Unidad de potencia auxiliar (APU) de una aeronave.

Comprende un módulo de potencia (1) alimentado por combustible (2),

una caja de engranajes (5), un generador eléctrico (6), y un elemento seleccionado entre un compresor (4), una bomba hidráulica y combinación de los mismos para proporcionar un modo de funcionamiento de producción de potencia seleccionada entre eléctrica (8), neumática (7) hidráulica y combinación de las mismas; presenta la novedad de comprender un motor eléctrico (9), integrado en el generador eléctrico (6), ambos conectados al módulo de potencia (1) a través de la caja de engranajes (5a) y de un embrague principal (10). Además el compresor (4) y/o bomba hidráulica, también se conectan con el módulo de potencia (1) a través de la caja de engranajes (5a), y del embrague principal (10). Esta arquitectura permite ampliar los modos de funcionamiento de la APU, aumentando sus prestaciones y reduciendo efectos perjudiciales medioambientales.

Unidad de potencia auxiliar (APU) de una aeronave.

Objeto de la invención

Las unidades de potencia auxiliar (APU) del tipo de las que convencionalmente se incluyen en las aeronaves para dotarlas de autonomía, presentan típicos efectos perjudiciales en el medioambiente como es la contaminación en aeropuertos tanto acústica como de emisión de gases. Adicionalmente la operación de la aeronave en tierra puede requerir 3 tipos de fuentes de potencia externa: eléctrica, neumática de alta o baja presión e hidráulica.

El objeto de la invención es ofrecer una versatilidad de uso capaz de reducir los efectos perjudiciales medioambientales a la vez que facilita la operación de la aeronave en tierra reduciendo el numero y tipo de fuentes de potencia externa.

Para ello la invención proporciona diferentes modos de funcionamiento en función de las necesidades que se requieran de la unidad de potencia auxiliar y según se describe más adelante.

Antecedentes de la invención

Las aeronaves actuales, principalmente las de gran tamaño, normalmente contienen una unidad de potencia auxiliar (APU) que comprenden un módulo de potencia (motor) alimentado por combustible, un compresor neumático y/o una bomba hidráulica, una caja de engranajes y uno o varios generadores eléctricos, para proporcionar potencia eléctrica, neumática, hidráulica o una combinación de las mismas. El uso principal del APU está previsto para cuando la aeronave se encuentra en tierra, los motores principales apagados y a la misma no se le puede suministrar la potencia externa, eléctrica, neumática o hidráulica necesaria para el uso deseado de la aeronave.

De estas fuentes de potencia, es la potencia eléctrica la que está más fácilmente disponible en los aeropuertos actualmente. Por otra parte, es la potencia neumática de alta presión la que está más difícilmente disponible. Cuando la aeronave está en tierra y se dan condiciones ambientales más extremas, tanto por temperaturas muy frías o calientes con o sin combinación de alta humedad, se hace más necesario el acondicionar la cabina (entendiéndose por cabina la zona que ha de mantenerse presurizada en vuelo) para el confort de los pasajeros, tripulación y operarios con el consiguiente incremento de demanda de potencia, y es habitual y más crítico el uso de la APU por la carencia arriba mencionada.

La configuración convencional descrita previamente presenta el inconveniente de que su funcionamiento produce ruido, al tiempo que consume combustible, descargándose gases contaminantes en el ambiente, con lo que se produce contaminación acústica y del aire.

Este modo de funcionamiento permite la total autonomía de la aeronave pero supone un coste de operación no despreciable para las aerolíneas. Adicionalmente se prevé que en el futuro puedan existir mayores restricciones o penalizaciones en el uso del APU bien por regulaciones nacionales, internacionales o aeroportuarias, por motivaciones acústicas y/o medioambientales.

