CN115680881A - 双循环中冷发动机架构 - Google Patents

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Abstract

一种燃气涡轮发动机包括主气体路径，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：主空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述主空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮，所述涡轮流体地连接到所述燃烧器的出口。所述涡轮可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机。涡轮冷却空气导管从所述涡轮冷却空气导管的空气入口延伸到所述涡轮冷却空气导管的空气出口。

Description

双循环中冷发动机架构
技术领域
本公开总体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及具有中冷的燃气涡轮发动机。现有技术总是需要对航空航天‎工业中的发动机架构进行改进。
‎发明内容
在本公开的一个方面，提供了一种燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机包括：主气体路径，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮区段，所述涡轮区段流体地连接到所述燃烧器区段的出口。所述涡轮区段可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机；并且输出轴可操作地连接到所述涡轮区段以由所述涡轮区段驱动。在某些实施方案中，所述燃气涡轮发动机包括：热交换器，所述热交换器具有流体地连接到所述主气体路径的气体导管和与所述气体导管流体隔离并且与所述气体导管热连通的流体导管，所述流体导管具有液态氢入口和流体地连接到所述液态氢入口的气态氢出口。
在某些实施方案中，所述燃气涡轮发动机包括膨胀涡轮，所述膨胀涡轮具有流体地连接到所述气态氢出口的气体入口和流体地连接到所述气体入口的气体出口，所述膨胀涡轮的所述气体出口流体地连接到所述燃烧器。在某些实施方案中，所述压缩机具有多个压缩机区段，并且所述热交换器的所述气体导管在位于所述多个压缩机区段中的相邻压缩机区段之间的位置处流体地连接到所述主气体路径。
在某些实施方案中，液态氢泵流体地连接到所述热交换器的液态氢入口并且能够操作来将液态氢供应到所述热交换器的所述液态氢入口。在某些实施方案中，所述燃气涡轮发动机可包括以下中的一者或两者：气态氢蓄积器，所述气态氢蓄积器相对于氢流位于所述热交换器的下游，使得所述气态氢蓄积器位于所述热交换器与所述燃烧器之间；以及气态氢计量器，所述气态氢计量器相对于氢流位于所述气态氢蓄积器的下游以用于控制到所述燃烧器的氢气的流量，使得所述气态氢计量器位于所述蓄积器与所述燃烧器之间。
在某些实施方案中，所述膨胀涡轮可操作地连接到所述输出轴以与所述涡轮区段并行地驱动所述输出轴。在某些实施方案中，所述燃气涡轮发动机包括齿轮箱，其中所述齿轮箱可操作地连接到由所述燃气涡轮发动机的涡轮区段驱动的主轴。所述齿轮箱还可包括由来自所述涡轮区段和所述膨胀涡轮的组合动力驱动的输出轴。在某些实施方案中，氢膨胀涡轮的出口与燃烧器流体连通，以向燃烧器提供燃烧器就绪氢气并且向齿轮箱添加另外的旋转动力。
在某些实施方案中，膨胀涡轮可操作地连接到以下中的一者或两者：电力发电机，以驱动电力发电机；以及辅助空气压缩机，以驱动辅助空气压缩机。
在某些实施方案中，控制器可操作地连接到气态氢计量器和位于齿轮箱、氢膨胀涡轮和/或涡轮区段中的任一者中的至少一个传感器，所述控制器可包括机器可读指令，所述机器可读指令致使所述控制器接收用于命令动力的输入，接收来自齿轮箱、氢膨胀涡轮和/或涡轮区段中的至少一者的输入，经由气态氢计量器调整气态氢的流量以实现命令动力。
在本公开的另一方面，提供了‎一种主气体路径，其具有流体串联连通的以下各项：空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮区段，所述涡轮区段流体地连接到所述燃烧器的出口，所述涡轮区段可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机，其中所述压缩机具有多个压缩机区段。输出轴可操作地连接到涡轮区段以由涡轮区段驱动。燃气涡轮发动机包括：热交换器，所述热交换器具有流体地连接到主气体路径的气体导管以及与气体导管流体隔离并且与气体导管热连通的流体导管，流体导管具有液态氢入口和流体地连接到液态氢入口的气态氢出口，其中并且热交换器的气体导管在位于多个压缩机区段中的相邻压缩机区段之间的位置处流体地连接到主气体路径。在某些实施方案中，压缩机、燃烧器和涡轮区段是以下中的一者的一部分：燃气涡轮发动机、往复式热力发动机和旋转热力发动机。
在某些实施方案中，液态氢泵与热交换器的液态氢入口流体连通，其中燃烧器也流体连通以相对于氢流在热交换器的下游接收氢气以用于氢气和空气的燃烧。
在某些实施方案中，燃气涡轮发动机包括：氢膨胀涡轮，所述氢膨胀涡轮流体连通以从热交换器的气态氢出口接收氢气，膨胀涡轮包括可旋转部件，所述可旋转部件可操作地连接到膨胀涡轮以通过膨胀涡轮‎的‎旋转而旋转，其中可旋转部件也可操作地连接到齿轮箱。在某些实施方案中，氢膨胀涡轮的出口与燃烧器流体连通，以向燃烧器提供燃烧器就绪氢气并且向齿轮箱添加另外的旋转动力。
在某些实施方案中，燃气涡轮发动机包括：气态氢蓄积器，所述气态氢蓄积器相对于氢流位于热交换器的下游，其中气态氢蓄积器位于热交换器与燃烧器之间。在某些实施方案中，燃气涡轮发动机包括：气态氢计量器，所述气态氢计量器相对于氢流位于气态氢蓄积器的下游以用于控制到燃烧器的氢气的流量，其中气态氢计量器位于蓄积器与燃烧器之间。
在本公开的又一方面，‎提供了一种操作飞行器的方法。所述方法包括：将液态氢流膨胀为气态氢流；从所述气态氢流提取动能以使所述飞行器的可旋转部件旋转；在所述提取之后，在所述飞行器的燃气涡轮发动机的燃烧器中燃烧所述气态氢流。在某些实施方案中，使用可旋转部件的旋转生成以下中的一者或两者：推力和电力。
