專利名稱：用于提供冷卻和動力的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的領(lǐng)域大體而言涉及用于提供冷卻和動力的方法和系統(tǒng)，更具體而言，涉
及用于飛機(jī)的集成的冷卻與動力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多已知的飛機(jī)冷卻與動力系統(tǒng)需要來自飛機(jī)推進(jìn)發(fā)動機(jī)的引氣來驅(qū)動很多獨(dú) 立子系統(tǒng)，這些獨(dú)立子系統(tǒng)向飛機(jī)提供冷卻或動力。但引氣的使用由于增加了發(fā)動機(jī)燃料 消耗和負(fù)載而降低了發(fā)動機(jī)效率。此外，多個獨(dú)立子系統(tǒng)的使用增加了飛機(jī)重量和體積，這 也導(dǎo)致增加的燃料消耗。 因此，在不大量使用來自推進(jìn)發(fā)動機(jī)的引氣的情況下向飛機(jī)提供冷卻和動力的集 成的系統(tǒng)將有益于增加發(fā)動機(jī)效率并減小燃料消耗。
發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，提供一種提供冷卻和動力的方法。該方法包括提供冷卻單元和提供 動力單元，冷卻單元包括由第一軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到發(fā)電機(jī)的第一渦輪，動力單元包括由第 二軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到壓縮機(jī)的第二渦輪。該方法還包括使動力單元與冷卻單元流通地聯(lián)接 以形成渦輪組件，其中，第一軸和第二軸可相對于彼此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。 在另一方面，提供一種用于提供冷卻和動力的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括渦輪組件，該渦輪 組件包括冷卻單元，該冷卻單元包括由第一軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到發(fā)電機(jī)的第一渦輪。該系統(tǒng) 還包括動力單元，該動力單元包括由第二軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到壓縮機(jī)的第二渦輪。動力單元 與冷卻單元流通地聯(lián)接，使得第一軸和第二軸可相對于彼此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示意圖；以及圖2是用于圖1所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的冷卻與動力系統(tǒng)的示意流程圖。部件列表100核心發(fā)動機(jī)102風(fēng)扇組件104高壓壓縮機(jī)106燃燒器108高壓渦輪IIO低壓渦輪118排放系統(tǒng)200系統(tǒng)202起動器組件204渦輪組件
206冷卻組件208電氣組件210第一供應(yīng)閥212壓縮空氣源214第二供應(yīng)閥216壓力控制裝置218方向流閥220燃燒器222質(zhì)量流控制裝置226冷卻單元228動力單元230殼232壓縮機(jī)234動力渦輪236動力單元軸238動力渦輪入口240動力渦輪出口242壓縮機(jī)入口244第一入口閥246壓縮機(jī)出口248冷卻渦輪250發(fā)電機(jī)252冷卻單元軸254冷卻渦輪入口256冷卻渦輪出口258磁性軸承260第一熱交換器262可變壓力調(diào)節(jié)閥(VPRV)264第一旁通閥266第二熱交換器268第二旁通閥270空氣輸入裝置272第二入口閥274第三熱交換器276第三旁通閥278第四旁通閥280第五旁通閥282混合閥284第一排放閥
說明書 2/8頁
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286冷卻回路288泵290儲集器292布線294系統(tǒng)控制器296動力調(diào)節(jié)器298航空電子裝置300動力轉(zhuǎn)換器302電阻加熱器304飛機(jī)總線306第二排放閥308第三排放閥310存儲器314磁性聯(lián)接器316外部動力源
具體實(shí)施例方式
