专利名称：用于飞机紧急电力管理的方法
用于飞机紧急电力管理的方法
背景技术：
飞机结构复杂并且使用了数量众多的电设备，例如传感器、武器系统(对于军用飞机而言)和驾驶室显示器件。其他设备包括环境系统、飞行控制器、厨房器具、通信用具、气候雷达、飞行中的娱乐系统、外部照明等。通常，诸如电池的直流电源不足以满足操作这些设备时所需要的电力。飞机装备有多个电力发生系统，包括主和冗余备用系统，以在紧急情况中给设备提供电力。主电力通常由直接连接到燃气涡轮发动机的交流发电机提供。商用飞机和许多军用飞机装备有辅助动力单元(APU)，其实质上是较小的燃气涡轮发动机，提供额外的动力源。APU对主电力系统进行补充或者在发动机失效的情况下替代主电力系统。如果APU失效，许多飞机携载了冲压空气涡轮(RAT)，其可在需要时使用以提供紧急电力以便保持关键系统能够长时间工作足以安全着陆。
发明内容
根据本文提供的一个示例，一种用于控制包括多个发电机的飞机电力系统的方法包括根据多个提供电力的发电机并根据将被包括在所述负载组中的负载的健康状态来确定负载组，以便控制飞机电力。根据本文提供的另一个示例，一种用于控制包括多个电源的飞机电力系统的设备，所述设备包括负载面板，所述负载面板根据多个起作用的电源并根据将被包括在所述负载组中的负载的健康状态来确定负载组以便控制飞机电力。所述负载面板将电力提供给所述负载组中的负载。通过以下说明书和附图可以最好地理解本发明的这些及其它特征，其下面是简要说明。
图1示出了用于飞机的示例性电系统。图2示出了将电力分配到负载组的方法。图3示出了从飞机电源分配电力的方法。图4示出了在飞机中的电力降低期间挑选负载的方法。
具体实施例方式图1示出了用于飞机(未示出)的电力系统10。系统10包括第一和第二主电力面板12和14，其提供至飞机的主电力分配。第一主电力面板12包括第一交流发电机总线16， 其包括诸如铜导线(未示出)的导体，所述导体嵌入到飞机(未示出)的机壳中并且埋在飞机机舱(未示出)中的面板(未示出)下面。第一交流发电机总线16接收可变频率的交流电并且将可变频率交流电供应到频率不敏感的厨房器具18，例如厨房烤箱和冰柜。第一交流发电机总线16还将可变频率交流电供应到第一变压器一整流器单元(“TRU”)20，其降低交流电的电压并且将已降压的电力转换为直流电。第一静变流器22将来自第一 TRU 20的直流电转换成固定频率交流电。来自变流器22的固定频率交流电、来自第一 TRU 20的直流电以及来自第一交流发电机总线16的可变频率交流电被供应到第一电力管理面板M。第一电力管理面板M包括多个功率继电器，其可被手动或自动地控制以提供至飞机的次级电力分配。第一电力管理面板M将固定频率交流电分配到诸如液压泵、燃料泵、环境控制器、 再循环风扇和厨房风扇之类的负载。进一步，第一电力管理面板M将直流电分配到诸如通信和导航设备以及直流仪器和电子器件之类的负载。更进一步，第一电力管理面板M将可变频率交流电分配到诸如交流电灯、香烟风扇以及冰雨保护设备之类的负载。第一电力管理面板M还包括多个断路器，用于线路和负载故障保护。第二主电力面板14包括第二交流发电机总线沈，其将可变频率交流电提供到另外的厨房器具观、第二 TRU 30和第二电力管理面板34。第二静变流器32将来自第二 TRU 30的直流电转换成固定频率交流电。第一电力管理面板34提供对于来自第二交流发电机总线沈的可变频率交流电、来自第二 TRU 30的直流电以及来自第二变流器32的固定频率交流电的次级电力分配。第二主电力面板14、第二 TRU 30、第二变流器32以及第二电力管理面板34可提供系统冗余度，这增加了系统10的可靠性。交流发电机总线16和沈处理具有有限频率范围的交流电。例如，交流电的频率可以在400 Hz和800 Hz之间。对某些设备以可变频率供电而对其他设备以固定频率供电， 这允许静变流器22和32的尺寸和重量得以降低，因为静变流器22和32不必将交流电供应到所有的设备。对于某些飞机，静变流器22和32的尺寸可降低多达70%。必要和飞行关键负载管理面板36在主电力丧失时将交流和直流电提供给选定的飞行仪器和其他关键的直流或交流负载。直流电可由电池系统38供应，并且交流电可由电池系统38和第三静变流器40的组合来供应。第三静变流器40将来自电池系统38的直流电转换成固定频率交流电。通过辅助发电机42将主电力供应到第一或第二交流发电机总线16或26。辅助发电机可以是发电机、APU、RAT或类似设备或者其任意组合(后文中称为“ECS”)。ECS发电机42可操作以提供系统10所需要的适当电力。