DE102023126200A1

DE102023126200A1 - Verbessertes Wärmemanagement in einem Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE102023126200A1
Application number: DE102023126200.9A
Authority: DE
Inventors: Andrea Minelli
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2023-09-27
Publication date: 2024-03-28
Also published as: GB202314441D0; GB202214149D0; GB2624093A; FR3140131A1

Abstract

Ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und eine Rohranordnung umfasst, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Leistungsgetriebe und an die Turbomaschinenlager bereitzustellen, um die von dem Leistungsgetriebe und den Turbomaschinenlager erzeugte Wärme zu entfernen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk und insbesondere auf ein Gasturbinentriebwerk mit einem verbesserten Wärmemanagementsystem.
Gasturbinentriebwerke werden im Allgemeinen zum Antreiben von Flugzeugen und dergleichen verwendet. Ein Gasturbinentriebwerk umfasst im Allgemeinen einen Lufteinlass, einen Fan, einen oder mehrere Verdichter, eine Brennkammer, eine oder mehrere Turbinen und eine Abgasdüse. Luft, die in den Lufteinlass eintritt, wird durch den Verdichter verdichtet, mit Kraftstoff gemischt und dann in die Brennkammer eingespeist, wo die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erfolgt. Die Hochtemperatur- und Hochenergie-Fluide werden dann in die Turbine eingespeist, wobei die Energie der Fluide in mechanische Energie umgewandelt wird, um den Verdichter und den Fan durch geeignete Verbindungswelle(n) in Drehung zu versetzen, um einen Antriebsschub bereitzustellen.
Gasturbinentriebwerke umfassen Turbomaschinenlager, die zwischen rotierenden und stationären Teilen des Triebwerks bereitgestellt sind, zum Beispiel an jedem Ende der Verbindungswelle(n). Solche Turbomaschinenlager erfordern eine adäquate Schmierung und Kühlung unter allen vorhersehbaren Betriebsbedingungen, um optimal zu arbeiten, um jegliche Abnutzung zu minimieren und damit die Lebensdauer zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird ein Ölsystem bereitgestellt. Aus den Turbomaschinenlagern durch das Ölsystem entfernte Wärme wird dann an Luft und/oder Kraftstoff abgegeben, um Vorteile hinsichtlich eines spezifischen Kraftstoffverbrauchs (Specific Fuel Consumption - SFC) zu erreichen.
Ein allgemeines Ziel eines Gasturbinentriebwerks ist es, die Effizienz zu erhöhen und damit den Kraftstoffverbrauch (SFC) zu reduzieren. Da allgemein erkannt wird, dass ein Bewegen von mehr Luft mit einer niedrigeren Geschwindigkeit ein effizienter Weg ist, um einen gegebenen Schub zu erreichen und daher den SFC zu verbessern, werden Getriebearchitekturen entwickelt, bei denen ein Fan mit erhöhtem Durchmesser durch ein Leistungsgetriebe mit einer niedrigeren Drehzahl als der Verdichter angetrieben wird. Das Leistungsgetriebe erzeugt, zusätzlich zu den Turbomaschinenlagern, Wärme, die entfernt werden muss, um einen ordnungsgemäßen und effizienten Betrieb sicherzustellen. Die zusätzliche Wärmemenge, die durch das Leistungsgetriebe erzeugt wird, wenn sie an Kraftstoff abgegeben wird, trägt jedoch zur Gefahr der thermischen Beeinträchtigung des Kraftstoffs bei bestimmten Betriebsbedingungen bei.
Ein solches Risiko ist bei Getriebe-Gasturbinentriebwerken mit magerbetriebenen Brennkammern noch schwerer. Die magere Verbrennung ist eine Verbrennungstechnologie, die auf das Reduzieren von Stickoxiden (NOx) zielt, die bei hohen Temperaturen zu bilden beginnen und exponentiell mit steigender Temperatur ansteigen. Bei einer mageren Verbrennung ist das Luft-zu-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) höher als ein stöchiometrisches Verhältnis, das es ermöglicht, die Verbrennungstemperatur innerhalb von Grenzen zu halten, die bekannt sind, um die NOx-Erzeugung zu reduzieren. Magerbetriebene Gasturbinentriebwerke stellen jedoch schwerwiegende Einschränkungen hinsichtlich der Wärmemenge dar, die an den Kraftstoff abgeführt werden kann. Zum Beispiel ist bei Kraftstoffsprühdüsen mit Pilot- und Hauptströmen, bei Hauptstrom-Stage-Out (Ausschaltung), der Kraftstoff im Hauptstrom im Allgemeinen stagnierend und nimmt daher Wärme auf, die aufgrund der thermischen Beeinträchtigung des Kraftstoffs unerwünscht ist.
Ein einfaches Erhöhen der an Luft abgegebenen Wärmemenge kann weder technisch machbar, aufgrund einer begrenzten Öl-zu-Luft-Wärmeaustauschkapazität, noch energetisch vorteilhaft sein, da sie die Menge an verschwendeter Energie erhöhen würde und gleichzeitig keinen korrekten Betrieb des Triebwerks unter allen Betriebsbedingungen gewährleisten würde.
Grundsätzlich stellen Getriebe-Gasturbinentriebwerke und insbesondere Getriebe-Gasturbinentriebwerke mit magerbetriebenen Brennkammern neue Herausforderungen hinsichtlich der Verwaltung von Wärme, die von den Triebwerkskomponenten erzeugt wird, bereit.
Es besteht daher ein Bedarf, ein Gasturbinentriebwerk mit einem verbesserten Wärmemanagementsystem bereitzustellen, das es ermöglicht, die Energieverschwendung zu minimieren, den spezifischen Kraftstoffverbrauch zu verbessern und eine effektive Kühlung an den Triebwerkskomponenten bereitzustellen, darunter das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager, unter allen vorhersehbaren Betriebsbedingungen.
Dementsprechend wird ein Gasturbinentriebwerk gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einem Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend: einen Triebwerkskern, der einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet, umfasst, wobei die Kernwelle eine maximale Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 5500 U/min bis 9500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 8500 U/min, aufweist; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist, wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein erster Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, die definiert ist als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$
bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 0,25 bis 0,70 liegt.
Wie hierin verwendet, entsprechen die Anteile Prozentsätzen und umgekehrt, und daher entspricht zum Beispiel ein Anteil von 0,5 50 % und ein Anteil von 1 entspricht 100 %.
Mit anderen Worten wird bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl von 25 % bis 70 % der von dem Leistungsgetriebe erzeugten Wärme und der Turbomaschine an die erste Wärmesenke abgeführt (der Rest der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme wird an die zweite Wärmesenke abgeführt).
Wie hierin verwendet, haben maximale Startbedingungen (MTO-Bedingungen) die herkömmliche Bedeutung. Maximale Startbedingungen können definiert werden als ein Betreiben des Triebwerks bei Internationalem Standardatmosphärendruck (ISA) auf Meereshöhe und Temperaturbedingungen von +15 Grad C bei maximalem Startschub am Ende der Startbahn, der üblicherweise bei einer Geschwindigkeit des Flugzeugs von rund 0,25 Mn, oder zwischen etwa 0,24 und 0,27 Mn definiert wird. Maximale Startbedingungen für das Triebwerk können daher definiert werden als ein Betreiben des Triebwerks bei einem maximalen Startschub (z. B. bei voller Gasabnahme) für das Triebwerk bei Internationalem Standardatmosphären (ISA)-Meereshöhendruck und einer Temperatur von +15 °C mit einer Fan-Einlassgeschwindigkeit von 0,25 Mn. Eine maximale Kernwellenstartdrehzahl (MTO-Drehzahl) ist die Drehzahl der Kernwelle unter MTO-Bedingungen und wird in U/min gemessen (Umdrehungen pro Minute). Die maximale Kernwellenstartdrehzahl wird im Allgemeinen unter den Leistungsdaten des Triebwerks und/oder in dem Datenblatt des Triebwerkstyps identifiziert.
In der vorliegenden Offenbarung beziehen sich die Begriffe stromaufwärts und stromabwärts auf den Luftstrom durch den Verdichter; und vorne und hinten beziehen sich auf das Gasturbinentriebwerk, d. h. der Fan befindet sich vorne und die Turbine befindet sich hinten im Triebwerk.
In der vorliegenden Offenbarung schließt der Begriff „Turbomaschinenlager“ jede Komponente des Gasturbinentriebwerks ein, die sich vom Leistungsgetriebe unterscheidet, das Wärme erzeugt und durch das Wärmemanagementsystem gekühlt wird.
Die von dem Leistungsgetriebe und Turbomaschinenlager erzeugte und durch den Schmiermittelstrom entfernte Wärme ist die Summe der ersten Wärmemenge und der zweiten Wärmemenge.
Die vorliegende Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um spezifische Anteile an an Luft abgegebene Wärme bereitzustellen, bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder in der Nähe von Reiseflugbedingungen, und einer Kernwelle mit einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl in einem spezifischen Bereich ermöglicht, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinen bereitzustellen, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher zu minimieren und SFC-Vorteile für die längste Flugphase zu maximieren.
Um das Wärmemanagementsystem zu konfigurieren, sodass es die spezifischen Anteile an Wärme erreicht, die an Luft abgegeben werden, können mehrere Design- und/oder Betriebsparameter verwendet werden. Zum Beispiel können einer oder mehrere der folgenden Parameter verwendet werden: der Typ (zum Beispiel Parallel- oder Gegenstrom), die Effizienz, die Anzahl und der Bereich der Wärmeaustauschoberfläche des Luft-Schmiermittel- und des Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauschers, die Strömungsbedingungen des Schmiermittels, zum Beispiel die Schmiermittel-Massenströmungsrate, die jeden des/der Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher(s) und des/der Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher(s) durchströmt, das Verhältnis zwischen der Schmiermittel-Massenströmungsrate durch den/die Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher und der Schmiermittel-Massenströmungsrate durch den/die Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, und den Strömungszustand der Kühlluft, zum Beispiel der Kühlluft-Massenströmungsrate. Zum Beispiel würde das Erhöhen (oder Verringern) der gesamten Wärmeaustauschoberfläche des mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauschers zwischen dem Schmiermittel und der ersten Wärmesenke die erste Wärmemenge, die an die erste Senke abgeführt wird, erhöhen (oder verringern); das Erhöhen (oder Verringern) der Schmiermittel-Massenströmungsrate an den/die Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher und/oder das Erhöhen (oder Verringern) der Kühlluft-Massenströmungsrate würde die erste Wärmemenge, die an die erste Senke abgeführt wird, erhöhen (oder verringern). Analog würde das Erhöhen (oder Verringern) der gesamten Wärmeaustauschoberfläche des mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauschers zwischen dem Schmiermittel und der zweiten Wärmesenke die zweite Wärmemenge erhöhen (oder verringern), die an die zweite Senke abgeführt wird; und das Erhöhen (oder Verringern) der Schmiermittel-Massenströmungsrate an den/die Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher würde die zweite Wärmemenge, die an die zweite Senke abgeführt wird, erhöhen (oder verringern).
Die Rohranordnung kann einen Schmiermittelbypass umfassen, der entweder zu einem oder beiden des mindestens einen Luft-Schmiermittel- und des mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauschers führt. Durch Einstellen der Schmiermittel-Massenströmungsrate im Bypass und über die Wärmetauscher kann die Menge an Wärme, die an die erste und die zweite Wärmesenke abgegeben wird, weiter eingestellt werden. In Ausführungsformen kann der Schmiermittelbypass in dem mindestens einen Luft-Schmiermittel- und dem mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher eingebettet sein und Teil davon sein.
Die maximale Kernwellenstartdrehzahl kann im Bereich von 5500 U/min bis 7500 U/min liegen, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 6500 U/min.
Der erste Anteil kann größer als 0,25 oder größer als 0,30 oder größer als 0,35 oder größer als 0,40 oder größer als 0,45 oder größer als 0,50 oder größer als 0,55 und kleiner als 0,70 oder kleiner als 0,65, zum Beispiel im Bereich von 0,25 bis 0,70 oder im Bereich von 0,35 bis 0,70 oder im Bereich von 0,45 bis 0,70 oder im Bereich von 0,50 bis 0,70 oder im Bereich von 0,55 bis 0,70 oder im Bereich von 0,55 bis 0,65 sein.
Ein zweiter Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, ist definiert als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$
bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,60 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,70 bis 1, mehr bevorzugt im Bereich von 0,75 bis 1 liegt.
Der zweite Anteil kann größer als 0,60 oder größer als 0,65 oder größer als 0,70 oder größer als 0,75 und kleiner als 1 oder kleiner als 0,95 sein, zum Beispiel im Bereich von 0,60 bis 1 oder im Bereich von 0,65 bis 1 oder im Bereich von 0,70 bis 1 oder im Bereich von 0,75 bis 1 oder im Bereich von 0,75 bis 0,95 sein.
Die erste Wärmesenke kann Bypass-Luft sein, die über einen Bypass-Kanal des Gasturbinentriebwerks strömt.
Das Wärmemanagementsystem kann angepasst sein, um ein Wärmeverhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65, vorzugsweise von 0,45 bis 0,60, mehr bevorzugt von 0,47 bis 0,58, bereitzustellen.
Darüber hinaus können die Umgebungsbedingungen und insbesondere die Umgebungstemperatur einen Einfluss auf die Kapazität der ersten Wärmesenke und der zweiten Wärmesenke haben, um durch das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager erzeugte Wärme abzuführen. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine solche Kapazität mit der Umgebungstemperatur in gleicher Weise für die erste und die zweite Wärmesenke nicht variiert. Mit anderen Worten können die relativen Wärmemengen, die (externe oder Bypass-)Luft und Kraftstoff zurückweisen können, können mit der Temperatur variieren.
Aus diesem Grund kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen zu variieren, um spezifische erste und zweite Anteile bereitzustellen, die es ermöglichen, die zweite Wärmemenge zu maximieren und daher den SFC zu maximieren, und die Gesamtwärmeaustauschoberfläche der Wärmetauscher zu minimieren, ohne eine Kraftstoffbeeinträchtigung zu verursachen.
Da Triebwerke normalerweise zertifiziert sind, in einem Bereich von Umgebungstemperaturen zwischen ISA (Internationale Standardatmosphäre) -69 °C und ISA - 40 °C zu arbeiten, kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge zu variieren, und daher das erste und das zweite Verhältnis, um SFC zu maximieren, und die Abmessungen (und damit das Gewicht) der Wärmetauscher zu minimieren, ohne eine Kraftstoffbeeinträchtigung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zu verursachen.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um den ersten Anteil und den zweiten Anteil innerhalb der vorstehend offenbarten Bereiche für Umgebungstemperaturen im Bereich von ISA -69 °C und ISA +40 °C bereitzustellen.
Darüber hinaus kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um den ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,60 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,62 bis 0,68 bereitzustellen.
Wenn die Umgebungstemperatur abnimmt, nehmen die Luft- und Kraftstofftemperaturen ab, und die Wärmemengen, die an Luft und Kraftstoff abgegeben werden können, steigt, jedoch nicht proportional zueinander. Dementsprechend kann, um SFC zu maximieren, und die Abmessungen (und damit das Gewicht) der Wärmetauscher zu minimieren, ohne eine Kraftstoffbeeinträchtigung zu verursachen, das Wärmemanagement auch so konfiguriert sein, dass es den ersten Anteil innerhalb bestimmter Bereiche bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen bereitstellt.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C kann das Wärmemanagement konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge bereitzustellen, um den ersten Anteil im Bereich von 0,20 bis 0,40, vorzugsweise im Bereich von 0,20 bis 0,35, mehr bevorzugt im Bereich von 0,20 bis 0,30 bereitzustellen.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge bereitzustellen, um den ersten Anteil im Bereich von 0,35 bis 0,65, vorzugsweise im Bereich von 0,40 bis 0,60, mehr bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,55 bereitzustellen.
Da der erste Anteil bei einer Kernwellendrehzahl definiert ist, die den Flugbedingungen entspricht oder nahezu entspricht, indem die erste und die zweite Wärmemenge bereitgestellt werden, um den ersten Anteil innerhalb der vorstehenden Bereiche bereitzustellen, kann der SFC für den gesamten Temperaturbereich maximiert werden, für den ein Triebwerk zertifiziert ist.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um den zweiten Anteil innerhalb spezifischer Bereiche bereitzustellen, die sich als sicher in Bezug auf Kraftstoffbeeinträchtigung erwiesen haben, und die SFC zu maximieren und die Abmessungen (und damit das Gewicht) der Wärmetauscher bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen zu minimieren. Insbesondere kann bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 Grad C das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um den zweiten Anteil im Bereich von 0,85 bis 1 oder von 0,90 bis 1 oder von 0,92 bis 1 oder von 0,92 bis 0,98 bereitzustellen. Bei einer Umgebungstemperatur von
ISA -69 °C kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um den zweiten Anteil im Bereich von 0,40 bis 0,75 oder im Bereich von 0,50 bis 0,75 oder im Bereich von 0,55 bis 0,70 bereitzustellen. Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um den zweiten Anteil im Bereich von 0,60 bis 0,95 oder im Bereich von 0,70 bis 0,95 oder im Bereich von 0,75 bis 0,95 oder im Bereich von 0,80 bis 0,92 bereitzustellen.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um ein Wärmeverhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,50 bis 0,80 oder im Bereich von 0,55 bis 0,75 oder im Bereich von 0,60 bis 0,70 oder im Bereich von 0,60 bis 0,67 bereitzustellen.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um ein Wärmeverhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65 oder im Bereich von 0,45 bis 0,60 oder im Bereich von 0,50 bis 0,60 oder im Bereich von 0,50 bis 0,58 oder im Bereich von 0,47 bis 0,58 bereitzustellen.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um ein Wärmeverhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,30 bis 0,55, vorzugsweise im Bereich von 0,30 bis 0,50, mehr bevorzugt im Bereich von 0,35 bis 0,45 bereitzustellen.
Darüber hinaus kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,5 bis 4,5, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 4,0, mehr bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,5 bereitzustellen.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um ein Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,0 bis 2,1, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 2,1, mehr bevorzugt im Bereich von 1,4 bis 2,0 bereitzustellen.
Darüber hinaus kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,20 bis 1,42 oder im Bereich von 1,22 bis 1,41 oder im Bereich von 1,25 bis 1,40 bereitzustellen.
Darüber hinaus kann das Wärmemanagementsystem konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,10 bis 1,25 oder im Bereich von 1,10 bis 1,22 oder im Bereich von 1,11 bis 1,20 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugter und an Luft abgegebener Anteil von Wärme größer als A-NH+B und kleiner als 1 ist, wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48 ist und NH eine Kernwellendrehzahl ist, die als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl ausgedrückt ist und im Bereich von 0,65 bis 1 liegt.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
Mit anderen Worten, wenn NH 0,65 beträgt, ist die Kernwellendrehzahl 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und wenn NH 1 ist, beträgt die Kernwellendrehzahl 100 % oder ist gleich der maximalen Kernwellenstartdrehzahl.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugte und an Luft abgeführte Anteil der Wärme

weniger als der niedrigere von 1 und C·NH +D ist,
wobei C gleich -1,84 ist, D im Bereich von 2,10 bis 2,30 liegt und NH im Bereich von 0,65 bis 1 liegt.

D kann im Bereich von 2,18 bis 2,30 oder im Bereich von 2,18 bis 2,25 oder im Bereich von 2,20 bis 2,25 liegen.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugte und an Luft abgeführte Anteil der Wärme

größer als A-NH+B und kleiner als der niedrigere von 1 und E. (NH-1)+F ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48 ist, E im Bereich von -1,16 bis -3 liegt, F gleich oder größer als 0,37 ist und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und im Bereich von 0,65 bis 1 liegt.

