本發(fā)明涉及一種渦輪軸發(fā)動機，一種雙引擎直升機意在配備有該渦輪軸發(fā)動機。本發(fā)明還涉及一種用于優(yōu)化這種雙引擎直升機的零功率超級怠速模式的方法。

背景技術(shù)：

直升機通常設(shè)有至少兩個渦輪軸發(fā)動機，該至少兩個渦輪軸發(fā)動機以取決于直升機的飛行條件的速度運行。在下文自始至終地，當(dāng)直升機在除了起飛、爬升、著陸或懸停飛行的過渡階段之外的所有飛行階段期間，以正常情況前進時，該直升機被稱為處于巡航飛行狀況。在下文自始至終地，當(dāng)直升機必須使全部的安裝功率(installed power)可用時，即，在起飛、爬升、著陸的過渡階段期間以及在由縮寫OEI(單發(fā)動機失效，one engine inoperative)指代的渦輪軸發(fā)動機中的一個發(fā)生故障的模式期間，該直升機被稱為處于臨界飛行狀況。

已知的是，當(dāng)直升機處于巡航飛行狀況時，渦輪軸發(fā)動機以小于其最大連續(xù)功率(在后文中為MCT，maximum continuous power)的低功率水平運行。在某些配置中(前進速度小于最大速度，直升機未以最大質(zhì)量飛行，等等)，在巡航飛行期間由渦輪軸發(fā)動機提供的功率可以小于最大起飛功率(在后文中為MTO，maximum take-off power)的50％。這些低功率水平造成了比耗量(在后文中為SC，specific consumption)，該比耗量被定義為渦輪軸發(fā)動機的燃燒室每小時的燃料消耗與由所述渦輪軸發(fā)動機提供的機械動力之間的關(guān)系，該比耗量比MTO的SC高出約30％，并且因此造成了在巡航飛行期間燃料的過度消耗。

最后，在地面上的待機階段期間，飛行員通常更愿將各個渦輪軸發(fā)動機置于地面怠速，以確信能夠重新啟動該渦輪軸發(fā)動機。因此，盡管未提供任何動力，但是渦輪軸發(fā)動機繼續(xù)消耗燃料。

同時，渦輪軸發(fā)動機還是超大尺寸的，以能夠確保在由飛機制造商所指定的整個航程中飛行，尤其確保在高海拔和在炎熱的天氣中飛行。尤其當(dāng)直升機具有接近于其最大起飛質(zhì)量的質(zhì)量時非常受限制的這些飛行點，僅在某些直升機的特定使用情況下才會遇到。結(jié)果，雖然尺寸被設(shè)置為能夠提供這種動力，但是某些渦輪軸發(fā)動機從不在這種情況下飛行。

這些超大尺寸的渦輪軸發(fā)動機在質(zhì)量與燃料消耗方面是不利的。為了降低在巡航飛行期間或者在地面上待機期間的這種消耗，可以使渦輪軸發(fā)動機中的一個停機并且將其置于被稱為待命模式的模式。然后，活動的發(fā)動機以更高的功率水平運行以提供所有必需的功率，并且因此處于更有利的SC水平。然而，該實踐違反了當(dāng)前的認證規(guī)則，并且渦輪軸發(fā)動機不被設(shè)計為確保與安全性標(biāo)準(zhǔn)相容的重新啟動可靠性的水平。同樣地，當(dāng)前飛行員不知曉或者不熟悉在飛行期間將渦輪軸發(fā)動機置于待命模式的理念。

如已知的，直升機的渦輪軸發(fā)動機包括氣體發(fā)生器和自由渦輪，該自由渦輪由氣體發(fā)生器供給動力，以提供動力。傳統(tǒng)地，氣體發(fā)生器由連接到用于在壓縮空氣中燃燒燃料的室的空氣壓縮機構(gòu)成，該室給渦輪供應(yīng)熱的氣體以用于使氣體部分地膨脹，該渦輪通過驅(qū)動軸使壓縮機旋轉(zhuǎn)。氣體則驅(qū)動自由動力傳輸渦輪。自由渦輪通過齒輪箱將動力傳輸?shù)街鄙龣C的旋翼。

