一种大型运输客机混合动力驱动系统及使用方法与流程

本发明涉及民航，具体涉及一种大型运输客机混合动力驱动系统及使用方法。

背景技术：

1、现有大型运输客机普遍采用涡轮风扇发动机作为空中飞行和地面滑行的统一动力来源，飞机的机轮采用无动力推进方式，主起落架主要负责承重，前起落架负责称重和导向，均配备制动装置。飞机正常的运行情况如下：

2、1.停止等待：当飞机在停机位等待时，为了降低发动机损耗、节省燃油，同时确保飞机上的电气设备，如空调、照明、仪表等设备正常工作，采用地面电源或者机载辅助动力装置(apu)供电。

3、2.推出：飞机由停机位推出，一般使用拖车推出，尽管发动机能够提供反向动力，将飞机向后推动，但由于起落架布局方式造成飞机重心偏后，采用反推方式容易造成翘头擦尾，同时开反推对于发动机的损耗比较大，因此通常情况都是由拖车推动，而不使用飞机自身动力。

4、3.滑行，飞机在滑行道上由主发动机提供动力进行滑行，进入起飞跑道，并逐渐加速，达到起飞速度。着陆后的滑行依然靠主发动机的低速运行提供动力。

5、4.起飞，飞机采用主发动机提供动力全力加速起飞，当飞机爬升时，照明和空调依然由辅助动力系统提供，以便于飞机发动机将所有功率都集中在飞机的爬升上。

6、由于航空需求增长，特别是大型枢纽机场航班量激增，从而引发飞机在滑行阶段的时间大幅增加，中小型机场通常在10-15分钟，大型枢纽机场10-30分钟，高峰时段由于排队等待，滑行时间甚至超过60分钟。飞机在推出停机位后启动主发动机至起飞期间主发动机均处于工作状态，在整个滑行及等待期间均不能停止，从而造成以下问题：

7、1.长时间的滑行以及等待势必消耗大量的燃油，提高了航司的运营成本。

8、2.长时间低速工作状态消耗发动机运行小时，降低发动机寿命。

9、3.喷气式发动机由于其工作特性靠作用力与反作用力由静止状态推动飞机需要消耗大量动力，地面推进效率较低。

10、4.增加的燃油消耗增加了碳排放，不利于环境保护，长时间的发动机运转噪音，降低旅客舒适度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是现有的民航飞机滑行以及等待时间长，能源消耗较大且舒适度降低的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种大型运输客机混合动力驱动系统，包括主发动机、发电机、飞控系统和辅助动力装置，所述发电机与主发动机连接，所述主发动机和辅助动力装置均与飞控系统连接，还包括电控单元、电机控制器、轮毂电机和动力电池，其中，

