CN114704382A - 一种航空发动机热管理方法及架构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种航空发动机热管理方法，所述方法包括：构建从发动机外涵道引气的引气通道，同时在滑油冷却流路和发动机燃油流路上分别设置外涵空气‑滑油换热器和外涵空气‑燃油散热器，所述引气通道连接外涵空气‑滑油换热器和外涵空气‑燃油散热器；在所述引气通道设置控制阀，通过控制阀控制发动机外涵道的低温气流进入外涵空气‑滑油换热器和外涵空气‑燃油换热器，利用温度较低的外涵空气将较高温度的滑油和燃油的热量带走，降低进入发动机燃油系统的燃油温度和进入下一级燃滑油散热器的滑油的温度，从而满足航空发动机燃滑油热管理的需求。本申请的方法实现了滑油和燃油附件冷却的需求，能够提升燃滑油附件的工作寿命。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种航空发动机热管理方法及架构。
背景技术
航空发动机热管理是先进航空动力的关键技术，它以低温空气和燃油低温等为主要热沉，通过能量和热量在传输、交换和利用等过程设计和换热器部件设计，满足飞机对发动机及发动机各部件/子系统的热管理需求。燃滑油综合热管理是发动机热管理的重要内容，它的目标是在一定的入口燃油温度限制下，实现发动机滑油的冷却。
发动机的滑油冷却是滑油在润滑轴承的过程中将轴承滚子摩擦生热以及周围环境传递给轴承腔的热量带走，这就使得滑油温度升高，滑油若要循环利用，就必须使高温滑油通过冷源冷却后方可重新返回润滑和冷却轴承，以保证发动机的运转安全。
如图1所示，常规的燃滑油系统中，飞机来油或发动机入口燃油一方面通过增压泵11、主燃油泵121、主燃油机械液压装置122后流向主燃滑油散热器123，滑油系统13内的发动机滑油依靠主燃滑油散热器123内的燃油进行冷却，经换热后的高温燃油流向主燃烧室124，降温后的滑油流向加力燃滑油散热器153，另一方面，飞机来油或发动机入口燃油通过增压泵11、加力燃烧泵151、加力燃油计量装置流向加力燃滑油散热器153，燃油与较低的滑油换热后流向加力燃烧室154。此外，飞机来油或发动机入口燃油还可通过增压泵11、伺服泵141而流向控制装置及作动筒142实现机构运动。
由于现有技术中从飞机油箱输运给发动机燃烧室的燃油温度不断提升(即飞机来油或发动机入口燃油温度提升)，同时滑油的散热需求功率在大幅提高，这就使得滑油的冷却无法得到完全满足，影响轴承润滑，并且可能发生燃油结焦。此外，较高的发动机入口燃油温度，使得燃油系统中的增压泵等附件处于高温工作环境，运行效率下降，并伴有运行失效的风险。
发明内容
本申请的目的是提供了一种航空发动机热管理方法及架构，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
一方面，本申请提供了一种航空发动机热管理方法，所述方法包括：
构建从发动机外涵道引气的引气通道，同时在滑油冷却流路和发动机燃油流路上分别设置外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油散热器，所述引气通道连接外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油散热器；
在所述引气通道设置控制阀，通过控制阀控制发动机外涵道的低温气流进入外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油换热器，利用温度较低的外涵空气将较高温度的滑油和燃油的热量带走，降低进入发动机燃油系统的燃油温度和进入下一级燃滑油散热器的滑油的温度，从而满足航空发动机燃滑油热管理的需求。
进一步的，所述外涵空气-燃油散热器设置在燃油流路中燃油附件的前端，从而将温度较高的发动机入口燃油进行降温，保证燃油附件可以可靠运行。
进一步的，所述外涵空气-滑油散热器设置在滑油流路中主燃滑油散热器的前端，将流向主燃滑油散热器的滑油进行初步降温，以降低主燃滑油散热器中燃油对滑油降温的热负荷。
另一方面，本申请提供了一种航空发动机热管理架构，所述架构包括：
从发动机外涵道引气的引气通道；
设置在滑油冷却流路和发动机燃油流路上的外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油散热器，所述外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油散热器连通所述引气通道；以及
设置在所述引气通道上的控制阀，通过所述控制阀控制发动机外涵道的低温气流进入外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油换热器，利用温度较低的外涵空气将较高温度的滑油和燃油的热量带走，降低进入发动机燃油系统的燃油温度和进入下一级燃滑油散热器的滑油的温度，从而满足航空发动机燃滑油热管理的需求。
进一步的，所述外涵空气-燃油散热器设置在燃油流路中燃油附件的前端，从而将温度较高的发动机入口燃油进行降温，保证燃油附件可以可靠运行。
进一步的，所述外涵空气-滑油散热器设置在滑油流路中主燃滑油散热器的前端，将流向主燃滑油散热器的滑油进行初步降温，以降低主燃滑油散热器中燃油对滑油降温的热负荷。
