JP2019526734A

JP2019526734A - 熱交換器を追加した２ホイールのターボ機械を使用して環境制御システムを予冷却するための改良された方法および航空機

Info

Publication number: JP2019526734A
Application number: JP2019510444A
Authority: JP
Inventors: サウトロン，ドミニク・パトリック
Original assignee: ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2019-09-19
Also published as: EP3504414A2; US20180057170A1; CN109642499A; WO2018038876A2; WO2018038876A3; CA3033981A1

Abstract

ガスタービンエンジンを使用して抽気を航空機の環境制御システムに供給するための方法および航空機は、環境制御システムの抽気要求を決定するステップと、低圧および高圧抽気を環境制御システムに選択的に供給するステップとを含み、選択的に供給するステップは、調整された空気流が決定された抽気要求を満足するように制御される。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器を追加した２ホイールのターボ機械を使用して環境制御システムを予冷却するための改良された方法および航空機に関する。

現代の航空機は、航空機の他のシステムに使用するために航空機のエンジンから高温空気を取り出す抽気システムを有している。航空機の他のシステムには、空調、加圧、および除氷などの環境制御システム（ＥＣＳ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ）が含まれる。ＥＣＳは、抽気システムから受け取る抽気の圧力または温度に関する制限を含み得る。現在では、航空機エンジン抽気システムは、予冷却熱交換器を利用して、他の航空機システムによって要求される、または利用されるように、エンジンからの高温空気を耐えることができる温度に予め調整する。予冷却熱交換器は廃棄熱を生成し、それは、通常、利用されずに航空機から排出される。

本開示の１つの実施形態では、ガスタービンエンジンを使用して抽気を環境制御システムに供給する方法は、環境制御システムの抽気要求を決定するステップと、ガスタービンの圧縮機からの低圧抽気および高圧抽気をターボエアサイクルマシンのタービンセクションおよび圧縮機セクションに選択的に供給し、タービンセクションは、冷却された空気流を放出し、圧縮機セクションは、圧縮された空気流を放出するステップと、圧縮された空気流を選択的に冷却するステップと、タービンセクションから放出された冷却された空気流と、圧縮機セクションから放出された圧縮された空気流とを合流させて調整された空気流を形成するステップとを含み、調整された空気流が、決定された抽気要求を満足するように、選択的に供給するステップおよび選択的に冷却するステップは制御される。

本開示の別の態様では、航空機は、抽気入口を有する環境制御システムと、低圧抽気供給源および高圧抽気供給源を有するガスタービンエンジンと、回転結合されたタービンセクションと圧縮機セクションとを有するターボエアサイクルマシンと、低圧抽気供給源および高圧抽気供給源をタービンセクションおよび圧縮機セクションに流体結合する上流ターボエジェクタと、タービンセクションおよび圧縮機セクションからの流体出力を合流させて、環境制御システムの抽気入口に供給される共通の流れにする下流ターボエジェクタと、圧縮機セクションと下流ターボエジェクタとの間で流体結合された高温側を有する熱交換器とを含む。

本開示のさらに別の態様では、航空機の環境制御システムに空気を供給する方法は、大気、またはガスタービンエンジンの圧縮機からの低圧抽気および高圧抽気をターボエアサイクルマシンに選択的に供給して、環境制御システムの作動要求にしたがって大気および抽気を予調整するステップを含む。

本明細書で説明する様々な態様による、抽気システムを有する航空機の斜視図である。図１の航空機に利用することができる例示的な航空機ガスタービンエンジンの一部分の概略断面図である。本明細書で説明する様々な態様による、図１の航空機に利用することができるガスタービンエンジン抽気システムの概略図である。本明細書で説明する様々な態様による、図１の航空機に利用することができるガスタービンエンジン抽気システムの概略図である。本明細書で説明する様々な態様による、抽気を環境制御システムに供給する方法を示す例示的なフロー図である。

