CN114856828A - 燃料加热器和能量转换系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于能量转换的系统，该系统包括推进系统、燃料回路、与推进系统分离的燃烧装置和涡轮、以及负载装置。燃料流量控制装置将来自燃料箱的燃料流分成第一部分燃料和第二部分燃料。燃料回路被构造为将第一部分燃料提供给推进系统处的热添加系统。燃烧装置经由流体回路从推进系统的压缩机区段接收氧化剂流。燃料回路向燃烧装置提供第二部分燃料。流体回路使燃烧气体流到涡轮和推进系统。负载装置可操作地联接到涡轮以经由燃烧气体通过涡轮的膨胀来接收输出扭矩。

Description

燃料加热器和能量转换系统
技术领域
本主题大体涉及用于推进系统和运载器(vehicle)的能量转换系统和热管理系统。本主题涉及用于飞行器和推进系统的热管理和能量转换系统。
背景技术
推进系统(例如燃气涡轮发动机)面临着越来越高的热负载和能量转换的热管理的挑战。越来越高的热负载和能量需求是由于推进系统和运载器(例如飞行器)的电气化程度越来越高、电负载越来越大，以及需要提高燃料系统、油系统和冷却流体的热效率。
产生辅助动力以满足增加的动力需求的传统系统受到推进系统的功率输出的限制。低功率和部分功率条件可能不足以为热管理和能量转换系统产生热量。
因此，需要满足增加的运载器和推进系统发电要求而不受来自推进系统的功率输出的限制的能量转换系统。此外，还需要能够满足与增加的热负载相关联的挑战的能量转换和热管理系统。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践获知。
本公开的方面涉及一种用于能量转换的系统。用于能量转换的系统包括推进系统，推进系统包括以串行流动布置的压缩机区段、热添加系统和膨胀区段。燃料回路从燃料箱到燃料流量控制装置流体连通。燃料流量控制装置将来自燃料箱的燃料流分成第一部分燃料和第二部分燃料。燃料回路被构造为向热添加系统提供第一部分燃料。燃烧装置被构造为经由流体回路从压缩机区段接收氧化剂流。燃料回路流体连通以向燃烧装置提供第二部分燃料。燃烧装置被构造成从第二部分燃料和氧化剂流产生燃烧气体。流体回路与燃烧装置流体连通以使燃烧气体流到推进系统。涡轮构造成经由流体回路从燃烧装置接收燃烧气体。负载装置经由驱动轴可操作地联接到涡轮。负载装置被构造为经由燃烧气体通过涡轮的膨胀从驱动轴接收输出扭矩。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本公开的方面的包括推进系统和能量转换系统的运载器的示例性实施例；
图2是根据本公开的方面的包括推进系统的能量转换系统的示例性示意实施例；
图3是根据本公开的方面的能量转换系统的示例性示意实施例；和
图4-6是根据本公开的方面的能量转换和热管理系统的示例性示意实施例。
在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变化。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个部件与另一部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“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。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
本文提供了推进系统、运载器和能量转换系统的实施例，其可以例如通过利用来自推进系统或辅助动力单元的相对少量的引气或其他氧化剂产生来自与推进系统或辅助动力单元处的燃烧系统分开的燃烧系统的燃烧气体，来提高整体系统和运载器效率。燃烧气体然后通过动力涡轮膨胀以产生用于负载装置的输出扭矩。燃料-空气热交换器定位成与燃料流的至少一部分热连通。经由与推进系统燃烧系统分离的专用燃烧系统产生的燃烧气体允许热量的产生和释放，其基本上与来自推进系统的功率输出或发动机速度解耦。某些实施例包括从推进系统接收氧化剂流，并且在与推进系统分离的燃烧装置和涡轮处产生和膨胀燃烧气体。还有一些实施例包括燃烧气体与一个或多个热交换器的热连通。
本文提供的能量转换和热管理系统的实施例允许用于燃料加热和控制燃料温度的重量有利的系统和方法独立于来自推进系统的发动机速度。系统的实施例可以包括来自具有与推进系统分离的燃烧系统和涡轮以产生用于负载装置(例如电机、附件齿轮组件、泵、一般机械负载、或通常由推进系统机械地、电气地或气动地提供动力的其他系统)的燃料加热和发电的意外有益结果。
