双循环中冷发动机架构制造技术

一种燃气涡轮发动机包括主气体路径，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：主空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述主空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮，所述涡轮流体地连接到所述燃烧器的出口。所述涡轮可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机。涡轮冷却空气导管从所述涡轮冷却空气导管的空气入口延伸到所述涡轮冷却空气导管的空气出口。伸到所述涡轮冷却空气导管的空气出口。伸到所述涡轮冷却空气导管的空气出口。

【技术实现步骤摘要】
双循环中冷发动机架构


[0001]本公开总体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及具有中冷的燃气涡轮发动机。现有技术总是需要对航空航天
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工业中的发动机架构进行改进。
[0002]‎

技术实现思路
在本公开的一个方面，提供了一种燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机包括：主气体路径，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮区段，所述涡轮区段流体地连接到所述燃烧器区段的出口。所述涡轮区段可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机；并且输出轴可操作地连接到所述涡轮区段以由所述涡轮区段驱动。在某些实施方案中，所述燃气涡轮发动机包括：热交换器，所述热交换器具有流体地连接到所述主气体路径的气体导管和与所述气体导管流体隔离并且与所述气体导管热连通的流体导管，所述流体导管具有液态氢入口和流体地连接到所述液态氢入口的气态氢出口。
[0003]在某些实施方案中，所述燃气涡轮发动机包括膨胀涡轮，所述膨胀涡轮具有流体地连接到所述气态氢出口的气体入口和流体地连接到所述气体入口的气体出口，所述膨胀涡轮的所述气体出口流体地连接到所述燃烧器。在某些实施方案中，所述压缩机具有多个压缩机区段，并且所述热交换器的所述气体导管在位于所述多个压缩机区段中的相邻压缩机区段之间的位置处流体地连接到所述主气体路径。
[0004]在某些实施方案中，液态氢泵流体地连接到所述热交换器的液态氢入口并且能够操作来将液态氢供应到所述热交换器的所述液态氢入口。在某些实施方案中，所述燃气涡轮发动机可包括以下中的一者或两者：气态氢蓄积器，所述气态氢蓄积器相对于氢流位于所述热交换器的下游，使得所述气态氢蓄积器位于所述热交换器与所述燃烧器之间；以及气态氢计量器，所述气态氢计量器相对于氢流位于所述气态氢蓄积器的下游以用于控制到所述燃烧器的氢气的流量，使得所述气态氢计量器位于所述蓄积器与所述燃烧器之间。
[0005]在某些实施方案中，所述膨胀涡轮可操作地连接到所述输出轴以与所述涡轮区段并行地驱动所述输出轴。在某些实施方案中，所述燃气涡轮发动机包括齿轮箱，其中所述齿轮箱可操作地连接到由所述燃气涡轮发动机的涡轮区段驱动的主轴。所述齿轮箱还可包括由来自所述涡轮区段和所述膨胀涡轮的组合动力驱动的输出轴。在某些实施方案中，氢膨胀涡轮的出口与燃烧器流体连通，以向燃烧器提供燃烧器就绪氢气并且向齿轮箱添加另外的旋转动力。
[0006]在某些实施方案中，膨胀涡轮可操作地连接到以下中的一者或两者：电力发电机，以驱动电力发电机；以及辅助空气压缩机，以驱动辅助空气压缩机。
[0007]在某些实施方案中，控制器可操作地连接到气态氢计量器和位于齿轮箱、氢膨胀涡轮和/或涡轮区段中的任一者中的至少一个传感器，所述控制器可包括机器可读指令，所述机器可读指令致使所述控制器接收用于命令动力的输入，接收来自齿轮箱、氢膨胀涡轮和/或涡轮区段中的至少一者的输入，经由气态氢计量器调整气态氢的流量以实现命令动
力。
[0008]在本公开的另一方面，提供了
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一种主气体路径，其具有流体串联连通的以下各项：空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮区段，所述涡轮区段流体地连接到所述燃烧器的出口，所述涡轮区段可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机，其中所述压缩机具有多个压缩机区段。输出轴可操作地连接到涡轮区段以由涡轮区段驱动。燃气涡轮发动机包括：热交换器，所述热交换器具有流体地连接到主气体路径的气体导管以及与气体导管流体隔离并且与气体导管热连通的流体导管，流体导管具有液态氢入口和流体地连接到液态氢入口的气态氢出口，其中并且热交换器的气体导管在位于多个压缩机区段中的相邻压缩机区段之间的位置处流体地连接到主气体路径。在某些实施方案中，压缩机、燃烧器和涡轮区段是以下中的一者的一部分：燃气涡轮发动机、往复式热力发动机和旋转热力发动机。
[0009]在某些实施方案中，液态氢泵与热交换器的液态氢入口流体连通，其中燃烧器也流体连通以相对于氢流在热交换器的下游接收氢气以用于氢气和空气的燃烧。
[0010]在某些实施方案中，燃气涡轮发动机包括：氢膨胀涡轮，所述氢膨胀涡轮流体连通以从热交换器的气态氢出口接收氢气，膨胀涡轮包括可旋转部件，所述可旋转部件可操作地连接到膨胀涡轮以通过膨胀涡轮
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的
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旋转而旋转，其中可旋转部件也可操作地连接到齿轮箱。在某些实施方案中，氢膨胀涡轮的出口与燃烧器流体连通，以向燃烧器提供燃烧器就绪氢气并且向齿轮箱添加另外的旋转动力。