在实施方案中，所述方法包括：利用位于所述热交换器下游的氢膨胀涡轮从气态氢流提取动力。在某些实施方案中，所述方法包括：将来自膨胀涡轮的动力与来自由涡轮区段驱动的主轴的动力组合以驱动输出轴。在某些实施方案中，所述方法包括：接收来自齿轮箱、氢膨胀涡轮和/或涡轮区段中的至少一者的输入；以及向气态氢计量器输出命令以在输出轴处实现命令动力输出。
在某些实施方案中，所述方法包括：将燃气涡轮发动机改造成具有双循环中冷架构。在某些此类实施方案中，改造可包括：引入液态氢供应源；将热交换器引入到位于第一级压缩机与第二级压缩机之间的管道；在热交换器与第二级压缩机之间引入气态氢蓄积器和气态氢计量器；以及在热交换器与气态氢蓄积器之间引入膨胀涡轮，所述膨胀涡轮可操作地连接到齿轮箱。在某些此类实施方案中，改造还可包括：经由第一管线中的液态氢泵将液态氢供应源连接到热交换器；经由第二管线将热交换器连接到膨胀涡轮；以及经由第三管线将膨胀涡轮连接到第二级压缩机，其中气态氢蓄积器和气态氢计量器设置在第三管线中。
在本公开的又一方面，提供了‎一种燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机包括主气体路径，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：主空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述主空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮，所述涡轮流体地连接到所述燃烧器的出口。所述涡轮可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机。
涡轮冷却空气导管从涡轮冷却空气导管的空气入口延伸到涡轮冷却空气导管的空气出口。上游入口在所述压缩机下游和所述燃烧器的燃烧室上游的位置处与所述主气体路径流体连通地连接。出口连接到涡轮区段以用于使用来自压缩机的通过涡轮冷却空气路径传送的空气冷却涡轮区段。
涡轮冷却空气导管部分地由热交换器的空气导管限定，所述热交换器具有与空气导管流体隔离并且与空气导管热连通的流体导管。流体导管从流体导管的氢入口延伸到流体导管的氢出口，氢入口流体地连接到氢源，并且氢出口流体地连接到燃烧器。
压缩机区段流体地连接到主空气入口并且包括多个压缩机级。涡轮区段流体地连接到燃烧器的出口并且可操作地连接到压缩机区段以驱动压缩机区段。涡轮区段包括多个涡轮级，其中压缩机是多个压缩机级中的一个压缩机级，涡轮是多个涡轮级中的一个涡轮级，并且涡轮冷却空气路径的空气入口流体地位于多个压缩机级中的至少一个压缩机级的下游。
在某些实施方案中，涡轮冷却空气路径的空气入口流体地位于所述多个压缩机级中的所有压缩机级的下游。在某些此类实施方案中，涡轮冷却空气路径的空气出口流体地位于所述多个涡轮级中的所有涡轮级的上游。在实施方案中，热交换器是下游热交换器并且主气体路径部分地由在主气体路径中的位于多个压缩机级中的相邻压缩机级之间的位置处的上游热交换器的空气导管限定。上游热交换器具有与上游热交换器的空气导管流体隔离并且与上游热交换器的空气导管热连通的流体导管。下游热交换器的流体导管经由上游热交换器的流体导管流体地连接到氢源。
在实施方案中，燃烧器经由氢导管流体地连接到氢源，所述氢导管部分地由上游热交换器和下游热交换器的流体导管以及由能够操作来将氢从氢源移动到燃烧器的泵限定。氢源是液态氢源，所述液态氢源能够操作来向上游热交换器的流体导管提供液态氢供应，并且泵是设置在氢导管中的流体地位于上游热交换器的流体导管上游的位置处的液态氢泵。
在某些实施方案中，上游热交换器和下游热交换器以及液态氢泵的尺寸被设定成将大部分的液态氢供应转化为气态氢供应。在某些实施方案中，上游热交换器和下游热交换器以及液态氢泵的尺寸被设定成将按体积计90%-100%的液态氢供应转化为气态氢供应。
在实施方案中，所述氢导管部分地由在所述氢导管中的流体地位于所述上游热交换器和所述下游热交换器的所述流体导管下游的位置处的膨胀涡轮限定。在实施方案中，所述氢导管部分地由在所述氢导管中的流体地位于所述上游热交换器和所述下游热交换器的所述流体导管下游的位置处的气态氢蓄积器限定。在实施方案中，所述气态氢蓄积器在所述氢导管中流体地位于所述膨胀涡轮的下游。
在某些实施方案中，所述膨胀涡轮可操作地连接到所述燃气涡轮发动机的可旋转部件以驱动所述可旋转部件。在某些实施方案中，所述可旋转部件是以下中的一者：输出轴、减速齿轮箱和附件齿轮箱。在某些此类实施方案中，所述膨胀涡轮的所述可旋转部件可操作地连接到所述输出轴以与所述涡轮区段并行地驱动所述输出轴，并且所述齿轮箱可操作地连接到由所述涡轮区段驱动的主轴，所述齿轮箱具有由来自所述涡轮区段和所述膨胀涡轮的组合动力驱动的输出轴。
在本公开的又一方面，提供了‎一种操作飞行器中的如所述的发动机的方法。所述方法包括：利用压缩机排出空气加热上游热交换器中的气态氢流；使气态氢流通过压缩机到达位于所述上游热交换器下游的下游热交换器；从来自所述下游热交换器的气态氢流提取动能以使所述飞行器的可旋转部件旋转；在所述提取之后，利用压缩机排出空气在所述飞行器的所述燃气涡轮发动机的燃烧器中燃烧所述气态氢流；以及利用来自所述下游热交换器的空气冷却所述燃气涡轮发动机的涡轮区段。
在实施方案中，所述方法还包括：将液态氢流在相对于氢流位于第二下游交换器上游的上游热交换器中膨胀为气态氢流；压缩来自所述上游热交换器的冷却空气，其中使液态氢膨胀为气态氢包括冷却来自第一压缩机级的压缩空气，以及利用来自第二压缩机级的压缩空气向所述下游热交换器供应热量。在实施方案中，所述方法还包括：使用所述可旋转部件的旋转生成以下中的一者或两者：推力和电力。在本公开的又一方面，提供了‎一种飞行器的燃气涡轮发动机。所述发动机包括：主气体路径，所述主气体路径具有用于将主空气入口、压缩机、燃烧器和涡轮流体地串联连通的装置，所述涡轮可操作地连接到压缩机以驱动压缩机。涡轮冷却空气导管从涡轮冷却空气导管的空气入口延伸到涡轮冷却空气导管的空气出口。所述发动机包括：用于在压缩机下游和燃烧器的燃烧室上游的位置处将主气体路径连接到燃烧器的装置；以及用于使用来自压缩机的通过涡轮冷却空气路径传送的空气冷却涡轮区段的装置。
涡轮冷却空气导管部分地由热交换器的空气导管限定，所述热交换器具有与空气导管流体隔离并且与空气导管热连通的流体导管，所述流体导管从所述流体导管的氢入口延伸到所述流体导管的氢出口，氢入口流体地连接到氢源，氢出口流体地连接到燃烧器。
