CN108216546B - 混合电力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

一种推进系统包括具有驱动轴的推进器、连接到所述推进器的所述驱动轴的电机和具有输出轴的燃烧发动机。所述推进系统另外包括可与所述推进器的所述驱动轴和所述燃烧发动机的所述输出轴中的至少一个一起操作的单向离合器。所述单向离合器允许所述驱动轴在第一周向方向上相对于所述输出轴的差动角速度，且防止所述驱动轴在第二周向方向上相对于所述输出轴的差动角速度。

Description

混合电力驱动系统
技术领域
本发明主题大体上涉及利用燃气涡轮发动机的混合电力推进系统。
背景技术
按串流次序，示范性燃气涡轮发动机的涡轮发动机大体上包括压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。在操作中，环境空气被提供到压缩机区段的入口，在所述压缩机区段，一个或多个轴向压缩机渐进地压缩空气，直到空气到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合，且在燃烧区段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段传送到涡轮区段。燃烧气体穿过涡轮区段的流动对涡轮区段进行驱动。
在某些推进系统情况下，燃气涡轮发动机的涡轮发动机可用于驱动例如螺旋桨。此外，在某些推进系统情况下，辅助动力源可用于补充由燃气涡轮发动机提供到螺旋桨的一定量的动力，或者可用于取代由燃气涡轮发动机提供到螺旋桨的动力。在后一情况下，如果辅助动力源在无燃气涡轮发动机操作的情况下另外致使燃气涡轮发动机的某些部件旋转，则可能出现复杂情况。
因此，能够克服以上难题的包括能够补充或取代由燃气涡轮发动机提供的动力的辅助动力源的推进系统在所属领域中将特别有用。
发明内容
本发明的各方面和优势将部分在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实施而得知。
在本发明的一个示范性实施例中，提供一种推进系统。所述推进系统包括驱动轴、连接到所述驱动轴的电机和具有输出轴的燃烧发动机。所述推进系统另外包括能够与所述驱动轴和所述燃烧发动机的所述输出轴中的至少一个一起操作的单向离合器。所述单向离合器允许所述驱动轴在第一周向方向上相对于所述输出轴的差动角速度(differentialangular velocity)，且防止所述驱动轴在第二周向方向上相对于所述输出轴的差动角速度。
在本发明的示范性方面，提供一种操作推进系统的方法。所述推进系统包括：推进器，其包括驱动轴；电机，其连接到所述驱动轴；燃烧发动机，其具有输出轴；以及单向离合器，其可与所述推进器的所述驱动轴和所述燃烧发动机的所述输出轴中的至少一个一起操作。所述方法包括操作所述推进系统以至少部分地利用所述燃烧发动机来为所述推进器提供动力，使得所述单向离合器将所述燃烧发动机的所述输出轴连接到所述推进器的所述驱动轴。所述方法还包括操作所述推进系统以至少部分地利用所述电机来为所述推进器提供动力，使得所述单向离合器将所述燃烧发动机的所述输出轴与所述推进器的所述驱动轴分离。
技术方案1.一种推进系统，包括：
驱动轴；
电机，其连接到所述驱动轴；
燃烧发动机，其包括输出轴；以及
单向离合器，其可与所述驱动轴和所述燃烧发动机的所述输出轴中的至少一个一起操作，所述单向离合器允许所述驱动轴在第一周向方向上相对于所述输出轴的差动角速度，且防止所述驱动轴在第二周向方向上相对于所述输出轴的差动角速度。
技术方案2.根据技术方案1所述的推进系统，其中：所述燃烧发动机进一步包括涡轮发动机，其中所述输出轴可随着所述涡轮发动机一起旋转。
技术方案3.根据技术方案2所述的推进系统，其中：所述单向离合器被配置成基于相对于由所述电机产生的所述驱动轴的角速度而由所述涡轮发动机产生的所述输出轴的角速度来将所述驱动轴与所述输出轴被动地分离。
技术方案4.根据技术方案3所述的推进系统，其中：所述单向离合器被配置成当所述电机施加于所述驱动轴的动力超出所述涡轮发动机施加于所述输出轴的动力达到预定阈值时将所述驱动轴与所述输出轴分离。
技术方案5.根据技术方案3所述的推进系统，其中：所述单向离合器被配置成当所述电机施加于所述驱动轴的动力小于或等于所述涡轮发动机施加于所述输出轴的动力时将所述驱动轴连接到所述输出轴。
技术方案6.根据技术方案1所述的推进系统，其中：所述驱动轴被配置成推进器的驱动轴，其中所述推进器进一步包括螺旋桨，且其中所述驱动轴被配置用于使所述螺旋桨旋转。