B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
E kann im Bereich von -1,16 bis -2,5 oder im Bereich von -1,16 bis -1,95 liegen.
In den vorstehenden Ausführungsformen kann die Kernwellendrehzahl NH im Bereich von 0,65 bis 0,95 oder im Bereich von 0,65 bis 0,90 oder im Bereich von 0,65 bis 0,85 liegen.
Der Fan kann einen Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 380 cm aufweisen.
Optional kann das Leistungsgetriebe ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von 2,9 bis 4,0 aufweisen, oder von 3,0 bis 3,8.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, das umfasst: einen Triebwerkskern, der einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet, umfasst, wobei die Kernwelle eine Kernwellendrehzahl im Bereich von 5500 U/min bis 9500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 8500 U/min aufweist; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; und wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfasst, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, definiert als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$
bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 0,25 bis 0,70 liegt.
Der erste Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, kann im Bereich von 0,35 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,45 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,50 bis 0,70 liegen.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugte und an Luft abgegebene Wärmeanteil bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 0,55 bis 0,75, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,5 bis 4,5, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 4,0, mehr bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,5 liegt
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA 10 °C im Bereich von 1,20 bis 1,42, vorzugsweise im Bereich von 1,22 bis 1,41, mehr bevorzugt im Bereich von 1,25 bis 1,40 liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend: einen Triebwerkskern, der umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an den Leistungsgetriebe und Turbomaschinenlager bereitzustellen, und eine Rohranordnung umfasst, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Leistungsgetriebe und an die Turbomaschinenlager bereitzustellen, um die von dem Leistungsgetriebe und den Turbomaschinenlagern erzeugte Wärme zu entfernen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist. Ein erster Anteil der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme definiert ist als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl und
ein zweiter Anteil der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme definiert ist als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl. Das Wärmemanagementsystem ist konfiguriert, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,25 bis 0,70 liegt und der zweite Anteil im Bereich von 0,60 bis 1 liegt.
Wie hierin verwendet, entsprechen die Anteile Prozentsätzen und umgekehrt, und daher entspricht zum Beispiel ein Anteil von 0,5 50 % und ein Anteil von 1 100 %.
Mit anderen Worten wird bei 85 % einer Kernwellenstartdrehzahl, von 25 % bis 70 % der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme an die erste Wärmesenke abgegeben (wobei der Rest der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme an die zweite Wärmesenke abgegeben wird) und bei 65 % der Kernwellendrehzahl von 60 % bis 100 % der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme an die erste Wärmesenke abgegeben (wobei der Rest der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme an die zweite Wärmesenke abgegeben wird).
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um spezifische Wärmeanteile bereitzustellen, die an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben werden, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe an dem Leerlauf, und bei einer Geschwindigkeit von 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe Reiseflugbedingungen, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinen bereitstellt, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher minimiert, SFC-Vorteile maximiert und gleichzeitig eine Kraftstoffbeeinträchtigung unter allen Betriebsbedingungen vermeidet.
Der erste Anteil kann größer als 0,25 oder größer als 0,30 oder größer als 0,35 oder größer als 0,40 oder größer als 0,45 oder größer als 0,50 oder größer als 0,55 und kleiner als 0,70 oder kleiner als 0,65, zum Beispiel im Bereich von 0,25 bis 0,70 oder im Bereich von 0,35 bis 0,70 oder im Bereich von 0,45 bis 0,70 oder im Bereich von 0,50 bis 0,70 oder im Bereich von 0,55 bis 0,70 oder im Bereich von 0,55 bis 0,65 sein.
Der zweite Anteil kann größer als 0,60 oder größer als 0,65 oder größer als 0,70 oder größer als 0,75 und kleiner als 1 oder kleiner als 0,95 sein, zum Beispiel im Bereich von 0,60 bis 1 oder im Bereich von 0,65 bis 1 oder im Bereich von 0,70 bis 1 oder im Bereich von 0,75 bis 1 oder im Bereich von 0,75 bis 0,95 sein.
Die erste Wärmesenke kann Bypass-Luft sein, die über einen Bypasskanal des Gasturbinentriebwerks strömt.
Das Wärmemanagementsystem kann angepasst sein, um ein Wärmeverhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65, vorzugsweise von 0,45 bis 0,60, mehr bevorzugt von 0,47 bis 0,58, bereitzustellen.
Die Rohranordnung kann einen ersten Schmiermittelkreislauf, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Schmiermittelstrom bereitzustellen und einen zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen zweiten Schmiermittelstrom bereitzustellen, wobei der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und der mindestens eine Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Das Wärmemanagementsystem kann eine Modulationsvorrichtung einschließen, die angepasst ist, um eine Schmiermittelstromverteilung zwischen dem Leistungsgetriebe und den Turbomaschinen einzustellen.
Die Modulationsvorrichtung kann eine erste Pumpvorrichtung einschließen, die in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist, um den ersten Schmiermittelstrom einzustellen und eine zweite Pumpvorrichtung, die in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist, um den zweiten Schmiermittelstrom einzustellen.
Der erste Schmiermittelkreislauf kann eine Schmierung und Kühlung des Leistungsgetriebes bereitstellen.
Der zweite Schmiermittelkreislauf kann die Schmierung und Kühlung an den Turbomaschinenlagern bereitstellen.
Das Gasturbinentriebwerk kann mindestens zwei Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher umfassen, um die erste Wärmemenge an die erste Wärmesenke abzuleiten, von der mindestens eine in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und mindestens eine in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Das Wärmemanagementsystem kann einen Schmiermitteltank in Fluidverbindung mit dem ersten und dem zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen und diesen Schmiermittel zuführen.
Das Wärmemanagementsystem kann einen in Fluidverbindung mit dem ersten Schmiermittelkreislauf stehenden und diesem Schmiermittel zuführenden ersten Schmiermitteltank und einen in Fluidverbindung mit dem zweiten Schmiermittelkreislauf stehenden und diesem Schmiermittel zuführenden zweiten Schmiermitteltank umfassen.
Der Fan kann einen Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 380 cm oder von 210 cm bis 370 cm oder von 220 cm bis 370 cm, zum Beispiel von 340 bis 370 cm, aufweisen.
Das Leistungsgetriebe kann ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von 2,9 bis 4,0 oder von 3,0 bis 3,8, oder von 3,1 bis 3,7 aufweisen.
Der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher kann ein Matrix-Luft-Ölkühler (MACOC) sein.
Die Brennkammer kann eine magerbetriebene Brennkammer sein. Die magerbetriebene Brennkammer kann mehrere Magerkraftstoffsprühdüsen umfassen, wobei jede Kraftstoffsprühdüse einen Pilotkraftstoffinjektor und einen Hauptkraftstoffinjektor umfasst.
Gemäß einem Aspekt wird ein Betriebsverfahren eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend einen Triebwerkskern, umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Leistungsgetriebe und Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzuleiten, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist. Ein erster Anteil an Wärme, der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, ist definiert als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl und
ein zweiter Anteil an Wärme, der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, ist definiert als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl,
wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfasst, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,25 bis 0,70 liegt und der zweite Anteil im Bereich von 0,60 bis 1 liegt.
Der erste Anteil kann größer als 0,25 oder größer als 0,30 oder größer als 0,35 oder größer als 0,40 oder größer als 0,45 oder größer als 0,50 oder größer als 0,55 und kleiner als 0,70 oder kleiner als 0,65, zum Beispiel im Bereich von 0,25 bis 0,70 oder im Bereich von 0,35 bis 0,70 oder im Bereich von 0,45 bis 0,70 oder im Bereich von 0,50 bis 0,70 oder im Bereich von 0,55 bis 0,70 oder im Bereich von 0,55 bis 0,65 sein.
Der zweite Anteil kann größer als 0,60 oder größer als 0,65 oder größer als 0,70 oder größer als 0,75 und kleiner als 1 oder kleiner als 0,95 sein, zum Beispiel im Bereich von 0,60 bis 1 oder im Bereich von 0,65 bis 1 oder im Bereich von 0,70 bis 1 oder im Bereich von 0,75 bis 1 oder im Bereich von 0,75 bis 0,95 sein.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Wärmeverhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65 oder im Bereich von 0,45 bis 0,60 oder im Bereich von 0,47 bis 0,58 liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend: einen Triebwerkskern, der umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an den Getriebe- und Turbomaschinenlager bereitzustellen, und eine Rohranordnung umfasst, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und Turbomaschinenlager bereitzustellen, um die von dem Getriebe und Turbomaschinenlager erzeugte Wärme zu entfernen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist;
wobei ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl,
wobei ein zweiter Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl; und
wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65 liegt.
Wie hierin verwendet, entsprechen die Anteile Prozentsätzen und umgekehrt, und daher entspricht zum Beispiel ein Anteil von 0,5 50 % und ein Anteil von 1 100 %.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um bei einer Temperatur von ISA +10 °C, d. h. in relativ heißen Tagen, spezifische Anteile an Wärme, die an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe des Flugleerlaufs, und bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe der Reiseflugbedingungen, bereitzustellen, ermöglicht, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinen bereitzustellen, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher zu minimieren, die SFC-Vorteile zu maximieren und gleichzeitig eine thermische Kraftstoffbeeinträchtigung unter allen Betriebsbedingungen zu vermeiden.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C kann das Verhältnis des ersten Anteils von Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt wird, und an die Luft abgegeben wird, zu dem zweiten Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt wird und an die Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,45 bis 0,60, vorzugsweise im Bereich von 0,47 bis 0,58, liegen.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,25 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,35 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,70, noch mehr bevorzugt im Bereich von 0,50 bis 0,70 liegen kann.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,60 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,70 bis 1, mehr bevorzugt im Bereich von 0,75 bis 1 liegt.
Die Rohranordnung kann einen ersten Schmiermittelkreislauf, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Schmiermittelstrom bereitzustellen und einen zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen zweiten Schmiermittelstrom bereitzustellen, wobei der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und der mindestens eine Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Die maximale Kernwellenstartdrehzahl kann im Bereich von 5500 U/min bis 9500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 8500 U/min, liegen.
Der Fan kann eine Fan-Drehzahl bei MTO-Bedingungen im Bereich von 1500 U/min bis 2800 U/min, vorzugsweise im Bereich von 1600 U/min bis 2500 U/min, mehr bevorzugt im Bereich von 1600 U/min bis 2200 U/min aufweisen
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellendrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellendrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,85 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,90 bis 1 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass das Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,30 bis 0,55, vorzugsweise im Bereich von 0,35 bis 0,45 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,40 bis 0,60 bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C liegt und der zweite Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 0,80 bis 0,92 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,5 bis 4,5, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 4,0, mehr bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,5 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,0 bis 2,1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 2,1, mehr bevorzugt im Bereich von 1,4 bis 2,0.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,20 bis 1,42, vorzugsweise im Bereich von 1,22 bis 1,41, mehr bevorzugt im Bereich von 1,25 bis 1,40 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,10 bis 1,25, vorzugsweise im Bereich von 1,10 bis 1,22, mehr bevorzugt im Bereich von 1,11 bis 1,20 liegt.
Gemäß einem Aspekt wird ein Betriebsverfahren eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend: einen Triebwerkskern, umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; und
wobei ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl und
ein zweiter Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl,
wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfasst, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10° C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65 liegt.
Das Verhältnis kann im Bereich von 0,45 bis 0,60 und vorzugsweise im Bereich von 0,47 bis 58 liegen.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,25 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,35 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,70, noch mehr bevorzugt im Bereich von 0,50 bis 0,70 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,60 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,70 bis 1, mehr bevorzugt im Bereich von 0,75 bis 1 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40° C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugte und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 0,55 bis 0,75, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt; und/oder den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40° C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,85 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,90 bis 1 liegt.
Gemäß einem Aspekt wird ein Betriebsverfahren eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend einen Triebwerkskern, umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, der angepasst ist, um Kühlluft von dem Bypass-Kanal aufzunehmen, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Bypass-Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist, wobei das Verfahren ferner umfasst:

- Betreiben des Wärmemanagementsystems, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein erster Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, definiert als

(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 85 % MTO

- Betreiben des Fans unter Reiseflugbedingungen, um ein Fan-Druckverhältnis im Bereich von 1,35 bis 1,43 bereitzustellen.

Wie hierin verwendet, entsprechen die Anteile Prozentsätzen und umgekehrt, und daher entspricht zum Beispiel ein Anteil von 0,5 50 % und ein Anteil von 1 100 %.
Mit anderen Worten wird bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl von 25 % bis 70 % der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme an die erste Wärmesenke abgegeben wird (wobei der Rest der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme an die zweite Wärmesenke abgegeben wird).
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um spezifische Anteile an Wärme bereitzustellen, die an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben werden, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe bei Reiseflugbedingungen, und eines Fans, der konfiguriert ist, um bei Reiseflugbedingungen ein Fan-Druckverhältnis in einem bestimmten Bereich bereitzustellen, es ermöglicht, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher zu minimieren, und die SFC-Vorteile für die längste Flugphase zu maximieren.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,35 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,45 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,50 bis 0,70 liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,35 bis 0,65, vorzugsweise im Bereich von 0,40 bis 0,60, mehr bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,55, liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,5 bis 4,5, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 4,0, mehr bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,5 liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,20 bis 1,42, vorzugsweise im Bereich von 1,22 bis 1,41, mehr bevorzugt im Bereich von 1,25 bis 1,40 liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein zweiter Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, definiert als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 0,60 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,70 bis 1, mehr bevorzugt im Bereich von 0,75 bis 1 liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,1 bis 2,1, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 2,1, mehr bevorzugt im Bereich von 1,4 bis 2,0 liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,10 bis 1,25, vorzugsweise im Bereich von 1,10 bis 1,22, mehr bevorzugt im Bereich von 1,11 bis 1,20 liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,30 bis 0,55, vorzugsweise im Bereich von 0,35 bis 0,45, liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65, vorzugsweise im Bereich von 0,45 bis 0,60, mehr bevorzugt im Bereich von 0,47 bis 0,58 liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil im Bereich von 0,60 bis 0,95 liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil im Bereich von 0,40 bis 0,75 liegt.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugter und an Luft abgegebener Anteil der Wärme größer als A·NH +B und kleiner als der niedrigere von 1 und C. NH +D ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48, C gleich -1,84, D im Bereich von 2,10 bis 2,30, vorzugsweise im Bereich von 2,18 bis 2,30, mehr bevorzugt im Bereich von 2,18 bis 2,25, noch mehr bevorzugt im Bereich von 2,18 bis 2,25 liegt;
und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und im Bereich von 0,65 bis 1 liegt.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
Das Verfahren kann das Betreiben des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugter und an Luft abgegebener Anteil der Wärme größer als A-NH+B und kleiner als der niedrigere von 1 und E. (NH-1)+F ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48, E im Bereich von -1,16 bis -3, vorzugsweise im Bereich von -1,16 bis -2,5, mehr bevorzugt im Bereich von -1,16 bis -1,95 ist; F gleich oder größer als 0,37 ist und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und im Bereich von 0,65 bis 1 liegt.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
NH kann im Bereich von 0,65 bis 0,85 sein.
Das Wärmemanagementsystem kann ein Durchflussbegrenzerventil einschließen, das stromabwärts des Luft-Schmiermittel-Wärmetauschers angeordnet ist, und das Verfahren kann das Betreiben des Durchflussbegrenzerventils einschließen, um eine Massenströmungsrate der Kühlluft über den Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher zu variieren, wodurch die erste Wärmemenge variiert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend einen Triebwerkskern, der umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine, und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, der angepasst ist, um Kühlluft von dem Bypass-Kanal aufzunehmen, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Bypass-Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist, wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein erster Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, definiert als $(\frac{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111}{e r s t e W \ddot{a} r m e m e n g e 111 + z w e i t e W \ddot{a} r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl, im Bereich von 0,25 bis 0,70 liegt; und
wobei der Fan konfiguriert ist, um ein Fan-Druckverhältnis im Bereich von 1,35 bis 1,43 im Reiseflugzustand bereitzustellen.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,35 bis 0,65, vorzugsweise im Bereich von 0,40 bis 0,60, mehr bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,55, liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,20 bis 1,42, vorzugsweise im Bereich von 1,22 bis 1,41, mehr bevorzugt im Bereich von 1,25 bis 1,40 liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend einen Triebwerkskern, der umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine, und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge zu einer zweiten Wärmesenke abzugeben, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist, wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt wird, und an Luft bei 65 % einer maximalen Kernwellenstartgeschwindigkeit (MTO) abgegeben wird, definiert als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

im Bereich von 0,6 bis 1 liegt, und wobei der Fan konfiguriert ist, um eine Fan-Drehzahl bei MTO-Bedingungen im Bereich von 1500 U/min bis 2800 U/min aufzuweisen.
Wie hierin verwendet, entsprechen die Anteile Prozentsätzen und umgekehrt, und daher entspricht zum Beispiel ein Anteil von 0,5 50 % und ein Anteil von 1 100 %.
Mit anderen Worten wird bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl von 60 % bis 100 % der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme an die erste Wärmesenke abgegeben (der Rest der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme wird an die zweite Wärmesenke abgegeben).
Die vorliegende Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um spezifische Wärmeanteile bereitzustellen, die an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben werden, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe an dem Flugleerlauf, und eines Fans, der konfiguriert ist, um eine Fan-Drehzahl bei MTO-Bedingungen in einem spezifischen Bereich aufzuweisen, es ermöglicht, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher zu minimieren, die SFC-Vorteile zu maximieren und gleichzeitig eine thermische Kraftstoffbeeinträchtigung zu vermeiden, wenn der Kraftstoffstrom minimal ist.
Der Fan kann so konfiguriert sein, dass er eine Fan-Drehzahl bei MTO-Bedingungen im Bereich von 1600 U/min bis 2500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 1600 U/min bis 2200 U/min, mehr bevorzugt im Bereich von 1700 U/min bis 1900U/min aufweist.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Luft im Bereich von 0,70 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,75 bis 1 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärmeanteil in dem Bereich von 0,85 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,90 bis 1, liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugte und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebene Wärmeanteil in dem Bereich von 0,80 bis 0,92 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärme bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärme bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,1 bis 2,1, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 2,1, mehr bevorzugt im Bereich von 1,4 bis 2,0 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,10 bis 1,25, vorzugsweise im Bereich von 1,10 bis 1,22, mehr bevorzugt im Bereich von 1,11 bis 1,20 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass eine von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugter und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärme, definiert als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

im Bereich von 0,25 bis 0,70, bevorzugt im Bereich von 0,35 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,70, noch mehr bevorzugt im Bereich von 0,50 bis 0,70 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Luft im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärme im Bereich von 0,40 bis 0,60, vorzugsweise im Bereich von 0,45 bis 0,55 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge bereitzustellen, sodass ein Verhältnis des Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärme bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zum Anteil der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,20 bis 1,42, vorzugsweise im Bereich von 1,22 bis 1,41, mehr bevorzugt im Bereich von 1,25 bis 1,40 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärme zu dem von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebene Wärmeanteil im Bereich von 0,45 bis 0,65, vorzugsweise im Bereich von 0,45 bis 0,60, mehr bevorzugt im Bereich von 0,47 bis 0,58 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugter und an Luft abgegebener Anteil der Wärme
größer als A·NH +B und kleiner als der niedrigere von 1 und C. NH +D ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48, C gleich -1,84, D im Bereich von 2,10 bis 2,30, vorzugsweise im Bereich von 2,18 bis 2,30, mehr bevorzugt im Bereich von 2,18 bis 2,25, noch mehr bevorzugt im Bereich von 2,18 bis 2,25 liegt; und NH die Kernwellengeschwindigkeit ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und im Bereich von 0,65 bis 1 liegt. B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
NH kann im Bereich von 0,65 bis 0,85 sein.
Die Rohranordnung kann einen ersten Schmiermittelkreislauf, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Schmiermittelstrom bereitzustellen, und einen zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen zweiten Schmiermittelstrom bereitzustellen, wobei der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und der mindestens eine Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Der erste Schmiermittelkreislauf kann eine Schmierung und Kühlung des Leistungsgetriebes bereitstellen.
Der zweite Schmiermittelkreislauf kann die Schmierung und Kühlung an die Turbomaschinenlager bereitstellen.
Gemäß einem Aspekt wird ein Betriebsverfahren eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend einen Triebwerkskern, umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist, wobei der Fan konfiguriert ist, um eine Fan-Drehzahl bei MTO-Bedingungen im Bereich von 1,500 U/min bis 2,800 U/min zu aufweisen; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; wobei ein Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 65 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfasst, um den Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärme in dem Bereich von 0,6 bis 1 bereitzustellen.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärme im Bereich von 0,85 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,90 bis 1 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärme im Bereich von 0,80 bis 0,92 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegebenen Wärme bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegebenen Wärme bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,1 bis 2,1, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 2,1, mehr bevorzugt im Bereich von 1,4 bis 2,0 liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend einen Triebwerkskern, der umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine, und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist, wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge bereitzustellen, so dass:

ein erster Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme, definiert als

(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO

(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO

Wie hierin verwendet, entsprechen die Anteile Prozentsätzen und umgekehrt, und daher entspricht zum Beispiel ein Anteil von 0,5 50 % und ein Anteil von 1 100 %.
Mit anderen Worten wird bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl und bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C, von 55 % bis 70 % der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme an die erste Wärmesenke abgegeben (der Rest der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme wird an die zweite Wärmesenke abgegeben) und bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl und bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C wird von 85 % bis 100 % der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme an die erste Wärmesenke abgegeben (der Rest der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten Wärme wird an die zweite Wärmesenke abgegeben).
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um an der höchsten zertifizierten Temperatur eines Triebwerks spezifische Wärmeanteile bereitzustellen, die an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben werden, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe des Flugleerlaufs, und bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe der Reiseflugbedingungen, ermöglicht, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher zu minimieren, die SFC-Vorteile zu maximieren und gleichzeitig eine thermische Kraftstoffbeeinträchtigung bei allen Betriebsbedingungen zu verhindern.
Der erste Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme kann im Bereich von 0,60 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,62 bis 0,68 liegen.
Der zweite Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegeben wird, kann im Bereich von 0,90 bis 1 liegen, vorzugsweise im Bereich von 0,92 bis 1.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegeben wird, im Bereich von 0,40 bis 0,60 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,45 bis 0,55.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO) abgegeben wird, im Bereich von 0,80 bis 0,92 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem ersten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,20 bis 1,42, vorzugsweise im Bereich von 1,22 bis 1,41, mehr bevorzugt im Bereich von 1,25 bis 1,40 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem ersten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,5 bis 4,5, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 4,0, mehr bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,5 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des zweiten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem zweiten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,10 bis 1,25, vorzugsweise im Bereich von 1,10 bis 1,22, mehr bevorzugt im Bereich von 1,11 bis 1,20 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des zweiten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem zweiten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,1 bis 2,1, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 2,1, mehr bevorzugt im Bereich von 1,4 bis 2,0 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65, vorzugsweise im Bereich von 0,45 bis 0,60, mehr bevorzugt im Bereich von 0,47 bis 0,58 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C ein Verhältnis des ersten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegebenen Wärme zu dem zweiten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegebenen Wärme im Bereich von 0,30 bis 0,55, vorzugsweise im Bereich von 0,35 bis 0,45, liegt.
Die Brennkammer kann eine magerbetriebene Brennkammer sein.
Die Rohranordnung kann einen ersten Schmiermittelkreislauf, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Schmiermittelstrom bereitzustellen, und einen zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen zweiten Schmiermittelstrom bereitzustellen, wobei der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und der mindestens eine Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Das Wärmemanagementsystem kann eine Modulationsvorrichtung einschließen, die angepasst ist, um eine Schmiermittelstromverteilung zwischen dem Leistungsgetriebe und den Turbomaschinenlager einzustellen.
Der Fan kann einen Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 380 cm aufweisen.
Das Leistungsgetriebe kann ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von 2,9 bis 4,0 aufweisen, oder von 3,0 bis 3,8.
Gemäß einem Aspekt wird ein Betriebsverfahren eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend einen Triebwerkskern, umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist;
wobei ein erster Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl; und ein zweiter Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (MTO).
wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfasst, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C der erste Anteil im Bereich von 0,55 bis 0,70 liegt und der zweite Anteil im Bereich von 0,85 bis 1 liegt.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C kann der erste Anteil im Bereich von 0,60 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,62 bis 0,68 liegen.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C kann der zweite Anteil im Bereich von 0,90 bis 1 liegen, vorzugsweise im Bereich von 0,92 bis 1.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem ersten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA 10 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,20 bis 1,42, vorzugsweise im Bereich von 1,22 bis 1,41, mehr bevorzugt im Bereich von 1,25 bis 1,40 liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend einen Triebwerkskern, der umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine, und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; wobei ein erster Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl,
wobei ein zweiter Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

bei 65 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl; und
wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,30 bis 0,55, vorzugsweise im Bereich von 0,35 bis 0,45, bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C bereitzustellen.
Wie hierin verwendet, entsprechen die Anteile Prozentsätzen und umgekehrt, und daher entspricht zum Beispiel ein Anteil von 0,5 50 % und ein Anteil von 1 100 %.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um bei der kältesten zertifizierten Temperatur eines Triebwerks, spezifische Anteile an Wärme, die an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben werden, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe des Flugleerlaufs, und bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe bei Reiseflugbedingungen, bereitzustellen, ermöglicht, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher zu minimieren, die SFC-Vorteile zu maximieren und gleichzeitig die thermische Kraftstoffbeeinträchtigung unter allen Betriebsbedingungen zu vermeiden.
Der erste Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme kann im Bereich von 0,20 bis 0,40 liegen.
Der erste Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme kann im Bereich von 0,20 bis 0,35 liegen, vorzugsweise im Bereich von 0,20 bis 0,30.
Der zweite Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme kann im Bereich von 0,50 bis 0,70 liegen.
Der zweite Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme kann im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,67 liegen.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem ersten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,5 bis 4,5 liegt.
Das Verhältnis des ersten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem ersten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme kann im Bereich von 2,0 bis 4,0, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 3,5 liegen.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um den zweiten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem zweiten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der Kernwellendrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme in dem Bereich von 1,1 bis 2,1 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um den zweiten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der Kernwellendrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme in dem Bereich von 1,2 bis 2,1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 1,4 bis 2,0.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,55 bis 0,75 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,60 bis 0,70.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellendrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,85 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,90 bis 1 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme
größer als A·NH +B und kleiner als der niedrigere von 1 und C. NH +D ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48, C gleich -1,84 ist, D im Bereich von 2,10 bis 2,30 liegt und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und im Bereich von 0,65 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 0,85 liegt.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
D kann im Bereich von 2,18 bis 2,30 liegen, vorzugsweise im Bereich von 2,18 bis 2,25, noch vorzugsweise im Bereich von 2,20 bis 2,25.
Die maximale Kernwellenstartdrehzahl kann im Bereich von 5500 U/min bis 9500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 8500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 7500 U/min liegen.
Die Brennkammer kann eine magerbetriebene Brennkammer sein.
Das Leistungsgetriebe kann eine Übersetzung im Bereich von 2,9 bis 4,0 aufweisen, oder im Bereich von 3,0 bis 3,8 aufweisen.
Gemäß einem Aspekt wird ein Betriebsverfahren eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend einen Triebwerkskern, umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist, wobei der Fan konfiguriert ist, um eine Fan-Drehzahl bei MTO-Bedingungen im Bereich von 1500 U/min bis 2800 U/min aufzuweisen; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist;
wobei ein erster Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl und
ein zweiter Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl,
wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfasst, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,30 bis 0,55, vorzugsweise im Bereich von 0,35 bis 0,45, liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C der erste Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegebenen Wärme im Bereich von 0,20 bis 0,40, vorzugsweise im Bereich von 0,20 bis 0,35, mehr bevorzugt im Bereich von 0,20 bis 0,30 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C der zweite Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegebenen Wärme im Bereich von 0,50 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,55 bis 0,67 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem ersten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,5 bis 4,5, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 4,0, mehr bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,5 liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend einen Triebwerkskern, der umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine, und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; wobei ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl; wobei ein zweiter Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

bei 65 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl; und wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,5 bis 4,5 liegt und ein Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,1 bis 2,1 liegt.
Wie hierin verwendet, entsprechen die Anteile Prozentsätzen und umgekehrt, und daher entspricht zum Beispiel ein Anteil von 0,5 50 % und ein Anteil von 1 100 %.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um bei den höchsten und niedrigsten zertifizierten Umgebungstemperaturen eines Triebwerks spezifische Anteile an Wärme bereitzustellen, die an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben werden, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe des Flugleerlaufs, und bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, d. h. bei einer Geschwindigkeit an oder nahe der Reiseflugbedingungen, ermöglicht, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und den Turbomaschinen bereitzustellen, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher zu minimieren, die SFC-Vorteile zu maximieren und gleichzeitig eine thermische Kraftstoffbeeinträchtigung unter allen Betriebsbedingungen zu vermeiden.
Das Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C kann im Bereich von 2,0 bis 4,0 liegen, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 3,5.
Das Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C kann im Bereich von 1,2 bis 2,1 liegen, vorzugsweise im Bereich von 1,4 bis 2,0.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 0,20 bis 0,40, vorzugsweise im Bereich von 0,20 bis 0,35 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C im Bereich von 0,85 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,90 bis 1, liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 0,50 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,55 bis 0,67 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,40 bis 0,60, vorzugsweise im Bereich von 0,45 bis 0,55, liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil im Bereich von 0,80 bis 0,92 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,20 bis 1,42 liegt.
Das Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C kann im Bereich von 1,22 bis 1,41 liegen, vorzugsweise im Bereich von 1,25 bis 1,40.
Das Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C kann im Bereich von 1,10 bis 1,25 liegen.
Das Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C kann im Bereich von 1,10 bis 1,22 liegen, vorzugsweise im Bereich von 1,11 bis 1,20.
Das Wärmemanagementsystem kann eine Modulationsvorrichtung einschließen, die angepasst ist, um eine Schmiermittelstromverteilung zwischen dem Leistungsgetriebe und den Turbomaschinenlager einzustellen.
Die Rohranordnung kann einen ersten Schmiermittelkreislauf, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Schmiermittelstrom bereitzustellen, und einen zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen zweiten Schmiermittelstrom bereitzustellen, wobei der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und der mindestens eine Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Das Wärmemanagementsystem kann einen Schmiermitteltank in Fluidverbindung mit dem ersten und dem zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen und diesen Schmiermittel zuführen.
Gemäß einem Aspekt wird ein Betriebsverfahren eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend einen Triebwerkskern, umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; wobei ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl; wobei ein zweiter Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$

bei 65 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl; und wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfasst, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,5 bis 4,5, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 4,0, mehr bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,5 liegt und ein Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,1 bis 2,1, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 2,1, mehr bevorzugt im Bereich von 1,4 bis 2,0 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 0,20 bis 0,40, vorzugsweise im Bereich von 0,20 bis 0,35 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C in dem Bereich von 0,85 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,90 bis 1, und/oder der zweite Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 0,50 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,55 bis 0,67 liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend einen Triebwerkskern, der umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine, und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugter und an Luft abgegebener Anteil der Wärme größer als A. NH + B und kleiner als 1 ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48 ist und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und im Bereich von 0,65 bis 1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 0,90.
Wie hierin verwendet, entsprechen die Anteile Prozentsätzen und umgekehrt, und daher entspricht zum Beispiel ein Anteil von 0,5 50 % und ein Anteil von 1 100 %.
Mit anderen Worten, wenn NH 0,65 beträgt, ist die Kernwellendrehzahl 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und wenn NH 1 ist, beträgt die Kernwellendrehzahl 100 % oder ist gleich der maximalen Kernwellenstartdrehzahl.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um spezifische Anteile an Wärme bereitzustellen, die an Luft im Bereich von 65 % bis 100 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, d. h. im Wesentlichen über den gesamten Triebwerksbetriebsbereich, ermöglicht, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinen bereitzustellen, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher zu minimieren, SFC-Vorteile zu maximieren und gleichzeitig eine thermische Kraftstoffbeeinträchtigung unter allen Betriebsbedingungen zu vermeiden.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an die Luft abgegeben Wärme
weniger als der niedrigere von 1 und CNH +D ist,
wobei C gleich -1,84 ist, D im Bereich von 2,10 bis 2,30 liegt und NH im Bereich von 0,65 bis 1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 0,90.
D kann im Bereich von 2,18 bis 2,30 liegen, vorzugsweise im Bereich von 2,18 bis 2,25, noch vorzugsweise im Bereich von 2,20 bis 2,25.
Die Brennkammer kann eine magerbetriebene Brennkammer sein. Die magerbetriebene Brennkammer kann mehrere Magerkraftstoffsprühdüsen umfassen, wobei jede Kraftstoffsprühdüse einen Pilotkraftstoffinjektor und einen Hauptkraftstoffinjektor umfasst.
NH kann im Bereich von 0,65 bis 0,85, vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 0,80, mehr bevorzugt im Bereich von 0,65 bis 0,75 liegen.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,50 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,50 bis 0,65 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein zweiter Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,75 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,80 bis 1 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C ein zweiter Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegebenen Wärme im Bereich von 0,92 bis 1 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C ein zweiter Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegebenen Wärme im Bereich von 0,80 bis 0,92 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann so konfiguriert sein, dass es die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge bereitstellt, sodass ein Verhältnis eines zweiten Anteils von Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt wird und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegeben wird, zu dem zweiten Anteil von Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt wird und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C abgegeben wird, im Bereich von 1,10 bis 1,25, vorzugsweise im Bereich von 1,10 bis 1,22, mehr bevorzugt im Bereich von 1,11 bis 1,20, liegt.
Die Luft der ersten Wärmesenke kann Bypass-Luft sein.
Ein Durchflussbegrenzerventil kann stromabwärts des mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauschers angeordnet sein, um eine Massenströmungsrate von Kühlluft über den mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher zu variieren, wodurch die erste Wärmemenge variiert wird.
Die Rohranordnung kann einen ersten Schmiermittelkreislauf, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Schmiermittelstrom bereitzustellen, und einen zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen zweiten Schmiermittelstrom bereitzustellen, wobei der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und der mindestens eine Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Der Fan kann einen Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 380 cm oder von 220 cm bis 360 cm aufweisen.
Das Leistungsgetriebe kann eine Übersetzung im Bereich von 2,9 bis 4,0 aufweisen, oder im Bereich von 3,0 bis 3,8 aufweisen.
Gemäß einem Aspekt wird ein Betriebsverfahren eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend einen Triebwerkskern, umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben; wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfasst, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugter und an Luft abgegebener Anteil der Wärme größer als A·NH +B und kleiner als der niedrigere von 1 und C. NH +D ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48, C gleich -1,84 ist, D im Bereich von 2,10 bis 2,30, vorzugsweise im Bereich von 2,18 bis 2,30, mehr bevorzugt im Bereich von 2,18 bis 2,25, noch mehr bevorzugt im Bereich von 2,20 bis 2,25 liegt, und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl und im Bereich von 0,65 bis 1 liegt.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,50 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,50 bis 0,65 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein zweiter Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 0,65 der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,75 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,80 bis 1 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass das Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,47 bis 0,58 liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend einen Triebwerkskern, der umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine, und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugter und an Luft abgegebener Anteil der Wärme
größer als A. NH + B und kleiner als der niedrigere von 1 und E. (NH- 1) + F ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48 ist, E im Bereich von -1,16 bis -3 liegt, F gleich oder größer als 0,37 ist und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und liegt im Bereich von 0,65 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 0,95.
Wie hierin verwendet, entsprechen die Anteile Prozentsätzen und umgekehrt, und daher entspricht zum Beispiel ein Anteil von 0,5 50 % und ein Anteil von 1 100 %.
Mit anderen Worten, wenn NH 0,65 beträgt, ist die Kernwellendrehzahl 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und wenn NH 1 ist, beträgt die Kernwellendrehzahl 100 % oder ist gleich der maximalen Kernwellenstartdrehzahl.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um spezifische Anteile an Wärme bereitzustellen, die an Luft im Bereich von 65 % bis 100 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben werden, d. h. im Wesentlichen über den gesamten Triebwerksbetriebsbereich, es ermöglicht, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinen bereitzustellen, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher zu minimieren, SFC-Vorteile zu maximieren und gleichzeitig eine thermische Kraftstoffbeeinträchtigung unter allen Betriebsbedingungen zu vermeiden.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
E kann im Bereich von -1,16 bis -2,5 liegen, vorzugsweise im Bereich von -1,16 bis -1,95.
NH kann im Bereich von 0,65 bis 0,90, vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 0,85, liegen.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,50 bis 0,70 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein zweiter Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 0,65 der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,75 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,80 bis 1 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil im Bereich von 0,85 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,90 bis 1 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65, vorzugsweise von 0,47 bis 0,58, bereitzustellen.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei Reiseflugbedingungen ein Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme im Bereich von 0,56 bis 0,75 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,56 bis 0,70.
Die maximale Kernwellenstartdrehzahl kann im Bereich von 5500 U/min bis 9500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 8500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 7500 U/min liegen.
Der Fan kann eine Fan-Drehzahl bei MTO-Bedingungen im Bereich von 1500 U/min bis 2800 U/min, vorzugsweise im Bereich von 1600 U/min bis 2500 U/min, mehr bevorzugt im Bereich von 1600 U/min bis 2200 U/min aufweisen.
Die erste Wärmesenke kann Bypass-Luft sein, und der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher kann angepasst sein, um Bypass-Luft von dem Bypass-Kanal aufzunehmen.
Ein Durchflussbegrenzerventil kann stromabwärts des mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauschers angeordnet sein, um eine Massenströmungsrate von Kühlluft über den mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher zu variieren, wodurch die erste Wärmemenge variiert wird.
Die Rohranordnung kann einen ersten Schmiermittelkreislauf, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Schmiermittelstrom bereitzustellen, und einen zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen zweiten Schmiermittelstrom bereitzustellen, wobei der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und der mindestens eine Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Der erste Schmiermittelkreislauf kann eine Schmierung und Kühlung des Leistungsgetriebes bereitstellen.
Der zweite Schmiermittelkreislauf kann die Schmierung und Kühlung an die Turbomaschinenlager bereitstellen.
Das Gasturbinentriebwerk kann mindestens zwei Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher umfassen, um die erste Wärmemenge an die erste Wärmesenke abzuleiten, von denen mindestens einer in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und mindestens einer in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Die Brennkammer kann eine magerbetriebene Brennkammer sein. Die magerbetriebene Brennkammer kann mehrere Magerkraftstoffsprühdüsen umfassen, wobei jede Kraftstoffsprühdüse einen Pilotkraftstoffinjektor und einen Hauptkraftstoffinjektor umfasst.
Gemäß einem Aspekt wird ein Betriebsverfahren eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend einen Triebwerkskern, umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; und wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfasst, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugter und an Luft abgegebener Anteil der Wärme größer als A-NH+B und kleiner als der niedrigere von 1 und E·(NH-1)+F ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48 ist, E im Bereich von -1,16 bis -3 liegt, vorzugsweise im Bereich von -1,16 bis -2,5, mehr bevorzugt im Bereich von -1,16 bis -1,95, F gleich oder größer als 0,37 ist und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und im Bereich von 0,65 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 0,95, mehr bevorzugt im Bereich von 0,65 bis 0,90 liegt.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,50 bis 0,70 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil im Bereich von 0,55 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein zweiter Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 0,65 der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,75 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,80 bis 1 liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, umfassend einen Triebwerkskern, der umfasst: einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine, und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass unter Reiseflugbedingungen ein Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme im Bereich von 0,35 bis 0,80 liegt.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass das Bereitstellen eines Wärmemanagementsystems, das konfiguriert ist, um bestimmte Anteile an Luft bereitzustellen, die bei Reiseflugbedingungen an Luft abgegeben werden, die die längste Flugphase sein können, ermöglicht, eine ausreichende Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, die Größe und damit das Gewicht der Wärmetauscher zu minimieren, SFC-Vorteile zu maximieren und gleichzeitig die thermische Kraftstoffbeeinträchtigung unter allen Betriebsbedingungen zu vermeiden.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei Reiseflugbedingungen der Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme im Bereich von 0,50 bis 0,80 liegt, mehr bevorzugt im Bereich von 0,57 bis 0,80.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei Reiseflugbedingungen und bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C ein Anteil der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme im Bereich von 0,65 bis 0,80 liegt, vorzugsweise zwischen 0,70 und 0,80.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei Reiseflugbedingungen und bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C ein Anteil der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme im Bereich von 0,45 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,65 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei Reiseflugbedingungen und bei einer Umgebungstemperatur im Bereich von ISA +10 °C bis ISA +40 °C ein Anteil der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme im Bereich von 0,58 bis 0,75 liegt.
Ein erster Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, ist definiert als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,35 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,45 bis 0,70, mehr bevorzugt im Bereich von 0,50 bis 0,70 liegt.
Das Wärmemanagementsystem ist konfiguriert, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,35 bis 0,65, vorzugsweise im Bereich von 0,40 bis 0,60, mehr bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,55 liegt.
Ein zweiter Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, ist definiert als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 0,65MTO$

bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,60 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,70 bis 1, mehr bevorzugt im Bereich von 0,75 bis 1 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 0,65 der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,80 bis 0,92 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65 liegt.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugter und an Luft abgegebener Anteil der Wärme
größer als A·NH +B und kleiner als der niedrigere von 1 und C. NH +D ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48, C gleich -1,84, D im Bereich von 2,10 bis 2,30, vorzugsweise im Bereich von 2,18 bis 2,30, mehr bevorzugt im Bereich von 2,18 bis 2,25, noch mehr bevorzugt im Bereich von 2,20 bis 2,25 liegt;
und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und im Bereich von 0,65 bis 1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 0,85. B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
Die Kernwelle kann eine Drehzahl bei Reiseflugbedingungen im Bereich von 5.000 U/min bis 9000 U/min oder im Bereich von 5.000 U/min bis 7000 U/min oder im Bereich von 5.000 U/min bis 6000 U/min aufweisen.
Der Fan kann eine Fan-Drehzahl bei Reiseflugbedingungen im Bereich von 1400 U/min bis 2600 U/min, vorzugsweise im Bereich von 1500 U/min bis 2300 U/min, mehr bevorzugt im Bereich von 1600 U/min bis 2000 U/min aufweisen.
Die Rohranordnung kann einen ersten Schmiermittelkreislauf, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Schmiermittelstrom bereitzustellen, und einen zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen zweiten Schmiermittelstrom bereitzustellen, wobei der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und der mindestens eine Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Das Wärmemanagementsystem kann eine Modulationsvorrichtung einschließen, die angepasst ist, um eine Schmiermittelstromverteilung zwischen dem Leistungsgetriebe und den Turbomaschinenlager einzustellen.
Das Gasturbinentriebwerk kann mindestens zwei Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher umfassen, um die erste Wärmemenge an die erste Wärmesenke abzuleiten, von denen mindestens einer in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und mindestens einer in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Das Wärmemanagementsystem kann einen Schmiermitteltank in Fluidverbindung mit dem ersten und dem zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen und diesen Schmiermittel zuführen.
Gemäß einem Aspekt wird ein Betriebsverfahren eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend einen Triebwerkskern, umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet; einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; Turbomaschinenlager; ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; und wobei das Verfahren den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfasst, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass unter Reiseflugbedingungen ein Anteil der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme im Bereich von 0,35 bis 0,80 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,50 bis 0,80, mehr bevorzugt im Bereich von 0,57 bis 0,80.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei Reiseflugbedingungen und bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C ein Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt wird, und an Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,65 bis 0,80 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,70 bis 0,80.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei Reiseflugbedingungen und bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C ein Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme im Bereich von 0,45 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,65 liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems umfassen, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei Reiseflugbedingungen und bei einer Umgebungstemperatur im Bereich von ISA +10 °C bis ISA +40 °C ein Anteil der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme im Bereich von 0,58 bis 0,75 liegt.
In jedem der oben beschriebenen Aspekte können eines oder mehrere der folgenden Merkmale vorhanden sein.
Die maximale Kernwellenstartdrehzahl der Kernwelle kann im Bereich von 5500 U/min bis 9500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 8500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 7500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 6500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5800 U/min bis 6200 U/min, liegen. Dementsprechend kann 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 4675 U/min bis 8075 U/min, vorzugsweise im Bereich von 4675 U/min bis 7225 U/min, vorzugsweise im Bereich von 4675 U/min bis 6375 U/min, vorzugsweise im Bereich von 4675 U/min bis 5525 U/min, vorzugsweise im Bereich von 4930 U/min bis 5270 U/min, liegen; und 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl kann im Bereich von 3575 U/min bis 6175 U/min liegen, vorzugsweise im Bereich von 3575 U/min bis 5525 U/min, vorzugsweise im Bereich von 3575 U/min bis 4875 U/min, vorzugsweise im Bereich von 3575 U/min bis 4225 U/min, vorzugsweise im Bereich von 3770 U/min bis 4225 U/min, vorzugsweise im Bereich von 3770 U/min bis 4030 U/min liegen.
Die Kernwelle kann eine Drehzahl bei Reiseflugbedingungen im Bereich von 5.000 U/min bis 9000 U/min oder im Bereich von 5.000 U/min bis 7000 U/min oder im Bereich von 5.000 U/min bis 6000 U/min oder im Bereich von 5200 U/min bis 5800 U/min aufweisen.
Der Fan kann eine Fan-Drehzahl bei MTO-Bedingungen im Bereich von 1500 U/min bis 2800 U/min, vorzugsweise im Bereich von 1600 U/min bis 2500 U/min, mehr bevorzugt im Bereich von 1600 U/min bis 2200 U/min, noch mehr bevorzugt im Bereich von 1700 U/min bis 1900 U/min aufweisen.
Der Fan kann eine Fan-Drehzahl bei Reiseflugbedingungen im Bereich von 1400 U/min bis 2600 U/min, vorzugsweise im Bereich von 1500 U/min bis 2300 U/min, mehr bevorzugt im Bereich von 1600 U/min bis 2000 U/min aufweisen.
Die erste Wärmesenke kann Bypass-Luft, die über einen Bypass-Kanal des Gasturbinentriebwerks strömt, und/oder externe Luft sein.
Ein Durchflussbegrenzerventil kann stromabwärts des mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauschers angeordnet sein, um eine Massenströmungsrate von Kühlluft über den mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher zu variieren, wodurch die erste Wärmemenge variiert wird.
Der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher kann an oder in unmittelbarer Nähe eines Bypass-Kanals des Gasturbinentriebwerks angeordnet sein.
Die Rohranordnung kann einen ersten Schmiermittelkreislauf, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Schmiermittelstrom bereitzustellen, und einen zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen zweiten Schmiermittelstrom bereitzustellen, wobei der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und der mindestens eine Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Der erste Schmiermittelkreislauf kann einen Bypass zum mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher umfassen. Durch Anpassen der ersten Schmiermittel-Massenströmungsrate in dem Bypass kann die an die erste Wärmesenke abgegebene Wärmemenge eingestellt werden.
Der zweite Schmiermittelkreislauf kann einen Bypass zum mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher umfassen. Durch Anpassen der zweiten Schmiermittel-Massenströmungsrate in dem Bypass kann die an die zweite Wärmesenke abgegebene Wärmemenge eingestellt werden.
Das Wärmemanagementsystem kann eine Modulationsvorrichtung einschließen, die angepasst ist, um eine Schmiermittelstromverteilung zwischen dem Leistungsgetriebe und den Turbomaschinenlager einzustellen. Die Modulationsvorrichtung kann eine oder mehrere Pumpenvorrichtungen einschließen, zum Beispiel eine oder mehrere Hydraulikpumpen, wie Zahnradpumpen, Drehflügelpumpen und dergleichen, und/oder eine oder mehrere Dosieröffnungen.
Die Modulationsvorrichtung kann eine erste Pumpvorrichtung einschließen, die in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist, um den ersten Schmiermittelstrom einzustellen, und eine zweite Pumpvorrichtung, die in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist, um den zweiten Schmiermittelstrom einzustellen.
Das Wärmemanagementsystem kann einen Schmiermitteltank in Fluidverbindung mit dem ersten und dem zweiten Schmiermittelkreislauf umfassen und diesen Schmiermittel zuführen.
Das Wärmemanagementsystem kann einen in Fluidverbindung mit dem ersten Schmiermittelkreislauf stehenden und diesem Schmiermittel zuführenden ersten Schmiermitteltank und einen in Fluidverbindung mit dem zweiten Schmiermittelkreislauf stehenden und diesem Schmiermittel zuführenden zweiten Schmiermitteltank umfassen.
Der erste Schmiermittelkreislauf kann eine Schmierung und Kühlung des Leistungsgetriebes bereitstellen.
Der zweite Schmiermittelkreislauf kann die Schmierung und Kühlung an die Turbomaschinenlager bereitstellen. Der zweite Schmiermittelkreislauf kann eine Kühlung der Leistungselektronik des Gasturbinentriebwerks bereitstellen.
Das Gasturbinentriebwerk kann mindestens zwei Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher umfassen, um die erste Wärmemenge an die erste Wärmesenke abzuleiten, von denen mindestens einer in dem ersten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist und mindestens einer in dem zweiten Schmiermittelkreislauf angeordnet ist.
Der Fan kann einen Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 380 cm oder von 210 cm bis 370 cm oder von 220 cm bis 370 cm, zum Beispiel von 340 bis 370 cm, aufweisen.
Das Leistungsgetriebe kann ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von 2,9 bis 4,0 oder von 3,0 bis 3,8, oder von 3,1 bis 3,7 aufweisen.
Das Schmiermittel kann Öl sein.
Der mindestens eine Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher kann ein Matrix-Luft-Ölkühler (MACOC) sein.
Der mindestens eine Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher kann ein Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher (FOHE) sein.
Die Brennkammer kann eine magerbetriebene Brennkammer sein. Die magerbetriebene Brennkammer kann mehrere Magerkraftstoffsprühdüsen umfassen, wobei jede Kraftstoffsprühdüse einen Pilotkraftstoffinjektor und einen Hauptkraftstoffinjektor umfasst.
Der Erfinder hat festgestellt, dass selbst bei Gasturbinentriebwerken mit einer magerbetriebenen Brennkammer, wo die thermische Anforderung strenger ist, ein Wärmemanagementsystem, wie es beschrieben ist, das den SFC maximiert und das Risiko einer thermischen Kraftstoffbeeinträchtigung bei allen Betriebsbedingungen vermeiden kann.
Wie an anderer Stelle hierin erwähnt, bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk. Ein solches Gasturbinentriebwerk kann einen Triebwerkskern umfassen, der eine Turbine, eine Brennkammer, einen Verdichter und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet, umfasst. Ein solches Gasturbinentriebwerk kann einen Fan (mit Fan-Schaufeln) umfassen, der stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist.
Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere für Fans vorteilhaft sein, die über ein Leistungsgetriebe angetrieben werden. Dementsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Leistungsgetriebe umfassen, das einen Antrieb von der Kernwelle aufnimmt und einen Abtrieb an den Fan ausgibt, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle anzutreiben. Der Antrieb zum Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt von der Kernwelle erfolgen, zum Beispiel über eine Stirnradwelle und/oder ein Zahnrad. Die Kernwelle kann die Turbine und den Verdichter starr verbinden, sodass sich Turbine und Verdichter mit der gleichen Drehzahl drehen (wobei sich der Fan mit einer niedrigeren Drehzahl dreht).
Das Gasturbinentriebwerk, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, kann jede geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Zum Beispiel kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige Anzahl von Wellen aufweisen, die Turbinen und Verdichter verbinden, zum Beispiel eine, zwei oder drei Wellen. Rein beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, kann der mit der Kernwelle verbundene Verdichter ein erster Verdichter sein und kann die Kernwelle eine erste Kernwelle sein. Der Triebwerkskern kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, welche die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können so angeordnet sein, dass sie sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle drehen.
In einer solchen Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann angeordnet sein, um einen Strom von dem ersten Verdichter aufzunehmen (zum Beispiel direkt aufzunehmen, zum Beispiel über einen im Allgemeinen ringförmigen Kanal).
Das Getriebe kann so angeordnet sein, dass es von der Kernwelle angetrieben wird, die konfiguriert ist, um sich (zum Beispiel im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen (zum Beispiel von der ersten Kernwelle in dem obigen Beispiel). Zum Beispiel kann das Getriebe so angeordnet sein, dass es nur von der Kernwelle angetrieben wird, die konfiguriert ist, um sich (zum Beispiel im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen (zum Beispiel nur von der ersten Kernwelle und nicht von der zweiten Kernwelle im obigen Beispiel). Alternativ kann das Leistungsgetriebe so angeordnet sein, dass es von einer oder mehreren beliebigen Wellen angetrieben wird, zum Beispiel von der ersten und/oder zweiten Welle in dem obigen Beispiel.
Das Getriebe kann ein Untersetzungsgetriebe sein (dadurch, dass der Abtrieb an den Fan eine niedrigere Drehzahl aufweist als der Antrieb von der Kernwelle). Es kann jede Art von Leistungsgetriebe verwendet werden. Zum Beispiel kann das Leistungsgetriebe ein „Planetengetriebe“ oder ein „Sterngetriebe“ sein, wie es an anderer Stelle hierin detaillierter beschrieben ist. Das Getriebe kann jedes gewünschte Untersetzungsverhältnis aufweisen (definiert als die Drehzahl der Antriebswelle geteilt durch die Drehzahl der Abtriebswelle), zum Beispiel größer als 2,5, zum Beispiel im Bereich von 2,9 bis 4,2, 3 bis 4,2, 3 bis 4, 3 bis 3,8 oder 3,2 bis 3,8, zum Beispiel in der Größenordnung von oder mindestens 2,9, 3, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4, 4,1 oder 4,2. Das Übersetzungsverhältnis kann zum Beispiel zwischen beliebigen zwei von den Werten liegen, die in dem vorhergehenden Satz genannt sind. Rein beispielhaft kann das Leistungsgetriebe ein „Sterngetriebe“ mit einem Verhältnis im Bereich von 3,1 oder 3,2 bis 3,8 sein. In einigen Anordnungen kann das Übersetzungsverhältnis außerhalb dieser Bereiche liegen.
In jedem Gasturbinentriebwerk, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, kann eine Brennkammer axial stromabwärts des Fans und des (der) Verdichter(s) bereitgestellt sein. Zum Beispiel kann sich die Brennkammer direkt stromabwärts des zweiten Verdichters (zum Beispiel an dessen Ausgang) befinden, wo ein zweiter Verdichter bereitgestellt ist. Als weiteres Beispiel kann der Strom am Ausgang zur Brennkammer an den Einlass der zweiten Turbine bereitgestellt werden, wo eine zweite Turbine bereitgestellt ist. Die Brennkammer kann stromaufwärts der Turbine(n) bereitgestellt sein.
Der oder jeder Verdichter (zum Beispiel der erste Verdichter und der zweite Verdichter, wie oben beschrieben) kann eine beliebige Anzahl von Stufen, zum Beispiel mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln, die variable Statorschaufeln sein können (da ihr Einfallswinkel variabel sein kann), umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Die oder jede Turbine (zum Beispiel die erste Turbine und die zweite Turbine, wie oben beschrieben) kann eine beliebige Anzahl von Stufen, zum Beispiel mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Jede Fan-Schaufel kann so definiert sein, dass sie eine radiale Spannweite aufweist, die sich von einer Wurzel (oder Nabe) an einer radial inneren gasgewaschenen Stelle oder einer Position mit 0 % Spannweite zu einer Spitze an einer Position mit 100 % Spannweite erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Fan-Schaufel an der Nabe zum Radius der Fan-Schaufel an der Spitze kann kleiner sein als (oder in der Größenordnung hiervon liegen): 0,4, 0,39, 0,38, 0,37, 0,36, 0,35, 0,34, 0,33, 0,32, 0,31, 0,3, 0,29, 0,28, 0,27, 0,26 oder 0,25. Das Verhältnis des Radius der Fan-Schaufel an der Nabe zu dem Radius der Fan-Schaufel an der Spitze kann in einem einschließenden Bereich liegen, der durch zwei beliebige der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt ist (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden), zum Beispiel im Bereich von 0,28 bis 0,32. Diese Verhältnisse können allgemein als das Nabe-zu-Spitze-Verhältnis bezeichnet werden. Der Radius an der Nabe und der Radius an der Spitze können beide an der Anströmkante (oder dem axial vordersten Teil) der Laufschaufel gemessen werden. Das Nabe-zu-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den gasgewaschenen Abschnitt der Fan-Schaufel, d. h. den Abschnitt radial außerhalb irgendeiner Plattform.
Der Radius des Fans kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze einer Fan-Schaufel an ihrer Anströmkante gemessen werden. Der Fan-Durchmesser (der einfach das Doppelte des Fan-Radius betragen kann) kann größer sein als (oder in der Größenordnung hiervon liegen): 210 cm, 220 cm, 230 cm, 240 cm, 250 cm (ca. 100 Zoll), 260 cm, 270 cm (ca. 105 Zoll), 280 cm (ca. 110 Zoll), 290 cm (ca. 115 Zoll), 300 cm (ca. 120 Zoll), 310 cm, 320 cm (ca. 125 Zoll), 330 cm (ca. 130 Zoll), 340 cm (ca. 135 Zoll), 350 cm, 360 cm (ca. 140 Zoll), 370 cm (ca. 145 Zoll), 380 (ca. 150 Zoll) cm, 390 cm (ca. 155 Zoll), 400 cm, 410 cm (ca. 160 Zoll) oder 420 cm (ca. 165 Zoll). Der Fan-Durchmesser kann in einem einschließenden Bereich liegen, der durch zwei beliebige der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt ist (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden), zum Beispiel im Bereich von 210 cm bis 420 cm, oder von 210 cm bis 240 cm, oder 250 cm bis 280 cm, oder 320 cm bis 380 cm, oder 340 cm bis 370 cm.
Die Drehzahl des Fans kann bei Gebrauch variieren. Im Allgemeinen ist die Drehzahl bei Fans mit einem größeren Durchmesser niedriger. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen weniger als 2800 U/min betragen, zum Beispiel weniger als 2600 U/min oder weniger als 2500 U/min oder weniger als 2300 U/min oder weniger als 2200 U/min oder weniger als 2000 U/min. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen größer als 1200 U/min oder größer als 1300 U/min oder größer als 1400 U/min oder größer als 1500 U/min oder größer als 1600 U/min sein. Rein als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen für ein Triebwerk mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 330 cm bis 380 cm im Bereich von 1400 U/min bis 2800 U/min, oder im Bereich von 1600 U/min bis 2500 U/min, oder im Bereich von 1600 U/min bis 2200 U/min, liegen. Rein als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen für ein Triebwerk, das einen Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 300 cm aufweist (zum Beispiel 240 cm bis 280 cm oder 250 cm bis 270 cm) aufweist, im Bereich von 1700 U/min bis 2600 U/min, zum Beispiel im Bereich von 1800 U/min bis 2300 U/min, zum Beispiel im Bereich von 1900 U/min bis 2100 U/min, liegen. Rein als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen für ein Triebwerk mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 330 cm bis 380 cm im Bereich von 1200 U/min bis 2000 U/min, zum Beispiel im Bereich von 1300 U/min bis 1800 U/min, zum Beispiel im Bereich von 1400 U/min bis 1800 U/min, liegen.
Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks dreht sich der Fan (mit zugehörigen Fan-Schaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Fan-Schaufel mit einer Geschwindigkeit U_Spitze bewegt. Die Arbeit, die von den Fan-Schaufeln auf die Strömung geleistet wird, führt zu einem Enthalpieanstieg dH der Strömung. Eine Fan-Spitzen-Belastung kann als dH/U_Spitze ² definiert sein, wobei dH der Enthalpieanstieg (zum Beispiel der mittlere 1-D-Enthalpieanstieg) über den Fan ist und U_Spitze die (translatorische) Geschwindigkeit der Fan-Spitze ist, zum Beispiel an der Anströmkante der Spitze (die als der Fan-Spitzen-Radius an der Anströmkante multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert sein kann). Die Fan-Spitzen-Belastung unter Reiseflugbedingungen kann größer sein als (oder in der Größenordnung hiervon liegen): 0,28, 0,29, 0,30, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39 oder 0,4 (alle Werte sind dimensionslos). Die Fan-Spitzen-Belastung kann in einem einschließenden Bereich liegen, der durch zwei der Werte im vorherigen Satz begrenzt ist (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden), beispielsweise im Bereich von 0,28 bis 0,31 oder 0,29 bis 0,3.
Gasturbinentriebwerke gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein gewünschtes Bypass-Verhältnis aufweisen, wobei das Bypass-Verhältnis als das Verhältnis der Massenströmungsrate des Stroms durch den Bypass-Kanal zu der Massenströmungsrate des Stroms durch den Kern unter Reiseflugbedingungen definiert ist. In einigen Anordnungen kann das Bypass-Verhältnis größer sein als eines von Folgendem (oder in der Größenordnung hiervon liegen): 10, 10,5, 11, 11,5, 12, 12,5, 13, 13,5, 14, 14,5, 15, 15,5, 16, 16,5, 17, 17,5, 18, 18,5, 19, 19,5 oder 20. Das Bypass-Verhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der durch zwei beliebige der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt ist (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden), zum Beispiel im Bereich von 12 bis 16 oder 13 bis 15 oder 13 bis 14. Der Bypass-Kanal kann im Wesentlichen ringförmig sein. Der Bypass-Kanal kann sich radial außerhalb des Kerntriebwerks befinden. Die radiale Außenfläche des Bypass-Kanals kann durch eine Gondel und/oder ein Fan-Gehäuse definiert sein.
Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Fans zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor Eintritt in die Brennkammer) definiert sein. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, unter Reiseflugbedingungen größer sein als eines von Folgendem (oder in der Größenordnung hiervon liegen): 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75. Das Gesamtdruckverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der durch zwei beliebige der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt ist (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden), zum Beispiel im Bereich von 50 bis 70.
Der spezifische Schub eines Triebwerks kann als der Nettoschub des Triebwerks geteilt durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk definiert sein. Unter Reiseflugbedingungen kann der spezifische Schub eines hierin beschriebenen und/oder beanspruchten Triebwerks kleiner sein als eines von Folgendem (oder in der Größenordnung hiervon): 110 Nkg^-1s, 105 Nkg^-1s, 100 Nkg^-1s, 95 Nkg^-1s, 90 Nkg^-1s, 85 Nkg^-1s oder 80 Nkg^-1s. Der spezifische Schub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der durch zwei beliebige der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt ist (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden), beispielsweise im Bereich von 80 Nkg^- ¹s bis 100 Nkg^-1s oder 85 Nkg^-1s bis 95 Nkg^-1s. Derartige Triebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.
Ein Gasturbinentriebwerk, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, kann jeden gewünschten maximalen Schub aufweisen. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann eine Gasturbine, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, in der Lage sein, einen maximalen Schub von mindestens einem von Folgendem (oder in der Größenordnung hiervon) zu erzeugen: 160 kN, 170 kN, 180 kN, 190 kN, 200 kN, 250 kN, 300 kN, 350 kN, 400 kN, 450 kN, 500 kN oder 550 kN. Der maximale Schub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der durch zwei beliebige der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt ist (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Zum Beispiel kann eine Gasturbine, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, in der Lage sein, einen maximalen Schub im Bereich von 330 kN bis 420 kN, zum Beispiel 350 kN bis 400 kN, zu erzeugen. Der oben genannte Schub kann der maximale Nettoschub bei normalen atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe bei +15 Grad C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 Grad C) bei statischem Triebwerk sein.
Im Gebrauch kann die Temperatur des Stroms am Eintritt in die Hochdruckturbine besonders hoch sein. Diese Temperatur, die als TET bezeichnet werden kann, kann am Ausgang zur Brennkammer gemessen werden, zum Beispiel unmittelbar stromaufwärts der ersten Turbinenleitschaufel, die selbst als Düsenleitschaufel bezeichnet werden kann. Im Flug kann die TET mindestens eines von Folgendem sein (oder in der Größenordnung hiervon liegen): 1400 K, 1450 K, 1500 K, 1550 K, 1600 K oder 1650 K. Die TET im Flug kann in einem einschließenden Bereich liegen, der durch zwei beliebige der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt ist (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET im Gebrauch des Triebwerks kann zum Beispiel mindestens eines von Folgendem sein (oder in der Größenordnung hiervon liegen): 1700 K, 1750 K, 1800 K, 1850 K, 1900 K, 1950 K oder 2000 K. Die maximale TET kann in einem einschließenden Bereich liegen, der durch zwei beliebige der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt ist (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden), zum Beispiel im Bereich von 1800 K bis 1950 K. Die maximale TET kann zum Beispiel bei einem hohen Schubzustand, zum Beispiel bei einer maximalen Abhebebedingung (MTO-Bedingung) auftreten.
Eine Fan-Schaufel und/oder ein Luftleitblechabschnitt einer Fan-Schaufel, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, kann bzw. können aus jedem geeigneten Material oder jeder geeigneten Kombination von Materialien hergestellt sein. Zum Beispiel kann mindestens ein Teil der Fan-Schaufel und/oder des Luftleitblechs mindestens teilweise aus einem Verbundwerkstoff, zum Beispiel einem Metallmatrixverbundwerkstoff und/oder einem organischen Matrixverbundwerkstoff, wie Kohlefaser, hergestellt sein. Als weiteres Beispiel kann mindestens ein Teil der Fan-Schaufel und/oder des Luftleitblechs mindestens teilweise aus einem Metall, wie einem auf Titan basierenden Metall oder einem auf Aluminium basierenden Material (wie einer Aluminium-Lithium-Legierung) oder einem auf Stahl basierenden Material, hergestellt sein. Die Fan-Schaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung unterschiedlicher Materialien hergestellt sind. Zum Beispiel kann die Fan-Schaufel eine schützende Anströmkante aufweisen, die unter Verwendung eines Materials hergestellt sein kann, das besser in der Lage ist, einem Aufprall (zum Beispiel von Vögeln, Eis oder anderem Material) zu widerstehen als der Rest der Laufschaufel. Eine derartige Anströmkante kann zum Beispiel unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt sein. Somit kann die Fan-Schaufel rein beispielhaft einen auf Kohlenstofffaser oder Aluminium basierenden Körper (wie eine Aluminium-Lithium-Legierung) mit einer Anströmkante aus Titan aufweisen.
Ein Fan, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, kann einen zentralen Abschnitt umfassen, von dem sich die Fan-Schaufeln, zum Beispiel in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Fan-Schaufeln können in jeder gewünschten Weise an dem zentralen Abschnitt befestigt sein. Zum Beispiel kann jede Fan-Schaufel eine Befestigung umfassen, die in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe (oder Scheibe) eingreifen kann. Eine solche Befestigung kann rein beispielhaft in Form eines Schwalbenschwanzes vorliegen, der in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe/Scheibe einsteckbar und/oder einrastbar ist, um die Fan-Schaufel an der Nabe/Scheibe zu befestigen. Als weiteres Beispiel können die Fan-Schaufeln einstückig mit einem zentralen Abschnitt gebildet sein. Eine derartige Anordnung kann als Schaufelscheibe oder Schaufelring bezeichnet werden. Jedes geeignete Verfahren kann zur Herstellung einer solchen Schaufelscheibe oder eines solchen Schaufelrings verwendet werden. Zum Beispiel kann mindestens ein Teil der Fan-Schaufeln aus einem Block gefertigt sein und/oder kann mindestens ein Teil der Fan-Schaufeln durch Schweißen, wie etwa lineares Reibschweißen, an der Nabe/Scheibe befestigt sein.
Die hierin beschriebenen und/oder beanspruchten Gasturbinentriebwerke können mit einer flächenvariablen Düse (Variable Area Nozzle, VAN) versehen sein oder nicht. Eine derartige flächenvariable Düse kann das Variieren der Austrittsfläche des Bypass-Kanals im Gebrauch ermöglichen. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne VAN angewendet werden.
Der Fan einer Gasturbine, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, kann eine beliebige Anzahl von Fan-Schaufeln, zum Beispiel 14, 16, 18, 20, 22, 24 oder 26 Fan-Schaufeln, aufweisen.
Wie hierin verwendet, haben Reiseflugbedingungen die herkömmliche Bedeutung und würden vom Fachmann leicht verstanden werden. Somit würde der Fachmann sofort erkennen, dass bei einem gegebenen Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug Reiseflugbedingungen den Arbeitspunkt des Triebwerks bei Reiseflugmitte einer gegebenen Mission (was in der Branche als die „wirtschaftliche Mission“ bezeichnet werden kann) eines Flugzeugs bedeuten, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht werden soll. In dieser Hinsicht ist die Reiseflugmitte der Punkt in einem Flugzeugflugzyklus, bei dem 50 % des gesamten Kraftstoffs, der zwischen dem höchsten Punkt des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs verbrannt wird, verbrannt worden ist (was durch den Mittelpunkt - in Bezug auf Zeit und/oder Abstand - zwischen dem höchsten Punkt des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs angenähert werden kann). Reiseflugbedingungen definieren somit einen Arbeitspunkt des Gasturbinentriebwerks, der einen Schub bereitstellt, der einen Betrieb in einem stabilen Zustand (d. h. Aufrechterhaltung einer konstanten Höhe und konstanten Machzahl, Mn) bei Reiseflugmitte eines Flugzeugs, an dem es angebracht werden soll, unter Berücksichtigung der für dieses Flugzeug bereitgestellten Anzahl von Triebwerken sicherstellen würde. Wenn zum Beispiel ein Triebwerk dafür konzipiert ist, an einem Flugzeug angebracht zu werden, das zwei Triebwerke desselben Typs aufweist, stellt das Triebwerk unter Reiseflugbedingungen die Hälfte des Gesamtschubs bereit, der für einen Betrieb in einem stabilen Zustand dieses Flugzeugs bei Reiseflugmitte erforderlich wäre.
Mit anderen Worten sind die Reiseflugbedingungen für ein gegebenes Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug als der Arbeitspunkt des Triebwerks definiert, der einen spezifizierten Schub (erforderlich, um - in Kombination mit jeglichen anderen Triebwerken am Flugzeug - einen Betrieb in einem stabilen Zustand des Flugzeugs, an dem es angebracht werden soll, bei einer gegebenen Reiseflugmitte-Machzahl bereitzustellen) unter Reiseflugmitte-Atmosphärenbedingungen (definiert durch die Internationale Standardatmosphäre gemäß ISO 2533 bei Reiseflughöhe) bereitstellt. Für jedes gegebene Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug sind der Schub bei Reiseflugmitte, die Atmosphärenbedingungen und die Machzahl bekannt, und somit ist der Arbeitspunkt des Triebwerks unter Reiseflugbedingungen klar definiert.
Rein beispielhaft kann die Vorwärtsgeschwindigkeit unter Reiseflugbedingungen jeder Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, zum Beispiel 0,75 bis 0,85, zum Beispiel 0,76 bis 0,84, zum Beispiel 0,77 bis 0,83, zum Beispiel 0,78 bis 0,82, zum Beispiel 0,79 bis 0,81, zum Beispiel in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder im Bereich von 0,8 bis 0,85 sein. Jede einzelne Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann Teil der Reiseflugbedingungen sein. Bei einigen Flugzeugen können die Reiseflugbedingungen außerhalb dieser Bereiche, zum Beispiel unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.
Rein beispielhaft können die Reiseflugbedingungen Standardatmosphärenbedingungen (gemäß der Internationalen Standardatmosphäre, ISA) bei einer Höhe entsprechen, die im Bereich von 10.000 m bis 15.000 m, zum Beispiel im Bereich von 10.000 m bis 12.000 m, zum Beispiel im Bereich von 10.400 m bis 11.600 m (etwa 38.000 Fuß), zum Beispiel im Bereich von 10.500 m bis 11.500 m, zum Beispiel im Bereich von 10.600 m bis 11.400 m, zum Beispiel im Bereich von 10.700 m (etwa 35.000 Fuß) bis 11.300 m, zum Beispiel im Bereich von 10.800 m bis 11.200 m, zum Beispiel im Bereich von 10.900 m bis 11.100 m, zum Beispiel in der Größenordnung von 11.000 m, liegt. Die Reiseflugbedingungen können Standardatmosphärenbedingungen bei jeder gegebenen Höhe in diesen Bereichen entsprechen.
Rein beispielhaft können die Reiseflugbedingungen einem Arbeitspunkt des Triebwerks entsprechen, der bei einer Vorwärts-Machzahl von 0,8 und Standardatmosphärenbedingungen (gemäß der Internationalen Standardatmosphäre) bei einer Höhe von 38.000 Fuß (11.582 m) ein bekanntes erforderliches Schubniveau (zum Beispiel einen Wert im Bereich von 30 kN bis 35 kN) bereitstellt. Rein als weiteres Beispiel können die Reiseflugbedingungen einem Arbeitspunkt des Triebwerks entsprechen, der bei einer Vorwärts-Machzahl von 0,85 und Standardatmosphärenbedingungen (gemäß der Internationalen Standardatmosphäre) bei einer Höhe von 35.000 Fuß (10.668 m) ein bekanntes erforderliches Schubniveau (zum Beispiel einen Wert im Bereich von 50 kN bis 65 kN) bereitstellt.
Im Gebrauch kann ein Gasturbinentriebwerk, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, unter den Reiseflugbedingungen arbeiten, die an anderer Stelle hierin definiert sind. Derartige Reiseflugbedingungen können durch die Reiseflugbedingungen (zum Beispiel die Reiseflugmitte-Bedingungen) eines Flugzeugs bestimmt werden, an dem mindestens ein (zum Beispiel 2 oder 4) Gasturbinentriebwerk montiert werden kann, um einen Vortriebschub bereitzustellen.
Ein Gasturbinentriebwerk, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, kann an jedes Flugzeug angebracht werden. Das Flugzeug ist das Flugzeug, für welches das Gasturbinentriebwerk zur Befestigung daran konzipiert wurde. Dementsprechend entsprechen die Reiseflugbedingungen gemäß diesem Gesichtspunkt der Streckenflugmitte des Flugzeugs, wie an anderer Stelle hierin definiert.
Der Betrieb kann unter den Reiseflugbedingungen, wie hierin an anderer Stelle definiert, (zum Beispiel in Hinblick auf Schub, Atmosphärenbedingungen und Machzahl) erfolgen. Ein hierin beschriebenes und/oder beanspruchtes Gasturbinentriebwerk kann in der Streckenflugmitte des Flugzeugs betrieben werden, wie an anderer Stelle hierin definiert.
Außerdem kann, außer im Falle des gegenseitigen Ausschlusses, jedes hierin beschriebene Merkmal oder jeder hierin beschriebene Parameter mit irgendeinem anderen hierin beschriebenen Merkmal oder Parameter kombiniert werden. Zum Beispiel kann jeder der Bereiche des Anteils der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft an einer beliebigen der Umgebungstemperaturen abgegebenen Wärme auf einen beliebigen der hierin offenbarten Aspekte angewendet werden.
Ausführungsformen werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, in denen:

1 eine Querschnittsseitenansicht eines Gasturbinentriebwerks ist;
2 eine Querschnittsseitenansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks aus der Nähe ist;
3 eine teilweise weggeschnittene Ansicht eines Leistungsgetriebes für ein Gasturbinentriebwerk ist;
4 ein funktionales schematisches Layout eines Wärmemanagementsystems gemäß der Offenbarung ist;
5 ein schematisches Layout des Wärmemanagementsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung ist;
6 ein schematisches Layout des Wärmemanagementsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung ist;
7 ein schematisches Layout des Wärmemanagementsystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Offenbarung ist; und
8 ein schematisches Layout des Wärmemanagementsystems gemäß einer vierten Ausführungsform der Offenbarung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
1 veranschaulicht ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9. Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und einen Antriebs-Fan 23, der zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypass-Luftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A empfängt. Der Triebwerkskern 11 umfasst, in axialer Strömungsfolge, einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungsausrüstung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernauslassdüse 20. In einer Ausführungsform kann die Verbrennungsausrüstung 16 eine magerbetriebene Brennkammer umfassen, die mehrere Kraftstoffsprühdüsen umfasst, wobei jede Kraftstoffsprühdüse einen Pilotkraftstoffinjektor und einen Hauptkraftstoffinjektor umfasst. Eine Gondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypass-Kanal 22 sowie eine Bypass-Auslassdüse 18. Der Bypass-Luftstrom B strömt durch den Bypass-Kanal 22. Der Fan 23 ist über eine Kernwelle 26 und ein Leistungsgetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird davon angetrieben. Das Gasturbinentriebwerk 10 schließt ferner ein Wärmemanagementsystem 100 ein, das nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Im Gebrauch wird der Kernluftstrom A in einem Kernkanal beschleunigt, durch den Niederdruckverdichter 14 verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo er weiter verdichtet wird. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgelassene verdichtete Luft wird in die Verbrennungsausrüstung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff gemischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte dehnen sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie durch die Düse 20 ausgelassen werden, um einen gewissen Vortriebschub bereitzustellen. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 über eine geeignete Verbindungswelle 27 an. Der Fan 23 stellt im Allgemeinen den Großteil des Vortriebschubs bereit. Das Umlaufrädergetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebefan-Gasturbinentriebwerk 10 ist in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Kernwelle 26 an, die mit einem zentralen Ritzel oder Sonnenrad 28 der Umlaufrädergetriebeanordnung 30 gekoppelt ist. Radial auswärts von dem Sonnenrad 28 und in dieses eingreifend befindet sich eine Vielzahl von Planetenrädern 32, die durch einen Planetenträger 34 miteinander gekoppelt sind. Der Planetenträger 34 beschränkt die Planetenräder 32, um synchron um das Sonnenrad 28 zu kreisen, während er jedem Planetenrad 32 ermöglicht, sich um seine eigene Achse zu drehen. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Fan 23 gekoppelt, um seine Drehung um die Triebwerksachse 9 anzutreiben. Radial auswärts von den Planetenrädern 32 und in diese eingreifend befindet sich ein Zahnkranz oder Hohlrad 38, das über Gestänge 40 mit einer stationären Stützstruktur 24 gekoppelt ist.
Es ist zu beachten, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, wie hierin verwendet, die Turbinenstufen mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufen mit dem niedrigsten Druck (d. h. nicht einschließlich des Fans 23) und/oder die Turbinen- und Verdichterstufen bedeuten, die durch die Verbindungswelle 26 mit der niedrigsten Drehzahl im Triebwerk verbunden sind (d. h. ausschließlich der Getriebeabtriebswelle, die den Fan 23 antreibt). An einigen Literaturstellen können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hierin Bezug genommen wird, alternativ als die „Zwischendruckturbine“ und der „Zwischendruckverdichter“ bekannt sein. Wo eine solche alternative Nomenklatur verwendet wird, kann der Fan 23 als eine erste oder niedrigste Druckverdichtungsstufe bezeichnet werden.
Das Umlaufrädergetriebe 30 ist beispielhaft in 3 detaillierter gezeigt. Jedes von dem Sonnenrad 28, den Planetenrädern 32 und dem Hohlrad 38 umfasst Zähne an seinem Umfang, um mit den anderen Zahnrädern in Eingriff zu treten. Aus Gründen der Klarheit sind in 3 jedoch nur beispielhafte Abschnitte der Zähne veranschaulicht. Es sind vier Planetenräder 32 veranschaulicht, obwohl es für den Fachmann offensichtlich ist, dass innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung mehr oder weniger Planetenräder 32 bereitgestellt sein können. Praktische Anwendungen eines Planetenumlaufrädergetriebes 30 umfassen im Allgemeinen mindestens drei Planetenräder 32.
Das beispielhaft in den 2 und 3 veranschaulichte Umlaufrädergetriebe 30 ist vom Planetentyp, da der Planetenträger 34 über Gestänge 36 mit einer Abgangswelle gekoppelt ist, wobei das Hohlrad 38 fixiert ist. Es kann jedoch jeder andere geeignete Typ eines Umlaufrädergetriebes 30 verwendet werden. Als weiteres Beispiel kann das Umlaufrädergetriebe 30 eine Sternanordnung sein, bei welcher der Planetenträger 34 fixiert gehalten wird und sich das Hohlrad (oder der Zahnkranz) 38 drehen kann. In einer solchen Anordnung wird der Fan 23 von dem Hohlrad 38 angetrieben. Als weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differenzialgetriebe sein, bei dem sich sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehen können.
Es versteht sich, dass die in den 2 und 3 gezeigte Anordnung nur beispielhaft ist und dass verschiedene Alternativen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung liegen. Rein beispielhaft kann jede geeignete Anordnung zum Unterbringen des Getriebes 30 in dem Triebwerk 10 und/oder zum Verbinden des Getriebes 30 mit dem Triebwerk 10 verwendet werden. Als weiteres Beispiel können die Verbindungen (wie etwa das Gestänge 36, 40 in dem Beispiel der 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Triebwerks 10 (wie der Antriebswelle 26, der Abtriebswelle und der feststehenden Struktur 24) einen beliebigen gewünschten Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als weiteres Beispiel kann jede geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Triebwerks (zum Beispiel zwischen der Antriebs- und der Abgangswelle des Getriebes und den feststehenden Strukturen, wie dem Getriebegehäuse) verwendet werden, und die Offenbarung ist nicht auf die beispielhafte Anordnung von 2 beschränkt. Wenn zum Beispiel das Getriebe 30 eine Sternanordnung aufweist (oben beschrieben), würde der Fachmann leicht verstehen, dass die Anordnung von Abgang und Stützgestängen und Lagerpositionen üblicherweise von der in 2 beispielhaft gezeigten Anordnung abweichen würde.
Dementsprechend erstreckt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung von Getriebetypen (zum Beispiel Stern- oder Planetengetriebe), Stützstrukturen, Antriebs- und Abgangswellenanordnung und Lagerpositionen.
Optional kann das Getriebe zusätzliche und/oder alternative Komponenten antreiben (z. B. den Zwischendruckverdichter und/oder einen Booster-Verdichter).
Andere Gasturbinentriebwerke, auf welche die vorliegende Offenbarung angewendet werden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Zum Beispiel können solche Triebwerke eine alternative Anzahl von Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl von Verbindungswellen aufweisen. Als weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine geteilte Strömungsdüse 18, 20 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypass-Kanal 22 seine eigene Düse 18 aufweist, die von der Kerntriebwerksdüse 20 getrennt und radial außerhalb dieser angeordnet ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend, und jeder Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke angewendet werden, in denen der Strom durch den Bypass-Kanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts von) einer einzigen Düse, die als Mischströmungsdüse bezeichnet werden kann, gemischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (egal, ob Misch- oder geteilte Strömung) können eine feste oder variable Fläche aufweisen. Während sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbofan-Triebwerk bezieht, kann die Offenbarung zum Beispiel auf jeden Typ von Gasturbinentriebwerk, wie zum Beispiel einen offenen Rotor (bei dem die Fan-Stufe nicht von einer Gondel umgeben ist) oder ein Turboprop-Triebwerk, angewendet werden. In einigen Anordnungen kann das Gasturbinentriebwerk 10 kein Getriebe 30 umfassen.
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und von Komponenten davon ist durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die mit der Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Seite in der Ansicht von 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung sind zueinander senkrecht. Wie hierin verwendet, ist die Vorderseite und die Rückseite in Bezug auf das Gasturbinentriebwerk angegeben, d. h. der Fan befindet sich in der Vorderseite und die Turbine in der Rückseite des Triebwerks, und vorn bezieht sich auf die Richtung von hinten zur Vorderseite des Gasturbinentriebwerks.
4 zeigt ein funktionales schematisches Layout des Wärmemanagementsystems 100.
Das Wärmemanagementsystem 100 umfasst einen Schmiermittelkreislauf 113 mit einer Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Strom von Schmiermittel, zum Beispiel Öl, zu allen Komponenten des Gasturbinentriebwerks bereitzustellen, die Schmierung und Kühlung benötigen. Der Schmiermittelkreislauf 113 kann jedes geeignete Layout aufweisen, wie es unter Bezugnahme auf die 5-8 weiter veranschaulicht wird. Das Feld 101 stellt Gasturbinentriebwerkskomponenten dar, die Wärme erzeugen, oder mit anderen Worten die von solchen Komponenten erzeugte und durch das Schmiermittel entfernte Wärme. Die Komponenten, die Schmierung und Kühlung benötigen, schließen im Allgemeinen das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager ein und können auch Hilfsaggregatgetriebe, Leistungselektronik und elektrische Maschinen (falls vorhanden) einschließen. Turbomaschinenlager beziehen sich auf Lager, wie z. B. Zapfenlager oder Wälzlager, die zwischen rotierenden und stationären Teilen des Triebwerks angeordnet sind, wie der Kernwelle und beliebigen anderen Verbindungswellen, dem/den Verdichter(n) und den Turbine(n). Die Leistungselektronik kann Teil eines elektrischen Energieverwaltungs-/Erzeugungssystems einschließlich elektrischer Maschinen, Generatoren und/oder Batterien sein. Der Einfachheit halber schließt in der vorliegenden Offenbarung der Begriff „Turbomaschinenlager“ jede Komponente des Gasturbinentriebwerks ein, außer dem Leistungsgetriebe, die Wärme erzeugt und durch das Wärmemanagementsystem 100 gekühlt wird.
Die von dem Leistungsgetriebe und Turbomaschinenlagern erzeugte Wärme 101 wird an eine erste Wärmesenke 102 und an eine zweite Wärmesenke 103 abgegeben. Die erste Wärmesenke 102 ist Luft. Die zweite Wärmesenke 103 ist Kraftstoff. Das Wärmemanagementsystem 100 schließt einen Luft-Öl-Wärmetauscher (luftgekühlter Öl-Wärmetauscher) 104 und einen Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher (Kraftstoff-gekühlter Öl-Wärmetauscher) 105 ein. Sowohl die Luft-Öl- als auch die Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 104, 105 können mehrere Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und mehrere Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 sein.
Der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 ist zum Beispiel ein Matrix-Luft-Ölkühler (MACOC). Der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 kann in dem Bypass-Kanal 22 oder in unmittelbarer Nähe dazu angeordnet sein, sodass eine erste Wärmemenge 111 in den Bypass-Luftstrom B zurückgeführt wird. In einer Ausführungsform kann der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 in der Gondel 21 angeordnet sein und die erste Wärmemenge 111 wird in die externe Luft zurückgeführt. In einer anderen Ausführungsform kann der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 in anderen Teilen des Triebwerks angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Wärmemanagementsystem 100 einen oder mehrere Luft-Öl-Wärmetauscher 104, die an dem Bypass-Kanal 22 angeordnet sind, und/oder einen oder mehrere Luft-Öl-Wärmetauscher 104, die in der Gondel 21 angeordnet sind, umfassen. Mit anderen Worten kann die erste Wärmesenke 102 Bypass-Luft oder externe Luft oder beides sein. Wenn mehr als ein Luft-Öl-Wärmetauscher 104 verwendet wird, ist die erste Wärmemenge 111 die Summe der von jedem Luft-Öl-Wärmetauscher 104 abgegebenen Wärme.
Genauer gesagt stellt ein Luftkreislauf 106 Kühlluft (entweder oder sowohl Bypass-Luft als auch externe Luft) an den Luft-Öl-Wärmetauscher 104 bereit. Im Luftkreislauf 106 können mehr als ein Luft-Öl-Wärmetauscher 104, entweder in Reihe oder parallel, bereitgestellt sein. In dem Luftkreislauf 106 kann ein Luft-Bypass 107 bereitgestellt sein. Der Luft-Bypass 107 ermöglicht, die Luft-Massenströmungsrate, die über den Luft-Öl-Wärmetauscher 104 strömt, zu variieren, zum Beispiel, um unterschiedliche Umgebungsbedingungen zu kompensieren, die das Gasturbinentriebwerk erfahren kann. Erwärmte Luft wird dann entweder in den Bypass-Kanal 22 abgegeben oder an anderer Stelle, zum Beispiel in Atmosphäre, geleitet. Eine Modulationsvorrichtung 108 ist bereitgestellt, um die erste Wärmemenge 111 zu variieren. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Modulationsvorrichtung 108 ein Durchflussbegrenzerventil, das stromabwärts des Luft-Öl-Wärmetauschers 104 angeordnet ist und angepasst ist, um den Kühlluftmassenstrom über den Luft-Öl-Wärmetauscher 104 zu variieren. Der Luft-Bypass 107 kann weggelassen werden. Wenn der Luft-Bypass 107 vorhanden ist, ist die Modulationsvorrichtung stromaufwärts des Luft-Bypasses 107 entlang des Luftkreislaufs 106 angeordnet, wie veranschaulicht. In Ausführungsformen kann die Modulationsvorrichtung 108 an anderer Stelle, zum Beispiel stromaufwärts des Luft-Öl-Wärmetauschers 104, angeordnet sein, wie in 4 in gepunkteter Linie veranschaulicht.
In Ausführungsformen kann die Modulationsvorrichtung 108 jede Vorrichtung oder einen beliebigen Zustand sein, die ermöglicht, den Luftstrom und/oder den Schmiermittelstrom zu variieren, wie zum Beispiel ein oder mehrere Luftstromsteuerventile; ein oder mehrere Ölstromsteuerventile; einen oder mehrere Verdichter/Pumpen (entweder einer oder beide im Luftkreislauf 106 und dem Schmiermittelkreislauf 113); der Luft-Bypass 107; und/oder Variationen der Gasturbinentriebwerksbedingungen, die die Luft-Massenströmungsrate in dem Luftkreislauf 106 und/oder die Schmiermittel-Massenströmungsrate in dem Schmiermittelkreislauf 113 variieren, um die erste Wärmemenge 111, die zwischen dem Schmiermittel und der ersten Wärmesenke 102 ausgetauscht wird, zu variieren.
Der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 oder FOHE ist zum Beispiel ein Mantel- und Rohrenwärmetauscher, in dem Kraftstoff in den Rohren geleitet wird, oder ein Platten-Rippen-Wärmetauscher. Der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 ist entlang eines Kraftstoffskreislaufs 109 angeordnet, der der Verbrennungseinrichtung 16 Kraftstoff bereitstellt. Im Kraftstoffkreislauf 109 können mehr als ein Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 entweder in Reihe oder parallel bereitgestellt sein. Der Kraftstoff kann Flugkerosin sein. Der Kraftstoffkreislauf 109 kann einen Kraftstoff-Bypass 110 umfassen, der ermöglicht, den Kraftstoffmassendurchfluss zu variieren, der über den Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 strömt, zum Beispiel um unterschiedliche Umgebungsbedingungen zu kompensieren, denen das Gasturbinentriebwerk ausgesetzt sein kann. Der Kraftstoff empfängt eine zweite Wärmemenge 112. Wärme, die an den Kraftstoff abgegeben wird, wird im thermodynamischen Kreisprozess des Triebwerks gehalten und daher ist Kraftstoff eine zweckmäßige Wärmesenke für Wärme, die durch das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager erzeugt wird.
Eine Modulationsvorrichtung 118 ist bereitgestellt, um die zweite Wärmemenge 112 zu variieren. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Modulationsvorrichtung 118 ein Durchflussbegrenzerventil, das in dem Kraftstoffkreislauf 109 stromabwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105 und stromaufwärts des Kraftstoff-Bypass 110 angeordnet ist. In Ausführungsformen kann die Modulationsvorrichtung 118 an anderer Stelle angeordnet sein, zum Beispiel stromaufwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105, wie in 4 gepunktet veranschaulicht, und kann jede Vorrichtung oder einen beliebigen Zustand sein, der es ermöglicht, den Kraftstoffstrom und/oder den Schmiermittelstrom zu variieren, wie zum Beispiel: ein oder mehrere Kraftstoffstromsteuerventile; ein oder mehrere Schmiermittelstrom-Steuerventile; eine oder mehrere Pumpen (entweder eine oder beide im Kraftstoffkreislauf 109 und dem Schmiermittelkreislauf 113); den Kraftstoff-Bypass 110; und/oder Variationen der Gasturbinentriebwerksbedingungen, die die Kraftstoff-Massenströmungsrate in dem Kraftstoffkreislauf 109 und/oder die Schmiermittel-Massenströmungsrate in dem Schmiermittelkreislauf 113 variieren, um die zweite Wärmemenge 112, die zwischen dem Schmiermittel und der zweiten Wärmesenke 103 ausgetauscht wird, zu variieren.
Idealerweise würde man die zweite Wärmemenge 112 maximieren, um SFC-Vorteile zu erhalten, ohne einen Kraftstoffbeeinträchtigung zu verursachen. Die Kapazität der zweiten Wärmesenke 103 zum Austausch von Wärme und die von dem Triebwerk erzeugte Wärmemenge variieren jedoch im Allgemeinen in Abhängigkeit von den Triebwerksbedingungen. Bei niedrigen Leistungsbedingungen, zum Beispiel bei Flugleerlauf, ist die von dem Triebwerk erzeugte Wärmemenge relativ niedrig, aber gleichzeitig ist auch die Kraftstoff-Massenströmungsrate im Kraftstoffkreislauf 109 relativ niedrig, wodurch die zweite Wärmemenge 112 verringert wird, die sicher auf den Kraftstoff übertragen werden kann; bei hohen Leistungsbedingungen, zum Beispiel bei maximalen Abflugbedingungen, ist die von dem Triebwerk erzeugte Wärmemenge relativ hoch, aber auch die Kraftstoff-Massenströmungsrate im Kraftstoffkreislauf 109 ist relativ hoch, wodurch die zweite Wärmemenge 112 erhöht werden kann, die sicher auf den Kraftstoff übertragen werden kann.
Die Triebwerksbetriebsbedingungen wirken sich auch auf die Wärmeableitkapazität der ersten Wärmesenke 102 aus, d. h. auf die erste Wärmemenge 111; zum Beispiel ist der Bypass-Strom B bei Leerlauf am Boden minimal und nimmt im Allgemeinen mit der Kernwellendrehzahl zu. Die Kapazität der ersten Wärmesenke 102 und der zweiten Wärmesenke 103 zur Wärmeableitung variiert im Allgemeinen jedoch nicht proportional mit der Kernwellendrehzahl. Zu diesem Zweck ist das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 bei unterschiedlichen Triebwerksbedingungen, d. h. bei unterschiedlichen Kernwellendrehzahlen, derart zu variieren, dass ihre Verhältnisse innerhalb spezifischer Bereiche liegen, die es ermöglichen, die Abmessungen (und damit das Gewicht) der Wärmetauscher 104, 105 zu minimieren und die zweite Wärmemenge 112 für alle Treibwerksbetriebsbedingungen zu maximieren, insbesondere im Flug, bei dem der Großteil des Kraftstoffes verbrannt wird, und daher SFC zu maximieren.
Das Wärmemanagementsystem 100 ist konfiguriert, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 derart bereitzustellen, dass ein erster Anteil der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme, die definiert ist als: $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$

bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 0,25 bis 0,70 liegt, zum Beispiel gleich 0,55 ist; und einen zweiten Anteil der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme, die definiert ist als: $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$
bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 0,60 bis 1 liegt, zum Beispiel gleich 0,85 ist.
In Ausführungsformen kann der erste Anteil größer als 0,25 oder größer als 0,30 oder größer als 0,35 oder größer als 0,40 oder größer als 0,45 oder größer als 0,50 oder größer als 0,55 und kleiner als 0,70 oder kleiner als 0,65, zum Beispiel im Bereich von 0,25 bis 0,70 oder im Bereich von 0,35 bis 0,70 oder im Bereich von 0,45 bis 0,70 oder im Bereich von 0,50 bis 0,70 oder im Bereich von 0,55 bis 0,70 oder im Bereich von 0,55 bis 0,65 sein.
In Ausführungsformen kann der zweite Anteil größer als 0,60 oder größer als 0,65 oder größer als 0,70 oder größer als 0,75 und kleiner als 1 oder kleiner als 0,95 sein, zum Beispiel im Bereich von 0,60 bis 1 oder im Bereich von 0,65 bis 1 oder im Bereich von 0,70 bis 1 oder im Bereich von 0,75 bis 1 oder im Bereich von 0,75 bis 0,95 liegen.
Die maximale Kernwellenstartdrehzahl kann im Bereich von 5500 bis 9500 U/min liegen. Dementsprechend können 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 4675 bis 8075 U/min liegen, und 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl können im Bereich von 3575 bis 6175 U/min liegen.
Zum Beispiel kann für Gasturbinentriebwerke mit einem Fan-Durchmesser, der zwischen 210 cm und 330 cm liegt, die maximale Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 6700 bis 9500 U/min liegen; für Gasturbinentriebwerke mit einem Fan-Durchmesser, der zwischen 330 cm und 380 cm liegt, kann die maximale Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 5500 bis 6700 U/min liegen.
In einer Ausführungsform kann die maximale Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 5500 U/min bis 6500 U/min liegen, und daher können 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 4675 bis 5525 U/min liegen, und 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl können im Bereich von 3575 bis 4225 U/min liegen.
Der Fan kann eine Fan-Drehzahl bei MTO-Bedingungen im Bereich von 1500 U/min bis 2800 U/min, vorzugsweise im Bereich von 1600 U/min bis 2500 U/min, mehr bevorzugt im Bereich von 1600 U/min bis 2200 U/min, noch mehr bevorzugt im Bereich von 1700 U/min bis 1900 U/min aufweisen.
Unter Reiseflugbedingungen kann die Kernwelle eine Drehzahl im Bereich von 5000 U/min bis 9000 U/min oder im Bereich von 5000 U/min bis 7000 U/min oder im Bereich von 5000 U/min bis 6000 U/min oder im Bereich von 5200 U/min bis 5800 U/min aufweisen.
Unter Reiseflugbedingungen kann der Fan eine Fan-Drehzahl im Bereich von 1400 U/min bis 2600 U/min, vorzugsweise im Bereich von 1500 U/min bis 2300 U/min, mehr bevorzugt im Bereich von 1600 U/min bis 2000 U/min aufweisen.
Unter Reiseflugbedingungen kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 derart bereitzustellen, dass der Anteil der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme im Bereich von 0,35 bis 0,80 oder im Bereich von 0,50 bis 0,80 oder im Bereich von 0,57 bis 0,80 oder im Bereich von 0,57 bis 0,75 oder im Bereich von 0,56 bis 0,70, zum Beispiel 0,65, liegen.
Ferner kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,45 bis 0,65, vorzugsweise im Bereich von 0,45 bis 0,60, mehr bevorzugt im Bereich von 0,47 bis 0,58, zum Beispiel 0,57, liegt.
Darüber hinaus wirken sich die Umgebungsbedingungen und insbesondere die Umgebungstemperatur auf die Kapazität der ersten Wärmesenke 102 und der zweiten Wärmesenke 103 aus, um die von dem Leistungsgetriebe und den Turbomaschinen erzeugte Wärme abzuleiten. Der Erfinder hat festgestellt, dass eine solche Kapazität mit der Umgebungstemperatur nicht in gleicher Weise für die erste und die zweite Wärmesenke 102, 103 variiert. Mit anderen Worten können die Wärmemengen, die Luft und Kraftstoff (extern oder Bypass) abgeben können, mit der Temperatur variieren.
Aus diesem Grund kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 abhängig von der Umgebungstemperatur zu variieren, um spezifische erste und zweite Anteile von Wärme bereitzustellen, die durch das Leistungsgetriebe und die Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben werden, die es ermöglichen, die zweite Wärmemenge 112 zu maximieren, die den SFC zu maximieren, die Abmessungen (und damit das Gewicht) der Wärmetauscher 104, 105 zu minimieren, ohne einen Kraftstoffbeeinträchtigung zu verursachen.
Zu diesem Zweck kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um den ersten Anteil an Wärme, der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C im Bereich von 0,55 bis 0,70 oder im Bereich von 0,60 bis 0,70 oder im Bereich von 0,62 bis 0,68, zum Beispiel 0,65, bereitzustellen.
Darüber hinaus kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um den zweiten Anteil an Wärme, der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugt wird und an Luft abgegeben wird, bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C im Bereich von 0,85 bis 1 oder im Bereich von 0,90 bis 1 oder von 0,92 bis 1 oder von 0,92 bis 0,98, zum Beispiel 0,95, bereitzustellen.
Wenn die Umgebungstemperatur abnimmt, nehmen die Luft- und Kraftstofftemperaturen ab, und die Wärmemengen, die an Luft und Kraftstoff abgegeben werden können, steigt, jedoch nicht proportional zueinander. Dementsprechend kann, um den SFC zu maximieren, um die Abmessungen (und damit das Gewicht) der Wärmetauscher 104, 105 zu minimieren, ohne einen Kraftstoffbeeinträchtigung zu verursachen, das Wärmemanagement 100 auch so konfiguriert sein, dass es den ersten Anteil innerhalb bestimmter Bereiche bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen bereitstellt.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112, um den ersten Anteil an Wärme bereitzustellen, der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,35 bis 0,65 oder im Bereich von 0,40 bis 0,60 oder im Bereich von 0,45 bis 0,55, zum Beispiel 0,50, liegen.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,60 bis 0,95 oder im Bereich von 0,70 bis 0,95 oder im Bereich von 0,75 bis 0,95 oder im Bereich von 0,80 bis 0,92, zum Beispiel 0,86, bereitgestellt wird.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C kann das Wärmemanagement 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 bereitzustellen, um den ersten Anteil an Wärme, der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,20 bis 0,40 oder im Bereich von 0,20 bis 0,35 oder im Bereich von 0,20 bis 0,30, zum Beispiel 0,25, bereitzustellen.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 bereitzustellen, um den zweiten Anteil an Wärme, der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugt und an Luft abgegeben wird, im Bereich von 0,40 bis 0,75 oder im Bereich von 0,50 bis 0,75 oder im Bereich von 0,55 bis 0,70, zum Beispiel 0,63, bereitzustellen.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C kann das Wärmemanagementsystem 100 auch konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 bereitzustellen, um ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,50 bis 0,80 oder im Bereich von 0,55 bis 0,75 oder im Bereich von 0,60 bis 0,70, zum Beispiel 0,65, bereitzustellen.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 bereitzustellen, um ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,40 bis 0,65 oder im Bereich von 0,45 bis 0,65 oder im Bereich von 0,50 bis 0,60, zum Beispiel 0,57, bereitzustellen.
Bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 bereitzustellen, um ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,30 bis 0,55 oder im Bereich von 0,30 bis 0,50 oder im Bereich von 0,35 bis 0,45, zum Beispiel 0,40, bereitzustellen.
Indem die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 so bereitgestellt werden, dass die Verhältnisse des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen wie vorstehend bereitgestellt sind, kann der SFC maximiert werden und die Kraftstoffbeeinträchtigung kann bei allen Umgebungsbedingungen und Triebwerkslaufbedingungen vermieden werden.
Darüber hinaus kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 derart bereitzustellen, dass das Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,5 bis 4,5 oder im Bereich von 2 bis 4 oder im Bereich von 2 bis 3,5, zum Beispiel 2,6, liegt.
Das Wärmemanagementsystem 100 kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 derart bereitzustellen, dass das Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C im Bereich von 1,0 bis 2,1 oder im Bereich von 1,2 bis 2,1 oder im Bereich von 1,4 bis 2,0, zum Beispiel 1,6, liegt.
Darüber hinaus kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 derart bereitzustellen, dass das Verhältnis des ersten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,20 bis 1,42 oder im Bereich von 1,22 bis 1,41 oder im Bereich von 1,25 bis 1,40, zum Beispiel 1,3, liegt.
Darüber hinaus kann das Wärmemanagementsystem 100 konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des zweiten Anteils bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem zweiten Anteil bei einer Umgebungstemperatur von ISA +10 °C im Bereich von 1,10 bis 1,25 oder im Bereich von 1,10 bis 1,22 oder im Bereich von 1,11 bis 1,20, zum Beispiel 1,16, liegt.
Das Wärmemanagementsystem 100 kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 derart bereitzustellen, dass ein Anteil (ausgedrückt als Fraktion) von Wärme, der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugt wird und an die Luft abgegeben wird, größer als A·NH +B und kleiner als 1 ist, wobei A gleich -1,15 ist, B gleich oder größer als 1,48 ist und NH eine Kernwellendrehzahl ist, die als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl ausgedrückt und im Bereich von 0,65 bis 1 liegt.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugte und an Luft abgegebene Anteil der Wärme
weniger als der niedrigere von 1 und C·NH +D ist,
wobei C gleich -1,84 ist, D im Bereich von 2,10 bis 2,30 liegt und NH im Bereich von 0,65 bis 1 liegt.
D kann im Bereich von 2,18 bis 2,30 oder im Bereich von 2,18 bis 2,25 oder im Bereich von 2,20 bis 2,25 liegen.
Zum Beispiel kann bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (d. h. NH = 0,85) und D gleich 2,20, der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugte und an Luft abgegebene Wärmeanteil größer als 50,25 % (d. h. -1,15·0,85 1,48 = 0,5025 oder 50,25 %) und niedriger als 63,6 % (d. h. -1,84.0,85 2,20 = 0,636 oder 63,6 %) sein.
Das Wärmemanagementsystem kann konfiguriert sein, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugte und an Luft abgegebene Anteil der Wärme
größer als A-NH+B und kleiner als der niedrigere von 1 und E·(NH-1)+F ist,
wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48 ist, E im Bereich von -1,16 bis -3 liegt, F gleich oder größer als 0,37 ist und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und im Bereich von 0,65 bis 1 liegt.
B kann gleich oder größer als 1,5 oder 1,52 oder 1,54 oder 1,56 sein.
E kann im Bereich von -1,16 bis -2,5 oder im Bereich von -1,16 bis -1,95 liegen.
Zum Beispiel kann bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (d. h. NH = 0,65), mit E gleich -1,70 und F gleich 0,37, der Anteil der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme größer als 73,25 % (d. h. -1,15·0,65 + 1,48 = 0,7325 oder 73,25 %) und niedriger als 96,5 % (d. h. -1,70·(0,65 - 1) + 0,37 = 0,965 oder 96,5 %) sein.
Zum Beispiel kann bei 100 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl (d. h. NH = 1), mit E gleich -1,70 und F gleich 0,37, der Anteil der von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme größer als 33 % (d. h. -1,15·1 + 1,48 = 0,33 oder 33 %) und niedriger als 37 % (d. h. -1,70·(1 - 1) + 0,37 = 0,37 oder 37 %) sein.
In den vorstehenden Ausführungsformen kann die Kernwellendrehzahl NH im Bereich von 0,65 bis 0,95 oder im Bereich von 0,65 bis 0,90 oder im Bereich von 0,65 bis 0,85 liegen.
5, 6, 7 und 8 zeigen Ausführungsformen des Wärmemanagementsystems 100 gemäß der Offenbarung. Gleiche Merkmale zwischen 4 und 5-8 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden in Bezug auf die 5-8 nicht nochmals ausführlich beschrieben.
5 zeigt ein Wärmemanagementsystem 200, bei dem der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 entlang des Schmiermittelkreislaufs 113 in Reihe angeordnet sind. Im Detail stellt der Schmiermittelkreislauf 113 eine Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager bereit. Das Feld 201 stellt das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager, geschmiert und gekühlt durch das Schmiermittel in dem Schmiermittelkreislauf 113 dar. In der dargestellten Ausführungsform ist der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 stromaufwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105 entlang des Schmiermittelkreislaufs 113 angeordnet. Entlang des Schmiermittelkreislaufs 113 können mehr als ein Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und mehr als ein Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 bereitgestellt sein. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 stromabwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105 und stromabwärts des Leistungsgetriebes und der Turbomaschinenlager entlang des Schmiermittelkreislaufs 113 angeordnet sein.
Die mittels des Luftkreislaufs 106 dem Luft-Öl-Wärmetauscher 104 zugeführte Kühlluft stellt die erste Wärmesenke 102 dar und kann Bypass-Luft oder externe Luft oder beides sein. Der Luftkreislauf 106 umfasst einen Luft-Bypass 107, um die Luft-Massenströmungsrate zu variieren, die über den ersten Wärmetauscher 104 läuft und damit die erste Wärmemenge 111 darstellt. Zu diesem Zweck ist entlang des Luft-Bypass 107 eine Modulationsvorrichtung 209 angeordnet. In Ausführungsformen kann der Luft-Bypass 107 weggelassen werden und die Luft-Massenströmungsrate, die über den ersten Wärmetauscher 104 verläuft, kann mittels der stromabwärts angeordneten Modulationsvorrichtung 209 oder stromaufwärts des ersten Wärmetauschers 104 entlang des Luftkreislaufs 106 variiert werden.
Der mittels des Kraftstoffkreislaufs 109 dem Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 zugeführte Kraftstoff stellt die zweite Wärmesenke 103 dar. Sobald die zweite Wärmemenge 112 von dem Schmiermittel auf den Kraftstoff übertragen wurde, wird der Kraftstoff zur Verbrennung an die Verbrennungsausrüstung geleitet. Die Kraftstoffschaltung 109 umfasst einen Kraftstoff-Bypass 110, um die Kraftstoff-Massenströmungsrate zu variieren, die über den zweiten Wärmetauscher 105 strömt, und damit die zweite Wärmemenge 112. Zu diesem Zweck ist entlang des Kraftstoff-Bypass 110 eine Modulationsvorrichtung 210 angeordnet.
Das Wärmemanagementsystem 200 schließt ferner einen oder mehrere Tanks 120 zum Zuführen des Schmiermittels, zum Beispiel Öl, über eine oder mehrere Pumpen ein.
Die Modulationsvorrichtungen 208, 209, 210 sind in dem Schmiermittelkreislauf 113, dem Luftkreislauf 106 und dem Kraftstoffkreislauf 109 bereitgestellt, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 zu variieren. Die Modulationsvorrichtung 208 in dem Schmiermittelkreislauf 113 kann stromaufwärts (wie in 5 veranschaulicht) oder stromabwärts der Wärmetauscher 104, 105 angeordnet sein und kann eine oder mehrere Pumpen, ein oder mehrere Durchflusssteuerventile oder andere geeignete Vorrichtungen sein, die angepasst sind, um die Schmiermittel-Massenströmungsrate über die Wärmetauscher 104, 105 zu variieren. Die Modulationsvorrichtung 209 in dem Luftkreislauf 106 kann in dem Luft-Bypass 107 wie veranschaulicht oder stromabwärts des Luft-Öl-Wärmetauschers 104 angeordnet sein und kann ein oder mehrere Verdichter, ein oder mehrere Durchflusssteuerventile oder beliebige andere geeignete Vorrichtungen sein, die angepasst sind, um die Luft-Massenströmungsrate über den ersten Wärmetauscher 104 zu variieren. Die Modulationsvorrichtung 210 in dem Kraftstoffkreislauf 109 kann wie veranschaulicht in dem Kraftstoff-Bypass 110 angeordnet sein und kann eine oder mehrere Pumpen, ein oder mehrere Durchflusssteuerventile oder andere geeignete Vorrichtungen sein, die angepasst sind, um den Kraftstoff-Massenströmungsrate über den zweiten Wärmetauscher 105 zu variieren.
Um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 weiter zu modulieren, kann der Schmiermittelkreislauf 113 auch Bypass-Kreisläufe umfassen, um die Schmiermittel-Massenströmungsrate einzustellen, die über den Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und/oder den Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 strömt. In der veranschaulichten Ausführungsform von 5 umfasst der Schmiermittelkreislauf 113 einen ersten Schmiermittel-Bypass-Kreislauf 122, der angepasst ist, um einen Teil des Schmiermittels von dem Luft-Öl-Wärmetauscher 104 weg umzuleiten, und einen zweiten Schmiermittel-Bypass-Kreislauf 124, der angepasst ist, um einen Teil des Schmiermittels von dem Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 weg umzuleiten, wodurch die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 variiert werden. In Ausführungsformen können die Modulationsvorrichtungen 208, wie Ventile, entlang der Schmiermittel-Bypass-Kreisläufe 122, 124 angeordnet sein, um den Teil des Schmiermittels, der über die Wärmetauscher 104, 105 strömt, einzustellen, wodurch die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 variiert werden. In Ausführungsformen können entweder ein oder beide des ersten Schmiermittel-Bypass-Kreislaufs 122 und des zweiten Schmiermittel-Bypass-Kreislaufs 124 weggelassen werden.
6 zeigt ein Wärmemanagementsystem 300, wobei der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 parallel in dem Schmiermittelkreislauf 313 angeordnet sind. Im Detail stellt der Schmiermittelkreislauf 113 Schmierung und Kühlung an das Leistungsgetriebe und Turbomaschinenlager bereit. Feld 301 stellt das Leistungsgetriebe und die Turbomaschinenlager dar, die durch das Schmiermittel geschmiert und gekühlt werden. Der Schmiermittelkreislauf 313 umfasst einen ersten Teilkreislauf 314 und einen zweiten Teilkreislauf 315. Die ersten und zweiten Teilkreisläufe bilden jeweilige erste und zweite Schleifen des Schmiermittelkreislaufs 313. Die erste Schleife und die zweite Schleife sind parallel angeordnet. Der erste Teilkreislauf 314 speist den Luft-Öl-Wärmetauscher 104, und der zweite Teilkreislauf 315 speist den Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105.