ECS发电机42例如具有四极设计和24000 rpm的最大速度，并且可产生具有400 Hz和800 Hz之间的频率的交流电。ECS发电机42 的尺寸设置成总是向第一或第二交流发电机总线16或沈提供全总线负载。在正常操作条件期间，ECS发电机42被第一功率继电器44以及第二或第三功率继电器51或53选择性地连接到第一和第二交流发电机总线16和沈中的一个。通过闭合第四或第五功率继电器50或52以连接飞机的两个主发动机发电机46 或48而将主电力供应到第一和第二交流发电机总线16和沈中的另一个。当需要备用电力用于ECS发电机42时，通过闭合第四和第五功率继电器50和52并打开第一功率继电器 44而将主发动机发电机46和48分别连接到第一和第二发电机总线16和26。通常，主发动机发电机46和48对应于飞机的每个主发动机，并且交流发电机总线16或沈对应于每个主发动机发电机46和48。每个主发动机发电机46和48可操作以提供具有有限频率范围的交流电。每个主发动机发电机46和48具有四极设计和M000 rpm的最大速度，并且可在50%和100%的最大速度之间工作以及产生400 Hz和800 Hz之间的交流电。虽然本文限定了继电器，但本文也构想了其他类型的开关，包括接触器和固态器件等。
由于主发动机发电机46和48以及ECS发电机42之间的额外冗余度，这种电力系统10提供了提高的可靠性。这种电力系统10还降低了飞机燃料消耗，因为ECS发电机42 而不是主发动机发电机46和48给交流发电机总线16或沈中的一个提供主交流电。电力系统10还包括总线电力控制单元(“BP⑶”)54，用于控制功率继电器44、50、 51、52和53，将ECS发电机42或者主发动机发电机46和48中的一个连接到第一和第二交流发电机总线16和26。除了控制功率继电器44、50、51、52和53之外，BPCU M还控制第一和第二电力管理面板M和34以及必要和飞行关键负载管理面板36中的继电器。电力管理面板对、34向冗余的转发器55、56和其他负载57、58 (其也可能是冗余的)发送适当的电力。必要和飞行关键负载管理面板36也可具有手动超控装置(override) 59。如本文将要讨论的，中央维护控制器(“CMC”)60可以是BP⑶M的一部分，经由信号线路61与直流负载、固定频率(ff)交流负载、可变频率(vf)交流负载、转发器55、56以及其他负载57、58通信并经由信号线路62与必要和飞行关键负载管理面板36通信。现在参见图2，描述了必要和飞行关键负载管理面板36的操作。如果存在正常电力情况(例如，所有的电源均适当地操作)(见步骤200)，则机务人员可使用全负载(见步骤 210)。如果正常电力不可用，必要和飞行关键负载管理面板36包括处理器37以运行指令集来基于可用的电力级别(power step)确定所需要的负载组(见步骤220)，然后在负载组中交易冗余度(步骤230)。例如，如果必要和飞行关键负载管理面板36包括诸如转发器55 的电负载(通常在必要和飞行关键负载管理面板36上仅有一个)，而该电负载在发生紧急情况时是依靠备用电源的，则必要和飞行关键负载管理面板36通过关掉送到转发器55的电力而不再对转发器阳供电并且维持对所供电的转发器56的供电和通信。图3示出了用于执行图2的步骤220的示例性过程。必要和飞行关键负载管理面板36包括处理器37以运行指令集，其确定可用电力(步骤300)。必要和飞行关键负载管理面板36确定有多少个发电机(例如主发动机发电机46、48以及(一个或多个)ECS发电机 42)在线(步骤310)并且对于仍然在线的多个发电机产生给定的负载组(步骤320)。例如， 如果三个发电机42、46、48中的两个在线，则对于该发电机的负载组可包括飞行控制器、驾驶室显示器件、环境系统、飞行控制器、厨房器具、通信用具、气候雷达和外部照明。选择准则基于临界重量对负载所需要的电力。如果ECS发电机42在线(步骤330)，必要和飞行关键负载管理面板36可确定负载组包括飞行控制器、通信用具、气候雷达和外部照明(步骤 340)。如果没有发电机在线(步骤350)，必要和飞行关键负载管理面板36确定仅电池的负载组，其可包括飞行控制器和通信用具。然后，必要和飞行关键负载管理面板36在负载组已确定的情况下分配电力。图4示出了用于执行图2的步骤230的示例性过程。在冗余度被取消(步骤400) 之后，必要和飞行关键负载管理面板36从CMC 60采集所报告的设备健康信息(步骤410)， 采用起作用的设备的已知电力消耗信息(步骤420)，并且然后在负载组中选择运行健康的 (例如，未损坏的)、具有最低电力提取的设备(步骤430)。例如，如果诸如转发器56的负载不起作用(即，不健康)，则电力管理面板M、34可执行健康状态评估，电力管理面板M、34 与必要和飞行关键负载管理面板36通信，比较转发器56的已知电力消耗与来自转发器56 的实际电力消耗等，从而可在必要和飞行关键负载管理面板36上放置备用的转发器55并对其供电，同时将不健康的转发器56从必要和飞行关键负载管理面板36移除并不再对其
