JP2019023068A - 航空機用推進システム - Google Patents
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Abstract
Description
[実施態様1]
航空機(10)のためのハイブリッド電気推進システム(50)であって、
推進器(104)と、
高圧スプール(122)を介して高圧圧縮機(112)に駆動連結された高圧タービン(116)を含むターボ機械(102)と、
第1の電気機械(56A)と、第2の電気機械(56B)と、前記第1および第2の電気機械(56A,56B)に電気的に接続可能な電気エネルギー蓄積ユニット(55)と、を含む電気システムであって、前記第1の電気機械(56A)は、前記ターボ機械(102)の前記高圧スプール(122)に連結され、前記第2の電気機械(56B)は、前記航空機(10)に推進力の利益を提供するために前記推進器(104)を駆動するために前記推進器(104)に連結されている、電気システムと、
前記第1の電気機械(56A)を駆動して前記ターボ機械(102)を始動させる、または始動するのを補助するために、電源からの電力を前記第1の電気機械(56A)に供給するように構成されたコントローラ(72、150)と
を含むハイブリッド電気推進システム(50)。
[実施態様2]
前記ターボ機械(102)は、第1のターボファンエンジン(100A)の一部として構成され、前記推進器(104)は、第2のターボファンエンジン(100B)の一部として構成される、実施態様1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
[実施態様3]
前記ターボ機械(102)は、ターボファンエンジン(100)の一部として構成され、前記推進器(104)は、電気推進器アセンブリ(200)の一部として構成される、実施態様1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
[実施態様4]
前記高圧タービン(116)および前記高圧圧縮機(112)は、コア空気流路(121)を少なくとも部分的に画定し、前記第1の電気機械(56A)は、前記コア空気流路(121)の内側に配置される、実施態様1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
[実施態様5]
前記電源は、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)であり、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)は、前記第1の電気機械(56A)と前記第2の電気機械(56B)の両方と選択的に電気的に連通する、実施態様1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
[実施態様6]
前記コントローラ(72、150)は、前記ターボ機械(102)の動作中に前記第1の電気機械(56A)から電力を抽出するようにさらに構成され、前記エネルギー蓄積ユニット(55)は、少なくとも約50キロワット時の電力を蓄積するように構成され、前記第1の電気機械(56A)は、前記ターボ機械(102)の動作中に少なくとも約50キロワットを生成するように構成される、実施態様1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
[実施態様7]
前記エネルギー蓄積ユニット(55)は、少なくとも約65キロワット時の電力を蓄積するように構成される、実施態様1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
[実施態様8]
航空機(10)のハイブリッド電気推進システム(50)のターボ機械(102)を始動させるための方法(300)であって、前記ハイブリッド電気推進システム(50)は、推進器(104)、ターボ機械(102)、および電気システムを含み、前記電気システムは、前記ターボ機械(102)の高圧システムに連結された第1の電気機械(56A)と、前記推進器(104)に連結された第2の電気機械(56B)と、電気エネルギー蓄積ユニット(55)と、を含み、前記方法(300)は、
1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、エンジン始動コマンドを受信するステップ(302)と、
前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記第1の電気機械(56A)を駆動し、前記ターボ機械(102)の高圧システムを少なくとも最小しきい値速度まで回転させるために、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップ(306)と、
前記ターボ機械(102)の前記高圧システムが少なくとも前記最小しきい値速度で回転すると、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記ターボ機械(102)の燃焼部(114)の燃焼器の点火を開始するステップ(310)と、
前記推進器(104)を駆動して前記航空機(10)に推進力の利益を提供するために、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第2の電気機械(56B)に電力を供給するステップ(316)と
を含む方法(300)。
[実施態様9]
前記最小しきい値速度は、前記ターボ機械(102)のアイドル速度の約55%以内である、実施態様8に記載の方法(300)。
[実施態様10]
前記エンジン始動コマンドは、エンジン再始動コマンドである、実施態様8に記載の方法(300)。
[実施態様11]
前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップは、前記第1の電気機械(56A)が、前記ターボ機械(102)を通る周囲空気流との組み合わせだけで前記ターボ機械(102)の前記高圧システムを回転させるように、1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップ(314)を含む、実施態様10に記載の方法(300)。
[実施態様12]
前記エネルギー蓄積ユニット(55)は、少なくとも約50キロワット時の電力を蓄積するように構成される、実施態様8に記載の方法(300)。
[実施態様13]
航空機(10)のハイブリッド電気推進システム(50)のターボ機械(102)を始動させるための方法(300)であって、前記ハイブリッド電気推進システム(50)は、推進器(104)、ターボ機械(102)、および電気システムを含み、前記電気システムは、前記ターボ機械(102)の高圧システムに連結された第1の電気機械(56A)と、前記推進器(104)に連結された第2の電気機械(56B)と、電気エネルギー蓄積ユニット(55)と、を含み、前記方法(300)は、
1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、エンジン始動コマンドを受信するステップ(302)と、