现在参考附图，在图1中，提供了包括根据本公开的方面的推进系统10和能量转换系统200的运载器100的示例性实施例。在实施例中，运载器100是包括飞行器结构或机架(airframe)105的飞行器。机架105包括机身110，机翼120和尾翼130附接到机身110。根据本公开的方面的推进系统10附接到机架的一个或多个部分。在某些实施例中，运载器100包括辅助动力单元(APU)15。APU 15可形成燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机包括例如本文进一步描述的压缩机区段、热添加系统、膨胀区段和排气区段。在各种实施例中，能量转换系统200是被构造成期望地分配热负载的系统，例如以从一种或多种流体或结构(例如但不限于推进系统处的氧化剂、用于电机、电子设备、计算系统、环境控制系统、齿轮组件或其他系统或结构的燃料、润滑剂、液压流体、气动流体或冷却流体)添加或去除热量。
在某些情况下，推进系统10附接到机身110的后部。在某些其他情况下，推进系统10附接到机翼120和/或尾翼130的一部分的下方、上方，或通过机翼120和/或尾翼130的一部分。在各种实施例中，推进系统10经由挂架或其他安装结构附接到机架105。在其他实施例中，推进系统10容纳在机架内，例如可以在某些超音速军用或商用飞行器中举例说明。
运载器100的各种实施例包括计算系统140，例如被构造为控制运载器100或推进系统10的航空电子设备或其他电子设备或计算装置。运载器100还可以包括环境控制系统(ECS)150，例如以向运载器的舱室、计算系统140、运载器表面防冰系统160、推进系统防冰系统，或运载器100或推进系统10的其他系统提供热调节空气。在诸如本文所述的各种实施例中，能量转换系统200可以被构造为向运载器或推进系统的一个或多个子系统提供能量，诸如上文描述和本文进一步描述的。能量转换系统的进一步实施例可以被构造为向本文描述的一个或多个系统提供热调节流体。
现在参考图2，提供了用于推进系统10或APU 15(图1)的发动机13的示例性示意实施例，该发动机13可操作地联接到能量转换系统200。推进系统10的特定实施例可被构造为涡轮机、冲压发动机或超燃冲压发动机。推进系统10的其他特定实施例可包括被构造为涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机、螺旋桨风扇发动机或开式转子发动机的涡轮机。在图2中，推进系统10被构造为包括风扇旁通流14、核心流动路径70和核心旁通或第三流71的三流发动机。推进系统10的某些实施例包括以串行流动布置的风扇区段12、压缩机区段20、燃烧区段或热添加系统26、膨胀区段30和排气区段36。在各种实施例中，热添加系统26可被构造为爆燃燃烧系统或爆震燃烧系统。热添加系统26可包括用于接收液体流和/或气体燃料流并产生热气体的任何合适类型的系统，包括但不限于环形、罐-环形、罐、陷涡、蜗壳或涡旋、旋转爆震、脉冲爆震、亚音速或超音速燃烧系统。风扇区段12包括一级或多级转子和叶片121。某些实施例还包括相对于推进系统10的中心线轴线静止的一级或多级轮叶。
压缩机区段20、热添加系统26和膨胀区段30定位成以串行空气动力学流动布置。压缩机区段20、热添加系统26和膨胀区段30可以一起限定推进系统10的核心发动机或气体发生器。例如本文所述，在某些实施例中，压缩机区段20包括高压压缩机24，该高压压缩机24与热添加系统26和膨胀区段30的高压涡轮32以直接串行流动布置。膨胀区段30的低压涡轮34可以可操作地联接到风扇区段12，以驱动一级或多级风扇区段12。在某些实施例中，推进系统10可包括空气动力学地定位在风扇区段12和高压压缩机24之间的低压压缩机或中压压缩机24。在更进一步的实施例中，中压涡轮可以空气动力学地定位在高压涡轮32和低压涡轮34之间。
核心流动路径70至少延伸通过高压压缩机24、热添加系统26和高压涡轮32。核心旁通或第三流流动路径71从中压或低压压缩机22的下游延伸，并且绕过高压压缩机24处的核心流动路径70。在某些实施例中，第三流流动路径71与轮叶122下游的风扇旁通流14流体连通。
