CN106481367B - 冲压空气涡轮系统、热交换器以及飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲压空气涡轮系统。具体而言，冲压空气涡轮系统包括：可旋转轴；壳体，其具有限定内部的主体；发电机，其位于该内部内且具有定子和转子；和涡轮，其具有第一组叶片，该第一组叶片与该可旋转轴可操作地联接且构造成使得行进通过第一组叶片的空气流使轴旋转。

Description

冲压空气涡轮系统、热交换器以及飞行器

背景技术

冲压空气涡轮(RAT)系统在当代飞行器中用作为紧急或补充功率系统。它们通常具有涡轮，该涡轮具有旋转毂和多个叶片，可操作地联接于发电机以对发电机提供驱动源。最初在飞行中，它们装入飞行器机身的隔室中，由隔室门覆盖。当作为紧急或补充功率源而被需要时，RAT系统从机身展开到周围空气流中，周围空气流驱动叶片以使发电机旋转，以从空气流提取能量。在飞行器系统的功率需求增大时，RAT系统的功率生成性能持续提高。

RAT系统还可构造成在预定条件下操作，诸如当暴露于环境碎片(诸如火山灰)时。在此种构造中，RAT系统可被完全地封闭或密封，以防止碎片进入发电机，在此碎片可导致机械性能减低或失常。然而，此种封闭或密封可干扰主动或被动冷却系统，例如液体冷却剂系统，因为此种密封可阻碍、抑制、或干扰常规的冷却或热移除路径。具体而言，在冷却转子时的困难可导致降低的发电机性能或发电机故障。

发明内容

在一个方面中，一种冲压空气涡轮系统包括：热传导可旋转轴：壳体，其具有限定内部的主体；发电机，其定位在该内部内且具有定子和转子，其中，转子与轴可操作地联接且热联接；涡轮，其具有第一组叶片，该第一组叶片与该可旋转轴可操作地联接且构造成使得行进通过第一组叶片的空气流使轴旋转；和第二组叶片，其在壳体的下游且在壳体的外部，其中，第二组叶片与轴热联接且构造成使得行进通过第二组叶片的空气流提供到空气流的热传递。

在另一方面中，一种用于冲压空气涡轮发电机的热交换器包括：定子，其具有第一组绕组；转子，其具有第二组绕组且构造成围绕热传导轴相对于定子旋转，构造成在第一组绕组中生成电流；和一组叶片，其借助于该热传导轴与转子热联接且旋转地联接，且构造成使得叶片暴露于经过冲压空气涡轮的空气流。热交换器将热从转子通过热传导轴传导至该组叶片，且由此该组叶片在空气流中的旋转暴露提供到空气流的热传递。

在又一方面中，一种飞行器包括冲压空气涡轮发电机，其中，该冲压空气涡轮发电机还包括：热传导可旋转轴；壳体，其具有限定内部的主体；发电机，其定位在该内部内且具有定子和转子，其中，转子与该轴可操作地联接且热联接；涡轮，其具有第一组叶片，该第一组叶片与该可旋转轴可操作地联接且构造成使得行进通过第一组叶片的空气流使轴旋转；和第二组叶片，其在壳体的下游且在壳体的外部，其中，第二组叶片与轴热联接。围绕冲压空气涡轮发电机流动的行进通过第二组叶片的空气提供从第二组叶片到空气的热传递。

技术方案1：一种冲压空气涡轮系统，其包括：

热传导可旋转轴；

壳体，其具有限定内部的主体；

发电机，其位于所述内部内且具有定子和转子，其中，所述转子与所述轴可操作地联接且热联接；

涡轮，其具有第一组叶片，所述第一组叶片与所述可旋转轴可操作地联接且构造成使得行进通过所述第一组叶片的空气流使所述轴旋转；和

第二组叶片，其在所述壳体的下游且在所述壳体的外部，其中，所述第二组叶片与所述轴热联接且构造成使得行进通过所述第二组叶片的空气流提供到空气流的热传递。

技术方案2：根据技术方案1所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述热传导可旋转轴还包括热管。

技术方案3：根据技术方案1所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述壳体被密封以防止外部碎片进入所述内部。

