BR102016028943A2 - Gas turbine motor and method for operating a gas turbine motor - Google Patents

Description

“MOTOR DE TURBINA A GÁS E MÉTODO PARA OPERAR UM MOTOR DE TURBINA A GÁS” Campo da Invenção [001] A presente matéria refere-se, em geral, a um motor de turbina a gás que tem um núcleo de múltiplas correntes.

Antecedentes da Invenção [002] Um motor de turbina a gás inclui, geralmente, um ventilador e um núcleo dispostos em comunicação de fluxo um com o outro. Uma primeira porção de ar sobre o ventilador pode atravessar o núcleo através de um fluxo de ar de desvio (definido entre o núcleo e uma nacela externa) e uma segunda porção de ar sobre a ventilador pode ser fornecida ao núcleo.

[003] O núcleo do motor de turbina a gás inclui, geralmente, em ordem de fluxo de série, uma seção de compressor, uma seção de combustão, uma seção de turbina e uma seção de escape. Em funcionamento, o ar é fornecido ao núcleo flui através da seção de compressor onde um ou mais compressores axiais comprimem progressivamente o ar até que o mesmo alcance a seção de combustão. O combustível é misturado com o ar comprimido e queimado dentro da seção de combustão para fornecer gases de combustão. Os gases de combustão são encaminhados da seção de combustão para a seção de turbina. O fluxo de gases de combustão através da seção de turbina aciona a seção de turbina e é, então, encaminhado através da seção de escape, por exemplo, para a atmosfera.

[004] Tipicamente, uma temperatura da seção de turbina precisa ser mantida abaixo de um limite máximo para evitar dano a certos componentes da seção de turbina. A temperatura da seção de turbina é afetada por uma quantidade de elevação de pressão através do núcleo, por exemplo, uma razão de pressão geral da seção de compressor, assim como uma temperatura do ar em uma entrada do núcleo. Consequentemente, por exemplo, quando a temperatura do ar na entrada do núcleo é relativamente alta, para certos motores de turbina a gás, a razão de pressão geral precisa ser mantida abaixo de uma razão de pressão geral máxima para garantir que a temperatura da seção de turbina permaneça abaixo do limite máximo.

[005] Entretanto, operar o motor de turbina a gás de tal maneira pode reduzir uma eficiência do motor de turbina a gás e evitar que o motor de turbina a gás forneça uma quantidade de impulso. Consequentemente, um motor de turbina a gás que pode manter ou alcançar uma saída de potência desejada apesar de uma temperatura do ar na entrada do núcleo pode ser benéfico. Mais especificamente, um motor de turbina a gás com um ou mais recursos que permitem que o núcleo mantenha uma razão de pressão geral apesar de o ar na entrada do núcleo ter uma temperatura relativamente alta seria particularmente útil.

Breve Descrição Da Invenção [006] Aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na descrição seguinte, ou podem ser óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através de prática da invenção.

[007] Uma turbina a gás é fornecida em uma realização exemplificativa da presente revelação. O motor de turbina a gás inclui uma seção de compressor, uma primeira seção de combustão posicionada a jusante da seção de compressor e uma seção de turbina localizada a jusante da primeira seção de combustão. O motor de turbina a gás também inclui uma ou mais hastes que acoplam mecanicamente a seção de compressor à seção de turbina. As uma ou mais hastes também acopladas mecanicamente a uma haste de saída de potência. O motor de turbina a gás também inclui um duto de desvio que define uma entrada em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor e uma saída em comunicação de fluxo de ar com a seção de turbina. O duto de desvio desvia da primeira seção de combustão. O motor de turbina a gás também inclui um combustor de duto de desvio posicionado pelo menos parcialmente dentro do duto de desvio.

[008] Em um aspecto exemplificativo da presente revelação, é fornecido um método para operar um motor de turbina a gás que tem uma seção de compressor, uma primeira seção de combustão, uma seção de turbina e uma ou mais hastes. As uma ou mais hastes acoplam a seção de compressor e a seção de turbina. O motor de turbina a gás também inclui um duto de desvio que desvia da primeira seção de combustão e um combustor de duto de desvio posicionado pelo menos parcialmente dentro do duto de desvio. O método inclui fornecer um primeiro fluxo de ar através da primeira seção de combustão e fornecer um segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio. O método também inclui integrar o primeiro fluxo de ar e o segundo fluxo de ar na seção de turbina, sendo que o primeiro fluxo de ar e o segundo fluxo de ar acionam pelo menos parcialmente a seção de turbina. O método também inclui acionar um eixo de saída com a seção de turbina.

[009] Essas e outras funções, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem compreendidos em referência às descrições e reivindicações anexadas em seguida. Os desenhos anexos, que são incorporados em e constituem parte deste relatório descritivo, ilustram realizações da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

Breve Descrição das Figuras [0010] Uma divulgação completa e habilitadora da presente invenção, que inclui o melhor método da mesma, direcionada a um indivíduo de habilidade comum na técnica, é estabelecida no relatório descritivo que faz referência às Figuras anexas, nas quais: [0011] A Figura 1 é uma vista em corte transversal esquemática de um motor de turbina a gás exemplificativo de acordo com várias realizações da presente matéria.

[0012] A Figura 2 é uma vista esquemática simplificada de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação.

[0013] A Figura 3 é uma vista esquemática simplificada de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com outra realização exemplificativa da presente revelação.

[0014] A Figura 4 é uma vista esquemática simplificada de um compressor auxiliar de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação.

[0015] A Figura 5 é uma vista esquemática simplificada de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação.

[0016] A Figura 6 é uma vista esquemática simplificada de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação.

[0017] A Figura 7 é uma vista em corte transversal esquemática de um motor de turbina a gás adaptativo de acordo com uma realização da presente invenção.

[0018] A Figura 8 é um fluxograma de um método para operar um motor de turbina a gás de acordo com um aspecto exemplificativo da presente revelação.

Descrição Detalhada da Invenção [0019] Será feita referência em detalhe às presentes realizações da invenção, cujos um ou mais exemplos são ilustrados nos desenhos anexos. A descrição detalhada usa designações numéricas e de letras para se referir a recursos nos desenhos. Designações parecidas ou similares nos desenhos e na descrição foram usadas para se referir a partes parecidas ou similares da invenção. Conforme usado no presente documento, os termos "primeiro", "segundo" e "terceiro" podem ser usados intercambiavelmente para distinguir um componente de outro e pretendem significar localização ou importância dos componentes individuais. Os termos “a montante” e “a jusante” se referem à direção relativa em relação ao fluxo de fluido em uma trajetória de fluido. Por exemplo, “a montante” se refere à direção a partir da qual o fluido flui e “a jusante” se refere à direção para qual o fluido flui.

[0020] Com referência, agora, às Figuras, em que numerais idênticos indicam os mesmos elementos ao longo das Figuras, a Figura 1 é uma vista em corte transversal esquemática de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação. Mais particularmente, para a realização da Figura 1, o motor de turbina a gás é um motor a jato turbofan de alto desvio 10, denominado “motor turbofan 10”. Conforme mostrado na Figura 1, o motor turbofan 10 define uma direção axial A (que se estende paralela a uma linha central longitudinal 12 fornecida para referência) e uma direção radial R. O motor turbofan 10 pode também definir uma direção circunferencial (não mostrada) que se estende circunferencialmente ao redor da direção axial A. Em geral, o turbofan 10 inclui uma seção de ventilador 14 e um motor de turbina de núcleo 16 disposto a jusante da seção de ventilador 14.

