模塊化裝備中心分布式初級電力機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文提出的實施例的領(lǐng)域被指向模塊化交通工具機構(gòu)，且更特別地，被指向分布式電力和數(shù)據(jù)飛行器機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)商用飛行器具有一個或多個集中的裝備底座用于容納電力和通信裝備。自集中的裝備底座遍及整個飛行器分配電力和數(shù)據(jù)從而控制飛行器內(nèi)的所有功能。集中的裝備底座彼此移位跨越飛行器內(nèi)的一個或多個區(qū)段間斷處。通常地，一個集中的裝備底座在前部區(qū)段內(nèi)，而另一個集中的裝備底座在飛行器的后部區(qū)段內(nèi)。
[0003]由主推進(jìn)發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機生成用于飛行器的三相初級電力。初級電力首先被路由到后部裝備底座，并且然后通過飛行器到達(dá)前部裝備底座。然后初級電力被集中配置為分配遍及到飛行器的其余部分以服務(wù)各種裝備負(fù)荷。裝備底座內(nèi)的集中的總線電力控制單元控制遍及飛行器的所有電力功能。在集中轉(zhuǎn)換之后，次級電力被路由到遠(yuǎn)程電力分配單元以服務(wù)遍及飛行器的裝備負(fù)荷或者直接被路由到裝備負(fù)荷。
[0004]飛行器所有的功能都依靠集中電力和通信裝備。如果來自集中裝備底座的任一電力或數(shù)據(jù)被切斷，則接收裝備進(jìn)入備用狀態(tài)，對于機組人員來說，該備用狀態(tài)使得相應(yīng)系統(tǒng)的狀態(tài)變得難以確定。同樣地，由于在高峰時間期間往返集中通信裝備的高帶寬需求，通信網(wǎng)絡(luò)的基干必須是極大的。
[0005]復(fù)合材料飛行器不具有鋁質(zhì)機架以用作返回電流路徑或網(wǎng)絡(luò)。因此，不是必須添加線路的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)以為所有的電路提供電流返回路徑，就是必須添加專用返回線路以用于每個裝備負(fù)荷。例如，必須添加沿著復(fù)合材料飛行器的長度縱向延伸并且橫跨復(fù)合材料飛行器的寬度的導(dǎo)線，如名稱為“CURRENT RETURN NETWORK”的美國專利N0.8031458中所述，并且其作為參考以其整體并入本文。這種解決方案給復(fù)合材料飛行器增加了成本、制造和維護(hù)復(fù)雜度、增加的電壓降以及不理想的重量。因而，通過使線路最小化而減少復(fù)合材料飛行器內(nèi)的重量的嘗試已經(jīng)被復(fù)合材料飛行器中增加的避雷組件和其他原因的需要抵消。
[0006]傳統(tǒng)飛行器的鋁質(zhì)機架(例如組成框架或蒙皮或其組合的組件)和飛行器的任何其他的導(dǎo)電金屬結(jié)構(gòu)被綁定到一起以形成用于將電壓參考點返回到源分配接地點的電流返回網(wǎng)絡(luò)。電流返回網(wǎng)絡(luò)還提供避雷和人員安全保護(hù)通道。然而，在機架可由絕緣材料形成的復(fù)合材料飛行器內(nèi)，從發(fā)電機到前部和后部裝備底座、到遠(yuǎn)程電力分配單元和它們服務(wù)的裝備負(fù)荷、以及通過電流返回網(wǎng)絡(luò)回到前部裝備底座的線路的路由創(chuàng)建了大型線路回路。在復(fù)合材料飛行器內(nèi)，在某些條件下對飛行器的雷擊期間，這種長的線路回路可以引起大電流。為了處理這種顧慮，線路回路可以被屏蔽，但是這種大型線路回路和它的屏蔽將不理想地在飛行器內(nèi)貢獻(xiàn)大量的重量。
[0007]商用飛行器可以按照分離的區(qū)段被制造，所述區(qū)段然后被連接到一起以裝配成完整的飛行器。在飛行器內(nèi)的各種系統(tǒng)可以具有跨越多個區(qū)段分布的組件。在區(qū)段被最終裝配到一起之前，在區(qū)段內(nèi)的許多組件被安裝和測試以確認(rèn)它們被正確裝配。因此，為了測試和驗證區(qū)段，還沒有存在于建造序列中的部分系統(tǒng)必須被仿真。一旦已經(jīng)測試了區(qū)段安裝，就能夠執(zhí)行形成飛行器的區(qū)段的最終裝配，所述最終裝配將對發(fā)現(xiàn)的錯誤進(jìn)行修復(fù)，在該階段后，由于有限的可達(dá)性，糾正將會更困難。
[0008]在當(dāng)今的飛行器內(nèi)，最終裝配是如此耗時的過程的一個原因是由于相鄰區(qū)段間的大量的初級和次級電力連接和大量的數(shù)據(jù)連接。能夠以更快的速率和順序建造成完整的飛行器的飛行器可以通過在建造周期早期的功能性測試系統(tǒng)以及通過使飛行器線路的重量和復(fù)雜度最小化而被更迅速地填充，因而消除了對位于飛行器的其他部分內(nèi)的某些裝備進(jìn)行仿真的需要，減少了跨越區(qū)段間斷處的連接的數(shù)量，消除了集成面板。
