CN109204840A - 用于飞行器的推进系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种混合动力电动推进系统包括涡轮机和电气系统，所述电气系统包括连接到所述涡轮机的电机。还公开了一种用于操作所述推进系统的方法包括：通过一个或多个计算装置接收加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令；通过所述一个或多个计算装置接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据；以及通过所述一个或多个计算装置响应于接收到所述加速所述涡轮机的命令且接收到所述指示所述温度参数接近或超过所述上限阈值的数据而向所述电机提供电功率以向所述涡轮机增加功率从而提供或帮助提供所述期望的推力输出。

Description

用于飞行器的推进系统
技术领域
本发明主要涉及一种混合动力电动推进系统，以及一种用于在热环境条件和/或热涡轮机条件期间操作混合动力电动推进系统的方法。
背景技术
传统的商业飞行器通常包括机身、一对机翼和提供推力的推进系统。推进系统通常包括至少两个飞行器发动机，例如涡扇喷气发动机。每个涡扇喷气发动机通常安装到飞行器的机翼中的相应一个。
当在热环境条件期间操作时，推进系统可能产生的推力的最大量通常会减少，因为涡扇喷气发动机吸入的热环境空气导致涡扇喷气发动机更快地达到最大内部温度阈值。因此，当在此类热环境条件下操作包括推进系统的飞行器时，最大有效载荷可能受到限制，起飞所需的跑道距离可能增加等。
此外，当在最大内部温度阈值或接近最大内部温度阈值、例如最大排气温度阈值操作涡扇喷气发动机时，涡扇喷气发动机可能会经历不期望的且过早的磨损。这可能会导致涡扇喷气发动机的总体在翼时间减少，并且增加必要的维护。
因此，能够在热环境条件期间操作而不明显降低可用推力的最大量的推进系统将是有用的。另外，能够将涡扇喷气发动机维持在最大内部温度阈值以下的推进系统将是特别有利的。
发明内容
本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实践而得知。
在本公开的一个示范性方面，提供一种用于操作飞行器的混合动力电动推进系统的涡轮机的方法。所述混合动力电动推进系统包括涡轮机和电气系统，所述电气系统包括连接到涡轮机的电机。所述方法包括：通过一个或多个计算装置接收加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令；通过所述一个或多个计算装置接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据；以及通过所述一个或多个计算装置响应于接收到的加速涡轮机的命令以及接收到的指示温度参数接近或超过上限阈值的数据而向电机提供电功率以向涡轮机增加功率从而提供或帮助提供期望的推力输出。
在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置接收加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令包括：通过一个或多个计算装置接收在预巡航飞行状态期间加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令。例如，在某些示范性方面，预巡航飞行状态是起飞飞行状态或爬升飞行状态。
在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据包括：通过一个或多个计算装置接收指示环境温度接近或超过涡轮机的热天条件阈值的数据。例如，在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置接收指示环境温度接近或超过热天条件阈值的数据包括：通过一个或多个计算装置从环境温度传感器接收数据。例如，在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置接收指示环境温度接近或超过热天条件阈值的数据包括：通过一个或多个计算装置从涡轮机内的温度传感器接收数据。
在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据包括：通过一个或多个计算装置确定指示温度参数高于上限阈值的程度的增量值，并且其中通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：通过一个或多个计算装置至少部分地基于所确定的增量值来调制提供给电机的电功率量。
在某些示范性方面，所述方法进一步包括：通过一个或多个计算装置接收指示涡轮机健康状态参数的数据，并且其中通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：通过一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示涡轮机健康状态参数的数据来调制提供给电机的电功率量。
在某些示范性方面，混合动力电动推进系统进一步包括电能存储单元，并且其中通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：通过一个或多个计算装置从电能存储单元向电机提供电功率。
在某些示范性方面，混合动力电动推进系统进一步包括电能存储单元，并且所述方法进一步包括：通过一个或多个计算装置接收指示电能存储单元的充电水平的数据；以及至少部分地响应于通过一个或多个计算装置接收到指示电能存储单元的充电水平的数据而通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率。
在某些示范性方面，所述方法进一步包括：通过一个或多个计算装置接收指示电机温度的数据；以及至少部分地响应于通过一个或多个计算装置接收到指示电机温度的数据而通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率。
在某些示范性方面，所述方法进一步包括：通过一个或计算装置接收指示涡轮机的可操作性参数的数据；以及通过一个或多个计算装置至少部分地响应于所接收的指示涡轮机的可操作性参数的数据而终止向电机提供电功率。例如，在某些示范性方面，指示可操作性参数的数据指示以下中的至少一个：涡轮机的一个或多个部件的速度参数、流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量、涡轮机的内部压力或涡轮机的内部温度。
