CN117722278A - 用于燃气涡轮发动机的氢燃料系统 - Google Patents

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CN117722278A
CN117722278A CN202311178995.6A CN202311178995A CN117722278A CN 117722278 A CN117722278 A CN 117722278A CN 202311178995 A CN202311178995 A CN 202311178995A CN 117722278 A CN117722278 A CN 117722278A
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hydrogen
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穆斯塔法·丁达尔
斯科特·艾伦·施密尔斯
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Abstract

提供了一种用于燃气涡轮发动机的燃料系统。燃气涡轮发动机包括排气组件。排气组件包括尾锥，并且限定径向方向、周向方向、轴向方向、工作气体流动路径和外旁通流动路径，燃料系统包括：氢燃料箱，氢燃料箱用于保存氢燃料；热交换器，其被构造成联接到排气组件的尾锥或集成到排气组件的尾锥中，热交换器包括：与氢燃料箱流动连通的第一轴向流动路径；与燃气涡轮发动机的燃烧区段流动连通的第二轴向流动路径；和径向流动路径。

Description

用于燃气涡轮发动机的氢燃料系统
技术领域
本公开大体上涉及用于燃气涡轮发动机的氢燃料系统。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括布置成彼此流动连通的风扇和涡轮机。附加地，燃气涡轮发动机的涡轮机以串行流动顺序包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇被提供到压缩机区段的入口，在压缩机区段处，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到空气到达燃烧区段，以提供工作气体流。工作气体流从燃烧区段被导向到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，并且然后被导向通过排气区段，例如，到达大气。对于至少某些燃气涡轮发动机，燃气涡轮发动机可以被构造成燃烧氢燃料。
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公开的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的横截面视图。
图2是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的排气组件的横截面视图。
图3是根据本公开的示例性方面的核心喷嘴的裂片(lobe)的示意图。
图4是根据本公开的另一示例性方面的核心喷嘴的裂片的示意图。
图5是根据本公开的示例性方面的沿线A-A截取到的图3的裂片的横截面视图。
图6是根据本公开的另一示例性方面的燃气涡轮发动机的排气组件的横截面视图。
图7是根据本公开的示例性方面的图6的示例性排气组件的热交换器的横截面视图。
图8是根据本公开的示例性方面的图7的示例性排气组件的热交换器的后视前视图。
图9是根据本公开的另一示例性方面的燃气涡轮发动机的排气组件的横截面视图。
图10是根据本公开的示例性方面的包括操作燃料系统的氢输送组件的方法的控制系统。
图11是根据本公开的示例性方面的操作燃气涡轮发动机的燃料系统的方法的流程图。
图12是可以在燃料系统内使用的示例性控制器的一个实施例的框图。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似部分。
本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或例释”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。
术语“涡轮机”是指包括一起生成扭矩输出的一个或多个压缩机、发热区段(例如，燃烧区段)和一个或多个涡轮的机器。
术语“燃气涡轮发动机”是指具有涡轮机作为其动力源的全部或一部分的发动机。示例燃气涡轮发动机包括涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等，以及这些发动机中的一个或多个发动机的混合电动版本。
术语“燃烧区段”是指用于涡轮机的任何热量添加系统。例如，术语燃烧区段可以指包括爆燃燃烧组件、旋转爆震燃烧组件、脉冲爆震燃烧组件或其他适当的热量添加组件中的一个或多个的区段。在某些示例实施例中，燃烧区段可以包括环形燃烧器、罐式燃烧器、环管式燃烧器、驻涡燃烧器(TVC)、或其他适当的燃烧系统，或它们的组合。
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。
如本文所使用的，术语“轴向”和“轴向地”是指基本上平行于燃气涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。此外，术语“径向”和“径向地”是指基本上垂直于燃气涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。另外，如本文所使用的，术语“周向”和“周向地”是指围绕燃气涡轮发动机的中心线弓形延伸的方向和定向。
如本文所使用的，用于描述结构的术语“一体”是指结构由连续材料或材料群一体地形成，没有接缝、连接接头等。本文描述的一体、单一结构可以通过增材制造形成，以具有所描述的结构，或者替代地，可以通过铸造处理等形成。
本公开的方面提出了一种用于包括排气组件的燃气涡轮的燃料系统。排气组件限定径向方向、周向方向、轴向方向，并且包括尾锥、限定旁通气流通道的机舱和核心喷嘴，核心喷嘴周向包围尾锥的至少一部分并且与尾锥限定热气体流动路径。燃料系统包括用于保存氢燃料的氢燃料箱，和与排气组件热连通并且与氢燃料箱流动连通的氢输送组件。更特别地，氢输送组件包括与氢燃料箱流体连通的入口，与燃气涡轮发动机的燃烧区段流体连通的出口，和定位在排气组件内、在入口下游和出口上游的热交换器管。这种构造提供了较低的排气压力损失，对燃气涡轮发动机的推力的较低影响，对涡轮机的可操作性影响的较低风险，和较大的热交换器表面面积。
本公开的进一步的方面提出了根据本公开的另一示例性方面的燃料系统。燃料系统包括热交换器，热交换器被构造成联接到或集成到排气组件的尾锥中。热交换器包括与氢燃料箱流动连通的第一轴向流动路径，与燃气涡轮发动机的燃烧区段流动连通的第二轴向流动路径，和径向流动路径。这种构造为涡轮机提供了背压的减少，并且为热气体流动路径提供了较少的堵塞。
此外，本公开的方面提出了一种操作燃气涡轮发动机的燃料系统的方法。燃料管理单元用于确定排气组件的工作气体流的温度。产生液相的氢燃料流进入氢输送组件、热交换器或其组合。液相的氢燃料被加热，以改变氢燃料的相并输送到燃气涡轮发动机的燃烧区段。
所公开的燃料系统和操作方法的益处包括较低的排气压力损失，对涡轮机械的可操作性影响的较低风险，和较大的热交换器表面面积可用性。
现在参考附图，其中同一数字在整个附图中指示相同元件。图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。更特别地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是一种高旁通涡轮风扇喷气发动机，有时也称为“涡轮风扇发动机”。如图1所示，燃气涡轮发动机10限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向中心线12延伸)、径向方向R和围绕纵向中心线12延伸的周向方向C。一般而言，燃气涡轮发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的涡轮机16。
