具有组合的发电机冷却的辅助动力单元制造技术

用于飞行器的辅助动力单元，所述辅助动力单元包括内燃机、发电机、第一热交换器、第二热交换器、排气管道以及风扇，所述内燃机具有液体冷却剂系统，所述发电机驱动式接合到所述内燃机，且具有与所述内燃机的液体冷却剂系统不同的液体冷却剂系统，所述第一热交换器与所述内燃机的液体冷却剂系统流体连通，所述第二热交换器与所述发电机的液体冷却剂系统流体连通，所述排气管道与所述热交换器的空气管道流体连通，所述风扇被接收在所述排气管道中，并且能够借助于所述内燃机来旋转以便驱动冷却空气流通过空气通道。所述发动机的液体冷却剂系统可以与所述辅助动力单元的燃料和润滑系统不同。还讨论了一种用于冷却发电机和内燃机的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有组合的发电机冷却的辅助动力单元相关申请的交叉引用本申请要求于2016年8月3日提交的第15/227,483号美国申请以及于2015年8月7日提交的第62/202,275号美国临时申请的优先权，所述两篇文献的全部内容通过引用合并至本文。
本申请总体上涉及复合式发动机组件，更具体地涉及被用作辅助动力单元（APU）的这样的组件。
技术介绍
包括具有燃烧器的发动机核心的传统燃气涡轮发动机辅助动力单元通常需要用于发电机的冷却系统，所述辅助动力单元用于驱动发电机。这样的冷却系统可包括风扇和/或喷射器，这有可能意味着在飞行中显著的动力损失和/或产生阻力损失。此外，这样的传统燃气涡轮发动机辅助动力单元通常具有相对高温的排气，因此需要在排气管道壁中使用高温材料，这有可能意味着高昂的成本。
技术实现思路
在一个方面中，提供了用于飞行器的辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：内燃机、发电机、第一热交换器、第二热交换器、排气管道以及风扇，所述内燃机具有与所述辅助动力单元的任何燃料和润滑系统不同的液体冷却剂系统，所述发电机驱动式接合到所述内燃机，所述发电机具有与所述内燃机的液体冷却剂系统不同的液体冷却剂系统；所述第一热交换器具有与所述内燃机的液体冷却剂系统流体连通的第一冷却剂通道、以及与所述第一冷却剂通道处于热交换关系的第一空气通道；所述第二热交换器具有与所述发电机的液体冷却剂系统流体连通的第二冷却剂通道以及与所述第二冷却剂通道处于热交换关系的第二空气通道；所述排气管道与所述第一和第二空气通道流体连通；所述风扇被接收在所述排气管道中，并可借助于所述内燃机旋转，以用于驱动冷却空气流通过所述第一空气通道和第二空气通道。在另一方面中，提供了一种用于飞行器的辅助动力单元，所述辅助动力单元包括内燃机、压缩机、涡轮部分、发电机、第一热交换器、第二热交换器、以及风扇，所述内燃机具有液体冷却剂系统，所述压缩机具有与所述内燃机的入口流体连通的出口，所述涡轮部分具有与所述内燃机的出口流体连通的入口，所述涡轮部分包括与所述内燃机复合的至少一个涡轮，所述发电机可由内燃机驱动，且具有与所述内燃机的液体冷却剂系统不同的液体冷却剂系统，所述第一热交换器与所述内燃机的液体冷却剂系统流体连通，所述第二热交换器与所述发电机的液体冷却剂系统流体连通，所述风扇可借助于所述内燃机旋转，以用于驱动冷却空气流通过第一热交换器和第二热交换器。在另一方面中，提供了一种冷却用于飞行器的辅助动力单元的发电机以及内燃机的方法，所述方法包括：使第一液体冷却剂循环通过内燃机；使第二液体冷却剂循环通过发电机；以及利用由内燃机驱动的风扇来驱动与第一和第二液体冷却剂处于热交换关系的冷却空气流。