CN110386255B - 用于飞机的混合动力推进发动机 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于飞机的混合动力推进发动机。示例混合动力推进发动机包括推进器和燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机用于在第一操作模式期间驱动推进器。燃气涡轮发动机具有核心进气口。混合动力推进发动机还包括在第二操作模式期间驱动推进器的电动马达和设置在燃气涡轮发动机的核心进气口中的阻尼器，该阻尼器用于在第二操作模式期间阻挡气流通过核心进气口。

Description

用于飞机的混合动力推进发动机
技术领域
本公开总体涉及飞机，并且更具体地涉及用于飞机的混合动力推进发动机。
背景技术
飞机通常包括一个或多个发动机以产生推力。存在许多不同类型或布置的发动机，诸如涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机等。这些发动机包括用于产生推力的推进器(诸如风扇或螺旋桨)，以及驱动推进器的发动机核心(诸如燃气涡轮发动机)。虽然对于某些飞行状况有效，但这些发动机通常受限于它们可以操作的海拔高度。而且，对于较长距离的飞行，需要较大的发动机，这种发动机通常重，并且因此降低了飞机的效率。此外，较长的飞行需要更多的燃料，这进一步增加了飞机的重量。
发明内容
本文公开了一种用于飞机的混合动力推进发动机。混合动力推进发动机包括推进器和燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机用于在第一操作模式期间驱动推进器。燃气涡轮发动机具有核心进气口。混合动力推进发动机还包括在第二操作模式期间驱动推进器的电动马达和设置在燃气涡轮发动机的核心进气口中的阻尼器，该阻尼器用于在第二操作模式期间阻挡气流通过核心进气口。
本文公开的方法包括在控制器处接收请求将阻尼器的状态从打开状态改变为关闭状态的输入信号。阻尼器设置在混合动力推进发动机的燃气涡轮发动机的核心进气口中。混合动力推进发动机用于在第一操作模式期间使用燃气涡轮发动机来驱动推进器并在第二操作模式期间使用电动马达来驱动推进器。该方法进一步包括经由控制器确定是否满足一个或多个状态改变参数，并且当混合动力推进发动机在第二操作模式下操作时，基于满足一个或多个状态改变参数的确定，经由控制器发送命令信号以将阻尼器从打开状态移动到关闭状态。
本文公开的飞机包括混合动力推进发动机，该混合动力推进发动机包括推进器和可操作地联接到推进器的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机具有压缩机和将空气引入压缩机的核心进气口。混合动力推进发动机还包括设置在核心进气口中的阻尼器。阻尼器可操作在打开状态和关闭状态之间，打开状态允许气流进入压缩机，关闭状态阻挡气流进入压缩机。
附图说明
图1示出了可以实施本文公开的示例的飞机。
图2为根据本公开的教导构造的示例混合动力推进发动机的示意图。
图3为两个示例混合动力推进发动机的示意图。
图4为结合包括燃气涡轮发动机和电动马达的涡轮风扇发动机实施的示例混合动力推进发动机的局部剖视图。
图5为结合包括燃气涡轮发动机和电动马达的涡轮螺旋桨发动机实施的示例混合动力推进发动机的局部剖视图。
图6为图4的混合动力推进发动机的电动马达的放大视图。
图7A和7B为来自图6的超控(overrunning)离合器的横截面视图。
图8A为表示将混合动力推进发动机从第一操作模式改变为第二操作模式的示例方法的流程图。
图8B为表示将混合动力推进发动机从第二操作模式改变为第一操作模式的示例方法的流程图。
图9示出了根据本公开的教导构造的示例核心阻尼器。在图9中，示例核心阻尼器结合图4的示例混合动力推进发动机实施。
图10示出了结合图5的示例混合动力推进发动机实施的图9的示例核心阻尼器。
图11A和11B分别为处于打开状态和关闭状态的图9的示例核心阻尼器的透视图。
图12A为表示将核心阻尼器从打开状态操作到关闭状态并且可以通过图9和图10的混合动力推进发动机实施的示例方法的流程图。
图12B为表示将核心阻尼器从关闭状态操作到打开状态并且可以通过图9和图10的混合动力推进发动机实施的示例方法的流程图。
附图不是按比例绘制。通常，在整个附图和随附的书面描述中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。如在本专利中所使用的，陈述任何部件(例如，层、膜、区、区域或板)以任何方式位于另一部件上(例如，定位在其上、位于其上、设置在其上或形成在其上等)表示所引用的部件与另一部件接触，或者所引用的部件在另一部件之上，其中一个或多个中间部件位于其间。陈述任何部件与另一部件接触意味着两个部件之间没有中间部件。
具体实施方式
本文公开了用于飞机的示例混合动力推进发动机。混合动力推进发动机包括内燃发动机(诸如燃气涡轮发动机)和电动马达，其联接到诸如风扇或螺旋桨的推进器并且以并行方式操作以驱动推进器。本文描述的混合动力推进发动机可以在不同的操作模式之间操作，其中燃气涡轮发动机和/或电动马达用于驱动推进器以产生向前推力。例如，在第一操作模式下，当期望增加的推力水平时，燃气涡轮发动机驱动推进器以产生向前推力。在第一操作模式下，电动马达可以关闭和/或以其他方式不为推进器提供动力。在第二操作模式下，电动马达驱动推进器以产生向前推力(而燃气涡轮发动机关闭和/或以其他方式不为推进器提供动力)，因为电动马达在某些飞行条件期间对于驱动推进器更有效。例如，在起飞和着陆期间，当需要增加推力水平时，可以使用燃气涡轮发动机。而电动马达可以在巡航期间使用，在巡航期间，飞机处于较高的海拔高度并且受到更小的阻力。因此，燃气涡轮发动机在飞行期间使用的时间较短。结果，飞机上需要更少的燃料，从而进一步降低了飞机的总重量。此外，在某些情况下，电动马达可以用于在起飞和/或爬升期间辅助燃气涡轮发动机，并且因此，可以使用更小、更轻的燃气涡轮发动机。
本文描述的示例混合动力推进发动机包括设置在燃气涡轮发动机和电动马达之间的离合器，该离合器使得电动马达能够独立于燃气涡轮发动机操作并且不驱动或旋转燃气涡轮发动机的输出轴。例如，燃气涡轮发动机包括第一驱动轴(例如，输出轴)，并且电动马达包括第二驱动轴。推进器联接到第二驱动轴，并且第一驱动轴经由离合器(诸如超控离合器)联接到第二驱动轴。这样，当燃气涡轮发动机正在第一操作模式期间运行时，第一驱动轴使第二驱动轴旋转，并且因此将动力传递到推进器。在第一操作模式期间，电动马达关闭并且不受旋转的第二驱动轴的影响。在第二操作模式下，电动马达打开并用于旋转第二驱动轴，第二驱动轴驱动推进器并产生向前推力。在第二操作模式期间，可以关闭燃气涡轮发动机。超控离合器使得第二驱动轴能够独立于第一驱动轴旋转，并且因此不驱动或旋转第一驱动轴。换句话说，超控离合器使得燃气涡轮发动机和电动马达能够以并联方式而不是串联方式操作，使得一者的操作不需要另一者的操作。在其他示例中，可以实施其他类型的离合器以连接或断开第一驱动轴和第二驱动轴。
在一些示例中，当燃气涡轮发动机正在第一操作模式下驱动推进器时，电动马达可以被激励并用于超速(overspeed)或过驱动(overdrive)燃气涡轮发动机。例如，该操作可以用于向推进器提供临时动力迸发(例如，在发动机故障(engine-out)情况的事件中)。在其他示例中，电动马达可以以与燃气涡轮发动机大致相同的转速操作，以向推进器提供扭矩而不超控燃气涡轮发动机。例如，该操作可以减少燃气涡轮发动机上的负载。
本文还公开了可以与飞机发动机一起使用的核心阻尼器。本文公开的示例核心阻尼器可与混合动力推进发动机一起使用，以在电动马达正在驱动推进器并且燃气涡轮发动机关闭时防止燃气涡轮发动机进行风车旋转。具体地，尽管燃气涡轮发动机可以在第二操作模式期间关闭，但是流过风扇导管的空气可以流入核心进气口并且通过燃气涡轮发动机，这可以引起(一个或多个)压缩机和/或(一个或多个)涡轮机自转(称为风车旋转)。然而，由于燃气涡轮发动机关闭，这种风车旋转浪费了加速空气中的动力，否则该动力可以用来产生推力。这样，核心阻尼器可以设置在核心进气口中以在燃气涡轮发动机不操作时封闭核心进气口并且基本上阻挡空气进入燃气涡轮发动机。在一些示例中，核心进气口包括多个叶片。叶片从打开位置和关闭位置可移动(例如，可旋转)，在打开位置中，空气在叶片之间流动(和/或以其他方式通过核心进气口)并进入燃气涡轮发动机，并且在关闭位置中，叶片阻挡气流进入燃气涡轮发动机。通过在燃气涡轮发动机不操作时阻挡气流通过核心进气口，浪费较少的气流，并且因此，更多的气流用于产生推力。