所描绘的示例性涡轮机16大体上包括基本上管状的外壳18，外壳18限定环形入口20。外壳18以串行流动关系装入：压缩机区段，压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，涡轮区段包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；和喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)轴34(其可以附加地或替代地是线轴)将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴36(其可以附加地或替代地是线轴)将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷射排气喷嘴区段32一起限定工作气体流动路径37。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括风扇38，风扇38具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘的，风扇叶片40大体上沿径向方向R从盘42向外延伸。由于风扇叶片40被可操作地联接到合适的变桨机构(pitch change mechanism)44，每个风扇叶片40能够相对于盘42围绕桨距轴线P旋转，合适的变桨机构44被构造成共同改变风扇叶片40的桨距，例如，一致地改变风扇叶片40的桨距。燃气涡轮发动机10进一步包括动力齿轮箱46，并且风扇叶片40、盘42和变桨机构44能够通过LP轴36跨动力齿轮箱46一起围绕纵向中心线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于调整风扇38相对于LP轴36的转速的转速，使得风扇38可以以更有效的风扇速度旋转。
仍然参考图1的示例性实施例，盘42被风扇区段14(有时也称为“旋转器”)的可旋转前轮毂48覆盖。前轮毂48具有空气动力学轮廓，以促进气流通过多个风扇叶片40。
附加地，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，环形风扇壳或外机舱50周向包围风扇38和/或涡轮机16的至少一部分。应当理解，在所描绘的实施例中，机舱50相对于涡轮机16由多个周向间隔开的出口导向轮叶52支撑。此外，机舱50的下游区段54在涡轮机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁通气流通道56。
在燃气涡轮发动机10的操作期间，一定量的空气58通过机舱50和风扇区段14的相关入口60进入燃气涡轮发动机10。当一定量的空气58穿过风扇叶片40时，第一部分空气62被引导或导向到旁通气流通道56中，并且如箭头64所示的第二部分空气64被引导或导向到工作气体流动路径37中，或更具体地，进入LP压缩机22。第一部分空气62与第二部分空气64之间的比率通常被称为旁通比。然后，当第二部分空气64被导向通过HP压缩机24并进入燃烧区段26时，第二部分空气64的压力增加，第二部分空气64在燃烧区段26处与燃料混合并燃烧，以提供工作气体流66。
工作气体流66被导向通过HP涡轮28，来自工作气体流66的热能和/或动能的一部分在HP涡轮28处经由联接到外壳18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级被提取，因而使得HP轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。然后，工作气体流66被导向通过LP涡轮30，热能和动能的第二部分在LP涡轮30处经由联接到外壳18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级从工作气体流66被提取，因而使得LP轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
工作气体流66随后被导向通过涡轮机16的喷射排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，当第一部分空气62在其从燃气涡轮发动机10的风扇喷嘴排气区段76被排出之前被导向通过旁通气流通道56时，第一部分空气62的压力显著增加，也提供了推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体流动路径78，用于将工作气体流66导向通过涡轮机16。
进一步如图1所示，燃气涡轮发动机10包括燃料系统100，用于将氢燃料输送到燃烧区段26，用以燃烧。在这方面，图1的燃气涡轮发动机10的动力源是氢燃料。燃料系统100包括用于保存处于液相的氢燃料的一个或多个氢燃料箱102，和与喷射排气喷嘴区段32的排气组件106热连通的氢输送组件104。排气组件106包括用于引导排气气体通过喷射排气喷嘴区段32、从喷射排气喷嘴区段32引导排气气体或两者的结构，并且被构造成向氢输送组件104提供热量，以改变氢燃料的相(下面更详细地讨论)。
氢输送组件104大体上包括液态氢管线103、热交换器105和气态氢管线107。液态氢管线103与氢燃料箱102流体连通，并且更具体地，从一个或多个氢燃料箱102延伸到热交换器105。气态氢管线107与燃气涡轮发动机10的燃烧区段26流体连通，并且更具体地，从热交换器105延伸到燃烧区段26。热交换器105被定位在排气组件106内、在液态氢管线103下游且气态氢管线107上游。
氢燃料可以在低温下，诸如在零下两百五十摄氏度(-250℃)下，以液态被存储在一个或多个氢燃料箱102中。为了实现更好的燃料效率，氢输送组件104可以包括或被构造为一个或多个热交换器，以使氢燃料预热，使得输送到燃烧区段26的氢燃料处于预定预燃烧温度或在预定预燃烧温度的预定范围内。
现在参考图2，提供了根据本公开的示例性方面的具有排气组件106的燃气涡轮发动机10的横截面视图。图2的示例性燃气涡轮发动机10可以以与图1的示例性燃气涡轮发动机10基本上相同的方式构造，因此，相同或类似的数字可以指代相同或类似的部分。然而，图2的排气组件106被构造为长管道混合流排气组件106。
如图2所描绘的，长管道混合流排气组件106包括在终止端限定风扇出口孔111的机舱50、尾锥112、和在终止端限定核心出口孔115的核心喷嘴117。附加地，核心喷嘴117周向包围尾锥112的至少一部分。此外，长管道混合流排气组件106被构造成使得风扇出口孔111位于核心出口孔115的下游。
应当理解，图2的机舱50可以以与图1的机舱50基本上相同的方式构造。例如，图2的机舱50限定旁通气流通道56，旁通气流通道56具有延伸通过其中的第一部分空气62或者如本文所使用的“旁通气流62”。然而，在所描绘的示例性实施例中，机舱50在整个涡轮机16上延伸(为了清楚起见，仅描绘了其一部分)。
附加地，应当理解，图2的核心喷嘴117可以被构造为包围涡轮机16的外壳18的下游部分，类似于图1的外壳18。例如，核心喷嘴117限定热气体流动路径78，用于将燃烧气体66或如本文所用的“工作气体流66”导向通过涡轮机16，并且更具体地，通过核心出口孔115。然而，在所描绘的示例性实施例中，核心喷嘴117包括多个裂片110，多个裂片110径向延伸到旁通气流通道56中并限定核心出口孔115。多个裂片110被成形为使旁通气流62与工作气体流66混合。旁通气流62与工作气体流66的这种混合可以导致由燃气涡轮发动机10生成的推力增加。
附加地，图2显示了可以以与图1的示例性燃料系统100基本上相同的方式构造的燃料系统100，因此，相同或类似的数字可以指代相同或类似的部分。
例如，图2的示例性燃料系统100大体上包括用于保存处于液相的氢燃料的一个或多个氢燃料箱102，和与长管道混合流排气组件106热连通的氢输送组件104。氢输送组件104大体上包括液态氢管线103、热交换器105和气态氢管线107。然而，对于图2的实施例，热交换器105包括热交换器管101(以虚线描绘)。热交换器管101被定位在多个裂片110内，并且被构造成具有氢燃料流过其中。