前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、エンジン始動パラメータ値を示すデータを受信するステップ(318)と、
前記エンジン始動パラメータ値を示す前記受信データに応答して、前記第1の電気機械(56A)を駆動して前記ターボ機械(102)の前記高圧システムを回転させるために、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップ(320)と、
前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記ターボ機械(102)の燃焼部(114)の燃焼器の点火を開始するステップ(308)と
を含む方法(300)。
[実施態様14]
前記エンジン始動パラメータ値は、コア速度加速値、コア速度値、排気ガス温度値、またはストールマージン値のうちの少なくとも1つである、実施態様13に記載の方法(300)。
[実施態様15]
前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップは、前記エンジン始動パラメータ値を示す前記受信データに応答して、前記第1の電気機械(56A)を駆動して前記ターボ機械(102)の前記高圧システムを回転させるために、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に供給される電力量を変更するステップ(322)を含む、実施態様13に記載の方法(300)。
[実施態様16]
前記エンジン始動パラメータ値は、コア速度加速値であり、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記エンジン始動パラメータ値を示すデータを受信するステップは、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記コア速度加速値が始動のための所望のコア速度加速しきい値よりも低いと判定するステップ(324)を含み、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップは、前記コア速度加速値が始動のための前記所望のコア速度加速しきい値よりも低いと判定したことに応答して、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップ(326)を含む、実施態様13に記載の方法(300)。
[実施態様17]
前記エンジン始動パラメータ値は、排気ガス温度値であり、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記エンジン始動パラメータ値を示すデータを受信するステップは、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記排気ガス温度値が始動のための所望の排気ガス温度しきい値よりも高いと判定するステップ(328)を含み、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップは、前記排気ガス温度値が始動のための前記所望の排気ガス温度しきい値よりも高いと判定したことに応答して、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップ(330)を含む、実施態様13に記載の方法(300)。
[実施態様18]
前記エンジン始動パラメータ値は、ストールマージン値であり、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記エンジン始動パラメータ値を示すデータを受信するステップは、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記ストールマージン値が始動のための所望のストールマージン範囲外であると判定するステップ(332)を含み、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップは、前記ストールマージンが始動のための前記所望のストールマージン範囲外であると判定したことに応答して、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップ(334)を含む、実施態様13に記載の方法(300)。
[実施態様19]
前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップは、前記ターボ機械(102)の前記高圧システムが前記第1の電気機械(56A)によって実質的に完全に回転されるように、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップ(336)を含む、実施態様13に記載の方法(300)。
[実施態様20]
前記推進器(104)を駆動して前記航空機(10)に推進力の利益を提供するために、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第2の電気機械(56B)に電力を供給するステップ
をさらに含む、実施態様13に記載の方法(300)。
12 胴体
14 長手方向中心線
16 前端部
18 後端部
19 尾翼
20 第1の/左側翼部、翼部
22 第2の/右側翼部、翼部
24 第1の側
26 第2の側
28 前縁フラップ
30 後縁フラップ
32 垂直スタビライザ
34 水平スタビライザ
36 エレベータフラップ
38 外面/外板
50 ハイブリッド電気推進システム、ハイブリッド電機推進アセンブリ
52 第1の推進器アセンブリ
54 第2の推進器アセンブリ
55 電気エネルギー蓄積ユニット、エネルギー蓄積ユニット、電気エネルギー蓄積装置
56 電気機械、発電機
56A 電気機械、発電機
56B 電気機械、発電機
58 電力バス
60 電線
72 コントローラ
100 ターボファンエンジン、ターボファン
100A 第1のターボファンエンジン
100B 第2のターボファンエンジン
101 長手方向中心線、長手方向中心軸
102 ターボ機械
102A 第1のターボ機械
102B 第2のターボ機械
104 推進器/ファン
104A 第1の推進器
104B 第2の推進器
106 外側ケーシング
108 環状入口
110 低圧(LP)圧縮機/ブースタ、低圧圧縮機、LP圧縮機
112 高圧(HP)圧縮機/ブースタ、高圧圧縮機、HP圧縮機
114 燃焼部
116 第1の/高圧(HP)タービン、高圧タービン、HPタービン
118 第2の/低圧(LP)タービン、低圧タービン、LPタービン
120 ジェット排気ノズル部
121 コア空気流路
122 高圧(HP)シャフト/スプール、高圧シャフト、HPシャフト
124 低圧(LP)シャフト/スプール、低圧シャフト、LPシャフト
128 ファンブレード
130 ディスク
132 作動部材
134 動力ギヤボックス、ギヤボックス
136 回転可能なフロントハブ
138 ファンケーシング/外側ナセル、ナセル
140 出口ガイドベーン
142 下流側部分
144 バイパス空気流路
150 コントローラ
200 電気推進器アセンブリ
202 長手方向中心線、長手方向中心線軸、中心線軸
204 推進器/ファン