技术方案4：根据技术方案3所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述壳体被密封以防止火山灰进入所述内部。

技术方案5：根据技术方案1所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述第二组叶片与所述可旋转轴一起旋转。

技术方案6：根据技术方案5所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述第二组叶片由所述可旋转轴支承，且其中，所述可旋转轴的一部分在所述壳体的外部。

技术方案7：根据技术方案1所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述第二组叶片相对于行进通过所述第二组叶片的空气流偏斜，使得所述第二组叶片的热传递系数高于不偏斜组的叶片。

技术方案8：根据技术方案1所述的冲压空气涡轮系统，其中，壳体主体构造成将空气流引导通过所述第二组叶片。

技术方案9：根据技术方案8所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述壳体主体还构造成通过所述第二组叶片生成空气流涡流。

技术方案10：根据技术方案1所述的冲压空气涡轮系统，还包括防护件，所述防护件围绕所述第二组叶片构造且具有围绕所述第二组叶片径向地布置的一组端口，其中，该组端口布置成且构造成允许空气流通过所述防护件行进到所述第二组叶片。

技术方案11：一种用于冲压空气涡轮发电机的热交换器，包括：

定子，其具有一组绕组；

转子，其具有一组永磁体且构造成相对于所述定子旋转，以在该组绕组中生成电流；和

一组叶片，其借助于热传导轴与所述定子或所述转子中的至少一者热联接，且构造成使得该组叶片暴露于经过所述冲压空气涡轮的空气流；

其中，所述热交换器将热从所述定子或所述转子中的所述至少一者通过所述热传导轴传导至该组叶片，且由此该组叶片在空气流中的暴露提供到空气流的热传递。

技术方案12：根据技术方案11所述的热交换器，其中，所述转子在所述定子的外部旋转。

技术方案13：根据技术方案12所述的热交换器，其中，该组叶片借助于所述热传导轴与所述转子旋转地联接，且由此该组叶片在空气流中的旋转暴露提供从所述转子到空气流的热传递。

技术方案14：根据技术方案12所述的热交换器，其中，该组叶片借助于所述热传导轴与所述定子热联接，且由此该组叶片在空气流中的暴露提供从所述定子到空气流的热传递。

技术方案15：根据技术方案14所述的热交换器，其中，该组叶片构造成在空气流中旋转。

技术方案16：根据技术方案11所述的热交换器，还包括壳体，所述壳体具有限定内部的主体，其中，所述定子、和所述转子的一部分位于所述内部内，且其中，所述壳体被密封以防止外部碎片进入所述内部。

技术方案17：一种飞行器，其包括：

冲压空气涡轮发电机，其包括：

热传导可旋转轴；

壳体，其具有限定内部的主体；

发电机，其位于所述内部内且具有定子和转子，其中，所述转子与所述轴可操作地联接且热联接；

涡轮，其具有第一组叶片，所述第一组叶片与所述可旋转轴可操作地联接且构造成使得行进通过所述第一组叶片的空气流使所述轴旋转；和

第二组叶片，其在所述壳体的下游且在所述壳体的外部，其中，所述第二组叶片与所述轴热联接；

其中，围绕所述冲压空气涡轮发电机流动的行进通过所述第二组叶片的空气流提供从所述第二组叶片到空气流的热传递。

技术方案18：根据技术方案17所述的飞行器，其中，所述热传导可旋转轴还包括热管。

技术方案19：根据技术方案17所述的飞行器，其中，所述第二组叶片相对于行进通过所述第二组叶片的空气流偏斜，使得该组叶片的热传递系数高于不偏斜组的叶片。

技术方案20：根据技术方案17所述的飞行器，其中，壳体主体构造成将空气流引导通过所述第二组叶片。

附图说明

在附图中：

图1是例示根据本发明一个实施例的具有冲压空气涡轮的飞行器的一部分的侧视图；

图2是图1的冲压空气涡轮的示意截面图；

图3是根据本发明的第二实施例的具有集成热管的冲压空气涡轮的示意截面图。

图4是例示具有备选防护件构造的冲压空气涡轮的局部侧视图。

图5是例示具有另一备选防护件构造的冲压空气涡轮的局部侧视图。

具体实施方式

本发明的实施例可在使用发电机的任何环境中实现。虽然该说明主要涉及提供功率生成的发电机，但其还能够适用于提供驱动力或产生电的任何电气机械。此外，虽然该说明主要涉及飞行器环境，但本发明的实施例能够应用在使用电气机械的任何环境中。