示例性长管道混合流排气组件106附加地包括支柱123，支柱123用于将液态氢管线103从一个或多个氢燃料箱102导向到热交换器管101。支柱123可以是延伸通过旁通通道56的任何合适的支柱。例如，在至少某些示例性方面中，支柱123可以是图1中描绘的多个出口导向轮叶52中的一个出口导向轮叶。
附加地或替代地，支柱123在所描绘的实施例中用于将气态氢管线107从热交换器管101导向到燃烧区段(例如，图1的燃烧区段26)。利用这种构造，支柱可以是用于长管道混合流排气组件106的专用支柱，并且气态氢管线107稍后可以延伸通过例如图1中描绘的多个出口导向轮叶52中的一个出口导向轮叶，以向燃烧区段26(参见图1)提供通过其中的燃料流。
附加地或替代地，气态氢管线107还可以不延伸通过支柱123，而是可以在外壳18内直接延伸到燃烧区段26(参见图1)。
如上所述，工作气体流66与多个裂片110热连通。以这种方式，工作气体流在操作条件期间加热多个裂片110。定位在多个裂片110内的热交换器管101与多个裂片热连通，并且被构造成将热量从多个裂片110传递到热交换器管101内的氢燃料，以改变氢燃料的相。更特别地，热交换器管101可以将氢燃料的相从液相改变成气相。附加地，热交换器管101被构造成通过气态氢管线107将氢燃料引导或导向到燃烧区段。
应当理解，燃料系统可以包括辅助氢燃料箱125(以虚线描绘)，用于保存处于气相的辅助氢燃料。辅助氢燃料可用于补充被引导或导向到燃烧区段中的氢燃料，并且通过辅助氢管线109(以虚线描绘)被导向到气态氢管线107。
附加地或替代地，在操作条件期间，辅助氢燃料箱125可用于通过辅助氢管线109从气态氢管线107积聚燃烧区段中燃烧不需要的处于气相的过量氢燃料。
进一步地，长管道混合流排气组件106包括传感器412(下面更详细地描述)，传感器412被构造成接收指示长管道混合流排气组件106的状态的数据，例如，工作气体流66的温度。
应当理解，示例性长管道混合流排气组件106仅以示例的方式提供，并且在替代的示例性实施例中，排气组件106可以是任何合适的排气组件106。例如，排气组件可以包括限定热气体流动路径和旁通气流通道的分开管道(例如，参见图1的风扇喷嘴排气区段76和喷射排气喷嘴区段32)，使得排气组件被形成为分开管道分开流动排气组件。
现在简要地参考图3和4，提供了根据本公开的示例性方面的裂片131的示意图。应当理解，图3和4的裂片131可以并入图2的排气组件106中。更特别地，裂片131可以作为多个裂片110(参见图2)中的一个裂片并入核心喷嘴117中。裂片131限定径向方向R、轴向方向A和围绕轴向方向A延伸的周向方向C。裂片131的径向、轴向和周向方向R、A、C可以分别与其安装在其中的燃气涡轮发动机的径向、轴向和周向方向R、A、C(参见例如图1和2)对准。
示例性裂片131包括第一壁114和第二壁116，并且限定沿径向方向R暴露于热气体流动路径78的内表面118，和沿径向方向R暴露于旁通气流通道62的外表面119。第一壁114和第二壁116一起形成U形。裂片131具有定位在内表面118和外表面119之间的热交换器管101。
应当理解，热交换器管101可以被定位在第一壁114上或集成到第一壁114中，被定位在第二壁116上或集成到第二壁116中，或其组合。
特别地，现在特别参考图3的实施例，定位在裂片131内的热交换器管101围绕第一壁114和第二壁116周向延伸。更具体地(如以虚线所描绘的)，热交换器管101与液态氢管线103流体连通，用于接收处于液相的氢燃料。热交换器管101大体上沿周向方向(例如，沿第一壁114沿径向方向R、周向到达或离开第二壁116、和沿第二壁116沿径向方向R)延伸通过裂片131。附加地，热交换器管101与气态氢管线107流体连通，用于向燃烧区段提供处于气相的氢燃料。
附加地，应当理解，热交换器管101可以进一步延伸到围绕排气组件106周向定位的相邻裂片131(例如，图2的多个裂片110)，诸如图1的裂片110。热交换器管101可以沿排气组件的相邻裂片131的长度以螺旋方式完全围绕排气组件106延伸。
替代地，如以虚线所描绘的，液态氢管线103可以延伸到热交换器管101的流体隔离区段。流体隔离区段可以沿着轴向方向A间隔开，并且可以被布置成与热交换器管101的其他流体隔离区段处于平行流动，并且可以直接与液态氢管线103和气态氢管线107流体连通，如虚线所示。
然而，应当理解，在其他示例性实施例中，热交换器管101可以不完全在周向方向C上延伸通过裂片110。例如，现在参考图4，热交换器管101位于单个裂片131中。更具体地，图4的热交换器管101被集成到裂片131的第一壁114中。特别地，热交换器管101沿径向方向R沿第一壁114的高度延伸，并且沿轴向方向A沿第一壁114的长度延伸。所描绘的热交换器管101被流体联接到液态氢管线103和气态氢管线107。更具体地，热交换器管101与液态氢管线103流体连通，用于接收处于液相的氢燃料，并且与气态氢管线107流体连通，用于向燃气涡轮发动机的燃烧区段(参见图1的燃烧区段26)提供处于气相的氢燃料。
现在参考图5，提供了沿图3中的线A-A截取到的排气组件106的裂片131的横截面视图。如上所讨论的，裂片131的外表面119暴露于旁通气流62。附加地，如上所讨论的，裂片110的内表面118暴露于工作气体流66。
在操作条件期间，热交换器管101通过液态氢管线103被提供有处于液相的氢燃料。热交换器管101将氢燃料从液相转换成气相。氢燃料在热交换器管101的液态部分140中处于液相，并且氢燃料在热交换器管101的气态部分150中处于气相。附加地，液态部分140被定位在气态部分150的上游，使得液态部分140接近液态氢管线103，并且气态部分150接近气态氢管线107。
液态部分140和气态部分150通过相线151分开。
应当理解，相线151的位置仅作为示例提供。在替代的示例性实施例中，相线151可以被定位在氢燃料从液相改变成气相的任何合适的位置。进一步地，将理解，相线151可以基于例如燃气涡轮发动机的操作条件、环境条件等而移动。更进一步地，尽管相线151被描绘为单个位置，但是相线151可以更具体地是热交换器管101的相区，在该相区处，燃料在热交换器管101的长度上从液相转变成气相。
附加地，在所描绘的示例性实施例中，裂片131进一步包括热绝缘体156，热绝缘体156被定位在外表面119和热交换器管101之间。热绝缘体156被构造成使热交换器管101绝缘，使得热交换器管101与外表面119绝缘。应当理解，热绝缘体156可以是任何合适的材料。例如，热绝缘体156可以是与外表面119不同的材料，并且热绝缘体156可以限定比外表面119的材料更高的热传递系数。以这种方式，来自工作气体流66的更多热量可以被通过热交换器管101的燃料吸收，并且不会通过裂片131被传递到通过旁通通道56(参见图3)的第一部分空气62。
此外，应当理解，热交换器管101可以被联接到内表面118或与内表面118一体形成。例如，内表面118和热交换器管101可以使用增材制造方法形成在一起。
现在参考图6，提供了根据本公开的另一示例性方面的具有排气组件106的燃气涡轮发动机10的横截面视图。图6的示例性燃气涡轮发动机10和排气组件106可以以与图2的示例性燃气涡轮发动机10和排气组件106基本上相同的方式构造，因此，相同或类似的数字可以指代相同或类似的部分。
例如，图6的示例性排气组件106大体上包括机舱50，机舱50限定旁通气流通道56，旁通气流通道56具有延伸通过其中的旁通气流62。机舱50限定在下游端处的风扇出口孔111。排气组件106还包括尾锥112和核心喷嘴117，核心喷嘴117周向包围尾锥112的至少一部分。核心喷嘴117限定热气体流动路径78，热气体流动路径78具有延伸通过其中的工作气体流66。应当理解，图6的热气体流动路径78以与图1和2的热气体流动路径78相同或类似的方式构造。
附加地，核心喷嘴117大体上包括多个裂片110，多个裂片110径向延伸到旁通气流通道56中并限定核心出口孔115。多个裂片110被成形为使旁通气流62与工作气体流66混合。旁通气流62和工作气体流66的这种混合可以导致由燃气涡轮发动机生成的推力增加。
