DE102023135089A1 - Fuel management - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren (12000) zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks (10) wird offenbart, wobei das Gasturbinentriebwerk (10) eine Brennkammer (16), die angeordnet ist, um einen Kraftstoff zu verbrennen; und ein Kraftstoffmanagementsystem umfasst, das angeordnet ist, um der Brennkammer (16) den Kraftstoff bereitzustellen. Das Kraftstoffmanagementsystem umfasst zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher, durch die Öl und der Kraftstoff strömen, wobei die Wärmetauscher angeordnet sind, um Wärme auf den Kraftstoff zu übertragen, sowie einen primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher (1004) und einen sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher (1006); und eine Kraftstoffpumpe (1003), die angeordnet ist, um den Kraftstoff an die Brennkammer (16) abzugeben, wobei sich die Kraftstoffpumpe (1003) zwischen den zwei Wärmetauschern befindet. Das Verfahren umfasst das Steuern (12200) des Kraftstoffmanagementsystems derart, dass die Kraftstoffviskosität auf weniger als 0,58 mm2/s bei Eintritt in die Brennkammer (16) unter Reiseflugbedingungen eingestellt wird.A method (12000) of operating a gas turbine engine (10) is disclosed, the gas turbine engine (10) comprising a combustion chamber (16) arranged to combust a fuel; and a fuel management system arranged to provide the fuel to the combustion chamber (16). The fuel management system comprises two fuel-oil heat exchangers through which oil and the fuel flow, the heat exchangers arranged to transfer heat to the fuel, a primary fuel-oil heat exchanger (1004) and a secondary fuel-oil heat exchanger (1006); and a fuel pump (1003) arranged to deliver the fuel to the combustion chamber (16), the fuel pump (1003) located between the two heat exchangers. The method includes controlling (12200) the fuel management system to adjust the fuel viscosity to less than 0.58 mm2/s upon entering the combustion chamber (16) under cruise conditions.
Description
Die vorliegende Offenbarung betrifft Flugzeugantriebssysteme sowie Verfahren zum Betreiben von Flugzeugen, die das Management unterschiedlicher Fluide und die Wärmeübertragung dazwischen beinhalten, und insbesondere das Management von Kraftstoffeigenschaften bei Eintritt in die Brennkammer.The present disclosure relates to aircraft propulsion systems and methods of operating aircraft involving the management of different fluids and the heat transfer therebetween, and more particularly, the management of fuel properties as they enter the combustion chamber.
In der Luftfahrtindustrie wird ein Trend zur Verwendung von Kraftstoffen erwartet, die sich von den derzeit allgemeinen verwendeten herkömmlichen Düsenkraftstoffen auf Kerosinbasis unterscheiden. Die Kraftstoffe können im Vergleich zu Kohlenwasserstoffkraftstoffen auf Petroleumbasis abweichende Kraftstoffeigenschaften aufweisen.A trend is expected in the aviation industry towards the use of fuels that are different from the conventional kerosene-based jet fuels currently in general use. The fuels may have different fuel properties compared to petroleum-based hydrocarbon fuels.
Somit besteht ein Bedarf daran, Kraftstoffeigenschaften für diese neuen Kraftstoffe zu berücksichtigen und die Verfahren zum Betreiben von Gasturbinentriebwerken entsprechend anzupassen.There is therefore a need to consider fuel properties for these new fuels and to adapt the procedures for operating gas turbine engines accordingly.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks bereitgestellt, wobei das Gasturbinentriebwerk umfasst:
- eine Brennkammer, die angeordnet ist, um einen Kraftstoff zu verbrennen; und
- ein Kraftstoffmanagementsystem, das angeordnet ist, um der Brennkammer den Kraftstoff bereitzustellen, wobei das Kraftstoffmanagementsystem umfasst:
- zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher, durch die Öl und der Kraftstoff hindurch strömen, wobei die Wärmetauscher angeordnet sind, um Wärme zwischen dem Öl und dem Kraftstoff zu übertragen, und einen primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und einen sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher umfassen;
- eine Kraftstoffpumpe, die angeordnet ist, um den Kraftstoff an die Brennkammer abzugeben, wobei sich die Kraftstoffpumpe zwischen den zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern befindet; und
- ein Rezirkulationsventil, das sich stromabwärts des primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers befindet, wobei das Rezirkulationsventil angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass eine kontrollierte Menge an Kraftstoff, die durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchgetreten ist, an einen Einlass des primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers zurückgeführt wird;
- wobei das Verfahren das Auswählen von Kraftstoff dahingehend umfasst, dass der Brennwert des Kraftstoffs, der dem Gasturbinentriebwerk unter Reiseflugbedingungen bereitgestellt wird, mindestens 43,5 MJ/kg beträgt.
- a combustion chamber arranged to burn a fuel; and
- a fuel management system arranged to provide the fuel to the combustion chamber, the fuel management system comprising:
- two fuel-oil heat exchangers through which oil and the fuel flow, the heat exchangers arranged to transfer heat between the oil and the fuel and comprising a primary fuel-oil heat exchanger and a secondary fuel-oil heat exchanger;
- a fuel pump arranged to deliver the fuel to the combustion chamber, the fuel pump being located between the two fuel-oil heat exchangers; and
- a recirculation valve located downstream of the primary fuel-oil heat exchanger, the recirculation valve arranged to allow a controlled amount of fuel that has passed through the primary fuel-oil heat exchanger to be returned to an inlet of the primary fuel-oil heat exchanger;
- the method comprising selecting fuel such that the calorific value of the fuel provided to the gas turbine engine under cruise conditions is at least 43.5 MJ/kg.
Der primäre und der sekundäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher können hierin der Kürze halber als primärer Wärmetauscher und sekundärer Wärmetauscher bezeichnet werden.The primary and secondary fuel-oil heat exchangers may be referred to herein as primary heat exchanger and secondary heat exchanger for brevity.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Verwendung von Kraftstoffen, die sich von den herkömmlichen Düsenkraftstoffen auf Kerosinbasis unterscheiden, wie nachhaltige Flugzeugkraftstoffe, zu unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften führen kann und dass der Triebwerksbetrieb für diese unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften optimiert werden kann. Kraftstoffe mit einem höheren Brennwert können auch eine größere thermische Stabilität aufweisen, wodurch der Kraftstoff mehr Wärme aufnehmen kann, wodurch eine verbesserte Ölkühlung und/oder verbesserte Verbrennungseigenschaften in der Brennkammer bereitgestellt werden. Die Rezirkulation des Kraftstoffs durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann es dem Kraftstoff ermöglichen, mehr Wärme von dem Öl aufzunehmen, wodurch die Kraftstofftemperatur erhöht, und die Ölkühlung verbessert wird.The inventors have recognized that the use of fuels other than traditional kerosene-based jet fuels, such as sustainable aviation fuels, can result in different fuel properties and that engine operation can be optimized for these different fuel properties. Fuels with a higher calorific value may also have greater thermal stability, allowing the fuel to absorb more heat, thereby providing improved oil cooling and/or improved combustion characteristics in the combustion chamber. Recirculation of the fuel through the primary fuel-oil heat exchanger may allow the fuel to absorb more heat from the oil, thereby increasing the fuel temperature and improving oil cooling.
Es versteht sich, dass hierin, wenn die Kraftstoffpumpe als „zwischen“ den zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern befindlich beschrieben wird, dies bedeuten soll, dass sich die Kraftstoffpumpe auf dem Kraftstoffweg zwischen dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher befindet, sodass Kraftstoff zwischen dem Verlassen des primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers und dem Eintreten in den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher (oder umgekehrt) durch die Pumpe strömt, unabhängig davon, ob zwischen dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher eine gerade Linie durch die Pumpe verlaufen würde. Es versteht sich, dass exakte relative physische Positionen der Pumpe und der Wärmetauscher nicht signifikant sind.It is understood that herein, when the fuel pump is described as being located "between" the two fuel-oil heat exchangers, this is intended to mean that the fuel pump is located in the fuel path between the primary fuel-oil heat exchanger and the secondary fuel-oil heat exchanger, such that fuel flows through the pump between leaving the primary fuel-oil heat exchanger and entering the secondary fuel-oil heat exchanger (or vice versa), regardless of whether a straight line would pass through the pump between the primary fuel-oil heat exchanger and the secondary fuel-oil heat exchanger. It is understood that exact relative physical positions of the pump and the heat exchangers are not significant.
Das Rezirkulationsventil kann sich stromabwärts der Kraftstoffpumpe befinden und kann einen Anteil des Stroms, der die Pumpe verlässt, an einen Punkt auf dem Strömungsweg vor dem Pumpeneinlass zurückleiten. Dies kann zusätzlich zu der durch das Rezirkulationsventil bereitgestellten Flexibilität hinsichtlich des Wärmeaustauschs zusätzliche Flexibilität bei der Kraftstoffströmungsrate an die Brennkammer (für eine gegebene Pumprate) bereitstellen.The recirculation valve may be located downstream of the fuel pump and may redirect a portion of the flow leaving the pump to a point in the flow path upstream of the pump inlet. This may provide additional flexibility in the fuel flow rate to the combustion chamber (for a given pumping rate) in addition to the heat exchange flexibility provided by the recirculation valve.
Ein höherer Brennwert eines Kraftstoffs reduziert auch die erforderliche Kraftstoffverbrennungsrate für eine gegebene Wellendrehzahl unter Reiseflugbedingungen. Insbesondere für Triebwerksarchitekturen, bei denen die Kraftstoffpumpendrehzahl direkt mit der Wellendrehzahl gekoppelt ist (z. B. bei denen ein Verhältnis Wellendrehzahl zu Pumpendrehzahl fest ist oder nur einen Satz spezifischer diskreter Werte aufweist, mindestens unter Reiseflugbedingungen), wird möglicherweise Kraftstoff verschwendet, wenn der Triebwerksbetrieb nicht eingestellt wird. Die Erfinder haben erkannt, dass daher mehr Rezirkulation des Kraftstoffs durchgeführt werden kann, wobei Kraftstoff, der die Pumpe verlassen hat, an den Pumpeneinlass zurückgeführt wird, sodass eine Kraftstoffströmungsrate zu der Brennkammer abgesenkt werden kann, während eine Kraftstoffströmungsrate durch die Pumpe konstant gehalten wird. Daher kann für Kraftstoffe mit einem höheren Brennwert weitere Rezirkulation durchgeführt werden/ein höherer Prozentanteil des Kraftstoffs, der die Pumpe verlässt, an den Pumpeneinlass zurückgeleitet werden. Die Anordnung des vorstehenden Kraftstoffmanagementsystems, bei der eine Rezirkulation des Kraftstoffs vor dem Eintreten des Kraftstoffs in den sekundären Wärmetauscher (der sich stromabwärts der Pumpe befindet) erfolgt, kann daher eine verbesserte Flexibilität des Kraftstoffstroms bereitstellen, ohne dass heißerer Kraftstoff durch die Pumpe befördert wird, welcher die Pumpe beschädigen könnte. Zusätzlich, oder alternativ in Beispielen, in denen sich das Rezirkulationsventil stromabwärts des primären Wärmetauschers, aber stromaufwärts der Pumpe befindet, kann die Rezirkulation eines Teils des Kraftstoffs durch den primären Wärmetauscher Wärmeübertragungsanordnungen und Ölkühlung verbessern und/oder mehr Flexibilität hierfür bereitstellen.A higher calorific value of a fuel also reduces the required fuel burn rate for a given shaft speed under cruise conditions. In particular, for engine architectures where the fuel pump speed is directly coupled to shaft speed (e.g., where a shaft speed to pump speed ratio is fixed or has only a set of specific discrete values, at least under cruise conditions), fuel may be wasted if engine operation is not adjusted. The inventors have recognized that more recirculation of fuel can therefore be performed, returning fuel that has left the pump to the pump inlet, such that a fuel flow rate to the combustion chamber can be lowered while keeping a fuel flow rate through the pump constant. Therefore, for fuels with a higher calorific value, more recirculation can be performed/a higher percentage of the fuel leaving the pump can be returned to the pump inlet. The arrangement of the above fuel management system, in which recirculation of fuel occurs before the fuel enters the secondary heat exchanger (located downstream of the pump), can therefore provide improved flexibility of fuel flow without passing hotter fuel through the pump, which could damage the pump. Additionally, or alternatively, in examples where the recirculation valve is located downstream of the primary heat exchanger but upstream of the pump, recirculating a portion of the fuel through the primary heat exchanger may improve and/or provide more flexibility for heat transfer arrangements and oil cooling.
Mindestens 75 %, 80 % oder 82 % des Kraftstoffstroms können unter Reiseflugbedingungen über das Rezirkulationsventil zurückgeführt werden.At least 75%, 80% or 82% of the fuel flow can be recirculated through the recirculation valve under cruise conditions.
Für einen gegebenen Kraftstoff und ein gegebenes Triebwerk können die rezirkulierten % von der Triebwerksbetriebsbedingung (z. B. Reiseflug, Leerlauf, Sinkflug oder maximales Abheben) und auch von der Lebensdauer der Pumpe abhängen (d. h. eine ältere, in verschlechtertem Zustand befindliche Kraftstoffpumpe würde im Allgemeinen weniger Strom als eine neue liefern und somit verringerte Rezirkulations-% bereitstellen). Die Kraftstofftemperatur kann ebenfalls die rezirkulierten % beeinflussen. Bei den vorstehend angegebenen Werten wird von einer einigermaßen neuen/gut funktionierenden Pumpe und Standardkraftstofftemperaturen für das gegebene Triebwerk unter Reiseflugbedingungen ausgegangen.For a given fuel and engine, the % recirculated may depend on the engine operating condition (e.g. cruise, idle, descent, or maximum takeoff) and also on the life of the pump (i.e. an older, deteriorated fuel pump would generally deliver less current than a new one and thus provide reduced % recirculation). Fuel temperature may also affect the % recirculated. The values given above assume a reasonably new/well functioning pump and standard fuel temperatures for the given engine under cruise conditions.
Selbst unter Reiseflugbedingungen können die Leistungsanforderungen variieren (z. B. abhängig von der Höhe, der Stufe des Reiseflugs und der an Bord befindlichen Masse an Kraftstoff). Die Rezirkulations-% können daher basierend auf aktuellen Leistungsanforderungen und somit den erforderlichen Kraftstoffverbrennungsraten des Triebwerks variieren.Even under cruise conditions, power requirements may vary (e.g. depending on altitude, cruise level, and mass of fuel on board). Recirculation % may therefore vary based on current power requirements and hence required engine fuel burn rates.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann ferner ein Bypass-Rohr umfassen, das angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass ein Anteil des Kraftstoffs mindestens einen von dem primären Wärmetauscher und dem sekundären Wärmetauscher umgeht. Ein steuerbares Bypass-Ventil kann verwendet werden, um den Prozentsatz des dort hindurchtretenden Kraftstoffs zu steuern. Für einen gegebenen Kraftstoff und ein gegebenes Triebwerk kann der Prozentsatz des Kraftstoffs, der einen Wärmetauscher umgeht, von der Triebwerksbetriebsbedingung (z. B. Reiseflug, Leerlauf, Sinkflug oder maximales Abheben) und zum Beispiel auch von der Kraftstoff- und/oder Öltemperatur abhängen. Ein oder mehrere Temperatursensoren können entsprechend bereitgestellt sein.The fuel management system may further comprise a bypass pipe arranged to allow a portion of the fuel to bypass at least one of the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger. A controllable bypass valve may be used to control the percentage of fuel passing therethrough. For a given fuel and engine, the percentage of fuel bypassing a heat exchanger may depend on the engine operating condition (e.g., cruise, idle, descent, or maximum takeoff) and also, for example, on the fuel and/or oil temperature. One or more temperature sensors may be provided accordingly.
Ein Kraftstoffdosierventil (Fuel Metering Valve, FMV) kann ebenfalls bereitgestellt sein, um den Kraftstoff zu steuern, der an die Brennkammer abgegeben wird. Die Position des Ventils kann gesteuert werden, und eine Beziehung zwischen der Ventilposition und dem Kraftstoffstrom kann bekannt sein, sodass eine elektronische Triebwerkssteuerung (Engine Electronic Controller, EEC) den Kraftstoffstrom basierend auf der Ventilposition bestimmen oder „dosieren“ kann.A fuel metering valve (FMV) may also be provided to control the fuel delivered to the combustion chamber. The position of the valve may be controlled and a relationship between the valve position and the fuel flow may be known so that an engine electronic controller (EEC) can determine or "meter" the fuel flow based on the valve position.
Das FMV und das Rezirkulationsventil können zusammenwirken, um einen erforderlichen Kraftstoffstrom an die Brennkammer abzugeben. Die FMV-Position kann aktiv in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert werden, wobei überschüssiger Kraftstoff über das Rezirkulationsventil an einen früheren Teil des Kraftstoffströmungswegs, z. B. vor einer Triebwerkspumpe, zurückgeführt wird. Das Verfahren kann daher das Verwenden des FMV und eines Rezirkulationsrohrs zum Steuern des Kraftstoffstroms zu der Brennkammer umfassen.The FMV and the recirculation valve may cooperate to deliver a required fuel flow to the combustion chamber. The FMV position may be actively controlled in a closed loop, with excess fuel being returned via the recirculation valve to an earlier part of the fuel flow path, e.g., before an engine pump. The method may therefore include using the FMV and a recirculation tube to control the fuel flow to the combustion chamber.
Das Gasturbinentriebwerk kann daher ein Kraftstoffdosierventil (optional stromabwärts eines Rezirkulationsventils, entlang des Haupt-Kraftstoffströmungswegs durch das Triebwerk zur Brennkammer) umfassen, wobei das Kraftstoffdosierventil angeordnet ist, um die Kraftstoffströmungsrate dort hindurchzusteuern und Informationen über den Kraftstoffstrom dort hindurch bereitzustellen (z. B. basierend auf der Ventilposition).The gas turbine engine may therefore include a fuel metering valve (optionally downstream of a recirculation valve, along the main fuel flow path through the engine to the combustion chamber), the fuel metering valve arranged to control the fuel flow rate therethrough and to provide information about the fuel flow therethrough (e.g. based on the valve position).
Das Erhalten/die Auswahl des Kraftstoffs kann das Auswählen eines einzigen Kraftstoffs umfassen. Die Auswahl des Kraftstoffs kann das Auswählen eines Kraftstoffgemischs umfassen. Der ausgewählte Kraftstoff kann der einzige Kraftstoff an Bord des Flugzeugs sein. Somit kann die Auswahl des Kraftstoffs während der Betankung des Flugzeugs durchgeführt werden. Alternativ kann der ausgewählte Kraftstoff einer von mehreren Kraftstoffen an Bord des Flugzeugs oder ein Gemisch aus mehreren Kraftstoffen an Bord des Flugzeugs sein; die Auswahl kann daher im Flug durchgeführt werden.Obtaining/selecting the fuel may include selecting a single fuel. Selecting the fuel may include selecting a fuel mixture. The selected fuel may be the only fuel on board the aircraft. Thus, selecting the fuel during the fueling of the flight Alternatively, the fuel selected may be one of several fuels on board the aircraft or a mixture of several fuels on board the aircraft; the selection can therefore be made in flight.
Das Rezirkulationsventil kann sich stromabwärts eines Einlasses des sekundären Wärmetauschers befinden. Das Rezirkulationsventil kann daher keinen Einfluss darauf haben, welcher Anteil an Kraftstoff in solchen Beispielen (beim aktuellen Durchgang) durch den sekundären Wärmetauscher geführt wird - diese Aufteilung kann auf einem eingestellten Niveau festgelegt werden oder kann separat gesteuert werden. Alternativ kann sich das Rezirkulationsventil stromaufwärts des Einlasses zu dem sekundären Wärmetauscher befinden. Das Rezirkulationsventil kann daher (beim aktuellen Durchgang) eine maximale Kraftstoffmenge beeinflussen, die zu dem sekundären Wärmetauscher strömen kann.The recirculation valve may be located downstream of an inlet of the secondary heat exchanger. The recirculation valve may therefore not affect what proportion of fuel is passed through the secondary heat exchanger in such examples (in the current pass) - this split may be fixed at a set level or may be controlled separately. Alternatively, the recirculation valve may be located upstream of the inlet to the secondary heat exchanger. The recirculation valve may therefore affect (in the current pass) a maximum amount of fuel that can flow to the secondary heat exchanger.
Das Rezirkulationsventil kann sich stromaufwärts des sekundären Wärmetauschers befinden, sodass Kraftstoff, der durch den sekundären Wärmetauscher hindurchgetreten ist, nicht zurückgeführt werden kann, und daher wird die Pumpe nie der höheren Temperatur von Kraftstoff ausgesetzt, der den sekundären Wärmetauscher verlässt (da sich die Pumpe stromaufwärts des sekundären Wärmetauschers befindet). Die Pumpe kann daher vor den höheren Temperaturen von Kraftstoff, der den sekundären Wärmetauscher verlässt, abgeschirmt sein.The recirculation valve may be located upstream of the secondary heat exchanger so that fuel that has passed through the secondary heat exchanger cannot be recirculated and therefore the pump is never exposed to the higher temperature of fuel leaving the secondary heat exchanger (since the pump is located upstream of the secondary heat exchanger). The pump may therefore be shielded from the higher temperatures of fuel leaving the secondary heat exchanger.
Der Brennwert des Kraftstoffs, der dem Gasturbinentriebwerk bereitgestellt wird, kann zwischen 43,5 MJ/kg und 44 MJ/kg betragen. Der Brennwert des Kraftstoffs, der dem Gasturbinentriebwerk bereitgestellt wird, kann zwischen 43,8 MJ/kg und 44 MJ/kg betragen.The calorific value of the fuel supplied to the gas turbine engine may be between 43.5 MJ/kg and 44 MJ/kg. The calorific value of the fuel supplied to the gas turbine engine may be between 43.8 MJ/kg and 44 MJ/kg.
Der Brennwert des Kraftstoffs, der dem Gasturbinentriebwerk bereitgestellt wird, kann etwa 43,5 MJ/kg, 43,6 MJ/kg, 43,7 MJ/kg, 43,8 MJ/kg, 43,9 MJ/kg oder 44 MJ/kg betragen.The calorific value of the fuel supplied to the gas turbine engine may be approximately 43.5 MJ/kg, 43.6 MJ/kg, 43.7 MJ/kg, 43.8 MJ/kg, 43.9 MJ/kg or 44 MJ/kg.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Gasturbinentriebwerk umfasst:
- eine Brennkammer, die angeordnet ist, um einen Kraftstoff zu verbrennen; und
- ein Kraftstoffmanagementsystem, das angeordnet ist, um der Brennkammer den Kraftstoff bereitzustellen, wobei das Kraftstoffmanagementsystem umfasst:
- zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher, die dazu angeordnet sind, dass Öl und der Kraftstoff durch sie hindurch strömen, wobei die Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher angeordnet sind, um Wärme zwischen dem Öl und dem Kraftstoff zu übertragen,
- und einen primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und einen sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher umfassen;
- eine Kraftstoffpumpe, die angeordnet ist, um den Kraftstoff an die Brennkammer abzugeben, wobei sich die Kraftstoffpumpe zwischen den zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern befindet; und
- ein Rezirkulationsventil, das sich stromabwärts des primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers befindet, wobei das Rezirkulationsventil angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass eine kontrollierte Menge an Kraftstoff, die durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchgetreten ist, an einen Einlass des primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers zurückgeführt wird.
- a combustion chamber arranged to burn a fuel; and
- a fuel management system arranged to provide the fuel to the combustion chamber, the fuel management system comprising:
- two fuel-oil heat exchangers arranged to allow oil and the fuel to flow through them, the fuel-oil heat exchangers being arranged to transfer heat between the oil and the fuel,
- and comprise a primary fuel-oil heat exchanger and a secondary fuel-oil heat exchanger;
- a fuel pump arranged to deliver the fuel to the combustion chamber, the fuel pump being located between the two fuel-oil heat exchangers; and
- a recirculation valve located downstream of the primary fuel-oil heat exchanger, the recirculation valve arranged to allow a controlled amount of fuel that has passed through the primary fuel-oil heat exchanger to be returned to an inlet of the primary fuel-oil heat exchanger.
Der Brennwert des Kraftstoffs, der dem Gasturbinentriebwerk bereitgestellt wird, beträgt mindestens 43,5 MJ/kg.The calorific value of the fuel supplied to the gas turbine engine is at least 43.5 MJ/kg.
Das Gasturbinentriebwerk kann ferner einen Triebwerkskern umfassen, der zusätzlich zu der Brennkammer eine Turbine, einen Verdichter und eine Kernwelle, welche die Turbine mit dem Verdichter verbindet, umfasst. Das Gasturbinentriebwerk kann ferner einen Fan umfassen, der sich stromaufwärts des Triebwerkskerns befindet, wobei der Fan durch die Kernwelle angetrieben wird.The gas turbine engine may further include an engine core including, in addition to the combustor, a turbine, a compressor, and a core shaft connecting the turbine to the compressor. The gas turbine engine may further include a fan located upstream of the engine core, the fan being driven by the core shaft.
Das Gasturbinentriebwerk kann ein Direktantriebstriebwerk sein.The gas turbine engine may be a direct drive engine.