[0021] O motor de turbina de núcleo 16 exemplificativo retratado é envolto, geralmente, dentro de um invólucro externo substancialmente tubular 18 que define uma entrada anular 20. O invólucro externo 18 envolve, e o motor de turbina de núcleo 16 inclui, em relação de fluxo em série, a seção de compressor que inclui um intensificador ou um compressor de baixa pressão (LP) 22 e um compressor de alta pressão (HP) 24; uma seção de combustão 26; uma seção de turbina que inclui uma turbina de alta pressão (HP) 28 e uma turbina de baixa pressão (LP) 30; e uma seção de bocal de escape de jato 32. Uma haste ou bobina de alta pressão (HP) 34 conecta de maneira direta a turbina de HP 28 ao compressor de HP 24. Uma haste ou bobina de baixa pressão (LP) 36 conecta de maneira direta a turbina de LP 30 ao compressor de LP 22. A seção de compressor, a seção de combustão 26, a seção de turbina e a seção de bocal 32 juntas definem uma trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 através das mesmas.

[0022] Para a realização retratada, a seção de ventilador 14 inclui um ventilador de passo variável 38 que tem uma pluralidade de pás de ventilador 40 acopladas a um disco 42 de uma maneira espaçada. Conforme retratado, as pás de ventilador 40 se estendem para fora a partir de um disco 42 geralmente ao longo da direção radial R. Cada pá de ventilador 40 é giratória em relação ao disco 42 ao redor de um eixo geométrico de passo P em virtude de as pás de ventilador 40 serem acopladas de modo operacional a um membro de atuação adequado 44 configurado para variar coletivamente o passo das pás de ventilador 40 em unissonância. As pás de ventilador 40, o disco 42 e o membro de atuação 44 são giratórios juntos ao redor do eixo geométrico longitudinal 12 pela haste de LP 36 através de uma caixa de engrenagens de potência 46. A caixa de engrenagens de potência 46 inclui uma pluralidade de engrenagens para diminuir a velocidade rotacional da haste de LP 36 até uma velocidade de ventilador rotacional mais eficiente. Ademais, a seção de ventilador 14 do motor turbofan 10 inclui uma haste de saída de potência 47 que, para a realização retratada, é configurada como uma extensão da haste de LP 36 acoplada mecanicamente à caixa de engrenagens de potência 46 e o ventilador 38 para transferir potência rotacional da haste de LP 36 para a caixa de engrenagens de potência 46 e o ventilador 38.

[0023] Em referência, ainda, à realização exemplificativa da Figura 1, o disco 42 é coberto por parte central frontal giratória 48 contornada aerodinamicamente para promover um fluxo de ar através da pluralidade de pás de ventilador 40. Adicionalmente, a seção de ventilador 14 exemplificativa inclui um invólucro de ventilador anular ou nacela externa 50 que circunda circunferencialmente o ventilador 38 e/ou pelo menos a porção do motor de turbina de núcleo 16. Deve ser verificado que a nacela 50 pode ser configurada para ser sustentada em relação ao motor de turbina de núcleo 16 por uma pluralidade de lâminas-guia de saída espaçadas circunferencialmente 52. Ademais, uma seção a jusante 54 da nacela 50 pode se estender sobre uma porção externa do motor de turbina de núcleo 16 de modo a definir uma passagem de fluxo de ar de desvio 56 entre as mesmas.

[0024] Durante a operação do motor turbofan 10, um volume de ar 58 entra no turbofan 10 através de uma entrada associada 60 da nacela 50 e/ou da seção de ventilador 14. Conforme o volume de ar 58 atravessa as pás de ventilador 40, uma primeira porção do ar 58 conforme indicado pelas setas 62 é direcionada ou encaminhada para a passagem de fluxo de ar de desvio 56 e uma segunda porção do ar 58 conforme indicado pela seta 64 é direcionada ou encaminhada para a trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 ou mais especificamente para o compressor de LP 22. A razão entre a primeira porção de ar 62 e a segunda porção de ar 64 é conhecida comumente como uma razão de desvio. A pressão da segunda porção de ar 64 é, então, aumentada à medida em que é encaminhada através do compressor de alta pressão (HP) 24. A segunda porção de ar 64, então, flui para a seção de combustão 26, em que é misturada com combustível e queimada para fornecer gases de combustão 66.

[0025] Os gases de combustão 66 são encaminhados através da turbina de HP 28 em que uma porção de energia térmica e/ou cinética dos gases de combustão 66 é extraída por meio de estágios sequenciais de lâminas de estator de turbina de HP 68 que são acopladas ao invólucro externo 18 e as pás de rotor de turbina de HP 70 que são acopladas à haste ou bobina de HP 34, fazendo, desse modo, com que a haste ou bobina de HP 34 gire, sustentando, assim, a operação do compressor de HP 24. Os gases de combustão 66 são, então, encaminhados através da turbina de LP 30 em que uma segunda porção de energia térmica e cinética é extraída dos gases de combustão por meio de estágios sequenciais de lâminas de estator de turbina de LP 72 que são acopladas ao invólucro externo 18 e as pás de rotor de turbina de LP 74 que são acopladas à haste ou bobina de LP 36, fazendo, desse modo, com que a haste ou bobina de LP 34 gire, sustentando, assim, a operação do compressor de LP 22 e/ou a rotação da ventilador 38.

[0026] Os gases de combustão 66 são encaminhados subsequentemente através da seção de bocal de escape de jato 32 do motor de turbina de núcleo 16 para fornecer impulso propulsor. Simultaneamente, a pressão da primeira porção de ar 62 é aumentada substancialmente à medida em que a primeira porção de ar 62 é encaminhada através da passagem de fluxo de ar de desvio 56 antes de ser exaurido de uma seção de escape de bocal de ventilador 76 do turbofan 10, que também fornece impulso propulsor. A turbina de HP 28, a turbina de LP 30 e a seção de bocal de escape de jato 32 pelo menos parcialmente definem uma trajetória de gás quente 78 para encaminhar os gases de combustão 66 através do motor de turbina de núcleo 16.

[0027] Adicionalmente, conforme é retratado esquematicamente, o motor turbofan 10 inclui um duto de desvio 94 que tem uma entrada em comunicação de fluxo de ar com o curso de fluxo de ar de núcleo 37 a montante do compressor de HP 24 e uma saída em comunicação de fluxo de ar com a trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 a jusante da turbina de HP 28. Desse modo, o duto de desvio 94 desvia do compressor de HP 24, da seção de combustão 26 e da turbina de HP 28 quando utilizado. Adicionalmente, o motor turbofan 10 inclui um combustor de duto de desvio 104 posicionado dentro do duto de desvio 94 para adicionar energia adicional ao fluxo de ar que flui através do mesmo durante o funcionamento.

[0028] Deve ser verificado, entretanto, que o motor turbofan 10 exemplificativo retratado na Figura 1 é a título de exemplo, apenas, e que em outras realizações exemplificativas, o motor turbofan 10 pode ter qualquer configuração adequada, incluindo, por exemplo, qualquer outro número adequado de hastes ou bobinas. Adicionalmente, em outras realizações exemplificativas, o motor turbofan 10 pode ser um motor turbofan sem dutos, isto é, um motor turbofan que não inclui a nacela externa 50. Adicional ou alternativamente, aspectos da presente revelação podem ser incorporados em qualquer outro motor de turbina a gás adequado. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, aspectos da presente revelação podem ser incorporados em um motor turboeixo, um motor turbonúcleo, um motor turboélice, etc.

[0029] Em referência agora à Figura 2, uma vista esquemática simplificada de um núcleo 16 de um motor turbofan 10 de acordo com outra realização exemplificativa é fornecida. Em certas realizações, aspectos do núcleo 16 do motor turbofan 10 exemplificativo retratado na Figura 2 podem ser configurados de uma maneira similar ao motor turbofan 10 exemplificativo descrito acima com referência à Figura 1. Consequentemente, a mesma numeração se refere ao mesmo componente ou um componente similar.