图6大体上还显示了可以以与图1和2的示例性燃料系统100基本上相同的方式构造的燃料系统100，因此，相同或类似的数字可以指代相同或类似的部分。
例如，图6的示例性燃料系统100大体上包括用于保存处于液相的氢燃料的一个或多个氢燃料箱102，和与排气组件106热连通的氢输送组件104。氢输送组件104大体上包括液态氢管线103、热交换器105和气态氢管线107。
然而，对于图6的实施例，热交换器105被联接到排气组件106的尾锥112或被集成到排气组件106的尾锥112中。更具体地，对于所描述的实施例，热交换器105被联接到尾锥112。附加地，多个支撑支柱127被联接到机舱，并且被构造成支撑热交换器105。多个支撑支柱127位于核心喷嘴117和核心出口孔115的下游。
附加地，热交换器包括内壁172和外壁162，外壁162周向包围内壁172。内壁大体上限定第一轴向流动路径170，第一轴向流动路径170与一个或多个氢燃料箱102流动连通。应当理解，第一轴向流动路径170可以具有在其内流动的液态氢燃料85(参见图7；下面更详细地描述)。进一步地，内壁和外壁一起限定与燃气涡轮发动机10的燃烧区段(例如，图1的燃烧区段26)流动连通的第二轴向流动路径160。应当理解，第二轴向流动路径160可以具有在其内流动的气态氢燃料91(参见图7；下面更详细地描述)。如将理解的，热交换器附加地限定径向流动路径180，径向流动路径180与第一轴向流动路径170和第二轴向流动路径160流动连通。
现在简要地参考图7，提供了沿线B-B截取到的图6的热交换器105的特写横截面视图。径向流动路径180包括第一部分183、连接器部分185和第二部分187。第一部分183从内壁172延伸到连接器部分185。连接器部分185以弓形方式从第一部分183延伸到第二部分187。附加地，第二部分187从连接器部分185延伸到外壁162。应当理解，第一部分183的至少一部分、连接器部分185的至少一部分、第二部分187的至少一部分或其组合可以与工作气体流66热连通，以改变其内的氢燃料的相。
在操作条件期间，液态氢燃料85可以流过第一轴向流动路径170。流过第一轴向流动路径170的液态氢燃料85的一部分87被引导或导向到径向流动路径180的第一部分183中。工作气体流66可以加热第一部分183，以使在第一部分183内流动的一部分87的相从液相改变成气相。处于气相的氢燃料85、气态氢燃料91可以被径向向外引导或导向到连接器部分185中。连接器部分185可以将氢燃料85的一部分89引导或导向到第二部分187。第二部分187中的氢燃料85的一部分89可以流入第二轴向流动路径160中。
如所描绘的，第一轴向流动路径170中的氢燃料85的流动在第一方向上，并且第二轴向流动路径160中的氢燃料91的流动在与第一方向相反的第二方向上。
应当理解，以弓形方式从第一部分183延伸到第二部分187的连接器部分185仅作为示例而提供。例如，在替代的示例性实施例中，连接器部分185以任何合适的方式连接第一部分183和第二部分187。
现在返回参考图6，如所描绘的，径向流动路径180被构造为第一多个径向流动路径180。更特别地，第一多个径向流动路径180围绕外壁162周向间隔开(即，沿周向方向C间隔开)。
附加地，在所描绘的示例性实施例中，热交换器105可以包括以与第一多个径向流动路径180相同或类似的方式构造的第二、第三、第四和第五多个流动路径180A、180B、180C和180D。在本文中被称为“多个级189”的第一、第二、第三、第四和第五多个径向流动路径180、180A、180B、180C和180D沿轴向方向A布置。多个级189中的每一级沿径向方向R限定相对于燃气涡轮发动机的中心线12的径向高度H(参见图7)。多个级189中的每一级的径向高度H在下游方向上沿轴向方向A减小。
应当理解，多个级189可以包括任意数量的多个径向流动路径。
进一步地，多个级189被定位在核心喷嘴117的下游。如上所述，在操作条件期间，核心喷嘴117的多个裂片110被构造成使工作气体流66和旁通气流62混合。然而，工作气体流66的一部分可以穿过核心出口孔115，而不与旁通气流62混合。在所描绘的示例性实施例中，尚未与旁通气流62混合的该工作气体流66(本文中称为“未混合工作气体流66”)用于加热热交换器105，以改变在其内流动的氢燃料的相。更具体地，该未混合工作气体流66用于加热多个径向流动路径180，以改变在其内流动的氢燃料的相。
例如，现在简要地参考图8，提供了图6的热交换器105的后视前视图。如图8所描绘的，多个级189沐浴在未混合工作气体流66中。如本文所提及的，“沐浴在……中”是指多个级189包封在未混合工作气体流66中。进一步地，应当理解，未混合工作气体流66与多个级189热连通，并且更特别地，如上所述，未混合工作气体流66用于加热多个级189，以改变在操作条件期间在其内流动的氢燃料的相。附加地，未混合工作气体流66限定径向流动沟道190。
仍然参考图8，应当理解，在替代的示例性实施例中，多个级189中的每一级可以在不同位置处打卡(clocked)。如本文所用，“打卡”是指多个径向流动路径与定位在上游的另一多个径向流动路径相比被周向定位在不同位置处。以这种方式，每个多个径向流动路径可以沐浴在尚未用于加热另一多个径向流动路径的未混合工作气体流的一部分中。例如，多个级189可以附加地包括定位在多个径向流动路径180A、180B、180C或180D下游的第六多个径向流动路径180E(以虚线描绘)。如所描绘的，多个径向流动路径180E在不同位置处打卡，使得多个径向流动路径180E与另一多个径向流动路径(例如，多个径向流动路径180A、180B、180C或180D)相比被定位在不同位置处。
应当理解，周向包围内壁172的外壁162仅以示例的方式提供。在替代的示例性实施例中，外壁162和内壁172可以彼此平行延续。
现在参考图9，提供了根据本公开的另一示例性方面的燃气涡轮发动机10和排气组件106的横截面视图。图9的示例性排气组件106可以以与图2和6的示例性排气组件106基本上相同的方式构造，因此，相同或类似的数字可以指代相同或类似的部分。
例如，图9的示例性燃气涡轮发动机10大体上包括机舱50，机舱50限定旁通气流通道56，旁通气流通道56具有延伸通过其中的旁通气流62。机舱50限定在下游端处的风扇出口孔111。排气组件106包括尾锥112和核心喷嘴117，核心喷嘴117周向包围尾锥112的至少一部分。核心喷嘴117限定热气体流动路径78，热气体流动路径78具有延伸通过其中的工作气体流66。应当理解，图9的热气体流动路径78可以以与图1、2和6的热气体流动路径78相同或类似的方式构造。
附加地，核心喷嘴117大体上包括多个裂片110，多个裂片110径向延伸到旁通气流通道56中并且限定核心出口孔115。多个裂片110被成形为使旁通气流62与工作气体流66混合。旁通气流62和工作气体流66的这种混合可以导致由燃气涡轮发动机生成的推力增加。
图9大体上还显示了可以以与图1、2和6的示例性燃料系统100基本上相同的方式构造的燃料系统100，因此，相同或类似的数字可以指代相同或类似的部分。
例如，图9的示例性燃料系统100大体上包括用于保存处于液相的氢燃料的一个或多个氢燃料箱102，和与长管道混合流排气组件106热连通的氢输送组件104。氢输送组件104大体上包括液态氢管线103、热交换器105和气态氢管线107。
然而，对于图9的实施例，热交换器105被定位在尾锥112内。附加地，示例性实施例的尾锥112限定内路径出口171(下面更详细地描述)。
在所描绘的示例性实施例中，热交换器105包括多个翅片196。多个翅片196从第一液态氢管线103径向向外延伸，并且被构造成接收热量，以改变氢燃料的相。附加地，排气组件106的尾锥112进一步限定外表面113。热气体流动路径78限定内流动路径39和外流动路径41。更特别地，内流动路径39具有延伸通过其中的工作气体流66的第一部分67，并且外流动路径41具有延伸通过其中的工作气体流的第二部分69。第一部分高达工作气体流的15％。进一步地，尾锥包括分流器71，分流器71被构造成将工作气体流分流成第一部分67和第二部分69。