技术方案7.根据技术方案5所述的推进系统，其中：所述推进器进一步包括齿轮箱，且其中所述驱动轴被配置用于跨越所述齿轮箱使所述螺旋桨旋转。
技术方案8.根据技术方案1所述的推进系统，其中：所述单向离合器被配置成由所述输出轴和所述驱动轴被动地控制的机械单向离合器。
技术方案9.根据技术方案1所述的推进系统，其中：所述单向离合器被配置成斜撑离合器或凸轮离合器中的至少一个。
技术方案10.根据技术方案1所述的推进系统，其中：所述驱动轴被配置成推进器的驱动轴，其中所述推进器是第一推进器，其中所述电机是第一电机，且其中所述推进系统进一步包括：
第二推进器，其包括驱动轴；以及
第二电机，其连接到所述第二推进器的所述驱动轴以用于驱动所述第二推进器，其中所述第二电机电连接到所述第一电机且由所述第一电机供电。
技术方案11.一种操作推进系统的方法，所述推进系统包括：推进器，所述推进器包括驱动轴；电机，其连接到所述驱动轴；燃烧发动机，所述燃烧发动机包括输出轴；以及单向离合器，其可与所述驱动轴和所述输出轴中的至少一个一起操作，所述方法包括：
操作所述推进系统以至少部分地利用所述燃烧发动机来为所述推进器提供动力，使得所述单向离合器将所述燃烧发动机的所述输出轴连接到所述推进器的所述驱动轴；以及
操作所述推进系统以至少部分地利用所述电机来为所述推进器提供动力，使得所述单向离合器将所述燃烧发动机的所述输出轴与所述推进器的所述驱动轴分离。
技术方案12.根据技术方案11所述的方法，其中：所述燃烧发动机是另外包括涡轮发动机的燃气涡轮发动机，且其中所述输出轴可随着所述涡轮发动机一起旋转。
技术方案13.根据技术方案12所述的方法，其中：操作所述推进系统以至少部分地利用所述燃气涡轮发动机来为所述推进器提供动力进一步包括将所述电机操作为发电机。
技术方案14.根据技术方案13所述的方法，其中：将所述电机操作为发电机包括为所述推进系统的第二推进器提供动力。
技术方案15.根据技术方案12所述的方法，其中：操作所述推进系统以至少部分地利用所述燃气涡轮发动机为所述推进器提供动力进一步包括操作所述推进系统以利用所述燃气涡轮发动机和所述电机这两个来为所述推进器提供动力。
技术方案16.根据技术方案15所述的方法，其中：操作所述推进系统以利用所述燃气涡轮发动机和所述电机这两个来为所述推进器提供动力包括以高功率模式操作所述燃气涡轮发动机。
技术方案17.根据技术方案16所述的方法，其中：所述高功率模式是起飞操作模式。
技术方案18.根据技术方案11所述的方法，其中：操作所述推进系统以至少部分地利用所述电机来为所述推进器提供动力包括操作所述推进系统以大体上完全利用所述电机来为所述推进器提供动力。
技术方案19.根据技术方案11所述的方法，其中：所述单向离合器基于所述燃气涡轮发动机相对于所述电机施加于所述驱动轴的扭力而施加于所述输出轴的扭力而从将所述输出轴连接到所述驱动轴自动过渡到将所述输出轴与所述驱动轴分离。
技术方案20.根据技术方案11所述的方法，其中：所述单向离合器被配置成由所述输出轴和所述驱动轴被动地控制的机械单向离合器。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好了解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明了本发明的实施例，并且与所述描述一起用以阐释本发明的原理。
附图说明
本说明书针对所属领域的一般技术人员阐述本发明的完整和启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，其中：
图1是根据本发明的示范性实施例的推进系统的示意图。
图2根据本发明的示范性实施例的可并入于图1的示范性推进系统中的单向离合器的近距横截面图。
图3是根据本发明的另一示范性实施例的推进系统的示意图。
图4是根据本发明的又一示范性实施例的推进系统的示意图。
图5是根据本发明的再一示范性实施例的推进系统的示意图。
图6是根据本发明的又一示范性实施例的推进系统的示意图。
图7是根据本发明的再一示范性实施例的推进系统的示意图。
图8是根据本发明的示范性方面的用于操作推进系统的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的当前实施例，其中的一个或多个实例示于附图中。详细描述中使用数字和字母标示来指代图中的特征。图中和描述中使用相同或类似的标示来指代本发明的相同或类似部分。如本文中所使用，词语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，且并非旨在表示个别部件的位置或重要性。词语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机内的相对位置，其中前是指更接近发动机入口的位置，而后是指更接近发动机喷嘴或排气口的位置。词语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。举例来说，“上游”是指流体流出的方向，而“下游”是指流体流向的方向。