在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据包括：通过一个或多个计算装置接收指示排气温度参数接近或超过排气温度参数上限阈值的数据。例如，在某些示范性方面，排气温度参数指示排气温度，并且其中排气温度参数上限阈值是预定的排气温度阈值。例如，在某些示范性方面，排气温度参数指示排气温度的变化率，并且其中排气温度参数上限阈值是预定的排气温度变化率阈值。
在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括向涡轮机提供至少约十五马力的机械功率。
在本公开的示范性实施例中，提供一种用于飞行器的混合动力电动推进系统。所述混合动力电动推进系统包括推进器；连接到推进器用于驱动推进器并产生推力的涡轮机；包括电机和可电连接到电机的电能存储单元的电气系统，所述电机连接到涡轮机；以及控制器。所述控制器被配置成接收加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令并且接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据，所述控制器进一步被配置成响应于接收到加速涡轮机的命令且接收到指示温度参数接近或超过上限阈值的数据而向电机提供电功率以向涡轮机增加功率从而提供或帮助提供期望的推力输出。
在某些示范性实施例中，控制器所接收的加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令是在预巡航飞行状态期间加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令。
在某些示范性实施例中，指示温度参数接近或超过上限阈值的数据包括指示排气温度参数接近或超过排气温度参数上限阈值的数据。
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、方面及优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明的完整和启发性公开内容，包括最佳模式，本说明书参考了附图，其中：
图1是根据本公开的各种示范性实施例的飞行器的顶视图。
图2是安装到图1的示范性飞行器的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图3是根据本公开的示范性实施例的电风扇组件的示意性横截面图。
图4是根据本公开的另一示范性实施例的推进系统的示意图。
图5是根据本公开的示范性方面的用于操作飞行器的混合动力电动推进系统的方法的流程图。
图6是图5的方法的示范性方面的流程图。
图7是根据本公开的实例方面的计算系统。
具体实施方式
现在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记来指代本发明的相同或类似部分。
如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，而并不在于表示个别部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”指代燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置，且指代所述燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如，相对于燃气涡轮发动机，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。
术语“上游”和“下游”是指相对于路径中的流的相对方向。例如，相对于流体流，“上游”是指流体流出的方向，且“下游”是指流体流向的方向。然而，如本文所使用，术语“上游”和“下游”还可指代电流。
除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一”和“所述”包括复数指代物。
如在整个说明书和权利要求书中所用的近似语言用于修饰任何定量表示，这些定量表示可容许变化而不会导致其相关的基本功能变化。因此，由例如“约”、“大约”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的确切值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精确度、或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精确度。例如，近似语言可指处于10％的范围内。
此处以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和互换，除非上下文或措辞另外指示，否则认定此类范围包括其中含有的所有子范围。例如，本文中所公开的所有范围都包括端点，且所述端点能够彼此独立组合。
本公开大体上涉及一种混合动力电动推进系统，其具有涡轮机、连接到涡轮机的推进器，以及电气系统。所述电气系统包括电机和可电连接到电机的电能存储单元。另外，电机连接到涡轮机，使得涡轮机的旋转会旋转电机，并且类似地，电机的旋转会旋转涡轮机的一个或多个部件。
在混合动力电动推进系统的某些操作中，混合动力电动推进系统可操作以在热环境条件和/或热内部涡轮机条件期间帮助涡轮机加速。例如，在某些示范性方面，混合动力电动推进系统可以接收加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令，并且进一步可以接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据。此外，响应于所接收的命令和所接收的数据，混合动力电动推进系统可以向电机提供电功率以向涡轮机增加功率从而提供或帮助提供期望的推力输出。例如，电机为涡轮机增加的功率可以提高涡轮机内的轴或转轴的转速，继而可以提高由涡轮机驱动的推进器的转速，使得混合动力电动推进系统产生用于飞行器的更多推力。
在某些示范性方面，可以在预巡航飞行状态期间，例如在起飞飞行状态或巡航飞行状态期间，接收加速涡轮机的命令。利用此类示范性方面，温度参数可以是环境温度参数，例如对于包括混合动力电动推进系统的飞行器在热天条件期间起飞的情况。
另外或另一选择为，可以在飞行状态期间，例如在巡航飞行状态期间，接收加速涡轮机的命令。此类命令可以用于例如步进爬升程序或需要涡轮机加速的其它操作。利用此类示范性方面，温度参数可以是涡轮机的内部温度参数，例如排气温度参数。