在一些示例中，阻尼器可以用于调节燃气涡轮发动机的操作温度。例如，当混合动力推进发动机正在第二操作模式下操作时(其中电动马达正在驱动推进器，燃气涡轮发动机关闭和/或以其他方式不驱动推进器)，阻尼器可以从关闭状态移动到部分打开状态以使燃气涡轮发动机能够打开并以低速(例如，怠速)操作。运行燃气涡轮发动机(即使在低速下)有助于燃气涡轮发动机和混合动力推进发动机的其他组件保持温暖，这使得能够较快地启动。此外，以怠速操作燃气涡轮发动机引起油循环，这有助于保持包括阻尼器的混合动力推进发动机的组件温暖以防止积冰。燃气涡轮发动机可以定期打开和关闭，以确保没有积冰。在其他示例中，不是启动并运行燃气涡轮发动机，而是阻尼器保持关闭，并且燃气涡轮发动机的启动器可以用于以低速周期性地驱动燃气涡轮发动机的线轴(spools)，其使油循环以保持发动机温暖，并且因此使阻尼器保持温暖。附加地或可替代地，可以使用单独的加热器(例如，电加热元件)来加热核心阻尼器和/或油以防止冻结。
图1示出了飞机100，本文公开的示例可以在飞机100中实施。飞机100包括机身102、联接到机身102的第一机翼104(左翼)以及联接到机身102的第二机翼106(右翼)。在所示的示例中，飞机100包括分别由第一机翼104和第二机翼106承载的第一推进发生器108和第二推进发生器110。在其他示例中，飞机100可以仅包括一个推进发生器，或者可以包括两个以上的推进发生器。(一个或多个)推进发生器可以联接到第一机翼104和第二机翼106和/或飞机100上的另一结构(例如，在机身102的尾部节段上)。飞机100可以为有人驾驶飞机或无人驾驶飞机。
图2为根据本公开的教导构造的示例混合动力推进发动机200的示意图。混合动力推进发动机200可以实施为飞机100的推进发生器108、110中的一个或两个(图1)。如图2所示，混合动力推进发动机200包括内燃发动机202和推进器204，推进器204可以由内燃发动机202驱动以产生向前推力。在该示例中，内燃发动机202被实施为燃气涡轮发动机202。推进器204可以为涡轮风扇发动机(例如，在图4中所示并且在本文中进一步详细描述的涡轮风扇发动机中)的风扇。在其他示例中，推进器204可以为涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨，诸如图5中所示的涡轮螺旋桨发动机。推进器204可以位于混合动力推进发动机200的前部(称为牵引器配置)或者位于混合动力推进发动机200的后部(称为推动器配置)。而且，推进器204可以包括两个或更多个推进器，诸如两个反向旋转的螺旋桨。燃气涡轮发动机202由来自燃料箱206的燃料提供动力。控制器208(例如，电子发动机控制器(EEC)、处理器等)控制燃气涡轮发动机202的开/关操作。控制器208操作阀210，该阀210控制从燃料箱206到燃气涡轮发动机202的燃料的流动，并且还可以控制燃气涡轮发动机202的(一个或多个)点火组件和/或启动器。
图2的混合动力推进发动机200还包括电动马达212，马达212可以用于附加于或替代燃气涡轮发动机202来驱动推进器204。电动马达212与用于启动目的的混合动力推进发动机200相关联的任何启动器或辅助动力单元(APU)(例如，电动马达、气动马达、小型燃气轮机等)分开。电动马达212由电源214供电并经由控制器208控制。在所示实施例中，电源214为电池214。燃气涡轮发动机202和电动马达212以使得每者能够独立于另一者驱动推进器204的方式联接到推进器204。具体地，混合动力推进发动机200在不同的操作模式下可操作，其中，燃气涡轮发动机202和/或电动马达212用于驱动推进器204以产生推力。例如，混合动力推进发动机200在第一操作模式下可操作，在该第一操作模式下，燃气涡轮发动机202运行且电动马达212关闭。在该第一操作模式下，仅燃气涡轮发动机202驱动推进器204。在第二操作模式下，电动马达212运行并且燃气涡轮发动机202关闭，使得仅电动马达212驱动推进器204。使用燃气涡轮发动机202和电动马达212的这种布置和组合使得燃气涡轮发动机202能够更小和更轻，并且因此减小了混合动力推进发动机200的整体尺寸和重量。例如，燃气涡轮发动机202可以用于在需要更多动力和/或控制的起飞和/或着陆期间驱动推进器204，并且电动马达212可以用于在巡航期间(占飞行时间的大部分时间)驱动推进器204。在巡航期间，飞机100通常处于较高的海拔高度，在该高度，大气较薄，并且因此对飞机100产生较小的阻力。因此，通常需要较少的动力来驱动推进器204以产生足够的推力。在巡航时可以使用电动马达212以比燃气涡轮发动机202更有效地驱动推进器204。因此，相比于在整个飞行中使用的常规燃气涡轮发动机，燃气涡轮发动机202在正常飞行期间可以更少地被使用。结果，飞机100上需要更少的燃料，这减少了飞机100的总重量。
为了使电动马达212能够独立于燃气涡轮发动机202驱动推进器204(并且反之亦然)，示例混合动力推进发动机200包括离合器216。在该示例中，离合器216实施为超控离合器(有时称为自由轮，无后离合器或单向辊离合器)。超控离合器216设置在燃气涡轮发动机202和电动马达212之间。在所示的示例中，燃气涡轮发动机202包括在燃气涡轮发动机202运行时被驱动的第一驱动轴218(输出轴)。在一些示例中，燃气涡轮发动机202为多线轴发动机，并且第一驱动轴218对应于燃气涡轮发动机202的低压压缩机(LPC)轴。
推进器204直接或间接地联接到第二驱动轴220。在一些示例中，第二驱动轴220与电动马达212一体地形成。具体地，第二驱动轴220还可以用作电动马达212的转子轴。可选地，第二驱动轴220可以直接联接到电动马达212的输出端，例如第二驱动轴220联接到电动马达212转子的端部。混合动力推进发动机200可以包括联接在第二驱动轴220和推进器204之间的变速器222(有时称为齿轮箱)。变速器222改变第二驱动轴220和推进器204之间的转速。因此，通过旋转第二驱动轴220来驱动推进器204。
在第一操作模式期间，燃气涡轮发动机202正在运行并且电动马达212关闭。燃气涡轮发动机202的第一驱动轴218经由超控离合器216使第二驱动轴220旋转，并且因此使推进器204旋转。因此，在第一操作模式下，燃气涡轮发动机202经由超控离合器216驱动推进器204以产生向前推力。当第二驱动轴220正在旋转时，电动马达212关闭(例如，没有电流施加到电动马达212的线圈)。相反，在第二操作模式期间，电动马达212正在运行并且燃气涡轮发动机202关闭或转换到关闭状态。电动马达212使第二驱动轴220旋转，并且因此驱动推进器204。因此，在第二操作模式下，电动马达212用于驱动推进器204以产生向前推力。
在第二操作模式下，超控离合器216使第二驱动轴220能够旋转而不旋转第一驱动轴218。换句话说，当电动马达212正在驱动第二驱动轴220时，燃气涡轮发动机202关闭，并且第一驱动轴218大致静止(不旋转)。
在一个示例中，例如在起飞期间，飞机100可以被配置成在第一操作模式下操作，即燃气涡轮发动机202驱动推进器204并且电动马达212关闭。在起飞之后，可能希望从第一操作模式转换到第二操作模式，在第二操作模式下，电动马达212驱动推进器204。为了从第一模式转换到第二模式，控制器208将启动命令传输到电动马达212并且还将单独的命令传输到燃气涡轮发动机202。对燃气涡轮发动机的命令可以为停止命令或降低燃气涡轮发动机202的操作速度的命令，例如，用于以怠速操作燃气涡轮发动机202的命令。
当从第一操作模式转换到第二操作模式时，燃气涡轮发动机202的转速降低并且电动马达212的转速增加。当电动马达212的转速大于燃气涡轮发动机202的转速时，即第二驱动轴220的转速大于第一驱动轴218的转速时，超控离合器216脱离，使得电动马达212驱动推进器204。
相反，当从第二操作模式转换到第一操作模式时，燃气涡轮发动机202的转速增加并且电动马达212的转速降低。当燃气涡轮发动机202的转速大于电动马达212的转速时，即第二驱动轴220的转速小于第一驱动轴218的转速时，超控离合器216接合，使得燃气涡轮发动机202经由第一驱动轴218和第二驱动轴220驱动推进器204。
这样，超控离合器216使得燃气涡轮发动机202和电动马达212能够以并联方式操作，使得燃气涡轮发动机202和电动马达212可以彼此独立地操作以驱动推进器204。因此，虽然燃气涡轮发动机202和电动马达212被示为与推进器204串联机械地联接，但是超控离合器216使得燃气涡轮发动机202和电动马达212能够以并联方式操作。控制器208基于飞行员输入(例如，经由激活按钮或开关)和/或自动驾驶程序控制燃气涡轮发动机202和电动马达212的开/关操作以在第一操作模式和第二操作模式之间切换。在其他示例中，其他类型的离合器可以用作超控离合器216的替代。此外，虽然在该示例中混合动力推进发动机200利用燃气涡轮发动机202，但是在其他示例中，混合动力推进发动机200可以结合其他类型的内燃发动机(诸如往复式活塞发动机或旋转发动机(例如，汪克尔(Wankel)发动机))来实施。
在图2中，推进器204、电动马达212和燃气涡轮发动机202都是轴向对齐的。具体地，推进器204的旋转轴线与第一驱动轴218和第二驱动轴220同轴。在其他示例中，第一驱动轴218和第二驱动轴220的旋转轴线保持对齐。然而，推进器204可以偏离第一驱动轴218和第二驱动轴220的旋转轴线。例如，变速器222可以包括齿轮和小齿轮装置，其将推进器204的旋转轴线与第一驱动轴218和第二驱动轴220的旋转轴线分开。