Das Gasturbinentriebwerk kann ferner ein Hilfsaggregatgetriebe und eine Pumpenwelle umfassen, wobei das Hilfsaggregatgetriebe einen Antrieb von der Kernwelle aufnimmt und einen Abtrieb über die Pumpenwelle an die Kraftstoffpumpe ausgibt. Die Pumpendrehzahl kann daher mit der Kernwellendrehzahl gekoppelt sein und kann mittels des Getriebes eine feste Drehzahlbeziehung zwischen der Kernwelle (oder in einigen Triebwerksarchitekturen, einer anderen Zwischenwelle) und der Kraftstoffpumpe aufweisen. In einigen Implementierungen kann das Hilfsaggregatgetriebe stattdessen angeordnet sein, um eine feste Anzahl unterschiedlicher Drehzahlen für eine gegebene Kernwellendrehzahl bereitzustellen. Die Rezirkulation von Kraftstoff kann eine breitere Vielfalt an Kraftstoffströmungsraten in die Brennkammer für die gegebene Anzahl von Pumpendrehzahlen, die bei einer bestimmten Wellendrehzahl verfügbar sind, ermöglichen. Die Rezirkulation von Kraftstoff kann bei Implementierungen, bei denen eine einzige feste Drehzahlbeziehung zwischen der Kernwelle und der Kraftstoffpumpe besteht, mehrere unterschiedliche Kraftstoffströmungsraten in die Brennkammer bei einer gegebenen Kernwellendrehzahl ermöglichen.The gas turbine engine may further include an auxiliary power transmission and a pump shaft, the auxiliary power transmission receiving input from the core shaft and outputting output to the fuel pump via the pump shaft. The pump speed may therefore be coupled to the core shaft speed and may, by means of the transmission, have a fixed speed relationship between the core shaft (or in some engine architectures, another intermediate shaft) and the fuel pump. In some implementations, the auxiliary power transmission may instead be arranged to provide a fixed number of different speeds for a given core shaft speed. Recirculation of fuel may allow for a wider variety of fuel flow rates into the combustion chamber for the given number of pump speeds available at a given shaft speed. Recirculation of fuel may allow for multiple different fuel flow rates in implementations where there is a single fixed speed relationship between the core shaft and the fuel pump. rates into the combustion chamber at a given core shaft speed.
Das Gasturbinentriebwerk kann ferner Triebwerkslagerkammern (z. B. für Wellenlager oder andere rotierende Komponenten) umfassen. Diese Triebwerkslagerkammern können unter Verwendung des Ölstroms, bevor das Öl durch die Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt, gekühlt werden. Das aus den Triebwerkslagerkammern austretende Öl kann heißer sein als das in die Triebwerkslagerkammern eintretende Öl. Der Ölströmungsweg kann ein Regelkreis sein, sodass das Öl vor dem Eintreten in die Triebwerkslagerkammern durch die Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher gekühlt wird, dann das aus den Triebwerkslagerkammern austretende heißere Öl zu den Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern rezirkuliert wird.The gas turbine engine may further include engine bearing chambers (e.g., for shaft bearings or other rotating components). These engine bearing chambers may be cooled using the oil flow before the oil flows through the fuel-oil heat exchangers. The oil exiting the engine bearing chambers may be hotter than the oil entering the engine bearing chambers. The oil flow path may be a closed loop such that the oil is cooled by the fuel-oil heat exchangers before entering the engine bearing chambers, then the hotter oil exiting the engine bearing chambers is recirculated to the fuel-oil heat exchangers.
Es ist vorgesehen, dass alle für den ersten Gesichtspunkt beschriebenen Merkmale gleichermaßen für den zweiten Gesichtspunkt gelten können.It is intended that all the features described for the first aspect can equally apply to the second aspect.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks bereitgestellt, wobei das Gasturbinentriebwerk umfasst:
- eine Brennkammer, die angeordnet ist, um einen Kraftstoff zu verbrennen; und
- ein Kraftstoffmanagementsystem, das angeordnet ist, um der Brennkammer den Kraftstoff bereitzustellen, wobei das Kraftstoffmanagementsystem umfasst:
- zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher, durch die Öl und der Kraftstoff hindurch strömen, wobei die Wärmetauscher angeordnet sind, um Wärme zwischen dem Öl und dem Kraftstoff zu übertragen, und einen primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und einen sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher umfassen; und
- eine Kraftstoffpumpe, die angeordnet ist, um den Kraftstoff an die Brennkammer abzugeben, wobei sich die Kraftstoffpumpe zwischen den zwei Wärmetauschern befindet;
- wobei das Verfahren das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems derart, dass die Kraftstofftemperatur auf mindestens 135 °C bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen erhöht wird, umfasst.
- a combustion chamber arranged to burn a fuel; and
- a fuel management system arranged to provide the fuel to the combustion chamber, the fuel management system comprising:
- two fuel-oil heat exchangers through which oil and the fuel flow, the heat exchangers being arranged to transfer heat between the oil and the fuel and comprising a primary fuel-oil heat exchanger and a secondary fuel-oil heat exchanger; and
- a fuel pump arranged to deliver the fuel to the combustion chamber, the fuel pump being located between the two heat exchangers;
- the method comprising controlling the fuel management system to increase the fuel temperature to at least 135°C upon entering the combustion chamber under cruise conditions.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Verwendung von Kraftstoffen, die sich von den herkömmlichen Düsenkraftstoffen auf Kerosinbasis unterscheiden, wie nachhaltige Flugzeugkraftstoffe, zu unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften führen kann und dass Parameter unter Reiseflugbedingungen angepasst werden können, um die unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften zu nutzen. Insbesondere können einige Kraftstoffe in den Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern auf höhere Temperaturen erwärmt werden als herkömmliche Kraftstoffe. Dies kann die Kühlung des Öls verbessern, bevor es in den Rest des Turbinentriebwerks zurückgeführt wird, und/oder kann die Verbrennungseffizienz des Kraftstoffs verbessern, zum Beispiel durch Beeinflussen der Tröpfchengröße und der Verteilung aus Kraftstoffeinspritzdüsen. Das Verwenden des Kraftstoffs, um mehr Wärme aus dem Öl abzuführen, anstatt auf die Wärmeübertragung von dem Öl auf die Umgebung/Luft (z. B. in einem Öl-Luft-Wärmetauscher) zurückzugreifen, stellt ein wärmeeffizienteres Turbinentriebwerk bereit. Zusätzlich kann die verbesserte Kühlung des Öls wiederum die Kühlwirkung des Öls auf die Komponenten des Triebwerks, durch das es strömt, verbessern.The inventors have recognized that using fuels other than traditional kerosene-based jet fuels, such as sustainable aviation fuels, can result in different fuel properties and that parameters can be adjusted under cruise conditions to take advantage of the different fuel properties. In particular, some fuels can be heated to higher temperatures in the fuel-oil heat exchangers than conventional fuels. This can improve cooling of the oil before it is returned to the rest of the turbine engine and/or can improve the combustion efficiency of the fuel, for example by influencing droplet size and distribution from fuel injectors. Using the fuel to remove more heat from the oil rather than relying on heat transfer from the oil to the environment/air (e.g. in an oil-air heat exchanger) provides a more thermally efficient turbine engine. Additionally, the improved cooling of the oil can in turn improve the cooling effect of the oil on the components of the engine through which it flows.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass die Kraftstofftemperatur auf zwischen 135 °C und 170 °C bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen erhöht wird.The fuel management system can be controlled to increase the fuel temperature to between 135 °C and 170 °C upon entering the combustion chamber under cruise conditions.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass die Kraftstofftemperatur auf zwischen 150 °C und 170 °C bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen erhöht wird.The fuel management system can be controlled to increase the fuel temperature to between 150 °C and 170 °C upon entering the combustion chamber under cruise conditions.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass die Kraftstofftemperatur auf zwischen 135-150 °C, 135-160 °C, 135-170 °C, 135-180 °C, 135-190 °C oder 135-200 °C bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen erhöht wird. Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass die Kraftstofftemperatur auf einen Durchschnitt von mindestens 140 °C, 150 °C, 160 °C, 170 °C, 180 °C, 190 °C oder 200 °C bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen erhöht wirdThe fuel management system may be controlled to increase the fuel temperature to between 135-150 °C, 135-160 °C, 135-170 °C, 135-180 °C, 135-190 °C or 135-200 °C upon entering the combustion chamber under cruise conditions. The fuel management system may be controlled to increase the fuel temperature to an average of at least 140 °C, 150 °C, 160 °C, 170 °C, 180 °C, 190 °C or 200 °C upon entering the combustion chamber under cruise conditions
Die Kraftstofftemperaturen bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen können als Durchschnitt über mindestens 5 Minuten, 10 Minuten oder 30 Minuten hinweg unter stationären Reiseflugbedingungen definiert werden. Diese Durchschnittstemperaturen schließen keine vorübergehenden Temperaturspitzen ein, welche als Schwankungen der Temperatur des Kraftstoffs während des Betriebs, oft eine Erhöhung der Temperatur, definiert sein können. Keine Schwankung darf mehr als 5 Minuten dauern.Fuel temperatures entering the combustion chamber under cruise conditions may be defined as an average over at least 5 minutes, 10 minutes or 30 minutes under steady cruise conditions. These average temperatures do not include transient temperature spikes, which may be defined as fluctuations in the temperature of the fuel during operation, often an increase in temperature. No fluctuation shall last more than 5 minutes.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann ferner ein Rezirkulationsventil umfassen, das sich stromabwärts des primären Wärmetauschers befindet, wobei das Rezirkulationsventil angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass eine kontrollierte Menge an Kraftstoff, die durch den primären Wärmetauscher hindurchgetreten ist, an einen Einlass des primären Wärmetauschers zurückgeführt wird. Das Rezirkulationsventil kann sich auch stromabwärts der Kraftstoffpumpe befinden.The fuel management system may further comprise a recirculation valve located downstream of the primary heat exchanger, the recirculation valve arranged to allow a controlled amount of fuel passing through the primary heat exchanger passed through is returned to an inlet of the primary heat exchanger. The recirculation valve can also be located downstream of the fuel pump.
Der Schritt des Steuerns des Kraftstoffmanagementsystems kann das Steuern des Anteils des über das Rezirkulationsventil an den Einlass des primären Wärmetauschers zurückgeführten Kraftstoffs umfassen.The step of controlling the fuel management system may include controlling the proportion of fuel returned to the inlet of the primary heat exchanger via the recirculation valve.
Ein Kraftstoffdosierventil (Fuel Metering Valve, FMV) kann ebenfalls bereitgestellt sein, um den Kraftstoff zu steuern, der an die Brennkammer abgegeben wird. Die Position des Ventils kann gesteuert werden, und eine Beziehung zwischen der Ventilposition und dem Kraftstoffstrom kann bekannt sein, sodass eine elektronische Triebwerkssteuerung (Engine Electronic Controller, EEC) den Kraftstoffstrom basierend auf der Ventilposition bestimmen oder „dosieren“ kann.A fuel metering valve (FMV) may also be provided to control the fuel delivered to the combustion chamber. The position of the valve may be controlled and a relationship between the valve position and the fuel flow may be known so that an engine electronic controller (EEC) can determine or "meter" the fuel flow based on the valve position.
Das FMV und das Rezirkulationsventil können zusammenwirken, um einen erforderlichen Kraftstoffstrom an die Brennkammer abzugeben. Die FMV-Position kann aktiv in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert werden, wobei überschüssiger Kraftstoff über das Rezirkulationsventil an einen früheren Teil des Kraftstoffströmungswegs, z. B. vor einer Triebwerkspumpe, zurückgeführt wird. Das Verfahren kann daher das Verwenden des FMV und eines Rezirkulationsrohrs zum Steuern des Kraftstoffstroms zu der Brennkammer umfassen.The FMV and the recirculation valve may cooperate to deliver a required fuel flow to the combustion chamber. The FMV position may be actively controlled in a closed loop, with excess fuel being returned via the recirculation valve to an earlier part of the fuel flow path, e.g., before an engine pump. The method may therefore include using the FMV and a recirculation tube to control the fuel flow to the combustion chamber.
Das Gasturbinentriebwerk kann ein Kraftstoffdosierventil (optional stromabwärts eines Rezirkulationsventils entlang des Haupt-Kraftstoffströmungswegs durch das Triebwerk zur Brennkammer befindlich) umfassen, wobei das Kraftstoffdosierventil angeordnet ist, um die Kraftstoffströmungsrate dort hindurchzusteuern und Informationen über den Kraftstoffstrom dort hindurch bereitzustellen (z. B. basierend auf der Ventilposition). Der Schritt des Steuerns des Kraftstoffmanagementsystems kann das Steuern des Kraftstoffdosierventils und des Rezirkulationsventils basierend auf den von dem Kraftstoffdosierventil bereitgestellten Informationen (und optional auch basierend auf anderen Informationen, z. B. Temperatursensordaten) umfassen.The gas turbine engine may include a fuel metering valve (optionally located downstream of a recirculation valve along the main fuel flow path through the engine to the combustion chamber), the fuel metering valve arranged to control the fuel flow rate therethrough and to provide information about the fuel flow therethrough (e.g., based on valve position). The step of controlling the fuel management system may include controlling the fuel metering valve and the recirculation valve based on the information provided by the fuel metering valve (and optionally also based on other information, e.g., temperature sensor data).
Das Kraftstoffmanagementsystem kann ferner ein Bypass-Rohr umfassen, das angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass ein Anteil des Kraftstoffs mindestens einen von dem primären Wärmetauscher und dem sekundären Wärmetauscher umgeht. Ein oder mehrere Ventile können bereitgestellt werden, um diese Steuerung zu ermöglichen.The fuel management system may further comprise a bypass pipe arranged to allow a portion of the fuel to bypass at least one of the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger. One or more valves may be provided to enable this control.
Der Schritt des Steuerns des Kraftstoffmanagementsystems kann das Steuern des Anteils des Kraftstoffs, der durch das Bypass-Rohr anstatt durch den primären Wärmetauscher hindurchtritt, umfassen.The step of controlling the fuel management system may include controlling the proportion of fuel that passes through the bypass pipe rather than the primary heat exchanger.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann ferner ein Öl-Bypass-Rohr umfassen, das angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass ein Anteil des Öls mindestens einen von dem primären Wärmetauscher und dem sekundären Wärmetauscher umgeht, und kann optional ein Öl-Bypass-Rohr für jeden Wärmetauscher umfassen. Ein oder mehrere Ventile können bereitgestellt sein, um die Steuerung eines Anteils des Öls zu ermöglichen, der den oder jeden Wärmetauscher umgeht.The fuel management system may further comprise an oil bypass pipe arranged to allow a portion of the oil to bypass at least one of the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger, and may optionally comprise an oil bypass pipe for each heat exchanger. One or more valves may be provided to enable control of a portion of the oil bypassing the or each heat exchanger.
Der Schritt des Steuerns des Kraftstoffmanagementsystems kann das Steuern des Anteils des Öls, der durch das Öl-Bypass-Rohr anstatt durch den mindestens einen Wärmetauscher hindurchtritt, zum Beispiel durch Einstellen eines steuerbaren Ventils, umfassen.The step of controlling the fuel management system may comprise controlling the proportion of oil passing through the oil bypass pipe rather than through the at least one heat exchanger, for example by adjusting a controllable valve.
Der Schritt des Steuerns des Kraftstoffmanagementsystems kann das Steuern des Anteils des Kraftstoffs, der an einen früheren Punkt auf dem Kraftstoffströmungsweg rezirkuliert wird, zum Beispiel durch Anpassen der Position eines Kraftstoffdosierventils, wie vorstehend beschrieben, umfassen.The step of controlling the fuel management system may include controlling the proportion of fuel recirculated to an earlier point in the fuel flow path, for example by adjusting the position of a fuel metering valve as described above.
Gemäß einem vierten Gesichtspunkt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Gasturbinentriebwerk umfasst:
- eine Brennkammer, die angeordnet ist, um einen Kraftstoff zu verbrennen; und
- ein Kraftstoffmanagementsystem, das angeordnet ist, um der Brennkammer den Kraftstoff bereitzustellen, wobei das Kraftstoffmanagementsystem umfasst:
- zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher, die dazu angeordnet sind, dass Öl und der Kraftstoff durch sie hindurch strömen, wobei die Wärmetauscher angeordnet sind, um Wärme zwischen dem Öl und dem Kraftstoff zu übertragen, und einen primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und einen sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher umfassen; und
- eine Kraftstoffpumpe, die angeordnet ist, um den Kraftstoff an die Brennkammer abzugeben, wobei sich die Kraftstoffpumpe zwischen den zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern befindet;
- wobei das Kraftstoffmanagementsystem angeordnet ist, um die Kraftstofftemperatur auf mindestens 135 °C bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen zu erhöhen.
- a combustion chamber arranged to burn a fuel; and
- a fuel management system arranged to provide the fuel to the combustion chamber, the fuel management system comprising:
- two fuel-oil heat exchangers arranged to have oil and the fuel flow therethrough, the heat exchangers arranged to transfer heat between the oil and the fuel and comprising a primary fuel-oil heat exchanger and a secondary fuel-oil heat exchanger; and
- a fuel pump arranged to deliver the fuel to the combustion chamber, the fuel pump being located between the two fuel-oil heat exchangers;
- wherein the fuel management system is arranged to increase the fuel temperature to at least 135 °C upon entering the combustion chamber under cruise conditions.
Es ist vorgesehen, dass alle für den dritten Gesichtspunkt beschriebenen Merkmale gleichermaßen für den vierten Gesichtspunkt gelten können.It is intended that all the features described for the third aspect can equally apply to the fourth aspect.
In ähnlicher Weise kann der dritte oder vierte Gesichtspunkt in Verbindung mit dem ersten oder zweiten Gesichtspunkt implementiert werden.Similarly, the third or fourth aspect can be implemented in conjunction with the first or second aspect.
Gemäß einem fünften Gesichtspunkt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks bereitgestellt, wobei das Gasturbinentriebwerk umfasst:
- eine Brennkammer, die angeordnet ist, um einen Kraftstoff zu verbrennen; und
- ein Kraftstoffmanagementsystem, das angeordnet ist, um der Brennkammer den Kraftstoff bereitzustellen, wobei das Kraftstoffmanagementsystem umfasst:
- zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher, durch die Öl und der Kraftstoff hindurch strömen, wobei die Wärmetauscher angeordnet sind, um Wärme zwischen dem Öl und dem Kraftstoff zu übertragen, und einen primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und einen sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher umfassen; und
- eine Kraftstoffpumpe, die angeordnet ist, um den Kraftstoff an die Brennkammer abzugeben, wobei sich die Kraftstoffpumpe zwischen den zwei Wärmetauschern befindet;
- wobei das Verfahren das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems derart umfasst, dass die Kraftstoffviskosität auf weniger als 0,58 mm2/s (d. h. weniger als 0,58 cSt) bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen angepasst wird.
- a combustion chamber arranged to burn a fuel; and
- a fuel management system arranged to provide the fuel to the combustion chamber, the fuel management system comprising:
- two fuel-oil heat exchangers through which oil and the fuel flow, the heat exchangers being arranged to transfer heat between the oil and the fuel and comprising a primary fuel-oil heat exchanger and a secondary fuel-oil heat exchanger; and
- a fuel pump arranged to deliver the fuel to the combustion chamber, the fuel pump being located between the two heat exchangers;
- the method comprising controlling the fuel management system to adjust the fuel viscosity to less than 0.58 mm 2 /s (ie, less than 0.58 cSt) upon entering the combustion chamber under cruise conditions.
Die Erfinder haben erkannt, dass, insbesondere bei Verwendung von Kraftstoffen, die sich von den herkömmlichen Düsenkraftstoffen auf Kerosinbasis unterscheiden, wie nachhaltige Flugzeugkraftstoffe, Kraftstoffeigenschaften unter Reiseflugbedingungen durch sorgfältiges Triebwerksmanagement gesteuert werden können, um die Leistung zu verbessern. In diesem Fall kann eine niedrigere Viskosität erhalten werden, was die Verbrennungseffizienz beeinflussen kann, insbesondere in Bezug auf die Kraftstoffdüsensprühleistung innerhalb der Brennkammer. Die Kraftstoffdüsensprühleistung wirkt sich auf die Brenneffizienz des Kraftstoffs aus. Eine niedrigere Viskosität des Kraftstoffs unter Reiseflugbedingungen kann einem effizienteren Triebwerk dienlich sein. Die Kraftstoffströmung kann optimiert werden, um die Effizienz des Turbinentriebwerks zu verbessern, wozu die niedrigere Viskosität des Kraftstoffs beitragen kann. Zum Beispiel beeinflusst die Kraftstoffviskosität, wie Kraftstoff in die Brennkammer abgegeben und durch diese entzündet wird. Die Viskosität kann sich auf die Tröpfchengröße und die Sprühverteilung aus Kraftstoffsprühdüsen auswirken, was wiederum die Brenneffizienz beeinflussen kann. The inventors have recognized that, particularly when using fuels other than traditional kerosene-based jet fuels, such as sustainable aviation fuels, fuel properties under cruise conditions can be controlled through careful engine management to improve performance. In this case, a lower viscosity can be obtained, which can affect combustion efficiency, particularly with respect to fuel nozzle spray performance within the combustion chamber. Fuel nozzle spray performance impacts fuel combustion efficiency. Lower fuel viscosity under cruise conditions can conducive to a more efficient engine. Fuel flow can be optimized to improve turbine engine efficiency, which the lower viscosity of the fuel can contribute to. For example, fuel viscosity affects how fuel is delivered to and ignited by the combustion chamber. Viscosity can affect droplet size and spray distribution from fuel spray nozzles, which in turn can affect combustion efficiency.
Das Berücksichtigen der Kraftstoffviskosität beim Zuführen von Kraftstoff an die Brennkammer und angemessenes Steuern derselben durch Variieren der Wärmeeingabe kann daher eine effizientere Kraftstoffverbrennung bereitstellen, wodurch die Flugzeugleistung verbessert wird.Therefore, taking fuel viscosity into account when supplying fuel to the combustion chamber and controlling it appropriately by varying the heat input can provide more efficient fuel combustion, thereby improving aircraft performance.
Der Kraftstoff kann durch den primären Wärmetauscher strömen, bevor er den sekundären Wärmetauscher erreicht. Mindestens im Wesentlichen der gesamte Kraftstoff kann durch den primären Wärmetauscher hindurchtreten. Nur ein kleinerer Anteil des Kraftstoffs kann den sekundären Wärmetauscher hindurchtreten. Kraftstoff, der durch den sekundären Wärmetauscher hindurchtritt, kann, optional nach Verwendung in einem oder mehreren Hilfssystemen, an einen Kraftstofftank zurückgeführt werden, anstatt zur Brennkammer zu gelangen.The fuel may pass through the primary heat exchanger before reaching the secondary heat exchanger. At least substantially all of the fuel may pass through the primary heat exchanger. Only a minor portion of the fuel may pass through the secondary heat exchanger. Fuel passing through the secondary heat exchanger may, optionally after use in one or more auxiliary systems, be returned to a fuel tank instead of going to the combustion chamber.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass die Kraftstoffviskosität auf zwischen 0,35 mm2/s und 0,53 mm2/s bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen angepasst wird.The fuel management system can be controlled to adjust the fuel viscosity to between 0.35 mm 2 /s and 0.53 mm 2 /s upon entering the combustion chamber under cruise conditions.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass die Kraftstoffviskosität auf zwischen 0,4 mm2/s und 0,48 mm2/s bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen angepasst wird.The fuel management system can be controlled to adjust the fuel viscosity to between 0.4 mm 2 /s and 0.48 mm 2 /s upon entering the combustion chamber under cruise conditions.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass die Kraftstoffviskosität auf weniger als oder gleich 0,50 mm2/s, 0,48 mm2/s, 0,46 mm2/s, 0,44 mm2/s oder 0,42 mm2/s bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen angepasst wird. Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass die Kraftstoffviskosität auf weniger als 0,50 mm2/s, 0,48 mm2/s, 0,46 mm2/s, 0,44 mm2/s oder 0,42 mm2/s bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen angepasst wird.The fuel management system may be controlled to adjust the fuel viscosity to less than or equal to 0.50 mm 2 /s, 0.48 mm 2 /s, 0.46 mm 2 /s, 0.44 mm 2 /s, or 0.42 mm 2 /s upon entering the combustion chamber under cruise conditions. The fuel management system may be controlled to adjust the fuel viscosity to less than 0.50 mm 2 /s, 0.48 mm 2 /s, 0.46 mm 2 /s, 0.44 mm 2 /s, or 0.42 mm 2 /s upon entering the combustion chamber under cruise conditions.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann ferner ein Rezirkulationsventil umfassen, das sich stromabwärts des primären Wärmetauschers befindet, wobei das Rezirkulationsventil angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass eine kontrollierte Menge an Kraftstoff, die durch den primären Wärmetauscher hindurchgetreten ist, an einen Einlass des primären Wärmetauschers zurückgeführt wird. Der Schritt des Steuerns des Kraftstoffmanagementsystems, der ausgeführt werden kann, um die Kraftstoffviskosität einzustellen, kann das Steuern des Anteils des über das Rezirkulationsventil an den Einlass des primären Wärmetauschers zurückgeführten Kraftstoffs umfassen. Der Schritt des Steuerns des Kraftstoffmanagementsystems kann das Steuern eines Kraftstoffdosierventils (wie vorstehend beschrieben) und des Rezirkulationsventils basierend auf den von dem Kraftstoffdosierventil bereitgestellten Informationen (und optional auch basierend auf anderen Informationen, z. B. Temperatursensordaten) umfassen.The fuel management system may further comprise a recirculation valve located downstream of the primary heat exchanger, the recirculation valve being arranged to allow a controlled amount of fuel that has passed through the primary heat exchanger to be returned to an inlet of the primary heat exchanger. The step of controlling the fuel management system, which may be performed to adjust fuel viscosity, may comprise controlling the proportion of fuel returned to the inlet of the primary heat exchanger via the recirculation valve. The step of controlling the fuel management system may comprise controlling a fuel metering valve (as described above) and the recirculation valve based on the fuel metering valve (and optionally based on other information, e.g. temperature sensor data).