无论如何，向电机提供电功率以向涡轮机增加功率从而提供或帮助提供期望的推力输出可以允许混合动力电动推进系统提供期望的推力输出而不管例如热天条件和/或热内部涡轮机条件。
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提供了如可结合有本公开的各种实施例的示范性飞行器10的项视图。如图1中所示出，飞行器10限定延伸穿过其中的纵向中心线14、侧向方向L、前端16和后端18。此外，飞行器10包括从飞行器10的前端16纵向延伸到飞行器10的后端18的机身12，以及在飞行器10的后端的尾翼19。另外，飞行器10包括机翼组件，所述机翼组件包括第一左舷侧机翼20和第二右舷侧机翼22。第一机翼20和第二机翼22各自相对于纵向中心线14侧向向外延伸。第一机翼20和机身12的一部分共同限定飞行器10的第一侧24，并且第二机翼22和机身12的另一部分共同限定飞行器10的第二侧26。对于所描绘的实施例，飞行器10的第一侧24被配置成飞行器10的左舷侧(portside)，且飞行器10的第二侧26被配置成飞行器10的右舷侧(starboard side)。
所描绘的示范性实施例的机翼20、22中的每一个都包括一个或多个前缘襟翼28以及一个或多个后缘襟翼30。飞行器10另外包括，或更确切地说，飞行器10的尾翼19包括具有用于偏航控制的方向舵襟翼(未示出)的垂直稳定器32，以及各自具有用于俯仰控制的升降舵襟翼36的一对水平稳定器34。机身12另外包括外表面或蒙皮(skin)38。然而，应了解，在本公开的其它示范性实施例中，飞行器10可另外或另一选择为包括任何其它合适的配置。例如，在其它实施例中，飞行器10可以包括任何其它配置的稳定器。
现在还参考图2和3，图1的示范性飞行器10另外包括混合动力电动推进系统50，其具有第一推进器组件52和第二推进器组件54。图2提供第一推进器组件52的示意性横截面图，图3提供第二推进器组件54的示意性横截面图。对于所描绘的实施例，第一推进器组件52和第二推进器组件54各自以翼下安装配置(underwing-mounted configuration)进行配置。然而，如将在下文论述，在其它示范性实施例中，第一推进器组件52和第二推进器组件54中的一个或两个可安装在任何其它合适的位置处。
更具体地，总体上参考图1到3，示范性混合动力电动推进系统50大体上包括：第一推进器组件52，其具有涡轮机和主要推进器(对于图2的实施例，所述涡轮机和主要推进器一起配置成燃气涡轮发动机，或更确切地，涡扇发动机100)；传动连接到涡轮机的电机56(对于图2中所描绘的实施例，所述电机是电动机/发电机)；第二推进器组件54(对于图3的实施例，所述第二推进器组件配置成电动推进器组件200)；能量存储单元55(可电连接到电机56和/或电动推进器组件200)；控制器72；以及电力总线58。电动推进器组件200、电能存储单元55和电机56各自可通过电力总线58的一根或多根电线60彼此电连接。例如，电力总线58可以包括各种开关或可移动以选择性地电连接混合动力电动推进系统50的各种部件的其它电力电子装置。另外，电力总线58可以进一步包括用于调节或转换混合动力电动推进系统50内的电功率的电力电子装置，例如，逆变器、转换器、整流器等。
如将了解，控制器72可以被配置成在混合动力电动推进系统50的各种部件之间分配电功率。例如，控制器72可以结合电力总线58(包括一个或多个开关或其它电力电子装置)操作以向电机56等各种部件提供电功率或从电机56等各种部件汲取电功率，从而在各种操作模式之间操作混合动力电动推进系统50并且执行各种功能。这示意性地描绘为延伸穿过控制器72的电力总线58的电线60，下文将更详细地进行论述。
控制器72可以是专用于混合动力电动推进系统50的独立控制器，或另一选择为，其可并入到飞行器10的主系统控制器、用于示范性涡扇发动机100的单独控制器(例如涡扇发动机100的全权数字发动机控制系统，也称为FADEC)等中的一个或多个中。例如，控制器72可以按与下文参考图6描述的示范性计算系统500基本相同的方式来配置(并且可以被配置成执行下文描述的示范性方法300的一个或多个功能)。
另外，电能存储单元55可以被配置成一个或多个电池，例如一个或多个锂离子电池，或另一选择为，可以被配置成任何其它合适的电能存储装置。应了解，对于本文所描述的混合动力电动推进系统50，能量存储单元55被配置成存储相对大量的电功率。例如，在某些示范性实施例中，能量存储单元可以被配置成存储至少约五十千瓦小时的电功率，例如至少约六十五千瓦小时的电功率、例如至少约七十五千瓦小时的电功率以及高达约一千千瓦小时的电功率。
现在具体参考图1和2，第一推进器组件52包括燃气涡轮发动机，其安装或配置成安装到飞行器10的第一机翼20。更确切地，对于图2的实施例，燃气涡轮发动机包括涡轮机102和推进器，所述推进器是风扇(参考图2，称为“风扇104”)。因此，对于图2的实施例，燃气涡轮发动机被配置成涡扇发动机100。
涡扇发动机100限定轴向方向A1(平行于为了参考而提供的纵向中心线101延伸)和径向方向R1。如所陈述，涡扇发动机100包括风扇104和布置于风扇104下游的涡轮机102。
所描绘的示范性涡轮机102大体上包括基本上管状外部壳体106，所述外部壳体106限定环形入口108。外部壳体106以串流关系包覆：压缩机区段，其包括增压机或低压(LP)压缩机110和高压(HP)压缩机112；燃烧区段114；涡轮区段，其包括第一高压(HP)涡轮116和第二低压(LP)涡轮118；以及喷气排气喷嘴区段120。此外，压缩机区段、燃烧区段114和涡轮区段一起至少部分地限定通过涡轮机102的核心空气流动路径121。
涡扇发动机100的示范性涡轮机102另外包括可与涡轮区段的至少一部分一起旋转的一个或多个轴，且对于所描绘的实施例，与压缩机区段的至少一部分一起旋转的一个或多个轴。更具体地，对于所描绘的实施例，涡扇发动机100包括高压(HP)轴或转轴122，所述高压轴或转轴122将HP涡轮116传动连接到HP压缩机112。另外，示范性涡扇发动机100包括低压(LP)轴或转轴124，所述低压轴或转轴124将LP涡轮118传动连接到LP压缩机110。