図１は、抽気システム２０を含むことができる航空機１０を示している本開示の実施形態を示し、明確にするためにその一部分のみが示されている。図示のように、航空機１０は、ガスタービンエンジン１２などの複数のエンジンと、胴体１４と、胴体１４に配置された操縦室１６と、胴体１４から外向きに延在する翼組立体１８とを含むことができる。航空機はまた、環境制御システム（ＥＣＳ）４８を含むことができる。ＥＣＳ４８は、例示する目的のためだけに、航空機１０の胴体１４の一部分に概略的に示されている。ＥＣＳ４８は、抽気システム２０と流体結合して、ガスタービンエンジン１２からの抽気の供給を受け入れている。

抽気システム２０は、ガスタービンエンジン１２から受け取った高温、高圧、低温、低圧の空気、またはそれらの組合せを航空機１０の環境制御のために航空機１０内で使用することができるように、ガスタービンエンジン１２に接続することができる。より詳細には、エンジンは、ガスタービンエンジン１２の長さまたは作動段に沿って配置された抽気口２４のセットを含むことができ、その結果、対応する抽気口２４のセットとしてガスタービンエンジン１２から抽気を受け取る、取り込む、または取り去ることができる。このようにして、抽気システム２０の所望の作動、または抽気要求に基づいて、限定するものではないが、抽気質量流量（例えば、１分間当たりのポンド）、抽気温度、または抽気圧力を含む様々な抽気特性を選択することができる。さらに、航空機１０の環境制御のために、大気を航空機１０内に使用することができると考えられる。本明細書で使用するとき、航空機１０の環境制御、すなわち航空機１０のＥＣＳ４８は、航空機の一部分の防氷または除氷、客室または胴体の加圧、客室または胴体の冷暖房などのためのサブシステムを含むことができる。ＥＣＳ４８の運転は、航空機１０の乗客数、航空機１０の飛行フェーズ、またはＥＣＳ４８の作動サブシステムのうちの少なくとも１つの関数とすることができる。航空機１０の飛行フェーズの例は、限定するものではないが、地上アイドル、地上走行、離陸、上昇、巡航、降下、保持、および着陸を含むことができる。ＥＣＳによる抽気システム２０への要求は、例えば、サブシステムは航空機１０の状態に基づいて必要とされるので動的となり得る。

民間航空機１０が示されているが、本発明の実施形態はいかなるタイプの航空機１０にも使用することができると考えられる。さらに、翼組立体１８には２つのガスタービンエンジン１２が示されているが、翼組立体１８には単一のガスタービンエンジン１２を含む任意の数のガスタービンエンジン１２を含むことができ、胴体１４に搭載された単一のガスタービンエンジンでさえ含むことができることは理解されるであろう。

図２は、航空機１０のガスタービンエンジン１２の断面を示す。ガスタービンエンジン１２は、直列関係でファン２２と、圧縮機セクション２６と、燃焼セクション２５と、タービンセクション２７と、排気セクション２９とを含むことができる。圧縮機セクション２６は、直列関係で、多段低圧圧縮機３０と多段高圧圧縮機機３２とを含むことができる。

ガスタービンエンジン１２はまた、低圧圧縮機３０から低圧抽気を引く、抜く、または受け取るように配置された低圧抽気口３４と、高圧圧縮機３２から高圧抽気を引く、抜く、または受け取るように配置された高圧抽気口３６とを含むように示されている。抽気口３４、３６はまた、様々なセンサ２８と結合されて示されており、これらのセンサ２８は、対応する出力信号を提供する。非限定的な例として、センサ２８は、それぞれの温度センサ、それぞれの流量センサ、またはそれぞれの圧力センサを含むことができる。低圧抽気口３４は１つだけが示されているが、低圧圧縮機３０は、圧縮機３０の複数の段に配置された低圧抽気口３４のセットを含んで、限定するものではないが、抽気質量流量、抽気温度、または抽気圧力を含む様々な抽気特性を引く、抜く、または受け取ることができる。同様に、高圧抽気口３６は１つだけが示されているが、高圧圧縮機３２は、高圧抽気口３６のセットを含んで、限定するものではないが、抽気質量流量、抽気温度、または抽気圧力を含む様々な抽気特性を引く、抜く、または受け取ることができる。本開示の非限定的な実施形態は、補助動力装置（ＡＰＵ：ａｕｘｉｌｉａｒｙｐｏｗｅｒｕｎｉｔ）または地上カート装置（ＧＣＵ：ｇｒｏｕｎｄｃａｒｔｕｎｉｔ）が、増圧および温度調整された空気流を、エンジン抽気口３４、３６に加えて、またはその代わりに供給することができるように、低圧または高圧抽気口３４、３６のうちの少なくとも１つが、ＡＰＵまたはＧＣＵからの抽気口を含むことができる構成をさらに含むことができる。