Das Kraftstoffmanagementsystem kann ferner ein Bypass-Rohr umfassen, das angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass ein Anteil des Kraftstoffs mindestens einen von dem primären Wärmetauscher und dem sekundären Wärmetauscher umgeht.The fuel management system may further include a bypass pipe arranged to allow a portion of the fuel to bypass at least one of the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger.
Der Schritt des Steuerns des Kraftstoffmanagementsystems, der ausgeführt werden kann, um die Kraftstoffviskosität einzustellen, kann das Steuern des Anteils des Kraftstoffs, der durch das Bypass-Rohr anstatt durch den primären Wärmetauscher hindurchtritt, umfassen.The step of controlling the fuel management system, which may be performed to adjust fuel viscosity, may include controlling the proportion of fuel that passes through the bypass tube rather than the primary heat exchanger.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann ferner ein Öl-Bypass-Rohr, das angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass ein Anteil des Öls mindestens einen von dem primären Wärmetauscher und dem sekundären Wärmetauscher umgeht, und optional ein Öl-Bypass-Rohr für jeden Wärmetauscher umfassen.The fuel management system may further include an oil bypass pipe arranged to allow a portion of the oil to bypass at least one of the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger, and optionally an oil bypass pipe for each heat exchanger.
Der Schritt des Steuerns des Kraftstoffmanagementsystems, der ausgeführt werden kann, um die Kraftstoffviskosität anzupassen, kann das Steuern des Anteils des Öls, der durch das Öl-Bypass-Rohr anstatt durch den mindestens einen Wärmetauscher hindurchtritt, umfassen.The step of controlling the fuel management system, which may be performed to adjust fuel viscosity, may include controlling the proportion of oil that passes through the oil bypass tube rather than through the at least one heat exchanger.
Das Verfahren kann das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems derart, dass die Kraftstofftemperatur auf zwischen 150 °C und 170 °C bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen erhöht wird, umfassen.The method may include controlling the fuel management system to increase the fuel temperature to between 150°C and 170°C upon entering the combustion chamber under cruise conditions.
Gemäß einem sechsten Gesichtspunkt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt. Das Gasturbinentriebwerk umfasst eine Brennkammer, die angeordnet ist, um einen Kraftstoff zu verbrennen, und ein Kraftstoffmanagementsystem, das angeordnet ist, um der Brennkammer den Kraftstoff bereitzustellen. Das Kraftstoffmanagementsystem umfasst zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher, die dazu angeordnet sind, dass Öl und der Kraftstoff durch sie hindurch strömen, wobei die Wärmetauscher angeordnet sind, um Wärme zwischen dem Öl und dem Kraftstoff zu übertragen, und einen primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und einen sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher umfassen. Das Kraftstoffmanagementsystem umfasst ferner eine Kraftstoffpumpe, die angeordnet ist, um den Kraftstoff an die Brennkammer abzugeben. Die Kraftstoffpumpe befindet sich zwischen den zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern. Das Kraftstoffmanagementsystem ist angeordnet, um die Kraftstoffviskosität auf weniger als 0,58 mm2/s bei Eintritt in die Brennkammer unter Reiseflugbedingungen anzupassen.According to a sixth aspect, there is provided a gas turbine engine for an aircraft. The gas turbine engine comprises a combustion chamber arranged to combust a fuel and a fuel management system arranged to provide the fuel to the combustion chamber. The fuel management system comprises two fuel-oil heat exchangers arranged to have oil and the fuel flowing therethrough, the heat exchangers arranged to transfer heat between the oil and the fuel and comprising a primary fuel-oil heat exchanger and a secondary fuel-oil heat exchanger. The fuel management system further comprises a fuel pump arranged to deliver the fuel to the combustion chamber. The fuel pump is located between the two fuel-oil heat exchangers. The fuel management system is arranged to adjust the fuel viscosity to less than 0.58 mm 2 /s upon entering the combustion chamber under cruise conditions.
Es ist vorgesehen, dass alle für den fünften Gesichtspunkt beschriebenen Merkmale gleichermaßen für den sechsten Gesichtspunkt gelten können.It is intended that all the features described for the fifth aspect can equally apply to the sixth aspect.
In ähnlicher Weise können der fünfte oder sechste Gesichtspunkt in Verbindung mit dem ersten oder dem zweiten Gesichtspunkt und/oder dem dritten oder vierten Gesichtspunkt implementiert werden.Similarly, the fifth or sixth aspect may be implemented in conjunction with the first or second aspect and/or the third or fourth aspect.
Gemäß einem siebten Gesichtspunkt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks bereitgestellt, wobei das Gasturbinentriebwerk umfasst:
- eine Brennkammer, die angeordnet ist, um einen Kraftstoff zu verbrennen; und
- ein Kraftstoffmanagementsystem, das angeordnet ist, um der Brennkammer den Kraftstoff bereitzustellen, wobei das Kraftstoffmanagementsystem umfasst:
- zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher, durch die Öl und der Kraftstoff hindurch strömen, wobei die Wärmetauscher angeordnet sind, um Wärme zwischen dem Öl und dem Kraftstoff zu übertragen, und einen primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und einen sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher umfassen; und
- eine Kraftstoffpumpe, die angeordnet ist, um den Kraftstoff an die Brennkammer abzugeben, wobei sich die Kraftstoffpumpe zwischen den zwei Wärmetauschern befindet;
- wobei das Verfahren das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems derart, dass zwischen 200 und 600 kJ/m3 an Wärme aus dem Öl in dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher auf den Kraftstoff unter Reiseflugbedingungen übertragen werden, umfasst.
- a combustion chamber arranged to burn a fuel; and
- a fuel management system arranged to provide the fuel to the combustion chamber, the fuel management system comprising:
- two fuel-oil heat exchangers through which oil and the fuel flow, the heat exchangers being arranged to transfer heat between the oil and the fuel and comprising a primary fuel-oil heat exchanger and a secondary fuel-oil heat exchanger; and
- a fuel pump arranged to deliver the fuel to the combustion chamber, the fuel pump being located between the two heat exchangers;
- the method comprising controlling the fuel management system such that between 200 and 600 kJ/m 3 of heat is transferred from the oil in the primary fuel-oil heat exchanger to the fuel under cruise conditions.
Es versteht sich, dass die Wärmeübertragung pro Volumeneinheit (m3) Kraftstoff, der die Brennkammer erreicht, angegeben wird, um die Kraftstoffströmungsrate und etwaige Rezirkulation durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher oder Umgehung des primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers, wie nachstehend beschrieben, zu kompensieren. Die Menge an Wärme, die auf den Kraftstoff übertragen wird, kann daher basierend auf einer Temperatur von Kraftstoff bei der Annäherung an oder bei Eintritt in die Brennkammer im Vergleich zu einer Temperatur von Kraftstoff in einem Kraftstofftank des Flugzeugs unter Berücksichtigung von Wärme, die von anderen Quellen auf Kraftstoff übertragen wird, der die Brennkammer erreicht (z. B. Wärme, die in dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher von dem Öl auf den Kraftstoff übertragen wird, in Implementierungen, in denen dieser Kraftstoff zu der Brennkammer geleitet wird anstatt zur späteren Rezirkulation zurück zu einem Kraftstofftank geleitet zu werden), berechnet werden. Wärme, die der Kraftstoff aus anderen Triebwerkskomponenten - z. B. der Pumpe - aufnimmt, ist im Vergleich zur Wärmeaufnahme in den Wärmetauschern erwartungsgemäß vernachlässigbar und kann daher in den meisten Implementierungen ignoriert werden.It is understood that the heat transfer per unit volume (m 3 ) of fuel reaching the combustion chamber is specified to compensate for the fuel flow rate and any recirculation through the primary fuel-oil heat exchanger or bypass of the primary fuel-oil heat exchanger, as described below. The amount of heat transferred to the fuel may therefore be calculated based on a temperature of fuel as it approaches or enters the combustion chamber compared to a temperature of fuel in a fuel tank of the aircraft, taking into account heat transferred from other sources to fuel reaching the combustion chamber (e.g., heat stored in the secondary fuel-oil heat exchanger). exchanger from which oil is transferred to the fuel, in implementations where this fuel is routed to the combustion chamber rather than back to a fuel tank for later recirculation). Heat absorbed by the fuel from other engine components - e.g. the pump - is expected to be negligible compared to the heat absorbed in the heat exchangers and can therefore be ignored in most implementations.
Da die Wärmeübertragung pro Volumeneinheit des Kraftstoffs gemessen wird, kann dies als eine Wärmeübertragungsrate angesehen werden, die für Kraftstoffströmungsschwankungen bei Reiseflug normalisiert ist.Since heat transfer is measured per unit volume of fuel, this can be considered a heat transfer rate normalized for fuel flow variations at cruise.
Die Kraftstoffpumpe befindet sich zwischen den zwei Wärmetauschern entlang des Kraftstoffweges - d. h. stromabwärts des primären Wärmetauschers, aber stromaufwärts des sekundären Wärmetauschers.The fuel pump is located between the two heat exchangers along the fuel path - i.e. downstream of the primary heat exchanger but upstream of the secondary heat exchanger.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Verwendung von Kraftstoffen, die sich von den herkömmlichen Düsenkraftstoffen auf Kerosinbasis unterscheiden, wie nachhaltige Flugzeugkraftstoffe, zu unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften führen kann und dass Parameter unter Reiseflugbedingungen angepasst werden können, um die unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften zu nutzen. Zum Beispiel können einige Kraftstoffe eine höhere thermische Stabilität und/oder eine höhere Wärmekapazität aufweisen, sodass eine erhöhte Wärmeübertragung auf den Kraftstoff und/oder eine höhere Betriebstemperatur ermöglicht wird. Insbesondere kann in einigen Implementierungen in den Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern eine größere Wärmemenge von dem Öl auf den Kraftstoff übertragen werden. Dies kann die Kühlung des Öls vor dem Zurückführen in den Rest des Turbinentriebwerks verbessern. Dies verbessert wiederum die Kühlwirkung des Öls auf die Komponenten des Triebwerks, durch das es strömt. Eine erhöhte Kraftstofftemperatur kann auch die Verbrennungseffizienz in der Brennkammer verbessern, wie vorstehend für andere Gesichtspunkte beschrieben.The inventors have recognized that the use of fuels other than traditional kerosene-based jet fuels, such as sustainable aviation fuels, may result in different fuel properties and that parameters may be adjusted under cruise conditions to take advantage of the different fuel properties. For example, some fuels may have higher thermal stability and/or higher heat capacity, allowing for increased heat transfer to the fuel and/or higher operating temperature. In particular, in some implementations, a greater amount of heat may be transferred from the oil to the fuel in the fuel-oil heat exchangers. This may improve cooling of the oil before returning it to the rest of the turbine engine. This, in turn, improves the cooling effect of the oil on the components of the engine through which it flows. Increased fuel temperature may also improve combustion efficiency in the combustor, as described above for other aspects.
Das Platzieren der Pumpe vor dem sekundären Wärmetauscher kann es ermöglichen, dass die Kraftstofftemperatur weiter erhöht werden kann als ansonsten aufgrund der Empfindlichkeit von Pumpenkomponenten gegenüber hohen Temperaturen.Placing the pump before the secondary heat exchanger may allow the fuel temperature to be increased further than otherwise due to the sensitivity of pump components to high temperatures.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass zwischen 300 und 500 kJ/m3 an Wärme unter Reiseflugbedingungen von dem Öl auf den Kraftstoff übertragen werden.The fuel management system can be controlled to transfer between 300 and 500 kJ/m 3 of heat from the oil to the fuel under cruise conditions.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass zwischen 350 und 450 kJ/m3 an Wärme unter Reiseflugbedingungen von dem Öl auf den Kraftstoff übertragen werden.The fuel management system can be controlled to transfer between 350 and 450 kJ/m 3 of heat from the oil to the fuel under cruise conditions.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann derart gesteuert werden, dass zwischen 250-550 kJ/m3, 250-450 kJ/m3, 300-450 kJ/m3, 300-400 kJ/m3, 350-400 kJ/m3, 400-450 kJ/m3 oder 400-500 kJ/m3 an Wärme unter Reiseflugbedingungen von dem Öl auf den Kraftstoff übertragen werden.The fuel management system can be controlled to transfer between 250-550 kJ/m 3 , 250-450 kJ/m 3 , 300-450 kJ/m 3 , 300-400 kJ/m 3 , 350-400 kJ/m 3 , 400-450 kJ/m 3 or 400-500 kJ/m 3 of heat from the oil to the fuel under cruise conditions.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann ferner ein Rezirkulationsventil umfassen, das sich stromabwärts des primären Wärmetauschers befindet, wobei das Rezirkulationsventil angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass eine kontrollierte Menge an Kraftstoff, die durch den primären Wärmetauscher hindurchgetreten ist, an einen Einlass des primären Wärmetauschers zurückgeführt wird.The fuel management system may further include a recirculation valve located downstream of the primary heat exchanger, the recirculation valve arranged to allow a controlled amount of fuel that has passed through the primary heat exchanger to be returned to an inlet of the primary heat exchanger.
Das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems, um die Menge an Wärme, die übertragen wird, zu steuern, kann das Steuern des Anteils des über das Rezirkulationsventil an den Einlass des primären Wärmetauschers zurückgeführten Kraftstoffs umfassen.Controlling the fuel management system to control the amount of heat transferred may include controlling the proportion of fuel returned to the inlet of the primary heat exchanger via the recirculation valve.
Das Gasturbinentriebwerk kann ein Kraftstoffdosierventil (wie vorstehend beschrieben) umfassen, wobei das Kraftstoffdosierventil angeordnet ist, um die Kraftstoffströmungsrate dort hindurchzusteuern und Informationen über den Kraftstoffstrom dort hindurch bereitzustellen (z. B. basierend auf der Ventilposition). Der Schritt des Steuerns des Kraftstoffmanagementsystems kann das Steuern des Kraftstoffdosierventils und des Rezirkulationsventils basierend auf den von dem Kraftstoffdosierventil bereitgestellten Informationen (und optional auch basierend auf anderen Informationen, z. B. Temperatursensordaten) umfassen.The gas turbine engine may include a fuel metering valve (as described above), the fuel metering valve arranged to control the fuel flow rate therethrough and to provide information about the fuel flow therethrough (e.g. based on valve position). The step of controlling the fuel management system may include controlling the fuel metering valve and the recirculation valve based on the information provided by the fuel metering valve (and optionally also based on other information, e.g. temperature sensor data).
Das Kraftstoffmanagementsystem kann ferner ein Bypass-Rohr umfassen, das angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass ein Anteil des Kraftstoffs mindestens einen von dem primären Wärmetauscher und dem sekundären Wärmetauscher umgeht.The fuel management system may further include a bypass pipe arranged to allow a portion of the fuel to bypass at least one of the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger.
Das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems, um die Menge an Wärme, die übertragen wird, zu steuern, kann das Steuern des Anteils des Kraftstoffs, der durch das Bypass-Rohr anstatt durch den primären Wärmetauscher hindurchtritt, umfassen.Controlling the fuel management system to control the amount of heat transferred may include controlling the portion of fuel that passes through the bypass tube rather than the primary heat exchanger.
Das Kraftstoffmanagementsystem kann ferner ein Öl-Bypass-Rohr umfassen, das angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass ein Anteil des Öls mindestens einen von dem primären Wärmetauscher und dem sekundären Wärmetauscher umgeht, und kann optional zwei Öl-Bypass-Rohre umfassen, eines für jeden Wärmetauscher.The fuel management system may further comprise an oil bypass pipe arranged to allow a portion of the oil to bypass at least one of the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger, and may optionally include two oil bypass pipes, one for each heat exchanger.
Das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems, um die Menge an Wärme, die übertragen wird, zu steuern, kann das Steuern des Anteils des Öls, der durch das (oder jedes) Öl-Bypass-Rohr anstatt durch den mindestens einen Wärmetauscher hindurchtritt, umfassen.Controlling the fuel management system to control the amount of heat transferred may include controlling the proportion of oil that passes through the (or each) oil bypass tube rather than through the at least one heat exchanger.
Gemäß einem achten Gesichtspunkt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug bereitgestellt. Das Gasturbinentriebwerk umfasst eine Brennkammer, die angeordnet ist, um einen Kraftstoff zu verbrennen, und ein Kraftstoffmanagementsystem, das angeordnet ist, um der Brennkammer den Kraftstoff bereitzustellen. Das Kraftstoffmanagementsystem umfasst zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher, die dazu angeordnet sind, dass Öl und der Kraftstoff durch sie hindurch strömen, wobei die Wärmetauscher angeordnet sind, um Wärme zwischen dem Öl und dem Kraftstoff zu übertragen, und einen primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und einen sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher umfassen. Das Kraftstoffmanagementsystem umfasst ferner eine Kraftstoffpumpe, die angeordnet ist, um den Kraftstoff an die Brennkammer abzugeben. Die Kraftstoffpumpe befindet sich zwischen den zwei Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern. Das Kraftstoffmanagementsystem ist angeordnet, um zwischen 200 und 600 kJ/m3 an Wärme von dem Öl auf den Kraftstoff in dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher unter Reiseflugbedingungen zu übertragen.According to an eighth aspect, there is provided a gas turbine engine for an aircraft. The gas turbine engine comprises a combustion chamber arranged to combust a fuel and a fuel management system arranged to provide the fuel to the combustion chamber. The fuel management system comprises two fuel-oil heat exchangers arranged to have oil and the fuel flowing therethrough, the heat exchangers arranged to transfer heat between the oil and the fuel and comprising a primary fuel-oil heat exchanger and a secondary fuel-oil heat exchanger. The fuel management system further comprises a fuel pump arranged to deliver the fuel to the combustion chamber. The fuel pump is located between the two fuel-oil heat exchangers. The fuel management system is arranged to transfer between 200 and 600 kJ/m 3 of heat from the oil to the fuel in the primary fuel-oil heat exchanger under cruise conditions.
Es ist vorgesehen, dass alle für den siebten Gesichtspunkt beschriebenen Merkmale gleichermaßen für den achten Gesichtspunkt gelten können.It is intended that all the features described for the seventh aspect can equally apply to the eighth aspect.
In ähnlicher Weise können der siebte oder achte Gesichtspunkt in Verbindung mit einem oder allen der vorstehenden Gesichtspunkte implementiert werden.Similarly, the seventh or eighth aspect may be implemented in conjunction with any or all of the above aspects.
Die nachstehenden Merkmale können für einen beliebigen oder alle der vorstehenden Gesichtspunkte gelten.The following characteristics may apply to any or all of the above aspects.
In den vorstehenden Gesichtspunkten kann unter Reiseflugbedingungen das Öl bei einer höheren Temperatur in die Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher eintreten, als der Kraftstoff in den jeweiligen Wärmetauscher eintritt, sodass die Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher angeordnet sind, um Wärme von dem Öl auf den Kraftstoff zu übertragen.In the above aspects, under cruise conditions, the oil may enter the fuel-oil heat exchangers at a higher temperature than the fuel enters the respective heat exchanger, so that the fuel-oil heat exchangers are arranged to transfer heat from the oil to the fuel.
Der Kraftstoff kann durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömen, bevor er durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt. Der Kraftstoff kann durch die Kraftstoffpumpe strömen, nachdem er den primären Wärmetauscher verlassen hat und bevor er in den sekundären Wärmetauscher eintritt.The fuel may flow through the primary fuel-oil heat exchanger before flowing through the secondary fuel-oil heat exchanger. The fuel may flow through the fuel pump after leaving the primary heat exchanger and before entering the secondary heat exchanger.
Der primäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann als Haupt-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher bezeichnet werden. Der Großteil der Wärmeübertragung zwischen dem Öl und dem Kraftstoff kann in dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher erfolgen. Die primäre Funktion des primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers kann darin bestehen, den Kraftstoff zu erwärmen, bevor er der Brennkammer zugeführt wird. Mindestens im Wesentlichen der gesamte Kraftstoff kann den Haupt-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher passieren.The primary fuel-oil heat exchanger may be referred to as the main fuel-oil heat exchanger. The majority of the heat transfer between the oil and the fuel may occur in the primary fuel-oil heat exchanger. The primary function of the primary fuel-oil heat exchanger may be to heat the fuel before it is supplied to the combustion chamber. At least substantially all of the fuel may pass through the main fuel-oil heat exchanger.
Der sekundäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann ein Servo-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher sein. Ein Teil des Kraftstoffs, aber nicht der gesamte Kraftstoff, der den Haupt-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher verlässt, kann zu dem Servo-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher geleitet werden. Der Servo-Wärmetauscher ist im Allgemeinen aufgrund des reduzierten Kraftstoffstroms im Vergleich zu dem durch den primären Wärmetauscher kleiner als der primäre Wärmetauscher. Der Servo-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann die Temperatur des Kraftstoffs weiter erhöhen, bevor der Kraftstoff zur Verwendung in Servo-Mechanismen des Gasturbinentriebwerks bereitgestellt wird (z. B. für kraftstoffhydraulische Betätigung und/oder Erwärmung). Diese Servo-Mechanismen können ein Gondel-Vereisungsschutzsystem einschließen. Die Servo-Mechanismen können Triebwerksaktuatoren einschließen. Die Servo-Mechanismen können ein Servoventil für Turbinengehäusekühlung (Turbine Case Cooling, TCC) einschließen. In diesen Hilfssystemen kann nur Kraftstoff verwendet werden, der durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchgetreten ist.The secondary fuel-oil heat exchanger may be a servo fuel-oil heat exchanger. Some, but not all, of the fuel exiting the main fuel-oil heat exchanger may be routed to the servo fuel-oil heat exchanger. The servo heat exchanger is generally smaller than the primary heat exchanger due to the reduced fuel flow compared to that through the primary heat exchanger. The servo fuel-oil heat exchanger may further increase the temperature of the fuel before providing the fuel for use in servo mechanisms of the gas turbine engine (e.g., for fuel hydraulic actuation and/or heating). These servo mechanisms may include a nacelle anti-icing system. The servo mechanisms may include engine actuators. The servo mechanisms may include a servo valve for turbine case cooling (TCC). In these auxiliary systems, only fuel that has passed through the secondary fuel-oil heat exchanger can be used.
Der in diesen Hilfssystemen verwendete Kraftstoff kann zur späteren Rezirkulation in einen Kraftstofftank zurückgeführt werden oder kann mit anderem Kraftstoff rekombiniert werden, der den Haupt-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher verlässt, und in die Brennkammer eintreten.The fuel used in these auxiliary systems may be returned to a fuel tank for later recirculation or may be recombined with other fuel leaving the main fuel-oil heat exchanger and entering the combustion chamber.
Der Kraftstoff, der durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchtritt, kann daher in einigen Implementierungen nicht der Brennkammer bereitgestellt werden, sondern stattdessen an einen Flugzeugkraftstofftank zurückgeführt werden, optional nach Verwendung in Hilfssystemen wie kraftstoffhydraulische Aktuatoren.The fuel passing through the secondary fuel-oil heat exchanger may therefore, in some implementations, not be provided to the combustion chamber but instead returned to an aircraft fuel tank, optionally after use in auxiliary systems such as fuel hydraulic actuators.
Der Servo-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strukturell ähnlich oder damit identisch sein. Der Servo-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann kleiner als der primäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher sein.The servo fuel-oil heat exchanger may be structurally similar or identical to the primary fuel-oil heat exchanger. The servo fuel-oil heat exchanger may be smaller than the primary fuel-oil heat exchanger.
Mindestens ein Teil des Kraftstoffs kann nicht durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchtreten. Mindestens ein Teil des Kraftstoffs kann nicht durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchtreten. Für einen oder jeden Wärmetauscher kann eine Bypass-Strecke bereitgestellt werden, um zu ermöglichen, dass ein Teil des Kraftstoffs diesen Wärmetauscher umgehen kann.At least a portion of the fuel cannot pass through the secondary fuel-oil heat exchanger. At least a portion of the fuel cannot pass through the primary fuel-oil heat exchanger. A bypass path may be provided for one or each heat exchanger to allow a portion of the fuel to bypass that heat exchanger.
Insbesondere in Beispielen, in denen Kraftstoff, der durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchtritt, an einen Tank zurückgeführt wird, anstatt der Brennkammer bereitgestellt zu werden, kann der Anteil an Kraftstoff, der den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher verlässt, der den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher umgeht, größer sein als der Anteil, der durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt, optional um einen Faktor von mindestens drei. Ein Bypass-Rohr für den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann zusätzlich zu einer alternativen Kraftstoffstrecke von dem primären Wärmetauscher zu der Brennkammer bereitgestellt werden, das den sekundären Wärmetauscher in einigen Implementierungen umgeht. Ein Teil des für die Hilfssysteme verwendeten Kraftstoffs kann daher den sekundären Wärmetauscher umgangen haben, anstatt durch ihn hindurchzutreten.In particular, in examples where fuel passing through the secondary fuel-oil heat exchanger is returned to a tank rather than provided to the combustion chamber, the portion of fuel exiting the primary fuel-oil heat exchanger bypassing the secondary fuel-oil heat exchanger may be greater than the portion passing through the secondary fuel-oil heat exchanger, optionally by a factor of at least three. A bypass pipe for the secondary fuel-oil heat exchanger may be provided in addition to an alternate fuel route from the primary heat exchanger to the combustion chamber that bypasses the secondary heat exchanger in some implementations. Some of the fuel used for the auxiliary systems may therefore have bypassed the secondary heat exchanger rather than passing through it.