本主题公开的系统和方法的这些和其他特征对于本领域的技术人员来说从以下结合附图的详细描述变得更容易显而易见。
附图说明
因此，本公开相关领域的技术人员将易于理解如何在无需过度实验的情况下制作和使用本公开的设备和方法，下文将参考特定附图详细描述本公开的实施方案，其中：
图1是根据本公开的飞行器的实施方案的示意图；
图2是根据本公开构造的燃气涡轮发动机的实施方案的示意图，示出了双循环中冷发动机架构；并且
图3是根据本公开构造的燃气涡轮发动机的另一个实施方案的示意图，示出了另一种双循环中冷发动机架构。
具体实施方式
现在将参考附图，其中相似的附图标记标识本公开的类似结构特征或方面。 为了解释和说明而非限制的目的，在图1中示出根据本公开的系统的实施方案的局部视图并且大体上以附图标记100对其进行标注。本公开的其他实施方案和/或方面在图2至图3中示出。本文所述的系统和方法可用于提高发动机效率，减少碳排放并且提高动力重量比。
传统上，烃燃料用于给燃气涡轮发动机提供动力，然而，可以将多种燃料(例如，纯氢、非烃燃料或混合物)用于布雷顿循环的燃烧部分。‎当氢用作燃料时，可以在于排气中具有很少或没有污染物的情况下操作燃气涡轮发动机。‎‎此外，如本文所述和设想，当使用氢燃料时，各种中冷/蒸发装置也是可能的。 作为非限制性示例，此类中冷/蒸发装置可包括位于发动机入口中的原位预冷器或位于轴向压缩机之间的轴向中冷器。
在某些实施方案中，参考图1，飞行器1可包括发动机100，其中发动机可以是(例如，为飞行器1产生推力的)推进式能量发动机或非推进式能量发动机；以及燃料系统100。‎‎如本文所述，发动机100是涡轮风扇发动机，但是本技术同样可与其他发动机类型一起使用。‎发动机100包括压缩机区段102，所述压缩机区段在主气体路径106中具有压缩机104以将压缩空气供应到飞行器发动机100的燃烧器108，主气体路径106包括流体地串联的燃烧器108和用于将流体分配到燃烧器108的喷嘴歧管110。‎‎
现在参考图2，主气体路径106包括流体串联连通的以下各项：空气入口112；压缩机104，所述压缩机流体地连接到空气入口112；燃烧器108，所述燃烧器流体地连接到压缩机104的出口114；以及涡轮区段116，所述涡轮区段流体地连接到燃烧器108的出口118，涡轮区段116机械地连接到压缩机104以驱动压缩机104。‎‎‎‎
主输出轴120可操作地连接到涡轮区段116以由涡轮区段116驱动。热交换器122流体地连接在液态氢供应源124与压缩机104之间。‎空气导管126流体地连接到主气体路径106。运载来自液态氢供应源124的液态氢的流体导管128与热交换器122内的空气导管126热连通，但与空气导管126流体地隔离。‎
流体导管128具有液态氢入口130和流体地连接到液态氢入口130的气态氢出口132。‎液态氢泵133流体地连接到热交换器122的液态氢入口130并且可操作来向液态氢入口130供应液态氢。‎‎ 设想可使用任何合适的液态氢供应源，例如，液态氢可使用安装在附件垫上(例如，发动机附件齿轮箱上)的液态氢泵133从飞行器低温储罐131泵送，或者泵133可通过其他手段外部地驱动。
具有气体入口136的膨胀涡轮134流体地连接到气态氢出口132，并且气体出口138流体地连接到气体入口136，其中膨胀涡轮134的气体出口138经由导管139流体地连接到燃烧器108。‎‎‎
在某些实施方案中，压缩机104包括第一级(例如，低压)压缩机140和第二级(例如，高压)压缩机142。第二级压缩机142通过级间管道144与第一级压缩机140流体连通。 热交换器122流体地连接到位于相邻的第一级压缩机140与第二级压缩机142之间的主气体路径106，使得级间管道144形成通过热交换器122的压缩机空气导管。例如，来自第一级压缩机140的热压缩空气通过导管126到达第二级压缩机142，其中热量在热交换器122中进行交换，使得流体导管128中的液态氢蒸发成气态氢。这种热交换具有将液态氢119转化为气态氢121以用作燃烧器108中的燃料，并且同时还冷却压缩机104的空气入口112，从而提高发动机效率的双重目的。氢(119、121)和压缩机空气在热交换器122中的整个它们相应的通道(导管126、138)中彼此流体隔离以避免空气和氢在热交换器122中混合，但彼此处于热连通以用于在热交换器122中在氢和压缩机空气之间进行热交换。
氢膨胀涡轮134相对于氢流(119、121)定位在热交换器122的下游和燃烧器108的上游。膨胀涡轮134的可旋转元件(例如，涡轮轴146)可操作地连接到齿轮箱148 (例如，用于螺旋桨的减速齿轮箱、附件齿轮箱等)以将另外的旋转动力输入到齿轮箱128。更具体地，膨胀涡轮轴146与齿轮箱148中的至少一个齿轮150啮合，使得当液态氢119转化为气态状态121时，来自膨胀气体的动力通过膨胀涡轮134提取，从而驱动膨胀涡轮134，向齿轮箱148添加另外的旋转动力。例如，膨胀涡轮134可操作地连接到主轴120 (例如，经由齿轮箱148和输出轴151)以与涡轮区段116并行地驱动主轴120。‎ 以这种方式，主轴120由来自涡轮区段116和膨胀涡轮134的组合动力驱动。‎ 在某些实施方案中，氢膨胀涡轮134可以可操作地连接到如下中的一者或两者：电力发电机152，以驱动电力发电机152；以及辅助空气压缩机154，以驱动辅助空气压缩机154。‎‎‎
在某些实施方案中，气态氢蓄积器156相对于氢流在导管139中设置在热交换器122下游，其中气态氢蓄积器156位于热交换器122与燃烧器108之间。‎‎ 气态氢计量器158相对于氢流在气态氢蓄积器156下游设置在导管139中以用于控制到燃烧器108的氢气的流量，气态氢计量器158位于蓄积器156与燃烧器108之间。‎在气态氢121被蒸发并且通过膨胀涡轮134提取之后，所膨胀的低压气态氢121被收集并储存在气态氢蓄积器156中，并且然后被调节到它然后可被计量的压力(例如，经由计量器158)，以向燃烧器‎108提供燃烧器就绪氢气。‎‎
在某些实施方案中，控制器160可操作地连接到气态氢计量器158和包括在齿轮箱148、氢膨胀涡轮134和/或涡轮区段116中的任一者中的至少一个传感器。控制器160可包括机器可读指令，所述机器可读指令致使控制器接收用于命令动力的输入145，接收来自齿轮箱128、氢膨胀涡轮134和/或涡轮区段136中的至少一者的输入147，并且经由气态氢计量器158调整气态氢121的流量，以基于由控制器160接收的输入(例如，信号161、162、163、164)实现命令动力。在实施方案中，控制器160可另外接收来自压缩机压力的输入(例如，在蓄积器156上游的P3压力)和来自位于压缩机压力下游的蓄积器156的输入。