在FR1151717和FR1359766中，申請人提出了用于根據(jù)下述的可行性優(yōu)化直升機的渦輪軸發(fā)動機的比耗量的方法：將至少一個渦輪軸發(fā)動機置于被稱為連續(xù)飛行模式的穩(wěn)定飛行模式，以及將至少一個渦輪軸發(fā)動機置于特定待命模式，該至少一個渦輪軸發(fā)動機可根據(jù)需求以緊急方式或者以常規(guī)方式脫離該待命模式。當(dāng)飛行狀況的變化需要啟動處于待命的渦輪軸發(fā)動機時，例如，當(dāng)直升機將從巡航飛行狀況轉(zhuǎn)換到著陸階段時，退出待命模式所進行的轉(zhuǎn)換被稱為“常規(guī)”。退出待命模式所進行的這種常規(guī)轉(zhuǎn)換發(fā)生在介于10秒鐘和1分鐘之間的時間段內(nèi)。當(dāng)活動的發(fā)動機發(fā)生失效或動力不足時，或者當(dāng)飛行條件突然變得困難時，退出待命模式所進行的轉(zhuǎn)換被稱為“緊急”。退出待命模式所進行的這種緊急轉(zhuǎn)換發(fā)生在小于10秒鐘的時間段內(nèi)。

申請人尤其提出了以下兩種待命模式：

-被稱為常規(guī)超級怠速的待命模式，在該待命模式下燃燒室點火，并且氣體發(fā)生器的軸以介于額定速度的20％和60％之間的速度進行旋轉(zhuǎn)，

-被稱為輔助超級怠速的待命模式，在該待命模式下燃燒室點火并且氣體發(fā)生器的軸通過機械輔助以介于額定速度的20％和60％之間的速度進行旋轉(zhuǎn)。

常規(guī)超級怠速模式的缺點在于運行溫度，該運行溫度變得越來越高以至于要嘗試達到越來越低的怠速。

輔助超級怠速模式使得能夠改善運行溫度的這種問題。然而，這需要使用電的或氣動的驅(qū)動機器和對應(yīng)的聯(lián)接器。

另外，現(xiàn)在出現(xiàn)了實現(xiàn)下述超級怠速模式的技術(shù)問題：該超級怠速模式不是機械輔助的但是不受渦輪軸發(fā)動機的溫度的限制。因此，所解決的技術(shù)問題是，提供一種渦輪軸發(fā)動機，該渦輪軸發(fā)動機使得能夠提供這種改進的超級怠速模式。

發(fā)明目的

本發(fā)明目的在于提供一種渦輪軸發(fā)動機，該渦輪軸發(fā)動機能夠具有超級怠速模式，在該超級怠速模式下，燃燒室點火并且氣體發(fā)生器的軸以介于額定速度的20％和60％之間的速度旋轉(zhuǎn)，并且該渦輪軸發(fā)動機不受渦輪軸發(fā)動機的運行溫度的影響或者不由外部驅(qū)動設(shè)備機械地輔助。

因此本發(fā)明目的在于提供一種能夠具有新的超級怠速模式的渦輪軸發(fā)動機。

本發(fā)明目的還在于提供一種雙引擎直升機，該雙引擎直升機包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的渦輪軸發(fā)動機。

本發(fā)明目的還在于提供一種用于優(yōu)化根據(jù)本發(fā)明的雙引擎直升機的零功率超級怠速模式的方法，該雙引擎直升機包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的渦輪軸發(fā)動機。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)這一點，本發(fā)明涉及一種渦輪軸發(fā)動機，該渦輪軸發(fā)動機包括能夠被旋轉(zhuǎn)的氣體發(fā)生器和被所述氣體發(fā)生器的氣體旋轉(zhuǎn)的自由渦輪，其特征在于，該渦輪軸發(fā)動機包括用于自發(fā)地將所述氣體發(fā)生器和所述自由渦輪機械聯(lián)接的設(shè)備，該設(shè)備包括至少一個連接第一軸和第二軸的自由輪，該第一軸與所述氣體發(fā)生器共同具有減速比K1，該第二軸與自由渦輪共同具有減速比K2，所述自由輪被布置為使得一旦所述氣體發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)速度與所述自由渦輪的旋轉(zhuǎn)速度的比值小于比值K2/K1，則所述自由渦輪通過所述軸和所述自由輪自發(fā)地驅(qū)動所述氣體發(fā)生器。