在一些示例中，混合动力推进发动机200可以在第三操作模式下操作，在该第三操作模式下，电动马达212用于辅助燃气涡轮发动机202驱动推进器204达一段时间而不关闭燃气涡轮发动机202。例如，燃气涡轮发动机202可以经由第一驱动轴218和第二驱动轴220运行并驱动推进器204(例如，在第一操作模式下)。超控离合器216接合，使得燃气涡轮发动机202为推进器204提供动力。然后，电动马达212可以被激励。电动马达212可以用于比第一驱动轴218更快地驱动第二驱动轴220达一段时间以产生额外的推力。例如，在滑行期间，电动马达212可以用于向推进器204增加动力迸发。超控离合器216使第二驱动轴220能够比第一驱动轴218更快地旋转。然后，当电动马达212关闭时，第二驱动轴220减速直到其速度与第一驱动轴218的速度匹配，此时超控离合器216重新接合并且燃气涡轮发动机202继续为推进器204提供动力。在其他示例中，电动马达212可以被操作以使第二驱动轴220以与燃气涡轮发动机202基本上相同的速度旋转，从而向系统增加扭矩并减少燃气涡轮发动机202上的一些负载。换句话说，燃气涡轮发动机202和电动马达212都可以驱动推进器204。
在示例操作中，假设混合动力推进发动机200在第一操作模式下操作，在该第一操作模式下，燃气涡轮发动机202驱动推进器204并且电动马达212被去激励。燃气涡轮发动机202可以在起飞和爬升期间使用，例如，在需要更多推力的情况下。然后，控制器208接收请求将模式从第一操作模式切换到第二操作模式的输入信号224。例如，输入信号224可以由驾驶舱225中的飞行员生成。附加地或可替代地，输入信号224可以由自动驾驶程序生成(例如，基于飞行航段)。例如，一旦达到一定海拔高度，自动驾驶程序就可以请求模式改变以切换到使用电动马达212而不是使用燃气涡轮发动机202。
响应于输入信号224，控制器208检查一个或多个模式改变参数或条件以验证是否可以发生模式改变。例如，控制器208分别从燃气涡轮发动机202和电动马达212接收关于燃气涡轮发动机202和电动马达212的操作状态的状态信号226、228。状态信号226、228可以从与燃气涡轮发动机202和/或电动马达212相关联的一个或多个传感器生成。控制器208还可以从各种其他飞行系统接收信息。(一个或多个)模式改变参数可以包括电动马达212和燃气涡轮发动机202的操作条件、燃气涡轮发动机202的温度、飞机100的海拔高度、飞机100的速度、飞机100的飞行航段(例如，飞机100是否处于起飞、爬升、巡航等)、环境温度，和/或在改变操作模式之前可能感兴趣的任何其他条件。
控制器208可以将(一个或多个)模式改变参数与一个或多个阈值进行比较。如果不满足(一个或多个)模式改变参数(例如，(一个或多个)参数不满足(一个或多个)阈值)，则控制器208生成警报信号230。在一些示例中，控制器208将警报信号230发送到驾驶舱225以显示给飞行员或其他飞机人员。在这样的示例中，不发生模式改变，并且混合动力推进发动机200继续以燃气涡轮发动机202驱动推进器204的第一操作模式操作。
如果满足(一个或多个)模式改变参数(例如，(一个或多个)参数确实满足(一个或多个)阈值)，则控制器208发送命令信号232(例如，启动命令)以启动电动马达212。控制器208可以控制从电池214到电动马达212的电力的流动。一旦控制器208确定电动马达212可操作并且驱动推进器204(例如，基于来自电动马达212的状态信号228)，控制器208就发送使燃气涡轮发动机202关闭的命令信号234(例如，关闭命令)。当从第二操作模式切换到第一操作模式时，发生反向过程。结合图8A和8B中的流程图更详细地公开了这些过程的示例。
在一些示例中，当燃气涡轮发动机202运行并驱动推进器204时，电动马达212用作发电机以对电池214充电。换句话说，当第二驱动轴220旋转时，电动马达212生成可以用于对电池214充电的电力。还可以在飞机100在地面上时(例如，在机场航站楼等待时)对电池214再充电。控制器208管理电动马达212和电池214之间的电力的流动。存储在电池214中的电力用于在稍后的时间为电动马达212供电和/或用于为飞机100的一个或多个其他电气系统供电。附加地或可替代地，由电动马达212生成的电力可以直接提供给飞机100的一个或多个电气系统(不经过电池214)。在其他示例中，代替使用电动马达212作为发电机，控制器208可以将电动马达212与电池214断开，使得电动马达212不生成电力，这减小了第二驱动轴220上的扭矩，否则，当作为发电机操作时可能由电动马达212引起该扭矩。虽然在所示示例中电池214用于存储电力，但在其他示例中，电池214可以实现为燃料电池、电容器和/或能够存储电力的任何其他设备。因此，电动马达212可以用于在飞行期间(例如，在巡航期间)驱动推进器204以产生推力，电动马达212可以在燃气涡轮发动机202中存在故障时使用，电动马达212可以用于辅助燃气涡轮发动机202(例如，为了短时间提供额外的动力)，和/或电动马达212可以用于为飞机100产生电力。
图3为示出两个混合动力推进发动机的示意图，包括来自图2的第一混合动力推进发动机200以及第二混合动力推进发动机300。在所示示例中，第二混合动力推进发动机300与第一混合动力推进发动机200基本上相同。具体地，第二混合动力推进发动机300包括第二推进器302、第二燃气涡轮发动机304、第二电动马达306和第二超控离合器308，第二超控离合器308可操作地联接在第二燃气涡轮发动机304和第二电动马达306之间以使得第二电动马达306能够独立于第二燃气涡轮发动机304驱动第二推进器302。第二混合动力推进发动机300还包括第二控制器310，第二控制器310控制第二燃气涡轮发动机304(例如，通过控制第二阀312)和/或第二电动马达306的开/关操作。在一些示例中，控制器208、310由相同的控制器实施。在一些示例中，第二混合动力推进发动机300包括第二变速器314。第二混合动力推进发动机300可以以与混合动力推进发动机200基本上相同的操作模式操作。因此，为了避免冗余，不再结合图3提供对第二混合动力推进发动机300的操作的描述。第一混合动力推进发动机200和第二混合动力推进发动机300可以分别对应于飞机100的第一推进发生器108和第二推进发生器110(图1)。
在图3中，第一混合动力推进发动机200和第二混合动力推进发动机300共享电池214和燃料箱206。因此，在一些示例中，两个或更多个混合动力推进发动机可以使用相同的资源。如上所述，飞机100可以包括两个以上的混合动力推进发动机，所有这些混合动力推进发动机都可以共享相同的资源。在其他示例中，(一个或多个)混合动力推进发动机可以利用它们自己的(一个或多个)专用资源和/或可以在其他布置中组合在一起(例如，右翼发动机共享相同的资源并且左翼发动机共享相同的资源)。在其他示例中，混合动力推进发动机200、300中的一个可以用于为飞机上的多个推进器提供动力。例如，飞机可以包括在飞机的机翼上间隔开的多个推进器。混合动力推进发动机200可以经由变速器联接到推进器，使得混合动力推进发动机200可以用于使用燃气涡轮发动机202和/或电动马达212为所有推进器提供动力。
图4为示例混合动力推进发动机400的局部剖视图，该混合动力推进发动机400可以实施为图2和图3的混合动力推进发动机200并且用作飞机100上的推进发生器108、110中的一个。在所示的示例中，混合动力推进发动机400实施为涡轮风扇发动机。混合动力推进发动机400包括燃气涡轮发动机402、风扇404和电动马达406，其分别对应于图2的混合动力推进发动机200的燃气涡轮发动机202、推进器204和电动马达212。燃气涡轮发动机402和电动马达406以不同的模式操作以驱动风扇404以产生推力。
在所示示例中，混合动力推进发动机400包括发动机舱408。燃气涡轮发动机402和电动马达406设置在发动机舱408内(例如，被发动机舱408包围)。风扇404在发动机舱408的风扇罩410(例如，风扇框架)内旋转。风扇导管412(例如，旁路、通路、通道、喷嘴导管等)限定在燃气涡轮发动机402的外壁414(有时称为核心罩)和发动机舱408的内壁416之间。当风扇404旋转时，风扇404产生气流(如箭头所示)，气流的至少一部分流过风扇导管412(例如，风扇罩410的后部)并产生向前推力。
如图4所示，燃气涡轮发动机402包括第一驱动轴418。风扇404(直接或间接地)联接到第二驱动轴420并由第二驱动轴420驱动。第二驱动轴420为电动马达406的输出轴(例如，转子)。第一驱动轴418和第二驱动轴420经由超控离合器422联接。第一驱动轴418、第二驱动轴420和超控离合器422可以分别对应于图2的示例混合动力推进发动机200的第一驱动轴218、第二驱动轴220和超控离合器216并以基本上相同的方式操作。