第三流流动路径71是空气流，其被构造为回收流体能量以产生推进系统10的总推力的一部分。在一个实施例中，通过第三流流动路径71产生的总推力的一部分可以包括出口端处的专用排气喷嘴。在另一个实施例中，通过第三流流动路径71产生的总推力的一部分可以与风扇旁通流14混合。在又一个实施例中，通过第三流流动路径71产生的总推力的一部分可以与热添加系统26下游的核心流动路径70混合，并通过排气区段36离开。第三流流动路径71的各种实施例被构造为产生小于推进系统10的总推力的50％。
本领域技术人员应当理解，第三流流动路径71从热添加系统26上游和风扇区段12下游的核心流动路径70延伸，并且进一步构造成允许空气流离开推进系统10以产生推进系统10的总推力的一部分。通过第三流流动路径71的空气的操作温度通常可对应于从中压或低压压缩机22出来的空气温度范围。
现在参考图3-6，能量转换系统200包括形成流体回路210的管道、歧管或其他壁式导管，流体回路210提供从发动机13的压缩机区段20提取的氧化剂(或具体地空气)流201的流体连通。在特定实施例中，氧化剂流201从由压缩机组件220压缩的氧化剂的一部分引出或以其他方式引导。在特定实施例中，氧化剂流201从发动机13(图2)的一级或多级高压压缩机24提取。然而，应当理解，系统200的某些实施例可以接收来自中压压缩机或低压压缩机22(图2)的氧化剂流。更进一步的实施例可以从与推进系统10的压缩机区段20分离的专用压缩机接收氧化剂流201。流量控制装置205(例如阀或其他合适的控制机构)可以期望地调节或调制从压缩机区段20提取的氧化剂流的量或大小。
流体回路210被构造为提供氧化剂流201从压缩机区段20到燃烧装置230的流体连通。燃烧装置230可以是任何适当类型的爆燃或爆震燃烧装置构造。实施例可包括但不限于环形燃烧器、罐形燃烧器、罐-环形燃烧器、陷涡燃烧器(TVC)、渐开线或涡旋燃烧器、富燃燃烧器、贫燃燃烧器、脉冲爆震燃烧器、旋转爆震燃烧器或其组合，或其他适当类型的爆燃或爆震燃烧系统。
在特定实施例中，流量控制装置205可限制、调节或控制由燃烧装置230接收的氧化剂流201，使得流量稳定或以其他方式在特定或期望参数范围内。期望参数范围可以是提供给燃烧装置230的氧化剂201的特定流率或压力，或其组合。流量控制装置205通常可以允许在期望操作限制内燃烧。此类限制可包括排放或温室气体(例如，氮氧化物、烟雾、未燃烧的碳氢化合物、二氧化碳、一氧化碳等)。限制可以附加地或替代地包括与贫燃、富燃、重燃、燃烧稳定性、压力振荡、声学或燃烧系统的其他性能或可操作性参数相关联的那些。
还应当理解，流量控制装置205可以允许构造为爆震燃烧器的燃烧装置230的稳定操作。流量控制装置205可以提供特定于作为爆震燃烧器的燃烧装置230的操作的压力和/或流率范围内的氧化剂流201。构造为爆震燃烧器的燃烧装置230可以进一步提供优于爆燃燃烧器构造的能量和热效率的改进。此外，燃烧装置230可构造在适合驱动涡轮240的操作范围内，不同于推进系统10处的热添加系统26和膨胀区段30的操作。例如，系统200可以被构造为在比推进系统10的操作范围或稳态更窄的操作范围或稳态内操作燃烧装置230。在另一实例中，诸如用于飞行器的推进系统10通常被构造用于对应于飞行器的着陆-起飞循环的操作条件范围。相比之下，流量控制装置205可以被构造为在操作范围内向燃烧装置230提供氧化剂流201，该操作范围避免了与瞬态操作或从相对低功率输出(例如，起燃、空闲)到相对高功率输出(例如，起飞)的差异相关的问题。附加地或替代地，压缩机组件220可以是APU 15的。APU 15通常可以被构造为在相对稳定操作状态下操作，例如上面所描述的。其他实施例可以从与推进系统10或APU 15的空气动力学或热力学流动路径分离的压缩机或泵接收氧化剂流201。这样的实施例包括形成由电机驱动的空气压缩机的压缩机区段。
系统200还包括形成从燃料箱300流体连通地延伸的燃料回路310的管道、歧管或壁式导管。燃料箱300包含液体和/或气体燃料，用于在燃烧装置230处混合和燃烧/爆震。燃料回路310被构造为向燃烧装置230提供燃料流，经由箭头302示意性描绘。在特定实施例中，燃料箱300还与发动机13的热添加系统26流体连通以提供液体流和/或气体燃料流(经由箭头305示意性描绘)，用于产生燃烧气体以在膨胀区段30处膨胀。