因此，根據(jù)本發(fā)明的渦輪軸發(fā)動機使得當(dāng)達到預(yù)定條件時能夠促使自由渦輪驅(qū)動氣體發(fā)生器。換言之，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)有用于自發(fā)地將氣體發(fā)生器和自由渦輪機械聯(lián)接的設(shè)備的渦輪軸發(fā)動機，使得能夠?qū)u輪軸發(fā)動機從被稱為自由-渦輪的構(gòu)造自動地切換到被稱為連接-渦輪的構(gòu)造，而不需要外部的輔助設(shè)備和/或控制設(shè)備。

因此，可將根據(jù)本發(fā)明的渦輪軸發(fā)動機置于超級怠速模式，在該超級怠速模式期間，自由渦輪驅(qū)動氣體發(fā)生器，使得能夠降低渦輪軸發(fā)動機的熱部件的溫度和降低燃料消耗。

此外，尤其是在快速的俯仰期間在旋翼的轉(zhuǎn)數(shù)下降的情況下，接近于怠速的連接-渦輪運行改善了暫態(tài)性能。這是因為之后氣體發(fā)生器以大于在自由-渦輪模式下處于零功率所需的速度的速度旋轉(zhuǎn)。因此，發(fā)動機隨之在自由渦輪上非?？焖俚禺a(chǎn)生與自由-渦輪渦輪軸發(fā)動機在該速度下會具有的值對應(yīng)的功率，加上甚至在燃氣輪機開始加速之前由快速地到達加速度限值產(chǎn)生的額外功率。

全文自始至終地，術(shù)語“軸”指代能夠進行旋轉(zhuǎn)和傳輸扭矩的裝置。因此，該軸可以是縱向延伸的軸，但也可以僅指小齒輪。

選擇減速比K1和K2，以使得當(dāng)氣體發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)速度與自由渦輪的旋轉(zhuǎn)速度的比值大于比值K2/K1時，渦輪軸發(fā)動機處于自由-渦輪構(gòu)造，氣體發(fā)生器和自由渦輪不進行機械連接。一旦氣體發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)速度與自由渦輪的旋轉(zhuǎn)速度的比值小于比值K2/K1，則自由渦輪使氣體發(fā)生器旋轉(zhuǎn)，并且渦輪軸發(fā)動機切換到連接-渦輪構(gòu)造。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)速度的比值小于比值K2/K1時，所述自發(fā)的機械聯(lián)接設(shè)備能夠機械地和自發(fā)地將所述氣體發(fā)生器和所述自由渦輪連接，并且一旦所述速度的比值大于比值K2/K1，則該機械聯(lián)接設(shè)備能夠自發(fā)地將所述氣體發(fā)生器和所述自由渦輪分離。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，渦輪軸發(fā)動機包括剛性地連接到中間軸的啟動機-發(fā)電機，并且所述聯(lián)接設(shè)備包括兩個將所述中間軸分別連接到所述第一軸和所述第二軸的自由輪，該第一軸與所述氣體發(fā)生器共同具有減速比K1，該第二軸與自由渦輪共同具有減速比K2，所述輪被布置為使得一旦速度的比值小于比值K2/K1，則所述自由渦輪通過所述軸和所述自由輪自發(fā)地驅(qū)動所述氣體發(fā)生器。

本發(fā)明還涉及一種雙引擎直升機，該雙引擎直升機包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的渦輪軸發(fā)動機。