ガスタービンエンジン１２の作動中、ファン２２の回転によって空気が吸い込まれ、その結果、空気の少なくとも一部分が圧縮機セクション２６に供給される。空気は、低圧圧縮機３０によって低圧に加圧され、次いで、高圧圧縮機３２によって高圧にさらに加圧される。エンジン作動のこの時点で、低圧抽気口３４および高圧抽気口３６は、それぞれ、低圧圧縮機３０から低圧空気を、高圧圧縮機３２から高圧空気を引き抜いて、その空気を、ＥＣＳ４８に空気を供給するための抽気システムに供給する。高圧抽気口３６によって引き抜かれない高圧空気は燃焼セクション２５に送られ、ここで、高圧空気は燃料と混合されて燃焼される。燃焼ガスは下流のタービンセクション２７に送られ、タービンセクション２７は、タービンセクション２７を通過するガスによって回転させられる。タービンセクション２７の回転は、タービンセクション２７の上流のファン２２および圧縮機セクション２６を回転させる。最後に、燃焼ガスは、排気セクション２９を通ってガスタービンエンジン１２から排出される。

図３は、ガスタービンエンジン１２と、抽気システム２０と、ＥＣＳ４８とを含む航空機１０の部分の概略図である。図示のように、抽気システム２０は、上流でガスタービンエンジンのセット（単一のガスタービンエンジン１２としてだけ示されている）と流体結合し、下流でＥＣＳ４８と流体結合したターボエアサイクルマシン３８を含むことができる。ターボエアサイクルマシン３８は、タービンセクション４０と、タービンセクション４０と共通のシャフトで回転可能に結合された、ターボ圧縮機などの圧縮機セクション４２とを含むことができる。ターボエアサイクルマシン３８の抽気システム２０は、ターボエアサイクルマシン３８の下流に配置されたフローミキサーまたはターボエジェクタ４４を含むことができる。

低圧および高圧抽気口３４、３６は、比例混合弁または制御可能弁組立体４５によってターボエアサイクルマシン３８と流体結合することができる。制御可能弁組立体４５の非限定的な例は、混合、比例混合、または非混合の構成を含むことができる。別の非限定的な例では、比例混合組立体は、比例混合エジェクタ弁組立体を含むことができる。１つの態様では、比例混合エジェクタ弁組立体または制御可能弁組立体４５は、低圧抽気および高圧抽気をターボエアサイクルマシン３８に供給するように配置することができる。比例混合エジェクタ弁組立体または制御可能弁組立体４５の非限定的な例は、高圧抽気口３６が低圧抽気口３４の低圧抽気の少なくとも一部分を巻き込み、または、低圧抽気口３４からの空気を「引っ張って」、混合された、合流した、または巻き込まれた空気をターボエアサイクルマシン３８に供給する、ターボエジェクタまたは混合エジェクタ組立体を含むことができる。別の言い方をすれば、比例ターボエジェクタまたは混合エジェクタ組立体は、同時に、低圧抽気の少なくとも一部分を圧縮機セクション４２に供給し、低圧抽気の別の部分を高圧抽気で巻き込むことができる。