应当理解，高达工作气体流66的15％的第一部分67仅作为示例而提供。例如，第一部分67可以高达工作气体流66的10％，诸如高达8％，诸如高达5％，诸如至少1％。
附加地，应当理解，内流动路径39和外流动路径41被构造为平行流动。例如，在操作条件期间，工作气体流66的第一部分67可以直接加热热交换器105。更特别地，内流动路径39的第一部分67与多个翅片196连通。外流动路径41在径向方向R上位于尾锥112的外表面113外。
此外，将理解，通过包括与外流动路径41平行的内流动路径39，可以通过允许跨热交换器105的更高压降来允许包括更高效的热交换器105，而不会负面地影响大部分工作气体流66通过热气体流动路径78的流动。
热交换器105可以附加地或替代地包括除翅片之外的任何热传递增强特征。例如，热交换器105可以包括销、湍流器、导管或任何合适的热传递增强装置。附加地，热交换器105可以不是块式热交换器，而是内流动路径39可以是环形流动路径，并且热交换器105可以是环形热交换器。
现在参考图10，提供了控制用于燃气涡轮发动机的燃料系统100的操作的控制系统200的示意性流程图。应当理解，控制系统200可以并入图1至9中，以操作图1至9的燃料系统100。
示例性实施例的燃料系统100包括液态氢燃料箱252、液体泵254、液态氢计量器256和氢输送组件258，液态氢燃料箱252被构造成保存处于液相的氢燃料，液体泵254与液态氢燃料箱252流体连通，其被构造成生成处于液相的氢燃料流，液态氢计量器256被构造成测量处于液相的氢燃料流，氢输送组件258在液体泵254的下游位置处与液态氢燃料箱252流体连通，其被构造成接收液态氢燃料并将液态氢燃料从液相转换成气相。
燃料系统附加地包括：气态燃料管线261，气态燃料管线261被构造成从氢输送组件258接收气态氢燃料；气态氢计量器260，气态氢计量器260被流体联接到气态燃料管线261，其被构造成测量通过气态燃料管线261的处于气相的氢燃料流；气态氢燃料箱262，气态氢燃料箱262在气态氢计量器260的下游位置处被流体联接到气态燃料管线261，其被构造成保存处于气相的氢燃料；第一气体泵264，第一气体泵264在气态氢燃料箱262和气态燃料管线261之间被流体联接到气态氢燃料箱262，其被构造成生成离开气态氢燃料箱262到气态燃料管线261的氢燃料流；第二气体泵266，第二气体泵266类似地在气态氢燃料箱262和气态燃料管线261之间被流体联接到气态氢燃料箱262，其被构造成生成从气态燃料管线261进入气态氢燃料箱262的处于气相的氢燃料流；和燃烧区段272，燃烧区段272被构造成燃烧处于气相的氢燃料。
控制系统200从燃气涡轮发动机的操作者接收导航命令(pilot command)202。更具体地，导航命令202用于指示指定的发动机功率设定204。应当理解，指定的发动机功率设定204可以是燃气涡轮发动机的操作条件。
示例性控制系统200包括控制器206。控制器206可以是全权数字发动机控制控制器(FADEC)或其他合适的发动机控制器。控制器206被构造成接收发动机功率设定数据204。
控制器206可操作以接收和存储数据208，诸如发动机功率设定数据204。附加地或替代地，接收到的数据208可以来自传感器210，诸如图2的传感器412。在所描绘的示例性实施例中，传感器210是温度传感器，其测量指示燃气涡轮发动机的排气组件(参见图2、6和9)的温度的数据。
附加地，控制器206包括燃料管理单元212，本文中称为“FMU 212”，其与数据208通信。FMU 212被构造成响应于接收到数据208，确定所需的处于气相的氢燃料的量。进一步地，FMU 212被构造成向液体泵254、第一气体泵264和第二气体泵266提供命令，以提供氢燃料。
控制器206进一步包括第一模块214和第二模块216。第一模块214接收指示由FMU212确定的所需的处于气相的氢燃料的量的数据。附加地，第一模块214确定氢输送组件258是否已将所需量的氢燃料从液相转换成气相。更特别地，第一模块214与气态氢计量器260通信，以确定由氢输送组件转换的处于气相的氢燃料的量。
第一模块214将由FMU 212确定的期望量与由氢输送组件258转换的实际量(如由气态氢计量器260测量)进行比较。如果处于气相的氢燃料的实际量不满足处于气相的氢燃料的期望量，则FMU 212向第一气体泵264提供信号，以从气态氢燃料箱262生成氢燃料流。定位成在气态氢燃料箱262和气态燃料管线261之间流动连通的燃料系统的第一阀268打开，以允许处于气相的氢燃料流前往燃烧区段272。
如果处于气相的氢燃料的实际量确实满足处于气相的氢燃料的期望量。第二模块216接收指示由FMU 212确定的所需的处于气相的氢燃料的量的数据。附加地，第二模块216确定氢输送组件258是否已将期望量的氢燃料从液相转换成气相。更特别地，第二模块216与气态氢计量器260通信，以确定由氢输送组件转换的处于气相的氢燃料的量。
第二模块216将由FMU 212确定的期望量与由氢输送组件258转换的实际量(如由气态氢计量器260测量)进行比较。如果处于气相的氢燃料的实际量超过处于气相的氢燃料的期望量，则FMU 212向第二气体泵266提供信号，以生成到气态氢燃料箱262的处于气相的氢燃料流。
现在参考图11，提供了操作用于燃气涡轮发动机的燃料系统100的方法300的流程图。在至少某些实施例中；方法300可用于操作参考图1至9描述的一个或多个示例性燃料系统100。例如，燃料系统100大体上可以包括氢输送组件、用于保存氢燃料的一个或多个氢燃料箱102。更特别地，氢输送组件可以与排气组件热连通。应当理解，燃料系统100的氢输送组件可以包括热交换器，诸如图1至9的热交换器。附加地，方法300可以通过一个或多个控制器(诸如通过使用图12中描绘且下面描述的示例性计算系统)来实施。
方法300大体包括在(302)处，操作燃气涡轮发动机，以启动燃气涡轮发动机。在(302)处操作燃气涡轮发动机以启动燃气涡轮发动机可以包括利用启动器，诸如启动器电动机/发电机或气动启动器，加速燃气涡轮发动机；一旦燃气涡轮发动机的转速达到起燃速度(lightoff speed)，则发起到燃气涡轮发动机的燃烧区段的燃料流；和使燃气涡轮发动机从起燃速度加速到怠速。
方法300附加地包括在(304)处，接收指示排气组件的状态的数据，并且更特别地，对于所描绘的示例性方面，在(304)处接收指示排气组件的状态的数据包括在(306)处，使用传感器，诸如传感器412，接收指示排气组件的状态的数据。对于图10的示例性方面，排气组件的状态包括流过热气体流动路径的工作气体流的温度。对于所描绘的示例性方面，排气组件的传感器，诸如传感器412，是温度传感器。
仍然参考图10，方法300包括在(308)处，确定要提供给氢输送组件的处于液相的氢燃料的量。此外，将理解，对于所描绘的示例性方面，确定要提供给氢输送组件的处于液相的氢燃料的量包括在(310)处，响应于接收到指示排气组件的状态的数据，确定要提供给氢输送组件的处于液相的氢燃料的量。
将理解，在(304)处接收到的数据可以不是直接感测到的排气组件的状态的数据。例如，尽管未描绘，但是方法300可以包括基于在(304)处接收到的数据，确定排气组件的状态的一个或多个中间步骤，包括例如执行计算、比较或模型，以确定指示排气组件的状态的数据。利用这种示例性方面，在(310)处确定要提供给氢输送组件的处于液相的氢燃料的量可以包括通过(使用例如计算、比较或模型的)一个或多个中间步骤，响应于接收到指示排气组件的状态的数据，确定要提供给氢输送组件的处于液相的氢燃料的量。
进一步地，方法300包括在(312)处，向氢输送组件提供确定量的氢燃料。将理解，对于所描绘的示例性方面，向氢输送组件提供确定量的氢燃料包括在(314)处，操作氢输送组件的泵。应当理解，泵可以被构造为液体泵，并且更特别地，可以被构造成生成处于液相的氢燃料流。附加地，方法300包括在(316)处，将氢燃料从液相转换成气相。氢输送组件被构造成将氢燃料从液相转换成气相。