[0030] Conforme mostrado, o núcleol 6 do motor turbofan 10 inclui uma seção de compressor, uma primeira seção de combustão 26 localizada a jusante da seção de compressor e uma seção de turbina localizada a jusante da primeira seção de combustão 26. A seção de compressor geralmente inclui um compressor de LP 22, um compressor de HP 24 e um membro de armação de compressor 80 posicionado entre o compressor de LP 22 e o compressor de HP 24. Adicionalmente, a seção de turbina geralmente inclui uma turbina de HP 28, uma turbina de LP 30, um membro de armação de compressor 82 e um duto de mistura 84. O membro de armação de compressor 82 é posicionado entre a turbina de HP 28 e a turbina de LP 30. Para a realização retratada, a turbina de LP 30 é dividida entre um bloco dianteiro de turbina de LP 86 e um bloco traseiro de turbina de LP 88 e o duto de mistura 84 é posicionado entre o bloco dianteiro de turbina de LP 86 e o bloco traseiro de turbina de LP 88. Em certas realizações, o duto de mistura 84 pode ser configurado como uma armação de mistura. A seção de turbina inclui adicionalmente uma armação posterior de turbina 90 localizada atrás de, ou a jusante da turbina de LP 30.

[0031] O turbofan 10 inclui, ainda, uma ou mais hastes que acoplam mecanicamente a seção de compressor e a seção de turbina. Especificamente, para a realização retratada, o compressor de LP 22 é acoplado mecanicamente à turbina de LP 30 através de uma haste de LP 36 e o compressor de HP 24 é acoplado mecanicamente à turbina de HP 28 através da haste de HP 34. Uma pluralidade de mancais 92 é fornecida para facilitar a rotação desses vários componentes.

[0032] As uma ou mais hastes também são acopladas mecanicamente a uma haste de saída de potência 47. Conforme usado no presente documento, o termo “haste de saída de potência” se refere a uma haste ou bobina, ou porção de uma haste ou bobina, que fornece potência adicional do núcleo 16 a um ou mais componentes fora do núcleo 16. Por exemplo, para a realização retratada, a haste de saída de potência 47 é configurada como uma extensão da haste de LP 36 para conexão mecânica com, por exemplo, um ventilador do motor turbofan 10. Especificamente, quando o motor turbofan 10 é configurado como um motor turbofan com caixa de redução (consulte, por exemplo, a Figura 1), a haste de saída de potência 47 é configurada para acoplamento mecânico a uma caixa de engrenagens de potência que, por sua vez, pode ser conectada a uma haste de ventilador para girar o ventilador. Alternativamente, em outras realizações exemplificativas, o motor turbofan 10 pode não incluir uma caixa de engrenagens de potência e, em vez disso, a haste de saída de potência 47 pode se estender diretamente para o ventilador. Ainda alternativamente, em outras realizações, o motor de turbina a gás pode não ser configurado como o motor turbofan 10 e, em vez disso, pode ser configurado como um motor turboélice, um motor turboeixo ou um motor de ventilador adaptativo, em cujos casos, a haste de saída de potência 47 pode se estender até ou, de outra forma, acionar um propulsor do motor turboélice, uma carga do motor turboeixo ou um ventilador adaptativo do motor de ventilador adaptativo, respectivamente.

[0033] Referindo-se ainda à Figura 2, a seção de compressor, a primeira seção de combustão 26 e a seção de turbina são todas pelo menos parcialmente envoltas em um invólucro externo 18. O invólucro externo 18 pode ser um invólucro externo substancialmente tubular que envolve o núcleo 16 do motor turbofan 10 e que define pelo menos parcialmente a passagem de fluxo de ar de desvio 56 com um invólucro de ventilador/ nacela externa 50 (consulte, por exemplo, a Figura 1).

[0034] Ademais, o núcleo 16 do motor turbofan 10 exemplificativo inclui um duto de desvio 94 separado da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37, que define uma entrada 96 em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor e uma saída 98 em comunicação de fluxo de ar com a seção de turbina. Conforme mostrado, o duto de desvio 94 desvia da primeira seção de combustão 26 (junto com o compressor de HP 24, a turbina de HP 28 e o bloco dianteiro 86 da turbina de LP 30) e é posicionado para fora a partir da primeira seção de combustão 26 e da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 ao longo da direção radial R do motor turbofan 10. O duto de desvio 94 é definido pelo menos em parte por um membro que se estende da seção de compressor até a seção de turbina. Para a realização retratada, o membro é uma armação de membro 100 que pode reforçar o motor turbofan 10 em pelo menos certas realizações. Adicionalmente, para a realização retratada, a armação de membro 100 é posicionada para dentro do invólucro externo 18 do núcleo 16 ao longo da direção radial R e se estende pelo menos do membro de armação de compressor 80, localizado entre o compressor de LP 22 e o compressor de HP 24, até o duto de mistura 84, localizado entre o bloco dianteiro 86 da turbina de LP 30 e o bloco traseiro 88 da turbina de LP 30. Embora não retratado, a armação de membro 100 pode incluir um ou mais braçadeiras que se estendem entre a armação de membro 100 e, por exemplo, o invólucro externo 18. A armação de membro 100 pode ser formada em peça única de material rígido, tal como um material de metal adequado e pode definir um formato substancialmente anular que envolve pelo menos uma porção da seção de compressor, a primeira seção de combustão 26 e a seção de turbina (consulte, também, a realização retratada na Figura 4). Alternativamente, entretanto, a armação de membro 100 pode ser formada de uma pluralidade de componentes individuais fixados de qualquer maneira adequada para se estenderem entre a seção de compressor e a seção de turbina.

[0035] Especificamente, o duto de desvio 94 exemplificativo retratado é definido pela armação de membro 100 e uma porção radialmente externa da seção de compressor, da primeira seção de combustão 26 e da seção de turbina. Alternativamente, entretanto, em certas realizações exemplificativas, o núcleo 16 pode incluir adicionalmente um forro interno posicionado entre a armação de membro 100 e a porção externa de uma ou mais dentre a seção de compressor, a primeira seção de combustão 26 e a seção de turbina. Com tal configuração, o duto de desvio 94 pode ser definido pela armação de membro 100 e, pelo menos em parte, pelo forro interno.

[0036] A entrada 96 do duto de desvio 94 está em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor para receber um fluxo de ar da seção de compressor. O duto de desvio 94 pode operar, em parte, como uma trajetória de fluxo de sangria e, desse modo, em certas realizações, o duto de desvio 94 pode receber um fluxo de ar de sangria da seção de compressor. Especificamente, para a realização retratada, a entrada 96 do duto de desvio 94 está em comunicação de fluxo de ar com uma porção da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através do membro de armação de compressor 80 por meio de uma abertura. Deve ser verificado, entretanto, que em outras realizações exemplificativas, a entrada 96 do duto de desvio 94 pode, alternativamente, estar de em comunicação de fluxo de ar de modo direto com, por exemplo, o compressor de LP 22 (por exemplo, em uma extremidade traseira do compressor de LP 22).

[0037] Adicionalmente, conforme discutido acima, a saída 98 do duto de desvio 94 está em comunicação de fluxo de ar com o duto de mistura 84 para integrar um fluxo de ar do duto de desvio 94 na trajetória de fluxo de ar de núcleo 37. Em certas realizações exemplificativas, o duto de mistura 84 pode incluir uma ou mais aberturas espaçadas circunferencialmente, cada abertura em comunicação de fluxo de ar com a saída 98 do duto de desvio 94. Entretanto, em outras realizações, o duto de mistura 84 pode incluir uma abertura anular contínua que se estende circunferencialmente em comunicação de fluxo de ar com a saída 98 do duto de desvio 94. Ademais, em ainda outras realizações exemplificativas, o duto de mistura 84 pode incluir um ou mais bocais de mistura que se estendem através da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 para integrar o fluxo de ar através do duto de desvio 94 na trajetória de fluxo de ar de núcleo 37.