[0009]本文的公開內(nèi)容提出了關(guān)于這些和其他的考慮因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]應(yīng)該意識到該
【發(fā)明內(nèi)容】
被提供以用簡化的形式介紹將在以下【具體實施方式】中被進(jìn)一步描述的選擇的概念。該
【發(fā)明內(nèi)容】
不意在用于限制所要求保護(hù)的主題的范圍。
[0011]根據(jù)本文公開的一個實施例，提供了用于交通工具的分布式電力和通信系統(tǒng)。分布式電力和通信系統(tǒng)包括被耦接到一起以限定在相鄰的交通工具區(qū)段之間的區(qū)段間斷處(break)的交通工具區(qū)段。模塊化裝備中心(MEC)被空間地分配遍及交通工具，以便一個或多個MEC位于每個交通工具區(qū)段內(nèi)。每個交通工具區(qū)段限定鄰近MEC的裝備負(fù)荷的一個或多個區(qū)域。每個MEC被配置為獨立地提供局部的電力和通信數(shù)據(jù)以便服務(wù)于相關(guān)區(qū)域內(nèi)的裝備負(fù)荷。
[0012]根據(jù)本文公開的另一實施例，提供了用于分配電力和通信數(shù)據(jù)遍及交通工具的方法，所述交通工具具有多個交通工具區(qū)段并且在相鄰的交通工具區(qū)段間限定區(qū)段間斷處。該方法包括從一個或多個主初級電源中生成初級電力，在每個交通工具區(qū)段內(nèi)分配至少一個MEC，將來自一個或多個主電源的初級電力跨越區(qū)段間斷處分配到MEC，將每個交通工具區(qū)段內(nèi)的一個或多個裝備負(fù)荷中的每個關(guān)聯(lián)到最近的MEC，以及每個MEC僅在每個相應(yīng)的交通工具區(qū)段內(nèi)分配次級電力以服務(wù)于相關(guān)的裝備負(fù)荷。
[0013]根據(jù)本文公開的又一實施例，提供了用于交通工具內(nèi)的分布式計算系統(tǒng)中的電力管理的方法。該方法包括將MEC空間地分配遍及交通工具，管理由最近的MEC服務(wù)的裝備負(fù)荷區(qū)域的數(shù)據(jù)，將來自與每個MEC相關(guān)的裝備負(fù)荷區(qū)域的電力分配數(shù)據(jù)傳遞到其他MEC，以及通過獨立于其他MEC的相關(guān)的MEC在裝備負(fù)荷的每個區(qū)域內(nèi)執(zhí)行閉環(huán)電力管理操作。該方法也可包含丟失一個MEC的初級電力，并且通過另一個MEC重新路由初級電力到未被供電的MEC。
[0014]已經(jīng)討論的特征、功能以及優(yōu)點能夠被獨立地實現(xiàn)在本公開的各種實施例中或可與其他實施例組合，參照以下說明和附圖，更多的細(xì)節(jié)能夠被獲知。
【附圖說明】
[0015]從【具體實施方式】和附圖中，本文提出的實施例將被更全面地理解，其中:
[0016]圖1說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的具有空間分布式模塊化裝備中心(MEC)的飛行器的一種配置的俯視圖，其中所述裝備負(fù)荷由最近的MEC服務(wù)，
[0017]圖2說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的相對于飛行器的前部和后部的每個飛行器發(fā)動機的兩個發(fā)電機的分離，
[0018]圖3說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的被連接到使電力總線網(wǎng)絡(luò)通電的發(fā)電機的初級電力饋線的一種配置，
[0019]圖4說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的初級MEC和次級MEC的一種配置，
[0020]圖5A-5F說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的初級MEC、次級MEC以及備用MEC的容錯組合的初級和次級電力分配網(wǎng)絡(luò)的一種配置，
[0021]圖6說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的在飛行器的前部區(qū)段內(nèi)的次級電力總線網(wǎng)絡(luò)的一種配置，
[0022]圖7說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的用于服務(wù)裝備負(fù)荷并且具有用于分布式計算功能和MEC間的雙向數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)路由的計算和網(wǎng)絡(luò)接口模塊的MEC的一種配置，