燃气涡轮发动机402通过将空气汲取通过核心进气口424(在燃气涡轮发动机402的前端)并进入压缩机426来操作。具体地，当燃气涡轮发动机402运行时，来自风扇导管412的一部分气流被转向通过核心进气口424并进入燃气涡轮发动机402的压缩机426。压缩机426可以包括多个压缩机节段。例如，图4的压缩机426为双轴压缩机，其包括两个压缩机，即第一压缩机428和第二压缩机430。第一压缩机428和第二压缩机430中的每个包括各种压缩机级，当空气从核心进气口424流到燃烧室432时，这些压缩机级逐渐增加空气的压力。第一压缩机428为提供相对低压空气的低压压缩机(LPC)，第二压缩机430为提供相对高压空气的高压压缩机(HPC)。第一压缩机428联接到第一驱动轴418，并且第二压缩机430联接到第三驱动轴434(例如，燃气涡轮发动机402的第二驱动轴)。第一驱动轴418(例如，LPC轴)联接到第一涡轮机436(例如，低压涡轮机)并由第一涡轮机436驱动，并且第三驱动轴434(例如，HPC轴)联接到第二涡轮机438(例如，高压涡轮机)并由第二涡轮机438驱动。在该示例中，压缩机426为双轴压缩机，其包括两个压缩机428、430。然而，在其他示例中，压缩机426可以包括更多或更少的压缩机节段，每个压缩机节段经由相应的轴联接到涡轮机。
在离开第二压缩机430(HPC)之后，高加压空气被提供给燃烧室432，在该燃烧室中，燃料(例如，来自图2的燃料箱206)被喷射并与高加压空气混合并被点燃。离开燃烧室432的高能量气流使第一涡轮机436和第二涡轮机438的叶片转动，第一涡轮机436和第二涡轮机438的叶片联接到第一驱动轴418和第三驱动轴434中的相应驱动轴。第一驱动轴418延伸通过第三驱动轴434并独立于第三驱动轴434旋转。这样，第一驱动轴418和第三驱动轴434的旋转分别转动第一压缩机428和第二压缩机430的叶片。被加热的空气经由喷嘴440向后排出，在喷嘴440处，被加热的空气与由风扇导管412中的风扇404提供的加速气流混合，以产生向前推力，该向前推力在向前的方向上推进飞机100。
在该示例中，风扇404的旋转轴线与第一驱动轴418和第二驱动轴420同轴。换句话说，风扇404、第一驱动轴418和第二驱动轴420轴向对齐。在其他示例中，风扇404的旋转轴线平行于第一驱动轴418和第二驱动轴420并且从第一驱动轴418和第二驱动轴420偏移。
在第一操作模式下，燃气涡轮发动机402运行并且电动马达406关闭。燃气涡轮发动机402在第一驱动轴418中产生旋转，该旋转经由超控离合器422使第二驱动轴420旋转，并且因此使风扇404旋转。在第二操作模式下，电动马达406运行并且燃气涡轮发动机402关闭。电动马达406操作以使第二驱动轴420旋转，从而使风扇404旋转。超控离合器422使第二驱动轴420能够独立于第一驱动轴418旋转。在一些示例中，变速器设置在第二驱动轴420和风扇404之间，以改变第二驱动轴420和风扇404之间的转速。
简要地转到图6、图7A和图7B，图6示出了电动马达406、第一驱动轴418、第二驱动轴420和超控离合器422的放大视图。在所示的示例中，电动马达406包括联接到第二驱动轴420的电枢600和环绕电枢600的定子602。电枢600可以与第二驱动轴420一体地形成。电枢600可以包括线圈，并且定子602可以包括磁体(或电磁体)，或反之亦然。当电动马达406被激励时(例如，经由图2的控制器208)，电枢600旋转，从而使第二驱动轴420旋转。当电动马达406去激励时，电枢600不再起到风扇404的主要驱动器的作用。然而，电枢600(并且因此第二驱动轴420)仍然在定子602内自由旋转。在一些示例中，电动马达406作为发电机操作以对电池(例如，图2的电池214)充电和/或直接向飞机100的一个或多个电气系统提供电力。电动马达406可以实施为任何类型的电动马达(例如，感应马达，DC/AC永磁体马达等)，并且不限于图6中所示的示例电动马达406。相反，应该理解，可以类似地使用其他类型的电动马达，并且可以根据电动马达的类型不同地布置电枢、定子、换向器等。
在所示的示例中，超控离合器422实施为楔块式(sprag)离合器604。楔块式离合器604包括外座圈606、内座圈608和设置在外座圈606和内座圈608之间的多个可移动楔块610。在该示例中，第一驱动轴418(由燃气涡轮发动机402(图4)提供动力)联接到外座圈606并且第二驱动轴420(其联接到风扇404(图4))联接到内座圈608。图7A和图7B为示例超控离合器422的横截面视图。楔块610(每个图中参考其中一个)绕其中心(延伸到页面中)可枢转。在图7A中，外座圈606沿顺时针方向旋转。这例如在燃气涡轮发动机402打开且电动马达406关闭的第一操作模式期间发生。外座圈606和楔块610之间的相互作用致使楔块610枢转到内座圈608中并与内座圈608接合。结果，外座圈606、楔块610和内座圈608全部沿顺时针方向一起旋转。因此，当第一驱动轴418使外座圈606旋转时，外座圈606使内座圈608旋转，并且因此使第二驱动轴420沿相同方向旋转。在图7B中，内座圈608独立于外座圈606沿顺时针方向旋转。例如，这在燃气涡轮发动机402关闭并且电动马达406改为驱动第二驱动轴420的第二操作模式期间发生。如图7B所示，内座圈608沿楔块610的内表面滑动。然而，这种相互作用不会引起楔块610摩擦地接合外座圈606。这样，内座圈608沿顺时针方向旋转而不引起外座圈606的旋转。如果外座圈606旋转至匹配内座圈608的转速，则楔块610旋转到内座圈608中，并且外座圈606最终过驱动内座圈608。这样，内座圈608至少与外座圈606一样快地旋转。相反，当外座圈606旋转时，内座圈608可以以更快的转速独立地旋转，这不会影响外座圈606。超控离合器422有利地使燃气涡轮发动机402和电动马达406能够独立地驱动推进器204，而无需在其他类型的离合器中找到的附加致动组件。因此，不需要动力来操作离合器。
虽然在该示例中，第一驱动轴418联接到外座圈606并且第二驱动轴420联接到内座圈608，但是在其他示例中，第一驱动轴418和第二驱动轴420可以联接到外座圈606和内座圈608中的另一者，并且旋转方向可以切换，这产生相同的效果。而且，虽然在该示例中超控离合器422被实施为楔块式离合器604，但在其他示例中，超控离合器422可以由另一种类型的超控离合器(诸如辊斜坡离合器、卷簧离合器或者楔形离合器)实施。
现在参考图5，图5示出另一混合动力推进发动机500的局部剖视图，该混合动力推进发动机500可以实施为图2和图3的混合动力推进发动机200并且用作飞机100上的推进发生器108、110中的一个。在该示例中，混合动力推进发动机500实施为涡轮螺旋桨发动机。混合动力推进发动机500包括燃气涡轮发动机502、螺旋桨504和电动马达506，其分别对应于图2的混合动力推进发动机200的燃气涡轮发动机202、推进器204和电动马达212。类似于图4的混合动力推进发动机400，燃气涡轮发动机502包括第一驱动轴508，螺旋桨504(直接或间接地)联接到第二驱动轴510并由第二驱动轴510驱动，电动马达506包括第二驱动轴510，并且第一驱动轴508和第二驱动轴510经由超控离合器512联接。类似于上面公开的示例，燃气涡轮发动机502和电动马达506以不同的模式操作以驱动螺旋桨504以产生推力。因此，为了避免冗余，不再结合图5提供模式操作的描述。相反，感兴趣的读者可以返回参考上面结合图2-图4的描述来获得操作的完整书面描述。
与图4的涡轮风扇发动机不同，图5的涡轮螺旋桨发动机不包括发动机舱或围绕螺旋桨504的罩。相反，螺旋桨504为露天推进器。与涡轮风扇发动机相比，涡轮螺旋桨发动机通常用于较低海拔高度和较短航班。图5的燃气涡轮发动机502基本上类似于图4的燃气涡轮发动机402，并且包括核心进气口514、经由第一驱动轴508联接到第一涡轮机518(LPT)的第一压缩机516(LPC)、经由第三驱动轴524联接到第二涡轮机522(HPT)的第二压缩机520(HPC)、燃烧室526和喷嘴528。在其他示例中，燃气涡轮发动机502可以不同地布置和/或具有更多或更少的压缩机/涡轮机节段。此外，图5的混合动力推进发动机500被布置为牵引器配置，其中螺旋桨504位于混合动力推进发动机500的前部。然而，在其他示例中，混合动力推进发动机500可以布置为推动器配置，其中螺旋桨504位于后部。
如图5所示，混合动力推进发动机500包括将第二驱动轴510联接到螺旋桨504的变速器530(例如，行星齿轮系统)。变速器530被布置成使得螺旋桨504的旋转轴线与第一驱动轴508和第二驱动轴510同轴。换句话说，螺旋桨504、第一驱动轴508和第二驱动轴510轴向对齐。在其他示例中，螺旋桨504的旋转轴线平行于第一驱动轴508和第二驱动轴510并且从第一驱动轴508和第二驱动轴510偏移。例如，一些涡轮螺旋桨发动机利用变速器，该变速器将螺旋桨从相关联的涡轮燃气发动机的纵向轴线偏移。在其他示例中，不包括变速器，并且第二驱动轴510直接联接到螺旋桨504。