本開示の実施形態は、低圧抽気と高圧抽気の供給比を、所定の比率より低くならないように、あるいは、所定の比率を超えないように選択することができる態様を含むことができる。一例では、供給比の態様は、ターボエアサイクルマシン３８のタービンセクション４０と圧縮機セクション４２との間のエネルギーまたは動力バランスを保つことを含むことができる、または保つように決定することができる。比例混合エジェクタ弁組立体または制御可能弁組立体４５は、ガスタービンエンジン１２の低圧抽気口３４を第１の制御可能弁４６によってターボエアサイクルマシン３８の圧縮機セクション４２と流体結合することができる、別の非限定的な例を含むことができる。加えて、ガスタービンエンジン１２の高圧抽気口３６を第２の制御可能弁５０によってターボエアサイクルマシン３８のタービンセクション４０と直接流体結合することができる。第１または第２の制御可能弁４６、５０の非限定的な例は、完全比例または連続弁を含むことができる。

比例弁は、航空機の飛行フェーズ、またはガスタービンエンジン１２の回転速度に応じて、それらに関係して、またはそれらの関数として動作することができる。例えば、ガスタービンエンジン１２の回転速度は運転サイクル内で変わることがあり、その間、ガスタービンエンジンの移行または動的状態に基づいて、比例混合エジェクタ弁組立体または制御可能弁組立体４５を調節することができる。本開示の実施形態は、高圧抽気に対する低圧抽気の比を、第１の抽気が１００％で第２の抽気が０％など任意に供給することができる。同様に、この比は、エンジン状態への動的応答に基づき、また、ターボエアサイクルマシン組立体のタービンセクションと圧縮機セクションとの間のエネルギーバランスまたは動力バランスを保つように予め決定することができる。

低圧抽気口３４によって供給された低圧抽気は、第１および第２の制御可能弁４６、５０の下流のタービンセクション４０にさらに供給することができる。ここで、低圧抽気のタービンセクション４０への流体結合は、低圧抽気口３４から、高圧抽気口３６の方へ、またはターボエアサイクルマシン３８のタービンセクション４０の方へ一方向にする逆止弁５２を含むことができる。このように、逆止弁５２は、流体が低圧抽気口３４から、高圧抽気口３６に、またはターボエアサイクルマシン３８のタービンセクション４０にしか流れることができないように構成される。

本開示は、逆止弁５２が、高圧抽気口３６の方へ流れる低圧抽気口３４の流れの定められた、またはそれぞれの圧力の条件で、低圧抽気口３４から高圧抽気口３６の方へ流体を流すように選択または構成された実施形態を含むことができる。例えば、逆止弁５２は、高圧抽気口３６の空気圧力が低圧抽気口３４の空気圧力より低いときだけ、図示のように流体を流すように選択または構成することができる。別の例では、逆止弁５２は、背圧がかかると、すなわち、高圧抽気口３６の圧力が低圧抽気口３４の空気圧力よりも高いとき、弁５２が閉じる、または自動的に閉位置になるように選択または構成することができる。これに代えて、本開示の実施形態は、低圧抽気口３４から高圧抽気口３６の方へ流体を選択的に流すように制御することができる逆止弁５２あるいは比例ターボエジェクタまたは混合エジェクタ組立体を含むことができる。

ターボエアサイクルマシン３８の圧縮機セクション４２は圧縮機出力５４を含むことができ、タービンセクション４０はタービン出力５６を含むことができる。図示の例では、熱交換器８０が、圧縮機出力５４とターボエジェクタ４４との間で流体結合されている。熱交換器８０は、任意の適切な冷却流体を使用する任意の適切な熱交換器とすることができることが理解されるであろう。圧縮機出力空気流７２は、熱交換器８０の高温側に送ることができる。より詳細には、圧縮機出力空気流７２は、熱交換器８０の入口８２に入れることができ、熱交換器８０の高温側を通って流れることができ、熱交換器８０の出口８４を通って放出することができる。

