CN114876649A - 燃气涡轮发动机致动装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃气涡轮发动机致动系统，包括燃气涡轮发动机、致动装置、致动器和电源。燃气涡轮发动机包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和旋转轴。致动装置可与压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段或其组合一起操作。致动器操作地联接到致动装置，并且包括电动致动器，电动致动器被构造为将电流转换为机械动力。电源被构造为单独或与液压致动器合作地向致动器供应电流。

Description

燃气涡轮发动机致动装置
技术领域
本公开涉及一种燃气涡轮发动机的致动系统。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括涡轮机和转子组件。燃气涡轮发动机，例如涡轮风扇发动机，可用于飞行器推进。在涡轮风扇发动机的情况下，转子组件可以被构造为风扇组件。风扇组件可以包括具有可变几何形状的一个或多个部件，这些部件可以通过阀和致动器来操纵。例如，这些部件的几何形状可以被改变，以控制喘振和旋转失速。
在现有的燃气涡轮发动机中，通常使用致动流体(例如燃料)来控制阀和致动器，以操作每个致动器或阀。在传统的液压致动系统中，在某些条件下可能很难控制致动器或阀。例如，液压流体通常由源压力驱动，在极端的操作条件下，源压力可能不足或完全丧失。因此，改进的致动装置将是有用的。
发明内容
本公开的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或从描述中显而易见，或可通过本公开的实践了解。
在本公开的一个示例性实施例中，一种燃气涡轮发动机致动系统包括燃气涡轮发动机、致动装置、致动器和电源。燃气涡轮发动机包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和旋转轴。致动装置能够与压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段或其组合一起操作。致动器操作地联接到致动装置，并且包括电动致动器，电动致动器被构造为将电流转换为机械动力。电源被构造为向致动器供应电流。
在本公开的一个示例性实施例中，一种用于燃气涡轮发动机的混合电动/液压致动系统包括能够与燃气涡轮发动机的区段一起操作的致动装置、混合电动/液压致动器、液压致动系统和电动致动系统。混合电动/液压致动器操作地联接到致动装置，并且部分地由电力驱动，部分地由工作流体驱动。在本文中，部分地驱动是指致动器可以全部或部分时间由电力驱动，可以全部或部分时间由工作流体驱动，和/或可以至少部分时间由电力和由工作流体产生的动力的组合驱动。液压致动系统包括工作流体、设置为利用工作流体对液压致动系统加压的工作流体泵，以及流体连接到工作流体泵和混合电动/液压致动器并在工作流体泵和混合电动/液压致动器之间延伸的流体管线。电动致动系统包括电源，电源被构造为向混合电动/液压致动器供应电流。
在本公开的一个示例性实施例中，一种改变燃气涡轮发动机中的致动装置的位置的方法包括向操作地联接到致动装置的致动器提供液压动力，以使致动装置从第一位置移动到第二位置。接收指示液压动力小于将致动装置从第一位置移动到第二位置所需的量的数据。向致动器提供电力，以协助将致动装置从第一位置移动到第二位置。
参照下面的描述和所附的权利要求书，就会更好地理解本公开的这些和其他特点、方面和优点。并入本说明书并构成其一部分的附图说明了本公开的实施例，并与描述一起用于解释本公开的原理。
附图说明
对本领域普通技术人员而言，在说明书中阐述了本公开的全面和能够实现的公开内容，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1A是根据本公开的示例性实施例的具有电力系统的第一燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图1B是根据本公开的示例性实施例的具有混合电动/液压动力系统的第一燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图2A是根据本公开的另一个示例性实施例的具有电力系统的第二燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图2B是根据本公开的另一个示例性实施例的具有混合电动/液压动力系统的第二燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图3是根据本公开的示例性实施例的混合电动/液压致动器的简化示意图。
图4是操作致动器组件的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的实施例，附图中说明了其中的一个或多个示例。详细描述使用数字和字母名称来参考附图中的特征。在附图和描述中，相似或类似的名称被用来指代本公开的相似或类似部分。
