BR102017025528A2

BR102017025528A2 - sistema de propulsão e método para operar um sistema de propulsão

Info

Publication number: BR102017025528A2
Application number: BR102017025528-0A
Authority: BR
Inventors: M. Vondrell Randy; Crabtree Glenn
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2018-08-14
Also published as: CA2987227C; US10837304B2; JP7026989B2; CA2987227A1; CN108216546A; EP3335995A1; JP2018140767A; EP3335995B1; CN108216546B; US20180163558A1

Abstract

trata-se de um sistema de propulsão (10) que inclui um propulsor (12) que tem um eixo de acionamento (72), uma máquina elétrica (14) acoplada ao eixo de acionamento (72) do propulsor (12) e um motor de combustão que tem um eixo de saída. o sistema de propulsão (10) adicionalmente inclui uma embreagem unidirecional (16) operável com pelo menos um dentre o eixo de acionamento (72) do propulsor (12) e o eixo de saída do motor de combustão. a embreagem unidirecional (16) permite uma velocidade angular diferencial do eixo de acionamento (72) em relação ao eixo de saída em uma primeira direção circunferencial e impede uma velocidade angular diferencial do eixo de acionamento (72) em relação ao eixo de saída em uma segunda direção circunferencial.

Description

(54) Título: SISTEMA DE PROPULSÃO E MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE PROPULSÃO (51) Int. Cl.: B64D 27/24; B64D 27/10; B64D 35/08; F16D 48/06; F02C 7/36 (30) Prioridade Unionista: 13/12/2016 US 15/377,080 (73) Titular(es): GENERAL ELECTRIC COMPANY (72) Inventor(es): RANDY M. VONDRELL; GLENN CRABTREE (85) Data do Início da Fase Nacional:

28/11/2017 (57) Resumo: Trata-se de um sistema de propulsão (10) que inclui um propulsor (12) que tem um eixo de acionamento (72), uma máquina elétrica (14) acoplada ao eixo de acionamento (72) do propulsor (12) e um motor de combustão que tem um eixo de saída. O sistema de propulsão (10) adicionalmente inclui uma embreagem unidirecional (16) operável com pelo menos um dentre o eixo de acionamento (72) do propulsor (12) e o eixo de saída do motor de combustão. A embreagem unidirecional (16) permite uma velocidade angular diferencial do eixo de acionamento (72) em relação ao eixo de saída em uma primeira direção circunferencial e impede uma velocidade angular diferencial do eixo de acionamento (72) em relação ao eixo de saída em uma segunda direção circunferencial.

1/22 “SISTEMA DE PROPULSÃO E MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE PROPULSÃO”

Campo [001] A presente matéria refere-se, em geral, a um sistema de propulsão elétrico híbrido que utiliza um motor de turbina a gás.

Antecedentes [002] Um motor de turbina de um motor de turbina a gás exemplificativo inclui, em geral, em ordem de fluxo em série, uma seção de compressor, uma seção de combustão e uma seção de turbina. Durante a operação, o ar ambiente é fornecido a uma entrada da seção de compressor em que 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 a partir 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.

[003] Com certos sistemas de propulsão, o motor de turbina do motor de turbina a gás pode ser usado para acionar, por exemplo, uma hélice. Além disso, com certos sistemas de propulsão, uma fonte de alimentação secundária pode ser usada para suplementar uma quantidade de potência fornecida à hélice pelo motor de turbina a gás, ou alternativamente, para substituir a potência fornecida à hélice pelo motor de turbina a gás. Com o último caso, podem surgir complicações se a fonte de alimentação secundária adicionalmente causar a rotação de certos componentes do motor de turbina a gás sem que haja operação do motor de turbina a gás.

[004] Consequentemente, um sistema de propulsão que inclui uma fonte de alimentação secundária com capacidade para suplementar ou substituir a potência fornecida por um motor de turbina a gás com capacidade

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2/22 para superar os obstáculos acima seria particularmente útil na técnica.

Breve Descrição [005] Aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na descrição a seguir, ou podem ser evidentes a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.

[006] Em uma realização exemplificativa da presente revelação, é fornecido um sistema de propulsão. O sistema de propulsão inclui um eixo de acionamento, uma máquina elétrica acoplada ao eixo de acionamento e um motor de combustão que tem um eixo de saída. O sistema de propulsão adicionalmente inclui uma embreagem unidirecional operável com pelo menos um dentre o eixo de acionamento e o eixo de saída do motor de combustão. A embreagem unidirecional permite uma velocidade angular diferencial do eixo de acionamento em relação ao eixo de saída em uma primeira direção circunferencial e impede uma velocidade angular diferencial do eixo de acionamento em relação ao eixo de saída em uma segunda direção circunferencial.

[007] Em um aspecto exemplificativo da presente revelação, um método para operar um sistema de propulsão é fornecido. O sistema de propulsão inclui um propulsor que inclui um eixo de acionamento, uma máquina elétrica acoplada ao eixo de acionamento, um motor de combustão que tem um eixo de saída e uma embreagem unidirecional operável com pelo menos um dentre o eixo de acionamento do propulsor e o eixo de saída do motor de combustão. O método inclui operar o sistema de propulsão para alimentar o propulsor, pelo menos em parte, com o motor de combustão, de modo que a embreagem unidirecional acople o eixo de saída do motor de combustão ao eixo de acionamento do propulsor. O método também inclui operar o sistema de propulsão para alimentar o propulsor, pelo menos em parte, com a máquina elétrica de modo que a embreagem unidirecional desacople o eixo de saída do

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3/22 motor de combustão do eixo de acionamento do propulsor.