非限定的な例として、低温空気導管８６は、ファン空気弁９２を通じて熱交換器８０の低温側に選択的に流体結合されているように示されている。図示の例の低温空気導管８６は、ガスタービンエンジン１２のファンケーシング８８内からの空気を利用して、そのような空気を熱交換器８０に供給することができる。空気が熱交換器８０を通過すると、矢印として概略的に示す排気部９０を通って追い出すことができる。それは、空気を周囲に排出することができることを含む任意の適切な排気システムを利用することができることは理解されるであろう。熱交換器８０を通る空気の流れは、ファン空気弁９２によって制御することができる。ファン空気弁９２は、比例または連続弁を含むことは理解されるであろう。比例弁は、圧縮機出力空気流７２の所望の温度に応じて、それに関係して、またはその関数として、あるいは、ターボエジェクタ出力空気流の所望の温度の関数として動作することができる。

冷却空気が、ファン空気弁９２によって熱交換器８０内に導入されるかどうかにかかわらず、圧縮機出力５４は熱交換器８０を通って流れる。次いで、圧縮機出力５４とタービン出力５６は、ターボエアサイクルマシン３８の下流で合流する。フローミキサーは、圧縮機出力５４とタービン出力５６を合流させて、ＥＣＳ４８の抽気入口４９に供給される共通の混合流にするように配置されている。このようにして、抽気システム２０は、抽気がＥＣＳ４８の抽気入口４９によって受け入れられる前に、抽気を予調整する。

図示のフローミキサーの実施形態では、ターボエジェクタ４４は、タービン出力５６がターボエジェクタ４４の狭い部分５８すなわち「スロート」を通るときタービン出力５６を加圧し、圧縮機出力５４をターボエジェクタ４４の狭い部分５８内に流体噴射する。ターボエジェクタ４４の狭い部分５８で加圧されたタービン出力５６内に圧縮機出力５４を噴射すると、それぞれの出力５４、５６が合流する。ターボエジェクタ４４または合流した出力５４、５６は、下流で、ＥＣＳ４８と抽気入口４９で流体結合される。本開示は、圧縮機出力５４、タービン出力５６、またはターボエジェクタ４４（例えば、狭い部分５８から下流）がセンサ２８のセットを含むことができる実施形態を含むことができる。

ターボエジェクタ４４は、ときどき、「エジェクタポンプ」または「エジェクタ弁」と呼ばれることがあり、それは、低圧空気源もその中に送られる、ベンチュリの絞りの入力端のノズルに高圧源から空気を噴射することによって作動する。高圧源からの空気は、低圧流内を高速度で下流方向に放出される。空気流が隣接していることによって生じる摩擦が低圧空気を加速させ（巻き込み）、ベンチュリの絞りの中に引き込まれる。低圧空気流内に噴出された高圧空気は低圧空気源の低圧の方へ膨張するので、速度が上昇し、さらに合流または混合した空気流を加速する。低圧空気流は高圧源による巻き込みによって加速されるので、低圧源の温度および圧力は下がり、その結果、タービン出力からより多くのエネルギーが取り出される、または「回収される」。本開示は、高圧空気源が低圧空気源より温度が高い、非限定的な実施形態を含むことができる。しかしながら、本開示の代替の実施形態では、巻き込みおよび混合過程は、高圧空気源が低圧空気源より高温でなくても起きることができる。上記の実施形態は、制御可能弁組立体４５のターボエジェクタ実施形態と同様に、ターボエアサイクルマシン３８の下流で図示のターボエジェクタ４４を適用したものである。

航空機１０または抽気システム２０はまた、プロセッサ６２およびメモリ６４を有するコントローラモジュール６０を含むことができる。コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、センサ２８と、第１の制御可能弁４６と、第２の制御可能弁５０と、ファン空気弁９２と、ＥＣＳ４８とを含む抽気システム２０に動作可能に、または通信可能に結合することができる。コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、抽気システム２０の流体結合部に沿って分散配置されたセンサ２８とさらに動作可能に、または通信可能に結合することができる。メモリ６４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ−ｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、あるいは、ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭなどの１つまたは複数の様々なタイプの可搬の電子メモリ、あるいは、これらのタイプのメモリの任意の適切な組合せを含むことができる。コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、任意の適切なプログラムが走るようにさらに構成することができる。本開示は、例えば、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２はまた、航空機１０の他のコントローラ、プロセッサ、またはシステムと接続することができる、あるいは、航空機１０の別のコントローラ、プロセッサ、またはシステムの一部分、または副構成部品として含まれることができる、非限定的な実施形態を含むことができる。一例では、コントローラモジュール６０は、共通データリンクまたはプロトコルによって遠隔に配置された全ディジタルエンジンまたはエレクトロニクス制御装置（ＦＡＤＥＣ：ｆｕｌｌａｕｔｈｏｒｉｔｙｄｉｇｉｔａｌｅｎｇｉｎｅｏｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、機内アビオニックコンピュータまたはコントローラまたはモジュールを含むことができる。