在本公开的又一方面，提供了一种方法。‎ 例如，控制器160可包括可操作来执行所述方法的机器可读指令。所述方法包括：将液态氢119供应到热交换器122；以及利用供应到热交换器122的热量将液态氢119膨胀为气态氢121；利用来自第一级压缩机140的压缩空气将热量供应到热交换器122，其中将液态氢119膨胀为气态氢121包括冷却来自第一级压缩机140的压缩空气，压缩来自热交换器122的冷却空气，以及利用压缩的冷却空气在燃烧器108中燃烧气态氢121。
在实施方案中，该方法包括：利用位于热交换器122下游的氢膨胀涡轮134从气态氢121流提取动力。在某些实施方案中，所述方法包括：将来自膨胀涡轮134的动力与来自由涡轮区段116驱动以驱动输出轴151的主轴120的动力组合，例如以生成推力和/或电力。在某些实施方案中，所述方法包括：接收来自齿轮箱148、氢膨胀涡轮134和/或涡轮区段116中的至少一者的输入(例如，信号161、162、163、164)；以及向气态氢计量器158输出调整到燃烧器108的气态氢121的流量的命令165，以在输出轴151处实现命令动力输出。
设想如本文所述的双循环中冷架构可以在现有的常规燃气涡轮发动机上进行改造。例如，液态氢供应源124、热交换器122、气态氢蓄积器156、气态氢计量器158、位于热交换器122与气态氢蓄积器156之间的膨胀涡轮134中的任何一者或全部可被引入现有涡轮发动机中。系统然后可按如下连接：经由第一管线(例如流体导管128)中的液态氢泵133将液态氢供应源124连接到热交换器122，经由第二管线(例如，导管139的上游部分)将热交换器122连接到膨胀涡轮134，并且经由第三管线(例如，导管139的下游部分)将膨胀涡轮134连接到燃烧器，其中气态氢蓄积器156和气态氢计量器158设置在第三管线中。
这种架构与其他中冷或膨胀涡轮发动机的不同之处在于它组合了通过利用冷液态氢进行冷却和膨胀得到的若干发动机改进。如上所述和如图所示，本公开的方法和系统通过中冷提供改进的发动机效率。另外，包括膨胀涡轮允许更小的发动机，而无需牺牲动力输出，因此提高动力重量比。碳排放也可被减少或消除。最后，这种布置在紧凑型封装方面实现了这些改进，该紧凑型封装将适合(例如，用于涡轮螺旋桨发动机的)现有短舱放样线，从而最小化阻力。
在本公开的又一方面，提供了‎另一种燃气涡轮发动机300。在某些实施方案中，例如如图3所提供，发动机300可与燃气涡轮发动机100具有类似架构。为简洁起见，对上文已经描述过的共同元件的描述不再重复。
对于发动机300，主气体路径106具有流体串联连通的以下各项：主空气入口112；压缩机104，所述压缩机经由空气导管370流体地连接到主空气入口112；燃烧器108，所述燃烧器流体地连接到压缩机104的出口114；以及涡轮116，所述涡轮流体地连接到燃烧器108的出口118，其中涡轮116可操作地连接到压缩机104以驱动压缩机104。在一些实施方案中，诸如图3所示，涡轮区段包括多个涡轮级和多个压缩机级。设想发动机300可以是单个压缩机、单个涡轮发动机，其中压缩机104和涡轮116各自具有单个级。还设想发动机300可包括压缩机104和涡轮116中的每一个的多个级，如图所示，其中可存在任何数量和类型的级。‎例如，如图所示，压缩机级140、142如图所示是离心的，然而，可存在其中一个级可以是离心的，之后是轴流级的实施方案，例如，实施方案可包括全部是轴流级的。‎在本文设想任何合适数量和组合的级。‎
在实施方案中，燃烧器108经由氢导管139流体地连接到氢源124，所述氢导管部分地由上游热交换器122和下游热交换器322的流体导管128、328限定。泵133可操作来将氢119从氢源124移动通过上游热交换器122和下游热交换器322，并最终到达燃烧器108。在某些实施方案中，氢源124是液态氢119源，所述液态氢源可操作来向上游热交换器122和下游热交换器322的流体导管128、328提供液态氢119供应。 泵131是液态氢泵，所述液态氢泵设置在氢导管129中的流体地位于上游热交换器122和下游热交换器322的流体导管128、328上游的位置处。在某些实施方案中，泵133可由可操作地连接到泵133的电源178驱动。
上游热交换器122的流体导管128与上游第一热交换器122的空气导管126流体隔离并且与空气导管126热连通。流体导管128从氢入口130延伸到氢出口138，氢入口130流体地连接到氢源124，并且氢出口138流体地连接到流体导管328。下游热交换器322的流体导管328与下游热交换器322的空气导管326流体隔离并且与空气导管326热连通。流体导管328从氢入口130延伸到氢出口338 (例如，下游热交换器322的流体导管338经由上游热交换器122的流体导管128流体地连接到氢源124)。
为了易于理解并且并非出于限制目的，氢流将被描述为它从氢源124移动到燃烧器108。液态氢通过氢泵133移动到上游热交换器122的流体导管128，在所述流体导管中液态氢首次膨胀为气态氢121。接着，气态氢121移动通过到达下游热交换器322的流体导管328，在所述流体导管中它进一步膨胀，并且然后通过导管139移动到膨胀涡轮134。气态氢121驱动膨胀涡轮134的旋转，并且然后通过导管139移动到蓄积器156，其中它被保持在蓄积器156中直到它被命令(例如，经由控制器160)释放到燃烧器108为止。氢119、121通过与空气导管370中的热压缩机空气热连通而在上游热交换器122和下游热交换器322中膨胀，如下所述。
在某些实施方案中，上游热交换器122和下游热交换器322以及液态氢泵133的尺寸被设定成将大部分的液态氢119供应转化为气态氢121供应。在某些实施方案中，上游热交换器122和下游热交换器322以及液态氢泵133的尺寸被设定成将按体积计90%-100%的液态氢119供应转化为气态氢121供应。例如，泵133的供应速率(例如，流速)和热交换器122、322的热传递速率针对特定应用和发动机的尺寸进行选择，使得提供所要求保护的功能，其中例如可使用常规工程原理完成对泵和热交换器的尺寸设定和/或选择。‎‎‎
在实施方案中，氢导管139部分地由在氢导管139中的流体地位于上游热交换器122和下游热交换器322的流体导管128、328下游的位置处的膨胀涡轮134限定。在实施方案中，氢导管139部分地由在氢导管139中的流体地位于上游热交换器122和下游热交换器322的流体导管128、328下游和膨胀涡轮134下游的位置处的气态氢蓄积器156限定。