[008] Essas e outras funções, aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão mais bem compreendidos em referência às reivindicações anexas e à descrição a seguir. As Figuras anexas, que são incorporadas no relatório descritivo e que constituem uma parte do mesmo, ilustram as realizações da invenção e, junto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

Breve Descrição das Figuras [009] Uma revelação completa e viabilizadora da presente invenção, que inclui o melhor modo da mesma, destinada a uma pessoa de habilidade comum na técnica, é apresentada no relatório descritivo que faz referência às Figuras anexas, nas quais:

[010] A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de propulsão de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação.

[011] A Figura 2 é uma vista em primeiro plano em corte transversal de uma embreagem unidirecional de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação, conforme pode ser incorporado no sistema de propulsão exemplificativo da Figura 1.

[012] A Figura 3 é uma vista esquemática de um sistema de propulsão de acordo com uma outra realização exemplificativa da presente revelação.

[013] A Figura 4 é uma vista esquemática de um sistema de propulsão ainda de acordo com uma outra realização exemplificativa da presente revelação.

[014] A Figura 5 é uma vista esquemática de um sistema de propulsão ainda de acordo com uma outra realização exemplificativa da presente revelação.

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4/22 [015] A Figura 6 é uma vista esquemática de um sistema de propulsão ainda de acordo com uma outra realização exemplificativa da presente revelação.

[016] A Figura 7 é uma vista esquemática de um sistema de propulsão ainda de acordo com uma outra realização exemplificativa da presente revelação.

[017] A Figura 8 é um diagrama de fluxo de um método para operar um sistema de propulsão de acordo com um aspecto exemplificativo da presente revelação.

Descrição Detalhada [018] Agora, será feita referência em detalhes às presentes realizações da invenção, em que um ou mais exemplos da mesma são ilustrados nos desenhos anexos. A descrição detalhada usa designações numéricas e de letras para indicar os recursos nos desenhos. As designações semelhantes ou iguais nos desenhos e na descrição foram usadas para se referir às partes semelhantes ou iguais da invenção. Conforme usados no presente documento, os termos “primeiro”, “segundo” e “terceiro” podem ser usados alternadamente para distinguir os componentes entre si e não se destinam a significar uma localização ou uma importância dos componentes individuais. Os termos “para frente” e “posterior” se referem a posições relativas dentro de um motor de turbina a gás, sendo que para frente se refere a uma posição próxima de uma entrada de motor e posterior se refere a uma posição próxima de uma exaustão ou bocal de motor. Os termos “a montante” e “a jusante” se referem à direção relativa em relação ao fluxo de fluido em uma passagem 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.

[019] Agora em referência aos desenhos, em que os numerais idênticos indicam os mesmos elementos ao longo de todas as Figuras, a Figura

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5/22 é uma vista esquemática de um sistema de propulsão 10 de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação. Para a realização ilustrada, o sistema de propulsão 10 inclui geralmente um motor de turbina a gás (uma vista em corte transversal esquemática do qual é fornecida na Figura 1), um propulsor 12, uma máquina elétrica 14 e uma embreagem unidirecional 16. Cada um desses componentes, e sua respectiva operabilidade dentro do sistema de propulsão exemplificativo 10 ilustrado, é descrita em mais detalhes abaixo.

[020] Em referência, primeiro, ao motor de turbina a gás exemplificativo, será verificado que o motor de turbina a gás ilustrado é configurado como um motor de turboeixo, denominado no presente documento como “motor de turboeixo 18”. No entanto, conforme é discutido em mais detalhes abaixo, em outras realizações exemplificativas, o motor de turboeixo 18 pode, em vez disso, ser configurado de qualquer outra maneira adequada. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, o motor de turboeixo 18 pode, em vez disso, ser configurado como um motor de turbopropulsor, um motor de turbofan, ou qualquer outro motor de combustão adequado (tal como qualquer outro motor de turbina a gás adequado ou, por exemplo, motor de combustão interna).

[021] Conforme mostrado na Figura 1, o motor de turboeixo 18 define uma direção axial A (que se estende paralela a uma linha central longitudinal 20 fornecida para referência), uma direção radial R, e uma direção circunferencial C (isto é, uma direção que se estende sobre a direção axial A; consulte Figura 2). Em geral, o motor de turboeixo 18 inclui um motor de turbina 22 e um eixo de saída 24.

[022] O motor de turbina exemplificativo 22 ilustrado inclui geralmente um invólucro externo substancialmente tubular 26 que circunda parcialmente um duto de entrada radial anular 28. O duto de entrada radial 28

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6/22 inclui pelo menos uma porção que se estende geralmente ao longo da direção radial R, e é adicionalmente configurada para mudar uma direção de um fluxo de ar através da mesma, de modo que o fluxo de ar resultante esteja geralmente ao longo da direção axial A. Adicionalmente, o invólucro externo 26 reveste, em relação de fluxo em série, uma seção de compressor que inclui um compressor único 30; uma seção de combustão que inclui um combustor de fluxo reverso 32; uma seção de turbina que inclui uma turbina de alta pressão (HP) 34 e uma turbina de baixa pressão (LP) 36; e uma seção de exaustão 38. Além disso, o motor de turboeixo 18 ilustrado é um motor de bobina dupla, que inclui uma primeira bobina ou eixo de alta pressão (HP) 40 que acopla a turbina de HP 34 ao compressor 30, e uma bobina ou eixo de baixa pressão (LP) 42 acoplado à turbina de LP 36, e que conecta de modo acionável a turbina de LP 36 ao eixo de saída 24.