[0023]圖8說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的具有由區(qū)段間斷處分隔的空間分布式MEC之間的通信總線接口的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種配置，
[0024]圖9說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的用于分布式計算功能和雙向數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)路由的計算和接口模塊的一種配置，
[0025]圖10A-10D說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的相對于特定電力輸入源和若干不同電力輸出的初級MEC的高壓初級電力總線結(jié)構(gòu)的各種配置，
[0026]圖11說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的具有共同的電力輸入源和若干共同的電力輸出以便于與初級MEC —起使用的初級電力切換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的共同的結(jié)構(gòu)和布局，
[0027]圖12A-C說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的與從發(fā)電機接收三相電力的初級MEC —起使用的一組初級電力切換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一種配置，
[0028]圖13說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的MEC的多層集成桁架系統(tǒng)的分解透視圖，
[0029]圖14說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的具有多個電力和通信傳輸層的初級MEC的一種配置，
[0030]圖15大致說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的從主發(fā)電機路由到多個變壓器整流器單元(TRU)和自耦變壓器單元(ATU)以產(chǎn)生零直流(DC)偏移電壓的三相初級電力的一種配置，
[0031]圖16說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的利用扭曲且屏蔽的電導(dǎo)線對從TRU和ATU到裝備負(fù)荷的交流電(AC)或DC電力的分配的一種配置，
[0032]圖17說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的飛行器的地板內(nèi)的MEC的集成桁架系統(tǒng)的一種配置，
[0033]圖18說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的用于分配電力和通信數(shù)據(jù)遍及具有多個交通工具區(qū)段和區(qū)段間斷處的交通工具的程序的一種配置，以及
[0034]圖19說明了根據(jù)本文公開的至少一個實施例的用于交通工具內(nèi)的分布式計算系統(tǒng)中的電力管理的程序的一種配置。
【具體實施方式】
[0035]以下【具體實施方式】涉及一種交通工具，該交通工具具有模塊化裝備中心以增加交通工具系統(tǒng)冗余，同時還分配模塊化裝備中心(MEC)遍及交通工具，使得最小化要求的線路連接的線路重量和數(shù)量以減少總交通工具重量和生產(chǎn)時間。本發(fā)明能有許多不同形式的實施例。本文無意把本發(fā)明的原理限制到特定的公開的實施例。在下文對某個方向做出的參考(例如“前”、“后”、“左”以及“右”)根據(jù)從交通工具的后面向前看的觀察而做出。在以下【具體實施方式】中，對附圖做出了參考，所述附圖構(gòu)成本文的一部分且用具體實施例或示例圖示的方式被顯示。現(xiàn)在參考附圖，其中相同的編號表示遍及多個圖中的相同的元件，本公開的各方面將被呈現(xiàn)。
[0036]本公開的各方面可被用于例如飛行器、宇宙飛船、衛(wèi)星、船只、潛艇以及客運、農(nóng)業(yè)或建設(shè)交通工具的許多類型的交通工具。本公開的各方面也可被用于交通工具的不同建設(shè)中。當(dāng)直接的利益是向著具有非導(dǎo)電框架、桁架或蒙皮的交通工具時，本公開的特征可以適于且利于由導(dǎo)電材料構(gòu)造的交通工具。出于簡化解釋本公開的各方面的目的，本說明書將繼續(xù)利用復(fù)合材料飛行器10作為基本示例。然而，如將看到的，本公開的許多方面不限于復(fù)合材料飛行器10。