空气导管370的主空气入口112与流体地位于压缩机104的至少一个压缩机级的下游和燃烧器108的上游的主气体路径106流体连通地连接。空气出口114连接到涡轮区段116以用于使用来自压缩机104的通过涡轮冷却空气导管372传送的空气冷却涡轮区段116。当空气通过第一压缩机级140时，空气被加热，之后通过上游热交换器122的空气导管126。所述热压缩机空气加热上游热交换器122中的液态氢119，从而使氢膨胀给定量。所述给定量可足以给膨胀涡轮134提供动力并且可足以用于燃烧，然而，仍然存在额外膨胀的可能。因此，当空气通过空气导管370并且进一步通过压缩机级(例如，级142)时，所述进一步压缩和加热的空气然后移动通过下游热交换器322的空气导管326，从而使流体导管中的氢完全或几乎完全地膨胀为气态氢121。同时，空气导管370和326中的热压缩机空气然后被氢119、121冷却，使得上游热交换器122和下游热交换器322的空气导管126、326中的空气可用于冷却涡轮部件(例如，经由涡轮冷却空气导管372)。
以此方式，涡轮冷却空气导管372从涡轮冷却空气导管的空气入口374延伸到涡轮冷却空气导管372的空气出口376。出口376可与压缩机出口114相同，或者可以是与出口114不同的出口。在所述配置中，涡轮冷却空气导管372部分地由第一热交换器322的空气导管326限定，并且主气体路径106的空气导管370因此部分地由在主气体路径中的位于多个压缩机级140、142中的相邻压缩机级之间的位置处的第二热交换器122 的空气导管126限定。如图所示，涡轮冷却空气导管372的空气入口374流体地位于所有压缩机级140、142的下游。
在本公开的又一方面，提供了一种操作飞行器1中的发动机300的方法。所述方法包括：利用压缩机排出空气加热上游热交换器122中的气态氢121流；使气态氢121流通过压缩机104到达位于上游热交换器122下游的下游热交换器322；从来自下游热交换器322的气态氢121流提取动能以使飞行器1的可旋转部件120旋转。在提取之后，利用压缩机排出空气在飞行器1的燃气涡轮发动机300的燃烧器108中燃烧气态氢121流；以及利用来自下游热交换器322的空气冷却燃气涡轮发动机300的涡轮区段116。
在实施方案中，所述方法还包括：将液态氢119流在相对于氢流位于下游热交换器322上游的上游热交换器122中膨胀为气态氢121流；压缩来自第二热交换器122的冷却空气，其中使液态氢119膨胀为气态氢121包括冷却来自第一压缩机级140的压缩空气，以及利用来自第二压缩机级142的压缩空气向下游热交换器322供应热量。在实施方案中，所述方法还包括：使用可旋转部件120的旋转生成以下中的一者或两者：推力和电力。
虽然已经示出并描述了本公开的装备和方法，但是本领域技术人员将很容易理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行改变和/或修改。
例如，同样设想本技术的以下特定实施方案，如本文接着通过条款描述的。‎‎
条款1. 一种燃气涡轮发动机(100)，其包括：
主气体路径(106)，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：空气入口(112)；压缩机(104)，所述压缩机流体地连接到所述空气入口；燃烧器(108)，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口(114)；以及涡轮区段(116)，所述涡轮区段流体地连接到燃烧器区段的出口(118)，所述涡轮区段可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机；
输出轴(151)，所述输出轴可操作地连接到所述涡轮区段以由所述涡轮区段驱动；
热交换器(122)，所述热交换器具有：
空气导管(126)，所述空气导管流体地连接到主气体路径，以及
流体导管(128)，所述流体导管与所述气体导管流体隔离并且与所述气体导管热连通，所述流体导管具有液态氢入口(128)和流体地连接到所述液态氢入口的气态氢出口(132)；
膨胀涡轮(134)，所述膨胀涡轮具有流体地连接到所述气态氢出口的气体入口(136)和流体地连接到所述气体入口的气体出口(138)，所述膨胀涡轮的所述气体出口流体地连接到所述燃烧器。
条款2. 如条款1所述的燃气涡轮发动机，其还包括：液态氢泵(133)，所述液态氢泵流体地连接到所述热交换器的所述液态氢入口并且能够操作来将液态氢供应到所述热交换器的所述液态氢入口。
条款3. 如条款1所述的燃气涡轮发动机，其还包括以下中的一者或两者：
气态氢蓄积器(156)，所述气态氢蓄积器相对于氢流位于所述热交换器的下游，其中所述气态氢蓄积器位于所述热交换器与所述燃烧器之间；以及
气态氢计量器(158)，所述气态氢计量器相对于氢流位于所述气态氢蓄积器的下游以用于控制到所述燃烧器的氢气的流量，其中所述气态氢计量器位于所述蓄积器与所述燃烧器之间。
条款4. 如条款1所述的燃气涡轮发动机，其中所述膨胀涡轮可操作地连接到所述输出轴以与所述涡轮区段并行地驱动所述输出轴。
条款5. 如条款4所述的燃气涡轮发动机，其还包括：齿轮箱(148)，并且其中所述齿轮箱可操作地连接到由所述燃气涡轮发动机的所述涡轮区段驱动的主轴(120)，其中所述齿轮箱还包括由来自所述涡轮区段和所述膨胀涡轮的组合动力驱动的输出轴(151)。
条款6. 如条款5所述的燃气涡轮发动机，其中所述膨胀涡轮可操作地连接到以下中的一者或两者：电力发电机(152)，以驱动所述电力发电机；以及辅助空气压缩机(154)，以驱动所述辅助空气压缩机。
条款7. 如条款1所述的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机具有多个压缩机区段，并且所述热交换器的所述气体导管在位于所述多个压缩机区段中的相邻压缩机区段之间的位置处流体地连接到所述主气体路径，所述燃气涡轮发动机还包括：
气态氢蓄积器，所述气态氢蓄积器相对于氢流位于所述热交换器的下游，其中所述气态氢蓄积器位于所述热交换器与所述燃烧器之间；
气态氢计量器，所述气态氢计量器相对于氢流位于所述气态氢蓄积器的下游以用于控制到所述燃烧器的氢气的流量，其中所述气态氢计量器位于所述蓄积器与所述燃烧器之间；以及
