Unidad de potencia auxiliar (APU) de una aeronave.

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 para el medioambiente, tal como es la contaminación en aeropuertos, tanto acústica como de emisión de gases. Adicionalmente, la operación de la aeronave en tierra puede requerir tres 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 número 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 comprende 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 de la APU está previsto para cuando la aeronave se encuentra en tierra, con los motores principales apagados, y no se le pueda 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 actualmente está más fácilmente disponible en los aeropuertos. 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 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, descargando 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 de la APU, bien por regulaciones nacionales, internacionales o aeroportuarias, por motivaciones acústicas y/o medioambientales.

Unidades de potencia auxiliar para aeronaves han sido ya divulgadas en los documentos US 4494372, GB 2076897

o EP 1630099.

Descripción de la invención Para resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención proporciona una unidad de potencia auxiliar de una aeronave, según se reivindica en la reivindicación 1. Una nueva arquitectura para la unidad de potencia auxiliar (APU) , 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 proporcionar un modo de funcionamiento de producción de potencia eléctrica, neumática o hidráulica, o el uso simultáneo de 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 maquinas 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, la alimentación de potencia 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 que se pueda usar simultáneamente cualquier combinación de las mismas, de forma similar a como se realiza convencionalmente, pero además esta arquitectura, aparte 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, con el módulo de potencia apagado y el motor eléctrico accionando 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, tales 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 generalmente 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 implementar la funcionalidad anteriormente comentada.

Una posible configuración incluiría una caja de engranajes con ejes coaxiales integrados en ejes concéntricos que comprenden los elementos seleccionados entre el motor... [Seguir leyendo]

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) , un compresor (4) , y una bomba hidráulica para proporcionar un modo de funcionamiento de producción de potencia seleccionada entre eléctrica (8) , neumática (7) , hidráulica y combinación de dichas fuentes de potencia; en la que la unidad de potencia auxiliar incluye además:

un motor eléctrico (9) alimentado por un suministro de potencia eléctrica e integrado en el generador eléctrico (6) , en la que se conectan el motor eléctrico (9) y el generador eléctrico (6) al módulo de potencia (1) a través de la caja de engranajes (5a) y de un embrague principal (10) ; de forma que el compresor (4) y la bomba hidráulica se conectan también con el módulo de potencia (1) a través de un embrague secundario (11) de la caja de engranajes (5a) , y a través del embrague principal (10) y un módulo de control dotado de medios de establecimiento de un modo de funcionamiento seleccionado entre:

un modo de generación simultánea de potencia neumática (7) , eléctrica (8) e hidráulica, actuando el compresor (4) , la bomba hidráulica y el generador eléctrico (6) a través del módulo de potencia (1) , un modo de generación simultánea de potencia neumática (7) y potencia eléctrica (8) , actuando el compresor (4) y el generador eléctrico (6) a través del módulo de potencia (1) , un modo de generación simultánea de potencia hidráulica y potencia eléctrica (8) , actuando la bomba hidráulica y el generador eléctrico (6) a través del módulo de potencia (1) , un modo de producción únicamente de potencia eléctrica (8) con el generador eléctrico (6) actuando mediante el módulo de potencia (1) , un modo de producción únicamente de potencia seleccionada entre neumática (7) e hidráulica, siendo accionados el compresor (4) o la bomba hidráulica mediante el motor eléctrico (9) ; y un modo de arranque del módulo de potencia (1) mediante el motor eléctrico (9) y manteniendo desacoplado el compresor (4) y la bomba hidráulica.

2. UNIDAD DE POTENCIA AUXILIAR (APU) DE UNA AERONAVE, según reivindicación 1, en la que 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 dichos elementos.

3. UNIDAD DE POTENCIA AUXILIAR (APU) DE UNA AERONAVE, según reivindicaciones 1 o 2, en la que 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 dichos elementos.