如图1中例示的，飞行器10可包括RAT系统12，以用于当RAT系统12暴露于飞行器10和RAT系统12外部的空气流时生成用于飞行器10的电功率。RAT系统12可包括RAT 14，该RAT14在一个非限制示例中可通过悬臂(pylon)16和安装组件18从飞行器10悬垂。RAT系统12可还包括具有主体且限定内部的壳体20，其中，该壳体还可包括用于RAT 14的冷却系统或热交换器，该冷却系统或热交换器例示为一组热消散翅片50或冷却叶片，其围绕壳体20定位且构造成使得流动经过翅片50的空气流提供从RAT系统12至空气流的热传递。该组翅片50可以以任何合适的方式形成，以对RAT系统12提供冷却或热消散。在例示的示例中，该组翅片50可从壳体20的外围向外突出且可围绕壳体20的外围间隔。该组翅片50的大小和数量可例如随着RAT系统12的特定热消散需求而变化。

RAT系统12还包括涡轮，该涡轮处于从壳体20外部的推进器(propeller)28突出的第一组多个叶片26的形式，且构造成使得当叶片26暴露于流动经过或通过叶片26、推进器28、或RAT系统12的空气流时，该暴露产生推进器28的旋转移动。在推进器28和RAT 14的下游(即在空气流方向上在RAT 14的后方)，RAT系统12还可包括第二冷却系统70或热交换器，第二冷却系统70或热交换器可包括防护件元件72，防护件元件72用于防护第二冷却系统70的一部分。将在下面说明第二冷却系统70。

RAT 14可贮藏在飞行器10的机身或机翼中的合适隔室内，且可通过使悬臂16相对于安装组件18移动而快速且简单地展开，从而使RAT系统12移动至在流动经过飞行器10的空气流内的暴露位置。虽然在例示的实施例中已示出仅两个叶片26，但构想可使用任何数量的叶片26。此外，叶片26的例示的实施例仅是叶片26、推进器28、或RAT系统12构造的一个非限制示例，且预想备选构造。例如，飞行器10或RAT系统12被预想为，其中RAT系统12持久地暴露于空气流。

在另一示例中，叶片26可构造为具有备选形状、设计、或偏斜(skew)，例如，以当暴露于由飞行中的飞行器10的操作环境限定的预定空气流时提供上述互相作用。飞行中的飞行器10的操作环境的一个非限制示例可包括45000英尺的海拔高度，其中，空气流的空气密度可为与海平面相比的空气密度的20%。

如在图2中例示的，RAT 14包括位于壳体20内部40内的发电机22。壳体20可还包括安装板21，该安装板21构造成例如借助于悬臂16的通路59将RAT系统12与飞行器10的一部分安装在一起。

涡轮或推进器28可还包括涡轮输出轴30，该涡轮输出轴30可在第一端部32处可操作地联接于叶片26，使得叶片26的旋转使涡轮输出轴30旋转。涡轮输出轴30可以以任何合适的方式可操作地联接于叶片26，且可从叶片26向后方突出，以提供用于驱动辅助功率单元(诸如发电机22)的旋转输出。作为非限制示例，涡轮输出轴30可包括可旋转转子轴34或例如借助于花键连接关系或其他合适的机械联接与可旋转转子轴34旋转地联接，使得叶片26的旋转通过涡轮输出轴30传递至转子轴34。本公开的实施例被预想为，其中转子轴34由热传导材料形成、加工、或制造。非限制示例热传导材料可包括碳钢或铝合金。可包括额外的热传导材料或转子轴34构成。