图8A为将混合动力推进发动机的操作模式从第一操作模式改变为第二操作模式的示例方法800的流程图。方法800结合图2的混合动力推进发动机200来描述，该混合动力推进发动机200可以实施为涡轮风扇类型的混合动力推进发动机(诸如图4的混合动力推进发动机400)，或涡轮螺旋桨类型的混合动力推进发动机(诸如图5的混合动力推进发动机500)。方法800至少部分地由图2的控制器208执行，控制器208控制燃气涡轮发动机202和电动马达212的开/关操作和/或速度控制。
在框802处，混合动力推进发动机200以第一操作模式操作，在该第一操作模式下，燃气涡轮发动机202驱动推进器204。在第一操作模式下，电动马达212被去激励和/或以其他方式不向推进器204提供动力。燃气涡轮发动机202驱动第一驱动轴218，第一驱动轴218经由超控离合器216使第二驱动轴220旋转，并且因此驱动推进器204以产生向前推力。在一些示例中，在第一操作模式期间，电动马达212作为发电机操作以对电池214充电和/或直接向飞机100的一个或多个系统提供电力。
在框804处，控制器208接收请求从第一操作模式切换到第二操作模式的输入信号224。例如，输入信号224可以由驾驶舱225中的飞行员生成。在其他示例中，输入信号224可以由自动驾驶程序基于飞行条件来生成。例如，一旦达到一定海拔高度，自动驾驶程序就可以请求混合动力推进发动机200切换模式，使得电动马达212可以用于更有效地为飞机100提供动力。
在框806处，控制器208确定是否满足一个或多个模式改变参数。(一个或多个)模式改变参数可以包括电动马达212和燃气涡轮发动机202的操作条件、燃气涡轮发动机202的温度、飞机100的海拔高度、飞机100的速度、飞机100的飞行航段(例如，飞机100是否处于巡航或爬升中)、环境温度等中的一个或多个。(一个或多个)模式改变参数可以基于经由来自燃气涡轮发动机202和电动马达212的状态信号226、228接收到的信息。
如果不满足(一个或多个)模式改变参数(在框806处确定)，则控制器208在框808处生成警报信号230，并且示例方法800结束。警报信号230例如可以被发送回驾驶舱225，并显示给飞行员或其他飞机人员。在这种情况下，混合动力推进发动机200不改变操作模式。例如，如果控制器208确定由于飞机100仍在爬升而不应发生模式改变，则控制器生成警报(框808)并继续以第一操作模式操作混合动力推进发动机200。
如果满足(一个或多个)模式改变参数(在框806处确定)，则控制器208在框810处发送命令信号232(例如，第一命令信号)以启动和/或以其他方式激励电动马达212。例如，如果达到一定海拔高度，则控制器208可以确定满足(一个或多个)模式改变参数。控制器208可以从电池214向电动马达212供电。电动马达212开始驱动第二驱动轴220。
在框812处，控制器208验证电动马达212已经启动并且正在驱动推进器204，其可以基于来自电动马达212的状态信号228。如果电动马达212尚未启动或者以其他方式未正确操作，则控制器208生成警报信号230，该警报信号可以显示给飞行员，并且示例方法800结束。
如果控制器208确定电动马达212已经启动并且正在为推进器204供电，则控制器208在框814处将命令信号234(例如，第二命令信号)发送到燃气涡轮发动机202以关闭和/或以其他方式降低功率。命令信号234可以关闭点火和/或停止至燃气涡轮发动机402的燃料供应(例如，经由图2的阀210)。因此，控制器208确保在关闭燃气涡轮发动机202之前对电动马达212通电以确保不会发生动力中断。该过渡期可以在一段时间(诸如30秒)内发生。一旦电动马达212驱动推进器204并且燃气涡轮发动机202关闭和/或以其他方式不向推进器204提供动力，混合动力推进发动机200就在第二操作模式下操作并且模式改变完成(框816)。然后，示例方法800可以结束或前进到图8B，图8B为切换回第一操作模式的示例方法。
图8B为将混合动力推进发动机的操作模式从第二操作模式改变为第一操作模式的示例方法818的流程图。方法818结合图2的混合动力推进发动机200来描述，例如，该混合动力推进发动机200可以实施为涡轮风扇类型的混合动力推进发动机(诸如图4的混合动力推进发动机400)，或涡轮螺旋桨类型的混合动力推进发动机(诸如图5的混合动力推进发动机500)。方法818至少部分地由图2的控制器208执行，其控制相关的燃气涡轮发动机和电动马达的开/关操作和/或速度控制。
在框820处，混合动力推进发动机200以第二操作模式操作，在该第二操作模式下，电动马达212驱动推进器204。在第二操作模式下，燃气涡轮发动机202关闭和/或以其他方式不向推进器204提供动力(例如，以怠速操作)。电动马达212经由第二驱动轴220驱动推进器204。超控离合器216使得电动马达212能够独立于燃气涡轮发动机202驱动第二驱动轴220(并且因此驱动推进器204)。
在框822，控制器208接收请求从第二操作模式切换到第一操作模式的输入信号224。类似于上面的框804，输入信号224可以由驾驶舱225中的飞行员和/或自动驾驶程序生成。
在框824处，控制器208确定是否满足一个或多个模式改变参数。(一个或多个)模式改变参数可以包括电动马达212和燃气涡轮发动机202的操作条件、燃气涡轮发动机202的温度、飞机100的海拔高度、飞机100的速度、飞机100的飞行航段(例如，飞机100是否在巡航或爬升中)、环境温度等中的一个或多个。
如果不满足(一个或多个)模式改变参数(在框824处确定)，则控制器208在框826处生成警报信号230，并且示例方法818结束。警报信号230例如可以被发送回驾驶舱225，并显示给飞行员或其他飞机人员。在这种情况下，混合动力推进发动机200不改变操作模式。
如果满足(一个或多个)模式改变参数(在框824处确定)，则控制器208在框828处发送命令信号234(例如，第三命令信号)以启动和/或以其他方式使燃气涡轮发动机202供应动力(power-up)。一旦第一驱动轴218比第二驱动轴220旋转得更快，超控离合器216就接合，使得第一驱动轴218为第二驱动轴220提供动力，并且因此为推进器204提供动力。
在框830处，控制器208验证燃气涡轮发动机212已经启动并且正在驱动推进器204，其可以基于来自燃气涡轮发动机202的状态信号226。如果燃气涡轮发动机202尚未启动或者以其他方式未正确操作，则控制器208生成警报信号230，该警报信号可以显示给飞行员，并且示例方法818结束。
如果控制器208确定燃气涡轮发动机202已经启动并且正在为推进器204供电，则控制器208在框832处将命令信号232(例如，第四命令信号)发送到电动马达212以关闭和/或以其他方式降低功率。例如，控制器208可以切断来自电池214的电力。一旦燃气涡轮发动机202驱动推进器204并且电动马达212去激励和/或以其他方式不向推进器204提供动力，混合动力推进发动机200就在第一操作模式下操作并且模式改变完成(框834)。然后，示例方法818可以结束或前进到图8A，图8A为切换回第二操作模式的示例方法。
示例方法800、818可以重复任何次数以在使用燃气涡轮发动机202和电动马达212之间切换。混合动力推进发动机200可以在不同飞行航段或状况期间在第一操作模式和第二操作模式之间操作。例如，燃气涡轮发动机202可以用于在第一飞行航段(诸如起飞和/或着陆)期间以第一操作模式驱动推进器204，并且电动马达212可以用于在第二段飞行航段(诸如巡航)期间以第二操作模式驱动推进器204。这样，当通常需要更多功率时使用燃气涡轮发动机202，然后在需要较少功率时使用电动马达212以提高效率。燃气涡轮发动机202和电动马达212可以根据需要用于其他飞行航段。
图9示出了具有核心阻尼器900(本文称为阻尼器900)的混合动力推进发动机400的示例。阻尼器900用于在燃气涡轮发动机402未用于驱动风扇404时阻挡进入燃气涡轮发动机402的气流。例如，当混合动力推进发动机400在第二操作模式下操作时，在该第二操作模式下，燃气涡轮发动机402关闭(和/或以其他方式不驱动风扇404)并且电动马达406驱动风扇404，进入风扇导管412的气流可以流过核心进气口424并进入第一压缩机428，这可以使第一压缩机428(和/或燃气涡轮发动机402的其他节段)进行风车旋转。该效果通过浪费风扇导管412中的加速气流(否则加速气流可以用于产生向前推力)而降低混合动力推进发动机400的效率。