下文的詳細(xì)說明以舉例說明的方式而非限制方式說明了示范性冷卻與動力系統(tǒng)。 該說明使得本領(lǐng)域一般技術(shù)人員能做出和使用本公開內(nèi)容，且該說明描述了本公開的若干 實(shí)施例、適應(yīng)、變化、替代和用途，包括目前被認(rèn)為實(shí)施本公開的最佳方式。本公開在本文中 被描述為應(yīng)用于優(yōu)選實(shí)施例，即，用于飛機(jī)上的冷卻與動力系統(tǒng)。但應(yīng)構(gòu)想到這個公開內(nèi)容 具有在較廣范圍系統(tǒng)和多種工業(yè)和/或消費(fèi)者應(yīng)用中提供冷卻與動力的一般應(yīng)用。如本文 所用的術(shù)語"空氣"是指任何氣體或氣體的組合，且并不限于通常被稱作"空氣"的地球大 氣氣體的組合。 圖1是用于推進(jìn)飛機(jī)的示范性核心發(fā)動機(jī)IOO(即，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī))的示意圖。 核心發(fā)動機(jī)包括風(fēng)扇組件102、高壓壓縮機(jī)104和燃燒器106。核心發(fā)動機(jī)100還包括高壓 渦輪108和低壓渦輪110。在操作中，空氣通過風(fēng)扇組件102流動且壓縮空氣從風(fēng)扇組件 102供應(yīng)到高壓壓縮機(jī)104。高度壓縮的空氣被輸送到燃燒器106。來自燃燒器106的空 氣流驅(qū)動旋轉(zhuǎn)渦輪108和110并通過排放系統(tǒng)118離開核心發(fā)動機(jī)110。在示范性實(shí)施例 中，核心發(fā)動機(jī)IOO(例如，高壓壓縮機(jī)104)與集成的冷卻與動力系統(tǒng)(在圖2中示出)流 通地聯(lián)接，如在下文中所述。 圖2是冷卻與動力系統(tǒng)200的示意流程圖。系統(tǒng)200包括起動器組件202、渦輪組 件204、冷卻組件206和電氣組件208。起動器組件202穿過第一供應(yīng)閥210流通地聯(lián)接于 核心發(fā)動機(jī)100與渦輪組件204之間和/或穿過第二供應(yīng)閥214流通地聯(lián)接于壓縮空氣源 212與渦輪組件204之間。在示范性實(shí)施例中，壓縮空氣源212是氣體壓力容器(例如，安 裝到可運(yùn)輸車上的氣罐)?；蛘撸瑝嚎s空氣源212可為能使系統(tǒng)200如本文所述起作用的任 何合適的壓縮空氣源。在示范性實(shí)施例中，第一供應(yīng)閥210和第二供應(yīng)閥214為"開/關(guān)" 閥(即，球閥)，其便于允許壓縮空氣分別從核心發(fā)動機(jī)100和/或壓縮空氣源212向起動 器組件202流動。
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在示范性實(shí)施例中，起動器組件202包括壓力控制裝置216、方向流閥218、燃燒器 220和質(zhì)量流控制裝置222，它們沿著從核心發(fā)動機(jī)100和/或壓縮空氣源212到渦輪組件 204的流路依序彼此流通地聯(lián)接。在一實(shí)施例中，壓力控制裝置216是氣動壓力閥，其便于 調(diào)節(jié)壓縮空氣流的壓力。在一實(shí)施例中，方向流閥218是止回閥，其便于允許在僅一個方向 的空氣流(即，從第一供應(yīng)閥210和/或第二供應(yīng)閥214朝向渦輪組件204)。在一實(shí)施例 中，燃燒器220包括燃料噴射器(未圖示)和燃燒室(未圖示)，其便于混合燃料(例如，丙 烷、天然氣等)與來自核心發(fā)動機(jī)100和/或壓縮空氣源212的壓縮空氣流并點(diǎn)燃該混合 物以引起熱燃燒氣體朝向渦輪組件204流動。在一實(shí)施例中，質(zhì)量流控制裝置222包括可 變面積流噴嘴，其便于調(diào)節(jié)從燃燒器220和/或壓力控制裝置216朝向渦輪組件204的空 氣流的量?；蛘?，壓力控制裝置216、方向流閥218、燃燒器220和/或質(zhì)量流控制裝置222 可為使起動器組件202如本文所述起作用的任何合適裝置。 在示范性實(shí)施例中，渦輪組件204包括安裝于殼230內(nèi)的冷卻單元226和動力單 元228。動力單元228包括由第一軸236(即，渦輪壓縮機(jī))可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到動力渦輪234 的壓縮機(jī)232。動力渦輪234包括與燃燒器220流通地聯(lián)接的入口 238和與周圍環(huán)境流通 地聯(lián)接的出口 240。壓縮機(jī)232包括穿過第一入口閥244與冷卻組件206和/或周圍環(huán)境 流通地聯(lián)接的入口 242，以及與冷卻組件206流通地聯(lián)接的出口 246。冷卻單元226包括由 第二軸252(即，渦輪發(fā)電機(jī))可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到發(fā)電機(jī)250(例如，永磁發(fā)電機(jī))的冷卻渦輪 248。冷卻渦輪248包括與冷卻組件206流通地聯(lián)接的入口 254和出口 256。