[0037]由于被本領(lǐng)域技術(shù)人員很好地理解的，圖1中描述的示例性飛行器10包含基本上由復(fù)合材料或復(fù)合物構(gòu)成的機身。飛行器10的機身上的外部復(fù)合蒙皮與機身框架的曲率一致。機身包含前部區(qū)段12、中部區(qū)段14以及后部區(qū)段16。區(qū)段間斷處18、20、22被限定在相鄰的飛行器區(qū)段之間。復(fù)合材料飛行器10可以具有任何數(shù)量的發(fā)動機。如圖1所示，左發(fā)動機30被支撐在左機翼上，并且右發(fā)動機32被支撐在右機翼上。每個發(fā)動機30、32具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子限定了轉(zhuǎn)子爆裂區(qū)域38(圖5A)，由于事件或發(fā)動機30、32中的一個的操作不一致，可以在所述轉(zhuǎn)子爆裂區(qū)域內(nèi)發(fā)生對發(fā)動機30、32之間的機身和飛行器系統(tǒng)的損壞。
[0038]復(fù)合材料飛行器10可具有任何數(shù)量的區(qū)段，并且復(fù)合材料飛行器10內(nèi)的飛行器區(qū)段或系統(tǒng)的位置有時可被描述為在轉(zhuǎn)子爆裂區(qū)域38的前部或后部。地板橫梁延伸在機身框架之間以限定在地板橫梁上方的乘客艙和保持貨物在地板橫梁之下的貨物區(qū)。在機身框架之間延伸的支柱和地板提供了支點以協(xié)助硬化復(fù)合材料飛行器10的地板。乘客區(qū)是增壓的，并且全部或部分貨物區(qū)可以是增壓的。管道可被定位通過在乘客艙上方或貨物區(qū)內(nèi)的地板之下，例如在機身框架和支柱之間的復(fù)合材料飛行器10的冠部伸展(crownrun) ο
[0039]在每個發(fā)動機30、32上具有例如高壓AC左電力發(fā)電機34a、34b和高壓AC右電力發(fā)電機36a、36b(在下文可被共同地和/或概括地稱為“左發(fā)電機34”、“右發(fā)電機36”或“發(fā)電機34、36”)的一個或多個主初級電源。初級電力饋線40a和40b從左發(fā)電機34a、34b延伸，并且初級電力饋線42a和42b從右發(fā)電機36a、36b延伸。如圖1所示，初級電力通過初級電力饋線40a、40b、42a、42b(在下文可被共同地和/或概括地稱為“電力饋線40、42”)被分配遍及復(fù)合材料飛行器10。在一個或多個發(fā)電機34、36故障的情況下，復(fù)合材料飛行器10也可以具有冗余的一個或多個高壓AC輔助電力單元發(fā)電機54以及當(dāng)發(fā)動機30、32不運行時提供電力。當(dāng)復(fù)合材料飛行器10被停放并且發(fā)動機不運行時，通過如高壓AC外部電力單元56的一個或多個電源可以提供電力給飛行器。
[0040]出于本公開的目的，低壓和高壓是通常被稱為在飛行器工業(yè)內(nèi)或者低壓或者高壓的那些電壓，并且如可在D0-160中說明的，機載裝備的環(huán)境條件和測試程序，D0-160中的那些電壓RTCA股份有限公司公布的用于航空電子硬件的環(huán)境測試的標(biāo)準(zhǔn)。在本公開的全文中，230VAC被稱為高壓，但是在高于或低于230VAC的電壓范圍內(nèi)的另一電壓也可以被稱為高壓。同樣地，28VDC和115VDC被稱為低壓，但是高于或低于任一 28VDC和115VDC的電壓范圍內(nèi)的另一電壓也可以被稱為低壓。
[0041]圖1中的復(fù)合材料飛行器10不具有用于容納電力和通信裝備的專用的集中裝備底座。所述裝備被配置到被稱為MEC的模塊化電力和通信裝備中心中，其被空間地分配遍及復(fù)合材料飛行器10。例如，一個或多個MEC被空間地分配到前部區(qū)段12、中部區(qū)段14以及后部區(qū)段16中的每個中。每個MEC提供局部的電力轉(zhuǎn)換并且可以是如以下更詳細(xì)描述的初級MEC (P-MEC) 44、次級MEC (S-MEC) 46或輔助或備用MEC 48。初級MEC 44、次級MEC 46以及備用MEC 48可一般被稱為具有一個或多個可用參考編號44、46、48的“MEC”。初級電力經(jīng)由電力饋線40、42跨越區(qū)段間斷處18、20、22，自發(fā)電機34、36被分配到MEC44、46、48中的每個初級電力輸入端。
[0042]為了優(yōu)化的容錯，飛行器10可以包含被定位于飛行器10的后部中的備用MEC 48和被定位于飛行器10的前部區(qū)段12、中部區(qū)段14以及后部區(qū)段16的每個中的至少兩個MEC 44、46。例如，在圖1中，通過在每個飛行器區(qū)段內(nèi)具有多個MEC 44、46、48而不必跨越區(qū)段間斷處18、20、22，可以實現(xiàn)冗余。優(yōu)選地，每個區(qū)段12、14、16包含初級ME