[0038] Para regular uma quantidade de fluxo de ar permitido através do duto de desvio 94, uma válvula 102 é fornecida. A válvula 102 exemplificativa retratada é posicionada no duto de desvio 94 e é configurada para variar uma quantidade de fluxo de ar permitida através do duto de desvio 94. Por exemplo, a válvula 102 pode ser uma válvula de rendimento variável móvel entre uma posição aberta, que permite fluxo de ar completo através do duto de desvio 94 e uma posição fechada, que impede todo o fluxo de ar através do duto de desvio 94. Adicionalmente, a válvula 102 pode ser móvel para várias posições entre a posição aberta e a posição fechada para regular uma quantidade de fluxo de ar permissível através do duto de desvio 94. A válvula 102 pode estar em comunicação operável com, por exemplo, um controlador do motor turbofan 10 e/ou uma aeronave que inclui o motor turbofan 10. Embora retratada dentro do duto de desvio 94, em outras realizações exemplificativas, a válvula 102 pode, em vez disso, ser posicionada na entrada 96 para o duto de desvio 94 ou, alternativamente, na saída 98 do duto de desvio 94.

[0039] Referindo-se ainda à Figura 2, o motor turbofan 10 inclui adicionalmente um combustor de duto de desvio 104 posicionado menos parcialmente dentro do duto de desvio 94. Para a realização retratada, o combustor de duto de desvio 104 é configurado como um combustor de pressão constante. Por exemplo, o combustor de duto de desvio 104 pode ser um combustor canular ou um combustor anular. Ademais, em outras realizações, o motor turbofan 10 pode incluir, ainda, uma pluralidade de combustores de pressão constante, tal como uma pluralidade de combustores do tipo lata. A pluralidade de combustores de duto de desvio 104 pode ser, cada um, posicionada pelo menos parcialmente dentro do duto de desvio 94 e espaçada, geralmente, ao longo de uma direção circunferencial C do duto de desvio 94 (consulte a Figura 4). Em certas realizações exemplificativas, a soma do(s) combustor(es) de duto de desvio 104 pode ser configurada para queimar uma quantidade máxima de combustível que é substancialmente igual à quantidade máxima de combustível que a primeira seção de combustão 26 é configurada para queimar. Entretanto, em outras realizações exemplificativas, a soma do(s) combustor(es) de duto de desvio 104 pode, em vez disso, ser configurada para queimar uma quantidade máxima de combustível que é menor do que a quantidade máxima de combustível que a primeira seção de combustão 26 é configurada para queimar. Alternativamente, em ainda outras realizações exemplificativas, a soma do(s) combustor(es) de duto de desvio 104 pode, em vez disso, ser configurada para queimar uma quantidade máxima de combustível que é maior do que a quantidade máxima de combustível que a primeira seção de combustão 26 é configurada para queimar. Deve ser verificado que, conforme usado no presente documento, termos de aproximação, tal como “substancialmente” ou “cerca de”, se referem a estar dentro de uma margem de erro de dez por cento.

[0040] Notavelmente, para a realização retratada, o combustor de duto de desvio 104 é posicionado próximo à saída 98 do duto de desvio 94. Conforme usado no presente documento, “posicionado próximo à saída 98 do duto de desvio 94” se refere a uma posição do combustor de duto de desvio 104 mais próxima à saída 98 do duto de desvio 94 do que a entrada 96 do duto de desvio 94. Por exemplo, para a realização retratada, a turbina de HP 28 define uma entrada de turbina de HP 106 e o combustor de duto de desvio 104 é posicionado pelo menos parcialmente atrás da entrada de turbina de HP 106. Mais especificamente, para a realização retratada, o combustor de duto de desvio 104 é posicionado completamente atrás da entrada de turbina de HP 106. Tal configuração pode, portanto, manter uma temperatura dos materiais posicionados entre o duto de desvio 94 e a trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 próxima à primeira seção de combustão 26 e ao combustor de duto de desvio 104 dentro de uma temperatura de operação segura. Mais especificamente, se o posicionamento do combustor de duto de desvio 104 sobrepuser mais significativamente a primeira seção de combustão 26, uma temperatura dos materiais entre os mesmos pode ser suscetível a exceder uma temperatura de operação segura para tais materiais. Adicionalmente, posicionando-se o combustor de duto de desvio 104 próximo à saída 98 do duto de desvio 94, menos do material que forma o duto de desvio 94 pode estar localizado a jusante do combustor de duto de desvio 104 e, desse modo, menos do material pode precisar ser configurado para resistir a temperaturas maiores geradas pelo combustor de duto de desvio 104 durante o funcionamento.

[0041] Durante a operação, uma primeira porção 108 de um fluxo de ar comprimido através da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 a jusante do compressor de LP 22 pode ser direcionada através do duto de desvio 94. O ar comprimido pode fluir através da válvula 102 e pode ser misturado com combustível e queimado pelo combustor de duto de desvio 104. Simultaneamente, uma segunda porção 110 do fluxo de ar comprimido através da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 a jusante do compressor de LP 22 pode ser direcionado para e através do compressor de HP 24, em que tal ar é comprimido adicionalmente. A segunda porção 110 de ar pode ser misturada similarmente com combustível e queimada na primeira seção de combustão 26. A segunda porção 110 de ar pode, então, fluir através da turbina de HP 28, em que a segunda porção 110 de ar é expandida e uma porção da energia térmica ou cinética dentro de tal segunda porção 110 de ar pode ser extraída da mesma. A segunda porção 110 de ar pode, então, ser expandida adicionalmente através do bloco dianteiro 86 da turbina de LP 30. A primeira porção 108 de ar pode ser integrada de volta à trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 com a segunda porção 110 de ar no duto de mistura 84 localizado entre os blocos dianteiro e traseiro 86, 88 da turbina de LP 30. A primeira e a segunda porções 108, 110 de ar podem, então, fluir através do bloco traseiro da turbina de LP 30, em que as porções integradas 108, 110 de ar podem ser expandidas e energia adicional pode ser extraída das mesmas.

[0042] Notavelmente, uma razão da primeira porção 108 de ar para a segunda porção 110 de ar durante o funcionamento do motor turbofan 10 pode ser qualquer razão adequada. Por exemplo, em certas realizações exemplificativas/condições de operação, a razão pode ser 1:1, 0,75:1, 0,5:1, 0,25:1, 0,1:1 ou qualquer outra razão adequada. Alternativamente, em certas operações, nenhum ar pode fluir através do duto de desvio 94, de tal modo que a razão possa ser 0:1, ou mais ar pode fluir através do duto de desvio 94 do que a trajetória de fluxo de ar de núcleo 37, de tal modo que a razão possa ser, por exemplo, 1,25:1, 2:1 ou maior. Adicionalmente, em ainda outras realizações, todo ou substancialmente todo o ar através do núcleo 16 pode ser desviado através do duto de desvio 94, de tal modo que nenhum ou substancialmente nenhum ar flua através, por exemplo, da primeira seção de combustão 26.

[0043] Será verificado que sangrar o ar da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 a jusante do compressor de LP 22 e fornecer tal ar de sangria ao duto de desvio 94 pode reduzir uma razão de pressão geral da seção de compressor. Reduzir a razão de pressão geral da seção de compressor pode, por exemplo, reduzir uma temperatura na entrada da seção de turbina, tal como a entrada 106 da turbina de HP 28. O tal pode ser necessário quando, por exemplo, uma temperatura ambiente for relativamente alta. Entretanto, com a presente revelação, o fluxo de ar de sangria pode ser usado para adicionar energia adicional ao núcleo 16 e, mais especificamente, à haste de saída de potência 47. Especificamente, (a) fluindo-se o ar de sangria através do duto de desvio 94, (b) misturando-se combustível com tal fluxo de ar de sangria e queimando-se a mistura de combustível e ar de sangria com o combustor de duto de desvio 104 (aumentando-se uma temperatura e a pressão de tal fluxo de ar de sangria) e (c) reintroduzindo-se a mistura de combustível e ar de sangria queimada de volta à trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 dentro, ou a montante da turbina de LP 30, a turbina de LP 30 pode extrair energia de tal mistura e fornecer, por exemplo, uma quantidade desejada de potência giratória à haste de saída de potência 47 apesar da redução em razão de pressão geral da seção de compressor.