在示范性實(shí)施例中，第一軸236和/或第二軸252由磁性軸承258可旋轉(zhuǎn)地支撐， 彼此在軸向?qū)?zhǔn)，和/或相對于彼此可獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，使得動力單元228能以第一速度操作而 冷卻單元226以不同于第一速度的第二速度操作以便于同時優(yōu)化動力單元228的操作效率 和冷卻單元226的操作效率。在另一實(shí)施例中，第一軸236和第二軸252可相對于彼此在 任何方向定向和/或可以相同速度操作。 在示范性實(shí)施例中，冷卻組件206包括穿過可變壓力調(diào)節(jié)閥262 (VPRV)與渦輪組 件204 (即，壓縮機(jī)232)流通地聯(lián)接的第一熱交換器260，可變壓力調(diào)節(jié)閥262 (VPRV)控制 從壓縮機(jī)232排放的空氣流的壓力。第一熱交換器260是預(yù)冷熱交換器，其降低來自VPRV 262的壓縮空氣流的溫度并維持其壓力。在一實(shí)施例中，第一熱交換器260是沖擊管(ram duct)熱交換器(即，"空氣至空氣"熱交換器)，其利用從周圍環(huán)境提取的空氣來降低從 VPRV 262排放的壓縮空氣流的溫度。在另一實(shí)施例中，第一熱交換器260是風(fēng)道熱交換器 (即，"空氣至空氣"熱交換器)，其利用從核心發(fā)動機(jī)IOO(在圖1中示出)內(nèi)的高壓壓縮機(jī) 104所提取的周圍空氣來降低從VPRV 262排放的壓縮空氣流的溫度。在一實(shí)施例中，VPRV 262穿過第一旁通閥264聯(lián)接到燃燒器220，其將來自VPRV 262的壓縮空氣流重定向回通 過燃燒器220。 在示范性實(shí)施例中，冷卻組件206還包括穿過第二旁通閥268與第一熱交換器260 流通地聯(lián)接的第二熱交換器266。第二熱交換器266是預(yù)冷熱交換器，其降低來自第一熱交 換器260的壓縮空氣流的溫度并維持其壓力。在一實(shí)施例中，第二熱交換器266是回?zé)崾?熱交換器(即，"空氣至空氣"熱交換器)，其利用穿過第二入口閥272的來自空氣輸入裝置 270的周圍空氣流和/或穿過第三旁通閥276的來自第三熱交換器274的冷卻空氣的流來 降低來自第一熱交換器260的壓縮空氣流的溫度。在另一實(shí)施例中，第二熱交換器266穿過第四旁通閥278與VPRV 262直接流通地聯(lián)接以將壓縮空氣流直接從VPRV 262導(dǎo)向到第 二熱交換器266。在備選實(shí)施例中，VPRV 262穿過第五旁通閥280和混合閥282直接聯(lián)接 到冷卻單元226以選擇性地允許一定量的壓縮空氣繞過第一熱交換器260和第二熱交換器 266來增加流入到冷卻渦輪248內(nèi)的壓縮空氣的溫度(g卩，以便于防止第三熱交換器274冷 凍)。 在示范性實(shí)施例中，第三熱交換器274穿過第三旁通閥276流通地聯(lián)接于渦輪組 件204 (即，冷卻渦輪出口 256)與第二熱交換器266之間和/或穿過第一排放閥284流通 地聯(lián)接于渦輪組件204與周圍環(huán)境之間。第三熱交換器274是"液體至空氣"熱交換器(例 如，聚a烯烴(PAO)熱交換器)，其使用來自冷卻渦輪248的空氣流來降低流過冷卻回路 286的液體的溫度，其中的至少一部分通過第三熱交換器274?；蛘?，冷卻回路286可使氣 體經(jīng)過它流動，且第三熱交換器274可為"空氣至空氣"熱交換器。在一實(shí)施例中，冷卻回 路286的一部分靠近電氣組件208定位以便將熱能從電氣組件208轉(zhuǎn)移到液體。在另一實(shí) 施例中，冷卻回路286包括泵288和儲集器290用于通過冷卻回路286(即，通過第三熱交 換器274)循環(huán)液體。 在示范性實(shí)施例中，電氣組件208經(jīng)由布線292電聯(lián)接到發(fā)電機(jī)250。在一實(shí)施例 中，電氣組件208包括系統(tǒng)控制器294、動力調(diào)節(jié)器296、至少一個航空電子裝置298 (例如， 雷達(dá))、動力轉(zhuǎn)換器300和電阻加熱器302。