Der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 weist einen Teil der von dem Leistungsgetriebe und Turbomaschinenlager erzeugten Wärme zurück, die der ersten Wärmemenge 111 an die erste Wärmesenke 102 entsprechen. Wie unter Bezugnahme auf die 4 und 5 offenbart, ist der erste Wärmetauscher 104 ein Luft-Öl-Wärmetauscher und empfängt Kühlluft von dem Luftkreislauf 106, der die erste Wärmesenke 102 darstellt. Der Luftkreislauf 106 umfasst den Luft-Bypass 107, um die Luft-Massenströmungsrate einzustellen, die über den Luft-Öl-Wärmetauscher 104 strömt und daher die erste Wärmemenge 111 variiert. Der Luftkreislauf 106, insbesondere der Luft-Bypass 107, umfasst ferner die Modulationsvorrichtung 209, zum Beispiel einen oder mehrere Verdichter und/oder ein oder mehrere Luftstromsteuerventile, um die Luft-Massenströmungsrate zu steuern, die über den ersten Wärmetauscher 104 verläuft und daher die erste Wärmemenge 111 variiert. Ein oder mehrere zusätzliche Verdichter können stromaufwärts des Luft-Öl-Wärmetauschers 104 im Luftkreislauf 106 angeordnet sein, um den Kühlluftdruck zu erhöhen.
Der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 weist den Rest der von dem Leistungsgetriebe und Turbomaschinenlager erzeugten Wärme, die der zweiten Wärmemenge 112 entsprechen, an die zweite Wärmesenke 103 zurück. Auch hier, wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 offenbart, empfängt der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 Kühlmittel aus dem Kraftstoffkreislauf 109, der die zweite Wärmesenke 103 darstellt. Der Kraftstoffkreislauf 109 umfasst den Kraftstoff-Bypass 110, um die Kraftstoff-Massenströmungsrate einzustellen, die über den Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 strömt und somit die zweite Wärmemenge 112 variiert. Der Kraftstoffkreislauf 109, insbesondere der Kraftstoff-Bypass 110, umfasst ferner die Modulationsvorrichtung 210, zum Beispiel eine oder mehrere Pumpen und/oder ein oder mehrere Kraftstoffdurchfluss-Steuerventile, um die Kraftstoff-Massenströmungsrate zu steuern, die über den zweiten Wärmetauscher 105 strömt und somit die zweite Wärmemenge 112 variiert. Eine oder mehrere zusätzliche Pumpen können im Kraftstoffkreislauf entweder stromaufwärts oder stromabwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105 bereitgestellt sein.
Wie unter Bezugnahme auf 5 veranschaulicht, können entweder eins oder beide des Luft-Bypass 107 und des Kraftstoff-Bypass 110 weggelassen werden und die Modulationsvorrichtungen entsprechend entlang des Luftkreislaufs 106 angeordnet werden (entweder stromaufwärts oder stromabwärts des Luft-Öl-Wärmetauschers 104) und des Kraftstoffkreislaufs 109 (entweder stromaufwärts oder stromabwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105).
Darüber hinaus umfasst jeder Teilkreislauf 314, 315 einen Schmiermitteltank 120 und eine Modulationsvorrichtung 208. In nicht veranschaulichten Ausführungsformen kann ein einziger Schmiermitteltank 120 sowohl den ersten Teilkreislauf 314 als auch den zweiten Teilkreislauf 315 speisen. Jede Modulationsvorrichtung 208 kann entweder stromaufwärts (wie in 6 gezeigt) oder stromabwärts der jeweiligen Wärmetauscher 104, 105 angeordnet sein.
Der Schmiermittelkreislauf 313 kann ferner Schmiermittel-Bypass-Kreisläufe mit einem oder beiden von dem Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und dem Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 umfassen. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Schmiermittelkreislauf 313 einen ersten Schmiermittel-Bypass-Kreislauf 322, der angepasst ist, um einen Teil des Schmiermittels von dem Luft-Öl-Wärmetauscher 104 weg umzuleiten, und einen zweiten Schmiermittel-Bypass-Kreislauf 324, der angepasst ist, um einen Teil des Schmiermittels von dem Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 wegzuleiten. Der erste und zweite Schmiermittel-Bypass-Kreislauf 322, 324 können es ermöglichen, die erste und die zweite Wärmemenge 111, 112, die am Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und am Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 ausgetauscht werden, zu modulieren. Zu diesem Zweck können in den Schmiermittel-Bypass-Kreisläufen eine oder mehrere Modulationsvorrichtungen 208, wie Ventile, bereitgestellt werden, um den Teil des Schmiermittels, der über die Wärmetauscher 104, 105 strömt, einzustellen.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Wärmemanagementsystems 350, wobei der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 parallel entlang des Schmiermittelkreislaufs 363 angeordnet sind. Der Schmiermittelkreislauf 363 stellt eine Schmierung und Kühlung des Leistungsgetriebes und der Turbomaschinen, veranschaulicht als ein Feld 301 in 7, bereit. Der Schmiermittelkreislauf 363 schließt einen ersten Teilkreislauf oder einen Zweig, 364 und einen zweiten Teilkreislauf oder Zweig, 365 ein.
Der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 ist entlang des ersten Zweiges 364 angeordnet und der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 ist entlang des zweiten Zweiges 365 angeordnet. Mehr als ein Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und mehr als ein Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 können entlang der jeweiligen Zweige in Reihe angeordnet sein.
Das Wärmemanagementsystem 350 schließt ferner mindestens einen Schmiermitteltank 120 zum Zuführen von Schmiermittel, zum Beispiel Öl, über eine oder mehrere Pumpen ein.
Der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 können stromabwärts des Tanks 120 und stromaufwärts des Leistungsgetriebes und der Turbomaschinenlager (wie in der veranschaulichten Ausführungsform) oder stromabwärts des Leistungsgetriebes und der Turbomaschinenlager angeordnet sein.
Die mittels des Luftkreislaufs 106 dem Luft-Öl-Wärmetauscher 104 zugeführte Kühlluft stellt die erste Wärmesenke 102 dar und kann Bypass-Luft oder externe Luft oder beides sein. Der Luftkreislauf 106 umfasst einen Luft-Bypass 107, um die Luft-Massenströmungsrate zu variieren, die über den Luft-Öl-Wärmetauscher 104 strömt und damit die erste Wärmemenge 111. In Ausführungsformen kann der Luft-Bypass 107 weggelassen werden und die Luft-Massenströmungsrate, die über den Luft-Öl-Wärmetauscher 104 strömt, kann mittels einer stromabwärts angeordneten Modulationsvorrichtung oder stromaufwärts des Luft-Öl-Wärmetauschers 104 variiert werden.
Der mittels des Kraftstoffkreislaufs 109 dem Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 zugeführte Kraftstoff stellt die zweite Wärmesenke 103 dar. Sobald die zweite Wärmemenge 112 von dem Schmiermittel auf den Kraftstoff übertragen wurde, wird der Kraftstoff zur Verbrennung an die Verbrennungsausrüstung geleitet. Der Kraftstoffkreislauf 109 umfasst einen Kraftstoff-Bypass 110, um die Kraftstoff-Massenströmungsrate zu variieren, die über den Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 strömt und damit die zweite Wärmemenge 112.
An dem Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und/oder dem Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 können Schmiermittel-Bypass-Kreisläufe bereitgestellt sein. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Schmiermittelkreislauf 363 einen ersten Schmiermittel-Bypass-Kreislauf 372, der angepasst ist, um einen Teil des Schmiermittels von dem Luft-Öl-Wärmetauscher 104 weg umzuleiten, und einen zweiten Schmiermittel-Bypass-Kreislauf 374, die angepasst ist, um einen Teil des Schmiermittels von dem Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 weg umzuleiten, wodurch die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 variiert werden. In Ausführungsformen können entweder eins oder beide des ersten Schmiermittel-Bypass-Kreislaufs 372 und des zweiten Schmiermittel-Bypass-Kreislaufs 374 weggelassen werden. Schmiermittel-Massendurchfluss-Einstellvorrichtungen, wie Ventile, können entweder in einem oder beiden des ersten Schmiermittel-Bypass-Kreislaufs 372 und des zweiten Schmiermittel-Bypass-Kreislaufs 374 angeordnet sein, um die Schmiermittel-Massenströmungsrate in den jeweiligen Schmiermittel-Bypass-Kreisläufen einzustellen und dadurch die Schmiermittel-Massenströmungsrate einzustellen, die über die jeweiligen Wärmetauscher verläuft.
Modulationsvorrichtungen 208, 209, 210 sind im Schmiermittelkreislauf 363, in dem Luftkreislauf 106 und dem Kraftstoffkreislauf 109 bereitgestellt, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 zu variieren. Die Modulationsvorrichtung 208 in dem Schmiermittelkreislauf 363 kann eine oder mehrere Pumpen, ein oder mehrere Durchflusssteuerventile oder beliebige andere geeignete Vorrichtungen sein, die angepasst sind, um die Schmiermittel-Massenströmungsrate über die Wärmetauscher zu variieren. Zum Beispiel kann die Modulationsvorrichtung 208 ein Durchflussspaltventil umfassen, um den Schmiermittelstrom zwischen dem ersten Zweig 364 und dem zweiten Zweig 365 zu spalten; die Modulationsvorrichtung 208 kann auch Modulationsventile umfassen, die entlang eines oder beider des ersten Schmiermittel-Bypass-Kreislaufs 372 und des zweiten Schmiermittel-Bypass-Kreislaufs 374 angeordnet sind. Die Modulationsvorrichtung 209 im Luftkreislauf 106 kann in dem Luft-Bypass 107 stromaufwärts des Luft-Öl-Wärmetauschers 104, wie veranschaulicht, oder stromabwärts des Luft-Öl-Wärmetauschers 104 angeordnet sein und kann ein oder mehrere Verdichter, ein oder mehrere Durchflusssteuerventile oder beliebige andere geeignete Vorrichtungen sein, die angepasst sind, um die Luft-Massenströmungsrate über den ersten Wärmetauscher 104 zu variieren. Die Modulationsvorrichtung 210 im Kraftstoffkreislauf 109 kann in dem Kraftstoffkreislauf 109 stromaufwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105 wie veranschaulicht oder stromabwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105 angeordnet sein und kann eine oder mehrere Pumpen, ein oder mehrere Durchflusssteuerventile oder beliebige andere geeignete Vorrichtungen sein, die angepasst sind, um den Kraftstoffmassendurchfluss über den zweiten Wärmetauscher 105 zu variieren.
8 zeigt ein Wärmemanagementsystem 400, das eine Rohranordnung 401 umfasst, die angepasst ist, um Schmiermittel und Kühlung an ein Leistungsgetriebe 30 und an Turbomaschinenlager 430 bereitzustellen. Die Rohranordnung 401 umfasst einen Tank 120 zum Zuführen von Schmiermittel, zum Beispiel Öl, zu einem ersten Schmiermittelkreislauf 414 und einem zweiten Schmiermittelkreislauf 415. Mit anderen Worten liefert ein einzelner Tank 120 Schmiermittel sowohl dem ersten Schmiermittelkreislauf 414 als auch dem zweiten Schmiermittelkreislauf 415. In alternativen Ausführungsformen kann jeder des ersten und zweiten Schmiermittelkreislaufs 414, 415 einen dedizierten Tank 120 umfassen.
Im Detail stellt der erste Schmiermittelkreislauf 414 die Schmierung und Kühlung an den Turbomaschinen 430 bereit, während der zweite Schmiermittelkreislauf 415 Schmierung und Kühlung des Leistungsgetriebes 30 bereitstellt.
Eine oder mehrere Pumpen 408 sind in dem ersten Schmiermittelkreislauf 414 bereitgestellt, um die Schmiermittel-Massenströmungsrate zu variieren.
Darüber hinaus ist ein erster Luft-Öl-Wärmetauscher 104 bereitgestellt, um die von den Turbomaschinen 430 erzeugte Wärme an die erste Wärmesenke 102 abzugeben. Der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 ist zum Beispiel ein Matrix-Luft-Ölkühler (MACOC) der in Bezug auf die vorherigen Ausführungsformen beschriebenen Art. Wie veranschaulicht, kann eine Pumpe 408 stromabwärts des Tanks 120 und stromaufwärts des Luft-Öl-Wärmetauschers 104 angeordnet sein.
Über einen Luftkreislauf 406 wird dem ersten Luft-Öl-Wärmetauscher 104 Kühlluft bereitgestellt. Luft, die dem Luft-Öl-Wärmetauscher 104 bereitgestellt wird, kann Bypass-Luft sein, zum Beispiel von stromabwärts der Fan-Auslass-Leitschaufeln (FOGVs), die in dem Bypass-Kanal 22 angeordnet sind. In alternativen Ausführungsformen kann Luft, die dem Luft-Öl-Wärmetauscher 104 bereitgestellt wird, externe Luft oder eine Kombination aus externer Luft und Bypass-Luft sein. Mit anderen Worten kann die erste Wärmesenke 102 Bypass-Luft oder externe Luft oder beides sein. Eine Modulationsvorrichtung, wie ein Durchflussbegrenzerventil, kann stromabwärts des ersten Luft-Öl-Wärmetauschers 104 entlang des Luftkreislaufs 406 angeordnet sein.
Der erste Luft-Öl-Wärmetauscher 104 ist stromabwärts des Tanks 120 und stromaufwärts der Turbomaschinenlager 430 angeordnet. In nicht dargestellten Ausführungsformen kann der Luft-Öl-Wärmetauscher 104 stromabwärts der Turbomaschinenlager 430 und stromaufwärts des Tanks 120 angeordnet sein. Der erste Luft-Öl-Wärmetauscher 104 kann einen oder mehrere erste Luft-Öl-Wärmetauscher 104 umfassen, die in Reihe oder parallel entlang des ersten Schmiermittelkreislaufs 414 angeordnet ist, um die von den Turbomaschinenlagern 430 erzeugte Wärme an die erste Wärmesenke 102 abzugeben.
Ein zusätzlicher oder zweiter Luft-Öl-Wärmetauscher 104', zum Beispiel ein zusätzlicher MACOC, ist in dem zweiten Schmiermittelkreislauf 415 angeordnet, um einen Teil der von dem Leistungsgetriebe 30 erzeugten Wärme an die erste Wärmesenke 102 zurückzuweisen. Ein zusätzlicher Luftkreislauf 406' stellt dem zweiten Luft-Öl-Wärmetauscher 104' Kühlluft bereit. Kühlluft aus dem zusätzlichen Luftkreislauf 406' kann Bypass-Luft sein, zum Beispiel von stromabwärts der im Bypass-Kanal 22 angeordneten FOGVs oder externe Luft oder eine Kombination aus externer Luft und Bypass-Luft, wie unter Bezugnahme auf den ersten Luft-Öl-Wärmetauscher 104 beschrieben. Eine Modulationsvorrichtung, wie ein Durchflussbegrenzerventil, kann entlang des zusätzlichen Luftkreislaufs 406' stromabwärts des zweiten Luft-Öl-Wärmetauschers 104' angeordnet sein. Der zweite Luft-Öl-Wärmetauscher 104' kann einen oder mehrere zweite Luft-Öl-Wärmetauscher 104 umfassen, die in Reihe oder parallel entlang des zweiten Schmiermittelkreislaufs 415 angeordnet sind, um einen Abschnitt der von dem Leistungsgetriebe 30 erzeugten Wärme an die erste Wärmesenke 102 abzugeben.
An dem zweiten Luft-Öl-Wärmetauscher 104' ist ein Schmiermittel-Bypass-Kreislauf 430 angeordnet, um einen Teil des Schmiermittels von dem zweiten Luft-Öl-Wärmetauscher 104' umzuleiten. Zu diesem Zweck ist in dem Schmiermittel-Bypass-Kreislauf 430 ein Ölstromsteuerventil 420 angeordnet.
Der/die erste(n) Luft-Öl-Wärmetauscher 104 und der/die zweite(n) Luft-Öl-Wärmetauscher 104' weisen zusammen die erste Wärmemenge 111 an die erste Wärmesenke 102 zurück. Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform von 8 die erste Wärmemenge 111 die Summe der von den Turbomaschinenlagern 430 erzeugten Wärme und einen Teil der von dem Leistungsgetriebe 30 erzeugten Wärme ist.
Stromabwärts des zweiten Luft-Öl-Wärmetauschers 104' und des Schmiermittel-Bypass-Kreislaufs 430 in dem zweiten Schmiermittelkreislauf 415 ist ein Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105, zum Beispiel ein Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher (FOHE) der in Bezug auf die vorherigen Ausführungsformen beschriebenen Art, angeordnet, um die zweite Wärmemenge 112 an die zweite Wärmesenke 103, nämlich Kühlkraftstoff, zurückzuweisen. Die zweite Wärmemenge 112 ist der Rest der von dem Leistungsgetriebe 30 erzeugten und vom zweiten Luft-Öl-Wärmetauscher 104' nicht an die erste Senke 102 zurückgewiesenen Wärme. Der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 kann einen oder mehrere Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 umfassen, die in Reihe oder parallel entlang des zweiten Schmiermittelkreislaufs 415 angeordnet sind, um die zweite Wärmemenge 112, die durch das Leistungsgetriebe 30 erzeugt wird, an die zweite Wärmesenke 103 abzugeben.
Ein Kraftstoffkreislauf 409 stellt dem Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 Kühlmittel bereit. Der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 wird mit Kühlkraftstoff aus einem Kraftstofftank 432, zum Beispiel der Kraftstofftank des Flugzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk montiert ist, über eine Niederdruckpumpe 436. Der aus dem Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 105 austretende Kraftstoff wird dann über eine Hochdruckpumpe 438 zu Kraftstoffsprühdüsen der Verbrennungseinrichtung 16 geleitet. Das oder die Kraftstoffdurchfluss-Steuerventile (nicht veranschaulicht) können entlang des Kraftstoffkreislaufs 409, entweder stromabwärts oder stromaufwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105, angeordnet sein.
Das Leistungsgetriebe 30 ist stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 105 entlang des zweiten Schmiermittelkreislaufs 415 angeordnet. In nicht dargestellten Ausführungsformen kann der zweite Luft-Öl-Wärmetauscher 104' stromabwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105 und stromaufwärts des Leistungsgetriebes 30 angeordnet sein.
Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform ist eine Pumpe 408 entlang des zweiten Schmiermittelkreislaufs 415 stromabwärts des Tanks 120 und stromaufwärts des zweiten Luft-Öl-Wärmetauschers 104' angeordnet. In nicht veranschaulichten Ausführungsformen kann die Pumpe 408 stromabwärts des zweiten Luft-Öl-Wärmetauschers 104' oder stromabwärts des Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 105 und stromaufwärts des Leistungsgetriebes 30 angeordnet sein.
Die unter Bezugnahme auf 5, 6, 7 und 8 veranschaulichten Wärmemanagementsysteme 200, 300, 350, 400 sind konfiguriert, um die erste Wärmemenge 111 und die zweite Wärmemenge 112 bereitzustellen, sodass die von dem Leistungsgetriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärmeanteile innerhalb der in Bezug auf 4 offenbarten Bereiche liegen.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und dass verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hierin beschriebenen Konzepten abzuweichen. Außer im Falle des gegenseitigen Ausschlusses kann jedes der Merkmale getrennt oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, und die Offenbarung erstreckt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen von einem oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen und schließt diese ein.

