具有主动声控系统的飞行器用混合式涡轮机技术方案

混合式涡轮机(1)，包括发电机(2)、配备有进气部(31)和排气部(32)的气体发生器(3)、以及包括控制单元(41)和多个扬声器的声学监测系统(4)。至少一个第一扬声器(43)布置在发电机(2)上，和/或至少一个第二扬声器(45)布置在气体发生器(31)的进气部(31)上，和/或至少一个第三扬声器(47)布置在气体发生器(3)的排气部(32)上，声学监测系统(4)的控制单元(41)安装在发电机(2)上，并且构造成将发电机(2)的电动势进行交流

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有主动声控系统的飞行器用混合式涡轮机


[0001]本专利技术涉及飞行器推进系统噪声领域，更具体地，涉及用于飞行器(诸如垂直起飞飞行器)的混合涡轮发电机的主动声学监测器。

技术介绍

[0002]飞行城市出租车新市场的兴起需要称为串联混合动力架构的电力分布式推进架构，即，将两种不同的推进源结合起来：包括涡轮机和发电机的涡轮发电机，以及电池组。
[0003]如果不在涡轮发电机上证明优化的声学特征，就无法在大型城市中心实现这类飞行器的民主化。
[0004]涡轮发电机的噪声源包括：滚动噪声、音调噪声以及燃烧噪声和涡轮噪声。滚动噪声是由涡轮机高速驱动的发电机发出的噪声。其一方面由旋转组件的振动产生，另一方面由滚动时的内部接触产生。与压缩机相关的音调噪声对应于涡轮发电机的进气口所发出的噪声。燃烧噪声和涡轮噪声对应于涡轮发电机的排气部所发出的噪声(宽频噪声)。
[0005]主动声学监测的原理早已为人所知。然而，其在涡轮机上的应用面临两个基本问题：待衰减的声场的复杂性、以及有效运行所必需的机载质量。
[0006]对于构造为涡轮发电机的涡轮机，不同元件尤其是电源的邻近允许以较低的成本将监控系统尽可能靠近发电机，并解决质量损失问题。
[0007]正如Ulf Tapken等人在题为“涡轮轴发动机宽频噪声源的识别(Identification of broadband noise sources of a turbo
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shaft engine)”一文(AIAA
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2014
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3321)中所解释的，可以用包括例如扬声器、麦克风和具有反馈监测的集成单通道控制器的简单系统来监测喷射的宽带噪声。这种系统允许监测高达约1500Hz的具有良好衰减的噪声，即大于15dB，因为其空间结构非常简单。
[0008]压缩机音调的监测需要使用多个扬声器，因此需要使用多通道系统，如R.Maier等人的题为“飞行器发动机风扇音调噪声的主动控制(Active Control of Fan Tone Noise from Aircraft Engines)”一文(第七届AIAA/CEAS空气声学会议，2001年5月28日至30日)所述。
[0009]若干年来，一直有机载于飞行器的装配有涡轮螺旋桨发动机的箱子，以主动降低机舱中感知到的噪声。这些系统沉重。