词语“示例性”在这里的意思是“作为示例、实例或说明”。此处描述为“示例性”的任何实施方式不一定要理解为比其他实施方式更优选或更有利。此外，除非特别指出，本文描述的所有实施例都应被视为示例性。
正如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以区分一个部件和另一个部件，而不是为了表示各个部件的位置或重要性。
术语“前方”和“后方”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，就燃气涡轮发动机而言，前方是指靠近发动机入口的位置，并且后方是指靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体通道中的流体流动的相对方向。例如，“上游”指的是流体流自的方向，而“下游”指的是流体流向的方向。
术语“联接”、“固定”、“附接”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接，除非本文另有规定。
单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数，除非上下文有明确规定。
本文在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修改任何可以允许变化而不导致与之相关的基本功能改变的定量表示。因此，由一个或多个术语，如“约”、“大约”和“基本上”，所修改的值并不限于指定的精确的值。在至少一些实例中，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构建或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在1、2、4、5、10、15或20％的幅度内。这些近似幅度可适用于单个值、限定值范围的任一或两个端点，和/或端点之间的范围幅度。
在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这种范围被确定并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。例如，这里公开的所有范围都包括端点，而端点可以彼此独立组合。
在液压致动系统中，提供动力以移动致动装置的能力是由源压力驱动的。如上所述，在一些液压致动系统中，液压流体可能是燃料。在这种情况下，燃料是经由燃料泵提供的，燃料泵产生源压力，该源压力与燃气涡轮发动机要求或需要的燃料量直接相关。例如，在中断起飞事件或其他降低燃气涡轮发动机的输出动力的事件中，燃料压力可能迅速下降，并可能导致这样一种情况，即来自燃料系统的驱动致动器和移动致动装置的动力小于作用于致动装置的空气动力。例如，当致动装置是可变放气阀门或可变定子轮叶时，作用在这些部件上的空气动力可能大于从燃料系统可用的移动这些部件的动力。在这种情况下，可变放气阀可能被阻止以所需速率打开，并且可变定子轮叶可能被阻止移动到所需位置，使燃气涡轮发动机的压缩机处于失速的危险之中。
本公开中的实施例提出使用在多轴涡轮风扇发动机的低压轴和/或高压轴上的发电机(和/或外部电池或电源)的混合电动/液压系统。混合电动发电机系统用于：驱动致动器的电动系统；在极端操作条件下为阀和致动器提供增压动力；和/或在失去液压压力的情况下为混合液压/电动致动器提供备用动力。混合液压/电动系统具有液压源和电力源的组合，以从中提取动力，从而始终提供驱动致动系统所需的动力。提出的发电机的混合电动/液压系统的好处包括：在作用于致动器移动的空气动力比可用的液压动力大的情况下，电力负载更一致，以及减少液压流体管线，从而减少发动机结构的复杂性和重量。
现在参考图1A，提供了可结合本公开的一个或多个创造性方面的燃气涡轮发动机的示例性实施例的横截面图。特别是，图1A的示例性燃气涡轮发动机被构造为单个非管道式转子发动机10，其限定了轴向方向A、径向方向R和周向方向C。从图1A可以看出，发动机10采取了开放式转子推进系统的形式，并具有转子组件12，转子组件12包括围绕发动机10的中心线14布置的翼型件的阵列，并且更特别的，包括围绕发动机10的中心纵向轴线14布置的转子叶片16的阵列。
此外，如下文将详细解释的，发动机10还包括定位在转子组件12后方的不旋转的轮叶组件18(即，相对于中心轴线14不旋转)，轮叶组件18包括同样围绕中心轴线14布置的翼型件的阵列，并且更特别的，包括围绕中心轴线14布置的轮叶20的阵列。转子叶片16典型地围绕中心轴线14以等间距关系布置，并且每个叶片都有根部22和尖端24以及限定在它们之间的跨度。类似地，轮叶20也是典型地围绕中心线14以等间距关系布置，并且每个叶片具有根部26和尖端28以及限定在它们之间的跨度。转子组件12还包括位于多个转子叶片16前方的毂。
此外，发动机10包括涡轮机30，涡轮机30具有核心(或高压/高速系统)32和低压/低速系统。可以理解的是，正如本文所使用的，术语“速度”和“压力”就高压/高速系统和低压/低速系统而言是可以互换使用的。此外，可以理解的是，术语“高”和“低”是在同一情境中用来区分这两个系统的，并不意味着暗指任何绝对的速度和/或压力值。