6供电。类似地，可取消不健康的飞行仪器并且可将备用的飞行仪器集成到主飞行显示器件中。设备健康评估可在内部产生(即，被供电的部件向CMC 60报告健康问题)或者在外部产生(即，被供电的部件没有正常起作用)。例如，所述部件可能使用了过多的电力，使用了过少的电力，没有按照指令应答，或者无法被CMC 60 “听到”(S卩，未被检测到)。如果需要功能的话，必要和飞行关键负载管理面板36可通过手动超控装置59来手动地超控。例如，如果需要紧急电力来控制襟翼(未示出)以使飞机安全着陆，则襟翼控制器之外的任何负载组可被超控以使得电力能够被提供给襟翼控制器。虽然在所示示例中示出了特征的组合，但不是所有这些特征都需要被组合起来以实现本公开的各种实施例的益处。换句话说，根据本公开一个实施例设计的系统将不必包括任一图中所示的所有特征，也不必包括图中所示意性示出的所有部分。而且，一个示例性实施例的选定特征可与其他示例性实施例的选定特征进行组合。前面的描述本质上是示例性的而非限制性的。所公开示例的变形和修改对于本领域技术人员将变得明显，而不必偏离本公开的实质。给予本公开的法律保护范围仅可通过研究所附权利要求而确定。
权利要求
1.一种用于控制包括多个电源的飞机电力系统的方法，所述方法包括根据多个提供电力的源并根据将被包括在所述负载组中的负载的健康状态来确定负载组，以便控制飞机电力；将电力提供给所述负载组中的负载。
2.如权利要求1所述的方法，还包括 从所述负载组移除未被供电的冗余负载。
3.如权利要求2所述的方法，还包括将与所述冗余负载有关的被供电的负载添加到所述负载组。
4.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述负载的所述健康状态包括比较所述负载的已知电力消耗与所述负载的实际电力消耗。
5.如权利要求1所述的方法，还包括 从所述负载组移除不健康的负载。
6.如权利要求5所述的方法，还包括将与所述不健康的负载有关的健康的负载添加到所述负载组。
7.如权利要求1所述的方法，还包括如果发电机的数量小于所述飞机携载的发电机数量，则减少所述负载组中包括的负载数量。
8.如权利要求7所述的方法，还包括如果所述发电机的数量进一步减少，则进一步减少所述负载组中包括的所述负载数量。
9.如权利要求8所述的方法，还包括如果所述飞机仅仅靠电池电力运行，则进一步减少所述负载组中包括的所述负载数量。
10.如权利要求7所述的方法，还包括如果所述飞机仅靠电池电力运行，则进一步减少所述负载组中包括的所述负载数量。
11.如权利要求1所述的方法，还包括 基于负载的外部健康状态来确定所述负载组。
12.如权利要求11所述的方法，还包括如果所述负载异常地起作用，则将所述负载视为不健康。
13.如权利要求12所述的方法，还包括如果所述负载提取过大的电流，则将所述负载视为异常地起作用。
14.如权利要求12所述的方法，还包括如果所述负载提取过小的电流，则将所述负载视为异常地起作用。
15.如权利要求12所述的方法，还包括如果所述负载未被检测到，则将所述负载视为异常地起作用。
16.如权利要求1所述的方法，还包括 基于负载的内部健康状态来确定所述负载组。
17.如权利要求13所述的方法，其中，如果所述负载报告其自身不健康，则所述负载被视为不健康。
18. 一种用于控制包括多个电源的飞机电力系统的设备，所述设备包括 负载面板，所述负载面板根据多个提供电力的源并根据将被包括在所述负载组中的负载的健康状态来确定负载组以便控制飞机电力，所述负载面板将电力提供给所述负载组中的负载。
全文摘要
本发明涉及用于飞机紧急电力管理的方法，具体地，一种用于控制包括多个发电机的飞机电力系统的方法包括根据多个提供电力的发电机并根据将被包括在所述负载组中的负载的健康状态来确定负载组，以便控制飞机电力。
文档编号B64D41/00GK102336275SQ20111019840
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者M. 芬尼 A., A. 沃纳 C., L. 雅克斯 D., 克伦茨 M. 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司