技术实现思路

[0010]本专利技术旨在提出一种通过限制与声学监测系统相关的质量来监测涡轮发电机所发出的声学噪声的解决方案。
[0011]在本专利技术的一个目的中，提出了一种混合式涡轮机，其包括发电机、配备有进气口和排气部的气体发生器、以及包括控制单元和多个扬声器的声学监测系统。
[0012]根据本专利技术的一般特征，至少一个第一扬声器设置在发电机上，和/或至少一个第二扬声器设置在气体发生器的进气口上，和/或至少一个第三扬声器设置在气体发生器的
排气部上。
[0013]因此，该声学监测系统允许主动衰减在地面上和机舱中感知到的混合式涡轮机所产生的噪声。系统的扬声器发出的音波(sound waves)产生声波(acoustic waves)，意图产生补偿或甚至抵消涡轮机所产生的波的声波。
[0014]较佳地，该声学监测系统包括至少一个第一扬声器、至少一个第二扬声器和至少一个第三扬声器，第一扬声器设置在发电机上，第二扬声器设置在气体发生器的进气口上，第三扬声器设置在气体发生器的排气部上。
[0015]在发电机、进气口和排气部上同时安装扬声器的构造允许最大限度地降低噪音。
[0016]根据混合式涡轮机的第一方面，声学监测系统可以包括：至少一个第一麦克风，其设置在发电机上并与所述至少一个第一麦克风相关联；和/或至少一个第二麦克风，其设置在气体发生器的进气口上并与所述至少一个第二麦克风相关联；和/或至少一个第三麦克风，其设置在气体发生器的排气部上并与所述至少一个第三麦克风相关联，该声学监测系统还包括监测模块，其构造成针对每个扬声器根据扬声器的定位和由与扬声器相关联的所述至少一个麦克风所收集的信号来确定将要发射到扬声器的信号。
[0017]根据混合式涡轮机的第二方面，该涡轮机可包括限定气体发生器的进气口的至少一个进气口管道和限定气体发生器的排气部的至少一个排气管道，所述至少一个第二扬声器固定在所述至少一个进气口管道的壁上，并且所述至少一个第三扬声器固定在所述至少一个排气管道的壁上。
[0018]根据混合式涡轮机的第三方面，所述至少一个第二麦克风可以固定在所述至少一个进气口管道的壁上，并且所述至少一个第三麦克风固定在所述至少一个排气管道的壁上。
[0019]根据混合式涡轮机的第四方面，该声学监测系统的控制单元可以包括模拟放大器，模拟放大器配备有：模数转换器，用于将经处理的信号发射到扬声器并从麦克风收集信号；以及可编程逻辑阵列或数字信号处理器类型的数字控制器，用于获取并处理数字信号。
[0020]根据混合式涡轮机的第五方面，该声学监测系统的控制单元还可以包括数据库和确定模块，数据库包括根据涡轮机的运行参数生成的简单噪声模型，确定模块构造成根据涡轮机的运行参数以及根据扬声器的定位来确定将要发射到扬声器的信号。
[0021]该数据库可以用在没有任何麦克风的声学监测系统的构造中，以减轻系统重量，从而减轻涡轮机重量，该系统运行自基于预先记录的模型和涡轮机的运行参数的噪声预测系统。
[0022]该数据库还可以在配备有麦克风的声学监测系统的构造中使用，该数据库在麦克风发生故障时使用。
[0023]根据混合式涡轮机的第六方面，该混合式涡轮机可以包括在控制单元与扬声器之间的有线通信。
[0024]在一个变型中，混合式涡轮机可以包括在控制单元与扬声器之间的无线通信。
[0025]根据混合式涡轮机的第七方面，声学监测系统的控制单元可以安装在发电机上。
[0026]将声学监测系统的控制单元安装在发电机上由此允许减少连接件的长度，从而减少系统的总质量。
[0027]根据混合式涡轮机的第八方面，控制单元可以进一步构造成将发电机的电动势进
行交流
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直流电转换而使其成为可调节的直流电压，该可调节的直流电压意图分配给负载或能量存储装置。
[0028]由于其用于进行交流
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直流电转换而使发电机的电动势成为可调节的直流电压以分配给负载或能量存储装置的构造，控制单元可以同时包括有源整流器控制单元或ARCU的功能和声学处理单元的控制功能。
[0029]此外，控制单元还可以构造成执行电源的至少一次转换、与发电机相关的数据的一次获取和用于对控制级供电的低压电源的一次管理中的至少一个附加功能。
[0030]根据混合式涡轮机的第九方面，声学监测系统可以集成到发电机的控制系统中。
[0031]根据混合式涡轮机的第十方面，发电机可以是可逆电机。
[0032]发电机因此允许机械能
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种混合式涡轮机(1)，包括发电机(2)、配备有进气口(31)和排气部(32)的气体发生器(3)、以及包括控制单元(41)和多个扬声器的声学监测系统(4)，其特征在于，至少一个第一扬声器(43)设置在所述发电机(2)上，和/或至少一个第二扬声器(45)设置在所述气体发生器(31)的所述进气口上，和/或至少一个第三扬声器(47)设置在所述气体发生器(3)的所述排气部(32)上，所述声学监测系统(4)的所述控制单元(41)安装在所述发电机(2)上，并且构造成将所述发电机(2)的电动势进行交流
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直流电转换而使其成为可调节的直流电压，所述可调节的直流电压意图分配给负载或能量存储装置。2.根据权利要求1所述的混合式涡轮机(1)，其特征在于，所述声学监测系统(4)包括至少一个第一麦克风(42)和/或至少一个第二麦克风(44)和/或至少一个第三麦克风(46)，所述第一麦克风设置在所述发电机(2)上并与所述至少一个第一扬声器(43)相关联，所述第二麦克风设置在所述气体发生器(3)的进气口(31)上并与所述至少一个第二扬声器(45)相关联，所述第三麦克风设置在所述气体发生器(3)的所述排气部(32)上并与所述至少一个第三扬声器(47)相关联，所述声学监测系统(4)的控制单元(41)还包括监测模块，所述监测模块构造成针对每个扬声器(43、45、47)根据所述扬声器(43、45、47)的定位和所述至少一个麦克风(42、44、46)所收集的信号来确定将要发射到所述扬声器(43、45、47)的信号。3.根据权利要求1或2中任一项所述的混合式涡轮机(1)，其特征在于，所述涡轮机包括限定所述气体发生器(3)的所述进气口(31)的至少一个进气口管道(310)和限定所述气体发生器(3)的所述排气部(32)的至少一个排气管道(320)，所述至少一个第二扬声器(45)固定在所述至少一个进气口管道(31)的壁上，并且所述至少一个第三扬声器(47)固定在所述至少一个排气管道(320)的壁上。4.根据权利要求2结合权利要求3所述的混合式涡轮机(1)，其特征在于，所述至少一个第二麦克风(44)固定在所述至少一个进气口管道(310)的壁上，而所述至少一个第三麦克风(46)固定在所述至少一个排气管道(320)的壁上。5.根据权利要求2结...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：赛峰电气与电源公司赛峰动力装置公司，
类型：发明
国别省市：