核心32一般包括高速压缩机34、高速涡轮36、以及在高速压缩机34和高速涡轮36之间延伸并连接高速压缩机34和高速涡轮36的高速轴38。高速压缩机34、高速涡轮36和高速轴38可统称为发动机的高速线轴。此外，燃烧区段40位于高速压缩机34和高速涡轮36之间。燃烧区段40可以包括一个或多个构造，用于接收燃料和空气的混合物，并提供通过高速涡轮36的燃烧气体的流动，用于驱动高速线轴。
低速系统同样包括低速涡轮42，低速或低压压缩机或增压器44，以及在低速压缩机44和低速涡轮42之间延伸并连接低速压缩机44和低速涡轮42的低速轴46。低速压缩机44、低速涡轮42和低速轴46可统称为发动机的低速线轴55。尽管发动机10被描述为低速压缩机44位于高速压缩机34的前方，但在某些实施例中，压缩机34、44可以是相互交错的布置。此外，或者说，尽管发动机10被描述为高速涡轮机36位于低速涡轮机42的前方，但在某些实施例中，涡轮36、42也可以类似地处于相互交错的布置中。
仍然参照图1A，涡轮机30一般被包裹在整流罩48中。此外，可以理解的是，整流罩48至少部分地限定了入口50和排气口52，并包括在入口50和排气口52之间延伸的涡轮机械流动路径54。对于所示的实施例，入口50是环形或360度轴对称的入口50，位于转子叶片组件12和固定或静止轮叶组件18之间，并为进入的大气空气提供沿径向方向R进入导向轮叶28内侧的涡轮机械流动路径54(以及压缩机44、34、燃烧区段40和涡轮36、42)的路径。这样的位置可能因各种原因而有利，包括结冰性能的管理以及保护入口50免受操作中可能遇到的各种物体和材料。然而，在其他实施例中，入口50可以定位在任何其他合适的位置，例如，在轮叶组件18的后方，以非轴对称的方式布置等等。
如图所示，转子组件12由涡轮机30驱动，更具体地说，由低速线轴55驱动。更具体地说，在图1A所示的实施例中的发动机10包括动力齿轮箱56，并且转子组件12由涡轮机30的低速线轴55穿过动力齿轮箱56驱动。以这种方式，转子组件12的旋转的转子叶片16可以围绕轴线14旋转，并产生推力以在向前方向F上推动发动机10，并因此推动与其相关联的飞行器。动力齿轮箱56可以包括用于相对于低速涡轮42降低低速线轴55的旋转速度的齿轮组，从而转子组件12可以以比低速线轴55慢的旋转速度旋转。
如上文简要提到的，发动机10包括轮叶组件18。轮叶组件18从整流罩48延伸，并定位于转子组件12的后方。轮叶组件18的轮叶20可以安装在静止的框架或其他安装结构上，并且不相对于中心轴线14旋转。为参考目的，图1A还用箭头F描绘了向前方向，这又限定了系统的前部分和后部分。如图1A所示，转子组件12以“拉动器”构造位于涡轮机30的前方，而排气口52位于导向轮叶28的后方。如可以理解的，轮叶组件18的轮叶20可以被构造为清理来自转子组件12的气流(例如，减少气流中的旋流)以提高发动机10的效率。例如，轮叶20的尺寸、形状和构造可以被设计为对来自转子叶片16的气流施加反作用的旋流，以便在两排翼型件(例如，叶片16、轮叶20)后方的下游方向上，气流的旋流程度大大降低，这可以转化为提高诱导效率的水平。
仍然参照图1A，期望的是转子叶片16、轮叶20或两者都包含桨距变化机构，从而使翼型件(例如叶片16、轮叶20等)可以相对于桨距旋转轴线独立地或相互结合地旋转。这种桨距变化可用于在各种操作条件下改变推力和/或旋流效应，包括调整在转子叶片16上产生的推力的大小或方向，或提供推力逆转特征，这在某些操作条件下(例如在飞行器着陆时)可能是有用的，或理想地调整至少部分由转子叶片16、轮叶20或来自转子叶片16相对于轮叶20的空气动力相互作用所产生的声学噪音。更具体地说，在图1A的实施例中，转子组件12被描绘为具有致动器58。在这个示例中，致动器58是桨距变化机构，用于使转子叶片16围绕它们相应的桨距轴线60旋转。轮叶组件18被描绘为具有致动器62，在这个示例中，致动器62是用于使轮叶20围绕它们相应的桨距轴线64旋转的桨距变化机构。
致动器66、68和70也包括在图1A(和图1B)所示的实施例中。在一个示例中，致动器58、62、66、68和70中的每一个单独表示致动装置和致动器的组合，该致动器驱动致动装置的移动。图1A中由致动器66、68和70表示的致动装置可以包括一个或多个可变放气阀、可变定子轮叶、可变入口导向轮叶、可变出口导向轮叶、压缩机排放压力放气阀、涡轮间隙控制系统、循环阀、放气阀和节流阀。以这种方式，可以理解的是，致动装置一般可以是发动机10的任何可变几何部件，用于修改通过涡轮机械流动路径54或涡轮机30周围的气流，或是发动机10的气流阀，用于修改从涡轮机械流动路径54放出的气流量或涡轮机30上方的气流量，或提供给涡轮机械流动路径54的气流量或涡轮机30上方的的气流量。
仍然参考图1A，发电机72和发电机74被显示为安装在发动机10上。特别是，发电机72可以是安装在高速涡轮36(例如，高压涡轮)上的高速发电机。发电机74可以是安装在低速涡轮42(例如，低压涡轮)的低速发电机。