现在参考附图，其中贯穿附图，相同的数字指示相同的元件，图1是根据本发明的示范性实施例的推进系统10的示意图。对于所描绘的实施例，推进系统10大体上包括燃气涡轮发动机(图1中提供其示意性横截面图)、推进器12、电机14和单向离合器16。下文更详细地描述这些部件中的每一个和其在所描绘的示范性推进系统10内相应的可操作性。
首先参考示范性燃气涡轮发动机，应了解，所描绘的燃气涡轮发动机被配置成涡轮轴发动机，在本文中称为“涡轮轴发动机18”。然而，如在下文在其它示范性实施例中更详细地论述，涡轮轴发动机18可改为以任何其它合适的方式配置。举例来说，在其它示范性实施例中，涡轮轴发动机18可改为配置成涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机或任何其它合适的燃烧发动机(例如任何其它合适的燃气涡轮发动机或例如内燃发动机)。
如图1中所示，涡轮轴发动机18界定轴向方向A(延伸平行于提供为参考的纵向中心线20)、径向方向R和周向方向C(即，围绕轴向方向A延伸的方向；参看图2)。总的来说，涡轮轴发动机18包括涡轮发动机22和输出轴24。
所描绘的示范性涡轮发动机22大体上包括基本为管状的外部壳体26，所述外部壳体部分地围封环状的径向入口管28。径向入口管28包括大体上沿着径向方向R延伸的至少一部分，且被进一步配置成转变自其穿过的气流方向，使得所得气流大体上沿着轴向方向A。另外，外部壳体26包覆呈串流关系的：压缩机区段，其包括单个压缩机30；燃烧区段，其包括逆流燃烧室32；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮34和低压(LP)涡轮36；以及排气区段38。此外，所描绘的涡轮轴发动机18是双转轴发动机，包括将高压(HP)涡轮34连接到压缩机30的第一HP轴或转轴40，和连接到低压(LP)涡轮36且以驱动方式将LP涡轮36连接到输出轴24的LP轴或转轴42。
压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段38一起界定通过涡轮发动机22的涡轮发动机空气流动路径44。值得注意的是，对于所描绘的实施例，涡轮发动机22进一步包括在涡轮发动机空气流动路径44的前端处的一级入口导叶46。具体地说，入口导叶46至少部分地定位于径向入口管28内，径向入口管28位于包括压缩机30的压缩机区段的上游。对于所描绘的实施例，示范性入口导叶46级被配置成可变入口导叶。然而，应了解，在其它示范性实施例中，入口导叶46可改为配置成固定入口导叶，且另外可位于径向入口管28内的任何其它合适的位置。
此外，压缩机区段的压缩机30包括多级压缩机转子叶片。更具体地说，对于所描绘的实施例，压缩机区段的压缩机30包括四级径向定向压缩机转子叶片48和另一级离心式压缩机转子叶片50。另外，在每级压缩机转子叶片48、50之间，压缩机区段包括一级压缩机定子轮叶。值得注意的是，第一级压缩机定子轮叶被配置成一级可变压缩机定子轮叶52。相比之下，压缩机定子轮叶的其余级被配置成固定压缩机定子轮叶56。然而，应了解，在其它示范性实施例中，压缩机30可具有任何其它合适的配置，包括任何其它合适数目个压缩机转子叶片48、50级和任何合适数目个可变和/或固定压缩机定子轮叶52、56级。
如所描绘，涡轮发动机22进一步包括紧接在压缩机30下游的过渡管58，所述过渡管58具有大体沿着径向方向R延伸以将压缩空气流从压缩机30提供到逆燃烧室32的至少一部分。离心式压缩机转子叶片50级被配置成辅助将压缩机区段内的压缩空气径向朝外转入过渡管58中。然而，值得注意的是，在其它示范性实施例中，燃烧区段可不包括逆流燃烧室32，而改为可包括任何合适的顺流燃烧室，例如罐形燃烧室、管形燃烧室或环形燃烧室。在此类示范性实施例的情况下，压缩机30可不包括离心式压缩机转子叶片50级。
