用于飞行器的混合电力推进系统和其涡轮机的起动方法技术方案

本申请提供一种用于飞行器的混合电力推进系统和其涡轮机的起动方法。所述混合电力推进系统包括推进器和涡轮机。所述涡轮机包括高压涡轮，所述高压涡轮通过高压转轴驱动联接到高压压缩机。所述混合电力推进系统还包括电气系统，所述电气系统包括第一电机、第二电机和电能储存单元，所述电能储存单元可电连接至第一电机和第二电机。所述第一电机联接到所述涡轮机的所述高压转轴，所述第二电机联接到所述推进器以用于驱动所述推进器以为飞行器提供推进益处。所述混合电力推进系统还包括控制器，所述控制器配置成将电功率从电源提供至所述第一电机，以驱动所述第一电机起动或者辅助起动所述涡轮机。

【技术实现步骤摘要】
用于飞行器的混合电力推进系统和其涡轮机的起动方法
本申请的主题一般涉及混合电力飞行器推进系统，以及一种起动混合电力飞行器推进系统内的涡轮机的方法。
技术介绍
传统的商业飞行器大体包括机身、一对机翼、和提供推力的推进系统。推进系统通常包括至少两个飞行器发动机，例如涡扇喷气发动机。每一个涡扇喷气发动机通常安装于飞行器机翼中相应的一个机翼，例如处于位于机翼下方、与机翼和机身分开的悬空位置。一开始必须起动涡扇喷气式发动机。另外，在飞行期间如果涡扇喷气式发动机非计划关闭则可能需要起动或者更具体地重新起动一个或多个涡扇喷气式发动机。例如，由于吸入冰块、鸟击、由飞行机组命令的不经意的发动机关闭，涡扇喷气式发动机可能关闭。在一开始起动时，起动器系统(例如气动起动器)使发动机旋转到足以发起涡扇喷气式发动机的燃烧区段的点燃的速度。关于飞行中起动，目前有至少两种类型。飞行中发动机起动的第一种类型是“辅助”起动，其中，发动机被通过发动机的气流和起动器系统施加的扭矩两者旋转。飞行中发动机起动的第二种类型通常称作“未辅助”起动，原因是未利用常规的发动机起动器，来使发动机加速。代之，仅是通过发动机的环境气流产生扭矩，使发动机在灭火(lightoff)之前旋转到最小速度。与通过发动机的气流关联的此扭矩通常称作“风转(windmilling)”扭矩。在未辅助情况下的扭矩和所产生的最小灭火前速度相对于在辅助起动操作中获得的扭矩和速度通常较低。辅助起动通常优于未辅助起动，原因是附加的起动器扭矩使发动机更快更可靠地达到怠速，且由于高排气温度等导致的对发动机的总应力较小。无论如何，在某些条件下由于起动器系统的电力不可用，需要以未辅助方式起动发动机。在大多数情况下，起动器系统由另一飞行器发动机提供的气动能或者由辅助动力单元(APU)供能。如果既没有运行，也没有有效地运行，则气动能可能对起动器系统不可用，因此重新起动必须是未辅助类型的。当执行未辅助起动时，发动机灭火必须出现在最小速度，所述最小速度由风转扭矩确定。此最小速度相对于辅助情况较低，因此主燃料泵(其通过核心的旋转驱动)通常尺寸过大以能够提供足够的燃料以此最小速度起动发动机。另外，与辅助起动相比，在未辅助情况下缺少起动器系统扭矩导致较高的内部温度，较慢的加速度速率以及在任何特定的加速度速率下降低的压缩机失速裕度。这些因素可降低成功起动的概率，增加执行重新起动所需的时间，并且由于升高的内部温度可能降低发动机内某些部件的使用寿命。类似地，在辅助起动中，传统的起动器系统通常提供次优扭矩贡献，这是由于起动器系统的限制扭矩/功率容量，以及缺少以接近或超越发动机怠速的速度操作起动器的能力。在高纬度和飞行中起动期间此次优扭矩贡献变差，因为当环境压力降低时(即当在较高高度操作时)给起动器系统提供气动功率的系统通常经历容量的降低。因此，具有以下特征的推进系统将是有用的：提供燃气涡轮发动机的较高概率的起动；燃气涡轮发动机的更高效的起动，和/或燃气涡轮发动机的更快速的起动。
技术实现思路
本申请的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本申请的实施而得知。在本公开的一个示例性实施例中，提供一种用于飞行器的混合电力推进系统。所述混合电力推进系统包括推进器和涡轮机。所述涡轮机包括高压涡轮，所述高压涡轮通过高压转轴驱动联接到高压压缩机。所述混合电力推进系统还包括电气系统，所述电气系统包括第一电机、第二电机和电能储存单元，所述电能储存单元可电连接至第一电机和第二电机。所述第一电机联接到所述涡轮机的所述高压转轴，所述第二电机联接到所述推进器以用于驱动所述推进器，为飞行器提供推进益处。所述混合电力推进系统还包括控制器，所述控制器配置成将电功率从电源提供至所述第一电机，以驱动所述第一电机起动或者辅助起动所述涡轮机。在某些示例性实施例中，所述涡轮机配置为第一涡扇发动机的一部分，其中，所述推进器配置为第二涡扇发动机的一部分。在某些示例性实施例中，所述涡轮机配置为涡扇发动机的一部分，其中，所述推进器配置为电力推进器组件的一部分。在某些示例性实施例中，所述高压涡轮和所述高压压缩机至少部分地限定核心空气流动路径，其中，所述第一电机设置在所述核心空气流动路径内。在某些示例性实施例中，所述电源是所述电能储存单元，其中，所述电能储存单元与所述第一电机和所述第二电机两者选择性电连通。在某些示例性实施例中，所述控制器还配置成在所述涡轮机操作期间从所述第一电机提取电功率，其中，所述能量储存单元配置成储存至少大约五十千瓦-小时的电功率，并且其中，所述第一电机配置成在所述涡轮机操作期间发电至少大约五十千瓦。在某些示例性实施例中，能量储存单元配置成储存至少大约六十五千瓦-小时的电功率。在本公开的一个示例性方面，提供一种用于起动飞行器的混合电力推进系统的涡轮机的方法。所述混合电力推进系统包括推进器、涡轮机和电气系统，所述电气系统包括第一电机、第二电机和电能储存单元，所述第一电机联接到所述涡轮机的高压系统，所述第二电机联接到所述推进器。所述方法包括：由一个或多个计算装置接收发动机起动命令；由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述第一电机，以驱动所述第一电机，并使所述涡轮机的高压系统旋转到至少最小阈值速度；一旦所述涡轮机的高压系统正以至少所述最小阈值速度旋转，则由所述一个或多个计算装置发起所述涡轮机的燃烧区段的燃烧器的点燃；以及由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述第二电机，以驱动所述推进器并为飞行器提供推进益处。在某些示例性方面，所述最小阈值速度在所述涡轮机的怠速的大约百分之五十五之内。在某些示例性方面，所述发动机起动命令是发动机重起命令。例如，在某些示例性方面，由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述第一电机包括由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述第一电机，使得所述第一电机单独与通过所述涡轮机的环境气流结合使所述涡轮机的高压系统旋转。在某些示例性方面，所述电能储存单元配置成储存至少大约五十千瓦小时的电功率。在本公开的另一示例性方面，提供一种用于起动飞行器的混合电力推进系统的涡轮机的方法。所述混合电力推进系统包括推进器、涡轮机和电气系统，所述电气系统包括第一电机、第二电机和电能储存单元，所述第一电机联接到所述涡轮机的高压系统，所述第二电机联接到所述推进器。所述方法包括：由一个或多个计算装置接收发动机起动命令；由所述一个或多个计算装置接收指示发动机起动参数值的数据；响应于指示所述发动机起动参数值的所接收的数据，由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述第一电机以驱动所述第一电机，并使所述涡轮机的高压系统旋转；以及由所述一个或多个计算装置发起所述涡轮机的燃烧区段的燃烧器的点燃。在某些示例性方面，所述发动机起动参数值为以下的至少一个：核心速度加速度值、核心速度值、排气温度值或失速裕度值。在某些示例性方面，由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述第一电机包括响应于指示所述发动机起动参数值的所接收的数据，由所述一个或多个计算装置修改从所述电能储存单元提供至所述第一电机的电功率的量，以驱动所述第一电机并使所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞行器的混合电力推进系统，包括：推进器；涡轮机；所述涡轮机包括高压涡轮，所述高压涡轮通过高压转轴驱动联接到高压压缩机；电气系统，所述电气系统包括第一电机、第二电机和电能储存单元，所述电能储存单元可电连接至所述第一和第二电机，所述第一电机联接到所述涡轮机的所述高压转轴，所述第二电机联接到所述推进器以用于驱动所述推进器，为所述飞行器提供推进益处；以及控制器，所述控制器配置成将电功率从电源提供至所述第一电机，以驱动所述第一电机起动或者辅助起动所述涡轮机。