此外，所描绘的示范性风扇104被配置成可变桨距风扇，所述可变桨距风扇具有以间隔开的方式连接到盘130的多个风扇叶片128。风扇叶片128大体上沿径向方向R1从盘130向外延伸。借助于风扇叶片128可操作地连接到合适的致动构件132，每个风扇叶片128都可围绕相应桨距轴线P1相对于盘130旋转，所述致动构件132被配置成共同改变风扇叶片128的桨距。风扇104以机械方式连接到LP轴124，使得风扇104由第二LP涡轮118以机械方式驱动。更具体地，风扇104(其中包括风扇叶片128)、盘130、和致动构件132通过动力齿轮箱134机械连接到LP轴124，且可通过跨越动力齿轮箱134的LP轴124围绕纵向轴线101旋转。动力齿轮箱134包括多个齿轮，以用于将LP轴124的转速逐步降低到更高效的风扇转速。因此，风扇104由涡轮机102的LP系统(包括LP涡轮118)供电。
仍参考图2的示范性实施例，盘130由可旋转的前部轮毂136覆盖，所述前部轮毂136具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片128。另外，涡扇发动机100包括环形风扇壳体或外部机舱138，所述环形风扇壳体或外部机舱138周向包围风扇104和/或涡轮机102的至少一部分。因此，所描绘的示范性涡扇发动机100可被称为“涵道”涡扇发动机。此外，由多个周向间隔开的出口导叶140相对于涡轮机102支承机舱138。机舱138的下游区段142在涡轮机102的外部部分上方延伸，以便在其间限定旁路气流通道144。
仍参考图2，混合动力电动推进系统50另外包括电机56，对于所描绘的实施例，所述电机56被配置成电动机/发电机。对于所描绘的实施例，电机56从核心空气流动路径121向内位于涡扇发动机100的涡轮机102内，并且与涡扇发动机100的一个轴连接/机械连通。更具体地说，对于所描绘的实施例，电机通过LP轴124连接到第二LP涡轮118。电机56可以被配置成将LP轴124的机械功率转换为电功率(使得LP轴124驱动电机56)，或另一选择为，电机56可以被配置成将提供给它的电功率转换为用于LP轴124的机械功率(使得电机56驱动或帮助驱动LP轴124)。
然而，应了解，在其它示范性实施例中，电机56可以替代地位于涡轮机102内任何其它合适位置处或其它地方。例如，在其它实施例中，电机56可以在涡轮区段内与LP轴124同轴地安装，或另一选择为，可以从LP轴124偏移且通过合适的齿轮系驱动。另外或另一选择为，在其它示范性实施例中，电机56可改为由HP系统、即由HP涡轮116通过例如HP轴122提供动力，或通过双驱动系统由LP系统(例如LP轴124)和HP系统(例如HP轴122)提供动力。而在其它实施例中，另外或另一选择为，电机56可以包括多个电机，例如，其中一个传动连接到LP系统(例如LP轴124)且一个传动连接到HP系统(例如HP轴122)。此外，尽管电机56被描述为电动机/发电机，在其它示范性实施例中，电机56可以仅仅配置成发电机。
值得注意的是，在某些示范性实施例中，电机56可以被配置成当由涡轮机102驱动时产生至少约十千瓦的电功率，例如至少约五十千瓦的电功率、例如至少约六十五千瓦的电功率、例如至少约七十五千瓦的电功率、例如至少约一百千瓦的电功率、例如高达五千千瓦的电功率。另外或另一选择为，当从例如电能存储单元55为电机56提供电功率时，电机56可以被配置成向涡轮机102提供或以其它方式增加至少约十五马力的机械功率。例如，在某些示范性实施例中，电机56可以被配置成向涡轮机102提供至少约五十马力的机械功率，例如至少约七十五马力、例如至少约一百马力、例如至少约一百二十马力、例如高达约七千马力。
仍参考图1和2，涡扇发动机100进一步包括控制器150和多个传感器(未示出)。控制器150可以是全权数字发动机控制系统，也称为FADEC。涡扇发动机100的控制器150可以被配置成控制例如致动构件132、燃料递送系统等的操作。另外，还返回参考图1，涡扇发动机100的控制器150以可操作方式连接到混合动力电动推进系统50的控制器72。此外，如将了解，控制器72可另外通过合适的有线或无线通信系统(以虚线描绘)以可操作方式连接到第一推进器组件52(包括控制器150)、电机56、第二推进器组件54和能量存储单元55中的一个或多个。
此外，虽然未描绘，但在某些示范性实施例中，涡扇发动机100可以进一步包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器定位成且被配置成感测指示涡扇发动机100的一个或多个操作参数的数据。例如，涡扇发动机100可以包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被配置成感测涡轮机102的核心空气流动路径121内的温度。例如，此类传感器可以被配置成感测燃烧区段114的出口处的排气温度。另外或另一选择为，涡扇发动机100可以包括一个或多个压力传感器，所述一个或多个压力传感器感测指示涡轮机102的核心空气流动路径121内的压力的数据，例如指示涡轮机102的燃烧区段114内的燃烧器内的压力的数据。此外，在又其它示范性实施例中，涡扇发动机100还可以包括一个或多个速度传感器，所述一个或多个速度传感器被配置成感测指示涡扇发动机100的一个或多个部件的转速的数据，例如指示LP转轴124或HP转轴122中的一个或多个的转速的数据。另外，在某些示范性实施例中，涡扇发动机100、混合动力电动推进系统整体、和/或结合混合动力电动推进系统的飞行器可以包括一个或多个环境条件传感器，例如一个或多个环境温度传感器，其位于涡轮机102的核心空气流动路径121外部，用于感测指示环境条件的数据，例如指示环境温度的数据。因此，在至少某些示范性实施例中，混合动力电动推进系统可以从飞行器接收关于一个或多个环境条件的信息。然而，值得注意的是，在其它示范性实施例中，可以在涡轮机102的核心空气流动路径121内，例如在入口108处，感测环境条件。
应进一步了解，在其它示范性实施例中，图2中所描绘的示范性涡扇发动机100可以具有任何其它合适的配置。例如，在其它示范性实施例中，风扇104可能不是可变桨距风扇，且进一步在其它示范性实施例中，LP轴124可直接机械连接到风扇104(即，涡扇发动机100可不包括齿轮箱134)。此外，应了解，在其它示范性实施例中，涡扇发动机100可以被配置成任何其它合适的燃气涡轮发动机。例如，在其它实施例中，涡扇发动机100可以替代地被配置成涡轮螺旋桨发动机、无涵道涡扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等。