動力調(diào)節(jié)器296是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)250的輸出以符 合將要由發(fā)電機(jī)250提供動力的構(gòu)件的預(yù)定的電氣要求的電氣裝置，且動力轉(zhuǎn)換器300是 將一定量的動力從發(fā)電機(jī)250轉(zhuǎn)移到飛機(jī)總線304的電氣裝置。在一實(shí)施例中，動力調(diào)節(jié)器 296和/或動力轉(zhuǎn)換器300可包括將來自發(fā)電機(jī)250的交流電(AC)輸出轉(zhuǎn)換成直流(DC) 的裝置。在一實(shí)施例中，動力調(diào)節(jié)器296和/或動力轉(zhuǎn)換器300將來自發(fā)電機(jī)250的三相 交流動力轉(zhuǎn)換成例如115Vrms@400Hz的Mil-STD_704D/E的穩(wěn)定動力。
在示范性實(shí)施例中，電阻加熱器302沿著從第二熱交換器266到渦輪組件 204(即，冷卻渦輪入口 254)的流路定位。在一實(shí)施例中，電阻加熱器302是調(diào)整負(fù)載模塊 (trim load module, TLM)，其將來自發(fā)電機(jī)250的動力轉(zhuǎn)換成熱能以通過將熱能傳遞到從 第三熱交換器274穿過第二排放閥306到渦輪組件204 ( S卩，到壓縮機(jī)入口 242)和/或穿 過第三排放閥308到周圍環(huán)境的冷卻空氣流來維持發(fā)電機(jī)250的旋轉(zhuǎn)速度(即，TLM以熱 能形式耗散來自發(fā)電機(jī)250的超過電氣組件208要求的一定量的動力以便向發(fā)電機(jī)250提 供恒定負(fù)載)。 在示范性實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器294可包括任何基于處理器或基于微處理器的系 統(tǒng)，諸如計算機(jī)系統(tǒng)，其包括微控制器、精簡指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASICs)、邏 輯電路和能執(zhí)行本文所述功能的任何其它電路或處理器。如本文所用的術(shù)語"處理器"并不 僅限于在本領(lǐng)域中被稱作處理器的集成電路，而是廣義地指計算機(jī)、微控制器、微計算機(jī)、 可編程的邏輯控制器、專用集成電路和任何其它的可編程電路。此外，系統(tǒng)控制器294可為 微處理器，其包括只讀存儲器(ROM)和/或隨機(jī)訪問存儲器(RAM)，諸如，例如，具有2兆位 ROM和64千位RAM的32位微計算機(jī)。在示范性實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器294與存儲器310、 位于整個系統(tǒng)200上的多個傳感器和/或位于系統(tǒng)200內(nèi)的(例如，機(jī)載計算機(jī))和/或 遠(yuǎn)離系統(tǒng)200(例如，飛行控制器)的多種其它裝置通信(即，從這些裝置接收信號和/或 向這些裝置傳輸信號)。
在核心發(fā)動機(jī)100的第一操作模式，可從核心發(fā)動機(jī)100提取足量的壓縮空氣來 起動系統(tǒng)200而不會顯著降低核心發(fā)動機(jī)100的操作效率特征(例如，當(dāng)飛機(jī)巡航時)。在 第一操作模式，通過打開第一供應(yīng)閥210允許預(yù)定量的壓縮空氣從核心發(fā)動機(jī)100(例如， 從高壓壓縮機(jī)104)流動通過壓力控制裝置216，通過方向流閥218，并進(jìn)入燃燒器220內(nèi)來 起動系統(tǒng)200。燃燒器220混合壓縮空氣與燃料并點(diǎn)燃該混合物來產(chǎn)生通過質(zhì)量流控制裝 置222和通過動力渦輪入口 238的燃燒氣體流。燃燒氣體驅(qū)動動力渦輪234且隨后通過動 力渦輪出口 240排出到周圍環(huán)境。動力渦輪234使第一軸236旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動壓縮機(jī)232。當(dāng) 壓縮機(jī)232由動力渦輪234驅(qū)動時，第一入口閥244打開使得壓縮機(jī)232通過它抽取預(yù)定 量的周圍空氣。第一入口閥244隨后關(guān)閉。 壓縮機(jī)232壓縮來自第一入口閥244的周圍空氣并通過壓縮機(jī)出口 246將壓縮空 氣流向VPRV 262排放。來自VPRV 262的壓縮空氣流的第一部分被導(dǎo)向通過第一熱交換器 260，通過第二熱交換器266并進(jìn)入冷卻渦輪248內(nèi)以便于使第二軸252旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動發(fā)電機(jī) 250。