发电机22位于壳体内部40内且包括与转子轴34可旋转地联接且热联接的转子56，且可还包括例如一组永磁体54。该组永磁体54可限定发电机22的一组磁极或转子极。发电机22可还包括定子55，该定子55相对于壳体20或可旋转转子56固定且包括一组传导绕组57。定子55可由任何合适的结构形成，诸如铁心，该铁心包括形成开槽结构的被卷绕的叠片，在该其中容纳围绕铁心径向地或均匀地间隔的多个传导绕组57。

当装配之后，转子56与定子55、壳体20、和安装板21间隔开，以在旋转期间提供机械间隙。转子轴34相对于壳体例如在间隔的轴承38上旋转地受到支承，使得推进器28的旋转构造成驱动转子轴34和转子56的对应旋转。转子56和该组永磁体54的组相对于定子55和绕组57的组的旋转构造成在该组绕组57中产生电流，该电流最终被提供至飞行器10，例如以对一组电负载或系统供能。

在RAT系统12的操作期间，RAT 14延伸到包围飞行器10的空气流中，且流动越过叶片26的空气流导致推进器28或叶片26旋转。叶片26的旋转导致涡轮输出轴30和转子轴34的对应旋转。转子轴34和转子56相对于定子55的旋转产生用于飞行器10的电。发电机22的实施例可构造成产生例如交流电流(AC)功率或直流电流(DC)功率。

在发电机22产生电时，作为非限制示例，可由于涡流损耗、铜损耗或磁性损耗而在定子55或转子56中产生热。如果不从定子55或转子56移除该热，则可减低发电机22性能，或可发生发电机故障。由于热担忧，一些发电机22可包括被动或主动冷却特征。

被动冷却系统专注于在不使用额外能量或者使用非常少量的额外能量时的热控制或热管理。例如，在定子55中或在该组绕组57中产生的热可借助于热传导联接件而被从定子55或绕组57热传导走，该热传导联接件具有围绕定子55或壳体20构造的热消散翅片50的。该组翅片50在空气流(通过虚线箭头58例示)中的暴露作用为借助于热对流或热辐射使大量的热被动地消散至周围环境。

与被动冷却不同，主动冷却利用额外的量的能量，以通过利用焓差来实现热生成构件的冷却。例如，一些发电机22可包括流体(液体或空气)冷却回路，该流体冷却回路热接近转子56或转子轴34的一部分或被引导通过转子56或转子轴34的一部分，且构造成通过回路可操作地分配流体(液体或空气)，其中，流体吸收在转子56中生成的热的一部分且远离模块传送其。该冷却形式借助于在移动流体中焓的增大来主动地消散大量的热。

然而，RAT系统12的某些实施例不适合用于主动冷却系统。例如，跨大陆飞行器10可构造成包括或被要求包括RAT系统12，RAT系统12被完全地封闭或密封，以防止碎片或污染物进入RAT系统12或干扰发电机22。例如，外部碎片诸如火山灰可导致发电机22性能减低或失常。此种封闭或密封可干扰主动或被动冷却系统，诸如上面说明的液体冷却剂系统，因为此种密封可防止、抑制或干扰常规的冷却回路或热移除路径。上述干扰在如下封闭或密封的发电机22中是尤其相关的，该发电机22可仅提供有限的热消散或在转子56上、在转子56处或围绕转子56生成的热的移除。

本公开的实施例可通过包括如在图2中例示的第二冷却系统70来解决在转子56处生成的热的移除的有限热消散。如图所示，热传导转子轴34可构造成延伸，或者与向后方且至少部分地在RAT系统12、RAT 14、或壳体20的外部延伸的另一轴热联接，同时仍提供封闭或密封的RAT系统12构造。外部转子轴74可包括或支承第二组热传导叶片76，该第二组热传导叶片76也在壳体20的下游且在壳体20的外部。第二组叶片76与热传导转子轴34、74热联接，且可操作地限定来自转子56、通过转子轴34、74、去往壳体20的外面、且到第二组叶片76中的热传导或热传递路径。第二组叶片76构造成使得经过RAT系统12的空气流(以虚线箭头78例示)也经过第二组叶片76且提供从叶片76至空气流78的热传递。