[023] A seção de compressor, seção de combustão, seção de turbina, e seção de exaustão 38 juntas definem uma trajetória de fluxo de ar de motor de turbina 44 através do motor de turbina 22. Notavelmente, para a realização ilustrada, o motor de turbina 22 inclui adicionalmente um estágio de paletas de guia de entrada 46 em uma extremidade dianteira da trajetória de fluxo de ar de motor de turbina 44. Especificamente, as paletas de guia de entrada 46 são posicionadas pelo menos parcialmente dentro do duto de entrada radial 28, em que o duto de entrada radial 28 é localizado a montante da seção de compressor, que inclui o compressor 30. Para a realização ilustrada, o estágio exemplificativo das paletas de guia de entrada 46 é configurado como paletas de guia de entrada variável. No entanto, deve ser verificado que, em outras realizações exemplificativas, as paletas de guia de entrada 46 podem, em vez disso, ser configuradas como paletas de guia de entrada fixa, e podem ser adicionalmente localizadas em qualquer outra localização adequada dentro do duto de entrada radial 28.

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7/22 [024] Além disso, o compressor 30 da seção de compressor inclui uma pluralidade de estágio de paletas de rotor de compressor. Mais especificamente, para a realização ilustrada, o compressor 30 da seção de compressor inclui quatro estágios de paletas de rotor radialmente orientadas 48, e um estágio adicional de paletas de rotor de compressor centrífugo 50. Adicionalmente, entre cada estágio de paletas de rotor de compressor 48, 50, a seção de compressor inclui um estágio de paletas de estator de compressor. Notavelmente, o primeiro estágio de paletas de estator de compressor é configurado como um estágio de paletas de estator de compressor variável 52. Ao contrário, os estágios restantes de paletas de estator de compressor são configurados como paletas de estator de compressor fixo 56. No entanto, deve ser verificado que, em outras realizações exemplificativas, o compressor 30 pode ter qualquer outra configuração adequada, que inclui qualquer outro número adequado de estágios de paletas de rotor de compressor 48, 50 e qualquer número adequado de estágios de paletas de estator de compressor variável e/ou fixo 52, 56.

[025] Conforme ilustrado, o motor de turbina 22 inclui adicionalmente um duto de transição 58 imediatamente a jusante do compressor 30, em que o duto de transição 58 tem pelo menos uma porção que se estende geralmente ao longo da direção radial R para fornecer um fluxo de ar comprimido do compressor 30 para o combustor de fluxo reverso 32. O estágio de paletas de rotor de compressor centrífugo 50 é configurado para auxiliar a mudar o ar comprimido dentro da seção de compressor radialmente para fora no duto de transição 58. No entanto, notavelmente, em outras realizações exemplificativas, a seção de combustão não pode incluir o combustor de fluxo reverso 32, e, em vez disso, pode incluir qualquer combustor de fluxo dianteiro adequado, tal como um combustor tubular, combustor canular ou combustor anular. Com tal realização exemplificativa, o

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8/22 compressor 30 não pode incluir o estágio de paletas de rotor de compressor centrífugo 50.

[026] Será verificado que, durante a operação do motor de turboeixo 18, um volume de ar 60 entra no motor de turboeixo 18 através do duto de entrada radial 28, e flui através das paletas de guia de entrada 46 e para o interior do compressor 30 da seção de compressor. Uma pressão do ar 60 é aumentada visto que a mesma é encaminhada através do compressor 30, e é, então, fornecida para o combustor de fluxo reverso 32 da seção de combustão, em que o ar é misturado com combustível e queimado para fornecer gases de combustão. Os gases de combustão são encaminhados através da turbina de HP 34, onde uma porção de energia térmica e/ou cinética dos gases de combustão 72 é extraída por meio de estágios sequenciais de palhetas de estator de turbina de HP 62, que são acopladas ao invólucro externo 26, e de pás de rotor de turbina de HP 64, que são acopladas ao eixo de rotor de HP 40, fazendo, assim, com que o eixo de HP 40 gire, sustentando, assim, a operação do compressor de HP 30. Os gases de combustão são, então, encaminhados através da turbina de LP 36 onde uma segunda porção de energia térmica e cinética é extraída dos gases de combustão por meio de estágios sequenciais de palhetas de estator de turbina de LP 66 que são acopladas ao invólucro externo 26 e de pás de rotor de turbina de LP 68 que são acopladas ao eixo de LP 42, fazendo, assim, com que o eixo de LP 42 gire, sustentado, através disso, a operação do eixo de saída 24. Os gases de combustão são subsequentemente encaminhados através da seção de exaustão 38 do motor de turbina 22.

[027] Conforme brevemente indicado, o eixo de LP 42 é acoplado à turbina de LP 36, e é, além disso, mecanicamente acoplado ao eixo de acionamento 24. O eixo de acionamento 24 do motor de turboeixo 18 é operável com os vários outros componentes do sistema de propulsão 10.

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9/22 [028] Ainda em referência à Figura 1, para a realização ilustrada, o propulsor 12 inclui geralmente uma hélice 70 e um eixo de acionamento 72 configurado para girar a hélice 70. Mais especificamente, o propulsor 12 inclui a hélice 70, um eixo de hélice 74, uma caixa de engrenagens 76 e o eixo de acionamento 72. O eixo de acionamento 72 é configurado para girar a hélice 70 através da caixa de engrenagens 76, e ainda mais especificamente, o eixo de acionamento 72 é configurado para girar o eixo de hélice 74 através da caixa de engrenagens 76, que, por sua vez, gira a hélice 70. No entanto, em outras realizações exemplificativas, o propulsor 12 pode ser configurado de qualquer outra maneira adequada.