氢膨胀涡轮，所述氢膨胀涡轮相对于氢流位于所述热交换器的下游和所述燃烧器的上游，其中所述氢膨胀涡轮的涡轮轴可操作地连接到齿轮箱。
条款8. 如条款7所述的燃气涡轮发动机，其中所述氢膨胀涡轮的出口与所述燃烧器流体连通以向所述燃烧器提供燃烧器就绪氢气并且向所述齿轮箱添加另外的旋转动力，其中所述齿轮箱可操作地连接到由所述燃气涡轮发动机的所述涡轮区段驱动的主轴，其中所述齿轮箱还包括由来自所述涡轮区段和所述膨胀涡轮的组合动力驱动的输出轴。
条款9. 如条款8所述的燃气涡轮发动机，其还包括：控制器(160)，所述控制器可操作地连接到所述气态氢计量器和位于所述齿轮箱、所述氢膨胀涡轮和/或所述涡轮区段中的任一者中的至少一个传感器，其中所述控制器包括机器可读指令，所述机器可读指令致使所述控制器：
接收用于命令动力的输入；
接收来自所述齿轮箱、所述氢膨胀涡轮和/或所述涡轮区段中的至少一者的输入；
接收来自压缩机压力的输入；
接收来自蓄积器下游压力的输入；并且
经由所述气态氢计量器调整气态氢的流量以达到所述命令动力。
条款10. 一种燃气涡轮发动机(100)，其包括：
主气体路径(106)，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：空气入口(112)；压缩机(104)，所述压缩机流体地连接到所述空气入口；燃烧器(108)，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口(114)；以及涡轮区段(116)，所述涡轮区段流体地连接到所述燃烧器的出口(118)，所述涡轮区段可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机，其中所述压缩机具有多个压缩机区段；
输出轴(151)，所述输出轴可操作地连接到所述涡轮区段以由所述涡轮区段驱动；
热交换器(122)，所述热交换器具有：
空气导管(126)，所述空气导管流体地连接到所述主气体路径，以及
流体导管(128)，所述流体导管与气体导管流体隔离并且与所述气体导管热连通，所述流体导管具有液态氢入口(130)和流体地连接到所述液态氢入口的气态氢出口(132)，
其中所述热交换器的所述气体导管在位于所述多个压缩机区段中的相邻压缩机区段之间的位置处流体地连接到所述主气体路径。
条款11. 如条款10所述的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机、所述燃烧器和所述涡轮区段是以下中的一者的一部分：燃气涡轮发动机、往复式热力发动机和旋转式热力发动机。
条款12. 如条款10所述的燃气涡轮发动机，其还包括：液态氢泵，所述液态氢泵与所述热交换器的所述液态氢入口流体连通；并且其中所述燃烧器也流体连通以相对于氢流位于所述热交换器下游接收氢气以用于燃烧氢气和空气。
条款13. 如条款10或11所述的燃气涡轮发动机，其还包括：氢膨胀涡轮，所述氢膨胀涡轮流体连通以从所述热交换器的所述气态氢出口接收氢气，所述膨胀涡轮包括可旋转部件，所述可旋转部件可操作地连接到所述膨胀涡轮以通过所述膨胀涡轮的旋转而旋转，其中所述可旋转部件也可操作地连接到齿轮箱。‎‎
条款14. 如条款13所述的燃气涡轮发动机，其中所述氢膨胀涡轮的出口与所述燃烧器流体连通，以向所述燃烧器提供燃烧器就绪氢气，并且向所述齿轮箱添加另外的旋转动力。
条款15. 如条款10所述的燃气涡轮发动机，其还包括：
气态氢蓄积器(156)，所述气态氢蓄积器相对于氢流位于所述热交换器的下游，其中所述气态氢蓄积器位于所述热交换器与所述燃烧器之间；以及
气态氢计量器(158)，所述气态氢计量器相对于氢流位于所述气态氢蓄积器的下游以用于控制到所述燃烧器的氢气的流量，其中所述气态氢计量器位于所述蓄积器与所述燃烧器之间。
条款16. 一种操作飞行器的方法，其包括：
将液态氢流膨胀为气态氢流；
从所述气态氢流提取动能以使所述飞行器的可旋转部件旋转；以及
在所述提取之后，在所述飞行器的燃气涡轮发动机(100)的燃烧器中燃烧所述气态氢流，利用来自第一级压缩机(140)的压缩空气向热交换器(122)供应热量，其中使所述液态氢膨胀为气态氢包括冷却来自所述第一级压缩机的压缩空气；
压缩来自所述热交换器的冷却空气；以及
燃烧所压缩的冷却空气中的所述气态氢。
条款17. 如条款16所述的方法，其还包括：使用所述可旋转部件的旋转生成以下中的一者或两者：推力和电力。
条款18. 如条款16所述的方法，其中所述部件是所述燃气涡轮发动机的涡轮(116)，并且所述方法还包括：通过使用所述涡轮的旋转使所述燃气涡轮发动机的输出轴(151)旋转来生成推力，其中所述生成所述推力包括将所述涡轮的所述旋转转化为所述输出轴的更慢旋转；并且
其中所述使所述液态氢流膨胀包括冷却通过所述燃气涡轮发动机的压缩气流以加热所述液态氢流。
条款19. 一种的将燃气涡轮发动机改造成具有双循环中冷架构的方法，其中改造包括：
引入液态氢供应源(134)；
将热交换器(122)引入到位于第一级压缩机(140)与第二级压缩机(142)之间的管道；
在所述热交换器与所述第二级压缩机之间引入气态氢蓄积器(156)和气态氢计量器(158)，
在所述热交换器与所述气态氢蓄积器之间引入膨胀涡轮(134)，所述膨胀涡轮可操作地连接到齿轮箱。
条款20. 如条款19所述的方法，其还包括：经由第一管线中的液态氢泵(133)将液态氢供应源连接到所述热交换器；经由第二管线将所述热交换器连接到所述膨胀涡轮；以及经由第三管线将所述膨胀涡轮连接到所述第二级压缩机，其中所述气态氢蓄积器和所述气态氢计量器设置在所述第三管线中。
条款21. 一种燃气涡轮发动机(300)，其包括：
主气体路径(106)，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：主空气入口(112)；压缩机(104)，所述压缩机流体地连接到所述主空气入口；燃烧器(108)，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮(116)，所述涡轮流体地连接到所述燃烧器的出口(118)，所述涡轮可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机；以及
涡轮冷却空气导管(372)，所述涡轮冷却空气导管从所述涡轮冷却空气导管的空气入口(374)延伸到所述涡轮冷却空气导管的空气出口(376)，