本發(fā)明還涉及一種用于優(yōu)化雙引擎直升機的零功率超級怠速模式的方法，該直升機包括至少一個渦輪軸發(fā)動機，該至少一個渦輪軸發(fā)動機包括能夠被旋轉(zhuǎn)的氣體發(fā)生器和被所述氣體發(fā)生器的氣體旋轉(zhuǎn)的自由渦輪，其特征在于，該方法包括通過自由輪連接第一軸和第二軸使得所述氣體發(fā)生器和所述自由渦輪自發(fā)地機械聯(lián)接的步驟，該第一軸與所述氣體發(fā)生器共同具有減速比K1，該第二軸與自由渦輪共同具有減速比K2，所述自由輪被布置為使得一旦速度的比值小于比值K2/K1，則所述自由渦輪自發(fā)地驅(qū)動所述氣體發(fā)生器。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，通過自由輪連接第一軸和第二軸來實現(xiàn)機械聯(lián)接，該第一軸與所述氣體發(fā)生器共同具有減速比K1，該第二軸與自由渦輪共同具有減速比K2，所述自由輪被布置為使得一旦所述速度的比值小于比值K2/K1，則所述自由渦輪自發(fā)地驅(qū)動所述氣體發(fā)生器。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，通過兩個自由輪將中間軸分別連接到所述第一軸和所述第二軸來實現(xiàn)機械聯(lián)接，該中間軸剛性地連接到啟動機-發(fā)電機，該第一軸與所述氣體發(fā)生器共同具有減速比K1，該第二軸與自由渦輪共同具有減速比K2，所述輪被布置為使得一旦所述速度的比值小于比值K2/K1，則所述自由渦輪自發(fā)地驅(qū)動所述氣體發(fā)生器。

本發(fā)明還涉及一種渦輪軸發(fā)動機、一種直升機和一種用于優(yōu)化零功率超級怠速模式的方法，特征在于，在上文或下文中提及的所有或者一些特征的組合。

附圖說明

通過閱讀以下完全以非限制性示例的方式給出并且涉及附圖的說明，本發(fā)明的其它目的、特點和優(yōu)點將顯現(xiàn)，在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的渦輪軸發(fā)動機的示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的渦輪軸發(fā)動機的示意圖。

具體實施方式

如在圖中示出的，根據(jù)本發(fā)明的渦輪軸發(fā)動機包括氣體發(fā)生器5和自由渦輪6，該自由渦輪6由氣體發(fā)生器5供給動力。如已知的，氣體發(fā)生器5包括至少一個連接到室8的空氣壓縮機7和至少一個用于使氣體部分地膨脹的渦輪9，該室8用于在壓縮空氣中燃燒燃料并且供應(yīng)熱的氣體，該渦輪通過驅(qū)動軸10使壓縮機7旋轉(zhuǎn)。氣體則驅(qū)動自由動力傳輸渦輪6。該自由渦輪6包括動力傳輸軸11，該動力傳輸軸11通過自由輪12連接到動力傳輸齒輪箱(在圖中未示出)。該自由輪12使得能夠防止渦輪軸發(fā)動機的機械鎖定導(dǎo)致動力傳輸齒輪箱進行機械鎖定，以及相關(guān)地，防止導(dǎo)致在其上安裝所述渦輪軸發(fā)動機的直升機的旋翼進行機械鎖定。

根據(jù)本發(fā)明的渦輪軸發(fā)動機進一步包括用于將氣體發(fā)生器5和自由渦輪6機械聯(lián)接的設(shè)備20，一旦氣體發(fā)生器5的軸10的轉(zhuǎn)速與自由渦輪6的軸11的轉(zhuǎn)速的比值小于預(yù)定閾值，則該設(shè)備能夠機械地和自發(fā)地將氣體發(fā)生器5和自由渦輪6連接，以及一旦比值高于該預(yù)定閾值，則該設(shè)備能夠自發(fā)地將氣體發(fā)生器5和自由渦輪6分離。

根據(jù)第一實施例并且如圖1所示，所述聯(lián)接設(shè)備20包括機械地連接到氣體發(fā)生器5的軸10的軸22。所述軸22和軸10在它們之間具有減速比K1。