Ein Teil des Kraftstoffs kann durch ein beliebiges geeignetes Mittel, wie ein oder mehrere Ventile oder dergleichen, zu dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hin geleitet werden.A portion of the fuel may be directed to the secondary fuel-oil heat exchanger by any suitable means, such as one or more valves or the like.
Etwa zwischen 10 % und 30 % des Kraftstoffs hinter dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher (d. h. des Kraftstoffs, der durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchgetreten ist oder diesen umgangen hat) können an den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher abgegeben werden. Dies kann als zwischen 10 % und 30 % des Kraftstoffs auf dem Haupt-Kraftstoffweg stromaufwärts des sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers beschrieben werden. Zum Beispiel können etwa zwischen 10 % und 20 % des Kraftstoffs an den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher abgegeben werden. Etwa zwischen 13 % und 17 % des Kraftstoffs können an den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher abgegeben werden. Somit strömt mehr von dem Kraftstoff im Allgemeinen von dem primären Wärmetauscher in die Brennkammer, ohne durch den sekundären Wärmetauscher zu strömen, als durch den sekundären Wärmetauscher strömt. Der Strömungsweg von dem primären Wärmetauscher zu der Brennkammer kann daher als Haupt-Kraftstoffströmungsweg beschrieben werden, wobei ein Anteil des Kraftstoffs von diesem Weg abgeleitet wird, um durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher zu strömen, und optional ein Teil von diesem Anteil oder der gesamte Anteil in den Haupt-Kraftstoffströmungsweg zurückgeführt wird.Approximately between 10% and 30% of the fuel downstream of the primary fuel-oil heat exchanger (i.e., the fuel that has passed through or bypassed the primary fuel-oil heat exchanger) may be delivered to the secondary fuel-oil heat exchanger. This may be described as between 10% and 30% of the fuel in the main fuel path upstream of the secondary fuel-oil heat exchanger. For example, approximately between 10% and 20% of the fuel may be delivered to the secondary fuel-oil heat exchanger. Approximately between 13% and 17% of the fuel may be delivered to the secondary fuel-oil heat exchanger. Thus, more of the fuel generally flows from the primary heat exchanger into the combustion chamber without flowing through the secondary heat exchanger than flows through the secondary heat exchanger. The flow path from the primary heat exchanger to the combustion chamber can therefore be described as a main fuel flow path, with a portion of the fuel being diverted from this path to flow through the secondary fuel-oil heat exchanger and, optionally, some or all of this portion being returned to the main fuel flow path.
Etwa 0-10 %, 20-30 %, 20-40 % oder 30-40 % des Kraftstoffs können durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchtreten.Approximately 0-10%, 20-30%, 20-40% or 30-40% of the fuel can pass through the secondary fuel-oil heat exchanger.
In anderen Beispielen kann ein höherer Anteil an Kraftstoff durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchtreten.In other examples, a higher percentage of fuel may pass through the secondary fuel-oil heat exchanger.
Ein fester Anteil des Kraftstoffs kann durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchtreten. Alternativ kann ein variabler Anteil des Kraftstoffs durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher hindurchtreten - die Steuerung des Kraftstoffmanagementsystems kann das Steuern dessen umfassen, welcher Anteil des Kraftstoffs zu dem sekundären Wärmetauscher hin befördert wird.A fixed proportion of the fuel may pass through the secondary fuel-oil heat exchanger. Alternatively, a variable proportion of the fuel may pass through the secondary fuel-oil heat exchanger - control of the fuel management system may include controlling what proportion of the fuel is directed to the secondary heat exchanger.
Ein Verhältnis der Wärmeübertragung von dem Öl auf den Kraftstoff für den primären und den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann etwa zwischen 70:30 und 90:10 betragen. Der primäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann daher für 70 bis 90 % der Wärmeübertragung verantwortlich sein - er kann als „primär“ bezeichnet werden, weil er für den Großteil der Wärmeübertragung verantwortlich ist, d. h. die primäre Wärmequelle zum Erwärmen des Kraftstoffs vor dem Eintritt in die Brennkammer ist, und weil er der erste Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher ist, der von dem Kraftstoff erreicht wird.A ratio of heat transfer from the oil to the fuel for the primary and secondary fuel-oil heat exchangers may be approximately between 70:30 and 90:10. The primary fuel-oil heat exchanger may therefore be responsible for 70 to 90% of the heat transfer - it may be called "primary" because it is responsible for the majority of the heat transfer, i.e. it is the primary heat source for heating the fuel before it enters the combustion chamber, and because it is the first fuel-oil heat exchanger reached by the fuel.
Ein Verhältnis der Wärmeübertragung von dem Öl auf den Kraftstoff für den primären und den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann etwa 80:20 betragen.A ratio of heat transfer from the oil to the fuel for the primary and secondary fuel-oil heat exchangers can be about 80:20.
In anderen Beispielen kann das Verhältnis der Wärmeübertragung von dem Öl auf den Kraftstoff für den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher höher sein.In other examples, the ratio of heat transfer from the oil to the fuel may be higher for the secondary fuel-oil heat exchanger.
Das Öl kann durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömen, bevor es durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt. Das Öl kann nicht durch Komponenten hindurchtreten, die Wärme dazu hinzufügen, bevor es den sekundären Wärmetauscher verlässt und in den primären Wärmetauscher eintritt. Somit kann unter Reiseflugbedingungen die Temperatur des Öls, das durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt, höher sein als die Temperatur des Öls, das durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt. Der Kraftstoff kann durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömen, bevor er durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt.The oil can flow through the secondary fuel-oil heat exchanger before it flows through the primary fuel-oil heat exchanger. The oil cannot pass through components that add heat to it before it leaves the secondary heat exchanger and enters the primary heat exchanger. Thus, under cruise conditions, the temperature of the oil flowing through the secondary fuel-oil heat exchanger can be higher than the temperature of the oil flowing through the primary fuel-oil heat exchanger. The fuel can flow through the primary fuel-oil heat exchanger before it flows through the secondary fuel-oil heat exchanger.
Das heißt, das Kraftstoffmanagementsystem kann derart angeordnet sein, dass der Kraftstoff durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt, bevor er durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt, während das Öl durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt, bevor es durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt.That is, the fuel management system can be arranged such that the fuel flows through the primary fuel-oil heat exchanger before flowing through the secondary fuel-oil heat exchanger, while the oil flows through the secondary fuel-oil heat exchanger before flowing through the primary fuel-oil heat exchanger.
Angesichts des Vorstehenden versteht es sich, dass der aus dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher austretende Kraftstoff im Allgemeinen heißer ist als der aus dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher austretende Kraftstoff. Der aus dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher austretende Kraftstoff kann an die Brennkammer abgegeben werden oder kann an einen Kraftstofftank zurückgeführt werden (optional über kraftstoffhydraulische Komponenten oder andere Kraftstoff verwendende Systeme) zurückgeführt werden, anstatt zum Beispiel zu einer Pumpe befördert und dann optional rezirkuliert zu werden. Ferner kann der kürzere Kraftstoffweg von Kraftstoff, der den sekundären Wärmetauscher verlässt, im Vergleich zu dem, der den primären Wärmetauscher verlässt, die Anzahl der Komponenten verringern, mit dem der Kraftstoff bei seiner höchsten Temperatur interagiert, was die Langlebigkeit von Komponenten verbessern kann.In light of the foregoing, it is understood that the fuel exiting the secondary fuel-oil heat exchanger is generally hotter than the fuel exiting the primary fuel-oil heat exchanger. The fuel exiting the secondary fuel-oil heat exchanger may be delivered to the combustion chamber or may be returned to a fuel tank (optionally via fuel hydraulic components or other fuel utilizing systems) rather than, for example, being conveyed to a pump and then optionally recirculated. Further, the shorter fuel path of fuel exiting the secondary heat exchanger compared to that exiting the primary heat exchanger may reduce the number of components with which the fuel interacts at its highest temperature, which may improve component longevity.
Ferner kann die Platzierung der Kraftstoffpumpe zwischen dem primären und dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher dazu beitragen, die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe zu erhalten. Die Temperatur des Kraftstoffs kann beim Verlassen des primären Wärmetauschers erhöht und beim Verlassen des sekundären Wärmetauschers noch weiter erhöht sein. Die Platzierung der Kraftstoffpumpe zwischen den zwei und insbesondere vor dem sekundären Wärmetauscher verringert das Ausgesetztsein der Kraftstoffpumpe gegenüber dem Kraftstoffstrom mit der höchsten Temperatur und verringert daher die mit diesen hohen Temperaturen verbundenen Schäden.Furthermore, placing the fuel pump between the primary and secondary fuel-oil heat exchangers can help preserve the life of the fuel pump. The temperature of the fuel may be elevated as it exits the primary heat exchanger and even further elevated as it exits the secondary heat exchanger. Placing the fuel pump between the two, and especially before the secondary heat exchanger, reduces the fuel pump's exposure to the highest temperature fuel stream and therefore reduces the damage associated with these high temperatures.
Das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems kann das Steuern des Kraftstoffstroms durch einen oder mehrere der Wärmetauscher umfassen. Das Steuern des Kraftstoffstroms kann das Anpassen der Kraftstoffströmungsrate durch einen oder mehrere der Wärmetauscher umfassen.Controlling the fuel management system may include controlling the flow of fuel through one or more of the heat exchangers. Controlling the flow of fuel may include adjusting the rate of fuel flow through one or more of the heat exchangers.
Das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems kann das Steuern des Ölstroms durch einen oder mehrere der Wärmetauscher umfassen. Das Steuern des Ölstroms kann das Anpassen der Ölströmungsrate durch einen oder mehrere der Wärmetauscher umfassen.Controlling the fuel management system may include controlling oil flow through one or more of the heat exchangers. Controlling oil flow may include adjusting the oil flow rate through one or more of the heat exchangers.
Das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems kann das Ändern von Parametern der einen oder der mehreren Komponenten des Systems, einschließlich eines oder mehrerer der Wärmetauscher oder der Kraftstoffpumpe, umfassen. Das Steuern des Kraftstoffmanagementsystems kann ferner das Verwenden zusätzlicher Komponenten, wie eines Luft-Öl-Wärmetauschers und eines oder mehrerer Ventile, die angeordnet sind, um einen gesteuerten Teil des Öls zu diesem Luft-Öl-Wärmetauscher umzuleiten, umfassen. Eine dedizierte Steuerung kann verwendet werden, um das Kraftstoffmanagementsystem zu steuern, oder die EEC kann verwendet werden.Controlling the fuel management system may include changing parameters of the one or more components of the system, including one or more of the heat exchangers or the fuel pump. Controlling the fuel management system may further include using additional components, such as an air-to-oil heat exchanger and one or more valves arranged to divert a controlled portion of the oil to that air-to-oil heat exchanger. A dedicated controller may be used to control the fuel management system, or the EEC may be used.
Der Kraftstoffstrom kann für jeden von dem dritten bis achten Gesichtspunkt durch Verwenden eines Rezirkulationsventils gesteuert werden, das sich stromabwärts des primären Wärmetauschers befindet, wobei das Rezirkulationsventil angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass eine kontrollierte Menge an Kraftstoff, die nicht durch den sekundären Wärmetauscher hindurchgetreten ist, an den Einlass des primären Wärmetauschers zurückgeführt wird.The fuel flow may be controlled for any of the third to eighth aspects by using a recirculation valve located downstream of the primary heat exchanger, the recirculation valve arranged to allow a controlled amount of fuel that has not passed through the secondary heat exchanger to be returned to the inlet of the primary heat exchanger.
Das Gasturbinentriebwerk kann einen Teil eines Flugzeugs bilden. Das Flugzeug kann einen Kraftstofftank und eine Kraftstoffzufuhrpumpe, die konfiguriert ist, um dem Kraftstoffmanagementsystem des Triebwerks selbst einen Kraftstoffstrom zuzuführen, umfassen. Die Kraftstoffzufuhrpumpe kann als Kraftstofftankpumpe oder Niederdruckpumpe beschrieben werden und befindet sich stromaufwärts des Triebwerks und somit stromaufwärts des primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers.The gas turbine engine may form part of an aircraft. The aircraft may include a fuel tank and a fuel supply pump configured to supply a fuel flow to the fuel management system of the engine itself. The fuel supply pump may be described as a fuel tank pump or a low pressure pump and is located upstream of the engine and thus upstream of the primary fuel-oil heat exchanger.
Die Kraftstoffpumpe des Kraftstoffmanagementsystems kann hierin als Haupt-Kraftstoffpumpe oder Triebwerkskraftstoffpumpe beschrieben werden, da sie im Gegensatz zur Kraftstoffzufuhrpumpe ein Teil des Triebwerks selbst ist. Die Haupt-Kraftstoffpumpe befindet sich stromabwärts des primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers. Die Haupt-Kraftstoffpumpe befindet sich stromaufwärts des Auslasses des sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers und im Allgemeinen auch stromaufwärts des Einlasses zu dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher. Eine oder mehrere Hilfskraftstoffpumpen können sich an einer beliebigen geeigneten Position entlang des Kraftstoffströmungswegs befinden.The fuel pump of the fuel management system may be described herein as the main fuel pump or engine fuel pump because, unlike the fuel delivery pump, it is a part of the engine itself. The main fuel pump is located downstream of the primary fuel-oil heat exchanger. The primary fuel pump is located upstream of the outlet of the secondary fuel-oil heat exchanger and generally also upstream of the inlet to the secondary fuel-oil heat exchanger. One or more auxiliary fuel pumps may be located at any suitable location along the fuel flow path.
Wie vorstehend erörtert, kann mindestens ein Teil des Kraftstoffs, der durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt, Servo-Mechanismen des Flugzeugs bereitgestellt werden. Mindestens ein Teil dieses Kraftstoffs kann dann zur Rezirkulation an einen Flugzeugkraftstofftank oder an die Niederdruckpumpe zurückgeführt werden.As discussed above, at least a portion of the fuel flowing through the secondary fuel-oil heat exchanger may be provided to aircraft servo mechanisms. At least a portion of this fuel may then be returned to an aircraft fuel tank or to the low pressure pump for recirculation.
Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Teil des Kraftstoffs, der durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt, an einen beliebigen früheren Punkt auf dem Kraftstoffströmungsweg zurückgeführt werden; zum Beispiel zurück zu dem Einlass des primären oder sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers, oder kann mit anderem Kraftstoff rekombiniert werden, der sich der Brennkammer nähert.Alternatively or additionally, at least a portion of the fuel flowing through the secondary fuel-oil heat exchanger may be returned to any earlier point on the fuel flow path; for example, back to the inlet of the primary or secondary fuel-oil heat exchanger, or may be recombined with other fuel approaching the combustion chamber.
In einigen beispielhaften Implementierungen kann ein dritter, vierter oder eine beliebige geeignete Anzahl weiterer Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher vorhanden sein, optional mit einem Kraftstoffventil, das betreibbar ist, um eine Strömungsrate von Kraftstoff dort hindurchzusteuern.In some example implementations, a third, fourth, or any suitable number of additional fuel-oil heat exchangers may be present, optionally with a fuel valve operable to control a flow rate of fuel therethrough.
Der Ölstrom innerhalb des Gasturbinentriebwerks kann einem geschlossenen Regelkreis folgen. Das Ölsystem mit geschlossenem Regelkreis kann konfiguriert sein, um einen rezirkulierenden Ölstrom innerhalb des Triebwerks bereitzustellen, und kann als Rezirkulationsschmier- und/oder -kühlsystem oder als Rezirkulationsölsystem beschrieben werden. Mindestens einer von dem primären und dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann als einen Teil des Systems mit geschlossenem Regelkreis bildend beschrieben werden. Das Rezirkulationsschmier- und/oder -kühlsystem kann als Ölwärmemanagementsystem beschrieben werden, da Wärme aus dem Öl abgeführt wird, nachdem es beim Schmieren und/oder Kühlen anderer Systemkomponenten erwärmt wurde.The oil flow within the gas turbine engine may follow a closed loop control system. The closed loop oil system may be configured to provide a recirculating oil flow within the engine and may be described as a recirculating lubrication and/or cooling system or a recirculating oil system. At least one of the primary and secondary fuel-oil heat exchangers may be described as forming part of the closed loop system. The recirculating lubrication and/or cooling system may be described as an oil thermal management system because heat is removed from the oil after it has been heated while lubricating and/or cooling other system components.
Das System mit geschlossenem Regelkreis kann mindestens eine erste Ölpumpe umfassen, die konfiguriert ist, um einen Ölstrom um mindestens einen Abschnitt des Rezirkulationsölsystems zu pumpen. Die erste Ölpumpe kann sich an einer beliebigen geeigneten Position um das Rezirkulationsölsystem herum befinden. Das Rezirkulationsölsystem kann so konfiguriert sein, dass der Ölstrom durch zu schmierende und/oder zu kühlende Triebwerkskomponenten (z. B. die Triebwerkslagerkammer) strömt und dann in einem Sumpf gesammelt werden kann. Die erste Ölpumpe kann dazu konfiguriert sein, Öl aus dem Sumpf zu einem ersten Öltank zu pumpen. Von daher kann die erste Ölpumpe als Rückförderpumpe beschrieben werden.The closed loop system may include at least a first oil pump configured to pump a flow of oil around at least a portion of the recirculation oil system. The first oil pump may be located at any suitable location around the recirculation oil system. The recirculation oil system may be configured so that the flow of oil flows through engine components to be lubricated and/or cooled (e.g., the engine bearing chamber) and may then be collected in a sump. The first oil pump may be configured to pump oil from the sump to a first oil tank. As such, the first oil pump may be described as a return pump.
Der Öltank kann konfiguriert sein, um ein Volumen an Öl zu enthalten. Der Öltank kann konfiguriert sein, um ein beliebiges geeignetes Volumen an Öl zu enthalten. Der Öltank kann angeordnet sein, um Gase aus dem Öl in dem ersten Öltank zu entfernen. Öl, das den Öltank verlässt, kann einen Filter, ein Sieb oder dergleichen passieren.The oil tank may be configured to contain a volume of oil. The oil tank may be configured to contain any suitable volume of oil. The oil tank may be arranged to remove gases from the oil in the first oil tank. Oil exiting the oil tank may pass through a filter, strainer or the like.
Zwischen dem ersten Öltank und dem primären oder sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher kann sich eine zweite Ölpumpe befinden. Die zweite Ölpumpe kann als Förderpumpe beschrieben werden. Die zweite Ölpumpe kann dazu konfiguriert sein, Öl aus dem ersten Öltank in den primären oder sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher zu pumpen.A second oil pump may be located between the first oil tank and the primary or secondary fuel-oil heat exchanger. The second oil pump may be described as a transfer pump. The second oil pump may be configured to pump oil from the first oil tank to the primary or secondary fuel-oil heat exchanger.
In einigen Implementierungen strömt mindestens ein Teil des Öls durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und mindestens ein Teil des Öls strömt durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher. Das gesamte Öl kann sowohl durch den primären als auch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömen. Wie vorstehend erörtert, kann das Öl zuerst durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und dann durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömen, sodass der entgegengesetzte Strömungsweg zu dem des Kraftstoffs vorliegt.In some implementations, at least a portion of the oil flows through the primary fuel-oil heat exchanger and at least a portion of the oil flows through the secondary fuel-oil heat exchanger. All of the oil may flow through both the primary and secondary fuel-oil heat exchangers. As discussed above, the oil may first flow through the secondary fuel-oil heat exchanger and then through the primary fuel-oil heat exchanger, such that the opposite flow path to that of the fuel is present.
Das Gasturbinentriebwerk kann ferner einen oder mehrere Luft-Öl-Wärmetauscher umfassen. Der eine oder die mehreren Luft-Öl-Wärmetauscher können Teil des Rezirkulationsölsystems sein. Der eine oder die mehreren Luft-Öl-Wärmetauscher können in Strömungsreihe mit dem primären und dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher angeordnet sein, sodass mindestens ein Teil des Ölstroms durch einen Luft-Öl-Wärmetauscher strömt, bevor er in den primären oder sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher eintritt, oder umgekehrt. In einem Beispiel kann das Öl durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömen, bevor es durch einen Luft-Öl-Wärmetauscher (z. B. einen oberflächenluftgekühlten Ölkühler) und dann den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt. Ein Öl-Bypass-Rohr kann bereitgestellt sein, um zu ermöglichen, dass ein variabler Anteil des Öls den oder jeden Luft-Öl-Wärmetauscher umgeht. Als Teil der Steuerung des Kraftstoffmanagementsystems kann der Bypass-Anteil eingestellt werden, um die Menge an Wärme in dem Öl, die dem Kraftstoff zur Verfügung steht, zu verringern oder zu erhöhen.The gas turbine engine may further include one or more air-to-oil heat exchangers. The one or more air-to-oil heat exchangers may be part of the recirculation oil system. The one or more air-to-oil heat exchangers may be arranged in flow series with the primary and secondary fuel-to-oil heat exchangers such that at least a portion of the oil flow flows through an air-to-oil heat exchanger before entering the primary or secondary fuel-to-oil heat exchanger, or vice versa. In one example, the oil may flow through the secondary fuel-to-oil heat exchanger before flowing through an air-to-oil heat exchanger (e.g., a surface air-cooled oil cooler) and then the primary fuel-to-oil heat exchanger. An oil bypass pipe may be provided to allow a variable portion of the oil to bypass the or each air-to-oil heat exchanger. As part of the fuel management system control, the bypass percentage can be adjusted to decrease or increase the amount of heat in the oil available to the fuel.
Unter Reiseflugbedingungen und für alle hierin beschriebenen Gesichtspunkte kann der in einen der Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher eintretende Ölstrom eine höhere Durchschnittstemperatur aufweisen als der in den gleichen Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher eintretende Kraftstoffstrom unter Reiseflugbedingungen. Auf diese Weise kann Wärmeenergie von dem Ölstrom auf den Kraftstoffstrom übertragen werden, der unter Reiseflugbedingungen durch den einen oder die mehreren Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher strömt. Von daher kann das Öl, das den jeweiligen Wärmetauscher verlässt, eine niedrigere Temperatur aufweisen als das Öl, das unter Reiseflugbedingungen in diesen Wärmetauscher eintritt.Under cruise conditions, and for all aspects described herein, the oil stream entering one of the fuel-oil heat exchangers may have a higher average temperature than the fuel stream entering the same fuel-oil heat exchanger under cruise conditions. In this way, thermal energy may be transferred from the oil stream to the fuel stream flowing through the one or more fuel-oil heat exchangers under cruise conditions. As such, the oil exiting the respective heat exchanger may have a lower temperature than the oil entering that heat exchanger under cruise conditions.
Es versteht sich, dass in jedem der hierin beschriebenen Beispiele anstelle einer direkten Öl-zu-Kraftstoff-Wärmeübertragung ein Wärmeübertragungs-Zwischenfluid verwendet werden könnte, und dass der Begriff „Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher“ Wärmetauscher einschließen kann, die ein solches Zwischenfluid einschließen. In ähnlicher Weise kann ein Öl-Öl-, Kraftstoff-Luft- oder Öl-Luft-Wärmetauscher in einigen Implementierungen ein Wärmeübertragungs-Zwischenfluid verwenden.It is understood that in any of the examples described herein, an intermediate heat transfer fluid could be used instead of direct oil-to-fuel heat transfer, and that the term "fuel-to-oil heat exchanger" may include heat exchangers that include such an intermediate fluid. Similarly, an oil-to-oil, fuel-to-air, or oil-to-air heat exchanger may utilize an intermediate heat transfer fluid in some implementations.
Wie an anderer Stelle hierin angegeben, kann die vorliegende Offenbarung auf eine relevante Konfiguration eines Gasturbinentriebwerks anwendbar sein. Ein solches Gasturbinentriebwerk kann zum Beispiel ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk, ein Gasturbinentriebwerk mit offenem Rotor (in dem der Propeller nicht von einer Gondel umgeben ist), ein Turboprop-Triebwerk oder ein Turbostrahltriebwerk sein. Jedes solche Triebwerk kann mit einem Nachbrenner versehen sein oder nicht. Ein solches Gasturbinentriebwerk kann zum Beispiel für Leistungserzeugungsanwendungen an Land oder auf See konfiguriert sein.As indicated elsewhere herein, the present disclosure may be applicable to any relevant configuration of a gas turbine engine. Such a gas turbine engine may be, for example, a turbofan gas turbine engine, an open rotor gas turbine engine (in which the propeller is not surrounded by a nacelle), a turboprop engine, or a turbojet engine. Each such engine may or may not be provided with an afterburner. Such a gas turbine engine may, for example, be configured for land or marine power generation applications.