现在具体参考图1和3，如先前所陈述，示范性混合动力电动推进系统50另外包括第二推进器组件54，对于所描绘的实施例，所述第二推进器组件安装到飞行器10的第二机翼22。具体参考图3，第二推进器组件54大体上配置成包括电动机206和推进器/风扇204的电动推进器组件200。电动推进器组件200限定沿着自其穿过而延伸以供参考的纵向中心线轴线202延伸的轴向方向A2以及径向方向R2。对于所描绘的实施例，风扇204可通过电动机206围绕中心线轴线202旋转。
风扇204包括多个风扇叶片208和风扇轴210。多个风扇叶片208附接到风扇轴210/可随着所述风扇轴旋转，且大体上沿着电动推进器组件200的周向方向(未示出)间隔开。在某些示范性实施例中，多个风扇叶片208可以固定方式附接到风扇轴210，或另一选择为，多个风扇叶片208可能够相对于风扇轴210旋转，例如在所描绘的实施例中。例如，多个风扇叶片208各自限定相应桨距轴线P2，且对于所描绘的实施例，多个风扇叶片附接到风扇轴210，使得多个风扇叶片208中的每一个的桨距可例如同时通过桨距改变机构211来改变。改变多个风扇叶片208的桨距可增大第二推进器组件54的效率和/或可允许第二推进器组件54实现期望的推力分布。通过此类示范性实施例，风扇204可被称为可变桨距风扇。
此外，对于所描绘的实施例，所描绘的电动推进器组件200另外包括通过一个或多个支撑杆或出口导叶216附接到电动推进器组件200的核心214的风扇壳体或外部机舱212。对于所描绘的实施例，外部机舱212基本上完全包围风扇204，且具体地说包围多个风扇叶片208。因此，对于所描绘的实施例，电动推进器组件200可称作涵道式电风扇。
仍具体参考图3，风扇轴210在核心214内机械连接到电动机206，使得电动机206通过风扇轴210驱动风扇204。风扇轴210由一个或多个轴承218来支承，例如由一个或多个滚子轴承、球轴承或任何其它合适的轴承来支承。另外，电动机206可以是内转电动机(即，包括从定子朝内径向定位的转子)，或另一选择为，可以是外转电动机(即，包括从转子朝内径向定位的定子)，或另一选择为，还可以是轴向通量电动机(即，其中转子既不在定子外部也不在定子内部，而是沿电动机轴线从定子偏移)。
如上文简单提及，电源(例如电机56或能量存储单元55)与电动推进器组合件200(即，电动机206)电连接以用于向电动推进器组件200提供电功率。更具体地，电动机206通过电力总线58、且更具体地通过在其间延伸的一个或多个电缆或电线60与电机56和/或电能存储单元55电连通。
然而，应了解，在其它示范性实施例中，示范性混合动力电动推进系统50可具有任何其它合适的配置，且另外，可以任何其它合适的方式集成到飞行器10中。例如，在其它示范性实施例中，混合动力电动推进系统50的电动推进器组件200可改为配置成多个电动推进器组件200，和/或混合动力电动推进系统50可另外包括多个燃气涡轮发动机(例如涡扇发动机100)和电机56。
此外，在其它示范性实施例中，(多个)电动推进器组件200和/或燃气涡轮发动机以及电机56可在任何其它合适的位置以任何其它合适的方式(例如，包括尾部安装配置)安装到飞行器10。例如，在某些示范性实施例中，电动推进器组件可以被配置成摄取边界层空气并且重新激励这种边界层空气从而为飞行器提供推进益处(推进益处可以是推力，或者可以简单地是通过降低飞行器的阻力来总体上增加用于飞行器的净推力)。
此外，在又其它示范性实施例中，示范性混合动力电动推进系统50还可以具有其它配置。例如，在其它示范性实施例中，混合动力电动推进系统50可能不包括“纯”电动推进器组件。例如，现在简单参考图4，图4提供根据本公开的又一示范性实施例的混合动力电动推进系统50的示意图。图4中所描绘的示范性混合动力电动推进系统50可以按上文参考图1到3所描述的一个或多个示范性混合动力电动推进系统50类似的方式配置。
例如，图4的示范性混合动力电动推进系统50大体上包括第一推进器组件52和第二推进器组件54。第一推进器组件大体上包括第一涡轮机102A和第一推进器104A，并且类似地，第二推进器组件54大体上包括第二涡轮机102B和第二推进器104B。第一涡轮机102A和第二涡轮机102B中的每一个大体上包括通过低压轴124使低压压缩机110传动连接到低压涡轮118的低压系统，以及通过高压轴122使高压压缩机112传动连接到高压涡轮116的高压系统。另外，第一推进器104A传动连接到第一涡轮机102A的低压系统，并且第二推进器104B传动连接到第二涡轮机102B的低压系统。在某些示范性实施例中，第一推进器104A和第一涡轮机102A可以被配置成第一涡扇发动机，并且类似地，第二推进器104B和第二涡轮机102B可以被配置成第二涡扇发动机(例如，类似于图2的示范性涡扇发动机100)。但是，另一选择为，这些部件可以替代地配置成涡轮螺旋桨发动机或任何其它合适的涡轮机驱动的推进装置的部件。此外，在某些示范性实施例中，第一推进器组件52可以安装到飞行器的第一机翼，并且第二推进器组件54可以安装到飞行器的第二机翼(例如，类似于图1的示范性实施例)。当然，在其它示范性实施例中，可以提供任何其它合适的配置(例如，第一推进器组件52和第二推进器组件54均可以安装到同一机翼、第一推进器组件52和第二推进器组件54中的一个或两个可以安装到飞行器的尾部等)。
此外，图4的混合动力电动推进系统50另外包括电气系统。所述电气系统包括第一电机56A、第二电机56B、以及可电连接到第一电机56A和第二电机56B的电能存储单元55。第一电机56A另外连接到第一涡轮机102A。更确切地，对于所描绘的实施例，第一电机56A连接到第一涡轮机102A的高压系统，且更确切地，还连接到第一涡轮机102A的高压转轴122。以此方式，第一电机56A可以从第一涡轮机102A的高压系统提取功率和/或向第一涡轮机102A的高压系统提供功率。
此外，应了解，对于所描绘的实施例，第二推进器组件54不被配置成纯电动推进器组件。替代地，第二推进器组件54被配置成混合动力电动推进器的部件。更具体地，第二电机56B连接到第二推进器104B，并且进一步连接到第二涡轮机102B的低压系统。以此方式，第二电机56B可以从第二涡轮机102B的低压系统提取功率和/或向第一涡轮机102A的低压系统提供功率。更具体地，在某些示范性方面，第二电机56可以驱动或帮助驱动第二推进器104B。
还如图4中所描绘，示范性混合动力电动推进系统50进一步包括控制器72和电力总线58。第一电机56A、第二电机56B和电能存储单元55各自可通过电力总线58的一根或多根电线60彼此电连接。例如，电力总线58可以包括各种开关或可移动以选择性地电连接混合动力电动推进系统50的各种部件的其它电力电子装置，并且视需要转换或调节穿过其传递的此类电功率。因此，在某些操作中，第一电机56A可以向第二电机56B提供电功率，或反之亦然。另外或另一选择为，第一电机56A和/或第二电机56B可以向电能存储单元55提供电功率，或电能存储单元55可以向第一电机56A和/或第二电机56B提供电功率。