[0011]在某些实施方案中，燃气涡轮发动机包括：气态氢蓄积器，所述气态氢蓄积器相对于氢流位于热交换器的下游，其中气态氢蓄积器位于热交换器与燃烧器之间。在某些实施方案中，燃气涡轮发动机包括：气态氢计量器，所述气态氢计量器相对于氢流位于气态氢蓄积器的下游以用于控制到燃烧器的氢气的流量，其中气态氢计量器位于蓄积器与燃烧器之间。
[0012]在本公开的又一方面，
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提供了一种操作飞行器的方法。所述方法包括：将液态氢流膨胀为气态氢流；从所述气态氢流提取动能以使所述飞行器的可旋转部件旋转；在所述提取之后，在所述飞行器的燃气涡轮发动机的燃烧器中燃烧所述气态氢流。在某些实施方案中，使用可旋转部件的旋转生成以下中的一者或两者：推力和电力。
[0013]在实施方案中，所述方法包括：利用位于所述热交换器下游的氢膨胀涡轮从气态氢流提取动力。在某些实施方案中，所述方法包括：将来自膨胀涡轮的动力与来自由涡轮区段驱动的主轴的动力组合以驱动输出轴。在某些实施方案中，所述方法包括：接收来自齿轮箱、氢膨胀涡轮和/或涡轮区段中的至少一者的输入；以及向气态氢计量器输出命令以在输出轴处实现命令动力输出。
[0014]在某些实施方案中，所述方法包括：将燃气涡轮发动机改造成具有双循环中冷架构。在某些此类实施方案中，改造可包括：引入液态氢供应源；将热交换器引入到位于第一级压缩机与第二级压缩机之间的管道；在热交换器与第二级压缩机之间引入气态氢蓄积器和气态氢计量器；以及在热交换器与气态氢蓄积器之间引入膨胀涡轮，所述膨胀涡轮可操作地连接到齿轮箱。在某些此类实施方案中，改造还可包括：经由第一管线中的液态氢泵将液态氢供应源连接到热交换器；经由第二管线将热交换器连接到膨胀涡轮；以及经由第三管线将膨胀涡轮连接到第二级压缩机，其中气态氢蓄积器和气态氢计量器设置在第三管线
中。
[0015]在本公开的又一方面，提供了
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一种燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机包括主气体路径，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：主空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述主空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮，所述涡轮流体地连接到所述燃烧器的出口。所述涡轮可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种燃气涡轮发动机，其包括：主气体路径，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：主空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述主空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮，所述涡轮流体地连接到所述燃烧器的出口，所述涡轮可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机；以及涡轮冷却空气导管，所述涡轮冷却空气导管从所述涡轮冷却空气导管的空气入口延伸到所述涡轮冷却空气导管的空气出口，上游的所述空气入口在所述压缩机下游和所述燃烧器的燃烧室上游的位置处与所述主气体路径流体连通地连接，所述空气出口连接到所述涡轮区段以用于使用来自所述压缩机的通过所述涡轮冷却空气路径传送的空气冷却所述涡轮区段；并且其中所述涡轮冷却空气导管部分地由热交换器的空气导管限定，所述热交换器具有与所述空气导管流体隔离并且与所述空气导管热连通的流体导管，所述流体导管从所述流体导管的氢入口延伸到所述流体导管的氢出口，所述氢入口流体地连接到氢源，所述氢出口流体地连接到所述燃烧器。2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其包括：压缩机区段，所述压缩机区段流体地连接到所述主空气入口并且具有多个压缩机级；以及涡轮区段，所述涡轮区段流体地连接到所述燃烧器的所述出口并且可操作地连接到所述压缩机区段以驱动所述压缩机区段，所述涡轮区段具有多个涡轮级，并且其中：所述压缩机是所述多个压缩机级中的一个压缩机级，所述涡轮是所述多个涡轮级中的一个涡轮级，并且所述涡轮冷却空气导管的所述空气入口流体地位于所述多个压缩机级中的至少一个压缩机级的下游。3.如权利要求2所述的发动机，其中所述涡轮冷却空气导管的所述空气入口流体地位于所述多个压缩机级中的所有压缩机级的下游。4.如权利要求3所述的发动机，其中所述涡轮冷却空气路径的所述空气出口流体地位于所述多个涡轮级中的所有涡轮级的上游。5. 如权利要求2所述的发动机，其中：所述热交换器是下游热交换器并且所述主气体路径部分地由在所述主气体路径中的位于所述多个压缩机级中的相邻压缩机级之间的位置处的上游热交换器的空气导管限定，所述上游热交换器具有与所述上游热交换器的所述空气导管流体隔离并且与所述上游热交换器的所述空气导管热连通的流体导管；并且所述下游热交换器的流体导管经由所述上游热交换器的所述流体导管流体地连接到所述氢源。6.如权利要求5所述的发动机，其中所述燃烧器经由氢导管流体地连接到所述氢源，所述氢导管部分地由所述上游热交换器和所述下游热交换器的所述流体导管以及由能够操作来将氢从所述氢源移动到所述燃烧器的泵限定。7. 如权利要求6所述的发动机，其中：所述氢源是液态氢源，所述液态氢源能够操作来向所述上游热交换器的所述流体导管
提供液态氢供应；并且所述泵是液态氢泵，所述液态氢泵设置在所述氢导管中的流体地位于所述上游热交换器的所述流体导管上游的位置处。8.如权利要求7所述的发动机，其中所述上游热交换器和所述下游热交换器以及所述液态氢泵的尺寸被设定成将大部分的所述液态氢供应转化为气态氢供应。9.如权利要求7所述的发动机，其中所述上游热交换器和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：普拉特惠特尼加拿大公司，
类型：发明
国别省市：