コンピュータ検索可能な情報データベースはメモリ６４に記憶することができ、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２によってアクセス可能である。コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、実行可能な命令のセットを走らせてデータベースを表示またはデータベースにアクセスすることができる。これに代えて、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、情報データベースに動作可能に結合することができる。例えば、このようなデータベースは、代わりのコンピュータまたはコントローラに記憶することができる。データベースは、データの複数のセットを有する単一のデータベース、互いに連結した複数の別々のデータベース、または単純なデータの表ですら含む任意の適切なデータベースとすることができることは理解されるであろう。データベースはいくつかのデータベースを組み込むことができる、またはデータベースは実際にはいくつかの個別のデータベースとすることができると考えられる。データベースは、とりわけ、センサ出力の基準値に関する過去のデータ、ならびに航空機１０の、および航空機グループに関する過去の抽気システム２０のデータを含むデータを保管することができる。データベースはまた、過去の値または集められた値を含む基準値を含むことができる。

ガスタービンエンジン１２の作動中、前に説明したように、抽気システム２０は、低圧抽気口３４に沿って低圧抽気流６６を供給し、高圧抽気口３６に沿って高圧抽気流６８を供給する。高圧抽気流６８は、ターボエアサイクルマシン３８のタービンセクション４０に送られ、タービンと相互作用してタービンセクション４０を回転駆動する。高圧抽気流６８は、タービン出力５６でタービン出力空気流７０としてタービンセクション４０を出る。本明細書で説明するように、逆止弁５２あるいは上流ターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体の動作、あるいは低圧抽気口３４および高圧抽気口３６のそれぞれの空気流６６、６８に応じて、低圧抽気流６６の第１の部分は、ターボエアサイクルマシン３８の圧縮機セクション４２に送ることができ、低圧抽気流６６の第２の部分は、ターボエアサイクルマシン３８のタービンセクション４０に送ることができる。例えば、本開示の実施形態は、タービンセクション４０に送られる空気流が、低圧抽気流６６すべてを含むことができる、低圧抽気流６６を全く含まないようにできる、またはその間の部分を含むことができる動作を含むことができる。例えば、制御可能弁５０は、高圧抽気流６８を供給しないように設定されたとき、低圧抽気流６６の第２の部分の流れはまた、タービンセクション４０を回転駆動するために利用することができる。

低圧抽気流６６の第１の部分は、タービンセクション４０と回転可能に結合された圧縮機セクション４２の回転によって圧縮することができる。圧縮された低圧抽気流６６は、圧縮機出力５４で圧縮機出力空気流７２として圧縮機セクション４２を出る。

次いで、圧縮機出力流７２は、熱交換器８０を通って流れ、ここで、任意選択的に冷却することができる。例えば、圧縮機出力流７２は、ＥＣＳ４８からの所望の温度要求に基づいて冷却することができる。センサ２８が、低圧空気流７０と圧縮機出力流７２が合流して生じた合流空気流７４の温度が高すぎることを示した場合、コントローラモジュール６０は、熱交換器８０に冷却空気流を供給するようにファン空気弁９２を操作することができる。センサ２８が、低圧空気流７０と圧縮機出力流７２が合流して生じた合流空気流７４の温度が高すぎないことを示した場合、冷却空気流は熱交換器８０に導入されず、圧縮機出力流７２は冷却されないで熱交換器８０を通って流れる。