[029] O sistema de propulsão 10 inclui adicionalmente uma máquina elétrica 14 acoplada ao eixo de acionamento 72 do propulsor 12. A máquina elétrica 14 inclui geralmente um rotor 78 fixamente acoplado ao eixo de acionamento 72 e um estator 80, que é configurado para permanecer estacionário. Além disso, a máquina elétrica 14 inclui uma linha elétrica 81 para conectar eletricamente o estator 80 e/ou rotor 78 da máquina elétrica 14 a uma fonte de alimentação e/ou um dissipador de potência. A máquina elétrica 14 é ilustrada como uma máquina elétrica inrunner 14 (isto é, uma máquina elétrica 14 com o rotor 78 localizado radialmente dentro do estator 80). No entanto, deve ser verificado que, em outras realizações, a máquina elétrica 14 pode ter qualquer outra configuração adequada. Por exemplo, em outras realizações, o estator 80 pode, em vez disso, ser localizado para dentro do rotor 78 ao longo da direção radial R (isto é, como uma máquina outrunner), ou alternativamente pode ser configurado em uma configuração de fluxo axial. Dependendo de uma condição de operação do sistema de propulsão 10 e de uma configuração particular do sistema de propulsão 10, a máquina elétrica 14 pode ser configurada como um gerador elétrico configurado para retirar a potência do sistema de propulsão 10 (isto é, utilizar uma rotação do eixo de acionamento

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10/22 do propulsor 12 para gerar potência elétrica) ou alternativamente como uma máquina motriz elétrica configurada para adicionar potência ao sistema de propulsão 10 (isto é, para acionar ou auxiliar no acionamento do eixo de acionamento 72 do propulsor 12).

[030] A fim de facilitar de modo eficaz as várias condições de operação da máquina elétrica 14, o sistema de propulsão exemplificativo 10 da Figura 1 inclui uma embreagem unidirecional 16 operável com pelo menos um dentre o eixo de acionamento 72 do propulsor 12 e o eixo de saída 24 do motor de turbina a gás (isto é, com o eixo de acionamento 72, com o eixo de saída 24, ou tanto com o eixo de acionamento 72 quanto com o eixo de saída 24). Mais particularmente, para a realização ilustrada, a embreagem unidirecional 16 é operável com pelo menos um dentre o eixo de acionamento 72 do propulsor 12 e eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18 em uma localização entre a máquina elétrica 14 e o motor de turbina 22. A embreagem unidirecional 16 permite uma velocidade angular diferencial do eixo de acionamento 72 em relação ao eixo de saída 24 em uma primeira direção circunferencial C1 e impede uma velocidade angular diferencial do eixo de acionamento 72 em relação ao eixo de saída 24 em uma segunda direção circunferencial C2 (isto é, uma direção circunferencial C oposta à primeira direção circunferencial C1; consulte Figura 2).

[031] Mais especificamente, para a realização ilustrada, a embreagem unidirecional 16 é configurada para desacoplar o eixo de acionamento 72 do propulsor 12 do eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18 passivamente com base em uma velocidade angular do eixo de saída 24 (isto é, uma velocidade giratória ao longo da direção circunferencial C) gerado pelo motor de turbina 22 em relação a uma velocidade angular do eixo de acionamento 72 (isto é, uma velocidade giratória ao longo da direção circunferencial C) gerado pela máquina elétrica 14. Mais especificamente,

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11/22 ainda, para a realização ilustrada, a embreagem unidirecional 16 é configurada para desacoplar o eixo de acionamento 72 do propulsor 12 do eixo de saída 24 do motor de turbina a gás com base em uma quantidade de potência aplicada ao eixo de saída 24 pelo motor de turbina 22 do motor de turboeixo 18 em relação a uma quantidade de potência aplicada ao eixo de acionamento 72 pela máquina elétrica 14. Por exemplo, a embreagem unidirecional 16 para a realização da Figura 1 é configurada para desacoplar o eixo de acionamento 72 do propulsor 12 do eixo de saída 24 do motor de turbina a gás quando a potência aplicada ao eixo de acionamento 72 pela máquina elétrica 14 excede a potência aplicada ao eixo de saída 24 pelo motor de turbina 22 por um limite predeterminado. O limite predeterminado pode ter como base uma configuração particular do sistema de propulsão 10. Por exemplo, o limite predeterminado pode ser uma quantidade fixa, ou alternativamente, pode ser uma razão entre a potência aplicada ao eixo de acionamento 72 pela máquina elétrica 14 e a uma potência aplicada ao eixo de saída 24 pelo motor de turbina 22. Inversamente, a embreagem unidirecional 16 é configurada para acoplar o eixo de acionamento 72 do propulsor 12 ao eixo de saída 24 do motor de turbina a gás quando a potência aplicada ao eixo de acionamento 72 pela máquina elétrica 14 é menor ou igual à potência aplicada ao eixo de saída 24 pelo motor de turbina 22 do motor de turboeixo 18.