仍然参考图11，方法300包括在(318)处，向燃烧区段提供气态氢燃料。在(318)处向燃烧区段提供气态氢燃料包括在(320)处，接收指示氢输送组件的状态的数据，并且更特别地，对于所描绘的示例性方面，接收指示氢输送组件的状态的数据包括使用传感器(诸如传感器412)接收指示氢输送组件的状态的数据。对于图11的示例性方面，氢输送组件的状态包括处于气态的氢燃料的量。进一步地，方法包括在(321)处，响应于接收到指示燃料系统的数据，确定要提供给燃料系统的燃烧区段的处于气相的氢燃料的量。
附加地，方法包括在(322)处，计量来自氢输送组件的出口的处于气相的氢燃料流。此外，方法包括在(324)处，利用来自辅助氢燃料箱的处于气相的辅助氢燃料来补充处于气相的氢燃料。进一步地，方法包括在(326)处，在辅助氢燃料箱中积聚过量氢燃料。
将理解，燃料系统100可以包括计算装置或控制器，该计算装置或控制器能够与燃料系统100的某些方面一起操作，用于控制燃料系统100的各个方面。计算装置可以是计算系统的一部分。以这种方式，将理解，燃料系统100可以进一步包括传感器，用于感测指示排气组件的状态的数据。例如，传感器412可以被构造成感测指示排气组件106的工作气体流的温度的数据。
现在参考图12，提供了能够与燃料系统100的某些方面一起操作使用的示例计算系统400，如关于图12所参考的。计算系统400可以例如用作燃料系统100的控制器。计算装置410可以包括一个或多个处理器410A和一个或多个存储器装置410B。一个或多个处理器410A可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置410B可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器或其他存储器装置。
一个或多个存储器装置410B可以存储能够由一个或多个处理器410A访问的信息，包括可以由一个或多个处理器410A执行的计算机可读指令410C。指令410C可以是当由一个或多个处理器410A执行时，使一个或多个处理器410A进行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令410C可以由一个或多个处理器410A执行，以使一个或多个处理器410A进行操作，诸如计算系统400或计算装置310被构造用于的任何操作和功能、如本文所述的用于操作燃料系统100(例如，方法300)的操作、或一个或多个计算装置410的任何其他操作或功能。指令410C可以是用任何合适的编程语言编写的软件或者可以用硬件实施。附加地或替代地，指令410C可以在处理器410A上的逻辑或虚拟分离的线程中执行。存储器装置410B可以进一步存储可由处理器410A访问的数据410D。例如，数据410D可以包括指示功率流的数据、指示发动机/飞行器操作条件的数据、或本文描述的任何其他数据或信息。
计算装置410还可以包括网络接口410E，网络接口410E用于例如与燃料系统100、燃气涡轮发动机等的其他部件(诸如一个或多个传感器412)通信(例如，经由网络)。网络接口410E可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适部件，包括例如发射机、接收机、端口、控制器、天线或其他合适部件。一个或多个外部显示装置(未描绘)可以被构造成从计算装置410接收一个或多个命令。
本文所讨论的技术参考了基于计算机的系统、由基于计算机的系统采取的动作、以及发送到和发送自基于计算机的系统的信息。本领域普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许了部件之间和部件之中的任务和功能性的多种可能的构造、组合和划分。例如，本文讨论的处理可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用可以在单个系统上实施，或者分布在多个系统上。分布的部件可以顺序地或并行操作。
进一步的方面由以下条款的主题提供：
一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮机，所述涡轮机包括以串行流动顺序布置的燃烧区段和排气组件；和燃料系统，所述燃料系统包括：氢燃料箱，所述氢燃料箱用于保存处于液相的氢燃料；和与所述排气组件热连通的氢输送组件，所述氢输送组件包括：与所述氢燃料箱流体连通的液态氢管线；与所述燃气涡轮发动机的所述燃烧区段流体连通的气态氢管线；和热交换器管，所述热交换器管定位在所述排气组件内、在所述液态氢管线的下游和所述气态氢管线的上游。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述排气组件包括尾锥和核心喷嘴，所述核心喷嘴周向包围所述尾锥的至少一部分，其中所述核心喷嘴包括多个裂片，所述多个裂片周向定位在所述排气组件内，其中所述热交换器管是多个热交换器管，并且其中所述多个热交换器管定位在所述多个裂片中，与所述多个裂片一体形成，或两者兼之。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个裂片限定内表面和外表面，其中所述多个热交换器管定位在所述内表面和所述外表面之间。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述核心喷嘴与所述尾锥限定热气体流动路径，其中所述排气组件包括机舱，所述机舱限定旁通气流通道，其中所述内表面与所述热气体流动路径热连通，其中所述外表面与所述旁通气流通道热连通。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述内表面被构造成将热量从所述热气体流动路径传递到所述热交换器管，其中所述核心喷嘴包括所述热交换器管和所述外表面之间的热绝缘体。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个裂片包括第一壁和第二壁，并且其中所述多个热交换器管围绕所述第一壁和所述第二壁周向延伸，定位在所述第一壁上或集成到所述第一壁中，定位在所述第二壁上或集成到所述第二壁中，或其组合。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述燃料系统进一步包括：辅助氢燃料箱，所述辅助氢燃料箱用于保存处于气相的辅助氢燃料。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述排气组件被构造成向所述氢输送组件提供热量，以改变所述氢燃料的相。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述热交换器管限定液态部分和气态部分，并且其中，在所述燃料系统的操作期间，所述氢燃料在所述液态部分中处于液相并且在所述气态部分中处于气相。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述排气组件包括支柱，其中所述液态氢管线通过所述支柱从所述氢燃料箱延伸到所述热交换器管，并且其中所述气态氢管线通过所述支柱从所述热交换器管延伸到所述燃烧区段。
