由动力装置(5)驱动旋转的至少一个主旋翼(3)；
所述辅助方法包括以下步骤：
获取步骤(110)，其用于获取用于监测所述飞行器(2)的至少一个监测参数S，以便检测所述主发动机(13)的任何故障；
至少一个监测步骤(120)，其用于当包含至少一个监测参数S及其时间导数的瞬时值的至少一个激活关系小于专用激活阈值Thresholdi时，激活至少一个电机(12)，其中，i是从1到n变化的正整数，其中，n是大于或等于1的正整数，并且其中，Thresholdi是激活阈值；
辅助步骤(130)，其用于辅助所述飞行器(2)的飞行，所述至少一个电机(12)以受调节的方式向所述主旋翼(3)输送附加机械功率We，从而使得能够在故障之后的飞行阶段期间辅助所述飞行器(2)的飞行员操纵所述飞行器(2)；以及
停用步骤(140)，其用于停用所述辅助步骤(130)。


2.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述方法使用单个激活关系[数学式5]其中，是参数S的导数，Threshold是激活阈值，并且k是根据监测参数S及其导数而变化的正系数，激活阈值Threshold和系数k取决于所述飞行器(2)。


3.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述飞行器(2)的监测参数是所述主旋翼(3)的转速Nr。


4.根据权利要求3所述的方法，
其中，所述转速Nr在测量所述主齿轮箱(11)的齿轮(19)的转速之后被确定，所述齿轮(19)与所述主旋翼(3)同步。


5.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述方法包括用于禁止所述监测步骤(20)的至少一个禁止条件，从而防止执行所述辅助步骤(130)。


6.根据权利要求5所述的方法，
其中，从以下列表中选择至少一个禁止条件：
所述飞行器(2)在地面上；
所述飞行器(2)高于地面以上的最小高度；
所述飞行器(2)处于训练飞行中；
所述飞行器(2)的起落架被检测为抵靠地面；
所述飞行器(2)相对于地面的高度不变，并且小于或等于预定高度；
监测参数S小于第一禁止阈值；
监测参数S大于第二禁止阈值；以及
监测参数S的导数位于预定禁止范围内。


7.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述停用步骤(140)应用涉及至少一个监测参数S和可选地其导数的停用关系。


8.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述方法包括用于禁止所述停用步骤(140)的至少一个禁止条件，从而防止所述辅助步骤(130)停止。


9.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述方法包括用于预激活所述辅助方法的至少一个预激活步骤(115)和用于禁止所述预激活步骤(115)的至少一个禁止条件。


10.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述方法包括用于使所述至少一个电机同步的同步步骤(125)，在所述同步步骤(125)期间，所述至少一个电机(12)与所述主旋翼(3)同步，而不向其输送功率。


11.根据权利要求9所述的方法，
其中，所述方法包括休眠状态(10)、待机状态(20)和激活状态(30)，一旦所述飞行器(2)启动，所述方法就处于所述休眠状态(10)，在所述休眠状态(10)期间不能执行所述监测步骤(120)，在所述待机状态(20)期间不能激活所述辅助步骤(130)，在所述激活状态(30)期间激活所述辅助步骤(130)，所述休眠状态(10)包括所述预激活步骤(115)和用于禁止所述预激活步骤(115)的第一禁止步骤(116)，所述待机状态(20)包括所述监测步骤(120)以及用于退出所述待机状态(20)的第一退出步骤(124)和用于禁止所述监测步骤(120)的第二禁止步骤(126)，所述激活状态(30)包括所述辅助步骤(130)和所述停用步骤(115)以及用于退出所述激活状态(30)的第二退出步骤(144)和用于禁止所述停用步骤(115)的第三禁止步骤(146)，所述休眠状态(10)、所述待机状态(20)和所述激活状态(30)包括所述获取步骤(110)。


12.根据权利要求9所述的方法，
其中，所述方法包括休眠状态(10)、待机状态(20)、待命状态(25)和激活状态(30)，一旦所述飞行器(2)启动，所述方法就处于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃利奥·佐皮泰利，米歇尔·雅莫，杰里米·加缪，奥利维耶·梅热，
申请(专利权)人：空客直升机，
类型：发明
国别省市：法国;FR