然而，可以理解的是，图1A中描绘的示例性单个转子非管道式发动机10只是示例，在其他示例性实施例中，发动机10可以具有任何其他合适的构造，包括，例如，任何其他合适数量的轴或线轴、涡轮、压缩机等；固定桨距的叶片16、20，或两者；直接驱动构造(即，可以不包括齿轮箱56)；等等。例如，在其他示例性实施例中，发动机10可以是三线轴发动机，具有中速压缩机和/或涡轮。在这样的构造中，可以理解的是，本文中关于涡轮、压缩机或线轴的速度和/或压力使用的术语“高”和“低”是方便区分部件的术语，但不要求任何特定的相对速度和/或压力，也不排斥其他压缩机、涡轮和/或线轴或轴。
此外，或可替代地，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适的燃气涡轮发动机。例如，在其他示例性实施例中，燃气涡轮发动机可以是涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。此外，例如，尽管该发动机被描绘为单个非管道式转子发动机，但是在其他实施例中，该发动机可以包括多级开放式转子构造，并且下面描述的公开内容的各个方面可以结合在其中。此外，还是在其他示例性实施例中，发动机10可以构造为管道式涡轮风扇发动机(例如，见图2A-2B)。
关于图1A，可以理解的是，发动机与电动致动系统100集成。电动致动系统100一般包括负载分担库102和电源104。此外，对于所示的实施例，电动致动系统100的负载分担库102与电源104和致动器58、62、66、68和70电通信。在这个示例中，致动器58、62、66、68和70以及发电机72和74可以被认为是电动致动系统100的部分。
负载分担库102一般可以是能够接收电力并以所需方式分配这种电力的任何装置。例如，负载分担库102可以包括电控制器、电力电子设备、开关等，以执行这样的功能。此外，在某些实施例中，负载分担库可以进一步储存一些电力，作为电能储存单元。
值得注意的是，尽管在图1B的实施例中提供了单个负载分担库102，但在替代的示例性实施例中，电动致动系统100可以附加地或替代地包括多个负载分担库，例如多个电控制器，从而使一个或多个致动器从单独的负载分担库提供电力。
在至少某些示例性实施例中，电源104可以包括一个或多个电池。此外，或可替代地，电源104可以包括一个或多个超级电容器阵列，一个或多个超电容器阵列，或两者。此外，或可替代地，电源104可以是发电机72、74中的一个或两个，或进一步可以是由单独的燃气涡轮发动机(例如，产生推力的燃气涡轮发动机或辅助动力单元)驱动的发电机。
在至少某些实施例中，电源104可以被构造为向电动致动系统100提供至少5千瓦(kW)的能量，例如至少50千瓦，例如至少250千瓦，例如至少300千瓦，例如至少350千瓦，例如至少400千瓦，例如至少500千瓦，例如高达5兆瓦(MW)，例如高达10兆瓦(MW)。此外，电源104可被构造为提供这种电力至少两分钟，例如至少三分钟，例如至少五分钟，例如多达一个小时。此外，仍然，在其他实施例中，电源104可以被构造为在任何其他合适的持续时间内提供这样的电力，例如在发动机10的操作期间连续提供。
在中断起飞事件中，发动机10以极快的速度从起飞动力迅速减速到怠速。这对低速压缩机44的稳定余量提出了挑战。在中断起飞事件中，希望尽可能快地打开可变放气阀(例如，由致动器66表示的致动装置)，以防止低速压缩机44的失速。
在现有的液压致动系统中，液压工作流体通常由源压力驱动。在基于燃料的液压系统的情况下，燃料是经由燃料泵提供的，并且源压力与提供给发动机10的燃烧区段40的燃料量直接相关。例如，在中断起飞事件或减少发动机10的输出动力的其他事件中，燃料压力可能迅速下降，并可能导致这样一种情况，即来自燃料系统的驱动致动器和移动致动装置的动力小于作用于致动装置的空气动力。例如，当致动装置是可变放气阀门或可变定子轮叶时，作用在这些部件上的空气动力可能大于从燃料系统可用的移动这些部件的动力。在这种情况下，可变放气阀可能被阻止以所需速率打开，并且可变定子轮叶可以被阻止移动到所需位置，使燃气涡轮发动机的压缩机处于失速的危险之中。
在图1A(和图2A，下面讨论)中呈现的全电动版本的致动系统中，可以理解的是，当例如中断起飞标志被触发或接收到指示中断起飞的其他数据时，电动致动系统100可以被激活和部署，以向致动器(例如，致动器66、68、70)提供所需动力，以使这些致动器的致动装置以所需方式移动。继续该示例，电动致动系统100可以为打开例如致动器66的可变放气阀门的最大速率提供动力。电动致动系统100在这种情况下进行确定或在确定所需的最大电力负载时采取行动，并且负载分担库102向致动器提供这种动力。
电动致动系统100的一些好处可以包括减少或消除发动机10中的液压流体管线，从而减少发动机10的结构的复杂性和重量。利用电动致动系统100，在作用于任何致动器58、62或66-70的移动的空气动力与可用的液压动力相比很高的情况下，所产生的电力负载更加一致。此外，燃料液压致动器的电压转换速率(slew rate)可能受到液压系统的供应泵的可用动力的限制。利用电动致动系统100，经由发电机72或74从涡轮中提取电力或从外部源(例如，电源104)提取电力，可以实现更快的电压转换速率。