[0044] Notavelmente, a pressão total na saída 98 do duto de desvio 94 pode ser maior do que a pressão total na entrada 96 do duto de desvio 94. Por exemplo, a pressão total dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 próxima à saída 98 do duto de desvio 94 pode ser maior do que a pressão total dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 próxima à entrada 96 do duto de desvio 94. Entretanto, o motor turbofan 10 pode ser projetado de tal modo que uma pressão estática a montante definida na entrada 96 do duto de desvio 94 seja substancialmente igual a uma pressão estática a jusante definida na saída 98 do duto de desvio 94. Isso pode proporcionar as características de fluxo desejadas durante a operação do motor turbofan 10.

[0045] Em referência agora à Figura 3, uma vista esquemática simplificada de um núcleo 16 de um motor turbofan 10 de acordo com outra realização exemplificativa da presente revelação é fornecida. O núcleo 16 da realização exemplificativa da Figura 3 pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o núcleo 16 exemplificativo descrito acima e retratado na Figura 2. Consequentemente, a numeração igual ou similar pode se referir aos componentes iguais ou similares.

[0046] Por exemplo, o núcleo 16 exemplificativo retratado na Figura 3 inclui uma seção de compressor, uma primeira seção de combustão 26 localizada a jusante da seção de compressor e uma seção de turbina localizada a jusante da primeira seção de combustão 26. A seção de compressor inclui um ou mais compressores (isto é, um compressor de LP 22 e um compressor de HP 24) e a seção de turbina inclui uma ou mais turbinas (isto é, uma turbina de HP 28 e uma turbina de LP 30). O compressor de LP 22 e o compressor de HP 24 da seção de compressor, assim como a turbina de HP 28 e a turbina de LP 30 da seção de turbina, são, cada um, giratórios ao redor da linha central longitudinal 12 do motor turbofan 10. Adicionalmente, o núcleo 16 exemplificativo retratado na Figura 3 inclui um duto de desvio 94 que se estende entre uma entrada 96 em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor e uma saída 98 em comunicação de fluxo de ar com a seção de turbina. Para a realização retratada, o duto de desvio 94 também é definido pelo menos em parte por uma armação de membro 100 e incluir um combustor de duto de desvio 104 posicionado pelo menos parcialmente no mesmo.

[0047] Entretanto, para a realização retratada, a turbina de LP 30 é configurada como uma única unidade, não dividida entre um bloco dianteiro e um bloco traseiro (consulte, blocos dianteiro e traseiro 86, 88 da Figura 2) e o duto de mistura 84 é posicionado a montante da turbina de LP 30, entre a turbina de HP 28 e a turbina de LP 30. Adicionalmente, o núcleo 16 exemplificativo retratado na Figura 3, inclui componentes adicionais para utilizar e/ou melhorar um fluxo de ar da seção de compressor até a seção de turbina através do duto de desvio 94.

[0048] Por exemplo, com referência agora também à Figura 4, o núcleo 16 exemplificativo retratado na Figura 3 inclui, adicionalmente, um compressor auxiliar 112, em comunicação de fluxo de ar com o duto de desvio 94. Para a realização retratada, o compressor auxiliar 112 é um ventilador acoplado mecanicamente à haste de HP 34 através do compressor de HP 24 (isto é, um ventilador acionado por núcleo). Independentemente, entretanto, o compressor auxiliar 112 é considerado um componente separado do compressor de HP 24 para os propósitos da presente revelação. Conforme é retratado esquematicamente na Figura 3, o compressor auxiliar 112 inclui uma plataforma de pás de compressor auxiliar 114, uma plataforma de lâminas-guia de entrada 116 localizadas à montante das pás 114 e uma plataforma de lâminas-guia de saída 118 localizada a jusante das pás 114. Ademais, a pluralidade de pás de compressor auxiliar 114 é fixada a um anel sólido 120 que, por sua vez, é fixado a uma extremidade radialmente externa de uma plataforma de pás de rotor de compressor de HP 24 122 e giratório com a plataforma de pás de rotor de compressor de HP 24 122 (Figura 4). O compressor auxiliar 112 pode ser configurado para aumentar uma pressão do fluxo de ar através do duto de desvio 94 durante a operação.

[0049] Adicionalmente, o compressor auxiliar 112 exemplificativo inclui uma habilidade de variar uma quantidade de fluxo de ar permitido através do mesmo. Especificamente, conforme indicado, o compressor auxiliar 112 exemplificativo inclui uma pluralidade de lâminas-guia de entrada 116 sobre uma entrada do compressor auxiliar 112. As lâminas-guia de entrada 116 podem ser móveis entre uma posição totalmente aberta, que permite o fluxo completo através do compressor auxiliar 112 e uma posição totalmente fechada que restringe pelo menos uma porção do fluxo através do compressor auxiliar 112. Desse modo, as lâminas-guia de entrada 116 podem ser configuradas como lâminas-guia de entrada variáveis e podem trabalhar em combinação com a válvula 102 para regular o fluxo de ar de sangria através do duto de desvio 94. Alternativamente, em certas realizações exemplificativas, a inclusão de lâminas-guia de entrada variáveis 116 no compressor auxiliar 112 pode evitar a necessidade da válvula 102 completamente (e, desse modo, tal realização exemplificativa pode não incluir a válvula 102). Alternativamente, em ainda outras realizações exemplificativas, o duto de desvio 94 pode contornar o compressor auxiliar 112 quando as lâminas-guia de entrada 116 estão na posição totalmente fechada. Por exemplo, em certas realizações exemplificativas, o núcleo 16 pode definir uma linha de desvio (não mostrada) que pode desviar a operação do compressor auxiliar 112.

[0050] Notavelmente, a inclusão do compressor auxiliar 112 pode permitir que energia adicional seja extraída do fluxo de ar através do duto de desvio 94. Adicionalmente, dada a pressão potencialmente maior do fluxo de ar através do duto de desvio 94 por inclusão do compressor auxiliar 112, a saída 98 do duto de desvio 94 pode estar em comunicação de fluxo de ar com a trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 em uma localização a montante da turbina de LP 30. Mais especificamente, dada a pressão potencialmente maior do fluxo de ar através do duto de desvio 94 por inclusão do compressor auxiliar 112, tal ar pode se misturar com a pressão de ar relativamente mais alta na trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 a montante da turbina de LP 30 (por exemplo, ao contrário à jusante de um bloco dianteiro da turbina de LP 30).

[0051] Referindo-se ainda à Figura 3, o motor turbofan 10 ou, em vez disso, o núcleo 16 do motor turbofan 10, inclui, adicionalmente, um trocador de calor 124 em comunicação de fluxo de ar com o duto de desvio 94. Para a realização retratada, o trocador de calor 124 está localizado a jusante do compressor auxiliar 112 pelo menos parcialmente dentro do duto de desvio 94. Entretanto, em outras realizações exemplificativas, o trocador de calor 124 pode ser posicionado, alternativamente, a montante do compressor auxiliar 112 pelo menos parcialmente dentro do duto de desvio 94.

[0052] O trocador de calor 124 pode ser configurado para transferir calor de um ou mais sistemas do motor turbofan 10 para o fluxo de ar no duto de desvio 94. Por exemplo, o trocador de calor 124 pode ser configurado para transferir calor de um sistema de lubrificação principal do núcleo 16 do motor turbofan 10 para o fluxo de ar de sangria no duto de desvio 94. Adicionalmente, embora não retratado, em outras realizações, o núcleo 16 do motor turbofan 10 pode incluir, adicionalmente, uma pluralidade de trocadores de calor 124 em comunicação de fluxo de ar com o duto de desvio 94, espaçados ao longo do duto de desvio 94 de qualquer maneira adequada.