应了解，在涡轮轴发动机18的操作期间，大量空气60通过径向入口管28进入涡轮轴发动机18，且流动跨越入口导叶46且进入压缩机区段的压缩机30。空气60在其传送通过压缩机30时压力增大，且接着被提供到燃烧区段的逆流燃烧室32，在所述逆流燃烧室中，所述空气与燃料混合且燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体被传送通过HP涡轮34，其中来自燃烧气体的一部分热能和/或动能通过连接到外部壳体26的HP涡轮定子轮叶62和连接到HP轴40的HP涡轮转子叶片64的顺序级进行提取，因此致使HP轴40旋转，由此支持压缩机30的操作。燃烧气体接着被传送通过LP涡轮36，其中通过连接到外部壳体26的LP涡轮定子轮叶66和连接到LP轴42的LP涡轮转子叶片68的顺序级来从燃烧气体提取第二部分热能和动能，因此致使LP轴42旋转，由此支持输出轴24的操作。燃烧气体随后被传送通过涡轮发动机22的排气区段38。
如所简述，LP轴42连接到LP涡轮36且进一步以机械方式连接到驱动轴24。涡轮轴发动机18的驱动轴24可与推进系统10的各种其它部件一起操作。
仍参考图1，对于所描绘的实施例，推进器12大体上包括螺旋桨70和被配置用于使螺旋桨70旋转的驱动轴72。更具体地说，推进器12包括螺旋桨70、螺旋轴74、齿轮箱76和驱动轴72。驱动轴72被配置用于跨越齿轮箱76使螺旋桨70旋转，且还更具体地说，驱动轴72被配置用于跨越齿轮箱76使螺旋轴74旋转，所述螺旋轴继而使螺旋桨70旋转。然而，在其它示范性实施例中，推进器12可能以任何其它合适的方式配置。
推进系统10进一步包括连接到推进器12的驱动轴72的电机14。电机14大体上包括以固定方式连接到驱动轴72的转子78和配置成保持静止的定子80。另外，电机14包括用于将电机14的定子80和/或转子78电连接到电力源和/或电力吸收装置(power sink)的电线81。电机14被描绘为内运转(in-runner)电机14(即，转子78径向朝向定子80内部定位的电机14)。然而，应了解，在其它实施例中，电机14可具有任何其它合适的配置。举例来说，在其它实施例中，定子80可改为沿着径向方向R朝向转子78内部定位(即，成为外运转(out-runner)机器)，或者可以轴向磁通配置(axial flux configuration)来配置。取决于推进系统10的操作条件和推进系统10的特定配置，电机14可配置为发电机或电动机，所述发电机被配置成从推进系统10获取动力(即，利用推进器12的驱动轴72的旋转来产生电力)，而所述电动机被配置成添加动力到推进系统10(即，驱动或辅助驱动推进器12的驱动轴72)。
为了有效地促进电机14的各种操作条件，图1的示范性推进系统10包括可与推进器12的驱动轴72和燃气涡轮发动机的输出轴24中的至少一个(即，与驱动轴72、与输出轴24或与驱动轴72和输出轴24这两个)一起操作的单向离合器16。更确切地说，对于所描绘的实施例，在电机14和涡轮发动机22之间的位置处，单向离合器16可与的推进器12的驱动轴72和涡轮轴发动机18的输出轴24中的至少一个一起操作。单向离合器16允许驱动轴72在第一周向方向C1上相对于输出轴24的差动角速度，且防止驱动轴72在第二周向方向C2(即，与第一周向方向C1相反的周向方向C；参看图2)上相对于输出轴24的差动角速度。
更具体地说，对于所描绘的实施例，单向离合器16被配置成基于相对于由电机14产生的驱动轴72角速度(即，沿着周向方向C的旋转速度)由涡轮发动机22产生的输出轴24角速度(即，沿着周向方向C的旋转速度)而将推进器12的驱动轴72与涡轮轴发动机18的输出轴24被动分离。还更具体地说，对于所描绘的实施例，单向离合器16被配置成基于相对于由电机14施加于驱动轴72的动力量而由涡轮轴发动机18的涡轮发动机22施加于输出轴24的动力量来将推进器12的驱动轴72与燃气涡轮发动机的输出轴24分离。举例来说，图1的实施例的单向离合器16被配置成当由电机14施加于驱动轴72的动力超出由涡轮发动机22施加于输出轴24的动力达到预定阈值时使推进器12的驱动轴72与燃气涡轮发动机的输出轴24分离。预定阈值可基于推进系统10的特定配置。举例来说，预定阈值可以是固定量，或者可以是由电机14施加于驱动轴72的动力与由涡轮发动机22施加于输出轴24的动力的比率。相对来说，单向离合器16被配置成当由电机14施加于驱动轴72的动力小于或等于由涡轮轴发动机18的涡轮发动机22施加于输出轴24的动力时将推进器12的驱动轴72连接到燃气涡轮发动机的输出轴24。