在某些实施例中，系统200包括燃料流量控制装置307，该燃料流量控制装置307被构造为朝向发动机13的热添加系统26提供第一部分燃料(经由线303示意性描绘)，以及朝向燃烧装置230提供第二部分燃料(经由线304示意性描绘)。燃料流量控制装置307可以形成阀、分流器或其他适当的机构，用于将燃料流301分成第一部分303和第二部分304。在一些实施例中，燃料控制装置307被构造为控制提供给燃烧装置230的第二部分燃料304的量或数量。在某些实施例中，燃料控制装置307至少部分地例如通过调节或调制提供给燃烧装置230并在燃烧装置230处燃烧/爆震的燃料量来确定燃烧气体202到涡轮240的输出能量。在特定实施例中，流量控制装置205(图2)进一步例如通过调节或调制提供给燃料302并与燃料302混合以用于在燃烧装置230处燃烧/爆震的氧化剂量来确定燃烧气体202到涡轮240的输出能量。
在操作期间，燃烧装置230产生燃烧气体202并提供燃烧气体202，以驱动涡轮240。涡轮240经由驱动轴241可操作地联接到负载装置270。在操作期间，随着燃烧气体202通过涡轮240膨胀，涡轮产生输出扭矩并经由通过驱动轴241的传输向负载装置270提供动力。负载装置270可以包括一个或多个燃料泵、电机(例如，马达和/或发电机、恒频或变频机器、混合动力系等)、润滑剂泵、液压泵、空气压缩机、发动机启动器、传感器驱动器(例如，一个或多个传感器装置、仪器传感器或遥测，包括但不限于换能器、电容器、滑环、热电偶、电子测量装置或计算系统)以及辅助齿轮箱驱动器，或其组合。
从涡轮240出来的膨胀燃烧气体(经由线203示意性描绘)被提供给发动机13。参考图2-3，在某些实施例中，提供给发动机13的燃烧气体特别提供给核心流动路径70。在一个实施例中，燃烧气体从涡轮240提供到发动机13的排气区段36处的核心流动路径70。在另一个实施例中，燃烧气体从涡轮240提供到发动机13的膨胀区段30处的核心流动路径70。在又一特定实施例中，燃烧气体从涡轮240提供到发动机13的膨胀区段30处的中压涡轮或低压涡轮34处的核心流动路径。在其他实施例中，燃烧气体流204被提供给风扇流14或第三流流动路径71中的一个或多个。
在特定实施例中，第二部分燃料(经由线304示意性描绘)被提供成与经由燃料-空气热交换器250从涡轮240出来的燃烧气体流203热连通。流体通常是氧化剂，例如通过推进系统10的空气流。在一个实施例中，燃料-空气热交换器250被构造为将热量或热能从涡轮240下游的燃烧气体流203传递到热添加系统26上游的燃料流304。冷却的燃烧气体流(经由线204示意性描绘)从燃料-空气热交换器250提供到发动机13，如上所述。加热的燃料流(经由线305示意性描绘)从燃料-空气热交换器250提供到发动机13的热添加系统26。
在某些实施例中，脱氧器320沿燃料回路310以流动布置定位。脱氧器320被构造为从第二部分燃料303去除氧气。在实施例中，脱氧器320从负载装置270接收能量或动力。能量可以经由轴、电能或其他适当的能量传输方法从负载装置270提供。脱氧的燃料流被提供到燃料-空气热交换器250的下游。
现在参考图4，系统200的构造与图2-3中描绘和描述的基本相似。在图4描绘的实施例中，能量转换系统200还包括热管理系统400，热管理系统400包括形成热传递流体回路410的壁式导管，热传递流体回路410被构造为提供与从涡轮240出来的燃烧气体流203热连通的热传递流体。在图4中，燃料-空气热交换器250提供从涡轮240接收的与从热传递流体流动装置405接收的热传递流体流(经由线401示意性描绘)热连通的燃烧气体203。在各种实施例中，流动装置405可操作地联接到负载装置270并由其驱动，例如关于脱氧器320所描述的。
热管理系统400还被构造成提供经由第一热总线热交换器410与第二部分燃料304热连通的热传递流体，经由线402示意性描绘。热交换器410被构造为通过从热传递流体流402接收热量或热能来加热燃料流304。热传递流体流402接收来自从涡轮240出来的燃烧气体流203的热量或热能。
在各种实施例中，热传递流体是润滑剂(例如，油、油基流体、合成油、聚α烯烃、聚α烯烃基流体等，或其组合)、液体和/或气体燃料(例如，碳氢燃料、燃油、航空涡轮燃料或其他适当的推进系统燃料)、超临界流体(例如，超临界二氧化碳、水、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇、丙酮、一氧化二氮，或温度和压力高于其相平衡曲线端点的其他适当物质)、硅酮或硅酮基热传递流体(例如，聚二甲基硅氧烷基流体，例如SylthermTM，或类似流体)，或其他适当的热传递流体。