Ein Gasturbinentriebwerk gemäß der vorliegenden Offenbarung kann einen Triebwerkskern umfassen, der eine Turbine, eine Brennkammer, einen Verdichter und eine Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet, umfasst. Ein solches Gasturbinentriebwerk kann einen Fan (mit Fan-Schaufeln) umfassen. Ein solcher Fan kann stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordnet sein. Alternativ kann das Gasturbinentriebwerk in einigen Beispielen einen Fan umfassen, der stromabwärts des Triebwerkskerns angeordnet ist, zum Beispiel, wenn das Gasturbinentriebwerk einen offenen Rotor aufweist oder ein Turboprop-Triebwerk ist (wobei in diesem Fall der Fan als Propeller bezeichnet werden kann).A gas turbine engine according to the present disclosure may include an engine core including a turbine, a combustor, a compressor, and a core shaft connecting the turbine to the compressor. Such a gas turbine engine may include a fan (having fan blades). Such a fan may be disposed upstream of the engine core. Alternatively, in some examples, the gas turbine engine may include a fan disposed downstream of the engine core, for example, when the gas turbine engine has an open rotor or is a turboprop engine (in which case the fan may be referred to as a propeller).
Wenn das Gasturbinentriebwerk einen offenen Rotor aufweist oder ein Turboprop-Triebwerk ist, kann das Gasturbinentriebwerk zwei gegenläufige Propellerstufen umfassen, die über eine Welle mit einer freien Nutzturbine verbunden und durch diese angetrieben werden. Die Propeller können sich in entgegengesetzter Richtung drehen, sodass sich eine im Uhrzeigersinn und die andere gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse des Triebwerks dreht. Alternativ kann das Gasturbinentriebwerk eine Propellerstufe und eine Leitschaufelstufe, die stromabwärts der Propellerstufe konfiguriert ist, umfassen. Die Leitschaufelstufe kann eine variable Steigung aufweisen. Dementsprechend können Hochdruck-, Zwischendruck- und freie Nutzturbinen jeweils Hoch- und Zwischendruckverdichter und -propeller durch geeignete Verbindungswellen antreiben. Die Propeller können somit den Großteil des Antriebsschubs bereitstellen. If the gas turbine engine has an open rotor or is a turboprop engine, the gas turbine engine may comprise two counter-rotating propeller stages connected by a shaft to and driven by a free power turbine. The propellers may rotate in opposite directions so that one rotates clockwise and the other anti-clockwise about the axis of rotation of the engine. Alternatively, the gas turbine engine may comprise a propeller stage and a nozzle stage configured downstream of the propeller stage. The nozzle stage may have a variable pitch. Accordingly, high pressure, intermediate pressure and free power turbines may respectively drive high and intermediate pressure compressors and propellers through suitable connecting shafts. The propellers may thus provide the majority of the propulsion thrust.
Wenn das Gasturbinentriebwerk einen offenen Rotor aufweist oder ein Turboprop-Triebwerk ist, können eine oder mehrere der Propellerstufen durch ein Getriebe angetrieben werden. Das Getriebe kann von dem hierin beschriebenen Typ sein.If the gas turbine engine has an open rotor or is a turboprop engine, one or more of the propeller stages may be driven by a gearbox. The gearbox may be of the type described herein.
Ein Triebwerk gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein Turbofan-Triebwerk sein. Ein solches Triebwerk kann ein Direktantriebs-Turbofan-Triebwerk sein, bei dem der Fan zum Beispiel ohne Getriebe Getriebe über eine Kernwelle direkt mit der Fan-Antriebsturbine verbunden ist. In einem solchen Direktantriebs-Turbofan-Triebwerk kann der Fan so sein, dass er sich mit der gleichen Drehzahl wie die Fan-Antriebsturbine dreht. Rein beispielhaft kann die Fan-Antriebsturbine eine erste Turbine sein, kann die Kernwelle eine erste Kernwelle sein und kann das Gasturbinentriebwerk ferner eine zweite Turbine und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der 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 die zweite Turbine axial stromaufwärts der ersten Turbine positioniert sein.An engine according to the present disclosure may be a turbofan engine. Such an engine may be a direct drive turbofan engine in which the fan is connected directly to the fan drive turbine via a core shaft, for example, without a gearbox. In such a direct drive turbofan engine, the fan may be arranged to rotate at the same speed as the fan drive turbine. For example only, the fan drive turbine may be a first turbine, the core shaft may be a first core shaft, and the gas turbine engine may further include a second turbine and a second core shaft connecting the second turbine to the compressor. The second turbine, compressor, and second core shaft may be arranged to rotate at a higher speed than the first core shaft. In such an arrangement, the second turbine may be positioned axially upstream of the first turbine.
Ein Triebwerk gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein Getriebefan-Triebwerk sein. In einer solchen Anordnung weist das Triebwerk einen Fan auf, der über ein Getriebe angetrieben wird. Dementsprechend kann ein solches Gasturbinentriebwerk ein Getriebe 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).An engine according to the present disclosure may be a geared turbofan engine. In such an arrangement, the engine includes a fan driven via a gearbox. Accordingly, such a gas turbine engine may include a gearbox that receives input from the core shaft and outputs output to the fan to drive the fan at a lower speed than the core shaft. The drive to the gearbox may be directly from the core shaft or indirectly from the core shaft, for example via a spur shaft and/or a gear. The core shaft may rigidly connect the turbine and compressor so that the turbine and compressor rotate at the same speed (with the fan rotating at a lower speed).
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.The gas turbine engine as described and/or claimed herein may have any suitable general architecture. For example, the gas turbine engine may have any number of shafts connecting turbines and compressors, for example, one, two, or three shafts. For example only, the turbine connected to the core shaft may be a first turbine, the compressor connected to the core shaft may be a first compressor, and the core shaft may be a first core shaft. The engine core may further include a second turbine, a second compressor, and a second core shaft connecting the second turbine to the second compressor. The second turbine, the second compressor, and the second core shaft may be arranged to rotate at a higher speed than the first core shaft.
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).In such an arrangement, the second compressor may be positioned axially downstream of the first compressor. The second compressor may be arranged to receive flow from the first compressor (e.g., directly receive it, for example via a generally annular channel).
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 Getriebe so angeordnet sein, dass es von einer beliebigen einen oder beliebigen mehreren Wellen angetrieben wird, zum Beispiel von der ersten und/oder zweiten Welle in dem obigen Beispiel.The gearbox may be arranged to be driven by the core shaft that is configured to rotate (e.g., in use) at the lowest speed (e.g., the first core shaft in the example above). For example, the gearbox may be arranged to be driven only by the core shaft that is configured to rotate (e.g., in use) at the lowest speed (e.g., only by the first core shaft and not by the second core shaft in the example above). Alternatively, the gearbox may be arranged to be driven by any one or more shafts, for example, the first and/or second shafts in the example above.
Das Getriebe kann ein Untersetzungsgetriebe sein (dadurch, dass der Abgang an den Fan eine niedrigere Drehzahl aufweist als der Antrieb von der Kernwelle). Es kann jeder Typ von Getriebe verwendet werden. Zum Beispiel kann das Getriebe ein „Planetengetriebe“ oder ein „Sterngetriebe“ sein, wie es an anderer Stelle hierin detaillierter beschrieben ist. Ein solches Getriebe kann einstufig ein. Alternativ kann ein solches Getriebe ein Verbindungsgetriebe sein, zum Beispiel ein Verbindungsplanetengetriebe (das den Antrieb am Sonnenrad und den Abtrieb am Hohlrad aufweisen kann und somit als „Verbindungsstern“-Getriebe bezeichnet werden kann), das zum Beispiel zwei Untersetzungsstufen aufweist.The gearbox may be a reduction gearbox (in that the output to the fan has a lower speed than the input from the core shaft). Any type of gearbox may be used. For example, the gearbox may be a "planetary gearbox" or a "star gearbox" as described in more detail elsewhere herein. Such a gearbox may have a single stage. Alternatively, such a gearbox may be a link gearbox, for example a link planetary gearbox (which may have the input on the sun gear and the output on the ring gear and thus may be referred to as a "link star" gearbox), which has, for example, two reduction stages.
Das Getriebe kann jedes gewünschte Untersetzungsverhältnis aufweisen (definiert als die Drehzahl der Antriebswelle geteilt durch die Drehzahl der Abgangswelle), zum Beispiel größer als 2,5, zum Beispiel im Bereich von 3 bis 4,2 oder 3,2 bis 3,8, zum Beispiel in der Größenordnung von oder mindestens 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 Getriebe ein „Sterngetriebe“ mit einem Übersetzungsverhältnis im Bereich von 3,1 oder 3,2 bis 3,8 sein. Weiterhin rein beispielhaft kann das Getriebe ein „Sterngetriebe“ mit einem Übersetzungsverhältnis im Bereich von 3,0 bis 3,1 sein. Weiterhin rein beispielhaft kann das Getriebe ein „Planetengetriebe“ mit einem Übersetzungsverhältnis im Bereich von 3,6 bis 4,2 sein. In einigen Anordnungen kann das Übersetzungsverhältnis außerhalb dieser Bereiche liegen.The transmission may have any desired gear ratio (defined as the speed of the input shaft divided by the speed of the output shaft), for example greater than 2.5, for example in the range of 3 to 4.2 or 3.2 to 3.8, for example on the order of or at least 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4, 4.1 or 4.2. The gear ratio may, for example, be between any two of the values recited in the preceding sentence. By way of example only, the transmission may be a "star gear" with a gear ratio in the range of 3.1 or 3.2 to 3.8. Further by way of example only, the transmission may be a "star gear" with a gear ratio in the range of 3.0 to 3.1. Further purely by way of example, the transmission may be a "planetary transmission" with a gear ratio in the range of 3.6 to 4.2. In some arrangements, the gear ratio may be outside these ranges.
In einem beliebigen hierin beschriebenen und/oder beanspruchten Gasturbinentriebwerk wird Kraftstoff einer gegebenen Zusammensetzung oder Mischung an eine Brennkammer bereitgestellt, die stromabwärts des Fans und des/der Verdichter(s) in Bezug auf den Strömungsweg (zum Beispiel axial stromabwärts) bereitgestellt sein kann. 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.In any gas turbine engine described and/or claimed herein, fuel of a given composition or mixture is provided to a combustor, which may be provided downstream of the fan and compressor(s) with respect to the flow path (e.g., axially downstream). For example, the combustor may be located directly downstream of the second compressor (e.g., at the exit thereof) where a second compressor is provided. As another example, flow at the exit to the combustor may be provided to the inlet of the second turbine where a second turbine is provided. The combustor may be provided upstream of the turbine(s).
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. Zum Beispiel kann das Gasturbinentriebwerk ein Direktantriebs-Turbofan-Triebwerk sein, das 13 oder 14 Verdichterstufen (zusätzlich zum Fan) umfasst. Ein solches Triebwerk kann zum Beispiel 3 Stufen im ersten (oder „Niederdruck“-) Verdichter und entweder 10 oder 11 Stufen im zweiten (oder „Hochdruck“-) Verdichter umfassen. Als weiteres Beispiel kann das Gasturbinentriebwerk ein „Getriebe“-Gasturbinentriebwerk sein (bei dem der Fan durch eine erste Kernwelle über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird), das 11, 12 oder 13 Verdichterstufen (zusätzlich zum Fan) umfasst. Ein solches Triebwerk kann 3 oder 4 Stufen im ersten (oder „Niederdruck-“) Verdichter und 8 oder 9 Stufen im zweiten (oder „Hochdruck“-) Verdichter umfassen. Als weiteres Beispiel kann das Gasturbinentriebwerk ein „Getriebe“-Gasturbinentriebwerk mit 4 Stufen im ersten (oder „Niederdruck-“) Verdichter und 10 Stufen im zweiten (oder „Hochdruck“-) Verdichter sein.The or each compressor (for example the first compressor and the second compressor as described above) may comprise any number of stages, for example multiple stages. Each stage may comprise a row of rotor blades and a row of stator blades, which may be variable stator blades (since their angle of incidence may be variable). The row of rotor blades and the row of stator blades may be axially offset from one another. For example, the gas turbine engine may be a direct drive turbofan engine comprising 13 or 14 compressor stages (in addition to the fan). Such an engine may, for example, comprise 3 stages in the first (or "low pressure") compressor and either 10 or 11 stages in the second (or "high pressure") compressor. As another example, the gas turbine engine may be a "geared" gas turbine engine (in which the fan is driven by a first core shaft via a reduction gear) that includes 11, 12, or 13 compressor stages (in addition to the fan). Such an engine may include 3 or 4 stages in the first (or "low pressure") compressor and 8 or 9 stages in the second (or "high pressure") compressor. As another example, the gas turbine engine may be a "geared" gas turbine engine with 4 stages in the first (or "low pressure") compressor and 10 stages in the second (or "high pressure") compressor.
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 oder umgekehrt, wie erforderlich, umfassen. Die jeweiligen Reihen von Rotorschaufeln und Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein. Die zweite (oder „Hochdruck“-) Turbine kann 2 Stufen in jeder Anordnung umfassen (zum Beispiel unabhängig davon, ob es sich um eine Getriebe- oder Direktantriebstriebwerk handelt). Das Gasturbinentriebwerk kann ein Direktantriebs-Turbofan-Triebwerk sein, das eine erste (oder „Niederdruck“-) Turbine mit 5, 6 oder 7 Stufen umfasst. Alternativ kann das Gasturbinentriebwerk ein „Getriebe“-Gasturbinentriebwerk sein, das eine erste (oder „Niederdruck“-) Turbine mit 3 oder 4 Stufen aufweist.The or each turbine (for example the first turbine and the second turbine as described above) may comprise any number of stages, for example multiple stages. Each stage may comprise a row of rotor blades and a row of stator blades, or vice versa, as required. The respective rows of rotor blades and stator blades may be axially offset from one another. The second (or "high pressure") turbine may comprise 2 stages in any arrangement (for example, regardless of whether it is a geared or direct drive engine). The gas turbine engine may be a direct drive turbofan engine comprising a first (or "low pressure") turbine with 5, 6 or 7 stages Alternatively, the gas turbine engine may be a "geared" gas turbine engine having a first (or "low pressure") turbine with 3 or 4 stages.
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 zum Radius der Fan-Schaufel an der Spitze kann in einem einschließenden Bereich liegen, der durch beliebige zwei 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 oder 0,29 bis 0,30. 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.Each fan blade may be defined as having a radial span extending from a root (or hub) at a radially inner gas-swept location or 0% span position to a tip at a 100% span position. The ratio of the radius of the fan blade at the hub to the radius of the fan blade at the tip may be less than (or on the order of): 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, or 0.25. The ratio of the radius of the fan blade at the hub to the radius of the fan blade at the tip may be in an inclusive range bounded by any two of the values in the preceding sentence (i.e., the values may form upper or lower limits), for example in the range 0.28 to 0.32 or 0.29 to 0.30. These ratios may be generally referred to as the hub-to-tip ratio. The radius at the hub and the radius at the tip may both be measured at the leading edge (or axially forwardmost part) of the blade. The hub-to-tip ratio, of course, refers to the gas-swept section of the fan blade, i.e., the section radially outward from any platform.
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): 140 cm, 170 cm, 180 cm, 190 cm, 200 cm, 210 cm, 220 cm, 230 cm, 240 cm, 250 cm (etwa 100 Zoll), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Zoll), 280 cm (etwa 110 Zoll), 290 cm (etwa 115 Zoll), 300 cm (etwa 120 Zoll), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Zoll), 330 cm (etwa 130 Zoll), 340 cm (etwa 135 Zoll), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Zoll), 370 cm (etwa 145 Zoll), 380 cm (etwa 150 Zoll), 390 cm (etwa 155 Zoll), 400 cm, 410 cm (etwa 160 Zoll) oder 420 cm (etwa 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 240 cm bis 280 cm oder 330 cm bis 380 cm. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann der Fan-Durchmesser im Bereich von 170 cm bis 180 cm, 190 cm bis 200 cm, 200 cm bis 210 cm, 210 cm bis 230 cm, 290 cm bis 300 cm oder 340 cm bis 360 cm sein.The radius of the fan can be measured between the centerline of the engine and the tip of a fan blade at its leading edge. The fan diameter (which can be simply twice the fan radius) can be larger than (or on the order of): 140 cm, 170 cm, 180 cm, 190 cm, 200 cm, 210 cm, 220 cm, 230 cm, 240 cm, 250 cm (about 100 inches), 260 cm, 270 cm (about 105 inches), 280 cm (about 110 inches), 290 cm (about 115 inches), 300 cm (about 120 inches), 310 cm, 320 cm (about 125 inches), 330 cm (about 130 inches), 340 cm (about 135 inches), 350 cm, 360 cm (about 140 inches), 370 cm (about 145 inches), 380 cm (about 150 inches), 390 cm (about 155 inches), 400 cm, 410 cm (about 160 inches), or 420 cm (about 165 inches). The fan diameter can be in an inclusive range bounded by any two of the values in the preceding sentence (i.e., the values can form upper or lower limits), for example, in the range of 240 cm to 280 cm or 330 cm to 380 cm. Purely as a non-limiting example, the fan diameter can be in the range of 170 cm to 180 cm, 190 cm to 200 cm, 200 cm to 210 cm, 210 cm to 230 cm, 290 cm to 300 cm, or 340 cm to 360 cm.
Die Drehzahl des Fans kann bei Gebrauch variieren. Im Allgemeinen ist die Drehzahl bei Fans mit einem größeren Durchmesser niedriger. Rein als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen kleiner als 3500 U/min, zum Beispiel kleiner als 2500 U/min, zum Beispiel kleiner als 2300 U/min, sein. Rein als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen für ein „Getriebe“-Gasturbinentriebwerk mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 200 cm bis 210 cm im Bereich von 2750 bis 2900 U/min sein. Rein als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen für ein „Getriebe“-Gasturbinentriebwerk mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 230 cm im Bereich von 2500 bis 2800 U/min sein. Rein als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen für ein „Getriebe“-Gasturbinentriebwerk mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 340 cm bis 360 cm im Bereich von 1500 bis 1800 U/min sein. Rein als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen für ein Direktantriebstriebwerk mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 190 cm bis 200 cm im Bereich von 3600 bis 3900 U/min sein. Rein als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans unter Reiseflugbedingungen für ein Direktantriebstriebwerk mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 300 cm bis 340 cm im Bereich von 2000 bis 2800 U/min sein.The speed of the fan may vary with use. Generally, the speed is lower for larger diameter fans. As a purely non-limiting example, the speed of the fan under cruise conditions may be less than 3500 rpm, for example less than 2500 rpm, for example less than 2300 rpm. As a purely further non-limiting example, the speed of the fan under cruise conditions for a "geared" gas turbine engine having a fan diameter in the range of 200 cm to 210 cm, the speed of the fan under cruise conditions may be in the range of 2750 to 2900 rpm. As a purely further non-limiting example, the speed of the fan under cruise conditions for a "geared" gas turbine engine having a fan diameter in the range of 210 cm to 230 cm. As a further non-limiting example, the speed of the fan under cruise conditions for a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 340 cm to 360 cm may be in the range of 1500 to 1800 rpm. As a further non-limiting example, the speed of the fan under cruise conditions for a direct drive engine having a fan diameter in the range of 190 cm to 200 cm may be in the range of 3600 to 3900 rpm. As a further non-limiting example, the speed of the fan under cruise conditions for a direct drive engine having a fan diameter in the range of 300 cm to 340 cm may be in the range of 2000 to 2800 rpm.
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 USpitze 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/USpitze 2 definiert sein, wobei dH der Enthalpieanstieg (zum Beispiel der mittlere 1-D-Enthalpieanstieg) über den Fan ist und USpitze 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 (wobei alle Werte dimensionslos sind). Die Fan-Spitzen-Belastung kann in einem einschließenden Bereich sein, der durch beliebige zwei 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 0,31 oder 0,29 bis 0,3 (zum Beispiel für ein Getriebegasturbinentriebwerk).In use of the gas turbine engine, the fan (with associated fan blades) rotates about an axis of rotation. This rotation causes the tip of the fan blade to move with a velocity U tip . The work done by the fan blades on the flow results in an enthalpy rise dH of the flow. A fan tip loading can be defined as dH/U tip 2 , where dH is the enthalpy rise (e.g. the mean 1-D enthalpy rise) across the fan and U tip is the (translational) velocity of the fan tip, for example at the leading edge of the tip (which can be defined as the fan tip radius at the leading edge multiplied by the angular velocity). The fan tip loading under cruise conditions may be greater than (or of the order of): 0.28, 0.29, 0.30, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39 or 0.4 (all values being dimensionless). The fan tip loading may be in an inclusive range bounded by any two of the values in the preceding sentence (ie the values may form upper or lower limits), for example in the range 0.28 to 0.31 or 0.29 to 0.3 (for example for a geared gas turbine engine).
Gasturbinentriebwerke gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein gewünschtes Bypass-Verhältnis (BPR) aufweisen, wobei das Bypass-Verhältnis als das Verhältnis der Massenströmungsrate des Stroms durch den Bypass-Kanal zu der Massenströmungsrate des Stroms durch den Kern definiert ist. In einigen Anordnungen kann das Bypass-Verhältnis unter Reiseflugbedingungen größer sein als eines von Folgendem (oder in der Größenordnung hiervon sein): 9, 9, 9,5, 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 unter Reiseflugbedingungen kann in einem einschließenden Bereich sein, der durch beliebige zwei 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, 13 bis 15 oder 13 bis 14. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann das Bypass-Verhältnis unter Reiseflugbedingungen eines Direktantriebsgasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Offenbarung im Bereich von 9:1 bis 11:1 sein. Rein als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann das Bypass-Verhältnis unter Reiseflugbedingungen eines Getriebegasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Offenbarung im Bereich von 12:1 bis 15:1 sein 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.Gas turbine engines according to the present disclosure may have a desired bypass ratio (BPR), wherein the bypass ratio ratio is defined as the ratio of the mass flow rate of the flow through the bypass channel to the mass flow rate of the flow through the core. In some arrangements, the bypass ratio under cruise conditions may be greater than (or on the order of) one of the following: 9, 9, 9.5, 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, or 20. The bypass ratio under cruise conditions may be in an inclusive range bounded by any two of the values in the preceding sentence (i.e., the values may form upper or lower limits), for example in the range of 12 to 16, 13 to 15, or 13 to 14. Purely as a non-limiting example, the bypass ratio under cruise conditions of a direct drive gas turbine engine according to the present disclosure may be in the range of 9:1 to 11:1. As a further non-limiting example, the bypass ratio under cruise conditions of a geared gas turbine engine according to the present disclosure may be in the range of 12:1 to 15:1. The bypass duct may be substantially annular. The bypass duct may be located radially outward of the core engine. The radially outer surface of the bypass duct may be defined by a nacelle and/or a fan casing.
Das Gesamtdruckverhältnis (OPR) eines Gasturbinentriebwerks, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, kann definiert werden als das Verhältnis des Staudrucks am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor Eintritt in die Brennkammer) zum Staudruck stromaufwärts des Fans. 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 sein): 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. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis unter Reiseflugbedingungen eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 200 cm bis 210 cm im Bereich von 40 bis 45 sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis unter Reiseflugbedingungen eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 230 cm im Bereich von 45 bis 55 sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis unter Reiseflugbedingungen eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 340 cm bis 360 cm im Bereich von 50 bis 60 sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis unter Reiseflugbedingungen eines Direktantriebsgasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 300 cm bis 340 cm im Bereich von 50 bis 60 sein.The overall pressure ratio (OPR) of a gas turbine engine as described and/or claimed herein may be defined as the ratio of the ram pressure at the exit of the ultrahigh pressure compressor (before entering the combustor) to the ram pressure upstream of the fan. As a non-limiting example, the total pressure ratio of a gas turbine engine as described and/or claimed herein under cruise conditions may be greater than (or on the order of) any of the following: 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75. The total pressure ratio may be in an inclusive range bounded by any two of the values in the preceding sentence (i.e., the values may form upper or lower limits), for example in the range of 50 to 70. Purely as a non-limiting example, the total pressure ratio under cruise conditions of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 200 cm to 210 cm may be in the range of 40 to 45. By way of non-limiting example only, the overall pressure ratio under cruise conditions of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 210 cm to 230 cm may be in the range of 45 to 55. By way of non-limiting example only, the overall pressure ratio under cruise conditions of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 340 cm to 360 cm may be in the range of 50 to 60. By way of non-limiting example only, the overall pressure ratio under cruise conditions of a direct drive gas turbine engine having a fan diameter in the range of 300 cm to 340 cm may be in the range of 50 to 60.
Der spezifische Schub eines Triebwerks kann als der Nettoschub des Triebwerks geteilt durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk definiert sein. In einigen Beispielen kann der spezifische Schub für einen gegebenen Schubzustand von der spezifischen Zusammensetzung von Kraftstoff, der der Brennkammer bereitgestellt wird, abhängen. 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-1 s bis 100 Nkg-1s oder 85 Nkg-1s bis 95 Nkg-1s. Derartige Triebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann der spezifische Schub eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 200 cm bis 210 cm im Bereich von 90 Nkg-1s bis 95 Nkg-1s sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann der spezifische Schub eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 230 cm im Bereich von 80 Nkg-1s bis 90 Nkg-1s sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann der spezifische Schub eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 340 cm bis 360 cm im Bereich von 70 Nkg-1s bis 90 Nkg-1s sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann der spezifische Schub eines Direktantriebsgasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 300 cm bis 340 cm im Bereich von 90 Nkg-1s bis 120 Nkg-1s sein.The specific thrust of an engine may be defined as the net thrust of the engine divided by the total mass flow through the engine. In some examples, the specific thrust for a given thrust condition may depend on the specific composition of fuel provided to the combustion chamber. Under cruise conditions, the specific thrust of an engine described and/or claimed herein may be less than (or of the order of magnitude of) any of the following: 110 Nkg -1 s, 105 Nkg -1 s, 100 Nkg -1 s, 95 Nkg -1 s, 90 Nkg -1 s, 85 Nkg -1 s, or 80 Nkg -1 s. The specific thrust may be in an inclusive range bounded by any two of the values in the preceding sentence (ie, the values may form upper or lower limits), for example in the range 80 Nkg -1 s to 100 Nkg -1 s or 85 Nkg -1 s to 95 Nkg -1 s. Such engines may be particularly efficient compared to conventional gas turbine engines. By way of non-limiting example only, the specific thrust of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 200 cm to 210 cm may be in the range of 90 Nkg -1 s to 95 Nkg -1 s. By way of non-limiting example only, the specific thrust of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 210 cm to 230 cm may be in the range of 80 Nkg -1 s to 90 Nkg -1 s. By way of non-limiting example only, the specific thrust of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 340 cm to 360 cm may be in the range of 70 Nkg -1 s to 90 Nkg -1 s. Purely as a non-limiting example, the specific thrust of a direct drive gas turbine engine with a fan diameter in the range of 300 cm to 340 cm may be in the range of 90 Nkg -1 s to 120 Nkg -1 s.