第二组叶片76可构造成包括例如相对于空气流78的叶片形状、设计、或偏斜，以如本文中描所述，当暴露于空气流78时提供从叶片76至空气流78的热传递。在一个非限制示例中，第二组叶片76可构造成相对于行进通过第二组叶片76的空气流78偏斜，使得第二冷却系统70或第二组叶片76的热传递系数高于或大于不偏斜组的叶片的热传递系数。在另一非限制示例构造中，叶片形状、设计、或偏斜可构造成提供从叶片76至空气流78的热传递，其中，如上面说明的，空气流78由飞行中的飞行器10的操作环境限定。此外，暴露于空气流78的第二组叶片76可构造成使得叶片76或转子轴34从RAT系统12向后方延伸的长度可减少通过转子轴34感知或在转子轴34上引起的振动的量。

RAT系统12、RAT 14、或壳体20还可构造成与没有空气流78构造的RAT系统12、RAT14或壳体20相比，允许经过第二组叶片76的空气流78的增多的量、方向或构造。例如，如所例示的，空气流78可构造成围绕第二组风扇叶片76交叉(cross)或十字形交叉(crisscross)。在一个非限制示例中，热消散翅片50可构造成根据需要引导空气流58、78。构造成相对于碎片保护第二组叶片76的防护件72可包括一组端口80或槽道，这一组端口80或槽道围绕第二组叶片76径向地布置且构造成允许空气流78行进通过防护件72且跨过第二组叶片76。此外，虽然防护件72已例示为具有可选的后壁82，但本公开的实施例预想没有后壁82的防护件。

RAT系统12、RAT 14、和第二组叶片76的非限制示例实施例被预想为，其中，例如第二组叶片76与转子轴34旋转地联接，使得第二组叶片76与转子轴34一起旋转。从这个意义上来讲，第二组叶片76在空气流78中的旋转暴露可提供从叶片76至空气流78的热传递。备选地，转子轴34可包括第一变速箱，该第一变速箱具有与轴34联接的输入和与第二组叶片76联接的输出，且构造成允许从输入至输出的热传导。在该备选构造中，变速箱可在比转子轴34快或慢的旋转速度下可操作地使第二组叶片76旋转。在另一构造中，第二组叶片76可构造成使得第二组叶片76与转子轴34不旋转地联接，且相对于轴34是静止的(也就是说，不旋转)。

此外，虽未例示，但RAT 14或壳体20还可包括第二变速箱，该第二变速箱具有一组速度改变齿轮，这一组速度改变齿轮在推进器28或涡轮输出轴30与转子轴34之间构造成一列式的。第二变速箱可构造成在比推进器28快或慢的旋转速度下驱动转子轴34或转子56，使得发电机22生成用于飞行器10的预定量或形式的功率。在一个非限制示例中，第二变速箱可包括速度增加齿轮系，以响应于涡轮输出轴的6000 rmp的预定旋转速度在20000 rpm下生成至少10千伏-安(kVA)。

发电机22的附加实施例可还为扁平类型构造，其中，定子55和转子56二者与典型的RAT系统相比直径大且轴向长度小。已知扁平类型构造在不需要速度增加变速箱的情况下在更低的推进器28和转子56旋转速度下生成与典型的RAT系统等量的功率。借助于非限制示例，扁平类型发电机22可构造成在6000 rpm下生成至少30kW。

图3例示出根据本发明的第二实施例的备选RAT系统112。第二实施例与第一实施例类似，因此，将用增加100的类似数字来标记类似的部分，其中应当理解的是，第一实施例的类似部分的说明适用于第二实施例，除非另外说明。第一实施例和第二实施例之间的不同是，转子轴134还包括热管190，该热管190沿轴134的长度延伸且将转子56或转子轴134的至少一部分与第二组叶片76热联接。热管190的实施例可由与转子轴134相同或不同的热传导材料加工或制造，或者备选地，可被加工或制造成使得热管190与转子轴134一体。热管190还可通过任何机械安装、摩擦安装、粘合剂安装等而可移除地或持久地附接在转子轴134内。