[032] Mais particularmente, para a realização ilustrada, a embreagem unidirecional 16 é configurada como uma embreagem mecânica unidirecional, passivamente controlada pelo eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18 e pelo eixo de acionamento 72 do propulsor 12. Por exemplo, em certas realizações exemplificativas, a embreagem unidirecional 16 pode ser configurada como pelo menos uma dentre uma embreagem com catraca ou uma embreagem de came. Por exemplo, brevemente em referência à Figura 2, a embreagem unidirecional 16 pode ser configurada como uma embreagem

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12/22 com catraca. A Figura 2 ilustra esquematicamente uma embreagem unidirecional 16 que tem tal configuração (isto é, como uma embreagem com catraca) visto que pode ser incorporado no sistema de propulsão exemplificativo 10 da Figura 1. A embreagem com catraca exemplificativa ilustrada inclui uma pluralidade de catracas 82 posicionada entre uma pista interna 84 e uma pista externa 86. A pista externa 86 pode ser fixada ao eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18 e a pista interna 84 pode ser fixada ao eixo de acionamento 72 do propulsor 12 (consulte Figura 1). Quando a pista interna 84 gira em sentido anti-horário em relação à pista externa 86 (de modo que haja uma velocidade angular diferencial positiva do eixo de acionamento 72 em relação ao eixo de saída 24 na primeira direção circunferencial C1), a pluralidade de catracas 82 não fornece substancialmente nenhuma resistência a tal movimento. Por esse motivo, a embreagem com catraca permite a velocidade angular diferencial positiva entre a pista interna 84/eixo de acionamento 72 e pista externa 86/eixo de saída 24 e a primeira direção circunferencial C1. Ao contrário, quando a pista interna 84 tentar girar em sentido horário em relação à pista externa 86, a pluralidade de catracas 82 gira em torno de cada um de seus respectivos eixos geométricos de rotação 88 e bloqueia a pista interna 84 para a pista externa 86, de modo que nenhuma rotação relativa da pista interna 84 em relação à pista externa 86 na direção em sentido horário seja permitida. Consequentemente, a embreagem com catraca impede uma velocidade angular diferencial positiva entre a pista interna 84/eixo de acionamento 72 e pista externa 86/eixo de saída 24 e a segunda direção circunferencial C2.

[033] Ainda em referência à Figura 1, o sistema de propulsão exemplificativo 10 inclui adicionalmente um freio 89 operável com o eixo de LP 42. O freio 89 pode engatar o eixo de LP 42 para retardar o eixo de LP 42 e desengatar a embreagem unidirecional 16. O freio 89 pode ser qualquer freio

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13/22 adequado 89, que inclui, por exemplo, um freio por atrito operável com o eixo de LP 42.

[034] No entanto, deve ser verificado que, em outras realizações, qualquer outra embreagem unidirecional adequada 16 pode ser utilizada, e além disso, a embreagem unidirecional 16 pode ser posicionada em qualquer outra localização adequada.

[035] Além disso, deve ser verificado que, em outras realizações exemplificativas, o sistema de propulsão 10 pode ser configurado de qualquer outra maneira adequada. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, o motor de turboeixo pode, em vez disso, ser configurado como um motor de fluxo reverso, de modo que o eixo de LP 42 seja acoplado a um eixo de saída 24 em uma localização a jusante do motor de turboeixo 10. Adicionalmente, ainda em outras realizações exemplificativas, o sistema de propulsão 10 não pode ser um sistema de propulsão aeronáutico. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, o eixo de acionamento 72 não pode ser configurado como parte do propulsor 12, e, em vez disso, pode ser utilizado para acionar qualquer outro veículo adequado. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, o sistema de propulsão pode ser um sistema de propulsão de locomotiva e o eixo de acionamento 72 pode ser configurado como um eixo de acionamento para girar as rodas de um vagão. Outras realizações também são abrangidas pelo escopo dessa revelação. Por exemplo, ainda em outras realizações exemplificativas, o sistema de propulsão 10 pode incluir qualquer outro motor de combustão adequado (isto é, no lugar do motor de turboeixo 18), tal como qualquer outro motor de turbina a gás adequado, ou qualquer motor de combustão interna adequado.

[036] Em referência agora geralmente às Figuras 3 a 5, a operação do sistema de propulsão 10 de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação será descrita. As Figuras 3 a 5, cada

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14/22 uma, ilustram esquematicamente um sistema de propulsão 10 que pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o sistema de propulsão exemplificativo 10 descrito acima em referência à Figura 1. Consequentemente, os números semelhantes ou iguais se referem à parte semelhante ou igual.

[037] Por exemplo, os sistemas de propulsão exemplificativos 10 ilustrados nas Figuras 3 a 5 incluem geralmente um propulsor 12 que tem uma hélice 70, uma caixa de engrenagens 76 e um eixo de acionamento 72; uma máquina elétrica 14 acoplada ao eixo de acionamento 72 de propulsor 12 e que inclui uma linha elétrica 81; um motor de turboeixo 18 que inclui um motor de turbina 22 e um eixo de saída 24 rotativa com, e por, o motor de turbina 22; e uma embreagem unidirecional 16 operável com pelo menos um dentre o eixo de acionamento 72 do propulsor 12 e o eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18.

[038] Em referência particularmente à Figura 3, o sistema de propulsão 10 ilustrado utiliza a máquina elétrica 14 como uma máquina motriz elétrica e usa adicionalmente o motor de turboeixo 18 como uma fonte de alimentação. Por exemplo, na Figura 3, o motor de turbina 22 do motor de turboeixo 18 pode aplicar uma primeira potência de GTE ao eixo de saída 24. Similarmente, a máquina elétrica 14 (que opera como uma máquina motriz elétrica) pode receber potência elétrica da linha elétrica 81 e converter a potência elétrica em uma potência mecânica, isto é, uma primeira potência de EM, aplicada ao eixo de acionamento 72 do propulsor 12. A primeira potência de EM pode estar dentro de um limite predeterminado da primeira potência de GTE para a realização da Figura 3. Por exemplo, a primeira potência de EM pode ser menor ou igual à primeira potência de GTE para a realização da Figura 3. Com base nessa aplicação de potência relativa ao eixo de acionamento 72, a embreagem unidirecional 16 é operável para acoplar o eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18 ao eixo de acionamento 72 do propulsor

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12, de modo que cada um dentre a máquina elétrica 14 (que opera como uma máquina motriz elétrica) e o motor de turboeixo 18 operem para acionar o propulsor 12.