因此，在图9所示的示例中，混合动力推进发动机400包括阻尼器900。阻尼器900设置在核心进气口424内。核心进气口424为燃气涡轮发动机402的外壁414中的开口901与第一压缩机428之间的通路或通道。阻尼器900在打开状态和关闭状态之间操作。如果燃气涡轮发动机402包括入口引导叶片，则阻尼器900优选地设置在入口引导叶片(其不关闭)的上游。在打开状态下，阻尼器900允许气流通过核心进气口424并进入第一压缩机428。因此，当燃气涡轮发动机402在运行时，阻尼器900处于打开状态，这允许气流进入燃气涡轮发动机402。在关闭状态下，阻尼器900阻挡气流通过核心进气口424并进入燃气涡轮发动机402中。这样，阻尼器900隔离燃气涡轮发动机402并防止第一压缩机428(和/或燃气涡轮发动机402的(一个或多个)其他压缩机/涡轮机节段)进行风车旋转。混合动力推进发动机400包括用于控制核心阻尼器900的控制器902(例如，处理器)。如果阻尼器900结合混合动力推进发动机400(对应于图2的混合动力推进发动机200)实施，则控制器902可以由控制器208(图2)实施，控制器208还控制燃气涡轮发动机402和电动马达406的开/关操作和/或速度。换句话说，可以使用相同的控制器来控制混合动力推进发动机的模式改变操作以及阻尼器900的操作。然而，在其他示例中，控制器可以为彼此分开的并且彼此通信。
简要地转到图11A和11B，图11A和11B为沿图9中的线A-A截取的燃气涡轮发动机402的透视图，其示出了核心进气口424中的阻尼器900。图11A示出了处于打开状态的阻尼器900，并且图11B示出了处于关闭状态的阻尼器900。核心进气口424由外径向壁1100和与外径向壁1100同心的内径向壁1102限定，核心进气口424形成将气流引导至第一压缩机428的通路(图9)。在所示的示例中，阻尼器900包括设置在核心进气口424中的多个可旋转叶片1104(图11A和11B中仅引用其中一个)。具体地，叶片1104围绕核心进气口424径向间隔开(例如，彼此径向基本上等距)并且在外径向壁1100和内径向壁1102之间延伸。在该示例中，叶片1104绕从核心进气口424的中心轴线1108径向延伸的轴线1106(图11A和11B中仅引用其中一个)可旋转。叶片1104在打开位置(对应于打开状态)和关闭位置(对应于关闭状态)之间可旋转。在图11A中，叶片1104处于打开位置。在打开位置，叶片1104处于基本上平行于气流的取向，或者以其他方式减小由叶片1104引起的通过核心进气口424的抗力/阻力的量。这样，空气可以在叶片1104之间流动并通过核心进气口424流到第一压缩机428(图9)。在图11B中，叶片1104已经旋转(例如，约90°)到关闭位置。在关闭位置，叶片1104的表面基本上垂直于进入的气流。在示例性实施例中，叶片1104交叠或接触，使得叶片1104基本上阻挡通过核心进气口424(在开口901(图9)和第一压缩机428之间)的气流。可以使用任何数量的叶片1104(例如，40个叶片)。
在图11A和11B所示的示例中，每个叶片1104具有延伸穿过外径向壁1100的轴颈1110(图11A和11B中引用其中一个)。阻尼器900进一步包括联接在叶片1104的相应叶片(例如，在轴颈1110处)和致动环1114之间的多个臂1112。致动环1114围绕外径向壁1100的外侧设置。臂1112可枢转地联接到致动环1114。当致动环1114旋转(例如，围绕外径向壁1100自转)时，臂1112使相应的叶片1104旋转，并且因此所有叶片1104同时旋转。如图11A和11B所示，阻尼器900包括联接到致动环1114的致动器1116。致动器1116在被激活时使致动环1114沿一个方向或相反方向旋转，以使叶片1104在打开位置(图11A)和关闭位置(图11B)之间旋转。因此，叶片1104可通过致动器1116同时在打开位置和关闭位置之间移动。在一些示例中，致动器1116为液压致动器。例如，液压致动器可以使用飞机燃料作为工作流体。在其他示例中，致动器1116可以实施为另一种类型的致动器，诸如电致动器。致动器1116由控制器902(图9)控制。
虽然在所示示例中，一个致动器用于同时移动所有叶片1104，但在其他示例中，多个致动器可以用于单独地或以子集方式移动叶片1104。而且，在其他示例中，叶片可以在其顶部或底部可铰接地联接到外径向壁1100或内径向壁1102。在这样的示例中，叶片通过致动器枢转到外径向壁1100和内径向壁1102之间的通路中，以阻挡核心进气口424。
返回参考图9，在示例操作中，控制器902接收请求关闭阻尼器900的输入信号904。例如，输入信号904可以来自驾驶舱225中的飞行员。例如，在混合动力推进发动机400从第一操作模式改变到第二操作模式之后，飞行员可以输入关闭阻尼器900的命令或请求(这提高了电动马达406的效率)。在其他示例中，一旦混合动力推进发动机400已经成功地从第一操作模式改变到第二操作模式，控制器902就可以自动地尝试关闭阻尼器900。
在关闭阻尼器900之前，控制器902检查一个或多个状态改变参数以验证是否可以发生状态改变。控制器902可以将(一个或多个)状态改变参数与一个或多个阈值进行比较。例如，一个状态改变参数可以基于燃气涡轮发动机402的每分钟转数(RPM)(例如，第一驱动轴418的RPM)。如果RPM高于阈值RPM，则控制器902禁止关闭阻尼器900。在一些情况下，这防止了如果阻尼器900过早关闭则可能发生的喘振。另一个状态改变参数可以包括燃气涡轮发动机402的温度。例如，如果发动机温度高于阈值温度，则控制器902可以禁止关闭阻尼器900。另一个状态改变参数可以为时间限制。换句话说，控制器902确保燃气涡轮发动机402关闭达一段时间之后关闭阻尼器900。这允许在关闭阻尼器900之前燃气涡轮发动机402的内部组件(例如，(一个或多个)压缩机、(一个或多个)涡轮等)有足够的时间减速和冷却。在其他示例中，(一个或多个)状态改变参数可以包括一个或多个其他参数(例如，燃料供应是否关闭，电动马达406是否供应足够的电力等)。
如果不满足(一个或多个)状态改变参数(例如，(一个或多个)参数不满足(一个或多个)阈值)，则控制器902生成警报信号906，该警报信号可被发送到驾驶舱225以显示给飞行员或其他飞机人员。在这样的示例中，不发生状态改变并且阻尼器900保持在打开状态(并且因此，核心进气口424保持打开)。如果满足(一个或多个)状态改变参数(例如，(一个或多个)参数确实满足(一个或多个)阈值)，则控制器902向致动器1116发送命令信号908(例如，关闭命令)以关闭叶片1104。
相反，在从第二操作模式切换到第一操作模式之前，需要打开阻尼器900。在向致动器1116发送命令以打开阻尼器900之前，控制器902验证是否满足一个或多个状态改变参数。在一些示例中，在启动燃气涡轮发动机402之前，打开阻尼器900以使核心(例如，(一个或多个)压缩机、(一个或多个)涡轮机等)能够开始风车旋转。然后，燃料被提供给燃气涡轮发动机402并且发生点火。因此，在一些示例中，风车旋转可以用于发动机启动操作以开始核心的旋转。这种风车旋转技术可以作为启动器的附加或替代来使用。
在一些示例中，阻尼器900可以移动到处于关闭状态和打开状态之间的部分打开状态。例如，在一些情况下，燃气涡轮发动机402在第二操作模式下可能不会完全关闭。相反，燃气涡轮发动机402可以以低速(例如怠速)操作(例如，周期性地)。在这样的示例中，阻尼器900可以部分地打开。例如，叶片1104可以旋转到打开位置(图11A)和关闭位置(图11B)之间部分打开位置(例如，约45°)。在部分打开位置，阻尼器900防止一些气流进入核心进气口424，但也允许足够的气流进入核心进气口424以用于在燃气涡轮发动机402中燃烧。操作燃气涡轮发动机402(即使在怠速时)可以通过使油循环通过燃气涡轮发动机402来帮助减少混合动力推进发动机400(包括阻尼器900)上的积冰。在燃气涡轮发动机402运行的情况下，燃气涡轮发动机402中的油继续循环，这使油保持温暖，并且因此有助于保持燃气涡轮发动机402和/或阻尼器900的组件温暖。燃气涡轮发动机402可以根据需要打开和关闭以防止积冰。例如，燃气涡轮发动机402可以以设定的时间间隔(例如，每20分钟)打开，或者可以基于一个或多个触发器(例如，基于油的温度，基于确定冰在积聚、基于对额外功率的需求，等等)来打开。而且，通过允许燃气涡轮发动机402操作(即使在低速下)，燃气涡轮发动机402可以继续用于为飞机的一个或多个系统供电，诸如用于向机舱提供空气(例如，经由环境控制系统(ECS))、用于产生电力(例如，用于对电池214(图2)充电)、用于产生液压等。此外，在燃气涡轮发动机402操作的情况下，如果需要更高的功率，燃气涡轮发动机402准备好更快的供应动力。在示例飞行中，燃气涡轮发动机402可以在巡航的开始部分期间操作，直到电池214(图2)完全充电。然后，可以关闭燃气涡轮发动机402。然后，在接近巡航结束时，如果需要更多功率，燃气涡轮发动机402启动以使燃气涡轮发动机402预热并准备全功率。
在其他示例中，代替启动发动机，阻尼器900保持在关闭状态，并且启动器或辅助马达可以用于旋转燃气涡轮发动机402的(一个或多个)线轴(例如，第一驱动轴418)，这有助于使油循环以保持发动机温暖。附加地或可替代地，可以提供单独的加热器(例如，电加热器)以加热油和/或阻尼器。虽然结合混合动力推进发动机400示出和描述了阻尼器900，但是应当理解，阻尼器900可以与其他类型的飞机发动机一起使用。