热管190可以以细长形状的形式构造，诸如但不限于圆柱体，且包括接近推进器28的第一闭端部192和远离推进器28(例如至少延伸经过第二组叶片76的子组)的相反的第二闭端部194。热管190可具有内部196，该内部196限定容纳相变流体或材料(未示出)的流体储存器，该相变流体或材料可从第一相变为第二相。例如，该相变流体可从液体至气体相变。

相变流体可选择成或构造成提供特定的蒸发热，或蒸发焓，这是在给定压力下将流体的给定性质从液体转变为气体所需的结合的内能和焓变化。从这个意义上来讲，相变流体的蒸发热限定从转子56经由转子轴134的热传递由流体吸收，以将流体的相从液体改变为气体的热的量，且相反地，限定多少热在气体在第二端部192处冷凝回为液体时从流体释放到第二组叶片76中。此外，本发明的实施例可包括密封热管190构造，使得可修改热管内部196内的压力，以提供选定的蒸发热。

内部196内的特定相变流体或压力可基于在RAT系统12或RAT 14的操作期间遇到的预期温度来选择，以确保将发生相变。例如，储存器内压力的非限制示例可包括低于一个标准大气压(1 atm)的压力。可利用的相变流体的非限制示例包括水、氨、甲醇、丙酮、氟利昂(Freon)、或它们的任何组合。相变流体可还基于它们与热管190材料或构造的兼容性或不相容性来选择。

本公开的实施例可包括热管190，或一组热管，热管构造成具有相对小的截面面积或直径。工作流体的在热管内侧的循环依赖通过转子轴134和热管190的旋转而产生的离心力，其中离心力将冷凝物分配为液体流或液体膜。液体流的深度或液体膜的厚度沿各圆柱形壁区段减少。冷凝物的分配可通过额外或备选的器件来辅助，包括但不限于利用压花侧壁(patterned sidewall)的毛细管作用。虽然热管190被描述为具有圆柱形状，但本公开的实施例可包括任何数量的截面热管190形状，诸如圆形、方形、三角形、椭圆形等。

热管190操作为使得在一个示范情景中，由转子56生成的热被借助于热传导转子轴134传导性地传递至热管190。然后，传导至热管190的热可被传导性地传递至，或被吸收到相变流体中，该相变流体响应于传递或吸收的热而从液体相变为气体。相变流体气体可远离转子56沿热管190的至少一部分横穿且在第二端部194处或附近沿热管190的内压花侧壁冷凝(即相变回为液体)，从而将热的贮藏部分释放到热管190的侧壁中，该热的贮藏部分可被借助于转子轴134传导性地传递至第二组叶片76。然后，如本文中说明的，热可例如释放至空气流78。再次处于液体形式的相变流体又通过例如施加在返回液体流(或液体膜)上的离心力沿热管内部196的侧壁往回朝转子56分散，该返回液体流(或液体膜)的厚度在液体流动方向上沿圆柱形侧壁减少，准备吸收额外的热。

除了在上面的图中示出的之外，通过本公开构思许多其他可能的实施例。例如，图4例示根据RAT系统212的第三实施例的第二冷却系统270和防护件272的局部透视图。第三实施例与前述实施例类似，且将用增加200的类似数字来标记类似部分，其中应当理解的是，先前实施例的类似部分的说明适用于第三实施例，除非另外说明。第三实施例与前述实施例的不同之处在于，第三实施例的防护件272具围绕第二组叶片76径向地布置的端口280或槽道的组的不同构造。而且，图5例示出根据RAT系统312的第四实施例的第二冷却系统370和防护件372的局部透视图。第四实施例与前述实施例类似，且将用增加300的类似数字来标记类似部分，其中应当理解的是，先前实施例的类似部分的说明适用于第四实施例，除非另外说明。第四实施例与前述实施例的不同之处在于，第四实施例的防护件372具有围绕第二组叶片76径向地布置的端口380或槽道的组的不同构造。如本文中描述的，在第三和第四实施例中例示的端口280、380的组可构造成在飞行器10的飞行期间允许第二组叶片76暴露于空气流78。

