机械驱动空气载具热管理装置制造方法及图纸

本公开内容针对一种飞行器动力生成系统，其包括反向布雷顿循环系统、燃气涡轮发动机和齿轮箱。燃气涡轮发动机包括压缩机区段、涡轮区段和发动机轴。压缩机区段与涡轮区段布置成串联流动布置。发动机轴可与压缩机区段的至少一部分和涡轮区段的至少一部分一起旋转。反向布雷顿循环系统包括压缩机、驱动轴、涡轮和第一交换器。驱动轴可与压缩机或涡轮一起旋转，并且压缩机、第一热交换器和涡轮处于串联流动布置中。齿轮箱构造成从发动机轴接收机械能并通过驱动轴将机械能传递到反向布雷顿循环系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机械驱动空气载具热管理装置
本专利技术通常涉及利用燃气涡轮发动机为飞行器系统提供动力。更具体地，本主题涉及一种由燃气涡轮发动机机械驱动的热管理系统。
技术介绍
飞行器燃气涡轮发动机为飞行器运动传送推进推力以及为诸如热管理系统(TMS)的飞行器系统提供能量，其可包括环境控制系统(ECS)。TMS还包括飞行器推进和电力生成单元(electricalpowergenerationunit)、流体热交换器、电子冷却装置、和环境控制系统(ECS)中的能量和热传递的管理，其向飞行器舱、存储装置(storage)、和航空电子设备(avionic)提供调节空气。ECS通常包括反向布雷顿循环系统(RBC)，其由从推进发动机以及管道和排放端口转移的压缩空气气动驱动，以将压缩空气从推进发动机输送到RBC。压缩空气取决于发动机的推力设定从低压(LP)压缩机或高压(HP)压缩机转移。在低推力设定下，压缩空气通常从HP压缩机转移，因为压力会太低而无法从LP压缩机转移。在高推力设定下，压缩空气通常从LP压缩机转移，以减少来自推进发动机热动力循环的排放的高压/高温空气的有害影响。在一些实施例中，压缩空气来自风扇并且进一步被赋能以与ECS使用。然而，无论空气是从风扇、LP压缩机或HP压缩机转移，空气通常都处于过高的压力和温度下，而不能在到达RBC用于在ECS中使用之前在没有通过热交换器系统和压力调节器的进一步减压和冷却的情况下被转移至RBC。因此，通过使用来自推进发动机的压缩空气为RBC供以动力浪费了大量有用能量。此外，从推进发动机转移压缩空气中断了推进发动机的热动力循环，因此降低了其效率，因为来自压缩空气的能量被转移离开推进发动机。此外，用于在压缩空气到达RBC之前从压缩空气中去除能量的压力调节器和热交换器增加了推进发动机和飞行器的重量和复杂性，因此进一步降低了发动机和飞行器的效率。因此，存在如下需要，即，为热管理系统的反向布雷顿循环(reverseBraytoncycle)提供能量，同时减少对推进发动机和飞行器的效率的有害影响。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在下面的说明中部分地阐明，或者可从说明书中是明显的，或可通过本专利技术的实践而习得。通常提供包含反向布雷顿循环系统、燃气涡轮发动机和齿轮箱(gearbox，有时也称为变速箱)的飞行器动力生成系统。燃气涡轮发动机包括压缩机区段、涡轮区段和发动机轴。压缩机区段与涡轮区段布置成串联流动布置。发动机轴可与压缩机区段的至少一部分且与涡轮区段的至少一部分一起旋转。反向布雷顿循环系统包括压缩机、驱动轴、涡轮、和第一交换器。驱动轴可与压缩机或涡轮一起旋转，并且压缩机、第一热交换器、和涡轮处于串联流动布置中。齿轮箱构造成从发动机轴接收机械能并通过驱动轴将机械能传递到反向布雷顿循环。参考随后的描述和所附权利要求，本方面的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入且构成该说明书的一部分的附图图示了本专利技术的实施例，并且结合描述用于解释本专利技术的原理。附图说明在参考附图的说明书中阐释了针对本领域普通技术人员的本专利技术的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，其中：图1是根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面图；图2是示例性飞行器系统的示意图，该飞行器系统包括燃气涡轮发动机、齿轮箱、反向布雷顿循环、电动力系(electricalpowertrain)、和推进装置；图3是另一示例性飞行器系统的示意图，该飞行器系统包括燃气涡轮发动机、齿轮箱、反向布雷顿循环、电动力系、和推进装置；图4是示例性飞行器系统的示意图，该飞行器系统包括燃气涡轮发动机、齿轮箱、反向布雷顿循环、第二齿轮箱、和推进装置；图5是另一示例性飞行器系统的示意图，该飞行器系统包括燃气涡轮发动机、齿轮箱、反向布雷顿循环、第二齿轮箱、和推进装置；图6是示例性飞行器系统的示意图，该飞行器系统包括燃气涡轮发动机、齿轮箱、反向布雷顿循环、和齿轮驱动系统；图7是示例性飞行器系统的示意图，该飞行器系统包括燃气涡轮发动机、齿轮箱、反向布雷顿循环、第二齿轮箱、和齿轮驱动系统；且图8是示例性飞行器系统的示意图，该飞行器系统包括燃气涡轮发动机、反向布雷顿循环、和环境控制系统。在本说明书和附图中重复使用参考符号旨在表示本专利技术的相同或类似的特征或元件。具体实施方式现在将详细参考本专利技术的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。每个实施例借助于解释本专利技术、而非限制本专利技术来提供。事实上，对于本领域技术人员来说将明显的是，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可以在本专利技术中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用以产生又另一个实施例。