上游的所述空气入口在所述压缩机下游和所述燃烧器的燃烧室上游的位置处与所述主气体路径流体连通地连接，
所述空气出口连接到所述涡轮区段以用于使用来自所述压缩机的通过所述涡轮冷却空气路径传送的空气冷却所述涡轮区段；并且
其中所述涡轮冷却空气导管部分地由热交换器(322)的空气导管(326)限定，所述热交换器具有与所述空气导管流体隔离并且与所述空气导管热连通的流体导管(328)，所述流体导管从所述流体导管的氢入口(130)延伸到所述流体导管的氢出口(138)，所述氢入口流体地连接到氢源(124)，所述氢出口流体地连接到所述燃烧器。
条款22. 如条款21所述的燃气涡轮发动机，其包括：压缩机区段(102)，所述压缩机区段流体地连接到所述主空气入口并且具有多个压缩机级；以及涡轮区段(116)，所述涡轮区段流体地连接到所述燃烧器的所述出口并且可操作地连接到所述压缩机区段以驱动所述压缩机区段，所述涡轮区段具有多个涡轮级，并且其中：
所述压缩机是所述多个压缩机级中的一个压缩机级，
所述涡轮是所述多个涡轮级中的一个涡轮级，并且
所述涡轮冷却空气导管的所述空气入口流体地位于所述多个压缩机级中的至少一个压缩机级的下游。
条款23. 如条款22所述的发动机，其中所述涡轮冷却空气导管的所述空气入口流体地位于所述多个压缩机级中的所有压缩机级的下游。
条款24. 如条款23所述的发动机，其中所述涡轮冷却空气路径的所述空气出口流体地位于所述多个涡轮级中的所有涡轮级的上游。
条款25. 如条款22所述的发动机，其中：
所述热交换器(322)是下游热交换器并且所述主气体路径部分地由在所述主气体路径中位于所述多个压缩机级中的相邻压缩机级之间的位置处的上游热交换器(122)的空气导管(126)限定，所述上游热交换器具有与所述上游热交换器的所述空气导管流体隔离并且与所述上游热交换器的所述空气导管热连通的流体导管(128)； 并且
所述下游热交换器的流体导管经由所述上游热交换器的所述流体导管流体地连接到所述氢源。
条款26. 如条款25所述的发动机，其中所述燃烧器经由氢导管(139)流体地连接到所述氢源，所述氢导管部分地由所述上游热交换器和所述下游热交 换器的所述流体导管以及由能够操作来将氢从所述氢源移动到所述燃烧器的泵(133)限定。
条款27. 如条款26所述的发动机，其中：
所述氢源是液态氢源，所述液态氢源能够操作来向所述上游热交换器的所述流体导管提供液态氢(119)供应；并且
所述泵是液态氢泵，所述液态氢泵设置在所述氢导管中的流体地位于所述上游热交换器的所述流体导管上游的位置处。
条款28. 如条款27所述的发动机，其中所述上游热交换器和所述下游热交换器以及所述液态氢泵的尺寸被设定成将大部分的所述液态氢供应转化为气态氢(121)供应。
条款29. 如条款27所述的发动机，其中所述上游热交换器和所述下游热交换器以及所述液态氢泵的尺寸被设定成将按体积计90%-100%的所述液态氢供应转化为气态氢供应。
条款30. 如条款27-29中任一项所述的发动机，其中所述氢导管部分地由在所述氢导管中的流体地位于所述上游热交换器和所述下游热交换器的所述流体导管下游的位置处的膨胀涡轮(134)限定。
条款31. 如条款27-30中的任一项所述的发动机，其中所述氢导管部分地由在所述氢导管中的流体地位于所述上游热交换器和所述下游热交换器的所述流体导管下游的位置处的气态氢蓄积器(156)限定。
条款32. 如条款31所述的发动机，其中所述气态氢蓄积器在所述氢导管中流体地位于所述膨胀涡轮的下游。
条款33. 如条款30或31所述的发动机，其中所述膨胀涡轮可操作地连接到所述燃气涡轮发动机的可旋转部件(120)以驱动所述可旋转部件。
条款34. 如条款33所述的发动机，其中所述可旋转部件是以下中的一者：输出轴、减速齿轮箱和/或附件齿轮箱。
条款35. 如条款34所述的发动机，其中所述膨胀涡轮的所述可旋转部件可操作地连接到所述输出轴(151)以与所述涡轮区段并行地驱动所述输出轴，其中所述齿轮箱可操作地连接到由所述涡轮区段驱动的主轴(120)，所述齿轮箱具有由来自所述涡轮区段和所述膨胀涡轮的组合动力驱动的输出轴(151)。
条款36. 一种操作飞行器中的如权利要求1所述的发动机的方法，其包括：
利用压缩机排出空气加热上游热交换器(122)中的气态氢(121)流；
使所述气态氢流通过压缩机(104)到达位于所述上游热交换器下游的下游热交换器(322)；
从来自所述下游热交换器的所述气态氢(121)流提取动能以使所述飞行器的可旋转部件(120)旋转；以及
在所述提取之后，利用所述压缩机排出空气在所述飞行器的所述燃气涡轮发动机的燃烧器(108)中燃烧所述气态氢流；以及
利用来自所述下游热交换器的空气冷却所述燃气涡轮发动机的涡轮区段。
条款37. 如条款36所述的方法，其还包括：
将液态氢流在相对于氢流位于所述下游交换器上游的所述上游热交换器中膨胀为气态氢流；
压缩来自所述上游热交换器的冷却空气；
其中将所述液态氢膨胀为气态氢包括冷却来自第一压缩机级的所述压缩空气；以及
利用来自第二压缩机级的压缩空气向所述下游热交换器供应热量。
条款38. 如条款37所述的方法，其还包括：使用所述可旋转部件的旋转生成以下中的一者或两者：推力和电力。
条款39. 一种飞行器(1)的燃气涡轮发动机(300)，其包括：
主气体路径 (106)，所述主气体路径具有用于将主空气入口(112)、压缩机(104)、燃烧器(108)和涡轮(116)流体地串联连通的装置，所述涡轮可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机；以及
涡轮冷却空气导管(372)，所述涡轮冷却空气导管从所述涡轮冷却空气导管的空气入口(374)延伸到所述涡轮冷却空气导管的空气出口(376)，
用于在所述压缩机下游和所述燃烧器的燃烧室上游的位置处将所述主气体路径连接到所述燃烧器的装置，
用于使用来自所述压缩机的通过所述涡轮冷却空气路径传送的空气冷却所述涡轮区段的装置；并且
其中所述涡轮冷却空气导管部分地由热交换器(322)的空气导管(326)限定，所述热交换器具有与所述空气导管流体隔离并且与所述空气导管热连通的流体导管(328)，所述流体导管从所述流体导管的氢入口(130)延伸到所述流体导管的氢出口(138)，氢入口流体地连接到氢源(124)，所述氢出口流体地连接到所述燃烧器。

Claims (19)

1. 一种燃气涡轮发动机，其包括：