更确切地说，对于所描绘的实施例，单向离合器16被配置成由涡轮轴发动机18的输出轴24和推进器12的驱动轴72被动控制的机械单向离合器。举例来说，在某些示范性实施例中，单向离合器16可被配置为斜撑离合器(sprag clutch)或凸轮离合器(cam clutch)中的至少一个。举例来说，简要地参考图2，单向离合器16可配置为斜撑离合器。图2示意性地描绘具有可并入于图1的示范性推进系统10中的此种配置(即，作为斜撑离合器)的单向离合器16。所描绘的示范性斜撑离合器包括定位于内座圈(inner race)84与外座圈(outerrace)86之间的多个斜撑件82。外座圈86可固定到涡轮轴发动机18的输出轴24，且内座圈84可固定到推进器12的驱动轴72(参看图1)。当内座圈84相对于外座圈86逆时针旋转(使得驱动轴72在第一周向方向C1上存在相对于输出轴24的正差动角速度)时，该多个斜撑件82大体上不提供针对此类移动的阻力。因此，斜撑离合器允许内座圈84/驱动轴72与外座圈86/输出轴24之间和第一周向方向C1的正差动角速度。相比之下，当内座圈84尝试相对于外座圈86顺时针旋转时，所述多个斜撑件82围绕其相应的旋转轴线88中的每个旋转且将内座圈84锁定至外座圈86，使得不允许内座圈84在顺时针方向上相对于外座圈86而旋转。因此，斜撑离合器防止内座圈84/驱动轴72与外座圈86/输出轴24之间和第二周向方向C2的正差动角速度。
仍参考图1，示范性推进系统10进一步包括可与LP轴42一起操作的制动器89。制动器89可接合LP轴42以使LP轴42减速且脱离单向离合器16。制动器89可以是任何合适的制动器89，包括例如可与LP轴42一起操作的摩擦制动器。
然而，应了解，在其它实施例中，可利用任何其它合适的单向离合器16，另外，单向离合器16可定位在任何其它合适的位置处。
此外，应了解，在其它示范性实施例中，推进系统10可以任何其它合适的方式配置。举例来说，在其它示范性实施例中，涡轮轴发动机可改为配置成逆流发动机，使得LP轴42在涡轮轴发动机10下游的位置处连接到输出轴24。另外还在其它示范性实施例中，推进系统10可以不是航空推进系统。举例来说，在其它示范性实施例中，驱动轴72可以不配置为推进器12的部分，而改为可用于驱动任何其它合适的运载工具。举例来说，在其它示范性实施例中，所述推进系统可以是机车推进系统，且驱动轴72可配置为用于使轨道车的车轮旋转的驱动轴。其它实施例也处于本发明的范围内。举例来说，在另外其它的示范性实施例中，推进系统10可包括任何其它合适的燃烧发动机(即，取代涡轮轴发动机18)，例如任何其它合适的燃气涡轮发动机，或任何合适的内燃发动机。
现总体上参考图3到5，将描述根据本发明的示范性实施例的推进系统10的操作。图3到5各图示意性地描绘推进系统10，其可以大体上与上文参考图1所描述的示范性推进系统10基本相同的方式配置。因此，相同或类似数字指代相同或类似部分。
举例来说，图3到5中所描绘的示范性推进系统10大体上包括：推进器12，其具有螺旋桨70、齿轮箱76和驱动轴72；电机14，其连接到推进器12的驱动轴72且包括电线81；涡轮轴发动机18，其包括涡轮发动机22和输出轴24，所述输出轴可随着涡轮发动机22而旋转且通过涡轮发动机22而旋转；以及单向离合器16，其可与推进器12的驱动轴72和涡轮轴发动机18的输出轴24中的至少一个一起操作。
尤其参考图3，所描绘的推进系统10将电机14利用为电动机且另外将涡轮轴发动机18用作动力源。举例来说，在图3中，涡轮轴发动机18的涡轮发动机22可将第一GTE动力施加到输出轴24。类似地，电机14(操作为电动机)可从电线81接收电力且将所述电力转换成施加于推进器12的驱动轴72的机械动力，即，第一EM动力。对于图3的实施例，第一EM动力可处于第一GTE动力的预定阈值内。举例来说，对于图3的实施例，第一EM动力可小于或等于第一GTE动力。基于这种对驱动轴72的相关动力施加，单向离合器16可操作以将涡轮轴发动机18的输出轴24连接到推进器12的驱动轴72，使得电机14(操作为电动机)和涡轮轴发动机18中的每个操作以驱动推进器12。
此配置可允许推进系统10在某些高功率操作模式期间可以使用比由涡轮轴发动机18原本独自可获得的量更大的动力的量。举例来说，此配置可允许推进系统10在起飞操作模式或其它高功率操作模式期间使用涡轮轴发动机18和电机14(例如，作为补充动力源)来驱动推进器12。在此配置情况下，涡轮轴发动机18可设计成在例如巡航操作期间等相对低的功率模式期间最高效地操作，从而可能产生整体上更高效的推进系统10。