Descripción de la invención

Para resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención proporciona una nueva arquitectura de la unidad de potencia auxiliar (APU) de una aeronave, que al igual que las convencionales comprende un módulo de potencia (motor) alimentado por combustible, un compresor neumático y/o una bomba hidráulica, una caja de engranajes y un generador eléctrico para permitir proporcionar un modo de funcionamiento de producción de potencia eléctrica, neumática o hidráulica, o simultanear cualquier combinación de las mismas; pero con la novedad de que además comprende un motor eléctrico, para lo que el generador eléctrico puede también funcionar como motor eléctrico (gracias a la reversibilidad que pueden presentar las máquinas eléctricas), de forma que el generador/motor eléctrico se conecta al módulo de potencia a través de la caja de engranajes y a través de un embrague principal. Igualmente el compresor y/o la bomba hidráulica se conectan con el módulo de potencia a través de la caja de engranajes y a través del embrague principal, lo que proporciona una arquitectura que permite obtener diferentes modos de funcionamiento de generación de potencia eléctrica en combinación con una potencia seleccionada entre neumática, hidráulica, y una combinación de las mismas, de forma similar a como se realiza convencionalmente, pero además también permite un modo de funcionamiento de producción únicamente de potencia neumática y/o hidráulica, sin arrancar el módulo de potencia (motor) y mediante el motor eléctrico que se alimenta con potencia eléctrica externa, a diferencia del estado de la técnica en el que se requiere realizar dicho arranque para suministrar potencia neumática y/o hidráulica. Para el modo de funcionamiento autónomo convencional es decir, sin necesidad de suministro de potencia externa eléctrica, neumática o hidráulica, el embrague principal se mantiene acoplado, pero para el caso del modo de funcionamiento de producción únicamente de potencia neumática y/o hidráulica, sin arrancar el módulo de potencia, el embrague principal se mantiene desacoplado, alimentando a la bomba y/o al compresor a través de alimentación externa y mediante el motor eléctrico.

En una realización de la invención el compresor y/o la bomba hidráulica se conectan con el módulo de potencia a través de un embrague secundario de la caja de engranajes y del embrague principal, de manera que se proporciona una arquitectura que permite establecer una mayor cantidad de modos de funcionamiento de generación de potencia eléctrica, neumática o hidráulica, o simultanear cualquier combinación de las mismas, de forma similar a como se realiza convencionalmente, pero además esta arquitectura, a parte de los modos descritos, también permite un modo de arranque del módulo de potencia con alimentación eléctrica interna o externa a la aeronave.

Para el modo de funcionamiento convencional, es decir, sin necesidad de suministro de potencia externa eléctrica, neumática o hidráulica tanto el embrague principal como el secundario se mantienen acoplados con el módulo de potencia en funcionamiento. Si se quisiera únicamente generar potencia eléctrica el embrague principal se mantiene acoplado y el secundario desacoplado, de esa manera no se pierde potencia por no arrastrar el módulo de potencia el compresor neumático y/o la bomba hidráulica.

Para el modo de funcionamiento de generación de potencia neumática y/o hidráulica con alimentación eléctrica externa. La APU es capaz de generar potencia neumática y/o hidráulica, manteniendo el embrague principal desacoplado y el secundario acoplado, el módulo de potencia apagado y el motor eléctrico arrastrando el compresor neumático y/o la bomba hidráulica a través de la caja de engranajes.

Para el modo de funcionamiento de arranque del módulo de potencia, el motor eléctrico puede ser alimentado por fuentes de potencia internas, como baterías u otros medios de la aeronave o por fuentes externas. En este caso el embrague principal está acoplado y el secundario puede estar acoplado o desacoplado, aunque por consideraciones de mejora de fiabilidad, y potencia necesaria, durante el arranque típicamente se encontrará desacoplado.