除了在上面的图中示出的之外，通过本公开构想额外的可能的实施例和构造。例如，本公开的一个实施例构想构造RAT系统12、RAT 14、壳体20、或推进器28，以用特定的样式中围绕RAT系统12引导空气流78，以用于第二组叶片76的暴露。例如，在一个非限制示例中，壳体20或热消散翅片50可构造成围绕RAT系统12将空气流78引导成旋风或涡流样式，使得空气流78围绕RAT系统12和第二组叶片76涡旋，这与不构造成引导空气流的RAT系统相比可进一步增大第二组叶片76的热传递系数。在该示例构造中，暴露于涡流空气流样式的第二组叶片76可构造成使得从RAT系统12向后方延伸的叶片76或转子轴34的长度可减少通过转子轴34感知或在转子轴34上引起的振动的量。

另一可能的实施例可包括具有里面向外翻构造的RAT系统12，即，其中，转子56在定子55的外部且围绕定子55旋转。在该实施例中，外部转子56可位于壳体20内，且借助于热传导轴34与第二组叶片76热联接且可旋转地联接。定子55可也由不旋转的第二轴支承。备选地，另一可能的实施例可包括具有里面向外翻构造的RAT系统12，其中，定子55与第二组叶片76热联接，由此第二组叶片76的在空气流78中的暴露提供从定子55至空气流78的热传递。第二组叶片76可响应于对空气流78的暴露而自由旋转，或其可设计成用于对空气流78的静止(即不旋转)暴露的热传递。再一可能的实施例可包括RAT系统12，其中转子56和定子55二者与第二组叶片76热联接，使得第二组叶片76提供从定子55和转子56至空气流78的热传递。

预想空气流的额外构造或引导样式。此外，各种构件的设计和放置可重新布置，使得可实现多个不同的一列式构造。

本文中公开的实施例提供一种RAT系统，该RAT系统具有用于由转子生成的热的第二下游冷却系统。可在上面实施例中实现的一个优点是，上述实施例具有优于常规类型RAT系统的对在发电机操作期间由转子生成的热的优异的冷却性能。而且，具体而言，在优选或需要密封以用于防碎片构造(例如防灰构造)的特定发电机或RAT构造中，传统转子冷却方法实现得不充分或者根本未实现(诸如对于液体冷却)。常规系统中的热积累将可能导致降低的发电机性能、发电机故障、或密封或隔离材料故障。

通过提出的后方转子冷却解决方案，在转子处生成的热可沿转子轴的长度传递且通过第二组叶片消散到空气流中，如上面说明的，第二组叶片可构造成冷却转子和转子轴。包括热管的本公开的实施例还可增加沿转子长度的热传输。此外，RAT系统的构造可用预定的样式(诸如用十字形交叉、旋风、或涡流样式)引导空气流，以使第二组叶片暴露且形成第二冷却系统的更高的热传递系数。

当设计飞行器构件时，待解决的重要因素是大小、重量、和可靠性。上述RAT系统可构造成包括更小的发电机，该发电机操作更高的功率密度或效率，且在与常规的密封RAT系统相比低的操作温度下操作。这导致更低重量、更小大小、提高性能和提高可靠性的系统。更少数量的部件和减少的维护将导致更低的生产成本和更低的操作成本。降低的重量和大小与飞行期间的竞争优势相关。

本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何装置或系统，并执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种冲压空气涡轮系统，其包括：

热传导可旋转轴；

壳体，其具有限定内部的主体；

发电机，其位于所述内部内且具有定子和转子，其中，所述转子与所述热传导可旋转轴可操作地联接且热联接；

涡轮，其具有第一组叶片，所述第一组叶片与所述热传导可旋转轴可操作地联接且构造成使得行进通过所述第一组叶片的空气流使所述热传导可旋转轴旋转；和

第二组叶片，其安装于所述热传导可旋转轴，与所述第一组叶片流体连通，并且在所述壳体的下游且在所述壳体的外部，其中，所述第二组叶片与所述热传导可旋转轴热联接且构造成使得从所述第一组叶片行进通过所述第二组叶片的空气流提供从所述第二组叶片到所述空气流的热传递。