Claims

Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug, umfassend: - einen Triebwerkskern, der einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle umfasst, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; - einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist; - Turbomaschinenlager; - ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und - ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; wobei ein erster Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$
bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl, wobei ein zweiter Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$
bei 65 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl; und wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,30 bis 0,55, vorzugsweise im Bereich von 0,35 bis 0,45, bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C bereitzustellen.
Gasturbinentriebwerk nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der erste Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 0,20 bis 0,40, vorzugsweise im Bereich von 0,20 bis 0,35, stärker bevorzugt im Bereich von 0,20 bis 0,30 liegt.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 0,50 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,70, stärker bevorzugt im Bereich von 0,55 bis 0,67 liegt.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C zu dem ersten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,5 bis 4,5, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 4,0, stärker bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,5 liegt.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um den zweiten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten bereitzustellen und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem zweiten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,1 bis 2,1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 2,1, stärker bevorzugt im Bereich von 1,4 bis 2,0.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der erste von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugte und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegebene Wärmeanteil im Bereich von 0,55 bis 0,75, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,70, stärker bevorzugt im Bereich von 0,60 bis 0,70 liegt; und/oder wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass der zweite Anteil an Wärme, der durch das Getriebe und die Turbomaschine erzeugt und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegeben wird, im Bereich von 0,85 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,90 bis 1 liegt.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Wärmemanagementsystem konfiguriert ist, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft abgegebenen Wärme größer als A·NH + B, und kleiner als der niedrigere von 1 und C·NH + D ist, wobei A gleich -1,15, B gleich oder größer als 1,48, C gleich -1,84 ist, D im Bereich von 2,18 bis 2,30 liegt und NH die Kernwellendrehzahl ist, ausgedrückt als Anteil der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, und im Bereich von 0,65 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 0,85 liegt.
Gasturbinentriebwerk nach dem vorstehenden Anspruch, wobei D im Bereich von 2,18 bis 2,25, vorzugsweise im Bereich von 2,20 bis 2,25 liegt.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die maximale Kernwellenstartdrehzahl im Bereich von 5500 U/min bis 9500 U/min, vorzugsweise im Bereich von 5500 U/min bis 8500 U/min, mehr bevorzugt im Bereich von 5500 U/min bis 7500 U/min liegt.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Brennkammer eine magerbetriebene Brennkammer ist; und/oder wobei das Leistungsgetriebe ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von 2,9 bis 4,0, vorzugsweise von 3,0 bis 3,8, aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Gasturbinentriebwerks umfasst, umfassend: - einen Triebwerkskern, der einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Kernwelle umfasst, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; - einen Fan, der eine Vielzahl von Fan-Schaufeln umfasst und stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist, wobei der Fan konfiguriert ist, um eine Fan-Drehzahl bei MTO-Bedingungen im Bereich von 1500 U/min bis 2800 U/min aufweisen; - Turbomaschinenlager; - ein Leistungsgetriebe, das angepasst ist, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbine anzutreiben; und - ein Wärmemanagementsystem, das konfiguriert ist, um eine Schmierung und Kühlung an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, und umfassend eine Rohranordnung, die angepasst ist, um einen Schmiermittelstrom an das Getriebe und die Turbomaschinenlager bereitzustellen, mindestens einen Luft-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine erste Wärmemenge an eine erste Wärmesenke abzugeben, und mindestens einen Kraftstoff-Schmiermittel-Wärmetauscher, um eine zweite Wärmemenge an eine zweite Wärmesenke abzugeben, wobei die erste Wärmesenke Luft ist und die zweite Wärmesenke Kraftstoff ist; wobei ein erster Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 85 % MTO$
bei 85 % einer maximalen Kernwellenstartdrehzahl und ein zweiter Anteil an Wärme, der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugt und an die Luft abgegeben wird, definiert ist als $(\frac{e r s t e W ä r m e m e n g e 111}{e r s t e W ä r m e m e n g e 111 + z w e i t e W ä r m e m e n g e 112}) 65 % MTO$
bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl, wobei das Verfahren den Schritt umfasst, das Wärmemanagementsystem so zu betreiben, dass die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge so bereitgestellt werden, dass bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C ein Verhältnis des ersten Anteils zu dem zweiten Anteil im Bereich von 0,30 bis 0,55, vorzugsweise im Bereich von 0,35 bis 0,45 liegt.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, umfassend den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C der erste Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegebenen Wärme von 0,20 bis 0,40, vorzugsweise im Bereich von 0,20 bis 0,35, stärker bevorzugt im Bereich von 0,20 bis 0,30 liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, umfassend den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C der zweite Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 65 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl abgegebenen Wärme im Bereich von 0,50 bis 0,70, vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,70, stärker bevorzugt im Bereich von 0,55 bis 0,67 liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, umfassend den Schritt des Betreibens des Wärmemanagementsystems, um die erste Wärmemenge und die zweite Wärmemenge derart bereitzustellen, dass ein Verhältnis des ersten Anteils der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA +40 °C abgegebenen Wärme zu dem ersten Anteil der von dem Getriebe und der Turbomaschine erzeugten und an Luft bei 85 % der maximalen Kernwellenstartdrehzahl bei einer Umgebungstemperatur von ISA -69 °C abgegebenen Wärme im Bereich von 1,5 bis 4,5, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 4,0, stärker bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,5 liegt.