附图说明现在参照附图，在附图中：图1是根据具体的实施例的辅助动力单元的示意性截面侧视图；图2是图1的辅助动力单元的示意性截面平面图；图3是图1的辅助动力单元的示意性三维图；图4是可被用于图1-图3的辅助动力单元中的旋转发动机的示意性截面图；图5是根据另一具体的实施例的辅助动力单元的示意性三维图；图6是图5的辅助动力单元的从相对侧来看的另一示意性三维图；图7是图5的辅助动力单元的部分的示意性截面图；图8是被接收在飞行器的尾锥中的图5的辅助动力单元的端的部分透明的示意性三维图；图9是根据具体的实施例的辅助动力单元和尾锥的示意性仰视图，其中为了清楚而移除了尾锥的一部分；图10是图9的辅助动力单元和尾锥的示意性侧视图，其中为了清楚而移除了尾锥的一部分；图11是图5和图9的辅助动力单元的压缩机和涡轮部分的示意性截面图；图12是根据另一具体的实施例的辅助动力单元的部分的示意性截面图，示出了冷却入口和热交换器构造，所述冷却入口和热交换器构造可替代性地被用于上述辅助动力单元中的任一者；图13是根据另一具体的实施例的辅助动力单元的部分的示意性截面图，示出了冷却入口和热交换器构造，所述冷却入口和热交换器构造可替代性地被用于上述辅助动力单元中的任一者；图14是根据另一具体的实施例的压缩机部分的示意性截面图，该压缩机部分可替代性地被用于上述辅助动力单元中的任一者；图15是根据另一具体的实施例的压缩机和涡轮构造的图示，其可替代性地被用于上述辅助动力单元中的任一者；以及图16是图15的压缩机和涡轮构造的示意性截面图。具体实施方式本说明包括复合式发动机组件辅助动力单元，其用于为空运辅助动力单元应用提供补充的地面和飞行气动动力和/或电力。在具体的实施例中，辅助动力单元被构造成直接替换传统燃气涡轮发动机辅助动力单元并以更高效的方式执行，其中功率/重量和功率/体积属性满足空运应用的需求。针对固定或移动的地面动力单元的应用也是可能的。参照图1-图3，总体上示出了根据具体实施例的辅助动力单元10。辅助动力单元10包括发动机核心12'，所述发动机核心包括接合到共同的轴16（见图2）的一个或多个间歇式内燃机12。在具体的实施例中，间歇式内燃机12是旋转内燃机，例如汪克尔发动机；然而应当理解，可替代性地使用其他类型的间歇式内燃机。参照图4，示出了可被用于发动机核心12'中的汪克尔发动机的示例。应当理解，发动机12的构造（例如端口的布置、密封件的数量和布置等）可以与示出的实施例的构造不同。发动机12包括限定转子腔的外壳32，所述转子腔具有限定了两个瓣叶的轮廓，所述轮廓优选地为外旋轮线。转子34被接收在转子腔内。转子限定三个周向间隔开的顶点部分36、以及具有向外拱起的侧边的大体上三角形的轮廓。顶点部分36与外壳32的周壁38的内表面密封接合，以形成在转子34和外壳32之间的可变容积的三个工作腔室40并且将它们分离。周壁38在两个轴向间隔开的端壁54之间延伸以封闭转子腔。转子34接合到输出轴16的偏心部分42以在转子腔内执行轨道回转。对于转子34的每圈轨道回转，输出轴16执行三圈旋转。转子34的几何轴线44偏置于且平行于外壳32的轴线46。在每圈轨道回转期间，每个腔室40在容积上变化且围绕转子腔运动，以经历进气、压缩、膨胀和排气四个阶段。进气端口48被设置成通过周壁38以允许压缩空气进入工作腔室40之一中。排气端口50也被设置成通过周壁38，以用于从工作腔室40排放排气气体。用于火花塞、电热塞或其他点火机构以及用于燃料喷射系统（未示出）的一个或多个燃料喷射器的通道52也被设置成通过周壁38。替代性地，进气端口48、排气端口50和/或通道52可被设置成通过外壳的端壁或侧壁54。可设置与腔室40连通的子腔室（未示出），用于燃料的引燃或预喷射以用于燃烧。为了高效操作，工作腔室40被弹簧承载的周密封件或顶点密封件56、弹簧承载的面密封件或气体密封件58以及端密封件或角落密封件60密封，所述周密封件或顶点密封件从转子34延伸以接合周壁38的内表面，所述端密封件或角落密封件60从转子34延伸以接合端壁54的内表面。转子34还包括围绕在轴偏心部分42上的转子34的轴承的至少一个弹簧承载的油密封环62，所述油密封环抵靠端壁54的内表面被偏置。