现尤其参考图4，所描绘的推进系统10还利用电机14为电动机。然而，对于图4的实施例，涡轮轴发动机18未在操作中，或者是在相对低的功率水平下操作。举例来说，在图4中，涡轮轴发动机18的涡轮发动机22可将第二GTE动力施加于输出轴24。类似地，电机14(操作为电动机)可从电线81接收电力且将所述电力转换成施加于推进器12的驱动轴72的机械动力，即，第二EM动力。对于所描绘的实施例，第二EM动力并非在第二GTE动力的预定阈值内。举例来说，对于图4的实施例，第二EM动力可大于或大体上大于第二GTE动力。举例来说，第二EM动力可比第二GTE动力至少大百分之七十五(75％)。因此，基于对驱动轴72的相关动力施加，单向离合器16可操作以使涡轮轴发动机18的输出轴24与推进器12的驱动轴72分离，使得电机14(操作为电动机)致使的驱动轴72的旋转并不沿着任何旋转动力或扭力传到涡轮轴发动机18的输出轴24。
此配置可允许实现更可持续和高效的混合电力推进系统10。举例来说，此配置可允许推进器12大体上完全由电机14驱动而无需旋转涡轮轴发动机18的涡轮发动机22。因此，在此类操作模式中，涡轮轴发动机18并不需要利用动力来操作涡轮轴发动机18的各种附属系统(例如润滑系统、热交换系统等)，而这在输出轴24未使用单向离合器16而连接到驱动轴72的情况下原本是必要的。在此配置情况下，涡轮轴发动机18可能需要从例如电机14吸取动力或以其它方式在最低功率水平下操作以运行此类附属系统。
现尤其参考图5，所描绘的示范性推进系统10将电机14利用为发电机。对于所描绘的实施例，涡轮轴发动机18操作以向推进系统10提供动力，且更确切地说，向电机14(操作为发电机)以及推进器12提供动力。举例来说，涡轮轴发动机18的涡轮发动机22可将第三GTE动力施加于输出轴24。基于对驱动轴72的相关动力施加，由于电机14并未施加任何动力到驱动轴72，单向离合器16可操作以将涡轮轴发动机18的输出轴24连接到推进器12的驱动轴72。如所描述，电机14操作以将输出轴24(跨越单向离合器16)施加于驱动轴72的机械动力的一部分转换成电力，即，第三EM动力。第三EM动力可通过电线81输送到电力吸收装置，而第三GTE动力的其余量可利用来驱动推进器12。
此配置可允许涡轮轴发动机18操作推进系统10的推进器12，同时仍提供电力到推进系统10内的其它系统。举例来说，在某些示范性实施例中，对于图5的实施例，由电机14转换的电力可利用来将电力存储在一个或多个能量存储装置(例如蓄电池)内。在此配置情况下，能量存储装置可随后将一定量的此类存储电力传送到电机14以大体上完全为推进器12提供动力(参看例如图4)，或者，增大提供到推进器12的动力的整体量(参看例如图3)。
或者，在其它实施例中，图5的推进系统10的涡轮发动机22和电机14可进一步用于为其它推进装置提供动力。举例来说，现简要参考图6，提供根据本发明的又一示范性实施例的推进系统10。图6的示范性推进系统10描绘为以大体上与图5的示范性推进系统10类似的方式操作。然而，对于图6的实施例，推进器12是第一推进器12A，且电机14是第一电机14A。图6的示范性推进系统10进一步包括第二推进器12B和第二电机14B。类似于第一推进器12A，第二推进器12B包括螺旋桨70B、齿轮箱76B和驱动轴72B。另外，类似于第一电机14A，第二电机14B连接到第二推进器12B的驱动轴72B且包括转子78B、定子80B和电线81B。此外，第二电机14B通过相应的电线81A、81B电连接到第一电机14A。以此方式，第二电机14B由第一电机14A供电，从而使第二电机14B能够驱动第二推进器12B。
因此，在此配置情况下，推进系统10的涡轮轴发动机18可利用来操作多个推进器12A、12B。举例来说，尽管图6的实施例包括两个推进器12，但在其它示范性实施例中，示范性推进系统10可包括任何其它合适数目的推进器12。
另外，应了解，尽管对于以上参考图1和3到6所描述的每个实施例，推进器12被描绘为包括螺旋桨70，但在其它示范性实施例中，推进器12可具有任何其它推进装置。举例来说，在其它示范性实施例中，推进器12可包括涵道风扇或无涵道风扇。另外，尽管将示范性推进系统10大体上描绘为包括涡轮轴发动机的航空推进系统10，但在其它示范性实施例中，推进系统10可包括任何其它合适的燃气涡轮发动机(例如，涡轮螺旋桨、涡轮风扇等)或其它燃烧发动机，且推进系统10或者可配置为例如用于基于地面的应用或航海应用的航改推进系统10。
此外，在另外其它示范性实施例中，应了解，推进系统10可以任何其它合适的方式配置。举例来说，现简要参考图7，提供推进系统10的示意图，所述推进系统可以大体上与上文参考图1所描述的示范性推进系统10相同的方式配置。因此，相同或类似数字指代相同或类似部分。更确切地说，图7中所描绘的示范性推进系统10大体上包括：推进器12，其具有螺旋桨70、齿轮箱76和驱动轴72；电机14，其连接到推进器12的驱动轴72且包括电线81；涡轮轴发动机18，其包括涡轮发动机22和输出轴24，所述输出轴可随着涡轮发动机22而旋转且通过涡轮发动机22而旋转；以及单向离合器16，其可与推进器12的驱动轴72和涡轮轴发动机18输出轴24中的至少一个一起操作。