來自VPRV 262的壓縮空氣流的第二部分被導(dǎo)向穿過第一旁通閥264并往回通過燃燒 器220。在壓縮空氣的第二部分流過燃燒器220之后，第一供應(yīng)閥210關(guān)閉，系統(tǒng)200變成 閉環(huán)系統(tǒng)。 在一實(shí)施例中，來自第二熱交換器266的壓縮空氣流被導(dǎo)向通過混合閥282并到 冷卻渦輪248內(nèi)。流入到冷卻渦輪248內(nèi)的壓縮空氣的溫度和壓力穿過冷卻渦輪248而被 降低，冷卻空氣流從冷卻渦輪248排放到第三熱交換器274?；旌祥y282混合來自第二熱交 換器266的壓縮空氣流與穿過第五旁通閥280的壓縮空氣流以升高被導(dǎo)入冷卻渦輪248內(nèi) 的壓縮空氣流的溫度，從而便于調(diào)節(jié)從冷卻渦輪248排放的冷卻空氣的溫度。第三熱交換 器274使用來自冷卻渦輪248的冷卻空氣流來降低流過冷卻回路286的液體的溫度。流過 第三熱交換器274的冷卻空氣被導(dǎo)向至第二熱交換器266以用于降低從第一熱交換器260 流過第二熱交換器266的壓縮空氣的溫度。從第三熱交換器274流過第二熱交換器266的 冷卻空氣被導(dǎo)向經(jīng)過電阻加熱器302，進(jìn)入壓縮機(jī)入口 242，通過壓縮機(jī)出口 246進(jìn)入冷卻 組件206，以通過閉環(huán)系統(tǒng)再循環(huán)。 在核心發(fā)動機(jī)100的第二操作模式，不能從核心發(fā)動機(jī)100提取足量的壓縮空氣 來起動系統(tǒng)200 (例如，當(dāng)飛機(jī)在地面上時)。在第二操作模式，通過打開第二供應(yīng)閥214允 許預(yù)定量的壓縮空氣從壓縮空氣源212流過壓力控制裝置216，通過方向流閥218，進(jìn)入燃 燒器220內(nèi)來起動系統(tǒng)200。燃燒器220混合壓縮空氣與燃料并點(diǎn)燃該混合物來產(chǎn)生通過 質(zhì)量流控制裝置222和通過動力渦輪入口 238的燃燒氣體流。燃燒氣體驅(qū)動動力渦輪234 且隨后通過動力渦輪出口 240排出到周圍環(huán)境。動力渦輪234使第一軸236旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動壓 縮機(jī)232。當(dāng)壓縮機(jī)232由動力渦輪234驅(qū)動時，第一入口閥244打開使得壓縮機(jī)232通過 它抽取預(yù)定量的周圍空氣。第一入口閥244隨后關(guān)閉。 壓縮機(jī)232壓縮來自第一入口閥244的周圍空氣并將壓縮空氣流通過壓縮機(jī)出口 246向VPRV 262排放。來自VPRV 262的壓縮空氣流的第一部分被導(dǎo)向通過第一熱交換器 260，通過第二熱交換器266，并到冷卻渦輪248內(nèi)以便于使第二軸252旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動發(fā)電機(jī) 250。來自VPRV 262的壓縮空氣流的第二部分被導(dǎo)向穿過第一旁通閥264并往回通過燃燒 器220。在壓縮空氣的第二部分流過燃燒器220后，第二供應(yīng)閥214關(guān)閉，系統(tǒng)200變成閉 環(huán)系統(tǒng)。
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在一實(shí)施例中，來自第二熱交換器266的壓縮空氣流被導(dǎo)向通過混合閥282并到 冷卻渦輪248內(nèi)。流入到冷卻渦輪248內(nèi)的壓縮空氣的溫度和壓力穿過冷卻渦輪248而被 降低，冷卻空氣流從冷卻渦輪248向第三熱交換器274排放。混合閥282混合來自第二熱交 換器266的壓縮空氣流與穿過第五旁通閥280的壓縮空氣流以升高被導(dǎo)向至冷卻渦輪248 內(nèi)的壓縮空氣流的溫度，從而便于調(diào)節(jié)從冷卻渦輪248排放的冷卻空氣的溫度。第三熱交 換器274使用來自冷卻渦輪248的冷卻空氣流來降低流過冷卻回路286的液體的溫度。流 過第三熱交換器274的冷卻空氣被導(dǎo)向至第二熱交換器266用于降低從第一熱交換器260 流過第二熱交換器266的壓縮空氣的溫度。從第三熱交換器274流過第二熱交換器266的 冷卻空氣被導(dǎo)向經(jīng)過電阻加熱器302，進(jìn)入壓縮機(jī)入口 242，并通過壓縮機(jī)出口 246到冷卻 組件206內(nèi)以通過閉環(huán)系統(tǒng)再循環(huán)。 