一种用于燃气涡轮发动机的燃料系统，所述燃气涡轮发动机包括燃烧区段和排气组件，所述燃料系统包括：氢燃料箱，所述氢燃料箱用于保存处于液相的氢燃料；和与所述排气组件热连通的氢输送组件，所述氢输送组件包括：与所述氢燃料箱流体连通的液态氢管线；与所述燃气涡轮发动机的所述燃烧区段流体连通的气态氢管线；和热交换器管，所述热交换器管定位在所述排气组件内、在所述液态氢管线的下游和所述气态氢管线的上游。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述排气组件包括尾锥和核心喷嘴，所述核心喷嘴周向包围所述尾锥的至少一部分，其中所述核心喷嘴包括多个裂片，所述多个裂片周向定位在所述排气组件内，其中所述热交换器管是多个热交换器管，并且其中所述多个热交换器管定位在所述多个裂片中，与所述多个裂片一体形成，或两者兼之。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述多个裂片限定内表面和外表面，其中所述多个热交换器管定位在所述内表面和所述外表面之间。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述核心喷嘴与所述尾锥限定热气体流动路径，其中所述排气组件包括机舱，所述机舱限定旁通气流通道，其中所述内表面与所述热气体流动路径热连通，其中所述外表面与所述旁通气流通道热连通。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述内表面被构造成将热量从所述热气体流动路径传递到所述热交换器管，其中所述核心喷嘴包括所述热交换器管和所述外表面之间的热绝缘体。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述多个裂片包括第一壁和第二壁，并且其中所述多个热交换器管围绕所述第一壁和所述第二壁周向延伸，定位在所述第一壁上或集成到所述第一壁中，定位在所述第二壁上或集成到所述第二壁中，或其组合。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述燃料系统进一步包括：辅助氢燃料箱，所述辅助氢燃料箱用于保存处于气相的辅助氢燃料。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述排气组件被构造成向所述氢输送组件提供热量，以改变所述氢燃料的相。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述热交换器管限定液态部分和气态部分，并且其中，在所述燃料系统的操作期间，所述氢燃料在所述液态部分中处于液相并且在所述气态部分中处于气相。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述排气组件包括支柱，其中所述液态氢管线通过所述支柱从所述氢燃料箱延伸到所述热交换器管，并且其中所述气态氢管线通过所述支柱从所述热交换器管延伸到所述燃烧区段。
一种用于燃气涡轮发动机的燃料系统，所述燃气涡轮发动机包括排气组件，所述排气组件包括尾锥，所述燃料系统包括：氢燃料箱，所述氢燃料箱用于保存氢燃料；热交换器，所述热交换器联接到所述燃气涡轮发动机的所述排气组件的所述尾锥或集成到所述燃气涡轮发动机的所述排气组件的所述尾锥中，所述热交换器限定与所述氢燃料箱流动连通的第一轴向流动路径，与所述燃气涡轮发动机的燃烧区段流动连通的第二轴向流动路径，和与所述第一轴向流动路径和所述第二轴向流动路径流动连通的径向流动路径。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述热交换器包括内壁和外壁，所述外壁周向包围所述内壁，其中所述内壁限定所述第一轴向流动路径，并且其中所述内壁和所述外壁一起限定所述第二轴向流动路径。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述第一轴向流动路径被构造成在第一方向上提供流，其中所述第二轴向流动路径被构造成在第二方向上提供流，并且其中所述第一方向与所述第二方向相反。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述燃气涡轮发动机限定工作气体流动路径，所述工作气体流动路径具有在其内流动的工作气体流，其中所述工作气体流被构造成加热所述径向流动路径，以改变所述氢燃料的相。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述热交换器集成到所述尾锥中，并且其中所述热交换器与所述工作气体流动路径热连通。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述尾锥包括外表面，其中所述外表面在所述外表面的径向内侧限定内流动路径，所述内流动路径与集成到所述尾锥中的所述热交换器流动连通，其中所述外表面在所述外表面的径向外侧限定外流动路径。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述热交换器包括多个径向流动翅片，其中所述多个径向流动翅片沿所述第一轴向流动路径周向间隔开。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述热交换器包括一起限定所述径向流动路径的第一部分、连接器部分和第二部分，其中所述第一部分从所述内壁延伸到所述连接器部分，其中所述连接器部分从所述第一部分延伸到所述第二部分，并且其中所述第二部分从所述连接器部分延伸到所述外壁。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述径向流动路径是多个径向流动路径，并且其中所述多个热交换器限定沿所述第一轴向流动路径轴向间隔开的多个级。
根据任何前述条款所述的燃料系统，其中所述多个径向流动路径在不同位置处打卡。
一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮机，所述涡轮机包括以串行流动顺序布置并且共同限定工作气体流动路径的燃烧区段和排气组件；燃料系统，所述燃料系统流体联接到所述燃烧区段，所述燃料系统包括：氢燃料箱，所述氢燃料箱用于保存氢燃料；泵，所述泵流体联接到所述氢燃料箱，用于生成所述氢燃料的流；和热交换器，所述热交换器包括：与所述氢燃料箱流动连通的第一轴向流动路径；与所述燃气涡轮发动机的所述燃烧区段流动连通的第二轴向流动路径；和与所述工作气体流动路径热连通的径向流动路径。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述热交换器包括内壁和外壁，所述外壁周向包围所述内壁，其中所述内壁限定所述第一轴向流动路径，并且其中所述内壁和所述外壁一起限定所述第二轴向流动路径。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一轴向流动路径被构造成在第一方向上提供流，其中所述第二轴向流动路径被构造成在第二方向上提供流，并且其中所述第一方向与所述第二方向相反。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中通过所述工作气体流动路径的工作气体流被构造成加热所述径向流动路径，以改变所述氢燃料的相。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮机进一步包括尾锥，其中所述热交换器集成到所述尾锥中，并且其中所述热交换器与所述工作气体流动路径热连通。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述尾锥包括外表面，其中所述外表面在所述外表面的径向内侧限定内流动路径，所述内流动路径与集成到所述尾锥中的所述热交换器流动连通，其中所述外表面在所述外表面的径向外侧限定外流动路径。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述热交换器包括多个径向流动翅片，其中所述多个径向流动翅片沿所述第一轴向流动路径周向间隔开。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述热交换器包括一起限定所述径向流动路径的第一部分、连接器部分和第二部分，其中所述第一部分从所述内壁延伸到所述连接器部分，其中所述连接器部分从所述第一部分延伸到所述第二部分，并且其中所述第二部分从所述连接器部分延伸到所述外壁。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述径向流动路径是多个径向流动路径，并且其中所述多个热交换器限定沿所述第一轴向流动路径轴向间隔开的多个级。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个径向流动路径在不同位置处打卡。
一种操作燃料系统的燃料管理单元的方法，所述方法包括：使用所述燃料系统的传感器接收指示排气组件的状态的数据，所述排气组件的所述状态包括所述排气组件内的工作气体流的温度；响应于接收到指示所述排气组件的所述状态的数据，确定要提供给氢输送组件的处于液相的氢燃料的量；和引导一个或多个部件，以向所述氢输送组件提供确定量的所述氢燃料。