在一些实施例中，系统200还包括定位成与热传递流体(例如经由线403示意性描绘)热连通的第二热总线热交换器420。第二热交换器420提供热传递流体流403和由发动机冷却流500提供的冷却流体流501之间的热连通。发动机冷却流500是来自发动机13的相对冷的氧化剂流，例如风扇流14或第三流流动路径71(图2)处的氧化剂流。第二热交换器420被构造为从热传递流体流403中去除热能或热量，并将热量或热能传递到冷却流体流501。冷却的热传递流体流(经由线404示意性描绘)被提供给燃料-空气热交换器250，例如为燃烧气体流203提供冷却。冷却的燃烧气体流204被提供给发动机13，例如用于冷却中压涡轮或低压涡轮34的一个或多个部件，或者作为主动间隙控制系统。
现在参考图5，系统200的构造与关于图4描述的基本类似。在图5中，系统200还包括燃烧气体流量控制装置207，其构造成将燃烧气体流202分成提供给涡轮240的第一部分202a和绕过涡轮240的第二部分202b。第一部分燃烧气体202a通过涡轮240膨胀。当能量通过涡轮240释放时，膨胀的燃烧气体203相对于燃烧气体202较冷。将相对较冷的、膨胀的燃烧气体203提供给发动机13处的一个或多个适当的模块、部件或子系统，例如可利用相对低压冷却流体。
与从涡轮240出来的燃烧气体流203相比，绕过的燃烧气体流202b提供相对较高的压力流。绕过的燃烧气体流202b被提供为与例如如上所述的燃料-空气热交换器250热连通。冷却的燃烧气体流204被提供到例如如上所述的膨胀区段30的一个或多个部分。
在特定实施例中，流量控制装置207和涡轮240集成为可变区域涡轮喷嘴(VATN)。一起限定VATN的流量控制装置207和涡轮240一起被构造为控制进入或通过涡轮240的质量流。在一个实施例中，流量控制装置207是涡轮240的入口处的可变区域结构，例如可变区域喷嘴。然而，在其他实施例中，流量控制装置207是被构造为调节或调制通过涡轮240的质量流的单独流量控制结构。在某些实施例中，涡轮240在流量控制装置207的下游。
现在参考图6，所提供的系统200的实施例的构造与关于图1-4描述的基本类似。在图6中，涡轮240经由驱动轴242进一步连接到压缩机245。氧化剂流201从例如如上所述的压缩机区段220接收。压缩机245在向燃烧装置230提供压缩的氧化剂流(经由箭头201a示意性描绘)之前进一步压缩或激励氧化剂流201。在这样的实施例中，可操作地联接到涡轮240的压缩机245允许从发动机13的压缩机区段20(例如从中压或低压压缩机22，或从高压压缩机24的一个或多个前级或上游级(通常与高压压缩机24相反)或其一个或多个后级)抽出相对较低压力的氧化剂流。在其他实施例中，压缩机245允许从相对较低压力的压缩机或泵装置接收相对低压力的氧化剂流。
本文提供的能量转换系统200、推进系统10或运载器100的实施例可以通过诸如本文提供的用于能量转换或热管理的改进的系统、结构或方法来提供改进的整体推进系统和运载器效率。本文提供的实施例包括被构造为改进整体系统性能的特定定位、放置和流体的串行流。系统的一个或多个元件(例如但不限于本文提供的热交换器、回路、导管、流动装置、燃烧装置、涡轮或压缩机)可以经由下述的一种或多种增材制造方法生产。更进一步，如果没有流动路径、导管、回路、结构或由增材制造方法允许的其他细节，这样的系统是不可能的。此外，本文提供的某些布置可经由将热量或热能传输到特定接合点处的各种流体或诸如本文提供的串行流而产生有益的和意外的结果。
本文描述的推进系统10和能量转换系统200的一个或多个部件可以使用任何合适的处理(例如增材制造处理，诸如3-D打印处理)制造或形成。使用这样的处理可以允许这样的部件一体地形成，作为单个整体部件，或作为任何合适数量的子部件，或以本领域以前不允许或设想的规模和复杂性。特别地，增材制造处理可以允许这样的部件一体地形成并且包括在使用现有制造方法时不可能实现的多种特征。例如，本文所述的增材制造方法可允许将燃烧装置230或一个或多个热交换器制造成本领域先前未设想的尺寸、规模和复杂性。作为另一示例，本文所述的增材制造方法可允许将涡轮240和流量控制装置制造为单个一体部件。在进一步的实施例中，本文所述的增材制造方法允许制造具有使用先前的制造方法不可能或不实用的独特特征、构造、厚度、材料、密度、流体通道、集管和安装结构的涡轮、流量控制装置、燃烧装置或回路。尽管添加了附加燃烧系统、涡轮、压缩机或热交换器，但增材制造可以允许这种结构及其特定流动和热布置的组合，其可以提高热效率、改善能量转换并提高整体推进系统或运载器效率或可操作性。