在備選實(shí)施例中，來自核心發(fā)動機(jī)100和/或壓縮空氣源212的壓縮空氣可通過 繞過方向流閥218和燃燒器220而被導(dǎo)入到質(zhì)量流控制裝置222內(nèi)。在其它實(shí)施例中，來 自壓縮機(jī)232的壓縮空氣可通過第四旁通閥278導(dǎo)向到第二熱交換器266，從而繞過第一熱 交換器260。在其它實(shí)施例中，第一排放閥284、第三排放閥308和第二入口閥272可打開， 而第三旁通閥276和第二排放閥306關(guān)閉，使得來自空氣輸入裝置270的周圍空氣被導(dǎo)向 穿過第二熱交換器266，經(jīng)過電阻加熱器302，進(jìn)入周圍環(huán)境，和/或流過第三熱交換器274 的冷卻空氣被排出到周圍環(huán)境。 在另一備選實(shí)施例中，渦輪組件204可包括磁性聯(lián)接器314，磁性聯(lián)接器314可選 擇性地操作以便于在不使用來自核心發(fā)動機(jī)100和/或壓縮空氣源212的壓縮空氣的情況 下起動系統(tǒng)200。具體而言，當(dāng)來自核心發(fā)動機(jī)100和/或壓縮空氣源212的壓縮空氣得不 到或不合需要時，磁性聯(lián)接器314在第一軸236與第二軸252之間通電以將第一軸236和 第二軸252可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接在一起。在磁性聯(lián)接器314通電后，發(fā)電機(jī)250使用來自外部動 力源316和/或飛機(jī)總線304的動力來使第一軸236和第二軸252旋轉(zhuǎn)，從而作為馬達(dá)操 作以將周圍空氣抽取到壓縮機(jī)232內(nèi)用于起動系統(tǒng)200。 在示范性實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器294被編程以執(zhí)行以下任務(wù)(1)從壓縮空氣源 212和/或核心發(fā)動機(jī)100選擇性地釋放壓縮空氣流以便于優(yōu)化核心發(fā)動機(jī)100的效率特 征；(2)調(diào)節(jié)渦輪組件204的至少一個操作特征(例如，藉由對通過質(zhì)量流控制裝置222的 空氣流節(jié)流來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)232和/或動力渦輪234的操作速度)；(3)在核心發(fā)動機(jī)100的 非操作周期期間操作動力單元228(例如，當(dāng)需要動力來執(zhí)行核心發(fā)動機(jī)100的起動操作時 和/或當(dāng)需要緊急動力來向飛機(jī)的構(gòu)件提供動力時操作動力單元228) ;(4)將來自發(fā)電機(jī) 250的動力轉(zhuǎn)移到電阻加熱器302以便于向發(fā)電機(jī)250提供恒定負(fù)載；和/或(5)執(zhí)行系 統(tǒng)差錯檢測和/或向位于飛機(jī)上的主飛機(jī)控制系統(tǒng)和/或向遠(yuǎn)離飛機(jī)的飛行控制器報告。 或者，系統(tǒng)控制器294可被編程以執(zhí)行本文所述的系統(tǒng)200的任何操作。
在一實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器294通過調(diào)節(jié)在電阻加熱器302內(nèi)的多個高速電力切 換電路(未圖示)和/或通過操作壓力控制裝置216向渦輪組件204供應(yīng)來自核心發(fā)動機(jī) 100的所希望壓力和/或溫度的所希望的量的壓縮空氣來控制系統(tǒng)200的能量平衡。在另 一實(shí)施例中，從飛機(jī)總線304獲得用于系統(tǒng)200的初始動力，且在系統(tǒng)200到達(dá)穩(wěn)態(tài)操作后 (即，在形成閉環(huán)后)，系統(tǒng)控制器294切換來自磁性軸承258的電力和/或來自飛機(jī)總線 304的其它電力需求，以便從發(fā)電機(jī)250輸出動力。