此外，应了解，在又其它示范性实施例中，示范性混合动力电动推进系统50可以具有其它合适的配置。例如，虽然图4的示范性实施例包括连接到第一涡轮机102A的高压系统的第一电机56A和连接到第二涡轮机102B的低压系统的第二电机56B，但在其它示范性实施例中，电机56A、56B中的每一个可以连接到低压系统，或另一选择为可以连接到高压系统。另一选择为，在其它示范性实施例中，电气系统可以进一步包括连接到第一涡轮机102A的低压系统的额外电机和/或连接到第二涡轮机102B的高压系统的额外电机。
现在参考图5，图5提供用于操作飞行器的混合动力电动推进系统的方法300的流程图。方法300可以总体上用于上文参考图1到4描述的一个或多个示范性混合动力电动推进系统。例如，混合动力电动推进系统大体上可以包括涡轮机和电气系统，其中所述电气系统包括连接到涡轮机的电机以及电能存储单元。电能存储单元可以可电连接到电机。值得注意的是，在某些示范性方面，混合动力电动推进系统可以进一步包括连接到涡轮机的推进器。
如所描绘，方法300包括在(302)处通过一个或多个计算装置接收加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令。对于所描绘的示范性方面，在(302)处通过一个或多个计算装置接收加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令包括：在(304)处通过一个或多个计算装置接收在预巡航飞行状态期间加速涡轮机以提供期望的推力输出的命令。预巡航飞行状态可以是例如起飞飞行状态或爬升飞行状态。当然，另一选择为，在其它示范性方面，可以在需要涡轮机加速的任何其它合适的飞行状态期间接收在(302)处接收的命令。例如，可以在巡航操作模式期间接收在(302)处接收的命令以便执行例如步进爬升操作。无论如何，可以通过飞行器的一个或多个输入装置从例如飞行器的机组人员接收加速涡轮机的命令，或另一选择为，可以作为由混合动力电动推进系统和/或飞行器的控制器执行的控制算法的一部分来接收加速涡轮机的命令。
方法300进一步包括在(306)处通过一个或多个计算装置接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据。值得注意的是，如本文所使用，术语“接近或超过”是指参数值在阈值的预定范围内或高于阈值。在某些示范性方面，例如所描绘的示范性方面，在(306)处通过一个或多个计算装置接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据包括：在(308)处通过一个或多个计算装置接收指示环境温度接近或超过涡轮机的热天条件阈值的数据。热天条件阈值可以是温度阈值，在所述温度阈值以上，涡轮机由于吸入的环境空气过热而可能产生的有效输出功率的量有限。例如，如将了解，随着涡轮机燃烧燃料，会向通过发动机的气流添加一定量的热量。随着提供给涡轮机的气流的起始温度(即，环境温度)提高，可能向涡轮机添加更少的热量或能量，之后就达到涡轮机内的热限制。以这样的方式，相对高的环境温度可能限制涡轮机的性能。在某些示范性方面，热天条件阈值可以是大约华氏八十五度。然而，对于其它混合动力电动推进系统，或者对于其它涡轮机，热天温度阈值可能具有任何其它值。
在某些示范性方面，可以从例如位于涡轮机外部(例如，飞行器上)的环境温度传感器接收指示环境温度的数据，或另一选择为，从位于涡轮机内(例如，在涡轮机入口处)的内部温度传感器接收指示环境温度的数据。因此，如以虚线描绘的，在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置接收指示环境温度接近或超过热天条件阈值的数据可以包括：在(310)处通过一个或多个计算装置从环境温度传感器接收数据，或另一选择为，在(312)处通过一个或多个计算装置从涡轮机内的温度传感器接收数据。
然而，在本公开的其它示范性方面，温度参数可以是任何其它合适的温度参数。例如，还如图5中描绘的方法300的示范性方面所示，在至少某些示范性方面，在(306)处通过一个或多个计算装置接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据包括：在(314)处通过一个或多个计算装置接收指示排气温度参数接近或超过排气温度参数上限阈值的数据。例如，在至少某些示范性方面，排气温度参数可以指示涡轮机内的排气温度。在此类示范性方面，排气温度参数上限阈值可以是预定的排气温度阈值。另外或另一选择为，在某些示范性方面，排气温度参数可以指示涡轮机内的排气温度的变化率。利用此类示范性方面，排气温度参数上限阈值可以是预定的排气温度变化率阈值。如将了解，在涡轮机的例如可由排气温度参数确定的热极限下或接近所述热极限操作涡轮机，可能通过对发动机内的各种部件加热应力而引起发动机内的过早磨损。
此外，所描绘的示范性方面进一步包括在(316)处通过一个或多个计算装置响应于在(302)处接收到加速涡轮机的命令且在(306)处接收到指示温度参数接近或超过上限阈值的数据而向电机提供电功率以向涡轮机增加功率从而提供或帮助提供期望的推力输出。例如，对于所描绘的示范性方面，在(316)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：在(318)处通过一个或多个计算装置从电能存储单元向电机提供电功率。另外，应了解，在至少某些示范性方面，在(316)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率可以包括：向涡轮机提供至少约十五马力的机械功率。然而，应了解，在方法300的其它示范性方面，在(316)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率可以另外或另一选择为包括：从连接到第二涡轮机的第二电机(见例如图4的实施例)向电机提供电功率。
通过根据本公开的一个或多个示范性方面向电机提供电功率，混合动力电动推进系统可以提供期望的推力输出，而不管相对高的环境温度和/或相对高的涡轮机内部温度。因此可以提供更通用和高效的混合动力电动推进系统。