根据任何前述条款所述的方法，其中引导一个或多个部件以向所述氢输送组件提供确定量的所述氢燃料包括启动所述燃料管理单元的液体泵，其中所述液体泵被构造成生成处于所述液相的所述氢燃料的流。
根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：使用所述氢输送组件引导一个或多个部件，以将所述氢燃料从所述液相转换成气相。
根据任何前述条款所述的方法，其中使用所述氢输送组件引导一个或多个部件以将所述氢燃料从所述液相转换成气相进一步包括利用所述氢输送组件加热所述氢燃料。
根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：引导一个或多个部件，以向燃烧区段提供处于所述气相的转换的所述氢燃料。
根据任何前述条款所述的方法，其中引导一个或多个部件以向所述燃烧区段提供处于所述气相的转换的所述氢燃料包括接收指示所述燃料系统的所述状态的数据，所述燃料系统的所述状态包括所述燃料系统的操作条件。
根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：响应于接收到指示所述燃料系统的所述状态的数据，确定要提供给所述燃料系统的所述燃烧区段的处于所述气相的所述氢燃料的量。
根据任何前述条款所述的方法，其中引导一个或多个部件以向所述燃料系统的所述燃烧区段提供处于所述气相的所述氢燃料包括计量来自所述氢输送组件的出口的处于所述气相的所述氢燃料的流。
根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：引导一个或多个部件，以利用来自辅助氢箱的氢燃料的辅助流来补充所述氢燃料的流。
根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：在辅助氢箱中积聚过量的氢燃料。
一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮机，所述涡轮机包括以串行流动顺序布置的燃烧区段和排气组件，所述涡轮机进一步包括传感器；燃料系统，所述燃料系统包括氢输送组件，所述氢输送组件定位成与所述排气组件热连通并与所述燃烧区段流体连通；和控制器，所述控制器包括非暂时性存储器和一个或多个处理器，所述非暂时性存储器存储指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使得所述燃气涡轮发动机进行操作，所述操作包括：使用所述涡轮机的所述传感器接收指示所述排气组件的状态的数据；响应于接收到指示所述排气组件的所述状态的数据，确定要提供给所述氢输送组件的处于液相的氢燃料的量；和引导一个或多个部件，以向所述氢输送组件提供确定量的所述氢燃料。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述操作进一步包括：引导一个或多个部件以向所述氢输送组件提供确定量的所述氢燃料包括启动所述燃料管理单元的液体泵，其中所述液体泵被构造成生成处于所述液相的所述氢燃料的流。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述操作进一步包括：使用所述氢输送组件引导一个或多个部件以将所述氢燃料从所述液相转换成气相包括利用氢输送加热所述氢燃料。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中使用所述氢输送组件引导一个或多个部件以将所述氢燃料从所述液相转换成气相进一步包括利用所述氢输送组件加热所述氢燃料。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述操作进一步包括：引导一个或多个部件，以向燃烧区段提供处于所述气相的转换的所述氢燃料。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中引导一个或多个部件以向所述燃烧区段提供处于所述气相的转换的所述氢燃料包括接收指示所述燃料系统的所述状态的数据，所述燃料系统的所述状态包括所述燃料系统的操作条件。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述操作进一步包括：响应于接收到指示所述燃料系统的所述状态的数据，确定要提供给所述燃料系统的所述燃烧区段的处于所述气相的所述氢燃料的量。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中引导一个或多个部件以向所述燃料系统的所述燃烧区段提供处于所述气相的所述氢燃料包括计量来自所述氢输送组件的出口的处于所述气相的所述氢燃料的流。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述操作进一步包括：引导一个或多个部件，以利用来自辅助氢箱的氢燃料的辅助流来补充所述氢燃料的流。
根据任何前述条款所述的燃气涡轮发动机，其中所述操作进一步包括：在辅助氢箱中积聚过量的氢燃料。
该书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，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的范围内。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的燃料系统，所述燃气涡轮发动机包括排气组件，所述排气组件包括尾锥，其特征在于，所述燃料系统包括：
氢燃料箱，所述氢燃料箱用于保存氢燃料；
热交换器，所述热交换器联接到所述燃气涡轮发动机的所述排气组件的所述尾锥或集成到所述燃气涡轮发动机的所述排气组件的所述尾锥中，所述热交换器限定与所述氢燃料箱流动连通的第一轴向流动路径，与所述燃气涡轮发动机的燃烧区段流动连通的第二轴向流动路径，和与所述第一轴向流动路径和所述第二轴向流动路径流动连通的径向流动路径。
2.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，其中所述热交换器包括内壁和外壁，所述外壁周向包围所述内壁，其中所述内壁限定所述第一轴向流动路径，并且其中所述内壁和所述外壁一起限定所述第二轴向流动路径。
3.根据权利要求2所述的燃料系统，其特征在于，其中所述热交换器包括一起限定所述径向流动路径的第一部分、连接器部分和第二部分，其中所述第一部分从所述内壁延伸到所述连接器部分，其中所述连接器部分从所述第一部分延伸到所述第二部分，并且其中所述第二部分从所述连接器部分延伸到所述外壁。
4.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，其中所述第一轴向流动路径被构造成在第一方向上提供流，其中所述第二轴向流动路径被构造成在第二方向上提供流，并且其中所述第一方向与所述第二方向相反。
5.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，其中所述燃气涡轮发动机限定工作气体流动路径，所述工作气体流动路径具有在其内流动的工作气体流，其中所述工作气体流被构造成加热所述径向流动路径，以改变所述氢燃料的相。
6.根据权利要求5所述的燃料系统，其特征在于，其中所述热交换器集成到所述尾锥中，并且其中所述热交换器与所述工作气体流动路径热连通。
7.根据权利要求6所述的燃料系统，其特征在于，其中所述尾锥包括外表面，其中所述外表面在所述外表面的径向内侧限定内流动路径，所述内流动路径与集成到所述尾锥中的所述热交换器流动连通，其中所述外表面在所述外表面的径向外侧限定外流动路径。
8.根据权利要求6所述的燃料系统，其特征在于，其中所述热交换器包括多个径向流动翅片，其中所述多个径向流动翅片沿所述第一轴向流动路径周向间隔开。
9.根据权利要求5所述的燃料系统，其特征在于，其中所述径向流动路径是多个径向流动路径，并且其中所述热交换器限定沿所述第一轴向流动路径轴向间隔开的多个级。
10.根据权利要求9所述的燃料系统，其特征在于，其中所述多个径向流动路径在不同位置处打卡。
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