在另一實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)電機(jī)250產(chǎn)生過量動力時(S卩，當(dāng)電氣組件208對冷卻的需 要多于對動力的需要時)，系統(tǒng)控制器294將來自發(fā)電機(jī)250的高頻交流動力轉(zhuǎn)移到飛機(jī)總 線304上，且基本上無動力質(zhì)量損失，從而減輕發(fā)電機(jī)250的負(fù)載并使系統(tǒng)200與飛機(jī)總線 304隔離，且動力轉(zhuǎn)換器300調(diào)節(jié)由發(fā)電機(jī)250所產(chǎn)生的高頻動力和/或使由發(fā)電機(jī)250所 產(chǎn)生的高頻動力同步以傳輸?shù)斤w機(jī)總線304，導(dǎo)致轉(zhuǎn)移到電阻加熱器302的動力減少，從核 心發(fā)動機(jī)100所提取的壓縮空氣更有效地使用，從系統(tǒng)200排出的空氣的溫度更低，和/或 在飛機(jī)的主發(fā)電機(jī)(未圖示)上的電負(fù)載減小。 在另一實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器294基于發(fā)電機(jī)250的旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)整轉(zhuǎn)移到電阻 加熱器302的動力。在一實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器294監(jiān)控轉(zhuǎn)移到電阻加熱器302的動力的量 并維持系統(tǒng)200上最小的偏差動力水平。為了防止飛機(jī)的主發(fā)電機(jī)降低負(fù)載，系統(tǒng)控制器 294持續(xù)監(jiān)控由主發(fā)電機(jī)供應(yīng)的動力的量并比較由主發(fā)電機(jī)供應(yīng)的動力與最小設(shè)置點(diǎn)的動 力量來確定可置于飛機(jī)總線304上的最大的動力的量。如果主發(fā)電機(jī)動力低于設(shè)置點(diǎn)動力 量，那么系統(tǒng)控制器294防止從發(fā)電機(jī)250轉(zhuǎn)移額外的動力到飛機(jī)總線304。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解且基于前文的說明書，使用計算機(jī)編程或工程技術(shù)來實(shí) 施本發(fā)明的上述實(shí)施例，計算機(jī)編程或工程技術(shù)包括計算機(jī)軟件、固件、硬件或其任何組合 或子集，其中一個技術(shù)效果在于便于提供冷卻和動力。所產(chǎn)生的任何具有計算機(jī)可讀代碼 機(jī)構(gòu)的程序可實(shí)施于或提供于一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)內(nèi)，從而做出根據(jù)所討論的本發(fā) 明的實(shí)施例的計算機(jī)程序產(chǎn)品，即，制品。計算機(jī)可讀介質(zhì)可為，例如，但不限于，固定(硬) 驅(qū)動器，磁盤、光盤、磁帶、諸如只讀存儲器(ROM)的半導(dǎo)體存儲器和/或諸如因特網(wǎng)或其它 通信網(wǎng)絡(luò)或鏈路的任何傳輸/接收介質(zhì)?？赏ㄟ^直接從一個介質(zhì)執(zhí)行代碼，通過從一個介 質(zhì)向另一個介質(zhì)拷貝代碼，和/或通過在網(wǎng)絡(luò)上傳輸代碼而做出和/或使用包含計算機(jī)代 碼的制品。 本文所述的方法和系統(tǒng)便于在飛機(jī)上提供冷卻和動力。具體而言，本文所述的方 法和系統(tǒng)便于優(yōu)化動力渦輪和壓縮機(jī)的速度來減小飛機(jī)推進(jìn)發(fā)動機(jī)的燃料消耗。此外，本 文所述的方法和系統(tǒng)便于優(yōu)化冷卻渦輪的速度而增大冷卻效率并維持發(fā)電機(jī)所希望的輸 出。此外，本文所述的方法和系統(tǒng)便于減小容納飛機(jī)上的冷卻與動力系統(tǒng)所需的空間要求 和便于減小與操作飛機(jī)上的冷卻與動力系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的燃料成本。 在上文中詳細(xì)描述了用于提供冷卻和動力的方法和系統(tǒng)的示范性實(shí)施例。如本文 所述的用于提供冷卻和動力的方法和系統(tǒng)并不限于本文所述的具體實(shí)施例，而是，方法和 系統(tǒng)的構(gòu)件可獨(dú)立地且與本文所述的其它構(gòu)件分開使用。例如，本文所述的方法和系統(tǒng)可 具有其它工業(yè)和/或消費(fèi)者應(yīng)用，且并不限于本文所述的對于飛機(jī)的實(shí)踐。而是可結(jié)合許 多其它工業(yè)來實(shí)施和利用本發(fā)明。 雖然關(guān)于各種具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到在本發(fā)明的 精神和范疇內(nèi)可在實(shí)踐中對本發(fā)明做出修改。