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: 100 kN, 110 kN, 120 kN, 130 kN, 140 kN, 150 kN, 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). Rein als nicht einschränkendes 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. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann der maximale Schub eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 200 cm bis 210 cm im Bereich von 140 kN bis 160 kN sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann der maximale Schub eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 230 cm im Bereich von 150 kN bis 200 kN sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann der maximale Schub eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 340 cm bis 360 cm im Bereich von 370 kN bis 500 kN sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann der maximale Schub eines Direktantriebsgasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 300 cm bis 340 cm im Bereich von 370 kN bis 500 kN sein. 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.A gas turbine engine as described and/or claimed herein may have any desired maximum thrust. Purely as a non-limiting example, a gas turbine as described and/or claimed herein may be capable of producing a maximum thrust of at least one of (or on the order of) 100 kN, 110 kN, 120 kN, 130 kN, 140 kN, 150 kN, 160 kN, 170 kN, 180 kN, 190 kN, 200 kN, 250 kN, 300 kN, 350 kN, 400 kN, 450 kN, 500 kN, or 550 kN. The maximum thrust may be in an inclusive range bounded by any two of the values in the preceding sentence (i.e., the values may form upper or lower limits). Purely as a non-limiting example For example, a gas turbine as described and/or claimed herein may be capable of producing a maximum thrust in the range of 330 kN to 420 kN, for example 350 kN to 400 kN. Purely as a non-limiting example, the maximum thrust of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 200 cm to 210 cm may be in the range of 140 kN to 160 kN. Purely as a non-limiting example, the maximum thrust of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 210 cm to 230 cm may be in the range of 150 kN to 200 kN. Purely as a non-limiting example, the maximum thrust of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 340 cm to 360 cm may be in the range of 370 kN to 500 kN. Purely as a non-limiting example, the maximum thrust of a direct drive gas turbine engine with a fan diameter in the range 300 cm to 340 cm may be in the range 370 kN to 500 kN. The above thrust may be the maximum net thrust at standard atmospheric conditions at sea level at +15 degrees C (ambient pressure 101.3 kPa,
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. In einigen Beispielen kann die TET für einen gegebenen Schubzustand von der spezifischen Zusammensetzung von Kraftstoff, der der Brennkammer bereitgestellt wird, abhängen. Unter Reiseflugbedingungen kann die TET mindestens eines von Folgendem sein (oder in der Größenordnung hiervon sein): 1400 K, 1450 K, 1500 K, 1520 K, 1530 K, 1540 K, 1550 K, 1600 K oder 1650 K. Somit, rein als nicht einschränkendes Beispiel, kann die TET unter Reiseflugbedingungen eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 200 cm bis 210 cm im Bereich von 1540 K bis 1600 K sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann die TET unter Reiseflugbedingungen eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 230 cm im Bereich von 1590 K bis 1650 K sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann die TET unter Reiseflugbedingungen eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 340 cm bis 360 cm im Bereich von 1600 K bis 1660 K sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann die TET unter Reiseflugbedingungen eines Direktantriebsgasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 300 cm bis 340 cm im Bereich von 1590 K bis 1650 K sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann die TET unter Reiseflugbedingungen eines Direktantriebsgasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 300 cm bis 340 cm im Bereich von 1570 K bis 1630 K sein.In use, the temperature of the flow at the inlet to the high pressure turbine may be particularly high. This temperature, which may be referred to as the TET, may be measured at the exit to the combustor, for example immediately upstream of the first turbine vane, which may itself be referred to as the nozzle vane. In some examples, the TET for a given thrust condition may depend on the specific composition of fuel provided to the combustor. Under cruise conditions, the TET may be at least one of (or on the order of) the following: 1400 K, 1450 K, 1500 K, 1520 K, 1530 K, 1540 K, 1550 K, 1600 K, or 1650 K. Thus, purely as a non-limiting example, under cruise conditions of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 200 cm to 210 cm, the TET may be in the range of 1540 K to 1600 K. Purely as a non-limiting example, under cruise conditions of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 210 cm to 230 cm, the TET may be in the range of 1590 K to 1650 K. By way of non-limiting example only, the TET under cruise conditions of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 340 cm to 360 cm may be in the range of 1600 K to 1660 K. By way of non-limiting example only, the TET under cruise conditions of a direct drive gas turbine engine having a fan diameter in the range of 300 cm to 340 cm may be in the range of 1590 K to 1650 K. By way of non-limiting example only, the TET under cruise conditions of a direct drive gas turbine engine having a fan diameter in the range of 300 cm to 340 cm may be in the range of 1570 K to 1630 K.
Die TET unter Reiseflugbedingungen kann in einem einschließenden Bereich sein, der durch beliebige zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt ist (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden), zum Beispiel 1530 K bis 1600 K. 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, 2000 K, 2050 K oder 2100 K. Somit, rein als nicht einschränkendes Beispiel, kann die maximale TET eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 200 cm bis 210 cm im Bereich von 1890 K bis 1960 K sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann die maximale TET eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 210 cm bis 230 cm im Bereich von 1890 K bis 1960 K sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann die maximale TET eines Getriebegasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 340 cm bis 360 cm im Bereich von 1890 K bis 1960 K sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann die maximale TET eines Direktantriebsgasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 300 cm bis 340 cm im Bereich von 1935 K bis 1995 K sein. Rein als nicht einschränkendes Beispiel kann die maximale TET eines Direktantriebsgasturbinentriebwerks mit einem Fan-Durchmesser im Bereich von 300 cm bis 340 cm im Bereich von 1890 K bis 1950 K sein. Die maximale TET kann in einem einschließenden Bereich sein, der durch beliebige zwei 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 oder 1900 K bis 2000 K. Die maximale TET kann zum Beispiel bei einem hohen Schubzustand, zum Beispiel bei einer maximalen Abhebebedingung (MTO-Bedingung) auftreten.The TET under cruise conditions may be in an inclusive range bounded by any two of the values in the preceding sentence (i.e., the values may form upper or lower limits), for example 1530 K to 1600 K. The maximum TET in use of the engine may, for example, be at least one of (or on the order of): 1700 K, 1750 K, 1800 K, 1850 K, 1900 K, 1950 K, 2000 K, 2050 K, or 2100 K. Thus, purely as a non-limiting example, the maximum TET of a geared gas turbine engine with a fan diameter in the range of 200 cm to 210 cm may be in the range of 1890 K to 1960 K. By way of non-limiting example only, the maximum TET of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 210 cm to 230 cm may be in the range of 1890 K to 1960 K. By way of non-limiting example only, the maximum TET of a geared gas turbine engine having a fan diameter in the range of 340 cm to 360 cm may be in the range of 1890 K to 1960 K. By way of non-limiting example only, the maximum TET of a direct drive gas turbine engine having a fan diameter in the range of 300 cm to 340 cm may be in the range of 1935 K to 1995 K. By way of non-limiting example only, the maximum TET of a direct drive gas turbine engine having a fan diameter in the range of 300 cm to 340 cm may be in the range of 1890 K to 1950 K. The maximum TET may be in an inclusive range bounded by any two of the values in the previous sentence (i.e., the values may form upper or lower limits), for example in the range 1800 K to 1950 K or 1900 K to 2000 K. The maximum TET may, for example, occur at a high thrust condition, for example at a maximum lift-off (MTO) condition.
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 einem Kohlefaserverbundwerkstoff, 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.A fan blade and/or a vane portion of a fan blade as described and/or claimed herein may be made from any suitable material or combination of materials. For example, at least a portion of the fan blade and/or the vane may be made at least partially from a composite material, for example a metal matrix composite and/or an organic matrix composite, such as a carbon fiber composite. As another example, at least a portion of the fan blade and/or the vane may be made at least partially from a metal, such as a titanium-based metal or an aluminum-based material (such as an aluminum-lithium alloy) or a steel-based material. The fan blade may include at least two regions made using different materials. For example, the fan blade may have a protective leading edge that may be made using a material better able to withstand impact (e.g., from birds, ice, or other material) than the rest of the blade. Such a leading edge may, for example, be made using titanium or a titanium-based alloy. Thus, by way of example only, the fan blade may include a carbon fiber or aluminum-based body (such as an aluminum-lithium alloy) with a leading edge made of titanium.
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.A fan as described and/or claimed herein may include a central portion from which the fan blades may extend, for example in a radial direction. The fan blades may be attached to the central portion in any desired manner. For example, each fan blade may include a fastener engageable with a corresponding slot in the hub (or disc). Such a fastener may, by way of example only, be in the form of a dovetail that is insertable and/or snappable into a corresponding slot in the hub/disc to secure the fan blade to the hub/disc. As a further example, the fan blades may be formed integrally with a central portion. Such an arrangement may be referred to as a blade disc or blade ring. Any suitable method may be used to manufacture such a blade disc or blade ring. For example, at least a portion of the fan blades may be machined from a block and/or at least a portion of the fan blades may be attached to the hub/disk by welding, such as linear friction welding.
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.The gas turbine engines described and/or claimed herein may or may not be provided with a variable area nozzle (VAN). Such a variable area nozzle may enable the exit area of the bypass duct to be varied in use. The general principles of the present disclosure may be applied to engines with or without a VAN.
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. Wenn die Fan-Schaufeln einen Kohlefaserverbundwerkstoffkörper aufweisen, können 16 oder 18 Fan-Schaufeln vorhanden sein. Wenn die Fan-Schaufeln einen metallischen Körper (zum Beispiel einer Aluminium-Lithium- oder -TitanLegierung) aufweisen, können 18, 20 oder 22 Fan-Schaufeln vorhanden sein.The fan of a gas turbine as described and/or claimed herein may include any number of fan blades, for example, 14, 16, 18, 20, 22, 24, or 26 fan blades. If the fan blades include a carbon fiber composite body, there may be 16 or 18 fan blades. If the fan blades include a metallic body (for example, an aluminum-lithium or titanium alloy), there may be 18, 20, or 22 fan blades.
Wie hierin verwendet, haben die Begriffe Leerlauf, Rollen, Start, Steigflug, Reiseflug, Sinkflug, Anflug und Landung die herkömmliche Bedeutung und werden vom Fachmann leicht verstanden. Somit würde der Fachmann sofort erkennen, dass sich bei einem gegebenen Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug jeder Begriff auf eine Betriebsphase des Triebwerks innerhalb eines gegebenen Einsatzes eines Flugzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht werden soll, bezieht.As used herein, the terms idle, taxi, takeoff, climb, cruise, descent, approach and landing have the conventional meaning and are readily understood by those skilled in the art. Thus, those skilled in the art would readily recognize that for a given gas turbine engine for an aircraft, each term refers to a phase of operation of the engine within a given application of an aircraft to which the gas turbine engine is to be attached.
In dieser Hinsicht kann sich Bodenleerlauf auf eine Betriebsphase des Triebwerks beziehen, in der das Flugzeug stationär ist und mit dem Boden in Kontakt steht, wobei jedoch eine Anforderung besteht, dass das Triebwerk läuft. Während des Leerlaufs kann das Triebwerk zwischen 3 % und 9 % des verfügbaren Schubs des Triebwerks erzeugen. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann das Triebwerk zwischen 5 % und 8 % des verfügbaren Schubs erzeugen. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann das Triebwerk zwischen 6 % und 7 % des verfügbaren Schubs erzeugen. Rollen kann sich auf eine Betriebsphase des Triebwerks beziehen, in der das Flugzeug durch den vom Triebwerk erzeugten Schub entlang des Bodens angetrieben wird. Während des Rollens kann das Triebwerk zwischen 5 % und 15 % des verfügbaren Schubs erzeugen. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann das Triebwerk zwischen 6 % und 12 % des verfügbaren Schubs erzeugen. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann das Triebwerk zwischen 7 % und 10 % des verfügbaren Schubs erzeugen. Start kann sich auf eine Betriebsphase des Triebwerks beziehen, in der das Flugzeug durch den vom Triebwerk erzeugten Schub angetrieben wird. In einer anfänglichen Stufe innerhalb der Abhebephase kann das Flugzeug angetrieben werden, während das Flugzeug mit dem Boden in Kontakt steht. In einer späteren Stufe innerhalb der Abhebephase kann das Flugzeug angetrieben werden, während das Flugzeug nicht mit dem Boden in Kontakt steht. Während des Starts kann das Triebwerk zwischen 90 % und 100 % des verfügbaren Schubs erzeugen. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann das Triebwerk zwischen 95 % und 100 % des verfügbaren Schubs erzeugen. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann das Triebwerk 100 % des verfügbaren Schubs erzeugen.In this regard, ground idle may refer to a phase of engine operation in which the aircraft is stationary and in contact with the ground, but with a requirement that the engine be running. During idle, the engine may produce between 3% and 9% of the engine's available thrust. In further non-limiting examples, the engine may produce between 5% and 8% of the engine's available thrust. In further non-limiting examples, the engine may produce between 6% and 7% of the engine's available thrust. Taxiing may refer to a phase of engine operation in which the aircraft is propelled along the ground by thrust generated by the engine. During taxiing, the engine may produce between 5% and 15% of the available thrust. In further non-limiting examples, the engine may produce between 6% and 12% of the engine's available thrust. In further non-limiting examples, the engine may produce between 7% and 10% of the engine's available thrust. Takeoff may refer to a phase of engine operation in which the aircraft is propelled by thrust generated by the engine. At an initial stage within the takeoff phase, the aircraft may be propelled while the aircraft is in contact with the ground. At a later stage within the takeoff phase, the aircraft may be propelled while the aircraft is not in contact with the ground. During takeoff, the engine may produce between 90% and 100% of the available thrust. In further non-limiting examples, the engine may produce between 95% and 100% of the available thrust. In further non-limiting examples, the engine may produce 100% of the available thrust.
Steigflug kann sich auf eine Betriebsphase des Triebwerks beziehen, in der das Flugzeug durch den vom Triebwerk erzeugten Schub angetrieben wird. Während des Steigflugs kann das Triebwerk zwischen 75 % und 100 % des verfügbaren Schubs erzeugen. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann das Triebwerk zwischen 80 % und 95 % des verfügbaren Schubs erzeugen. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann das Triebwerk zwischen 85 % und 90 % des verfügbaren Schubs erzeugen. In dieser Hinsicht kann sich Steigflug auf eine Betriebsphase innerhalb eines Flugzeugflugzyklus zwischen Start und Ankunft unter Reiseflugbedingungen beziehen. Zusätzlich oder alternativ kann sich Steigflug auf einen Nennpunkt in einem Flugzeugflugzyklus zwischen Start und Landung beziehen, an dem eine relative Zunahme der Höhe erforderlich ist, was einen zusätzlichen Schubbedarf des Triebwerks erfordern kann.Climb may refer to a phase of engine operation in which the aircraft is propelled by the thrust generated by the engine. During climb, the engine may engine may produce between 75% and 100% of available thrust. In further non-limiting examples, the engine may produce between 80% and 95% of available thrust. In further non-limiting examples, the engine may produce between 85% and 90% of available thrust. In this regard, climb may refer to an operational phase within an aircraft flight cycle between takeoff and arrival at cruise conditions. Additionally or alternatively, climb may refer to a nominal point in an aircraft flight cycle between takeoff and landing at which a relative increase in altitude is required, which may require additional engine thrust demand.
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, an 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) 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.As used herein, cruise conditions have the conventional meaning and would be readily understood by one of ordinary skill in the art. Thus, one of ordinary skill in the art would readily recognize that for a given gas turbine engine for an aircraft, cruise conditions mean the operating point of the engine at mid-cruise of a given mission (what may be referred to in the industry as the "economic mission") of an aircraft to which the gas turbine engine is to be attached. In this regard, mid-cruise is the point in an aircraft flight cycle at which 50% of the total fuel burned between the peak of climb and the beginning of descent has been burned (which may be approximated by the midpoint - in time and/or distance - between the peak of climb and the beginning of descent). Cruise conditions thus define a gas turbine engine operating point which provides a thrust which would ensure steady-state operation (i.e. maintaining a constant altitude and constant Mach number) at mid-cruise of an aircraft to which it is intended to be fitted, taking into account the number of engines provided for that aircraft. For example, if an engine is designed to be fitted to an aircraft having two engines of the same type, the engine will provide, under cruise conditions, half the total thrust which would be required for steady-state operation of that aircraft at mid-cruise.
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.In other words, the cruise conditions for a given aircraft gas turbine engine are defined as the operating point of the engine which provides a specified thrust (required to provide, in combination with any other engines on the aircraft, steady-state operation of the aircraft to which it is to be attached at a given mid-cruise Mach number) under mid-cruise atmospheric conditions (defined by the International Standard Atmosphere according to ISO 2533 at cruise altitude). For any given aircraft gas turbine engine, the mid-cruise thrust, atmospheric conditions and Mach number are known and thus the operating point of the engine under cruise conditions is clearly defined.
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.For example only, forward speed under cruise conditions may be any point in the range of Mach 0.7 to 0.9, for example 0.75 to 0.85, for example 0.76 to 0.84, for example 0.77 to 0.83, for example 0.78 to 0.82, for example 0.79 to 0.81, for example on the order of Mach 0.8, on the order of Mach 0.85, or in the range of 0.8 to 0.85. Any single speed within these ranges may be part of the cruise conditions. For some aircraft, the cruise conditions may be outside these ranges, for example below Mach 0.7 or above Mach 0.9.
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.By way of example only, the cruise conditions may correspond to standard atmosphere conditions (according to the International Standard Atmosphere, ISA) at an altitude which is in the range of 10,000 m to 15,000 m, for example in the range of 10,000 m to 12,000 m, for example in the range of 10,400 m to 11,600 m (about 38,000 feet), for example in the range of 10,500 m to 11,500 m, for example in the range of 10,600 m to 11,400 m, for example in the range of 10,700 m (about 35,000 feet) to 11,300 m, for example in the range of 10,800 m to 11,200 m, for example in the range of 10,900 m to 11,100 m, for example in the order of 11,000 m. Cruise conditions may correspond to standard atmosphere conditions at any given altitude in these areas.
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.For example only, the cruise conditions may correspond to an engine operating point that provides a known required thrust level (for example, a value in the range of 30 kN to 35 kN) at a forward Mach number of 0.8 and standard atmosphere conditions (according to the International Standard Atmosphere) at an altitude of 38,000 feet (11,582 m). For another example only, the cruise conditions may correspond to an engine operating point that provides a known required thrust level (for example, a value in the range of 50 kN to 65 kN) at a forward Mach number of 0.85 and standard atmosphere conditions (according to the International Standard Atmosphere) at an altitude of 35,000 feet (10,668 m).
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.In use, a gas turbine engine as described and/or claimed herein may be operated under the cruise conditions defined elsewhere herein. Such cruise conditions may be determined by the cruise conditions (e.g., the mid-cruise conditions) of an aircraft on which at least one (e.g., 2 or 4) gas turbine engines may be mounted to provide propulsive thrust.
Des Weiteren würde der Fachmann sofort erkennen, dass sich eines oder beide von Sinkflug und Anflug auf eine Betriebsphase innerhalb eines Flugzeugflugzyklus zwischen Reiseflug und Landung des Flugzeugs beziehen. Während eines oder beiden von Sinkflug und Anflug kann das Triebwerk zwischen 20 % und 50 % des verfügbaren Schubs erzeugen. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann das Triebwerk zwischen 25 % und 40 % des verfügbaren Schubs erzeugen. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann das Triebwerk zwischen 30 % und 35 % des verfügbaren Schubs erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann sich Sinkflug auf einen Nennpunkt in einem Flugzeugflugzyklus zwischen Start und Landung beziehen, an dem eine relative Abnahme der Höhe erforderlich ist, und was einen reduzierten Schubbedarf des Triebwerks erfordern kann.Furthermore, one of ordinary skill in the art would readily recognize that either or both of descent and approach refer to a phase of operation within an aircraft flight cycle between cruise and landing of the aircraft. During either or both of descent and approach, the engine may produce between 20% and 50% of available thrust. In further non-limiting examples, the engine may produce between 25% and 40% of available thrust. In further non-limiting examples, the engine may produce between 30% and 35% of available thrust. Additionally or alternatively, descent may refer to a nominal point in an aircraft flight cycle between takeoff and landing at which a relative decrease in altitude is required, and which may require a reduced thrust requirement of the engine.
Gemäß einem Gesichtspunkt wird ein Flugzeug, umfassend ein Gasturbinentriebwerk, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, bereitgestellt. Das Flugzeug gemäß diesem Gesichtspunkt 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.According to one aspect, there is provided an aircraft comprising a gas turbine engine as described and/or claimed herein. The aircraft according to this aspect is the aircraft to which the gas turbine engine is designed to be attached. Accordingly, the cruise conditions according to this aspect correspond to the mid-range flight of the aircraft as defined elsewhere herein.
Gemäß einem Gesichtspunkt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, bereitgestellt. Der Betrieb kann unter einem beliebigen geeigneten Zustand erfolgen, der wie hierin an anderer Stelle definiert sein kann (zum Beispiel in Hinblick auf Schub, atmosphärische Bedingungen und Machzahl).According to one aspect, a method of operating a gas turbine engine as described and/or claimed herein is provided. Operation may be under any suitable condition, which may be defined elsewhere herein (e.g., in terms of thrust, atmospheric conditions, and Mach number).
Gemäß einem Gesichtspunkt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Flugzeugs, umfassend ein Gasturbinentriebwerk, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, bereitgestellt. Der Betrieb gemäß diesem Gesichtspunkt kann einen Betrieb unter einem beliebigen geeigneten Zustand, zum Beispiel bei Reiseflugmitte des Flugzeugs, wie an anderer Stelle hierin definiert, einschließen (oder ein solcher sein).According to one aspect, there is provided a method of operating an aircraft comprising a gas turbine engine as described and/or claimed herein. Operation according to this aspect may include (or be) operation under any suitable condition, for example at mid-cruise of the aircraft as defined elsewhere herein.
Der Fachmann wird verstehen, dass, außer im Falle des gegenseitigen Ausschlusses, ein Merkmal oder ein Parameter, das/der in Bezug auf einen der oben genannten Gesichtspunkte beschrieben ist, auf jeden anderen Gesichtspunkt angewendet werden kann. Außerdem kann, außer im Falle des gegenseitigen Ausschlusses, jedes hierin beschriebene Merkmal oder jeder hierin beschriebene Parameter auf einen beliebigen Gesichtspunkt angewendet werden und/oder mit irgendeinem anderen hierin beschriebenen Merkmal oder Parameter kombiniert werden.Those skilled in the art will understand that, except in the case of mutual exclusion, a feature or parameter described with respect to any of the above aspects may be applied to any other aspect. Furthermore, except in the case of mutual exclusion, any feature or parameter described herein may be applied to any aspect and/or combined with any other feature or parameter described herein.
Ausführungsformen werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, in denen:
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1 eine Querschnittsseitenansicht eines Gasturbinentriebwerks ist; -
2 eine Querschnittsseitenansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks aus der Nähe ist; -
3A eine teilweise weggeschnittene Ansicht eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk ist; -
3B eine Querschnittsseitenansicht eines Direktantriebsgasturbinentriebwerks ist, wobei das Direktantriebstriebwerk kein Getriebe wie in3A gezeigt aufweist; -
4 ein beispielhaftes Flugzeug zeigt, das zwei Gasturbinentriebwerke umfasst; -
5 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftstoffsystems ist; -
6A eine schematische Darstellung eines alternativen beispielhaften Kraftstoffsystems, das einen Rezirkulationsregelkreis umfasst, ist; -
6B eine schematische Darstellung eines weiteren alternativen beispielhaften Kraftstoffsystems, das einen Rezirkulationsregelkreis und die Verwendung von Kraftstoff für Hilfssysteme umfasst, ist; -
6C eine schematische Darstellung eines weiteren alternativen beispielhaften Kraftstoffsystems ist, das dem in6b gezeigten ähnlich ist, in welchem jedoch Kraftstoff, der durch den sekundären Wärmetauscher hindurchtritt, optional nach Verwendung in einem oder mehreren Hilfssystemen an die Brennkammer zurückgeführt wird; -
7 eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines beispielhaften Rezirkulationsölsystems ist; -
8 eine schematische Darstellung eines Abschnitts des beispielhaften Kraftstoffsystems von5 und des beispielhaften Rezirkulationsölsystems von7 ist; -
9 eine schematische Darstellung eines Abschnitts des beispielhaften Kraftstoffsystems von6C und des beispielhaften Rezirkulationsölsystems von7 ist; -
10 ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks veranschaulicht; -
11 ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks veranschaulicht; -
12 ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks veranschaulicht; und -
13 ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks veranschaulicht.