2.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述热传导可旋转轴还包括热管。

3.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述壳体被密封以防止外部碎片进入所述内部。

4.根据权利要求3所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述壳体被密封以防止火山灰进入所述内部。

5.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述第二组叶片与所述热传导可旋转轴一起旋转，所述壳体包括热消散翅片，所述热消散翅片构造成围绕所述冲压空气涡轮系统将通过所述第一组叶片的空气流引导成涡流样式。

6.根据权利要求5所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述第二组叶片由所述热传导可旋转轴支承，且其中，所述热传导可旋转轴的一部分在所述壳体的外部。

7.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述第二组叶片相对于行进通过所述第二组叶片的空气流偏斜，使得所述第二组叶片的热传递系数高于不偏斜组的叶片。

8.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统，其中，壳体主体构造成将空气流引导通过所述第二组叶片。

9.根据权利要求8所述的冲压空气涡轮系统，其中，所述壳体主体还构造成通过所述第二组叶片生成空气流涡流。

10.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统，还包括防护件，所述防护件围绕所述第二组叶片构造且具有围绕所述第二组叶片径向地布置的一组端口，其中，所述一组端口布置成且构造成允许空气流通过所述防护件行进到所述第二组叶片。

11.一种用于冲压空气涡轮发电机的热交换器，包括：

定子，其具有一组绕组；

转子，其具有一组永磁体且构造成相对于所述定子旋转，以在所述一组绕组中生成电流；

第一组叶片，所述第一组叶片与所述转子可操作地联接；

和

第二组叶片，其安装于热传导轴，与所述第一组叶片流体连通，并且借助于所述热传导轴与所述定子或所述转子中的至少一者热联接，且构造成使得所述第二组叶片暴露于经过所述第一组叶片的空气流；

其中，所述热交换器将热从所述定子或所述转子中的所述至少一者通过所述热传导轴传导至所述第二组叶片，且由此所述第二组叶片在所述空气流中的暴露提供到所述空气流的热传递。

12.根据权利要求11所述的热交换器，其中，所述转子在所述定子的外部旋转。

13.根据权利要求12所述的热交换器，其中，所述第二组叶片借助于所述热传导轴与所述转子旋转地联接，且由此所述第二组叶片在空气流中的旋转暴露提供从所述转子到空气流的热传递。

14.根据权利要求12所述的热交换器，其中，所述第二组叶片借助于所述热传导轴与所述定子热联接，且由此所述第二组叶片在空气流中的暴露提供从所述定子到空气流的热传递。

15.根据权利要求14所述的热交换器，其中，所述第二组叶片构造成在空气流中旋转。

16.根据权利要求11所述的热交换器，还包括壳体，所述壳体具有限定内部的主体，其中，所述定子和所述转子的一部分位于所述内部内，且其中，所述壳体被密封以防止外部碎片进入所述内部。

17.一种飞行器，其包括：

冲压空气涡轮发电机，其包括：

热传导可旋转轴；

壳体，其具有限定内部的主体；

发电机，其位于所述内部内且具有定子和转子，其中，所述转子与所述热传导可旋转轴可操作地联接且热联接；

涡轮，其具有第一组叶片，所述第一组叶片与所述热传导可旋转轴可操作地联接且构造成使得行进通过所述第一组叶片的空气流使所述热传导可旋转轴旋转；和

第二组叶片，其安装于所述热传导可旋转轴，与所述第一组叶片流体连通，并且在所述壳体的下游且在所述壳体的外部，其中，所述第二组叶片与所述热传导可旋转轴热联接；

其中，围绕所述冲压空气涡轮发电机流动的从所述第一组叶片行进通过所述第二组叶片的空气流提供从所述第二组叶片到空气流的热传递。

18.根据权利要求17所述的飞行器，其中，所述热传导可旋转轴还包括热管。

19.根据权利要求17所述的飞行器，其中，所述第二组叶片相对于行进通过所述第二组叶片的空气流偏斜，使得所述第二组叶片的热传递系数高于不偏斜组的叶片。

20.根据权利要求17所述的飞行器，其中，壳体主体构造成将空气流引导通过所述第二组叶片。