仍参考图5中描绘的示范性方法300，将进一步了解，在至少某些示范性方面，在(316)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率可以包括提供持续一段时间的基本恒定量的电功率。然而，对于所描绘的方法300的示范性方面，在(316)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：在(320)处通过一个或多个计算装置调制提供给电机的电功率量。
更确切地，对于所描绘的示范性方面，应了解，在(306)处通过一个或多个计算装置接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据进一步包括：在(322)处通过一个或多个计算装置确定指示温度参数高于上限阈值的程度的增量值。例如，在某些示范性方面，在(322)处确定增量值可以包括确定指示环境温度高于热天条件阈值的程度的增量值，或另一选择为确定指示排气温度参数高于排气温度参数上限阈值的程度的增量值。无论如何，利用此类示范性方面，在(320)处通过一个或多个计算装置调制提供给电机的电功率量包括：在(324)处通过一个或多个计算装置至少部分地基于在(322)处确定的增量值来调制提供给电机的电功率量。例如，所确定的增量值越高，方法300可以提供给电机的电功率就越多。
然而，应了解，在其它示范性方面，方法300可以在(320)处基于任何其它合适的参数调制电功率量。例如，也如图5所描绘，方法300进一步包括在(326)处通过一个或多个计算装置接收指示涡轮机健康状态参数的数据。涡轮机健康状态参数可以是指示涡轮机已经历的退化量的任何参数。利用此类示范性方面，在(320)处通过一个或多个计算装置调制提供给电机的电功率量包括：在(328)处通过一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示涡轮机健康状态参数的数据来调制提供给电机的电功率量。例如，涡轮机退化越多，方法300可以提供给电机例如以补偿这种退化的电功率就越多。
通过根据一个或多个这些示范性方面进行操作，方法300可以向电机提供足够量的电功率以帮助涡轮机提供期望的推力输出同时仍保存电功率。
现在参考图6，图6提供上文描述的示范性方法300的示范性方面的特写流程图，应了解，方法300进一步包括在(330)处通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率(即，终止在(316)处向电机提供电功率)。如将了解，在(330)处通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率可以是响应于多个各种参数。
例如，对于所描绘的示范性方面，方法300进一步包括在(332)处通过一个或多个计算装置接收指示电能存储单元的充电水平的数据。指示电能存储单元的充电水平的数据可以是指示电能存储单元的充电水平低于下限阈值或接近下限阈值的数据。例如，指示电能存储单元的充电水平的数据可以是指示充电水平低于针对执行例如发动机起动或重新起动的某些操作的预定下限阈值或针对电能存储单元的一些其它最小操作阈值的数据。利用此类示范性方面，在(330)处通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率包括：在(334)处至少部分地响应于在(332)处通过一个或多个计算装置接收到指示电能存储单元的充电水平的数据而通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率。
此外，图6中描绘的方法300的示范性方面进一步包括在(336)处通过一个或多个计算装置接收指示电机温度的数据。在(336)处接收的指示电机温度的数据可以指示电机高于期望的操作温度阈值。例如，当高于期望的操作温度阈值操作时，电机可能更容易损坏。因此，对于所描绘的示范性方面，为了最大限度地减少电机损坏的风险，在(330)处通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率包括：在(338)处至少部分地响应于在(336)处通过一个或多个计算装置接收到指示电机温度的数据而通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率。
此外，图6中描绘的方法300的示范性方面另外包括：在(340)处通过一个或多个计算装置接收指示涡轮机的可操作性参数的数据。在(340)处接收的指示涡轮机可操作性参数的数据可以指示涡轮机的一个或多个部件的速度参数、流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量、涡轮机的内部压力、和/或涡轮机的内部温度。例如，涡轮机的一个或多个部件的速度参数可以是涡轮机内的一个或多个转轴的转速、涡轮机内的一个或多个转轴的加速度，或其组合。在(340)处接收的指示可操作性参数的数据可以指示涡轮机在期望的可操作性下操作，例如指示混合动力电动推进系统正在提供期望的推力输出、涡轮机正以期望的速率加速或另外以期望的转速操作等。因此，对于示范性方面，在(330)处通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率包括：在(342)处通过一个或多个计算装置至少部分地响应于在(340)处接收的指示涡轮机的可操作性参数的数据而终止向电机提供电功率。以此方式，一旦可操作性参数指示不再需要补充功率，方法300就可以终止向电机提供电功率，或者也就是说，方法300可以只在必需补充功率时才向电机提供电功率。
根据图6的方法300的一个或多个示范性方面操作混合动力电动推进系统可以允许混合动力电动推进系统的电机帮助提供期望的推力输出同时保存电功率，从而防止电机损坏等。
现在参考图7，图7描绘根据本公开的实例实施例的实例计算系统500。计算系统500可以例如用作混合动力电动推进系统50中的控制器72。计算系统500可以包括一个或多个计算装置510。计算装置510可以包括一个或多个处理器510A和一个或多个存储器装置510B。一个或多个处理器510A可以包括任何合适处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其它合适处理装置。一个或多个存储器装置510B可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其它存储器装置。