主气体路径，所述主气体路径具有流体串联连通的以下各项：主空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述主空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮，所述涡轮流体地连接到所述燃烧器的出口，所述涡轮可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机；以及
涡轮冷却空气导管，所述涡轮冷却空气导管从所述涡轮冷却空气导管的空气入口延伸到所述涡轮冷却空气导管的空气出口，
上游的所述空气入口在所述压缩机下游和所述燃烧器的燃烧室上游的位置处与所述主气体路径流体连通地连接，
所述空气出口连接到所述涡轮区段以用于使用来自所述压缩机的通过所述涡轮冷却空气路径传送的空气冷却所述涡轮区段；并且
其中所述涡轮冷却空气导管部分地由热交换器的空气导管限定，所述热交换器具有与所述空气导管流体隔离并且与所述空气导管热连通的流体导管，所述流体导管从所述流体导管的氢入口延伸到所述流体导管的氢出口，所述氢入口流体地连接到氢源，所述氢出口流体地连接到所述燃烧器。
2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其包括：压缩机区段，所述压缩机区段流体地连接到所述主空气入口并且具有多个压缩机级；以及涡轮区段，所述涡轮区段流体地连接到所述燃烧器的所述出口并且可操作地连接到所述压缩机区段以驱动所述压缩机区段，所述涡轮区段具有多个涡轮级，并且其中：
所述压缩机是所述多个压缩机级中的一个压缩机级，
所述涡轮是所述多个涡轮级中的一个涡轮级，并且
所述涡轮冷却空气导管的所述空气入口流体地位于所述多个压缩机级中的至少一个压缩机级的下游。
3.如权利要求2所述的发动机，其中所述涡轮冷却空气导管的所述空气入口流体地位于所述多个压缩机级中的所有压缩机级的下游。
4.如权利要求3所述的发动机，其中所述涡轮冷却空气路径的所述空气出口流体地位于所述多个涡轮级中的所有涡轮级的上游。
5. 如权利要求2所述的发动机，其中：
所述热交换器是下游热交换器并且所述主气体路径部分地由在所述主气体路径中的位于所述多个压缩机级中的相邻压缩机级之间的位置处的上游热交换器的空气导管限定，所述上游热交换器具有与所述上游热交换器的所述空气导管流体隔离并且与所述上游热交换器的所述空气导管热连通的流体导管；并且
所述下游热交换器的流体导管经由所述上游热交换器的所述流体导管流体地连接到所述氢源。
6.如权利要求5所述的发动机，其中所述燃烧器经由氢导管流体地连接到所述氢源，所述氢导管部分地由所述上游热交换器和所述下游热交换器的所述流体导管以及由能够操作来将氢从所述氢源移动到所述燃烧器的泵限定。
7. 如权利要求6所述的发动机，其中：
所述氢源是液态氢源，所述液态氢源能够操作来向所述上游热交换器的所述流体导管提供液态氢供应；并且
所述泵是液态氢泵，所述液态氢泵设置在所述氢导管中的流体地位于所述上游热交换器的所述流体导管上游的位置处。
8.如权利要求7所述的发动机，其中所述上游热交换器和所述下游热交换器以及所述液态氢泵的尺寸被设定成将大部分的所述液态氢供应转化为气态氢供应。
9.如权利要求7所述的发动机，其中所述上游热交换器和所述下游热交换器以及所述液态氢泵的尺寸被设定成将按体积计90%-100%的所述液态氢供应转化为气态氢供应。
10.如权利要求7所述的发动机，其中所述氢导管部分地由在所述氢导管中的流体地位于所述上游热交换器和所述下游热交换器的所述流体导管下游的位置处的膨胀涡轮限定。
11.如权利要求10所述的发动机，其中所述氢导管部分地由在所述氢导管中的流体地位于所述上游热交换器和所述下游热交换器的所述流体导管下游的位置处的气态氢蓄积器限定。
12.如权利要求11所述的发动机，其中所述气态氢蓄积器在所述氢导管中流体地位于所述膨胀涡轮的下游。
13.如权利要求10所述的发动机，其中所述膨胀涡轮可操作地连接到所述燃气涡轮发动机的可旋转部件以驱动所述可旋转部件。
14.如权利要求13所述的发动机，其中所述可旋转部件是以下中的一者：输出轴、减速齿轮箱和附件齿轮箱。
15.如权利要求14所述的发动机，其中所述膨胀涡轮的所述可旋转部件可操作地连接到所述输出轴以与所述涡轮区段并行地驱动所述输出轴，其中所述齿轮箱可操作地连接到由所述涡轮区段驱动的主轴，所述齿轮箱具有由来自所述涡轮区段和所述膨胀涡轮的组合动力驱动的输出轴。
16.一种操作飞行器中的如权利要求1所述的发动机的方法，其包括：
利用压缩机排出空气加热上游热交换器中的气态氢流；
使所述气态氢流通过压缩机到达位于所述上游热交换器下游的下游热交换器；
从来自所述下游热交换器的所述气态氢流提取动能以使所述飞行器的可旋转部件旋转；以及
在所述提取之后，利用所述压缩机排出空气在所述飞行器的所述燃气涡轮发动机的燃烧器中燃烧所述气态氢流；以及
利用来自所述下游热交换器的空气冷却所述燃气涡轮发动机的涡轮区段。
17.如权利要求16所述的方法，其还包括：
将液态氢流在相对于氢流位于所述下游交换器上游的所述上游热交换器中膨胀为气态氢流；
压缩来自所述上游热交换器的冷却空气；
其中将所述液态氢膨胀为气态氢包括冷却来自第一压缩机级的所述压缩空气；以及
利用来自第二压缩机级的压缩空气向所述下游热交换器供应热量。
18.如权利要求17所述的方法，其还包括：使用所述可旋转部件的旋转生成以下中的一者或两者：推力和电力。
19. 一种飞行器的燃气涡轮发动机，其包括：
主气体路径，所述主气体路径具有用于将主空气入口、压缩机、燃烧器和涡轮流体地串联连通的装置，所述涡轮可操作地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机；以及
涡轮冷却空气导管，所述涡轮冷却空气导管从所述涡轮冷却空气导管的空气入口延伸到所述涡轮冷却空气导管的空气出口，
用于在所述压缩机下游和所述燃烧器的燃烧室上游的位置处将所述主气体路径连接到所述燃烧器的装置，
用于使用来自所述压缩机的通过所述涡轮冷却空气路径传送的空气冷却所述涡轮区段的装置；并且
其中所述涡轮冷却空气导管部分地由热交换器的空气导管限定，所述热交换器具有与所述空气导管流体隔离并且与所述空气导管热连通的流体导管，所述流体导管从所述流体导管的氢入口延伸到所述流体导管的氢出口，氢入口流体地连接到氢源，所述氢出口流体地连接到所述燃烧器。
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