在其他实施例中，发动机10可以包括从低速压缩机44或高速压缩机34延伸的第三流动路径或第三流。这里使用的“第三流”是指能够增加流体能量以产生总推进系统推力的少数的次要空气流。第三流的压力比高于主要推进流(例如，旁路或螺旋桨驱动的推进流)的压力比。推力可以通过专用喷嘴产生，或者通过将次要空气流与主要推进流或核心空气流例如混合到共同的喷嘴中而产生。在某些示例性实施例中，次要空气流的操作温度低于发动机的最大压缩机排放温度，更具体地说，可以低于350华氏度(如低于300华氏度，如低于250华氏度，如低于200华氏度，并且至少与环境温度一样)。
在某些示例性实施例中，这些操作温度可以促进热量传递到次要空气流和单独的流体流中，或从次要空气流和单独的流体流中传递出来。此外，在某些示例性实施例中，次要空气流在起飞条件下，或更特别是，在海平面、静态飞行速度、86华氏度环境温度操作条件下，以额定起飞功率操作时，可以贡献少于50％的总发动机推力(并且至少如2％的总发动机推力)。此外，在某些示例性实施例中，次要空气流的各个方面(例如，气流、混合或排气特性)，以及因此对总推力的上述示例性百分比贡献，可以在发动机操作期间被动地调整，或者通过使用发动机控制特征(例如，燃料流量、电机功率、可变定子、可变入口导向轮叶、阀、可变排气口几何形状或流体特征)而有目的地被修改，以在广泛的潜在操作条件下调整或优化整体系统性能。
现在参考图1B，图1B是具有混合电动/液压动力系统88的发动机10的示意性横截面图。图1B的示例性实施例可以与上述关于图1A的示例性发动机10基本上相同的方式构造，相同或类似的参考数字可指相同或类似的部分。在图1B所示的实施例中，发动机10被显示为包括混合电动/液压致动系统88，其包括电动致动系统100(具有负载分担库102和电源104)和液压致动系统90(具有附件齿轮箱92(AGB 92)、工作流体泵94和流体管线96)。
这里，液压致动系统90与电动致动系统100组合，形成混合电动/液压动力系统88。利用混合电动/液压动力系统88，液压致动系统90和电动致动系统100都被构造为单独或合作地驱动发动机10的致动器58、62和66-70。例如，液压致动系统90的工作流体泵94经由流体管线96与每个致动器58、62和66-70流体连接。以这种方式，工作流体泵94被构造为向每个致动器58、62和66-70输送工作流体，以驱动每个致动器58、62和66-70的致动。在这个示例中，工作流体泵94由发动机10的AGB 92驱动。然而，在其他实施例中，工作流体泵94可以由任何其他动力源驱动，例如电源。
在一个示例中，并且更特别的，在图1B所描绘的示例中，液压致动系统90被构造为燃料输送系统的一部分。因此，对于所示的实施例，液压致动系统90进一步包括延伸到燃烧区段40以向燃烧区段40提供燃料流的燃料管线96A。在混合电动/液压动力系统88的操作期间，电动致动系统100将在至少某些操作期间向液压致动系统90提供电动增压。例如，当燃料压力下降时，混合电动/液压致动系统88可以经由电动致动系统100提供补充电力，以促进各种致动装置在第一和第二位置之间移动，尽管液压压力/燃料压力相对较低。例如，在这种情况下，混合电动/液压致动系统88可以经由电动致动系统100提供补充电力，以使致动器66(例如，可变放气阀)和/或任何其他致动器58、62、70或68的致动装置的打开速率最大化。此外，混合电动/液压致动系统88确定从哪个轴拉出动力的能力具有在中断起飞事件期间修改减速率的额外好处，这为混合电动/液压致动系统88打开例如可变放气阀或修改其他可变几何部件(例如，任何致动器58、62、66、68或70)提供了附加时间。
混合电动/液压致动系统88的附加好处是创建冗余层，防止电动致动系统100或液压致动系统90的故障。如果这两个系统中的一个发生故障，则另一个就可以接管，向致动器58、62和/或66-70提供必要的动力。在其他示例中，一个操作模式可以使电动致动系统100向致动器58、62和/或66-70提供低于100％的动力，并且使液压致动系统90向致动器58、62和/或66-70提供低于100％的动力。例如，电动致动系统100、液压致动系统90或两者都可以向致动器提供10％至90％的动力，例如25％至75％的动力。在另一个示例中，电动致动系统100和液压致动系统90中的每一个可以在不同的时间段(或在同一时间)向致动器58、62和/或66-70提供高达100％的动力。
图2A是根据本公开的另一示例性实施例的第二燃气涡轮发动机的示意性横截面图。例如，图2A中描述了根据本公开的另一示例性实施例的发动机10。图2A的示例性实施例可以与上述关于图1A-1B的示例性发动机10和电力系统100基本上相同的方式被构造，并且相同或类似的参考数字可以指相同或类似的部件。然而，正如可以理解的那样，对于图2A所示的实施例，发动机10进一步包括机舱80(具有入口82和出口84)，机舱80至少部分地周向地包围转子组件12和涡轮机30，在它们之间限定了旁路通道86。