根据本公开的合适的增材制造技术包括例如熔融沉积建模(FDM)，选择性激光烧结(SLS)，例如通过喷墨、激光喷射和粘合剂喷射的3D打印，立体光刻(SLA)，直接选择性激光烧结(DSLS)，电子束烧结(EBS)，电子束熔化(EBM)，激光工程净成形(LENS)，激光净成形制造(LNSM)，直接金属沉积(DMD)，数字光处理(DLP)，直接选择性激光熔化(DSLM)，选择性激光熔化(SLM)，直接金属激光熔化(DMLM)和其他已知处理。用于制造本文提供的作为整体单一结构的或按本文提供的规模和复杂性的结构的合适的粉末材料包括金属合金、聚合物或陶瓷粉末。示例性金属粉末材料是不锈钢合金、钴铬合金、铝合金、钛合金、镍基超合金和钴基超合金。此外，合适的合金可以包括那些已经被设计成具有良好抗氧化性的合金，称为“超合金”，其在燃气涡轮发动机中的升高的操作温度下具有可接受的强度，例如哈氏合金(Hastelloy)、铬镍铁(Inconel)合金(例如IN 738、IN 792、IN 939)、Rene合金(例如ReneN4、Rene N5、Rene 80、Rene 142、Rene 195)、Haynes合金、Mar M、CM 247、CM 247LC、C263、718、X-850、ECY 768、282、X45、PWA 1483和CMSX(例如CMSX-4)单晶合金。本公开的制造物体可以形成有一种或多种选择的结晶微结构，例如定向凝固(“DS”)或单晶(“SX”)。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域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合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求书的范围内。
本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：
1.一种用于能量转换的系统，所述系统包括：推进系统，所述推进系统包括以串行流动布置的压缩机区段、热添加系统和膨胀区段；燃料回路，所述燃料回路从燃料箱到燃料流量控制装置流体连通，其中所述燃料流量控制装置将来自所述燃料箱的燃料流分成第一部分燃料和第二部分燃料，其中所述燃料回路被构造为向所述热添加系统提供所述第一部分燃料；燃烧装置，所述燃烧装置被构造为经由流体回路从所述压缩机区段接收氧化剂流，其中所述燃料回路流体连通地延伸以向所述燃烧装置提供所述第二部分燃料，并且其中所述燃烧装置被构造为从所述第二部分燃料和所述氧化剂流产生燃烧气体，并且进一步其中，所述流体回路与所述燃烧装置流体连通以使所述燃烧气体流到所述推进系统；涡轮，所述涡轮被构造为经由所述流体回路从所述燃烧装置接收所述燃烧气体；以及负载装置，所述负载装置经由驱动轴可操作地联接到所述涡轮，其中所述负载装置被构造为经由所述燃烧气体通过所述涡轮的膨胀从所述驱动轴接收输出扭矩。
2.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，其中所述流体回路与所述燃烧装置流体连通，以使所述燃烧气体流到所述推进系统的所述膨胀区段。
3.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，其中所述流体回路与所述燃烧装置流体连通，以使所述燃烧气体流到所述推进系统的所述膨胀区段的低压涡轮。
4.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，所述系统包括：沿所述燃料回路定位的燃料-空气热交换器，所述燃料-空气热交换器与所述第一部分燃料热连通。
5.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，其中所述燃料-空气热交换器沿所述流体回路定位，其中所述燃料-空气热交换器被构造为在所述燃烧气体和所述第一部分燃料之间提供热传递。
6.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，所述系统包括：热传递流体回路，所述热传递流体回路被构造为提供与所述燃料-空气热交换器热连通的热传递流体流，其中所述燃料-空气热交换器被构造为在所述第一部分燃料和所述热传递流体之间提供热传递。