[039] Tal configuração pode permitir que o sistema de propulsão 10 tenha acesso a uma quantidade de potência durante certos modos de operação de alta potência maior que estaria, de outro modo, disponível pelo motor de turboeixo 18 sozinho. Por exemplo, tal configuração pode permitir que o sistema de propulsão 10 acione um propulsor 12 com uso do motor de turboeixo 18 e da máquina elétrica 14 (por exemplo, como uma fonte de alimentação suplementar) durante modos de operação de derivação ou outros modos de operação de alta potência. Com tal configuração, o motor de turboeixo 18 pode ser projetado para operar de modo mais eficaz durante modos de potência relativamente baixa, tais como durante operações de condução, que resultam potencialmente em um sistema de propulsão mais eficaz geral 10.

[040] Referindo-se agora particularmente à Figura 4, o sistema de propulsão 10 ilustrado que também utiliza a máquina elétrica 14 é uma máquina motriz elétrica. Para a realização da Figura 4, no entanto, o motor de turboeixo 18 não está operando, ou alternativamente, está operando em um nível de potência relativamente baixo. Por exemplo, na Figura 4 o motor de turbina 22 do motor de turboeixo 18 pode aplicar uma segunda potência de GTE no eixo de saída 24. Similarmente, a máquina elétrica 14 (que opera como uma máquina motriz elétrica) pode receber potência elétrica da linha elétrica 81 e converter a potência elétrica em uma potência mecânica, isto é, uma segunda potência de EM, aplicada ao eixo de acionamento 72 do propulsor 12. Para a realização ilustrada, a segunda potência de EM não está dentro de um limite predeterminado da segunda potência de GTE. Por exemplo, a segunda potência de EM pode ser maior, ou substancialmente maior que a segunda

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16/22 potência de GTE para a realização da Figura 4. Por exemplo, a segunda potência de EM pode ser pelo menos setenta e cinco por cento (75%) maior que a segunda potência de GTE. Consequentemente, com base na aplicação de potência relativa ao eixo de acionamento 72, a embreagem unidirecional 16 é operável para desacoplar o eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18 do eixo de acionamento 72 do propulsor 12, de modo que a rotação do eixo de acionamento 72 pela máquina elétrica 14 (operar como uma máquina motriz elétrica) não passe ao longo de qualquer torque ou potência rotatória ou torque para o eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18.

[041] Tal configuração pode permitir um sistema de propulsão elétrico híbrido mais eficaz e sustentável 10. Por exemplo, tal configuração pode permitir que o propulsor 12 seja acionado substancial e completamente pela máquina elétrica 14, sem girar o motor de turbina 22 e o motor de turboeixo 18. Consequentemente, o motor de turboeixo 18, em tal modo de operação, não precisa utilizar a potência para operar vários sistemas de acessório do motor de turboeixo 18 (tais como sistemas de lubrificação, sistemas de troca de calor, etc.) que seriam, de outro modo, necessários se o eixo de saída 24 estivesse conectado ao eixo de acionamento 72 sem uso da embreagem unidirecional 16. Com tal configuração, o motor de turboeixo 18 precisaria alimentar por sifão, por exemplo, a partir da máquina elétrica 14, ou de outro modo, operar em um nível de potência mínima para executar tais sistemas de acessório.

[042] Referindo-se agora particularmente à Figura 5, o sistema de propulsão exemplificativo 10 ilustrado utiliza a máquina elétrica 14 como um gerador elétrico. Para a realização ilustrada, o motor de turboeixo 18 está operando para fornecer potência ao sistema de propulsão 10, e mais particularmente, para fornecer potência à máquina elétrica 14 (que opera como um gerador elétrico) bem como ao propulsor 12. Por exemplo, o motor de

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17/22 turbina 22 e o motor de turboeixo 18 podem aplicar uma terceira potência de GTE ao eixo de saída 24. Visto que a máquina elétrica 14 não está aplicando qualquer potência ao eixo de acionamento 72, com base na aplicação de potência relativa ao eixo de acionamento 72, a embreagem unidirecional 16 é operável para acoplar o eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18 ao eixo de acionamento 72 do propulsor 12. Conforme ilustrado, a máquina elétrica 14 está operando para converter uma porção da potência mecânica aplicada ao eixo de acionamento 72 pelo eixo de saída 24 (através da embreagem unidirecional 16) em potência elétrica, isto é, uma terceira potência de EM. A terceira potência de EM pode ser liberada para um dissipador de potência através da linha elétrica 81, enquanto que uma quantidade restante da terceira potência de GTE pode ser utilizada para acionar o propulsor 12.