【技术特征摘要】
2017.06.12 US 15/6196731.一种用于飞行器的混合电力推进系统，包括：推进器；涡轮机；所述涡轮机包括高压涡轮，所述高压涡轮通过高压转轴驱动联接到高压压缩机；电气系统，所述电气系统包括第一电机、第二电机和电能储存单元，所述电能储存单元可电连接至所述第一和第二电机，所述第一电机联接到所述涡轮机的所述高压转轴，所述第二电机联接到所述推进器以用于驱动所述推进器，为所述飞行器提供推进益处；以及控制器，所述控制器配置成将电功率从电源提供至所述第一电机，以驱动所述第一电机起动或者辅助起动所述涡轮机。2.根据权利要求1所述的混合电力推进系统，其中，所述高压涡轮和所述高压压缩机至少部分地限定核心空气流动路径，并且其中，所述第一电机设置在所述核心空气流动路径内。3.一种用于起动飞行器的混合电力推进系统的涡轮机的方法，所述混合电力推进系统包括推进器、涡轮机和电气系统，所述电气系统包括第一电机、第二电机和电能储存单元，所述第一电机联接到所述涡轮机的高压系统，所述第二电机联接到所述推进器，所述方法包括：由一个或多个计算装置接收发动机起动命令；由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述第一电机，以驱动所述第一电机，并使所述涡轮机的高压系统旋转到至少最小阈值速度；一旦所述涡轮机的高压系统正以至少所述最小阈值速度旋转，则由所述一个或多个计算装置发起所述涡轮机的燃烧区段的燃烧器的点燃；以及由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述第二电机，以驱动所述推进器并为飞行器提供推进益处。4.根据权利要求3所述的方法，其中，由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述第一电机包括由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述第一电机，使得所述第一电机单独与通过所述涡轮机的环境气流结合使所述涡轮机的高压系统旋转。5.一种用于起动飞行器的混合电力推进系统的涡轮机的方法，所述混合电力推进系统包括推进器、涡轮机和电气系统，所述电气系统包括第一电机、第二电机和电能储存单元，所述第一电机联接到所述涡轮机的高压系统，所述第二电机联接到所述推进器，所述方法包括：由一个或多个计算装置接收发动机起动命令；由所述一个或多个计算装置接收指示发动机起动参数值的数据；响应于指示所述发动机起动参数值的所接收的数据，...

【专利技术属性】
技术研发人员：RC洪，MT甘斯勒，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US