发动机12的燃料喷射器与重燃料（例如柴油，煤油（喷气燃料），等效生物燃料）源连通，并将重燃料输送到发动机12中，以使得燃烧腔室分层：浓燃料-空气混合物在点火源附近，较稀的混合物在其他地方，在具体的实施例中，所述燃料喷射器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于飞行器的辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：内燃机，所述内燃机具有与所述辅助动力单元的任何燃料和润滑系统不同的液体冷却剂系统；发电机，所述发电机驱动式接合到所述内燃机，所述发电机具有与所述内燃机的液体冷却剂系统不同的液体冷却剂系统；第一热交换器，所述第一热交换器具有与所述内燃机的液体冷却剂系统流体连通的第一冷却剂通道，以及与所述第一冷却剂通道处于热交换关系的第一空气通道；第二热交换器，所述第二热交换器具有与所述发电机的液体冷却剂系统流体连通的第二冷却剂通道，以及与所述第二冷却剂通道处于热交换关系的第二空气通道；排气管道，所述排气管道与所述第一和第二空气通道流体连通；以及风扇，所述风扇被接收在所述排气管道中，并且能够借助于所述内燃机旋转，以用于驱动冷却空气流通过所述第一和第二空气通道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.07 US 62/202275;2016.08.03 US 15/2274831.一种用于飞行器的辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：内燃机，所述内燃机具有与所述辅助动力单元的任何燃料和润滑系统不同的液体冷却剂系统；发电机，所述发电机驱动式接合到所述内燃机，所述发电机具有与所述内燃机的液体冷却剂系统不同的液体冷却剂系统；第一热交换器，所述第一热交换器具有与所述内燃机的液体冷却剂系统流体连通的第一冷却剂通道，以及与所述第一冷却剂通道处于热交换关系的第一空气通道；第二热交换器，所述第二热交换器具有与所述发电机的液体冷却剂系统流体连通的第二冷却剂通道，以及与所述第二冷却剂通道处于热交换关系的第二空气通道；排气管道，所述排气管道与所述第一和第二空气通道流体连通；以及风扇，所述风扇被接收在所述排气管道中，并且能够借助于所述内燃机旋转，以用于驱动冷却空气流通过所述第一和第二空气通道。2.根据权利要求1所述的辅助动力单元，所述辅助动力单元还包括：涡轮部分，所述涡轮部分具有与所述内燃机的出口流体连通的入口，所述涡轮部分包括与所述内燃机复合的至少一个涡轮。3.根据权利要求1所述的辅助动力单元，所述辅助动力单元还包括：压缩机，所述压缩机具有通过中间冷却器与所述内燃机的入口流体连通的出口，所述风扇被构造成驱动所述冷却空气流还通过所述中间冷却器。4.根据权利要求1所述的辅助动力单元，所述辅助动力单元还包括：压缩机，所述压缩机具有通过中间冷却器与所述内燃机的入口流体连通的出口，所述中间冷却器包括与所述第一热交换器的第一冷却剂通道流体连通的流体通道，所述流体通道被设置在所述第一冷却剂通道上游且在所述内燃机下游。5.根据权利要求1所述的辅助动力单元，其中，所述辅助动力单元的润滑系统与所述第二热交换器的第二冷却剂通道流体连通。6.根据权利要求1所述的辅助动力单元，其中，所述风扇驱动式接合到所述内燃机。7.根据权利要求1所述的辅助动力单元，所述辅助动力单元还包括：冷却空气管道，所述冷却空气管道围绕所述排气管道的外周径向向外延伸，所述冷却空气管道具有与所述排气管道流体连通的出口以及与所述第一和第二空气通道流体连通的入口，所述第一和第二热交换器分别围绕所述冷却空气管道的外周的相应部分延伸。8.根据权利要求1所述的辅助动力单元，其中，所述第一和第二热交换器均被接收在与所述排气管道流体连通的相应的冷却空气管道中。9.根据权利要求1所述的辅助动力单元，其中，所述内燃机是包括转子的汪克尔旋转发动机，所述转子具有三个顶点部分并被安装成在被限定在外壳中的内腔内偏心回转，所述内腔具有带有两个瓣叶的外旋轮线的形状。10.一种用于飞行器的辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：具有液体冷却剂系统的内燃机；...

【专利技术属性】
技术研发人员：A乔内斯，A朱里恩，J托马斯辛，R尤尤特，D门赫雷，
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：加拿大,CA