现在参考图10，图10示出了与混合动力推进发动机500(涡轮螺旋桨发动机)一起使用的核心阻尼器900的示例。核心阻尼器900设置在燃气涡轮发动机502的核心进气口514内，并且基本上与上面所公开的相同地操作，以允许或阻挡通过核心进气口514进入第一压缩机516的气流。因此，为了避免冗余，不再结合图10提供操作的描述。相反，感兴趣的读者可以参考上面结合图9的描述来获得操作的完整书面描述。
图12A为将核心阻尼器的状态从打开状态改变为关闭状态的示例方法1200的流程图。方法1200结合图9的混合动力推进发动机400来描述，混合动力推进发动机400为涡轮风扇类型的混合动力推进发动机。然而，应当理解，方法1200可以类似地使用具有核心阻尼器的其他类型的混合动力推进发动机(诸如图10的混合动力推进发动机500)来实施。方法1200可以至少部分地由控制器208(图2)和/或控制器902(图9)执行。
在框1202处，控制器902接收请求将阻尼器900的状态从打开状态(图11A)改变为关闭状态(图11B)的输入信号904(例如，第一输入信号)。输入信号904可以由驾驶舱225中的飞行员生成(例如，通过操作按钮或开关)。在其他示例中，输入信号904由自动驾驶程序生成。在一些示例中，在图8A的框816之后，控制器902从飞行员或自动驾驶程序接收关闭阻尼器900的请求。换句话说，在发生从第一操作模式到第二操作模式的模式改变之后，可以生成关闭阻尼器900的请求。
在框1204处，控制器902确定是否满足一个或多个状态改变参数。(一个或多个)状态改变参数可以包括燃气涡轮发动机402的温度、燃气涡轮发动机402的RPM、核心的温度、指定的时间限制等中的一个或多个。(一个或多个)状态改变参数例如可以基于从状态信号226、228接收到的信息(图2)。
如果不满足(一个或多个)状态改变参数(在框1204处确定)，则控制器208在框1206处生成警报信号906，并且示例方法1200结束。警报信号906例如可以被发送回驾驶舱225，并显示给飞行员或其他飞机人员。在这种情况下，阻尼器900不改变状态。相反，阻尼器900保持打开。例如，如果控制器902确定燃气涡轮发动机402的RPM高于RPM阈值，则控制器902生成警报并且阻尼器900保持打开。控制器902可以在一段时间(例如，一分钟)之后重新检查(一个或多个)状态改变参数。
如果满足(一个或多个)状态改变参数，则控制器902在框1208将命令信号908(例如，第一命令信号)发送到阻尼器900以从打开状态改变为关闭状态。例如，控制器902激活致动器1116以将叶片1104从打开位置旋转到关闭位置。一旦阻尼器900关闭，来自风扇导管412的气流被阻挡流过核心进气口424并进入核心，这防止了风车旋转并减少或消除了浪费的气流。换句话说，更多的气流保留在风扇导管412中以用于产生向前推力并且不会通过使燃气涡轮发动机402的组件进行风车旋转而浪费。当混合动力推进发动机400在第二操作模式下操作时发生从打开状态至另一关闭状态的改变，在该第二操作模式下，燃气涡轮发动机402关闭和/或以其他方式不驱动风扇404产生推力。在框1208之后，示例方法1200结束。
图12B为将核心阻尼器从打开状态操作到关闭状态的示例方法1212的流程图。方法1200结合图9的混合动力推进发动机400来描述，混合动力推进发动机400为涡轮风扇类型的混合动力推进发动机。然而，应当理解，方法1200可以类似地使用具有核心阻尼器的其他类型的混合动力推进发动机(诸如图10的混合动力推进发动机500)来实施。方法1212可以至少部分地由控制器208(图2)和/或控制器902(图9)执行。
在框1214处，控制器902接收请求将阻尼器900的状态从关闭状态(图11B)改变为关闭状态(图11A)的输入信号904(例如，第二输入信号)。输入信号904可以由驾驶舱225中的飞行员(例如，通过操作按钮或开关)和/或通过自动驾驶程序生成。在一些示例中，在图8B的框822之后，控制器902接收关闭阻尼器900的请求。换句话说，在控制器208接收到从第二操作模式切换回第一操作模式的请求之后，控制器902接收打开阻尼器900的请求(在启动燃气涡轮发动机402之前)。
在框1216处，控制器902确定是否满足一个或多个状态改变参数。例如，(一个或多个)状态改变参数可以基于从状态信号226、228(图2)接收到的信息。
如果不满足(一个或多个)状态改变参数(在框1216处确定)，则控制器208在框1218处生成警报信号906，并且示例方法1212结束。警报信号906例如可以被发送回驾驶舱225，并显示给飞行员或其他飞机人员。在这种情况下，阻尼器900不改变状态。相反，阻尼器900保持关闭。
如果满足(一个或多个)状态改变参数，则控制器902在框1220处将命令信号908发送到阻尼器900以从关闭状态改变为打开状态。例如，控制器902激活致动器1116以将叶片1104从关闭位置旋转到打开位置。一旦阻尼器900打开，来自风扇导管412的空气就流过核心进气口424并进入核心。当混合动力推进发动机400在第二操作模式下操作时发生从关闭状态到打开状态的改变，在该第二操作模式下，燃气涡轮发动机402关闭和/或以其他方式不驱动风扇404产生推力。
在框1208之后，示例方法1200结束或继续到图8B的框824，在框824处，控制器208在启动燃气涡轮发动机之前继续验证是否满足(一个或多个)模式改变参数。在一些示例中，(一个或多个)模式改变参数中的一个为阻尼器900的状态。例如，如果阻尼器900未打开，则控制器208可以防止燃气涡轮发动机启动。否则，如果阻尼器900打开，则控制器208可以发送命令信号(例如，第三命令信号)以启动燃气涡轮发动机402。
在一些示例中，如上所述，阻尼器900可以移动到部分打开状态，并且燃气涡轮发动机402可以以低功率或速度操作，同时电动马达406仍在驱动风扇404。通过操作燃气涡轮发动机402(即使在低速下)，燃气涡轮发动机402可以用于产生热量(例如，减少积冰)、为机舱产生空气、用于产生电力、用于准备使燃气涡轮发动机供应动力等。例如，当在巡航期间以第二操作模式操作时，控制器902可以向阻尼器900发送命令信号以移动到部分打开状态。然后，控制器902可以发送命令信号以启动燃气涡轮发动机402，然后燃气涡轮发动机402可以用于帮助产生热量和/或向一个或多个飞机系统提供动力。可替代地，阻尼器900可以保持关闭，并且控制器902可控制燃气涡轮发动机402的启动器以周期性地驱动燃气涡轮发动机402的线轴(例如，第一驱动轴418和/或第三驱动轴434)以保持油移动并保持温暖。在其他示例中，控制器902可以操作电加热器以使油和/或阻尼器保持温暖。例如，电加热器可以设置在阻尼器900上或其附近。
从上述内容可以理解，已经公开了示例混合动力推进发动机，其能够使用燃气涡轮发动机和电动马达中的一个或两个来产生更有效的飞行。具体地，在特定飞行航段期间使用电动马达可以显著提高飞行的整体效率。此外，通过在特定飞行航段(诸如巡航)期间使用电动马达，可以实现更小、更轻的燃气涡轮发动机，这减小了飞机的重量，并且因此提高了飞机的整体效率。
还公开了示例核心阻尼器，其在使用电动马达时隔离燃气涡轮发动机。因此，由推进器加速的更多空气用于产生向前推力，从而提高发动机的效率。
此外，本公开包括根据以下条款的实施例：
条款1.一种用于飞机的混合动力推进发动机，该混合动力推进发动机包括：
推进器；
燃气涡轮发动机，其用于在第一操作模式期间驱动推进器，燃气涡轮发动机具有核心进气口；
电动马达，其用于在第二操作模式期间驱动推进器；以及
阻尼器，其设置在燃气涡轮发动机的核心进气口中，以在第二操作模式期间阻挡气流通过核心进气口。
条款2.根据条款1所述的混合动力推进发动机，其中阻尼器可在允许气流通过核心进气口的打开状态和阻挡气流通过核心进气口的关闭状态之间操作。
条款3.根据条款1所述的混合动力推进发动机，其中核心进气口由外径向壁和内径向壁限定，并且其中阻尼器包括在外径向壁和内径向壁之间的多个叶片。
条款4.根据条款3所述的混合动力推进发动机，其中阻尼器包括用于使叶片旋转的致动器。
条款5.根据条款4所述的混合动力推进发动机，其中阻尼器包括围绕外径向壁设置的致动环和联接在叶片的相应叶片和致动环之间的多个臂，致动器使致动环旋转以同时使叶片旋转。
条款6.根据条款1所述的混合动力推进发动机，其中推进器为风扇，并且其中燃气涡轮发动机和风扇形成涡轮风扇发动机。
条款7.根据条款1所述的混合动力推进发动机，其中推进器为螺旋桨，并且其中燃气涡轮发动机和螺旋桨形成涡轮螺旋桨发动机。
条款8.根据条款1所述的混合动力推进发动机，进一步包括设置在燃气涡轮发动机和电动马达之间的超控离合器。
条款9.一种方法，包括：
在控制器处接收请求将阻尼器的状态从打开状态改变为关闭状态的输入信号，该阻尼器设置在燃气涡轮发动机的核心进气口中；
经由控制器确定是否满足一个或多个状态改变参数；以及
基于满足一个或多个状态改变参数的确定，经由控制器发送命令信号以将阻尼器从打开状态移动到关闭状态。