206 電動モータ、電気機械
208 ファンブレード
210 ファンシャフト
211 ピッチ変更機構
212 ファンケーシング/外側ナセル
214 コア
216 ストラット/出口ガイドベーン
218 ベアリング
300 方法、システム
302 方法ステップ
304 方法ステップ
306 方法ステップ
308 方法ステップ
310 方法ステップ
312 方法ステップ
314 方法ステップ
316 方法ステップ
318 方法ステップ
320 方法ステップ
322 方法ステップ
324 方法ステップ
326 方法ステップ
328 方法ステップ
330 方法ステップ
332 方法ステップ
334 方法ステップ
336 方法ステップ
500 コンピューティングシステム、システム
510 コンピューティングデバイス
510A プロセッサ
510B メモリデバイス
510C コンピュータ可読命令、命令
510D データ
510E ネットワークインターフェース
Claims (12)
- 航空機(10)のためのハイブリッド電気推進システム(50)であって、
推進器(104)と、
高圧スプール(122)を介して高圧圧縮機(112)に駆動連結された高圧タービン(116)を含むターボ機械(102)と、
第1の電気機械(56A)と、第2の電気機械(56B)と、前記第1および第2の電気機械(56A,56B)に電気的に接続可能な電気エネルギー蓄積ユニット(55)と、を含む電気システムであって、前記第1の電気機械(56A)は、前記ターボ機械(102)の前記高圧スプール(122)に連結され、前記第2の電気機械(56B)は、前記航空機(10)に推進力の利益を提供するために前記推進器(104)を駆動するために前記推進器(104)に連結されている、電気システムと、
前記第1の電気機械(56A)を駆動して前記ターボ機械(102)を始動させる、または始動するのを補助するために、電源からの電力を前記第1の電気機械(56A)に供給するように構成されたコントローラ(72、150)と
を含むハイブリッド電気推進システム(50)。 - 前記ターボ機械(102)は、第1のターボファンエンジン(100A)の一部として構成され、前記推進器(104)は、第2のターボファンエンジン(100B)の一部として構成される、請求項1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
- 前記ターボ機械(102)は、ターボファンエンジン(100)の一部として構成され、前記推進器(104)は、電気推進器アセンブリ(200)の一部として構成される、請求項1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
- 前記高圧タービン(116)および前記高圧圧縮機(112)は、コア空気流路(121)を少なくとも部分的に画定し、前記第1の電気機械(56A)は、前記コア空気流路(121)の内側に配置される、請求項1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
- 前記電源は、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)であり、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)は、前記第1の電気機械(56A)と前記第2の電気機械(56B)の両方と選択的に電気的に連通する、請求項1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
- 前記コントローラ(72、150)は、前記ターボ機械(102)の動作中に前記第1の電気機械(56A)から電力を抽出するようにさらに構成され、前記エネルギー蓄積ユニット(55)は、少なくとも約50キロワット時の電力を蓄積するように構成され、前記第1の電気機械(56A)は、前記ターボ機械(102)の動作中に少なくとも約50キロワットを生成するように構成される、請求項1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
- 前記エネルギー蓄積ユニット(55)は、少なくとも約65キロワット時の電力を蓄積するように構成される、請求項1に記載のハイブリッド電気推進システム(50)。
- 航空機(10)のハイブリッド電気推進システム(50)のターボ機械(102)を始動させるための方法(300)であって、前記ハイブリッド電気推進システム(50)は、推進器(104)、ターボ機械(102)、および電気システムを含み、前記電気システムは、前記ターボ機械(102)の高圧システムに連結された第1の電気機械(56A)と、前記推進器(104)に連結された第2の電気機械(56B)と、電気エネルギー蓄積ユニット(55)と、を含み、前記方法(300)は、
1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、エンジン始動コマンドを受信するステップ(302)と、
前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記第1の電気機械(56A)を駆動し、前記ターボ機械(102)の高圧システムを少なくとも最小しきい値速度まで回転させるために、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップ(306)と、
前記ターボ機械(102)の前記高圧システムが少なくとも前記最小しきい値速度で回転すると、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記ターボ機械(102)の燃焼部(114)の燃焼器の点火を開始するステップ(310)と、
前記推進器(104)を駆動して前記航空機(10)に推進力の利益を提供するために、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第2の電気機械(56B)に電力を供給するステップ(316)と
を含む方法(300)。 - 前記最小しきい値速度は、前記ターボ機械(102)のアイドル速度の約55%以内である、請求項8に記載の方法(300)。
- 前記エンジン始動コマンドは、エンジン再始動コマンドである、請求項8に記載の方法(300)。
- 前記1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップは、前記第1の電気機械(56A)が、前記ターボ機械(102)を通る周囲空気流との組み合わせだけで前記ターボ機械(102)の前記高圧システムを回転させるように、1つまたは複数のコンピューティングデバイス(510)によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット(55)から前記第1の電気機械(56A)に電力を供給するステップ(314)を含む、請求項10に記載の方法(300)。
- 前記エネルギー蓄積ユニット(55)は、少なくとも約50キロワット時の電力を蓄積するように構成される、請求項8に記載の方法(300)。
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