这里，提供图2A以显示发动机10的管道式风扇布置，发动机10包括电动致动系统100。因此，具有电动致动系统100的发动机10的相同或类似特征及其相应的描述也适用于图2A所示的具有电动致动系统100的发动机10的实施例。
现在参考图2B，图2B是图2A所示的发动机10的示意性横截面图，该发动机10附加地包括混合电动/液压致动系统88，混合电动/液压致动系统88具有液压致动系统90(包括AGB 92、工作流体泵94和流体管线96)和电动致动系统100(包括负载分担库102和电源104)。图2B的示例性实施例可以与上述关于图2A描述的示例性发动机10基本上相同的方式被构造，相同或类似的参考数字可指相同或类似的部件。
在图2A和2B所示的实施例中，为发动机10显示了管道式风扇布置。与图1A和1B所示的实施例类似，液压致动系统90和/或电动致动系统100可以单独或合作使用，以便在发动机10的操作期间(例如，如在中断起飞事件期间或当压缩机排放压力肌力下降时)根据需要单独或合作地为任何致动器58、62和66-70提供动力。
现在参考图3，图3是混合电动/液压致动器300的简化示意图，并显示了电动部分302、导线304、液压部分306、入口管线308、出口管线310和致动构件312。在这个示例中，混合电动/液压致动器300可以是上述图1A-2B中提供的致动器58、62和66-70中的任何一个。因此，这里描述的实施例，即混合电动/液压致动器300的实施例，可以适用于贯穿图1A-2B描述的其他实施例。
如图3所示，混合电动/液压传动器300包括电动部分302和液压部分306。在一个示例中，电动部分302经由导线304从电动致动系统100的负载分担库102接收电力。同样，液压部分306可以分别经由入口管线308和出口管线310从工作流体泵94接收工作流体，并将工作流体输送到工作流体泵94。在混合电动/液压致动器300的操作期间，致动构件由电动部分302和液压部分306中的一个或两个驱动。
液压致动器可以由具有有限动力量的泵驱动，当供应压力降低时(例如，在燃气涡轮发动机的动力降低模式期间来自燃料泵的燃料)，该动力量可以降低。具有混合电动/液压致动器300(例如，表示致动器58、62和66-70中的任何一个)的混合电动/液压致动系统88(如图1B和2B所示)具有许多源来提取动力，以始终提供驱动发动机10的致动系统所需的动力。
然而，可以理解的是，混合电动/液压致动器300是以示意图的方式描述的，并且只是以示例的方式提供。在其他示例性实施例中，混合电动/液压致动器300可以有任何合适的构造，用于从液压系统和电源接收动力，并将接收到的这种动力转换为致动装置的移动。例如，在其他示例性实施例中，混合电动/液压致动器300可以包括联接到致动装置的液压致动器，用于使用液压压力来移动该致动装置，以及单独的电动机，该电动机单独地联接到致动装置，用于使用电力来移动致动装置。其他构造也是可以考虑的。
现在参考图4，提供了改变燃气涡轮发动机中的致动装置的位置的示例性方法400的流程图。该方法400可与上述一个或多个示例性燃气涡轮发动机，以及上述一个或多个致动装置(致动器)一起操作。
该方法400包括在(402)处向操作地联接到致动装置的致动器提供液压动力，以将致动装置从第一位置移动到第二位置。在某些示例性方面，液压系统可被并入燃料系统。在这样的示例性方面，在(402)处向致动器提供液压动力包括在(404)处向致动器提供燃料流。
方法400进一步包括在(406)处接收指示液压动力小于将致动装置从第一位置移动到第二位置所需的量的数据。在(406)处接收的数据可以是指示液压系统的压力降低的任何数据。例如，在某些示例性方面，在(406)处接收指示液压动力小于将致动装置从第一位置移动到第二位置所需的量的数据包括在(408)处接收指示降低燃气涡轮发动机的输出动力的命令的数据。该数据可以是从发动机控制器(如全权限数字发动机控制器(FADEC)，或任何其他合适的控制器)接收的数据。可替代地，该数据可以包括来自液压系统的压力数据，和/或燃气涡轮发动机的操作数据(例如，转速、操作温度和/或压力等)。
此外，或者可替代地，在(406)处接收的数据可以是指示致动装置尚未在所需时间量内移动到第二位置的数据，或者指示致动装置上的空气动力大于可从液压系统获得的动力的数据。
该方法400进一步包括在(410)处向致动器提供电力，以协助将致动装置从第一位置移动到第二位置。在(410)处向致动器提供电力可包括从电源(例如从联接到燃气涡轮发动机的发电机、电能储存单元、由除了燃气涡轮发动机以外的内燃机驱动的发电机等)向致动器提供电力。
可以理解的是，除了或代替线性或旋转运动，例如移位、旋转或枢转，改变致动装置的位置可能涉及或包括使致动装置膨胀、收缩、弯曲或变形。