一个或多个存储器装置510B可以存储可由一个或多个处理器510A存取的信息，包括可由一个或多个处理器510A执行的计算机可读指令510C。指令510C可以是在由一个或多个处理器510A执行时致使一个或多个处理器510A执行操作的任一组指令。在一些实施例中，指令510C可以由一个或多个处理器510A执行以致使一个或多个处理器510A执行操作，例如计算系统500和/或计算装置510被配置成进行的任何操作和功能、如本文中所描述的用于操作涡轮机的操作(例如方法300)，和/或一个或多个计算装置510的任何其它操作或功能。因此，方法300可以是计算机实施的方法。指令510C可以是以任何合适编程语言编写的软件，或可以在硬件中实施。另外和/或另一选择为，指令510C可以在处理器510A上的逻辑上和/或虚拟上分离的线程中执行。存储器装置510B可以进一步存储可由处理器510A存取的数据510D。例如，数据510D可以包括指示功率流的数据、指示混合动力电动推进系统中的各种负载的功率需求的数据、指示混合动力电动推进系统的操作参数的数据，包括指示混合动力电动推进系统的涡轮机的操作参数的数据。
计算装置510还可以包括用以例如与系统500的其它部件通信(例如经由网络)的网络接口510E。网络接口510E可以包括用于与一个或多个网络接口连接的任何合适部件，包括例如发射器、接收器、端口、控制器、天线，和/或其它合适部件。一个或多个外部显示装置(未描绘)可以被配置成从计算装置510接收一个或多个命令。
本文中所论述的技术参考了基于计算机的系统和由基于计算机的系统采取的行动以及发送到基于计算机的系统和来自基于计算机的系统的信息。所属领域的技术人员应认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许大量可能的配置、组合以及任务和功能性在部件之间和当中的划分。举例来说，本文中所论述的过程可使用单个计算装置或以组合形式工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用程序可在单个系统上实施或跨越多个系统分布。分布式部件可以依序或并行操作。
虽然各种实施例的具体特征可能在一些图中示出而未在其它图中示出，但这仅仅是为了方便起见。根据本公开的原理，可结合任何其它附图的任何特征来引用和/或要求保护某一附图的任何特征。
此书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。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 (10)

1.一种用于操作飞行器的混合动力电动推进系统的涡轮机的方法，所述混合动力电动推进系统包括涡轮机和电气系统，所述电气系统包括连接到所述涡轮机的电机，所述方法包括：
通过一个或多个计算装置接收加速所述涡轮机以提供期望的推力输出的命令；
通过所述一个或多个计算装置接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据；以及
通过所述一个或多个计算装置响应于接收到所述加速所述涡轮机的命令且接收到所述指示所述温度参数接近或超过所述上限阈值的数据而向所述电机提供电功率以向所述涡轮机增加功率从而提供或帮助提供所述期望的推力输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过一个或多个计算装置接收所述加速所述涡轮机以提供所述期望的推力输出的命令包括：通过一个或多个计算装置接收在预巡航飞行状态期间加速所述涡轮机以提供所述期望的推力输出的命令。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预巡航飞行状态是起飞飞行状态或爬升飞行状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置接收指示所述温度参数接近或超过所述上限阈值的数据包括：通过所述一个或多个计算装置接收指示环境温度接近或超过所述涡轮机的热天条件阈值的数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置接收指示所述环境温度接近或超过所述热天条件阈值的数据包括：通过所述一个或多个计算装置从环境温度传感器接收数据。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置接收指示所述环境温度接近或超过所述热天条件阈值的数据包括：通过一个或多个计算装置从所述涡轮机内的温度传感器接收数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置接收指示所述温度参数接近或超过所述上限阈值的数据包括：通过所述一个或多个计算装置确定指示所述温度参数高于所述上限阈值的程度的增量值，并且其中通过所述一个或多个计算装置向所述电机提供电功率包括：通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所述所确定的增量值来调制提供给所述电机的电功率量。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
通过所述一个或多个计算装置接收指示涡轮机健康状态参数的数据，并且其中通过所述一个或多个计算装置向所述电机提供电功率包括：通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所述所接收的指示所述涡轮机健康状态参数的数据来调制提供给所述电机的所述电功率量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合动力电动推进系统进一步包括电能存储单元，并且其中通过所述一个或多个计算装置向所述电机提供电功率包括：通过所述一个或多个计算装置从所述电能存储单元向所述电机提供电功率。
10.一种用于飞行器的混合动力电动推进系统，包括：
推进器；
涡轮机，所述涡轮机连接到所述推进器用于驱动所述推进器并产生推力；
电气系统，所述电气系统包括电机和可电连接到所述电机的电能存储单元，所述电机连接到所述涡轮机；以及
控制器，所述控制器被配置成接收加速所述涡轮机以提供期望的推力输出的命令并且接收指示温度参数接近或超过上限阈值的数据，所述控制器进一步被配置成响应于接收到所述加速所述涡轮机的命令且接收到所述指示所述温度参数接近或超过所述上限阈值的数据而向所述电机提供电功率以向所述涡轮机增加功率从而提供或帮助提供所述期望的推力输出。
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