因此，旨在本专利技术覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。如本文使用的那样，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用来将一个部件与另一个部件区分开，且不旨在表示独立部件的位置和重要性。用语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”指液体流自的方向，且“下游”指流体流至的方向。通常提供一种借助于齿轮箱将燃气涡轮发动机的轴机械地联接到反向布雷顿循环来为反向布雷顿循环(RBC)供以动力的系统。RBC由来自燃气涡轮发动机的机械能操作。发动机的轴(例如，低压、中压或高压轴)机械地联接到齿轮箱并将机械能从发动机轴传递到齿轮箱。齿轮箱通过驱动轴将机械能从发动机轴输出到RBC，该驱动轴机械联接至RBC并可相对于RBC旋转。齿轮箱相对于发动机轴向驱动轴输出相同的或成比例的或恒定的旋转速度，使得RBC旋转速度可操作地独立于发动机推力设定更接近其最佳效率来操作。在闭环构造中，RBC使用任何可压缩流体作为工作流体来操作。工作流体与进入ECS的空气处于热联通中，以达到对于系统所期望的温度。在开环构造中，RBC获得外部空气作为工作流体，其最终成为用于机舱、存储装置和航空电子设备的调节空气(conditionedair)。在开环构造中，使用机械能为RBC供以动力而不是从来自发动机的压缩空气气动地获得能量可以提供在更适合于热管理系统(TMS)的压力和温度条件下的工作流体。RBC的机械操作允许RBC基于TMS的要求而不是基于发动机的输出来操作。此外，RBC在尺寸上可以比例调整(scale，有时也称为比例增减)，以更精确地满足TMS和其他飞行器能源管理系统的需求，其包括如下系统，诸如环境控制系统(ECS)、涡轮机主动间隙控制(ACC)、飞行器防冰系统、机舱防冰系统、液压和气动泵、流体热交换器、以及飞行器电子和电气系统。此外，机械驱动RBC比使用来自发动机的压缩空气气动驱动RBC更加有效能高效(exergy-efficient，有时也称为反射本领高效)。除了分析能量效率之外，其中能量是有用能量(有效能)和无用能量(无效能(anergy))的总和，由来自发动机轴的机械能驱动的RBC通过限制由于热力学和能量转换导致的无效能增加导致的低效率(inefficiency)是更有效能高效的。热力学损失通过去除以高压/高温压缩空气的形式的来自推进发动机的有效能来产生。此外，热力学损失源自于压缩空气的高压和高温是通过热交换器和压力调节器处理成有效能来驱动RBC的无效能。通过将发动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行器动力生成系统，包括：燃气涡轮发动机，其包括压缩机区段、涡轮区段和发动机轴，所述压缩机区段布置成与所述涡轮区段处于串联流动布置中，并且所述发动机轴可与所述压缩机区段的至少一部分且与所述涡轮区段的至少一部分一起旋转；反向布雷顿循环系统，其包括压缩机、驱动轴、涡轮和第一交换器，所述驱动轴可与所述压缩机或所述涡轮一起旋转，并且所述压缩机、所述第一热交换器和所述涡轮处于串联流动布置中；和齿轮箱，其中，所述齿轮箱构造成从所述发动机轴接收机械能并通过所述驱动轴将机械能传递到所述反向布雷顿循环系统。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.11 US 15/234,4831.一种飞行器动力生成系统，包括：燃气涡轮发动机，其包括压缩机区段、涡轮区段和发动机轴，所述压缩机区段布置成与所述涡轮区段处于串联流动布置中，并且所述发动机轴可与所述压缩机区段的至少一部分且与所述涡轮区段的至少一部分一起旋转；反向布雷顿循环系统，其包括压缩机、驱动轴、涡轮和第一交换器，所述驱动轴可与所述压缩机或所述涡轮一起旋转，并且所述压缩机、所述第一热交换器和所述涡轮处于串联流动布置中；和齿轮箱，其中，所述齿轮箱构造成从所述发动机轴接收机械能并通过所述驱动轴将机械能传递到所述反向布雷顿循环系统。2.根据权利要求1所述的系统，还包括：热管理系统；和工作流体，其中，所述工作流体处于所述反向布雷顿循环系统中，并且其中，所述工作流体与所述热管理系统处于流体联通中。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述热管理系统还包括环境控制系统，并且其中，所述环境控制系统与所述反向布雷顿循环系统处于流体联通中。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反向布雷顿循环系统还包括第二热交换器，并且其中，所述压缩机、所述第一热交换器、所述涡轮和所述第二热交换器处于可操作闭环布置中。5.根据权利要求4所述的系统，还包括：与所述反向布雷顿循环系统处在热联通中的热管理系统。6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述反向布雷顿循环系统还包括工作流体，并且其中，所述工作流体是可压缩流体。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述燃气涡轮发动机还包括主动间隙控制系统，其中，所述主动间隙控制系统构造成与所述反向布雷顿循环系统处在热联通中。8.根据权利要求1所述的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：TE布林森，PR格曼，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US