[0053] A inclusão de um ou mais trocadores de calor 124 no duto de desvio 94 pode permitir um controle térmico maior dos sistemas de gerenciamento térmico do motor turbofan 10, enquanto também adiciona energia ao fluxo de ar no duto de desvio 94.

[0054] Em referência agora à Figura 5, uma vista esquemática simplificada de um núcleo 16 de um motor turbofan 10 de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação é fornecida. O núcleo 16 da realização exemplificativa da Figura 5 pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o núcleo 16 exemplificativo descrito acima e retratado na Figura 3. Consequentemente, a numeração igual ou similar pode se referir aos componentes iguais ou similares.

[0055] Por exemplo, o núcleo 16 exemplificativo retratado na Figura 5 inclui uma seção de compressor, uma primeira seção de combustão 26 localizada a jusante da seção de compressor e uma seção de turbina localizada a jusante da primeira seção de combustão 26. A seção de compressor inclui um ou mais compressores (isto é, um compressor de LP 22 e um compressor de HP 24) e a seção de turbina inclui uma ou mais turbinas (isto é, uma turbina de HP 28 e uma turbina de LP 30). O compressor de LP 22 e o compressor de HP 24 da seção de compressor, assim como a turbina de HP 28 e a turbina de LP 30 da seção de turbina, são, cada um, giratórios ao redor da linha central longitudinal 12 do motor turbofan 10. Adicionalmente, o núcleo 16 exemplificativo retratado na Figura 3 inclui um duto de desvio 94 que se estende entre uma entrada 96 em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor e uma saída 98 em comunicação de fluxo de ar com a seção de turbina. Para a realização retratada, o duto de desvio 94 também é definido pelo menos em parte por uma armação de membro 100 e inclui um combustor de duto de desvio 104 posicionado parcialmente no mesmo.

[0056] Entretanto, para a realização da Figura 5, o combustor de duto de desvio 104 não é configurado como um combustor de pressão constante. Em vez disso, o combustor de duto de desvio 104 exemplificativo posicionado pelo menos parcialmente no duto de desvio 94 do motor turbofan 10 exemplificativo da Figura 5 é configurado como um combustor de elevação de pressão. Por exemplo, o combustor de duto de desvio 104 pode ser configurado como um dispositivo de combustão por detonação pulsada, um combustor de onda de percurso ou qualquer outro combustor de elevação de pressão adequado. Ademais, em certas realizações exemplificativas, o motor turbofan 10 pode incluir uma pluralidade de combustores de elevação de pressão posicionados pelo menos parcialmente no duto de desvio 94 e espaçados circunferencialmente. A inclusão de um ou mais combustores de elevação de pressão pelo menos parcialmente dentro do duto de desvio 94 pode fornecer um modelo de fluxo desejado durante o funcionamento.

[0057] Em referência agora à Figura 6, uma vista esquemática simplificada de um núcleo 16 de um motor turbofan 10 de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação é fornecida. O núcleo 16 da realização exemplificativa da Figura 6 pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o núcleo 16 exemplificativo descrito acima e retratado na Figura 2. Consequentemente, a numeração igual ou similar pode se referir aos componentes iguais ou similares.

[0058] Por exemplo, o núcleo 16 exemplificativo retratado na Figura 5 inclui uma seção de compressor, uma primeira seção de combustão 26 localizada a jusante da seção de compressor e uma seção de turbina localizada a jusante da primeira seção de combustão 26. Adicionalmente, o núcleo 16 exemplificativo retratado na Figura 3 inclui um duto de desvio 94 que se estende entre uma entrada 96 em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor e uma saída 98 em comunicação de fluxo de ar com a seção de turbina. Para a realização retratada, o duto de desvio 94 também é definido pelo menos em parte por uma armação de membro 100 e inclui um combustor de duto de desvio 104 posicionado pelo menos parcialmente no mesmo.

[0059] Entretanto, para a realização retratada, o núcleo 16 do motor turbofan 10 exemplificativo é configurado como um núcleo com três hastes ou três bobinas 16. Mais particularmente, a seção de compressor do núcleo 16 inclui um primeiro compressor de alta pressão (HP) 126 e um segundo compressor de pressão bastante alta (VHP) 128. Similarmente, a seção de turbina inclui uma primeira turbina de VHP 130 e uma segunda turbina de HP 132. O compressor de HP 126 é acoplado à turbina de HP 132 por meio de uma haste de HP 134 e o compressor de VHP 128 é acoplado à turbina de VHP 130 por meio de uma haste de VHP 136. Adicionalmente, para a realização retratada, a seção de turbina inclui, ainda, uma terceira turbina de baixa pressão (LP) 138 localizada a jusante da turbina de VHP 130 e da turbina de HP 132. Ademais, a turbina de LP 30 é acoplada a uma haste de LP 140 que, por sua vez, é conectada a uma haste de saída de potência 47, de tal modo que a turbina de LP 140 seja configurada somente para acionar a haste de LP 140 e a haste de saída de potência 47. Por exemplo, a haste de saída de potência 47 pode ser uma extensão da haste de LP 140 e configurada para girar um ventilador do motor turbofan 10 exemplificativo. Alternativamente, conforme discutido acima, a haste de saída de potência 47 pode, em vez disso, ser, por exemplo, uma extensão da haste de LP 140 acoplada mecanicamente a uma caixa de engrenagens de potência que, por sua vez, pode ser acoplada a uma haste de ventilador para girar o ventilador. Adicionalmente, em ainda outras realizações, em que o motor turbofan 10 é, em vez disso, configurado como um motor turboélice, a haste de saída de potência 47 pode ser uma extensão da haste de LP 140 configurada para girar um propulsor ou em que o motor turbofan 10 é, em vez disso, configurado como um motor turboeixo, a haste de saída de potência 47 pode ser uma extensão da haste de LP 140 acoplada a uma carga.

[0060] Em referência agora à Figura 7, uma vista em corte transversal esquemática de um motor de turbina a gás 200 adaptativo de acordo com uma realização da presente invenção é fornecida. O motor de turbina a gás 200 tem um ventilador 202 e um núcleo 204. O ventilador 202 compreende um sistema de ventilador conversível/ adaptativo 206 que tem um eixo geométrico longitudinal 12 e é acionado por uma haste de turbina de baixa pressão (LPT) 36. Em algumas aplicações, o motor 200 pode ter, opcionalmente, uma passagem de fluxo externa 208 que recebe uma corrente de fluxo externo 210 e um sistema de ventilador externo 212. Uma corrente de fluxo de ar de entrada 214 entra na frente do motor 200. Uma porção de corrente de fluxo de ventilador 215 da corrente de fluxo de ar de entrada 214 é pressurizada pelo ventilador 202 e se divide em uma ou mais correntes de fluxo de desvio 216 e uma corrente de fluxo de núcleo 218. As uma ou mais correntes de fluxo de desvio 216 desviam do núcleo 204 do motor 200 e entram em um sistema de escape 220. A corrente de fluxo de núcleo 218 entra no núcleo 204, conforme é discutido abaixo. A corrente de fluxo de desvio 216 e a corrente de fluxo de núcleo 218 se integram a jusante do núcleo 204 para formar a corrente de escape interna 222 que é expandida adicionalmente na área de garganta variável 224 do sistema de escape 220, formando a corrente de fluxo de escape de motor principal 226.