本申请的航空发动机热管理方法及架构通过引外涵冷气作为冷源，在发动机非加力状态、热管理恶劣的情况下对发动机燃油和滑油进行冷却，实现了滑油和燃油附件冷却的需求，能够提升燃滑油附件的工作寿命，同时不引入冲压空气等额外冷源，提高了飞行器的热量梯级利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为常规的燃滑油系统示意图。
图2本申请的燃滑油系统热管理架构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了解决在高入口燃油温度下满足滑油的散热问题，同时在较高入口燃油温度限制下获得较低的燃油温度，保证燃油附件的工作环境，本申请中提出了一种航空发动机热管理方法及架构。
如图2所示，本提供的航空发动机热管理方法为：在滑油冷却流路和发动机燃油流路上分别设置外涵空气-滑油换热器25和外涵空气-燃油散热器24，从发动机外涵道23内引出较冷的外涵空气，通过控制阀26，控制发动机外涵道26的低温气流进入外涵空气-滑油换热器25和外涵空气-燃油换热器24，利用温度较低的外涵空气将较高温度的滑油和燃油的热量带走，降低进入发动机燃油系统的燃油温度和进入下一级燃滑油散热器的滑油的温度，从而满足航空发动机燃滑油热管理的需求。
其中，外涵空气-燃油散热器设置在燃油流路中燃油附件的前端，从而可以将较高的发动机入口燃油温度进行降温，保证燃油附件可以可靠运行。
外涵空气-滑油散热器设置在滑油流路中主燃滑油散热器的前端，将流向主燃滑油散热器的滑油进行初步降温，以降低主燃滑油散热器中燃油对滑油降温的热负荷。
类似的，本申请还提供了一种航空发动机热管理架构，该架构包括：引气通道、控制阀26及外涵空气-燃油散热器24、外涵空气-滑油散热器25，引气通道连接发动机外涵道23与滑油冷却流路和发动机燃油流路，外涵空气-燃油散热器24和外涵空气-滑油换热器25分别设置在发动机燃油流路和滑油冷却流路的引气通道上，控制阀26设置在两散热器的前端，控制低压压气机21后的一部分流入高压压气机，另一部分流入发动机外涵道23，通过控制阀26控制发动机外涵道23的低温气流进入外涵空气-滑油换热器25和外涵空气-燃油换热器24，利用温度较低的外涵空气将较高温度的滑油和燃油的热量带走，降低进入发动机燃油系统的燃油温度和进入下一级燃滑油散热器的滑油的温度，从而满足航空发动机燃滑油热管理的需求。
在发动机加力状态下，控制阀26关闭；在发动机非加力情况下，开启控制阀，较高温度的入口燃油温度和滑油通过利用外涵道23的低温空气的热沉实现滑油的冷却和燃油温度的降低。
本申请的航空发动机热管理方法及架构通过引外涵冷气作为冷源，在发动机非加力状态、热管理恶劣的情况下对发动机燃油和滑油进行冷却，实现了滑油和燃油附件冷却的需求，能够提升燃滑油附件的工作寿命，同时不引入冲压空气等额外冷源，提高了飞行器的热量梯级利用效率。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种航空发动机热管理方法，其特征在于，所述方法包括：
构建从发动机外涵道引气的引气通道，同时在滑油冷却流路和发动机燃油流路上分别设置外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油散热器，所述引气通道连接外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油散热器；
在所述引气通道设置控制阀，通过控制阀控制发动机外涵道的低温气流进入外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油换热器，利用温度较低的外涵空气将较高温度的滑油和燃油的热量带走，降低进入发动机燃油系统的燃油温度和进入下一级燃滑油散热器的滑油的温度，从而满足航空发动机燃滑油热管理的需求。
2.如权利要求1所述的航空发动机热管理方法，其特征在于，所述外涵空气-燃油散热器设置在燃油流路中燃油附件的前端，从而将温度较高的发动机入口燃油进行降温，保证燃油附件可以可靠运行。
3.如权利要求1所述的航空发动机热管理方法，其特征在于，所述外涵空气-滑油散热器设置在滑油流路中主燃滑油散热器的前端，将流向主燃滑油散热器的滑油进行初步降温，以降低主燃滑油散热器中燃油对滑油降温的热负荷。
4.一种航空发动机热管理架构，其特征在于，所述架构包括：
从发动机外涵道引气的引气通道；
设置在滑油冷却流路和发动机燃油流路上的外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油散热器，所述外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油散热器连通所述引气通道；以及
设置在所述引气通道上的控制阀，通过所述控制阀控制发动机外涵道的低温气流进入外涵空气-滑油换热器和外涵空气-燃油换热器，利用温度较低的外涵空气将较高温度的滑油和燃油的热量带走，降低进入发动机燃油系统的燃油温度和进入下一级燃滑油散热器的滑油的温度，从而满足航空发动机燃滑油热管理的需求。
5.如权利要求4所述的航空发动机热管理架构，其特征在于，所述外涵空气-燃油散热器设置在燃油流路中燃油附件的前端，从而将温度较高的发动机入口燃油进行降温，保证燃油附件可以可靠运行。
6.如权利要求4所述的航空发动机热管理架构，其特征在于，所述外涵空气-滑油散热器设置在滑油流路中主燃滑油散热器的前端，将流向主燃滑油散热器的滑油进行初步降温，以降低主燃滑油散热器中燃油对滑油降温的热负荷。
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