[043] Tal configuração que pode permitir que o motor de turboeixo 18 opere o propulsor 12 do sistema de propulsão 10 ainda estará fornecendo potência elétrica a outros sistemas dentro do sistema de propulsão 10. Por exemplo, em certas realizações exemplificativas, a potência elétrica convertida pela máquina elétrica 14 para a realização da Figura 5 pode ser utilizada para armazenar potência dentro de um ou mais dispositivos de armazenamento de energia (tais como baterias). Com tal configuração, os dispositivos de armazenamento de energia podem subsequentemente transferir uma quantidade de tal potência armazenada para a máquina elétrica 14 para alimentar substancial e completamente o propulsor 12 (consulte, por exemplo, a Figura 4), ou alternativamente, para aumentar uma quantidade total de potência fornecida ao propulsor 12 (consulte, por exemplo, Figura 3).

[044] Alternativamente, ainda em outras realizações, o motor de turbina 22 e a máquina elétrica 14 do sistema de propulsão 10 da Figura 5 podem ser adicionalmente usados para alimentar outros dispositivos de propulsão. Por exemplo, agora brevemente em referência à Figura 6, um

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18/22 sistema de propulsão 10 de acordo ainda com outra realização exemplificativa da presente revelação é fornecido. O sistema de propulsão exemplificativo 10 da Figura 6 é ilustrado operando de uma maneira substancialmente similar ao sistema de propulsão exemplificativo 10 da Figura 5. No entanto, para uma realização da Figura 6, o propulsor 12 é um primeiro propulsor 12A e a máquina elétrica 14 é uma primeira máquina elétrica 14A. O sistema de propulsão exemplificativo 10 da Figura 6 inclui adicionalmente um segundo propulsor 12B e uma segunda máquina elétrica 14B. O segundo propulsor 12B, similar ao primeiro propulsor 12A, inclui uma hélice 70B, uma caixa de engrenagens 76B e um eixo de acionamento 72B. Adicionalmente, a segunda máquina elétrica 14B, similar à primeira máquina elétrica 14A, é acoplada ao eixo de acionamento 72B do segundo propulsor 12B e inclui um rotor 78B, um estator 80B e uma linha elétrica 81B. Além disso, a segunda máquina elétrica 14B é eletricamente acoplada à primeira máquina elétrica 14A através das respectivas linhas elétricas 81A, 81B. De tal maneira, a segunda máquina elétrica 14B é alimentada pela primeira máquina elétrica 14A, que permite que a segunda máquina elétrica 14B acione o segundo propulsor 12B.

[045] Consequentemente, com tal configuração, o motor de turboeixo 18 do sistema de propulsão 10 pode ser utilizado para operar uma pluralidade de propulsores 12A, 12B. Por exemplo, embora a realização da Figura 6 inclua dois propulsores 12, em outras realizações exemplificativas, o sistema de propulsão exemplificativo 10 pode incluir qualquer outro número adequado de propulsores 12.

[046] Adicionalmente, deve ser verificado, que embora para cada uma das realizações descritas acima em referência às Figuras 1 e 3 a 6, o propulsor 12 seja ilustrado incluindo uma hélice 70, em outras realizações exemplificativas, o propulsor 12 pode ter qualquer outro dispositivo de propulsão. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, o propulsor 12

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19/22 pode incluir um ventilador com dutos ou sem dutos. Adicionalmente, embora o sistema de propulsão exemplificativo 10 seja descrito geralmente como um sistema de propulsão aeronáutico 10 que inclui um motor de turboeixo, em outras realizações exemplificativas, o sistema de propulsão 10 pode incluir qualquer outro motor de turbina a gás adequado (por exemplo, turbopropulsor, turbofan, etc.) ou outro motor de combustão, e o sistema de propulsão 10 pode ser alternativamente configurado como, por exemplo, um sistema de propulsão aeroderivada 10 para aplicações náuticas ou com base terrestre.

[047] Além disso, ainda em outras realizações exemplificativas, deve ser verificado que o sistema de propulsão 10 pode ser configurado de qualquer outra maneira adequada. Por exemplo, agora brevemente em referência à Figura 7, é fornecida uma vista esquemática de um sistema de propulsão 10 que pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o sistema de propulsão exemplificativo 10 descrito acima em referência à Figura 1. Consequentemente, os números semelhantes ou iguais se referem à parte semelhante ou igual. Mais particularmente, o sistema de propulsão exemplificativo 10 descrito na Figura 7 inclui geralmente um propulsor 12 que tem uma hélice 70, uma caixa de engrenagens 76 e um eixo de acionamento 72; uma máquina elétrica 14 acoplada ao eixo de acionamento 72 de propulsor 12 e que inclui uma linha elétrica 81; um motor de turboeixo 18 que inclui um motor de turbina 22 e um eixo de saída 24 rotativa com, e por, o motor de turbina 22; e uma embreagem unidirecional 16 operável com pelo menos um dentre o eixo de acionamento 72 do propulsor 12 e o eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18.

[048] No entanto, para uma realização da Figura 7, a máquina elétrica 14 é configurada em paralelo com o eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18. Mais particularmente, a máquina elétrica é operável com o eixo de acionamento 72 do propulsor 12, que é rotativo com a hélice 70 através da

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20/22 caixa de engrenagens 76. Adicionalmente, o eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18 é rotativo com a hélice 70 através da caixa de engrenagens 76. Além disso, para a realização ilustrada, a embreagem unidirecional 16 é operável com o eixo de saída 24 do motor de turboeixo 18. De tal maneira, a embreagem unidirecional 16 da Figura 7 pode operar substancialmente da mesma maneira que as embreagens unidirecionais exemplificativas 16 descritas acima em referência às Figuras 1 a 6. Notavelmente, em certas realizações, o eixo de saída 24 pode ser formado a partir de uma pluralidade de componentes distintos.