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1 is a cross-sectional side view of a gas turbine engine; -
2 is a close up cross-sectional side view of an upstream section of a gas turbine engine; -
3A is a partially cutaway view of a gearbox for a gas turbine engine; -
3B is a cross-sectional side view of a direct drive gas turbine engine, wherein the direct drive engine does not have a gearbox as in3A shown; -
4 shows an exemplary aircraft incorporating two gas turbine engines; -
5 is a schematic representation of an example fuel system; -
6A is a schematic representation of an alternative example fuel system including a recirculation control loop; -
6B is a schematic representation of another alternative exemplary fuel system including a recirculation control loop and use of fuel for auxiliary systems; -
6C is a schematic representation of another alternative exemplary fuel system similar to that shown in6b shown, but in which fuel passing through the secondary heat exchanger is optionally returned to the combustion chamber after use in one or more auxiliary systems; -
7 is a schematic representation of a portion of an exemplary recirculation oil system; -
8th a schematic representation of a portion of the exemplary fuel system of5 and the exemplary recirculation oil system of7 is; -
9 a schematic representation of a portion of the exemplary fuel system from6C and the exemplary recirculation oil system of7 is; -
10 illustrates an exemplary method for operating a gas turbine engine; -
11 illustrates another exemplary method for operating a gas turbine engine; -
12 illustrates another exemplary method for operating a gas turbine engine; and -
13 illustrates another exemplary method for operating a gas turbine engine.
Im Gebrauch wird der Kernluftstrom A beschleunigt und 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 F gemischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die Verbrennungsausrüstung 16 kann als Brennkammer 16 bezeichnet werden, wobei die Begriffe „Verbrennungsausrüstung 16“ und „Brennkammer 16“ hierin austauschbar verwendet werden. 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 wirkt im Allgemeinen so, dass er den Bypass-Luftstrom B, der durch den Bypass-Kanal 22 strömt, mit erhöhtem Druck beaufschlagt, sodass der Bypass-Luftstrom B durch die Bypass-Auslassdüse 18 ausgestoßen wird, um im Allgemeinen den Großteil des Vortriebsschubs bereitzustellen. Das Umlaufrädergetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.In use, the core air stream A is accelerated and compressed by the
Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebefan-Gasturbinentriebwerk 10 ist in
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. nicht einschließlich der Getriebeabgangswelle, 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.It should be noted that the terms "low pressure turbine" and "low pressure compressor" as used herein mean the lowest pressure turbine stages and the lowest pressure compressor stages, respectively (i.e., not including the fan 23) and/or the turbine and compressor stages connected by the lowest
Das Umlaufgetriebe 30 ist beispielhaft in größerem Detail in
Das beispielhaft in
Es versteht sich, dass die in
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.Accordingly, the present disclosure extends to a gas turbine engine having any arrangement of gear types (e.g., star or planetary gears), support structures, input and output shaft arrangement, and bearing locations.
Optional kann das Getriebe zusätzliche und/oder alternative Komponenten antreiben (z. B. den Zwischendruckverdichter und/oder einen Booster-Verdichter).Optionally, the gearbox can drive additional and/or alternative components (e.g. the intermediate pressure compressor and/or a booster compressor).
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
Als weiteres Beispiel können andere Gasturbinentriebwerke, auf die die vorliegende Offenbarung angewendet werden kann, kein Getriebe für die Hauptwelle(n) aufweisen, stattdessen Direktantriebstriebwerke sein. Eine Querschnittsansicht eines solchen Triebwerks ist in
Unter Bezugnahme auf
Im Gebrauch wird Luft, die in den Einlass 12 eintritt, durch den Fan 23 beschleunigt, um zwei Luftströme zu erzeugen: einen Kernluftstrom A und einen Bypass-Luftstrom B. Der Kernluftstrom A strömt in den Zwischendruckverdichter 14, und der Bypass-Luftstrom B verläuft durch einen Bypass-Kanal 22, um einen Antriebsschub bereitzustellen. Der Zwischendruckverdichter 14 komprimiert den Luftstrom A, bevor er die Luft an den Hochdruckverdichter 15 abgibt, wo eine weitere Verdichtung stattfindet.In use, air entering the
Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgelassene verdichtete Luft wird in die Verbrennungsausrüstung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff F gemischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die Verbrennungsausrüstung 16 kann als Brennkammer 16 bezeichnet werden, wobei die Begriffe „Verbrennungsausrüstung 16“ und „Brennkammer 16“ hierin austauschbar verwendet werden. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte dehnen sich dann durch die Hochdruck-, Zwischendruck- und Niederdruckturbinen 17, 19a, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie durch die Düse 20 ausgelassen werden, um einen zusätzlichen Antriebsschub bereitzustellen. Die Hochdruckturbine 17, die Zwischendruckturbine 19a und die Niederdruckturbine 19 treiben jeweils den Hochdruckverdichter 15, den Zwischendruckverdichter 14 und den Fan 23 jeweils durch eine geeignete Verbindungswelle an.The compressed air discharged from the
Andere Gasturbinentriebwerke, auf welche die vorliegende Offenbarung angewendet werden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Als Beispiel können solche Triebwerke eine alternative Anzahl von Verbindungswellen (z. B. zwei) und/oder eine alternative Anzahl von Verdichtern und/oder Turbinen aufweisen. Ferner kann das Triebwerk ein Getriebe umfassen, das im Antriebsstrang von einer Turbine zu einem Verdichter und/oder einem Fan bereitgestellt ist.Other gas turbine engines to which the present disclosure may be applied may have alternative configurations. As an example, such engines may have an alternative number of connecting shafts (e.g., two) and/or an alternative number of compressors and/or turbines. Further, the engine may include a transmission provided in the drive train from a turbine to a compressor and/or a fan.
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.For example, while the example described refers to a turbofan engine, the disclosure may be applied to any type of gas turbine engine, such as an open rotor (where the fan stage is not surrounded by a nacelle) or a turboprop engine. In some arrangements, the
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
Der Kraftstoff F, der der Verbrennungsausrüstung 16 bereitgestellt wird, kann einen Kohlenwasserstoffkraftstoff auf fossiler Basis, wie Kerosin, umfassen. Somit kann der Kraftstoff F Moleküle aus einer oder mehreren der chemischen Familien von n-Alkanen, Isoalkanen, Cycloalkanen und Aromaten umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der Kraftstoff F erneuerbare Kohlenwasserstoffe umfassen, die aus biologischen oder nicht biologischen Ressourcen erzeugt werden, auch bekannt als nachhaltiger Flugzeugkraftstoff (SAF). In jedem der bereitgestellten Beispiele kann der Kraftstoff F ein oder mehrere Spurenelemente einschließen, einschließlich zum Beispiel Schwefel, Stickstoff, Sauerstoff, Anorganika und Metalle.The fuel F provided to the
Die Funktionsleistung einer gegebenen Zusammensetzung oder einer Mischung von Kraftstoff zur Verwendung in einem gegebenen Einsatz kann mindestens teilweise durch die Fähigkeit des Kraftstoffs, den Brayton-Zyklus des Gasturbinentriebwerks 10 zu bedienen, definiert werden. Parameter, die die Funktionsleistung definieren, können zum Beispiel spezifische Energie; Energiedichte; thermische Stabilität; und Emissionen, einschließlich Feinstaub, einschließen. Eine relativ höhere spezifische Energie (d. h. Energie pro Masseeinheit), ausgedrückt als MJ/kg, kann das Startgewicht mindestens teilweise reduzieren, wodurch potenziell eine relative Verbesserung der Kraftstoffeffizienz bereitgestellt wird. Eine relativ höhere Energiedichte (d. h. Energie pro Volumeneinheit), ausgedrückt als MJ/l, kann das Startkraftstoffvolumen mindestens teilweise reduzieren, was für volumenbegrenzte Einsätze oder militärische Einsätze mit einer Betankung besonders wichtig sein kann. Eine relativ höhere thermische Stabilität (d. h. Hemmung einer Verschlechterung oder Verkokung des Kraftstoffs unter thermischer Belastung) kann es dem Kraftstoff ermöglichen, erhöhte Temperaturen im Triebwerk und in den Kraftstoffeinspritzventilen beizubehalten, wodurch potenziell relative Verbesserungen des Verbrennungswirkungsgrads bereitgestellt werden. Reduzierte Emissionen, einschließlich Feinstaubs, können eine reduzierte Kondensstreifenbildung ermöglichen, während die Umweltbelastung eines gegebenen Einsatzes reduziert wird. Andere Eigenschaften des Kraftstoffs können für die Funktionsleistung ebenfalls zentral sein. Zum Beispiel kann ein relativ niedrigerer Gefrierpunkt (°C) Ferneinsätze ermöglichen, um Flugprofile zu optimieren; können minimale aromatische Konzentrationen (%) eine ausreichende Quellung bestimmter Materialien sicherstellen, die bei der Konstruktion von O-Ringen und Dichtungen verwendet werden, die zuvor Kraftstoffen mit hohen aromatischen Inhaltsstoffen ausgesetzt wurden; und kann eine maximale Oberflächenspannung (mN/m) eine ausreichende Sprühverteilung und Zerstäubung des Kraftstoffs sicherstellen.The functional performance of a given composition or blend of fuel for use in a given mission may be defined, at least in part, by the ability of the fuel to serve the Brayton cycle of the
Das Verhältnis der Anzahl von Wasserstoffatomen zur Anzahl von Kohlenstoffatomen in einem Molekül kann die spezifische Energie einer gegebenen Zusammensetzung oder Mischung von Kraftstoff beeinflussen. Kraftstoffe mit höheren Verhältnissen von Wasserstoffatomen zu Kohlenstoffatomen können in Abwesenheit einer Bindungsspannung höhere spezifische Energien aufweisen. Zum Beispiel können Kohlenwasserstoffkraftstoffe auf fossiler Basis Moleküle mit etwa 7 bis 18 Kohlenstoffen umfassen, wobei ein signifikanter Abschnitt einer gegebenen Zusammensetzung aus Molekülen mit 9 bis 15 Kohlenstoffen mit einem Durchschnitt von 12 Kohlenstoffen stammt.The ratio of the number of hydrogen atoms to the number of carbon atoms in a molecule can affect the specific energy of a given composition or mixture of fuel. Fuels with higher ratios of hydrogen atoms to carbon atoms can have higher specific energies in the absence of bond strain. For example, fossil-based hydrocarbon fuels may comprise molecules of about 7 to 18 carbons, with a significant portion of a given composition derived from molecules of 9 to 15 carbons, with an average of 12 carbons.
Eine Reihe von nachhaltigen Flugzeugkraftstoffmischungen wurde zur Verwendung zugelassen. Zum Beispiel umfassen einige zugelassene Mischungen Mischverhältnisse von bis zu 10 % nachhaltigem Flugzeugkraftstoff, während andere zugelassene Mischungen Mischverhältnisse zwischen 10 % und 50 % nachhaltigem Flugzeugkraftstoff umfassen (wobei der Rest einen oder mehrere Kohlenwasserstoffkraftstoffe auf fossiler Basis, wie Kerosin, umfasst), wobei die Zulassung weiterer Zusammensetzungen aussteht. Es wird jedoch in der Luftfahrtindustrie erwartet, dass nachhaltige Flugzeugkraftstoffmischungen, die bis zu (und einschließlich) 100 % nachhaltigen Flugzeugkraftstoff (SAF) umfassen, schließlich zur Verwendung zugelassen werden.A range of sustainable aviation fuel blends have been approved for use. For example, some approved blends include blend ratios of up to 10% sustainable aviation fuel, while other approved blends include blend ratios of between 10% and 50% sustainable aviation fuel (with the remainder being one or more fossil-based hydrocarbon fuels, such as kerosene, ), with additional compositions pending approval. However, it is expected within the aviation industry that sustainable aviation fuel blends comprising up to (and including) 100% sustainable aviation fuel (SAF) will eventually be approved for use.
Nachhaltige Flugzeugkraftstoffe können eines oder mehrere von n-Alkanen, Isoalkanen, Cycloalkanen und Aromaten umfassen und können zum Beispiel aus einem oder mehreren von Synthesegas (Syngas); Lipiden (z. B. Fetten, Ölen und Schmierfetten); Zuckern; und Alkoholen hergestellt werden. Somit können nachhaltige Flugzeugkraftstoffe eines oder beide von einem niedrigeren Aromat- und Schwefelgehalt relativ zu Kohlenwasserstoffkraftstoffen auf fossiler Basis umfassen. Zusätzlich oder alternativ können nachhaltige Flugzeugkraftstoffe eines oder beide von einem höheren Isoalkan- und Cycloalkangehalt relativ zu Kohlenwasserstoffkraftstoffen auf fossiler Basis umfassen. Somit können in einigen Beispielen nachhaltige Flugzeugkraftstoffe eines oder beide von einer Dichte von zwischen 90 % und 98 % von der von Kerosin und einem Brennwert von zwischen 101 % und 105 % von dem von Kerosin umfassen.Sustainable aviation fuels may include one or more of n-alkanes, isoalkanes, cycloalkanes, and aromatics, and may be made from, for example, one or more of synthesis gas (syngas); lipids (e.g., fats, oils, and greases); sugars; and alcohols. Thus, sustainable aviation fuels may include one or both of a lower aromatic and sulfur content relative to fossil-based hydrocarbon fuels. Additionally or alternatively, sustainable aviation fuels may include one or both of a higher isoalkane and cycloalkane content relative to fossil-based hydrocarbon fuels. Thus, in some examples, sustainable aviation fuels may include one or both of a density of between 90% and 98% of that of kerosene and a calorific value of between 101% and 105% of that of kerosene.
Mindestens teilweise aufgrund der Molekülstruktur nachhaltiger Flugzeugkraftstoffe können nachhaltige Flugzeugkraftstoffe Vorteile bereitstellen, einschließlich zum Beispiel eines oder mehrerer von einer höheren spezifischen Energie (trotz, in einigen Beispielen, einer niedrigeren Energiedichte); einer höheren spezifischen Wärmekapazität; einer höheren thermischen Stabilität; einer höheren Schmierfähigkeit; einer niedrigeren Viskosität; einer niedrigeren Oberflächenspannung; einem niedrigeren Gefrierpunkt; niedrigeren Rußemissionen; und niedrigeren CO2-Emissionen relativ zu Kohlenwasserstoffkraftstoffen auf fossiler Basis (z. B., wenn sie in der Verbrennungsausrüstung 16 verbrannt werden). Dementsprechend können nachhaltige Flugzeugkraftstoffe relativ zu Kohlenwasserstoffkraftstoffen auf fossiler Basis, wie Kerosin, zu einem oder beiden von einer relativen Abnahme des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und einer relativen Abnahme der Wartungskosten führen.Due at least in part to the molecular structure of sustainable aircraft fuels, sustainable aircraft fuels may provide benefits including, for example, one or more of higher specific energy (despite, in some examples, lower energy density); higher specific heat capacity; higher thermal stability; higher lubricity; lower viscosity; lower surface tension; lower freezing point; lower soot emissions; and lower CO2 emissions relative to fossil-based hydrocarbon fuels (e.g., when burned in combustion equipment 16). Accordingly, sustainable aircraft fuels may result in one or both of a relative decrease in specific fuel consumption and a relative decrease in maintenance costs relative to fossil-based hydrocarbon fuels such as kerosene.
Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung bedeutet der Begriff „Kraftstoffquelle“ entweder 1) einen einzigen Kraftstofftank oder 2) eine Vielzahl von Kraftstofftanks, die fluidisch miteinander verbunden sind.For the purposes of this application, the term “fuel source” means either 1) a single fuel tank or 2) a plurality of fuel tanks fluidly connected to one another.
In den vorliegenden Beispielen umfasst die erste (und, in diesen Beispielen, einzige) Kraftstoffquelle einen zentralen Kraftstofftank 50, der hauptsächlich in dem Rumpf des Flugzeugs 1 angeordnet ist, und eine Vielzahl von Tragflächen-Kraftstofftanks 53a, 53b, wobei sich mindestens ein Tragflächen-Kraftstofftank in der Backbord-Tragfläche befindet und sich mindestens ein Tragflächen-Kraftstofftank in der Steuerbord-Tragfläche befindet, um ein Gleichgewicht herzustellen. Alle Tanks 50, 53 sind im gezeigten Beispiel fluidisch miteinander verbunden, wodurch eine einzige Kraftstoffquelle gebildet wird. Jeder von dem zentralen Kraftstofftank 50 und den Tragflächen-Kraftstofftanks 53 kann eine Vielzahl von fluidisch miteinander verbundenen Kraftstofftanks umfassen. Es versteht sich, dass diese Tankanordnung nur beispielhaft bereitgestellt wird und den Umfang dieser Offenbarung nicht beschränkt.In the present examples, the first (and, in these examples, only) fuel source comprises a
In alternativen Beispielen können die Tragflächen-Kraftstofftanks 53a, 53b fluidisch miteinander verbunden sein, aber nicht mit dem zentralen Kraftstofftank 50, sodass zwei separate Kraftstoffquellen vorhanden sind, die jeweils verwendet werden können, um einen anderen Kraftstoff zu enthalten. In anderen Beispielen können drei oder mehr fluidisch voneinander isolierte Kraftstoffquellen bereitgestellt sein. Ein Kraftstoffmanagementsystem, wie nachstehend beschrieben, kann Kraftstoff aus einer oder mehreren der Kraftstoffquellen 50, 53 aufnehmen, um das Triebwerk 10 zu versorgen.In alternative examples, the
Ein beispielhaftes Kraftstoffsystem 1000, das einen Kraftstoffströmungsweg von dem Kraftstofftank 50 zu der Brennkammer 16 des Gasturbinentriebwerks 10 des Flugzeugs 1 umfasst, ist schematisch in
Kraftstoff wird durch eine Niederdruck-Kraftstoffzufuhrpumpe 1002 aus dem Kraftstofftank 50 (beispielhaft aus den verschiedenen Kraftstofftanks 50, 53 ausgewählt) zu dem Gasturbinentriebwerk 10 gepumpt. Der Kraftstoff strömt dann durch einen primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004, bevor er durch eine Triebwerk-Kraftstoffpumpe 1003 strömt. Die Triebwerk-Kraftstoffpumpe 1003 kann als Haupt-Kraftstoffpumpe beschrieben werden. Mindestens ein Teil des Kraftstoffs strömt dann durch einen sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 und mindestens ein Teil des Kraftstoffs fließt zu der Brennkammer 16, ohne durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 zu strömen.Fuel is pumped by a low pressure
In dem in
Der primäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 kann als Haupt-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher beschrieben werden. Der sekundäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 kann als Servo-Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher beschrieben werden. Das Kraftstoffmanagementsystem 1500 ist so angeordnet, dass der Kraftstoff den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 vor dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 erreicht. In diesem Beispiel ist ein Bypass-Rohr 1005 bereitgestellt, um zu ermöglichen, dass eine kontrollierte Menge an Kraftstoff durch dieses Rohr 1005 anstatt durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 hindurchtritt. Ein solches Bypass-Rohr 1005 kann in verschiedenen Implementierungen für einen der Wärmetauscher 1004, 1006 oder für beide bereitgestellt sein. Ein oder mehrere äquivalente Bypass-Rohre können in verschiedenen Implementierungen für Öl bereitgestellt sein, sodass eine kontrollierte Menge des Öls durch dieses Rohr anstatt durch den jeweiligen Wärmetauscher 1004, 1006 hindurchtritt.The primary fuel-
Der primäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 und der sekundäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 sind derart konfiguriert, dass auch ein Ölstrom dort hindurch befördert wird. Der primäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 und der sekundäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 sind so konfiguriert, dass Wärme zwischen dem durch sie hindurchströmenden Öl und Kraftstoff übertragen werden kann. Unter Reiseflugbedingungen ist die Durchschnittstemperatur des in den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 bzw. den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 eintretenden Ölstroms höher als die Durchschnittstemperatur des in den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 bzw. den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 eintretenden Kraftstoffs. Auf diese Weise sind der primäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 und der sekundäre Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 konfiguriert, um Wärmeenergie von einem Ölstrom auf einen Kraftstoffstrom, der bei Reiseflugbedingungen durch sie hindurch strömt, zu übertragen.The primary fuel-
In verschiedenen Anordnungen des Kraftstoffmanagementsystems 1500 strömt das Öl durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006, bevor es durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 strömt, und strömt nicht durch Triebwerkskomponenten, die seine Temperatur dazwischen erhöhen würden. Das Öl ist daher bei Eintritt in den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 heißer als bei Eintritt in den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004. Der Kraftstoff strömt hingegen durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004, bevor er durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 strömt. In dieser Anordnung ist die Temperatur des aus dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 austretenden Kraftstoffs höher als die Temperatur des aus dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 austretenden Kraftstoffs. Die Triebwerk-Kraftstoffpumpe 1003 ist stromaufwärts des sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 1006 platziert, was bedeutet, dass sie diesen weiter erhöhten Kraftstofftemperaturen nicht ausgesetzt ist.In various configurations of the
Das Öl kann durch einen Luft-Öl-Wärmetauscher (nicht gezeigt) sowie durch den primären und den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004, 1006 strömen, wenn ein weiterer Wärmeverlust aus dem Öl über den durch den Kraftstoff aufzunehmenden gewünscht ist. Zum Beispiel kann das Öl durch den Luft-Öl-Wärmetauscher hindurchtreten, nachdem es durch den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 hindurchgetreten ist und bevor es in den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 eintritt. Der Luft-Öl-Wärmetauscher kann die einzige Komponente sein (von Rohren abgesehen), durch die das Öl zwischen dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 und dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 hindurchtritt. In anderen Beispielen kann kein Luft-Öl-Wärmetauscher bereitgestellt sein, oder ein bereitgestellter Luft-Öl-Wärmetauscher kann anderswo angeordnet sein. Das Öl kann nach dem Verlassen des primären Wärmetauschers 1004 zu den Lagern und/oder anderen Triebwerkskomponenten zurückgeführt werden, zu deren Schmierung und/oder Kühlung es verwendet wird. Das Öl kann nach dem Verlassen des primären Wärmetauschers 1004 oder optional nach dem Verlassen der Lager und/oder anderer Triebwerkskomponenten, zu deren Schmierung und/oder Kühlung es verwendet wird, an einen Öltank 2002, wie nachstehend beschrieben, zurückgeführt werden, bevor es dann an den sekundären Wärmetauscher 1006 zurückgeführt wird.The oil may flow through an air-to-oil heat exchanger (not shown) as well as through the primary and secondary fuel-to-
Das Kraftstoffsystem 6000 von
In dem veranschaulichten Beispiel befindet sich das Rezirkulationsventil 6010 stromabwärts des Einlasses 1006a des sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 1006, aber stromaufwärts seines Auslasses 1006b. Es ist vorgesehen, dass sich das Rezirkulationsventil 6010 in anderen Beispielen stromaufwärts des Einlasses 1006a des sekundären Wärmetauschers 1006 befinden könnte (z. B. wie nachstehend in Bezug auf
Das Rezirkulationsventil 6010 ist angeordnet, um zu ermöglichen, dass eine kontrollierte Menge an Kraftstoff, die durch den primären Wärmetauscher 1004 hindurchgetreten ist, aber nicht durch den sekundären Wärmetauscher 1006 hindurchgetreten ist, an den Einlass 1004a des primären Wärmetauschers 1004 zurückgeführt wird. Dies stellt einen Mechanismus zum Steuern des Kraftstoffstroms des Kraftstoffsystems 6000 bereit, wobei Kraftstoff, der durch den primären Wärmetauscher 1004 (und optional auch die Pumpe 1003) hindurchgetreten ist, an eine Position auf dem Strömungsweg vor dem primären Wärmetauscher 1004 (und optional auch vor der Pumpe 1003) zurückgeführt wird.The
Das Steuern des Kraftstoffstroms in dem Kraftstoffsystem 6000 kann bewirken, dass gewünschte Eigenschaften des Kraftstoffs (wie Temperatur und Strömungsrate) bei Eintritt in die Brennkammer 16 bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Kraftstoffströmungsrate an die Brennkammer 16 ohne Änderung der Drehzahl der Pumpe 1003 eingestellt werden, wenn sich das Rezirkulationsventil 6010 hinter der Pumpe 1003 befindet und der rezirkulierte Anteil variiert wird - dies kann in Implementierungen besonders nützlich sein, in denen die Pumpendrehzahl direkt mit der Wellendrehzahl des Triebwerks gekoppelt ist, wodurch eine Variation der Strömungsrate zu der Brennkammer 16 bei einer gegebenen Pumpendrehzahl ermöglicht wird. In Implementierungen, in denen Kraftstoff, der durch den sekundären Wärmetauscher 1006 strömt, nicht an die Brennkammer 16 zurückgeführt wird, kann das Ändern eines Anteils an Kraftstoff, der an diesen Wärmetauscher 1006 befördert wird, auch verwendet werden, um die Kraftstoffströmungsrate in die Brennkammer 16 zu steuern.Controlling the flow of fuel in the
Ein Rohr 6011, das als Rezirkulationsrohr bezeichnet werden kann, da es Kraftstoff von einem Punkt entlang des Hauptströmungswegs durch das Triebwerk 10 zu einem früheren Punkt entlang dieses Strömungswegs transportiert, sodass der rezirkulierte Kraftstoff mehr als einmal durch einen Abschnitt des Strömungswegs hindurchtreten muss, kann daher bereitgestellt werden, das von dem Rezirkulationsventil 6010 zu einem Punkt auf dem Strömungsweg stromaufwärts des Einlasses zu dem primären Wärmetauscher 1004 führt. In dem veranschaulichten Beispiel führt das Rezirkulationsrohr 6011 den rezirkulierten Kraftstoff an einen Punkt auf dem Strömungsweg stromaufwärts sowohl der Hauptpumpe 1003 als auch des primären Wärmetauschers 1004 zurück, sodass der rezirkulierte Kraftstoff zweimal durch beide Komponenten hindurchtritt.A
In den verschiedenen vorstehend beschriebenen Beispielen umfasst das Flugzeug 1 ein Rezirkulationsölsystem 2000, das angeordnet ist, um einer Vielzahl von Komponenten Öl zum Schmieren und/oder zum Abführen von Wärme zuzuführen. Das Rezirkulationsölsystem umfasst ein Ölsystem mit geschlossenem Regelkreis und kann in einigen Implementierungen aus einem einzigen geschlossenen Regelkreis bestehen. Ein Beispiel für ein Ölsystem mit geschlossenem Regelkreis 2000 wird schematisch in
Das Ölsystem mit geschlossenem Regelkreis 2000 umfasst einen Öltank 2002, der geeignet ist, ein Volumen an Öl aufzunehmen. In einigen Implementierungen werden Gase durch einen Entlüfter aus Öl innerhalb des Öltanks 2002 entfernt.The closed
Eine Förderpumpe 2004 ist konfiguriert, um Öl aus dem Öltank 2002 in den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 zu pumpen. Die Durchschnittstemperatur des in den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 eintretenden Öls ist unter Reiseflugbedingungen höher als die Durchschnittstemperatur des Kraftstoffs, der in den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 eintritt. In dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 wird Wärmeenergie von dem Ölstrom auf den Kraftstoffstrom übertragen. Auf diese Weise ist die Durchschnittstemperatur des den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 verlassenden Ölstroms niedriger als die Durchschnittstemperatur des Ölstroms, der in den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 eintritt. Ebenso ist auf diese Weise die Durchschnittstemperatur des den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 verlassenden Kraftstoffs höher als die Durchschnittstemperatur des Kraftstoffs, der in den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 eintritt.A
Aus dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 strömt das Öl dann zu dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004. In einigen Implementierungen kann das Öl durch einen Luft-Öl-Wärmetauscher (nicht gezeigt) zwischen dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 und dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 strömen.From the secondary fuel-
In dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 wird Wärmeenergie von dem Ölstrom auf den Kraftstoffstrom übertragen. Auf diese Weise ist die Durchschnittstemperatur des den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 verlassenden Ölstroms niedriger als die Durchschnittstemperatur des Ölstroms, der in den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 eintritt. Ebenso ist auf diese Weise die Durchschnittstemperatur des den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 verlassenden Kraftstoffs höher als die Durchschnittstemperatur des Kraftstoffs, der in den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 eintritt.In the primary fuel-
Aus dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 wird der Ölstrom dann durch die Triebwerkskomponenten 2006, die das Öl kühlen und/oder schmieren soll, gefördert. Das Öl wirkt als Schmiermittel und als Kühlmittel innerhalb der Triebwerkskomponenten 2006 und nimmt während des Prozesses Wärme aus den Triebwerkskomponenten 2006 auf. Die Triebwerkskomponenten 2006 können eine oder mehrere Lagerkammern umfassen.From the primary fuel-
Aus den Triebwerkskomponenten 2006 sammelt sich das Öl in dem Sumpf 2008. Eine Rückförderpumpe 2010 ist konfiguriert, um Öl aus dem Sumpf 2008 zurück in den Öltank 2002 zu pumpen.Oil from the
Es versteht sich, dass in Implementierungen, wie der in
Die Erfinder haben erkannt, dass die Verwendung von Kraftstoffen, die sich von den herkömmlichen Düsenkraftstoffen auf Kerosinbasis unterscheiden, wie nachhaltige Flugzeugkraftstoffe, zu unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften führen kann und dass der Triebwerksbetrieb für diese unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften optimiert werden kann. Kraftstoffe mit einem höheren Brennwert, wie beansprucht, können auch eine größere thermische Stabilität aufweisen, wodurch der Kraftstoff mehr Wärme aufnehmen kann, wodurch eine verbesserte Ölkühlung und/oder verbesserte Verbrennungseigenschaften in der Brennkammer bereitgestellt werden. Die Rezirkulation des Kraftstoffs durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 kann es dem Kraftstoff ermöglichen, mehr Wärme von dem Öl aufzunehmen, wodurch die Kraftstofftemperatur erhöht, und die Ölkühlung verbessert wird.The inventors have recognized that the use of fuels other than traditional kerosene-based jet fuels, such as sustainable aviation fuels, can result in different fuel properties and that engine operation can be optimized for these different fuel properties. Fuels with a higher calorific value, as claimed, may also have greater thermal stability, allowing the fuel to absorb more heat, thereby providing improved oil cooling and/or improved combustion characteristics in the combustion chamber. Recirculation of the fuel through the primary fuel-
Ein Rezirkulationsventil 6010 kann sich stromabwärts der Kraftstoffpumpe 1003 befinden und kann daher eine verbesserte Flexibilität des Kraftstoffstroms bereitstellen. A
Daher kann eine geringere Strömungsrate von Kraftstoff zu der Brennkammer 16 für einen Kraftstoff mit höherem Brennwert ohne Änderung der Pumpendrehzahl bereitgestellt werden, indem stattdessen die Menge der Rezirkulation erhöht wird.Therefore, a lower flow rate of fuel to the
- Schritt 10100: Erhalten/Auswählen eines Kraftstoffs, der
dem Gasturbinentriebwerk 10 bereitgestellt werden soll, wobei der Brennwert des Kraftstoffs mindestens 43,5 MJ/kg und optional zwischen 43,5 und 44 MJ/kg beträgt.