[0061] Em várias realizações exemplificativas, o motor 200 inclui o sistema de ventilador conversível/ adaptativo 206, que é coaxial com o eixo geométrico de linha central de motor 11 e localizado dentro de um invólucro de ventilador conversível 228 que é sustentado por estruturas de armação conhecidas, tais como amortecedores 230. O sistema de ventilador conversível 206 mostrado na Figura 7 compreende uma pluralidade de pás de ventilador conversível 232 e um ou mais conjuntos de lâminas variáveis 234 para controlar o fluxo de ar e a razão de pressão. Na realização exemplificativa mostrada na Figura 7, um rotor de ventilador conversível é acionado por uma haste de ventilador conversível 236 que é acoplada à haste de LPT 36.

[0062] Quando uma passagem de fluxo externa 208 está presente, a passagem 208 pode ser pressurizada adicionalmente pelo sistema de ventilador externo 212 e pode formar uma corrente de escape externa 238. O sistema de ventilador externa 212 é distinguido por um ventilador externo 240 acoplado a um ventilador radialmente interno 242. O ventilador externo 240 descarrega a corrente de escape externa 238 no interior de um duto de ventilador externo que é, geralmente, coanular com e limita um duto de interno.

[0063] Adicionalmente, o núcleo 204 do motor de turbina a gás adaptativo 200 geralmente inclui um compressor de baixa pressão (LP) 22, um compressor de alta pressão (HP) 24, uma primeira seção de combustão 26, uma turbina de HP 28 e uma turbina de LP 30. Adicionalmente, o núcleo exemplificativo inclui um duto de desvio 94 que tem uma entrada em comunicação de fluxo de ar com a corrente de fluxo de ar de núcleo 218 a montante do compressor de HP 24 e uma saída em comunicação de fluxo de ar com a corrente de fluxo de ar de núcleo 218 a jusante da turbina de HP 28. Desse modo, o duto de desvio 94 desvia do compressor de HP 24, da seção de combustão 26 e da turbina de HP 28 quando utilizado. Adicionalmente, o motor turbofan 200 inclui um combustor de duto de desvio 104 posicionado dentro do duto de desvio 94 para adicionar energia adicional ao fluxo de ar que flui através do mesmo durante o funcionamento. Em certas realizações exemplificativas, o núcleo 204 do motor de turbina a gás adaptativo 200 da Figura 7 pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que uma ou mais das realizações exemplificativas descritas acima com referência às Figuras 1 a 6.

[0064] Deve ser verificado, entretanto, que o motor de turbina a gás adaptativo 200 retratado na Figura 7 é fornecido a título de exemplo, apenas e, em outras realizações exemplificativas, qualquer outro motor de turbina a gás adaptativo pode ser fornecido.

[0065] Em referência agora à Figura 8, é fornecido um fluxograma de um método (300) para operar um motor de turbina a gás de acordo com um aspecto exemplificativo da presente revelação. Por exemplo, o método exemplificativo (300) da Figura 8 pode ser usado para operar um ou mais dos motores turbofan exemplificativos descritos acima com referência às Figuras 1 a 7. Consequentemente, o método exemplificativo (300) pode ser usado para operar um motor de turbina a gás que tem uma seção de compressor, uma primeira seção de combustão, uma seção de turbina e uma ou mais hastes, sendo que as uma ou mais hastes acoplam a seção de compressor e a seção de turbina. Adicionalmente, o motor de turbina a gás pode incluir um duto de desvio que desvia da primeira seção de combustão e um combustor de duto de desvio posicionado pelo menos parcialmente dentro do duto de desvio.

[0066] Em referência, particularmente, à Figura 8, o método exemplificativo (300) inclui, em (302), fornecer um primeiro fluxo de ar através da primeira seção de combustão e, em (304), fornecer um segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio. Adicionalmente, o método exemplificativo (300) inclui, em (306), integrar o primeiro fluxo de ar e o segundo fluxo de ar na seção de turbina. O primeiro fluxo de ar e o segundo fluxo de ar integrados em (306) podem acionar, pelo menos parcialmente, a seção de turbina. Ademais, o método exemplificativo inclui, em (308), acionar uma haste de saída de potência do motor de turbina a gás com a seção de turbina do motor de turbina a gás. Consequentemente, o primeiro e o segundo fluxos de ar, integrados em (306), podem ser usados para acionar a haste de saída de potência do motor de turbina a gás.

[0067] Em pelo menos certos aspectos exemplificativos, o método exemplificativo (300) pode operar durante um modo de operação de temperatura de entrada relativamente alta - isto é, condições de operação em que uma entrada temperatura do motor de turbina a gás é relativamente alta em comparação a uma temperatura de entrada durante operações de cruzeiro do motor de turbina a gás. Por exemplo, o método exemplificativo (300) pode operar durante um modo de operação de partida de uma aeronave à qual o motor de turbina a gás é montado, em cujo caso, uma temperatura de entrada é relativamente alta em comparação a uma temperatura de entrada durante operações de cruzeiro. Consequentemente, em tal aspecto exemplificativo, fornecer o primeiro fluxo de ar através da primeira seção de combustão em (302) pode incluir fornecer o primeiro fluxo de ar através da primeira seção de combustão durante um modo de operação de partida do motor de turbina a gás. Similarmente, em tal aspecto exemplificativo, fornecer o segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio em (304) pode incluir fornecer o segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio também durante o modo de operação de partida do motor de turbina a gás. Tal aspecto exemplificativo pode permitir que o motor de turbina a gás opere em um nível de potência relativamente alto, conforme pode ser desejado para partida, apesar da temperatura relativamente alta do ar fornecido à entrada do núcleo do motor de turbina a gás.

[0068] Adicionalmente, em outros aspectos exemplificativos, em que, por exemplo, o motor de turbina a gás é montado em uma aeronave supersônica, o método exemplificativo (300) pode operar, durante uma operação de voo de alta velocidade, ou mais particularmente durante uma operação de voo supersônico. Durante uma operação de voo supersônico, uma temperatura de entrada do motor é relativamente alta em comparação a uma operação de cruzeiro (isto é, operação de voo subsônico). Consequentemente, em certos aspectos exemplificativos, fornecer o segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio em (304) pode incluir fornecer o segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio durante uma operação de voo de alta velocidade.

[0069] Em contrapartida, em outros aspectos exemplificativos, o método exemplificativo (300) pode operar durante, por exemplo, um modo de operação inativo ou um modo de operação de baixa potência do motor de turbina a gás. Conforme usado no presente documento, o modo de operação inativo se refere a um modo de operação do motor de turbina a gás em que nenhum impulso é desejado do motor de turbina a gás. Adicionalmente, conforme usado no presente documento, o modo de operação de baixa potência do motor de turbina a gás se refere a um modo de operação em que uma quantidade relativamente baixa de impulso é desejada para um motor de turbina a gás. Por exemplo, o modo de operação de baixa potência pode ser um modo de operação que corresponde a menos do que dez por cento do impulso disponível de motores de turbina a gás. O modo de operação de baixa potência pode ser útil durante, por exemplo, taxiamento da aeronave à qual o motor de turbina a gás é montado. Com tal aspecto exemplificativo, fornecer o segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio em (304) pode incluir fornecer o segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio durante pelo menos um dentre um modo de operação inativo ou um modo de operação de baixa potência do motor de turbina a gás. Especificamente, tal aspecto exemplificativo pode permitir a rotação de, por exemplo, uma haste de LP do motor de turbina a gás a uma velocidade rotacional suficientemente alta para operar componentes necessários do motor de turbina a gás e/ou aeronave à qual o motor de turbina a gás é montado enquanto mantém uma saída de potência geral relativamente baixa do motor de turbina a gás. Notavelmente, entretanto, o combustor de duto de desvio pode não queimar combustível durante tais operações.

[0070] Esta descrição escrita usa exemplos para apresentar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para capacitar qualquer indivíduo versado na técnica a praticar a invenção, inclusive a fazer e usar qualquer aparelho ou sistema e a executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações se os mesmos incluírem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.