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權(quán)利要求
一種用于提供冷卻和動力的系統(tǒng)(200)，所述系統(tǒng)包括渦輪組件(204)，包括冷卻單元(226)，包括由第一軸(252)可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到發(fā)電機(jī)(250)的第一渦輪(248)；以及動力單元(228)，包括由第二軸(236)可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到壓縮機(jī)的第二渦輪(234)，所述動力單元與所述冷卻單元流通地聯(lián)接，使得所述第一軸和所述第二軸可相對于彼此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，還包括電氣組件(208)，所述電氣組 件(208)包括電聯(lián)接到所述發(fā)電機(jī)(250)的系統(tǒng)控制器(294)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述渦輪組件(204)還包括多個磁 性軸承(258)，所述第一軸(252)和所述第二軸(236)由所述磁性軸承而磁懸浮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述渦輪組件(204)還包括定位于 所述第一軸(252)與所述第二軸(236)之間的磁性聯(lián)接器(314)，所述磁性聯(lián)接器可選擇地 促動，以使所述第一軸聯(lián)接到所述第二軸，使得所述第一軸和所述第二軸可以一起旋轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，還包括流通地聯(lián)接于所述渦輪組件 (204)與壓縮空氣源(212)之間的起動器組件(202)，所述起動器組件包括燃燒器(220)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述起動器組件(202)還包括質(zhì)量 流裝置(222)，所述質(zhì)量流裝置(222)被配置成調(diào)節(jié)通過所述動力渦輪(234)的質(zhì)量流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，還包括與所述渦輪組件(204)流通 地聯(lián)接的冷卻組件(206)，所述冷卻組件包括第一空氣至空氣式熱交換器(260)和液體至 空氣式熱交換器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述冷卻組件(206)還包括與所述 第一空氣至空氣式熱交換器(260)和所述液體至空氣式熱交換器流通地聯(lián)接的第二空氣 至空氣式熱交換器(266)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述冷卻組件(206)還包括冷卻回 路(286)，所述冷卻回路(286)延伸通過所述液體至空氣式熱交換器，所述冷卻回路的至少 一部分定位于靠近所述電氣組件(208)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述電氣組件(208)包括電聯(lián)接 到所述發(fā)電機(jī)(250)的電阻加熱器(302)，所述電阻加熱器沿著所述冷卻組件(206)的流路 定位。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于提供冷卻和動力的系統(tǒng)(200)。該系統(tǒng)包括渦輪組件(204)，渦輪組件(204)包括冷卻單元(226)，冷卻單元(226)包括由第一軸(252)可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到發(fā)電機(jī)(250)上的第一渦輪(248)。動力組件還包括動力單元(228)，其包括由第二軸(236)可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到壓縮機(jī)的第二渦輪(234)，動力單元與冷卻單元流通地聯(lián)接，使得第一軸和第二軸可相對于彼此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
文檔編號F02C3/14GK101713338SQ20091017958
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者T·L·庫恩斯 申請人:通用電氣公司