3、所述电控单元与动力电池和电机控制器连接并控制两者运行，电控单元与飞控系统连接并进行双向通讯；

4、所述电机控制器与轮毂电机连接，用于控制轮毂电机的运转；

5、所述轮毂电机设在起落架轮上，用于驱动起落架轮；

6、所述动力电池与电机控制器连接，通过电机控制器为轮毂电机通电，所述动力电池与辅助动力装置以及发电机连接，辅助动力装置和发电机可为动力电池进行充电。

7、可选的，还包括动能回收装置，所述动能回收装置设在起落架轮上，所述动能回收装置与动力电池连接并为动力电池充电。

8、可选的，还包括地面电源，所述地面电源与发电机以及动力电池连接。

9、可选的，还包括电气设备，所述电气设备包括通信系统、照明系统、空调系统和娱乐系统，所述电气设备由动力电池或地面电源进行供电。

10、一种大型运输客机混合动力驱动系统的使用方法，包括以下步骤：

11、s1、飞机位于停机位等待，主发动机停机，飞机上的电气设备由地面电源供电，并且地面电源为动力电池充电；

12、s2、飞机依靠动力电池提供动力，驱动轮毂电机带动起落架轮推动飞机由停机位推出；

13、s3、飞机在推出后，依然使用轮毂电机驱动起落架轮进行滑行；

14、s4、在滑行进入跑道口前，启动主发动机，进入起飞跑道，并逐渐加速，达到起飞速度，飞机采用主发动机提供动力全力加速起飞；

15、s5、飞机起飞后进行爬升时，电气设备由动力电池系统提供；

16、s6、巡航阶段，利用主发动机的富裕功率通过发电机为动力电池充电；

17、s7、着陆后，飞机的滑行靠动力电池提供动力，着陆时利用动能回收装置，将刹车产生的能量转化为电能充入动力电池中。

18、可选的，在步骤s1中，若无地面电源，电气设备则通过动力电池供电，若动力电池电力不足，则采用辅助动力装置供电，同时为动力电池充电。

19、可选的，在步骤s4中，飞机起飞时，轮毂电机与主发动机共同驱动，同时，发电机利用主发动机的富裕功率为动力电池充电。

20、综上所述，本发明至少具有以下一种有益效果：

21、1、本发明采用混合动力驱动，可以根据飞机在不同阶段工况对于动力的需求特性的不同，采用不同的动力来源应对，实现按需配置，削峰平谷，大幅度提高能源利用效率。

22、2、本发明几乎可以实现地面等待、滑行阶段的零油耗，从而大幅节省燃油，提高航司的运行效益。

23、3、本发明使用全电驱动地面滑行，可以无需地面拖车的辅助，不但可以减少地面车辆的投入，还能提高飞机推出的效率，缩短推出时间。

24、4、本发明采用轮毂电机驱动，非常适合飞机推出、滑行时的工况，低速度、高扭矩。驱动效率高，能耗低，且没有怠速消耗。

25、5、本发明起飞时可以采用燃油+电力双动力同时推进，提高推进效率，缩短滑跑时间，增强高原机场起飞安全性，降落时可以利用crbs系统，大幅提升刹车性能，缩短刹车距离，提升着陆安全性，降低刹车磨损，还能回收刹车动能，一举多得。

26、6、本发明由于地面滑行阶段采用全电驱动，且机载设备使用机载动力电池，几乎不使用apu启动，大幅减少了燃油消耗，还大幅降低碳排放。

技术特征：

1.一种大型运输客机混合动力驱动系统，包括主发动机(1)、发电机(2)、飞控系统(3)和辅助动力装置(4)，所述发电机(2)与主发动机(1)连接，所述主发动机(1)和辅助动力装置(4)均与飞控系统(3)连接，其特征在于，还包括电控单元(5)、电机控制器(6)、轮毂电机(7)和动力电池(8)，其中，

2.根据权利要求1所述的大型运输客机混合动力驱动系统，其特征在于，还包括动能回收装置(9)，所述动能回收装置(9)设在起落架轮(10)上，所述动能回收装置(9)与动力电池(8)连接并为动力电池(8)充电。

3.根据权利要求1所述的大型运输客机混合动力驱动系统，其特征在于，还包括地面电源(11)，所述地面电源(11)与发电机(2)以及动力电池(8)连接。

4.根据权利要求3所述的大型运输客机混合动力驱动系统，其特征在于，还包括电气设备，所述电气设备包括通信系统(12)、照明系统(13)、空调系统(14)和娱乐系统(15)，所述电气设备由动力电池(8)或地面电源(11)进行供电。

5.一种大型运输客机混合动力驱动系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的大型运输客机混合动力驱动系统的使用方法，其特征在于，在步骤s1中，若无地面电源(11)，电气设备则通过动力电池(8)供电，若动力电池(8)电力不足，则采用辅助动力装置(4)供电，同时为动力电池(8)充电。

7.根据权利要求5所述的大型运输客机混合动力驱动系统的使用方法，其特征在于，在步骤s4中，飞机起飞时，轮毂电机(7)与主发动机(1)共同驱动，同时，发电机(2)利用主发动机(1)的富裕功率为动力电池(8)充电。

技术总结本发明涉及民航技术领域，公开了一种大型运输客机混合动力驱动系统，包括电控单元、电机控制器、轮毂电机和动力电池，所述电控单元与动力电池和电机控制器连接并控制两者运行，电控单元与飞控系统连接并进行双向通讯；所述电机控制器与轮毂电机连接，用于控制轮毂电机的运转；所述轮毂电机设在起落架轮上，用于驱动起落架轮；所述动力电池与电机控制器连接，通过电机控制器为轮毂电机通电，所述动力电池与辅助动力装置以及发电机连接，辅助动力装置和发电机可为动力电池进行充电。本发明采用混合动力驱动，可以根据飞机在不同阶段工况对于动力的需求特性的不同，采用不同的动力来源应对，实现按需配置，削峰平谷，大幅度提高能源利用效率。技术研发人员：卜强,曾昊,徐郑骁受保护的技术使用者：上海民航新时代机场设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4