[049] Em referência agora à Figura 8, um método (200) para operar um sistema de propulsão de acordo com um aspecto exemplificativo da presente revelação é fornecido. O método exemplificativo (200) pode ser operável com um ou mais sistemas de propulsão exemplificativos descritos acima em referência às Figuras 1 a 7. Consequentemente, o sistema de propulsão pode incluir um propulsor que tem um eixo de acionamento, uma máquina elétrica acoplada ao eixo de acionamento, um motor de combustão que tem um eixo de saída (ou em certos aspectos exemplificativos, um motor de turbina a gás que tem um motor de turbina e um eixo de saída), e uma embreagem unidirecional operável com pelo menos um dentre o eixo de acionamento propulsor e o eixo de saída do motor de turbina a gás.

[050] Conforme ilustrado, o método exemplificativo (200) inclui geralmente em (202) operar o sistema de propulsão para alimentar o propulsor pelo menos em parte com o motor de turbina a gás de modo que a embreagem unidirecional acople o eixo de saída do motor de turbina a gás ao eixo de acionamento do propulsor. Mais especificamente, para o aspecto exemplificativo da Figura 8, operar o sistema de propulsão para alimentar o propulsor pelo menos em parte com o motor de turbina a gás em (202) inclui em (204) operar a máquina elétrica como um gerador elétrico. Com tal aspecto

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21/22 exemplificativo, o sistema de propulsão pode fornecer potência elétrica a, por exemplo, um ou mais dispositivos de armazenamento de potência ou um dissipador de potência separado. Particularmente, para o aspecto exemplificativo ilustrado, operar a máquina elétrica como um gerador elétrico em (204) inclui em (206) alimentar um segundo propulsor do sistema de propulsão. Tal aspecto exemplificativo pode ser utilizado com, por exemplo, o sistema de propulsão exemplificativo descrito acima em referência à Figura 6.

[051] Em um ponto no tempo diferente que (204) e (206), operar o sistema de propulsão para alimentar o propulsor pelo menos em parte com o motor de turbina a gás em (202) inclui adicionalmente em (208) operar o sistema de propulsão para alimentar o propulsor tanto com o motor de turbina a gás quanto com a máquina elétrica. Consequentemente, operar o sistema de propulsão em (208) inclui operar a máquina elétrica como uma máquina motriz elétrica. Mais especificamente, para o aspecto exemplificativo da Figura 8, operar o sistema de propulsão para alimentar o propulsor tanto com o motor de turbina a gás quanto com a máquina elétrica em (208) inclui em (210) operar o motor de turbina a gás em um modo de alta potência. Por exemplo, o modo de alta potência pode ser um modo de operação de derivação, em que uma quantidade máxima de potência pode ser desejada.

[052] Ainda em referência à Figura 8, em um ponto no tempo diferente que (202), o método exemplificativo (200) inclui adicionalmente em (212) operar o sistema de propulsão para alimentar o propulsor pelo menos em parte com a máquina elétrica, de modo que a embreagem unidirecional desacople o eixo de saída do motor de turbina a gás do eixo de acionamento do propulsor. Particularmente, para o aspecto exemplificativo descrito na Figura 8, operar o sistema de propulsão para alimentar o propulsor pelo menos em parte com a máquina elétrica em (212) inclui em (214) operar o sistema de propulsão para alimentar o propulsor substancial e completamente com a

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22/22 máquina elétrica. Consequentemente, operar o sistema de propulsão em (212) inclui operar a máquina elétrica como uma máquina motriz elétrica. Conforme será verificado, a embreagem unidirecional transita do acoplamento do eixo de saída para o eixo de acionamento para desacoplar o eixo de saída do eixo de acionamento automaticamente com base em um torque aplicado ao eixo de saída pelo motor de turbina a gás em relação a um torque aplicado ao eixo de acionamento pela máquina elétrica. De tal maneira, a embreagem unidirecional pode ser configurada como uma embreagem unidirecional passivamente controlada.

[053] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer pessoa versada na técnica pratique a invenção, incluindo criar e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrerem àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos são destinados a estar abrangido no escopo das reivindicações, caso os mesmos incluam elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações ou caso os mesmos incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

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Claims

Reivindicações

1. SISTEMA DE PROPULSÃO (10) caracterizado pelo fato de que compreende:

um eixo de acionamento (72);

uma máquina elétrica (14) acoplada ao eixo de acionamento (72); um motor de combustão que compreende um eixo de saída; e uma embreagem unidirecional (16) operável com pelo menos um dentre o eixo de acionamento (72) e o eixo de saída do motor de combustão, em que a embreagem unidirecional (16) permite uma velocidade angular diferencial do eixo de acionamento (72) em relação ao eixo de saída em uma primeira direção circunferencial e impede uma velocidade angular diferencial do eixo de acionamento (72) em relação ao eixo de saída em uma segunda direção circunferencial.
2. SISTEMA DE PROPULSÃO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão compreende adicionalmente um motor de turbina, em que o eixo de saída é rotativo com o motor de turbina.
3. SISTEMA DE PROPULSÃO (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a embreagem unidirecional (16) é configurada para desacoplar o eixo de acionamento (72) do eixo de saída passivamente com base em uma velocidade angular do eixo de saída gerada pelo motor de turbina em relação a uma velocidade angular do eixo de acionamento (72) gerada pela máquina elétrica (14).
4. SISTEMA DE PROPULSÃO (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a embreagem unidirecional (16) é configurada para desacoplar o eixo de acionamento (72) do eixo de saída quando a potência aplicada ao eixo de acionamento (72) pela máquina elétrica (14) excede a potência aplicada ao eixo de saída pelo motor de turbina por um

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