7.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，所述系统包括：第一热总线热交换器，所述第一热总线热交换器被构造为在所述热传递流体和所述燃烧气体之间提供热传递。
8.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，所述系统包括：第二热总线热交换器，所述第二热总线热交换器被构造为在所述热传递流体和冷却流体流之间提供热传递。
9.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，其中所述冷却流体流是由所述推进系统的所述压缩机区段产生的压缩氧化剂流。
10.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，所述系统包括：脱氧器，所述脱氧器沿所述燃料回路定位以接收所述第一部分燃料。
11.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，所述系统包括：氧化剂流量控制装置，所述氧化剂流量控制装置定位在所述压缩机区段的下游和所述燃烧装置的上游的所述流体回路处，其中所述氧化剂流量控制装置被构造为调制提供给所述燃烧装置的所述氧化剂流的量。
12.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，其中所述负载装置是燃料泵、电机、润滑剂泵、液压泵、空气压缩机、发动机启动器、传感器驱动器、辅助齿轮箱驱动器或其组合中的一个或多个。
13.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，其中所述燃烧装置被构造为爆燃燃烧装置。
14.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，其中所述燃烧装置被构造为爆震燃烧装置。
15.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，所述系统包括所述燃料回路处的燃料流量控制装置，其中所述燃料流量控制装置被构造为调制提供给所述燃烧装置的所述第二部分燃料。
16.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，所述系统包括：燃烧气体流量控制装置，所述燃烧气体流量控制装置定位在所述燃烧装置的下游的所述流体回路处，其中所述燃烧气体流量控制装置将所述燃烧气体流分成与所述涡轮流体连通的第一部分燃烧气体和与热总线热交换器流体连通的第二部分燃烧气体。
17.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，其中所述热总线热交换器提供与热传递流体回路处的热传递流体热连通的所述第二部分燃烧气体。
18.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，其中所述第二部分燃烧气体绕过所述涡轮。
19.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，其中所述燃烧气体流量控制装置作为可变区域涡轮喷嘴被集成到所述涡轮。
20.根据本文中任何一个或多个条项所述的系统，所述系统包括：压缩机，所述压缩机经由所述驱动轴可操作地联接到所述涡轮，其中所述压缩机被构造为从所述燃烧装置的上游的所述压缩机区段接收所述氧化剂流。
21.一种用于能量转换的系统，所述系统包括：推进系统，所述推进系统包括以串行流动布置的压缩机区段、热添加系统和膨胀区段；燃料回路，所述燃料回路从燃料箱到燃料流量控制装置流体连通，其中所述燃料流量控制装置将来自所述燃料箱的燃料流分成第一部分燃料和第二部分燃料，其中所述燃料回路被构造为向所述热添加系统提供所述第一部分燃料；燃烧装置，所述燃烧装置被构造为经由流体回路直接从所述压缩机区段接收氧化剂流，其中所述燃料回路流体连通以向所述燃烧装置提供所述第二部分燃料，并且其中所述燃烧装置被构造为从所述第二部分燃料和所述氧化剂流产生燃烧气体，并且进一步其中，所述流体回路与所述燃烧装置流体连通以使所述燃烧气体流到所述推进系统；涡轮，所述涡轮被构造为经由所述流体回路从所述燃烧装置接收所述燃烧气体；以及负载装置，所述负载装置经由驱动轴可操作地联接到所述涡轮，其中所述负载装置被构造为经由所述燃烧气体通过所述涡轮的膨胀从所述驱动轴接收输出扭矩。