本书面说明使用实例来描述本公开内容，包括最佳模式，也使本领域的任何技术人员能够实践所公开的实施例，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何纳入的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，并可包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果此类其他实例包括与权利要求书字面语言无差异的结构元素，或包括与权利要求书字面语言无实质性差异的等效结构元素，则旨在属于权利要求的范围。
进一步的方面是由以下条款的主题提供的：
一种燃气涡轮发动机致动系统，包括燃气涡轮发动机、致动装置、致动器和电源。燃气涡轮发动机包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和旋转轴。致动装置能够与压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段或其组合一起操作。致动器操作地联接到致动装置，并且包括电动致动器，电动致动器被构造为将电流转换为机械动力。电源被构造为向致动器供应电流。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机致动系统，进一步包括液压系统，并且其中，所述致动器包括能够与所述液压系统一起操作的混合液压-电动致动器。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机致动系统，其中所述液压系统是燃料输送系统。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机致动系统，进一步包括：附件齿轮箱，所述附件齿轮箱联接到所述燃气涡轮发动机，并由所述燃气涡轮发动机驱动，其中所述液压系统机械地联接到所述附件齿轮箱，并由所述附件齿轮箱驱动，所述液压系统包括：工作流体；工作流体泵，所述工作流体泵被设置为利用所述工作流体对所述液压系统加压；以及流体管线，所述流体管线与所述工作流体泵和所述致动器流体连接，并在所述工作流体泵和所述致动器之间延伸。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机致动系统，其中所述混合液压-电动致动器部分地由电力驱动，并且部分地由所述液压系统的所述工作流体驱动。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机致动系统，进一步包括联接到所述涡轮区段的发电机，其中所述电源包括所述发电机或被构造为从所述发电机接收电力。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机致动系统，进一步包括负载分担库，所述负载分担库电连接到所述致动器和所述电源，其中所述负载分担库被构造为从所述电源接收电流并向所述致动器供应所述电流。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机致动系统，进一步包括：第一发电机和第二发电机，所述第一发电机和所述第二发电机被构造为向所述负载分担库供应电力；其中，所述涡轮区段包括低压涡轮区段和高压涡轮区段；其中，所述第一发电机联接到所述低压涡轮区段，并从所述低压涡轮区段提取动力；并且其中，所述第二发电机联接到所述高压涡轮区段，并从所述高压涡轮区段提取电力。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机致动系统，其中所述致动装置包括可变放气阀、可变定子轮叶、压缩机排放压力放气阀或涡轮间隙控制系统中的至少一个。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机致动系统，其中所述电源包括与所述燃气涡轮发动机的任何旋转元件断开的外部电源。
一种用于燃气涡轮发动机的混合电动/液压致动系统，包括能够与燃气涡轮发动机的区段一起操作的致动装置、混合电动/液压致动器、液压致动系统和电动致动系统。混合电动/液压致动器操作地联接到致动装置，并且部分地由电力驱动，部分地由工作流体驱动。液压致动系统包括工作流体、设置为利用工作流体对液压致动系统加压的工作流体泵，以及与工作流体泵和混合电动/液压致动器流体连接并在工作流体泵和混合电动/液压致动器之间延伸的流体管线。电动致动系统包括电源，电源被构造为向混合电动/液压致动器供应电流。
根据这些条款中的一个或多个条款的混合电动/液压致动系统，其中所述电动致动系统进一步包括负载分担库，所述负载分担库电连接到所述致动器和所述电源，其中所述负载分担库被构造为从所述电源接收电流并向所述混合电动/液压致动器供应所述电流。
根据这些条款中的一个或多个条款的混合电动/液压致动系统，其中所述电动致动系统进一步包括发电机，所述发电机被构造为从所述燃气涡轮发动机产生电力，并将产生的电力供应给所述负载分担库。
根据这些条款中的一个或多个条款的混合电动/液压致动系统，进一步包括：其中，所述发电机包括第一发电机和第二发电机；其中，所述第一发电机联接到所述燃气涡轮发动机的低压涡轮区段，并从所述低压涡轮区段提取动力；以及其中，所述第二发电机联接到所述燃气涡轮发动机的高压涡轮区段，并从所述高压涡轮区段提取电力。