- Step 10100: Obtaining/selecting a fuel to be provided to the
gas turbine engine 10, wherein the calorific value of the fuel is at least 43.5 MJ/kg and optionally between 43.5 and 44 MJ/kg.
Das Erhalten des Kraftstoffs kann das Auswählen eines einzigen Kraftstoffs umfassen. Das Erhalten des Kraftstoffs kann alternativ das Auswählen eines Kraftstoffgemischs umfassen.Obtaining the fuel may include selecting a single fuel. Alternatively, obtaining the fuel may include selecting a fuel mixture.
Der ausgewählte Kraftstoff kann der einzige Kraftstoff an Bord des Flugzeugs 1 sein. Somit kann die Auswahl des Kraftstoffs während der Betankung des Flugzeugs durchgeführt werden. Alternativ kann der ausgewählte Kraftstoff einer von mehreren Kraftstoffen an Bord des Flugzeugs 1 oder ein Gemisch aus mehreren Kraftstoffen an Bord des Flugzeugs sein. Somit kann die Auswahl des Kraftstoffs während des Flugs durchgeführt werden. Der Auswahlprozess kann automatisiert sein. Zum Beispiel kann eine bordeigene Steuerung konfiguriert sein, um Kraftstoff(e) auszuwählen und/oder zu mischen, die in einem oder mehreren Treibstofftanks 50, 53 gelagert sind, um einen Kraftstoff mit dem gewünschten Brennwert bereitzustellen. Die Steuerung kann die Brennwerte und Tankpositionen für die Kraftstoffe an Bord speichern und das Verhältnis der Kraftstoffmischung (welche kein Mischen von Kraftstoffen einschließen kann) berechnen, um einen Kraftstoff mit dem gewünschten Brennwert bereitzustellen.
- Schritt 10200: Bereitstellen des Kraftstoffs an
die Brennkammer 16über das Kraftstoffmanagementsystem 6500.
- Step 10200: Providing fuel to the
combustion chamber 16 via thefuel management system 6500.
Wie in Bezug auf
Optional kann das Verfahren ferner umfassen:
- Schritt 10300: Aktives Steuern einer Menge an Kraftstoff, die
den primären Wärmetauscher 1004 verlässt, um zu einem Einlass 1004a des primären Wärmetauschers 1004 rezirkuliert zu werden, anstatt zu dem sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 oder direkt zu der Brennkammer 16 zu strömen, unter Verwendung eines Rezirkulationsventils 6010. Diese Rezirkulation kann auch Kraftstoff, der bereits durch die Triebwerk-Kraftstoffpumpe 1003 hindurchgeströmt ist, zu einer Position stromaufwärts der Triebwerk-Kraftstoffpumpe 1003 zurückführen.
- Step 10300: Actively control an amount of fuel exiting the
primary heat exchanger 1004 to be recirculated to aninlet 1004a of theprimary heat exchanger 1004 rather than flowing to the secondary fuel-oil heat exchanger 1006 or directly to thecombustion chamber 16 using arecirculation valve 6010. This recirculation may also return fuel that has already passed through theengine fuel pump 1003 to a location upstream of theengine fuel pump 1003.
Diese aktive Steuerung kann basierend auf einem oder mehreren Parametern erfolgen, wie:
- • Bedarf an Kernwellendrehzahl und Triebwerksschub;
- • Aktuelle Kraftstofftemperatur und/oder Öltemperatur;
- • Kraftstoffbrennwert;
- • Fan-Drehzahl;
- • Kraftstoffströmungsrate an die Brennkammer (allgemein als WFE bezeichnet - Weight of Main Engine Fuel Flow, Gewicht des Haupttriebwerkskraftstoffstroms); und
- • Drehzahl oder Drehzahloptionen der Haupt-/Triebwerk-Kraftstoffpumpe.
- • Core shaft speed and engine thrust requirements;
- • Current fuel temperature and/or oil temperature;
- • Fuel calorific value;
- • Fan speed;
- • Fuel flow rate to the combustion chamber (commonly referred to as WFE - Weight of Main Engine Fuel Flow); and
- • Main/engine fuel pump speed or speed options.
Daher kann für Kraftstoffe mit einem höheren Brennwert zum Beispiel ein höherer Prozentanteil des Kraftstoffs, der die Pumpe verlässt, an den Pumpeneinlass zurückgeleitet werdenTherefore, for fuels with a higher calorific value, for example, a higher percentage of the fuel leaving the pump can be returned to the pump inlet
In alternativen Beispielen kann die Steuerung der Kraftstoffmenge, die den primären Wärmetauscher 1004 zur Rezirkulation verlässt, kein aktiver Verfahrensschritt sein - stattdessen kann ein eingestellter, fester Anteil des Kraftstoffs rezirkuliert werden. Zum Beispiel können 70 %, 75 %, 80 %, 85 % oder 90 % des Kraftstoffs unter Reiseflugbedingungen rezirkuliert werden. Der rezirkulierte Anteil kann für eine neuere Pumpe für einen gegebenen Kraftstoff und ein gegebenes Triebwerk höher sein. Der rezirkulierte Anteil kann für einen Kraftstoff mit höherem Brennwert für einen gegebenen Pumpenzustand und ein gegebenes Triebwerk höher sein.In alternative examples, controlling the amount of fuel leaving the
Insbesondere für Triebwerksarchitekturen, bei denen die Kraftstoffpumpendrehzahl direkt mit der Wellendrehzahl gekoppelt ist (z. B. bei denen ein Verhältnis Wellendrehzahl zu Pumpendrehzahl fest ist oder bei denen nur bestimmte Wellendrehzahl-zu-Pumpendrehzahl-Verhältnisse möglich sind, zumindest unter Reiseflugbedingungen), wird möglicherweise Kraftstoff verschwendet, wenn der Triebwerksbetrieb nicht eingestellt wird. Wenn mehr von dem Kraftstoff rezirkuliert wird, kann dies daher ermöglichen, dass eine geringere Kraftstoffrate die Brennkammer erreicht, während eine Kraftstoffströmungsrate durch die Pumpe 1003 konstant gehalten wird.Particularly for engine architectures where fuel pump speed is directly coupled to shaft speed (e.g., where a shaft speed to pump speed ratio is fixed or where only certain shaft speed to pump speed ratios are possible, at least under cruise conditions), fuel may be wasted if engine operation is not ceased. Therefore, recirculating more of the fuel may allow a lower fuel rate to reach the combustion chamber while maintaining a constant fuel flow rate through
Die Anordnung des vorstehenden Kraftstoffmanagementsystems 6500 mit Rezirkulation des auftretenden Kraftstoffs kann daher eine verbesserte Flexibilität des Kraftstoffstroms bereitstellen. Ein oder mehrere zusätzliche oder alternative steuerbare Ventile, Pumpen und/oder Sensoren können in verschiedenen Implementierungen bereitgestellt sein, um die Steuerung des Kraftstoffstroms zu ermöglichen.The arrangement of the above
Die Erfinder haben auch erkannt, dass die Verwendung von Kraftstoffen, die sich von den herkömmlichen Düsenkraftstoffen auf Kerosinbasis unterscheiden, wie nachhaltige Flugzeugkraftstoffe, zu unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften führen kann und dass Parameter unter Reiseflugbedingungen angepasst werden können, um die unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften zu nutzen. Insbesondere können einige Kraftstoffe in den Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern 1004, 1006 auf höhere Temperaturen erhitzt werden als herkömmliche Kraftstoffe. Dies kann die Kühlung des Öls, bevor es in den Rest des Turbinentriebwerks zurückgeführt wird, verbessern und/oder kann die Verbrennungseffizienz des Kraftstoffs verbessern. Das Verwenden des Kraftstoffs, um mehr Wärme aus dem Öl abzuführen, anstatt auf die Wärmeübertragung von dem Öl auf die Umgebung/Luft (z. B. in einem Öl-Luft-Wärmetauscher) zurückzugreifen, stellt ein wärmeeffizienteres Turbinentriebwerk bereit. Zusätzlich kann die verbesserte Kühlung des Öls wiederum die Kühlwirkung des Öls auf die Komponenten des Triebwerks, durch das es strömt, verbessern.The inventors also recognized that using fuels other than traditional kerosene-based jet fuels, such as sustainable aviation fuels, can result in different fuel properties and that parameters can be adjusted under cruise conditions to take advantage of the different fuel properties. In particular, some fuels can be heated to higher temperatures in the fuel-
- Schritt 11100: Bereitstellen eines Kraftstoffs an
die Brennkammer 16 des Gasturbinentriebwerks 10über das Kraftstoffmanagementsystem 1500.
- Step 11100: Providing fuel to the
combustion chamber 16 of thegas turbine engine 10 via thefuel management system 1500.
Wie in Bezug auf
- Schritt 11200: Steuern des Kraftstoffmanagementsystems 1500 derart, dass die Kraftstofftemperatur auf mindestens 135 °C bei Eintritt in
die Brennkammer 16 unter Reiseflugbedingungen erhöht wird.
- Step 11200: Controlling the
fuel management system 1500 to increase the fuel temperature to at least 135 °C upon entering thecombustion chamber 16 under cruise conditions.
Das Steuern 11200 des Kraftstoffmanagementsystems 1500 kann das Steuern des Kraftstoffstroms durch die Wärmetauscher umfassen - zum Beispiel Rezirkulieren eines variablen Anteils des Kraftstoffs durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 und/oder Ermöglichen, dass ein variabler Anteil des Kraftstoffs den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 umgeht. Während
Das Steuern 11200 des Kraftstoffmanagementsystems 1500 kann das Steuern des Kraftstoffstroms durch die Wärmetauscher umfassen - wobei zum Beispiel ermöglicht wird, dass ein variabler Anteil des Kraftstoffs den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 oder den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1006 umgeht. Ein oder mehrere steuerbare Ventile oder Pumpen und optional ein oder mehrere Sensoren können entsprechend bereitgestellt sein, um die Steuerung des Kraftstoffstroms zu ermöglichen.Controlling 11200 the
Zusätzlich oder alternativ kann der Ölstrom, wie für den Kraftstoffstrom, unter Verwendung eines oder mehrerer Bypass-Rohre, soweit vorhanden, gesteuert werden, wodurch ermöglicht wird, dass Öl einen oder mehrere Wärmetauscher 1004, 1006 umgehen kann, anstatt dort hindurchzuströmen. Öl kann auch in einigen Implementierungen rezirkuliert werden, und/oder die Ölströmungsrate kann durch Steuern einer oder mehrerer Ölpumpen eingestellt werden. Ein oder mehrere steuerbare Ventile und/oder Pumpen und optional ein oder mehrere Sensoren können entsprechend bereitgestellt sein, um die Steuerung des Ölstroms zu ermöglichen.Additionally or alternatively, as for fuel flow, oil flow may be controlled using one or more bypass pipes, if present, allowing oil to bypass one or
Das Wärmetauschsystem kann eine Steuerung umfassen, die angeordnet ist, um diese Steuerung (des Kraftstoffstroms und/oder Ölstroms) zu implementieren. Die Steuerung kann Eingaben von einem oder mehreren Temperatursensoren empfangen und kann basierend auf den empfangenen Daten ein oder mehrere Ventile (z. B. Rezirkulationsventil 6010) und/oder die Pumpe 1003 steuern. Eine oder mehrere Ölzufuhrpumpen und/oder -rückförderpumpen können ebenfalls durch die Steuerung gesteuert werden.The heat exchange system may include a controller arranged to implement this control (of fuel flow and/or oil flow). The controller may receive inputs from one or more temperature sensors and may control one or more valves (e.g., recirculation valve 6010) and/or pump 1003 based on the received data. One or more oil supply pumps and/or return pumps may also be controlled by the controller.
Der Kraftstoffstrom kann unter Verwendung eines Rezirkulationsventils 6010, wie vorstehend beschrieben, gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Kraftstoffstrom gesteuert werden, indem ein oder mehrere Bypass-Rohre 1005 (wie in
Das Erwärmen des Kraftstoffs auf höhere Temperaturen, als zuvor verwendet, kann die Kühlung des Öls, bevor es in den Rest des Turbinentriebwerks zurückgeführt wird, verbessern und/oder kann die Verbrennungseffizienz des Kraftstoffs verbessern. Die Positionierung des sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauschers 1006 nach der Triebwerk-Kraftstoffpumpe 1003 kann das Erhalten höherer Kraftstofftemperaturen ohne eine Beeinträchtigung der Langlebigkeit der Kraftstoffpumpe ermöglichen.Heating the fuel to higher temperatures than previously used may improve cooling of the oil before it is returned to the rest of the turbine engine and/or may improve combustion efficiency of the fuel. Positioning the secondary fuel-
Das Verfahren von
Die Erfinder haben erkannt, dass, insbesondere bei Verwendung von Kraftstoffen, die sich von den herkömmlichen Düsenkraftstoffen auf Kerosinbasis unterscheiden, wie nachhaltige Flugzeugkraftstoffe, Kraftstoffeigenschaften unter Reiseflugbedingungen durch sorgfältiges Triebwerksmanagement gesteuert werden können, um die Leistung zu verbessern. In diesem Fall kann eine niedrigere Viskosität erhalten werden, was die Verbrennungseffizienz beeinflussen kann, insbesondere in Bezug auf die Kraftstoffdüsensprühleistung innerhalb der Brennkammer 16. Die Kraftstoffdüsensprühleistung wirkt sich auf die Brenneffizienz des Kraftstoffs aus. Eine niedrigere Viskosität des Kraftstoffs unter Reiseflugbedingungen kann einem effizienteren Triebwerk dienlich sein. Die Kraftstoffströmung kann optimiert werden, um die Effizienz des Turbinentriebwerks zu verbessern, wozu die niedrigere Viskosität des Kraftstoffs beitragen kann.The inventors have recognized that, particularly when using fuels other than traditional kerosene-based jet fuels, such as sustainable aviation fuels, fuel properties under cruise conditions can be controlled through careful engine management to improve performance. In this case, a lower viscosity can be obtained, which can affect combustion efficiency, particularly with respect to fuel nozzle spray performance within the
- Schritt 12100: Bereitstellen eines Kraftstoffs an
die Brennkammer 16 des Gasturbinentriebwerks 10über das Kraftstoffmanagementsystem 1500.
- Step 12100: Providing fuel to the
combustion chamber 16 of thegas turbine engine 10 via thefuel management system 1500.
Wie in Bezug auf
- Schritt 12200: Steuern des Kraftstoffmanagementsystems 1500 derart, dass die Kraftstoffviskosität auf weniger als 0,58 mm2/s bei Eintritt in
die Brennkammer 16 unter Reiseflugbedingungen angepasst wird.
- Step 12200: Control the
fuel management system 1500 to adjust the fuel viscosity to less than 0.58 mm2/s entering thecombustion chamber 16 under cruise conditions.
Durch ein sorgfältiges Triebwerksmanagement im Hinblick auf die Erreichung einer niedrigeren Viskosität von Kraftstoff bei Eintritt in die Brennkammer 16 kann die Verbrennungseffizienz verbessert werden, insbesondere in Bezug auf die Kraftstoffdüsensprühleistung innerhalb der Brennkammer. Kraftstoffstrom, Ölstrom und/oder eine oder mehrere andere Wärmeaustauscheigenschaften können eingestellt werden, um diesen Viskositätsunterschied bereitzustellen.By carefully managing the engine to achieve a lower viscosity of fuel entering the
Das Steuern 12200 des Kraftstoffmanagementsystems 1500 kann daher das Steuern des Kraftstoffstroms und/oder des Ölstroms durch die Wärmetauscher, wie vorstehend beschrieben, umfassen - zum Beispiel Rezirkulieren eines variablen Anteils des Kraftstoffs durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 und/oder Ermöglichen, dass ein variabler Anteil des Kraftstoffs oder Öls den primären und/oder sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004, 1006, wie vorstehend in Bezug auf
Zum Beispiel kann der Kraftstoffstrom unter Verwendung des Rezirkulationsventils 6010, ähnlich wie bei dem Kraftstoffmanagementsystem 6000, und/oder durch Einstellen des Anteils an Kraftstoff, der über den sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 oder über ein Bypass-Rohr 1005 befördert wird, gesteuert werden.For example, fuel flow may be controlled using
Das Verfahren von
Die Erfinder haben erkannt, dass die Verwendung von Kraftstoffen, die sich von den herkömmlichen Düsenkraftstoffen auf Kerosinbasis unterscheiden, wie nachhaltige Flugzeugkraftstoffe, zu unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften führen kann und dass Parameter unter Reiseflugbedingungen angepasst werden können, um die unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften zu nutzen. Zum Beispiel können einige Kraftstoffe eine höhere thermische Stabilität und/oder eine höhere Wärmekapazität aufweisen, sodass eine erhöhte Wärmeübertragung auf den Kraftstoff und/oder eine höhere Betriebstemperatur ermöglicht wird. Insbesondere kann in einigen Implementierungen in den Kraftstoff-Öl-Wärmetauschern 1004, 1006 eine größere Wärmemenge von dem Öl auf den Kraftstoff übertragen werden. Dies kann die Kühlung des Öls vor dem Zurückführen in den Rest des Turbinentriebwerks verbessern. Dies verbessert wiederum die Kühlwirkung des Öls auf die Komponenten des Triebwerks, durch das es strömt. Eine erhöhte Kraftstofftemperatur kann auch die Verbrennungseffizienz in der Brennkammer 16 verbessern.The inventors have recognized that the use of fuels other than traditional kerosene-based jet fuels, such as sustainable aviation fuels, may result in different fuel properties and that parameters may be adjusted under cruise conditions to take advantage of the different fuel properties. For example, some fuels may have higher thermal stability and/or higher heat capacity, allowing for increased heat transfer to the fuel and/or higher operating temperature. In particular, in some implementations, a greater amount of heat may be transferred from the oil to the fuel in the fuel-
- Schritt 13100: Bereitstellen eines Kraftstoffs an
die Brennkammer 16 des Gasturbinentriebwerks 10über das Kraftstoffmanagementsystem 1500.
- Step 13100: Providing fuel to the
combustion chamber 16 of thegas turbine engine 10 via thefuel management system 1500.
Wie in Bezug auf
Schritt 13200: Steuern des Kraftstoffmanagementsystems 1500 derart, dass in dem primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher unter Reiseflugbedingungen 200 bis 600 kJ/m3 an Wärme von dem Öl auf den Kraftstoff übertragen werden (wobei die Wärmeübertragung pro Volumeneinheit Kraftstoff, der die Brennkammer 16 erreicht, gemessen wird).Step 13200: Control the
Die Kraftstoffpumpe 1003 befindet sich zwischen den zwei Wärmetauschern 1004, 1006 entlang des Kraftstoffweges - d. h. stromabwärts des primären Wärmetauschers, aber stromaufwärts des sekundären Wärmetauschers.The
Das Steuern 13200 des Kraftstoffmanagementsystems 1500 kann daher das Steuern des Kraftstoffstroms und/oder des Ölstroms durch die Wärmetauscher umfassen - zum Beispiel Rezirkulieren eines variablen Anteils des Kraftstoffs durch den primären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004 und/oder Ermöglichen, dass ein variabler Anteil des Kraftstoffs oder Öls den primären und/oder sekundären Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 1004, 1006, wie vorstehend in Bezug auf
Zum Beispiel kann ein Kraftstoffdosierventil (Fuel Metering Valve, FMV) 6014, wie in
Durch Einstellen von Wärmetauschparametern unter Reiseflugbedingungen kann eine effizientere Triebwerksleistung bereitgestellt werden.By adjusting heat exchange parameters under cruise conditions, more efficient engine performance can be provided.
Das Verfahren von
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.It is to be understood that the invention is not limited to the embodiments described above and that various modifications and improvements may be made without departing from the concepts described herein. Except in the case of mutual exclusion, each of the features may be used separately or in combination with any other features, and the disclosure extends to and includes all combinations and sub-combinations of one or more features described herein.
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