条款10.根据条款9所述的方法，其中燃气涡轮发动机为混合动力推进发动机的一部分，该混合动力推进发动机包括电动马达和推进器，该混合动力推进发动机在第一操作模式期间使用燃气涡轮机来驱动推进器，并且在第二操作模式期间使用电动马达来驱动推进器，并且其中控制器在混合动力推进发动机在第二操作模式下操作时发送命令信号。
条款11.根据条款10所述的方法，其中输入信号为第一输入信号，并且命令信号为第一命令信号，该方法进一步包括：
在控制器处接收请求将阻尼器的状态从关闭状态改变为打开状态的第二输入信号；以及
当混合动力推进发动机在第二操作模式下操作时，经由控制器发送第二命令信号以将阻尼器从关闭状态移动到打开状态。
条款12.根据条款11所述的方法，进一步包括：在阻尼器移动到打开状态之后，经由控制器发送第三命令信号以启动燃气涡轮发动机以将混合动力推进发动机从第二操作模式切换到第一操作模式。
条款13.根据条款10所述的方法，其中命令信号为第一命令信号，该方法进一步包括：
经由控制器发送第二命令信号，以将阻尼器移动到关闭状态和打开状态之间的部分打开状态；以及
当混合动力推进发动机在第二操作模式下操作时，经由控制器发送第三命令信号以启动燃气涡轮发动机以进行下列中的至少一个：产生热量或向一个或多个飞机系统提供动力。
条款14.根据条款9所述的方法，其中阻尼器包括设置在核心进气口中的多个叶片，并且其中命令信号用于激活致动器以使叶片从打开位置旋转到关闭位置，在打开位置中，叶片允许气流通过核心进气口，并且在关闭位置中，叶片阻挡气流通过核心进气口。
条款15.根据条款9所述的方法，其中一个或多个状态改变参数包括燃气涡轮发动机的温度或燃气涡轮发动机的每分钟转数(RPM)中的至少一个。
条款16.一种飞机，包括：
混合动力推进发动机，包括：
推进器；
燃气涡轮发动机，其可操作地联接到推进器，燃气涡轮发动机具有压缩机和用于将空气引入压缩机的核心进气口；以及
设置在核心进气口中的阻尼器，阻尼器可操作在打开状态和关闭状态之间，打开状态允许气流进入压缩机，并且关闭状态阻挡气流进入压缩机。
条款17.根据条款16所述的飞机，其中核心进气口由外径向壁和内径向壁限定，并且其中阻尼器包括在外径向壁和内径向壁之间的多个叶片。
条款18.根据条款17所述的飞机，其中叶片在打开位置和关闭位置之间可旋转，打开位置允许叶片之间的气流，并且关闭位置阻挡叶片之间的气流。
条款19.根据条款17所述的飞机，其中阻尼器包括用于使叶片同时旋转的致动器。
条款20.根据条款16所述的飞机，进一步包括电动马达，该电动马达可操作地联接到推进器，燃气涡轮发动机在第一操作模式期间驱动推进器，并且电动马达在第二操作模式期间驱动推进器，并且其中阻尼器在第二操作模式期间阻挡气流进入压缩机。
尽管本文已经公开了某些示例方法、装置、系统和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利涵盖了完全落入本专利权利要求范围内的所有方法、装置、系统和制品。

Claims (14)

1.一种用于飞机(100)的混合动力推进发动机(400、500)，所述混合动力推进发动机(400、500)包括：
推进器(404、504)；
燃气涡轮发动机(402、502)，其用于在第一操作模式期间驱动所述推进器(404、504)，所述燃气涡轮发动机(402、502)具有核心进气口(424、514)；
电动马达(406、506)，其用于在第二操作模式期间驱动所述推进器(404、504)；
超控离合器(422)，其设置在所述燃气涡轮发动机(402、502)和所述电动马达(406、506)之间；以及
阻尼器(900、1000)，其设置在所述燃气涡轮发动机(402、502)的所述核心进气口(424、514)中，以在所述第二操作模式期间阻挡气流通过所述核心进气口(424、514)。
2.根据权利要求1所述的混合动力推进发动机(400、500)，其中所述阻尼器(900、1000)可操作在打开状态和关闭状态之间，所述打开状态允许气流通过所述核心进气口(424、514)，所述关闭状态阻挡气流通过所述核心进气口(424、514)。
3.根据权利要求1所述的混合动力推进发动机(400、500)，其中所述核心进气口(424、514)由外径向壁(1100)和内径向壁(1102)限定，并且其中所述阻尼器(900)包括在所述外径向壁(1100)和所述内径向壁(1102)之间的多个叶片(1104)。
4.根据权利要求3所述的混合动力推进发动机(400、500)，其中所述阻尼器(900)包括用于使所述叶片(1104)旋转的致动器(1116)。
5.根据权利要求4所述的混合动力推进发动机(400、500)，其中所述阻尼器(900)包括围绕所述外径向壁(1100)设置的致动环(1114)和联接在所述叶片(1104)中的相应叶片和所述致动环(1114)之间的多个臂(1112)，所述致动器(1116)使所述致动环(1114)旋转以同时使所述叶片(1104)旋转。
6.根据权利要求1所述的混合动力推进发动机(400、500)，其中所述推进器(404)为风扇(404)，并且其中所述燃气涡轮发动机(402)和所述风扇(404)形成涡轮风扇发动机。
7.根据权利要求1所述的混合动力推进发动机(400、500)，其中所述推进器(504)为螺旋桨(504)，并且其中所述燃气涡轮发动机(502)和所述螺旋桨(504)形成涡轮螺旋桨发动机。
8.一种方法，包括：
在控制器(902)处接收请求将阻尼器(900、1000)的状态从打开状态改变为关闭状态的输入信号(904)，所述阻尼器(900、1000)设置在燃气涡轮发动机(402、502)的核心进气口(424、514)中，所述燃气涡轮发动机(402、502)为混合动力推进发动机(400、500)的一部分，所述混合动力推进发动机(400、500)包括电动马达(406、506)、推进器(404、504)和设置在所述燃气涡轮发动机(402、502)和所述电动马达(406、506)之间的超控离合器(422)，在第一操作模式期间所述燃气涡轮发动机(402、502)驱动所述推进器(404、504)，并在第二操作模式期间所述电动马达(406、506)驱动所述推进器(404、504)；
经由所述控制器(902)确定是否满足一个或多个状态改变参数；以及
基于满足所述一个或多个状态改变参数的确定，经由所述控制器(902)发送命令信号(908)以将所述阻尼器(900、1000)从所述打开状态移动到所述关闭状态，其中在所述第二操作模式期间，在所述关闭状态下，所述阻尼器(900、1000)阻挡气流通过所述核心进气口(424、514)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述控制器(902)用于在所述混合动力推进发动机(400、500)在所述第二操作模式下操作时发送所述命令信号(908)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述输入信号(904)为第一输入信号，并且所述命令信号(908)为第一命令信号，所述方法进一步包括：
在所述控制器(902)处接收请求将所述阻尼器(900、1000)的所述状态从所述关闭状态改变为所述打开状态的第二输入信号；以及
当所述混合动力推进发动机(400、500)在所述第二操作模式下操作时，经由所述控制器(902)发送第二命令信号以将所述阻尼器(900、1000)从所述关闭状态移动到打开状态。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：在所述阻尼器(900、1000)移动到所述打开状态之后，经由所述控制器(902)发送第三命令信号以启动所述燃气涡轮发动机(402、502)以将所述混合动力推进发动机(400、500)从所述第二操作模式切换到所述第一操作模式。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述命令信号(908)为第一命令信号，所述方法进一步包括：
经由所述控制器(902)发送第二命令信号，以将所述阻尼器(900)移动到所述关闭状态和所述打开状态之间的部分打开状态；以及
当所述混合动力推进发动机(400、500)在所述第二操作模式下操作时，经由所述控制器(902)发送第三命令信号以启动所述燃气涡轮发动机(402、502)以进行下列中的至少一个：产生热量或者向一个或多个飞机系统提供动力。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述阻尼器(900)包括设置在所述核心进气口(424、514)中的多个叶片(1104)，并且其中所述命令信号(908)用于激活致动器(1116)以将所述叶片(1104)从打开位置旋转到关闭位置，在所述打开位置中，所述叶片(1104)允许气流通过所述核心进气口(424、514)，并且在所述关闭位置中，所述叶片(1104)阻挡气流通过所述核心进气口(424、514)。
14.一种包括根据权利要求1-7中任一项所述的混合动力推进发动机(400、500)的飞机(100)。
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