然而，对于图7的实施例，电机14被配置成与涡轮轴发动机18的输出轴24并联。更确切地说，电机可与推进器12的驱动轴72一起操作，所述驱动轴可通过齿轮箱76与螺旋桨70一起旋转。另外，涡轮轴发动机18的输出轴24可通过齿轮箱76与螺旋桨70一起旋转。此外，对于所描绘的实施例，单向离合器16可与涡轮轴发动机18的输出轴24一起操作。以此方式，图7的单向离合器16可以与上文参考图1到6所描述的示范性单向离合器16大体上相同的方式操作。值得注意的是，在某些实施例中，输出轴24可由多个离散部件形成。
现参考图8，提供一种根据本发明的示范性方面的用于操作推进系统的方法(200)。示范性方法(200)可与上文参考图1到7所描述的一个或多个示范性推进系统一起操作。因此，所述推进系统可包括：推进器，其具有驱动轴；电机，其连接到所述驱动轴；燃烧发动机，其具有输出轴(或在某些示范性方面，具有涡轮发动机和输出轴的燃气涡轮发动机)；以及单向离合器，其可与驱动轴推进器和燃气涡轮发动机的输出轴中的至少一个一起操作。
如所描述，示范性方法(200)大体上包括在(202)处操作推进系统以至少部分地利用燃气涡轮发动机向推进器提供动力，使得单向离合器将燃气涡轮发动机的输出轴连接到推进器的驱动轴。更具体地说，对于图8的示范性方面，在(202)处操作推进系统以至少部分地利用燃气涡轮发动机向推进器提供动力包括在(204)处将电机操作为发电机。在此类示范性方面的情况下，推进系统可提供电力到例如一个或多个电力存储装置或单独的电力吸收装置。尤其对于所描绘的示范性方面，在(204)处将电机操作为发电机包括在(206)处向推进系统的第二推进器提供动力。可结合例如上文参考图6所描述的示范性推进系统来利用此类示范性方面。
在不同于(204)和(206)的点和时间处，在(202)处操作推进系统以至少部分地利用燃气涡轮发动机向推进器提供动力进一步包括在(208)处操作推进系统以利用燃气涡轮发动机和电机这两个来向推进器提供动力。因此，在(208)处操作推进系统包括将电机操作为电动机。更具体地说，对于图8的示范性方面，在(208)处操作推进系统以利用燃气涡轮发动机和电机这两个来为推进器提供动力包括在(210)处以高功率模式操作燃气涡轮发动机。举例来说，高功率模式可以是起飞操作模式，其中可能需要最大量的动力。
仍参考图8，在不同于(202)的时间点处，示范性方法(200)进一步包括在(212)处操作推进系统以至少部分地利用电机来向推进器提供动力，使得单向离合器将燃气涡轮发动机的输出轴与推进器的驱动轴分离。尤其对于图8中所描绘的示范性方面，在(212)处操作推进系统以至少部分地利用电机来向推进器提供动力包括在(214)处操作推进系统以大体上完全利用电机来向推进器提供动力。因此，在(212)处操作推进系统包括将电机操作为电动机。如应了解，基于燃气涡轮发动机相对于电机施加于驱动轴的扭力而施加于输出轴的扭力，单向离合器从将输出轴连接到驱动轴自动过渡到使输出轴与驱动轴分离。以此方式，单向离合器可配置为被动控制单向离合器。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最优模式，并且还使所属领域的技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，并且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (20)

1.一种推进系统，包括：
驱动轴；
电机，其连接到所述驱动轴；
燃烧发动机，其包括输出轴；以及
单向离合器，其可与所述驱动轴和所述燃烧发动机的所述输出轴中的至少一个一起操作，所述单向离合器允许所述驱动轴在第一周向方向上相对于所述输出轴的差动角速度，且防止所述驱动轴在第二周向方向上相对于所述输出轴的差动角速度。
2.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于：所述燃烧发动机进一步包括涡轮发动机，其中所述输出轴可随着所述涡轮发动机一起旋转。
3.根据权利要求2所述的推进系统，其特征在于：所述单向离合器被配置成基于相对于由所述电机产生的所述驱动轴的角速度而由所述涡轮发动机产生的所述输出轴的角速度来将所述驱动轴与所述输出轴被动地分离。
4.根据权利要求3所述的推进系统，其特征在于：所述单向离合器被配置成当所述电机施加于所述驱动轴的动力超出所述涡轮发动机施加于所述输出轴的动力达到预定阈值时将所述驱动轴与所述输出轴分离。