根据这些条款中的一个或多个条款的混合电动/液压致动系统，其中所述致动装置包括可变放气阀、可变定子轮叶、压缩机排放压力放气阀和涡轮间隙控制系统中的至少一个。
根据这些条款中的一个或多个条款的混合电动/液压致动系统，其中所述电源包括与所述燃气涡轮发动机的任何旋转元件断开的外部电源。
一种改变燃气涡轮发动机中的致动装置的位置的方法，包括向操作地联接到所述致动装置的致动器提供液压动力，以使所述致动装置从第一位置移动到第二位置。接收指示所述液压动力小于将所述致动装置从所述第一位置移动到所述第二位置所需的量的数据。向所述致动器提供电力，以协助将所述致动装置从所述第一位置移动到所述第二位置。根据这些条款中的一个或多个条款的方法，其中致动装置包括可变放气阀、可变定子轮叶、压缩机排放压力放气阀或涡轮间隙控制系统中的至少一个。
根据这些条款中的一个或多个条款的方法，其中向所述致动器提供液压动力包括向所述致动器提供燃料流。
根据这些条款中的一个或多个条款的方法，其中接收指示所述液压动力小于将所述致动装置从所述第一位置移动到所述第二位置所需的量的数据包括接收指示降低所述燃气涡轮发动机的输出动力的命令的数据。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机致动系统，其特征在于，包括：
燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
压缩机区段；
燃烧区段，所述燃烧区段设置成与所述压缩机区段流体连通，并位于所述压缩机区段下游；
涡轮区段，所述涡轮区段设置成与所述压缩机区段流体连通，并位于所述压缩机区段下游；以及
旋转轴，所述旋转轴沿着所述燃气涡轮发动机的中心线轴向延伸；
致动装置，所述致动装置能够与所述压缩机区段、所述燃烧区段、所述涡轮区段或其组合一起操作；
致动器，所述致动器操作地联接到所述致动装置，其中所述致动器包括电动致动器，所述电动致动器被构造为将电流转换为机械动力；以及
电源，所述电源被构造为向所述致动器提供电流。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机致动系统，其特征在于，进一步包括液压系统，并且其中，所述致动器包括能够与所述液压系统一起操作的混合液压-电动致动器。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机致动系统，其特征在于，其中所述液压系统是燃料输送系统。
4.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机致动系统，其特征在于，进一步包括：
附件齿轮箱，所述附件齿轮箱联接到所述燃气涡轮发动机，并由所述燃气涡轮发动机驱动，其中所述液压系统机械地联接到所述附件齿轮箱，并由所述附件齿轮箱驱动，所述液压系统包括：
工作流体；
工作流体泵，所述工作流体泵被设置为利用所述工作流体对所述液压系统加压；以及
流体管线，所述流体管线与所述工作流体泵和所述致动器流体连接，并在所述工作流体泵和所述致动器之间延伸。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机致动系统，其特征在于，其中所述混合液压-电动致动器部分地由电力驱动，并且部分地由所述液压系统的所述工作流体驱动。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机致动系统，其特征在于，进一步包括联接到所述涡轮区段的发电机，其中所述电源包括所述发电机或被构造为从所述发电机接收电力。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机致动系统，其特征在于，进一步包括负载分担库，所述负载分担库电连接到所述致动器和所述电源，其中所述负载分担库被构造为从所述电源接收电流并向所述致动器供应所述电流。
8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机致动系统，其特征在于，进一步包括：
第一发电机和第二发电机，所述第一发电机和所述第二发电机被构造为向所述负载分担库供应电力；
其中，所述涡轮区段包括低压涡轮区段和高压涡轮区段；
其中，所述第一发电机联接到所述低压涡轮区段，并从所述低压涡轮区段提取动力；并且
其中，所述第二发电机联接到所述高压涡轮区段，并从所述高压涡轮区段提取电力。
9.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机致动系统，其特征在于，其中所述致动装置包括可变放气阀、可变定子轮叶、压缩机排放压力放气阀或涡轮间隙控制系统中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机致动系统，其特征在于，其中所述电源包括与所述燃气涡轮发动机的任何旋转元件断开的外部电源。
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