聯(lián)接設(shè)備20進一步包括機械地連接到自由渦輪6的軸11的軸23。所述軸23和軸11在它們之間具有減速比K2。

聯(lián)接設(shè)備20進一步包括連接在軸22與軸23之間的自由輪21。

因此，軸22的旋轉(zhuǎn)速度等于K1.NGG，其中NGG為氣體發(fā)生器5的軸10的旋轉(zhuǎn)速度。

軸23的旋轉(zhuǎn)速度等于K2.NTL，其中NTL為自由渦輪6的軸11的旋轉(zhuǎn)速度。

自由輪21被定向為使得軸23能夠通過所述自由輪21驅(qū)動軸22。

如果軸23的旋轉(zhuǎn)速度小于軸22的旋轉(zhuǎn)速度，則兩個軸是獨立的。否則，兩個軸被連接。

換言之，如果遵循以下等式則軸是獨立的：K2.NTL＜K1.NGG。因此，如果比值NGG/NTL＞K2/K1，則軸是獨立的。

因此，如果速度比值小于或等于K2/K1，則發(fā)動機扭矩從自由渦輪6傳輸?shù)綒怏w發(fā)生器5。

換言之，當(dāng)比值NGG/NTL小于或等于K2/K1時，與圖1關(guān)聯(lián)地描述的聯(lián)接設(shè)備20使得能夠機械地和自發(fā)地將氣體發(fā)生器5和自由渦輪6連接，因此，該比值作用為預(yù)定閾值。一旦比值NGG/NTL超過K2/K1，則設(shè)備還使得能夠自發(fā)地將氣體發(fā)生器5和自由渦輪6分離。

根據(jù)實施例，K1和K2的值分別為0.2567和0.2725。

根據(jù)第二實施例并且如圖2所示，渦輪軸發(fā)動機進一步包括啟動機-發(fā)電機30。在這種情況下，除了與圖1關(guān)聯(lián)地描述的軸22和軸23之外，聯(lián)接設(shè)備還包括剛性地連接到啟動機-發(fā)電機30的中間軸25。

聯(lián)接設(shè)備20進一步包括將中間軸25連接到軸23的第一自由輪26。所述設(shè)備進一步包括將中間軸25連接到軸22的第二自由輪24。

按照與圖1的實施例相同的方式，軸22的旋轉(zhuǎn)速度等于K1.NGG，軸23的旋轉(zhuǎn)速度等于K2.NTL。

自由輪26、24被定向，以使得剛性地連接到啟動機-發(fā)電機30的中間軸25能夠驅(qū)動軸22，以及軸23能夠驅(qū)動剛性地連接到啟動機-發(fā)電機30的中間軸25。

如果比值NGG/NTL等于K2/K1，則兩個自由輪26、24同時驅(qū)動。

因此，如果比值NGG/NTL小于或等于K2/K1，則軸10、11機械地連接并且發(fā)動機扭矩從自由渦輪6傳輸?shù)綒怏w發(fā)生器5。

因此，如果比值NGG/NTL大于K2/K1，則軸機械地獨立。

啟動機-發(fā)電機30由自由渦輪(當(dāng)作用為發(fā)電機時)驅(qū)動或者驅(qū)動氣體發(fā)生器(當(dāng)作用為啟動機時)。因此，設(shè)備還確保了GG-TL(氣體發(fā)生器-自由渦輪)自動切換功能，該自動切換功能在于，在啟動期間將啟動機-發(fā)電機30聯(lián)接到氣體發(fā)生器，以及當(dāng)該啟動機-發(fā)電機30用作發(fā)電機時將其聯(lián)接到自由渦輪的軸11。

換言之，當(dāng)比值NGG/NTL小于或等于K2/K1時，與圖2關(guān)聯(lián)地描述的聯(lián)接設(shè)備20還使得能夠機械地和自發(fā)地將氣體發(fā)生器5和自由渦輪6連接。一旦比值NGG/NTL超過K2/K1，則設(shè)備還使得能夠自發(fā)地將氣體發(fā)生器5和自由渦輪6分離。此外，在該實施例中發(fā)電機和/或啟動機功能是可行的。

本發(fā)明還涉及一種用于優(yōu)化雙引擎直升機的零功率超級怠速模式的方法，該直升機包括至少一個根據(jù)所描述的實施例中的一個所述的渦輪軸發(fā)動機。

因此，這種方法包括一旦氣體發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)速度與自由渦輪的旋轉(zhuǎn)速度的比值達到值K2/K1，則自發(fā)地將氣體發(fā)生器5和自由渦輪6機械聯(lián)接的步驟。

有利地，通過根據(jù)所描述的實施例中的一個所述的渦輪軸發(fā)動機來實施根據(jù)本發(fā)明的方法。有利地，根據(jù)所描述的實施例中的一個所述的渦輪軸發(fā)動機執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。