Lista de Componentes 10 Motor a Jato Turbofan 12 Linha Central Longitudinal ou Axial 14 Seção de Ventilador 16 Motor de Turbina de Núcleo 18 Invólucro Externo 20 Entrada 22 Compressor de Baixa Pressão 24 Compressor de Alta Pressão 26 Seção de Combustão 28 Turbina de Alta Pressão 30 Turbina de Baixa Pressão 32 Seção de Escape de Jato 34 Haste/Bobina de Alta Pressão 36 Haste/Bobina de Baixa Pressão 37 Trajetória de fluxo de ar de núcleo 38 Ventilador Ρ40 Pás 42 Disco 44 Membro de atuação 46 Caixa de engrenagens de potência 47 Haste de saída de potência 48 Nacela 50 Invólucro ou Nacela de Ventilador 52 Lâmina-guia de Saída 54 Seção a Jusante 56 Passagem de Fluxo de Ar de Desvio 58 Ar 60 Entrada 62 Primeira Porção de Ar 64 Segunda Porção de Ar 66 Gases de Combustão 68 Lâmina de Estator 70 Pá de Rotor de Turbina 72 Lâmina de Estator 74 Pá de Rotor de Turbina 76 Seção de Escape de Bocal de Ventilador 78 Trajetória de Gás Quente 80 Membro de armação de compressor 82 Membro de armação de turbina 84 Armação de mistura 86 Bloco dianteiro de turbina de LP

88 Bloco traseiro de turbina de LP 90 Armação posterior de turbina 92 Mancais 94 Duto de desvio 96 Entrada 98 Saída 100 Membro estrutural 102 Válvula 104 Combustor de duto de desvio 106 Entrada de turbina de HP 108 1a porção de ar 110 2a porção de ar 112 Compressor auxiliar 114 Pás de compressor auxiliar 116 IGVs de compressor auxiliar 118 OGVs 120 Anel 122 Pás de rotor de compressor de HP 124 Trocador de calor 126 Compressor de HP

128 Compressor de VHP

130 Turbina de VHP

132 Turbina de HP

134 Haste de HP

136 Haste de VHP

138 Turbina de LP

140 Haste de LP 200 Motor 202 Ventilador 204 Núcleo 206 Sistema de ventilador conversível 208 Corrente de ventilador externo 210 Corrente de fluxo 212 Sistema de ventilador externo 214 Corrente de fluxo de ar interno 215 Corrente de fluxo de ventilador 216 Corrente de fluxo de desvio 218 Corrente de fluxo de núcleo 220 Sistema de escape 222 Corrente de escape 224 Área de garganta variável 226 Corrente de fluxo de escape 228 Invólucro de ventilador conversível 230 Amortecedores 232 Pás de ventilador 234 Lâminas variáveis 236 Haste de ventilador conversível 238 Corrente de escape externa 240 Ventilador externo 242 Ventilador interno 244 246 Reivindicações

Claims (20)

1. MOTOR DE TURBINA A GÁS caracterizado pelo fato de que compreende: uma seção de compressor; uma primeira seção de combustão posicionada a jusante da seção de compressor; uma seção de turbina localizada a jusante da primeira seção de combustão; uma ou mais hastes que acoplam mecanicamente a seção de compressor à seção de turbina, sendo que as uma ou mais hastes também são acopladas mecanicamente a uma haste de saída de potência; um duto de desvio que define uma entrada em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor e uma saída em comunicação de fluxo de ar com a seção de turbina, sendo que o duto de desvio desvia a primeira seção de combustão; e um combustor de duto de desvio posicionado pelo menos parcialmente dentro do duto de desvio.

2. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção de compressor inclui um compressor de alta pressão e um compressor de baixa pressão, em que a seção de turbina inclui uma turbina de alta pressão e uma turbina de baixa pressão, em que a entrada do duto de desvio está em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor a montante do compressor de alta pressão e em que a saída do duto de desvio está em comunicação de fluxo de ar com a seção de turbina a jusante da turbina de alta pressão.

3. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de turbina a gás é configurado como pelo menos um dentre um motor turbofan, um motor turboeixo, um motor turboélice ou um motor de ventilador adaptativo.

4. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de turbina a gás é um motor turbofan e em que a haste de potência de saída é acoplada mecanicamente a um ventilador do motor turbofan.

5. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda um compressor auxiliar posicionado no duto de desvio e uma localização a montante do combustor de duto de desvio.

6. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o compressor auxiliar inclui uma pluralidade de lâminas-guia de entrada variáveis.

7. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o combustor de duto de desvio é configurado como um combustor de pressão constante.

8. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o combustor de duto de desvio é configurado como um combustor de elevação de pressão.

9. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção de turbina inclui uma primeira turbina e uma segunda turbina, em que a segunda turbina é posicionada a jusante da primeira turbina, em que a seção de turbina inclui, ainda, um duto de posicionado entre a primeira e a segunda turbinas e em que o duto de mistura está em comunicação de fluxo de ar com a saída do duto de desvio para integrar um fluxo de ar do duto de desvio em uma trajetória de fluxo de ar de núcleo.

10. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de turbina a gás define uma pressão estática a montante na entrada do duto de desvio, em que o motor de turbina a gás define adicionalmente uma pressão estática a jusante na saída do duto de desvio e em que, durante o funcionamento do motor de turbina a gás, a pressão estática a montante é substancialmente igual à pressão estática a jusante.

11. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o duto de desvio inclui uma válvula para controlar uma quantidade de fluxo de ar permissível através do mesmo.

12. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o combustor de duto de desvio é posicionado próximo à saída do duto de desvio.

13. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção de turbina inclui uma primeira turbina, em que a primeira turbina define uma primeira entrada de turbina e em que o compressor de duto de desvio é posicionado pelo menos parcialmente atrás da primeira entrada de turbina.

14. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o combustor de duto de desvio é posicionado completamente atrás da primeira entrada de turbina.

15. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o duto de desvio é posicionado para fora a partir da primeira seção de combustão ao longo de uma direção radial do motor de turbina a gás.

16. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda uma pluralidade de combustores de duto de desvio posicionados pelo menos parcialmente dentro do duto de desvio e espaçados ao longo de uma direção circunferencial do duto de desvio.

17. MÉTODO PARA OPERAR UM MOTOR DE TURBINA A GÁS que tem uma seção de compressor, uma primeira seção de combustão, uma seção de turbina e uma ou mais hastes, sendo que as uma ou mais hastes acoplam a seção de compressor e a seção de turbina, em que o motor de turbina a gás também tem um duto de desvio que desvia a primeira seção de combustão e um combustor de duto de desvio posicionado pelo menos parcialmente dentro do duto de desvio, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um primeiro fluxo de ar através da primeira seção de combustão; fornecer um segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio; integrar o primeiro fluxo de ar e o segundo fluxo de ar na seção de turbina, sendo que o primeiro fluxo de ar e o segundo fluxo de ar acionam pelo menos parcialmente a seção de turbina; e acionar um eixo de saída com a seção de turbina.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que fornecer o primeiro fluxo de ar através da primeira seção de combustão inclui fornecer o primeiro fluxo de ar através da primeira seção de combustão durante um modo de operação de temperatura de entrada relativamente alta do motor de turbina a gás e em que fornecer o segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio inclui fornecer o segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio também durante o modo de operação de temperatura de entrada relativamente alta do motor de turbina a gás.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que acionar o eixo de saída com a seção de turbina inclui pelo menos um dentre acionar um ventilador de passo variável do motor de turbina a gás com a seção de turbina ou adicionar um propulsor de passo variável do motor de turbina a gás com a seção de turbina.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que fornecer o segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio inclui fornecer o segundo fluxo de ar através do duto de desvio e do combustor de duto de desvio durante pelo menos um dentre um modo de operação inativo ou um modo de operação de baixa potência do motor de turbina a gás.