5.根据权利要求3所述的推进系统，其特征在于：所述单向离合器被配置成当所述电机施加于所述驱动轴的动力小于或等于所述涡轮发动机施加于所述输出轴的动力时将所述驱动轴连接到所述输出轴。
6.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于：所述驱动轴被配置成推进器的驱动轴，其中所述推进器进一步包括螺旋桨，且其中所述驱动轴被配置用于使所述螺旋桨旋转。
7.根据权利要求6所述的推进系统，其特征在于：所述推进器进一步包括齿轮箱，且其中所述驱动轴被配置用于跨越所述齿轮箱使所述螺旋桨旋转。
8.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于：所述单向离合器被配置成由所述输出轴和所述驱动轴被动地控制的机械单向离合器。
9.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于：所述单向离合器被配置成斜撑离合器或凸轮离合器中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于：所述驱动轴被配置成推进器的驱动轴，其中所述推进器是第一推进器，其中所述电机是第一电机，且其中所述推进系统进一步包括：
第二推进器，其包括驱动轴；以及
第二电机，其连接到所述第二推进器的所述驱动轴以用于驱动所述第二推进器，其中所述第二电机电连接到所述第一电机且由所述第一电机供电。
11.一种操作推进系统的方法，所述推进系统包括：推进器，所述推进器包括驱动轴；电机，其连接到所述驱动轴；燃烧发动机，所述燃烧发动机包括输出轴；以及单向离合器，其可与所述驱动轴和所述输出轴中的至少一个一起操作，所述单向离合器允许所述驱动轴在第一周向方向上相对于所述输出轴的差动角速度，且防止所述驱动轴在第二周向方向上相对于所述输出轴的差动角速度，所述方法包括：
操作所述推进系统以至少部分地利用所述燃烧发动机来为所述推进器提供动力，使得所述单向离合器将所述燃烧发动机的所述输出轴连接到所述推进器的所述驱动轴；以及
操作所述推进系统以至少部分地利用所述电机来为所述推进器提供动力，使得所述单向离合器将所述燃烧发动机的所述输出轴与所述推进器的所述驱动轴分离。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述燃烧发动机是另外包括涡轮发动机的燃气涡轮发动机，且其中所述输出轴可随着所述涡轮发动机一起旋转。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：操作所述推进系统以至少部分地利用所述燃气涡轮发动机来为所述推进器提供动力进一步包括将所述电机操作为发电机。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：将所述电机操作为发电机包括为所述推进系统的第二推进器提供动力。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：操作所述推进系统以至少部分地利用所述燃气涡轮发动机为所述推进器提供动力进一步包括操作所述推进系统以利用所述燃气涡轮发动机和所述电机这两个来为所述推进器提供动力。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：操作所述推进系统以利用所述燃气涡轮发动机和所述电机这两个来为所述推进器提供动力包括以高功率模式操作所述燃气涡轮发动机。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述高功率模式是起飞操作模式。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：操作所述推进系统以至少部分地利用所述电机来为所述推进器提供动力包括操作所述推进系统以完全利用所述电机来为所述推进器提供动力。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述单向离合器基于所述燃气涡轮发动机相对于所述电机施加于所述驱动轴的扭力而施加于所述输出轴的扭力而从将所述输出轴连接到所述驱动轴自动过渡到将所述输出轴与所述驱动轴分离。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述单向离合器被配置成由所述输出轴和所述驱动轴被动地控制的机械单向离合器。
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