Para conseguir toda la funcionalidad anteriormente comentada, la invención prevé la incorporación de un módulo de control de la unidad de potencia, que comprende medios de establecimiento de un modo de funcionamiento seleccionado entre un modo de generación simultánea de potencia neumática, eléctrica e hidráulica, un modo de funcionamiento de generación simultánea de potencia neumática y eléctrica, un modo de generación simultánea de potencia hidráulica y eléctrica, un modo de producción únicamente de potencia eléctrica actuando el generador eléctrico mediante el módulo de potencia, un modo de producción únicamente de potencia neumática o hidráulica con alimentación externa a la aeronave arrastrado el compresor o la bomba hidráulica mediante el motor eléctrico; y un modo de arranque del módulo de potencia mediante el motor eléctrico y manteniendo típicamente desacoplado el compresor neumático y/o la bomba hidráulica.

La invención prevé la posibilidad de incorporar módulos de control independientes de los embragues y del módulo de potencia, para realizar la funcionalidad anteriormente comentada.

Una posible configuración incluiría una caja de engranajes con ejes coaxiales integrados en ejes concéntricos que comprenden los elementos seleccionados...

1. Unidad de potencia auxiliar (APU) de una aeronave, que comprende un módulo de potencia (1) alimentado por combustible (2), una caja de engranajes (5), un generador eléctrico (6), y un elemento seleccionado entre un compresor (4), una bomba hidráulica y combinación de los mismos, para proporcionar un modo de funcionamiento de producción de potencia seleccionada entre eléctrica (8), neumática (7), hidráulica y combinación de las mismas; caracterizada porque además comprende un motor eléctrico (9) que está integrado en el generador eléctrico (6), y se conectan al módulo de potencia (1) a través de la caja de engranajes (5a) y de un embrague principal (10); de forma que el elemento seleccionado entre el compresor (4), bomba hidráulica y combinación de los mismos se conecta, también con el módulo de potencia (1) a través de la caja de engranajes (5a), y del embrague principal (10).

2. Unidad de potencia auxiliar (APU) de una aeronave, según reivindicación 1, caracterizada porque el elemento seleccionado entre el compresor (4), bomba hidráulica y combinación de los mismos se conecta con el módulo de potencia (1) a través de un embrague secundario (11), de la caja de engranajes (5a), y del embrague principal (10).

3. Unidad de potencia auxiliar (APU) de una aeronave, según reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque comprende un módulo de control de la unidad de potencia auxiliar que está dotado de medios de establecimiento de un modo de funcionamiento seleccionado entre un modo de generación simultánea de potencia neumática, eléctrica e hidráulica, un modo de funcionamiento de generación simultánea de potencia neumática (7) y eléctrica (8), un modo de generación simultánea de potencia hidráulica y eléctrica (8), un modo de producción únicamente de potencia neumática (7) actuando el compresor (4) mediante el motor eléctrico (9), un modo de producción únicamente de potencia eléctrica (8) actuando el generador eléctrico (6) mediante el módulo de potencia (1), un modo de producción únicamente de potencia seleccionada entre neumática e hidráulica con alimentación externa a la aeronave arrastrado el compresor (4) o la bomba hidráulica mediante el motor eléctrico (9); y un modo de arranque del módulo de potencia mediante el motor eléctrico (9) y manteniendo desacoplado el elemento seleccionado entre el compresor (4), la bomba hidráulica y combinación de ambos.

4. Unidad de potencia auxiliar (APU) de una aeronave, según reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque la caja de engranajes comprende ejes coaxiales integrados en ejes concéntricos que comprenden los elementos seleccionados entre el motor eléctrico (9), generador eléctrico (6) embrague principal (10), embrague secundario (11), el compresor neumático (4), la bomba hidráulica y combinación de los mismos.

5. Unidad de potencia auxiliar (APU) de una aeronave, según reivindicaciones 1 o 4, caracterizada porque la caja de engranajes comprende ejes no coaxiales integrados en ejes separados que comprenden los elementos seleccionados entre el motor eléctrico (9), generador eléctrico (6) embrague principal (10), embrague secundario (11), el compresor neumático (4), la bomba hidráulica y combinación de los mismos.