22.一种用于能量转换的系统，所述系统包括：推进系统，所述推进系统包括以串行流动布置的压缩机区段、热添加系统和膨胀区段；燃料回路，所述燃料回路从燃料箱到燃料流量控制装置流体连通，其中所述燃料流量控制装置将来自所述燃料箱的燃料流分成第一部分燃料和第二部分燃料，其中所述燃料回路被构造为向所述热添加系统提供所述第一部分燃料；燃烧装置，所述燃烧装置被构造为经由流体回路从所述压缩机区段接收氧化剂流，其中所述燃料回路流体连通以向所述燃烧装置提供所述第二部分燃料，并且其中所述燃烧装置被构造为从所述第二部分燃料和所述氧化剂流产生燃烧气体，并且进一步其中，所述流体回路与所述燃烧装置流体连通以使所述燃烧气体流到所述推进系统；涡轮，所述涡轮被构造为经由所述流体回路从所述燃烧装置接收所述燃烧气体；以及负载装置，所述负载装置经由驱动轴可操作地联接到所述涡轮，其中所述负载装置被构造为经由所述燃烧气体通过所述涡轮的膨胀从所述驱动轴接收输出扭矩；以及沿所述燃料回路定位的燃料-空气热交换器，所述燃料-空气热交换器与所述第一部分燃料热连通。

Claims (10)

1.一种用于能量转换的系统，其特征在于，所述系统包括：
推进系统，所述推进系统包括以串行流动布置的压缩机区段、热添加系统和膨胀区段；
燃料回路，所述燃料回路与燃料箱和燃料流量控制装置流体连通，其中所述燃料流量控制装置将来自所述燃料箱的燃料流分成第一部分燃料和第二部分燃料，并且其中所述燃料回路被构造为向所述热添加系统提供所述第一部分燃料；
燃烧装置，所述燃烧装置被构造为经由流体回路从所述压缩机区段接收氧化剂流，其中所述燃料回路与所述燃烧装置流体连通以提供所述第二部分燃料，并且其中所述燃烧装置被构造为从所述第二部分燃料和所述氧化剂流产生燃烧气体，并且进一步其中，所述流体回路与所述燃烧装置流体连通以使所述燃烧气体流到所述推进系统；
涡轮，所述涡轮被构造为经由所述流体回路从所述燃烧装置接收所述燃烧气体；以及
负载装置，所述负载装置经由驱动轴可操作地联接到所述涡轮，其中所述负载装置被构造为经由所述燃烧气体通过所述涡轮的膨胀从所述驱动轴接收输出扭矩。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述流体回路与所述燃烧装置和所述推进系统的所述膨胀区段流体连通，并且其中所述流体回路提供从所述燃烧装置到所述膨胀区段的燃烧气体流。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，其中所述流体回路处于从所述燃烧装置到所述推进系统的所述膨胀区段的低压涡轮的流体连通。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括：
沿所述燃料回路定位的燃料-空气热交换器，所述燃料-空气热交换器与所述第一部分燃料热连通。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，其中所述燃料-空气热交换器沿所述流体回路定位，其中所述燃料-空气热交换器被构造为在所述燃烧气体和所述第一部分燃料之间提供热传递。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统包括：
热传递流体回路，所述热传递流体回路被构造为提供与所述燃料-空气热交换器热连通的热传递流体流，其中所述燃料-空气热交换器被构造为在所述第一部分燃料和所述热传递流体之间提供热传递。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统包括：
第一热总线热交换器，所述第一热总线热交换器被构造为在所述热传递流体和所述燃烧气体之间提供热传递。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统包括：
第二热总线热交换器，所述第二热总线热交换器被构造为在所述热传递流体和冷却流体流之间提供热传递。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，其中所述冷却流体流是由所述推进系统的所述压缩机区段产生的压缩氧化剂流。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括：
脱氧器，所述脱氧器沿所述燃料回路定位以接收所述第一部分燃料。
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