タービン出力空気流７０、および任意選択的に冷却される圧縮機出力空気流７２は、ターボエジェクタ４４で合流して合流空気流７４を形成、それはさらにＥＣＳ４８に供給される。このように、合流空気流７４は、低圧抽気流６６と高圧抽気流６８の組成または比率、あるいはタービン出力空気流７０と圧縮機出力空気流７２の組成または比率として表すことができる。

低圧空気流６６は圧縮機セクション４２によって圧縮されることによって、低圧空気流６６と比べてより高い圧力でより高い温度の圧縮機出力空気流７２が生じる。加えて、タービンセクション４０によって受け入れられる空気流、すなわち、高圧空気流６８、あるいは、逆止弁５２、またはターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体を通る選択的な低圧抽気流６６は、タービンセクション４０の入力空気流６６、６８と比べてより低い圧力でより低い温度のタービン出力空気流７０を生じる。このように、圧縮機セクション４２はより高温高圧の空気流７２を出力または放出するが、タービンセクション４０は、対比する入力空気流６６、６８と比べてより低温低圧の空気流７０を出力または放出する。

コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、例えば、ＥＣＳ４８が発生した抽気要求を動作可能に受け取るように構成することができる。抽気要求は、抽気要求信号７６によってコントローラモジュール６０またはプロセッサ６２に与えることができ、この信号は、限定するものではないが、流量、温度、圧力、質量流量（例えば、空気流）を含む抽気要求特性を含むことができる。抽気要求信号７６に応答して、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、低圧抽気流６６と高圧抽気流６８の比例量をターボエアサイクルマシン３８に動作可能に供給することができる。低圧抽気流６６および高圧抽気流６８の比率は、それぞれの第１または第２の制御可能弁４６、５０、および逆止弁５２の選択的操作によって、あるいは、任意選択の上流ターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体によって制御することができる。

低圧抽気流６６と高圧抽気流６８を比例的に供給することは、タービン出力空気流７０と圧縮機出力空気流７２、またはタービンエアサイクルマシン３８の動作に直接または幾何的に比例することができる。タービン出力空気流７０と圧縮機出力空気流７２は、ターボエアサイクルマシン３８の下流で合流し、合流空気流７４はＥＣＳ４８に供給される。１つの非限定的な例では、圧縮機出力空気流７２は、タービン出力空気流７０を狭い部分５８内で駆動し、音速状態で混合する。混合された流れの圧力は、合流空気流７４の中で静的に回復して、所望の状態でターボエジェクタ４４を出る。このようにして、合流空気流７４は、抽気システム２０、制御可能弁４６、５０、逆止弁５２、ターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体、ターボエアサイクルマシン３８を作動させ、タービン出力空気流７０と圧縮機出力空気流７２を合流させ、またはこれらを組み合わせることによって抽気に対するＥＣＳ４８の要求に合致するように調整される。

コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２のうちの１つは、ＥＣＳ４８の抽気要求を決定する、低圧または高圧抽気流６６、６８を比例的または選択的に供給する、それぞれの高圧および低圧空気流６６、６８に応答して制御可能弁４６、５０、逆止弁５２、またはターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体を操作する、ファン空気弁９２を操作する、あるいは、これらを組み合わせて操作するための実行可能な命令のセットを有するコンピュータプログラムのすべてまたは一部を含むことができる。本明細書で使用するとき、低圧または高圧抽気流６６、６８を「比例的に、または選択的に供給すること」ということは、低圧または高圧抽気流６６、６８のうちの少なくとも１つを変更すること、または修正することを含むことができる。例えば、低圧または高圧抽気流６６、６８を比例的に、または選択的に供給することは、高圧抽気流６８を変更せずに低圧抽気流６６を変更すること、またはその逆を含むことができる。別の例では、低圧または高圧抽気流６６、６８を比例的に、または選択的に供給することは、低圧抽気流６６および高圧抽気流６８を変更することを含むことができる。また、本明細書で使用するとき、低圧または高圧抽気流６６、６８を「比例的に」供給するということは、供給される全抽気流６６、６８に基づいて、高圧抽気流６８に対する低圧抽気流６６の比を変更または修正することを含むことができる。別の言い方をすれば、低圧または高圧抽気流６６、６８の比例量は、変更または修正することができ、比例比は、低圧および高圧抽気流６６、６８の合計空気流の基づいて含まれる、または説明するることができる。

コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２が抽気システム２０の動作を制御するかどうかにかかわらず、プログラムは、機械実行可能な命令またはデータ構造を担持または記憶するための機械読み取り可能な媒体を含むことができるコンピュータプログラム製品を含むことができる。このような機械読み取り可能な媒体は、汎用または専用のコンピュータ、あるいはプロセッサを有する他の機械によってアクセスすることができる利用可能な任意の媒体とすることができる。概して、このようなコンピュータプログラムは、特定のタスクを実行する、または特定の抽象データ型を実施する技術的効果を有するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含むことができる。機械実行可能な命令、関連するデータ構造、およびプログラムは、本明細書で開示するような情報の交換を実行するためのプログラムコードの例を表している。機械実行可能な命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または専用処理機械に特定の機能、または一群の機能を実行させる命令およびデータを含むことができる。

低圧または高圧抽気流６６、６８の抽気特性は、航空機１０の飛行のうちの巡航の部分の間は、比較的一貫した、または安定したままとなり得るが、航空機１０が変わると、または、高度、速度またはアイドル設定、進路、ソーラーサイクル（ｓｏｌａｒｃｙｃｌｅ）、または航空機の地理上の位置など飛行特性が変わると、抽気システム２０で生じる空気流６６、６８は一貫しない可能性がある。したがって、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２はまた、本明細書で説明したように、抽気システム２０の流体結合部に沿って分散されたセンサ２８によって受け取ったセンサ入力値のセットを受け取ったことに応答して、抽気システム２０を操作するように構成することができる。例えば、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、抽気システム２０を流れる空気流６６、６８、７０、７２、７４のセットに対して予め決められた、知られた、予想された、見積もられた、または計算された値を含むことができる。航空機１０または飛行特性が変わることに応答して、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、ＥＣＳ４８の抽気要求に合致させるために、低圧または高圧抽気流６６、６８の比例的な供給、またはファン空気弁９２による冷却空気の導入を変えることができる。これに代えて、低圧または高圧抽気流６６、６８に関する比例的に供給する値を、センサ２８の読み、測定値などのセットまたはサブセットを受け取るコントローラモジュール６０に応答して決定することができるように、メモリ６４はデータベースまたはルックアップテーブルを含むことができる。

１つの非限定的な例では、コントローラモジュール６０は、高圧制御可能弁５０を制御してターボエジェクタ４４の合流空気流７４の出口圧を制御することができる。これは、基準システム論理のマスター制御と考えられる。コントローラモジュール６０は、低圧制御可能弁４６を制御して圧縮機動力バランスを制御することができ、このような制御は、高圧制御可能弁５０の制御に対してはスレーブ制御とすることができる。別の言い方をすれば、低圧制御可能弁４６は、独立して作動するのではなく、高圧制御可能弁５０を探知し、検知し、測定し、またはそれに反応して、圧縮機セクション４２とタービンの動力との間のエネルギーバランスを保つことができる。コントローラモジュール６０は、ファン空気弁９２を制御してターボエジェクタ４４の合流空気流７４の出口温度を制御することができ、このような制御は、高圧制御可能弁５０のマスター制御に関係付けることができる。このような基準システム論理はまた、逆止弁５２の閉位置を含むことができる。

圧縮機出口熱交換器を追加した上記の開示の態様によって、圧縮機出口温度を下げることができ、それによってターボエジェクタ４４の効率が向上する。一実施形態では、熱交換器８０の出口８４で高圧に圧縮された空気は、タービン出力５６での膨張した低圧空気の温度よりも低くなることがあり、それは、２つの空気流が混合しているときにターボエジェクタ４４の効率を断熱変化させる、または断熱変化に影響を与えることがある。つまり、この現象は、ポンプ機構としてのターボエジェクタ４４の効率を最大にし、それは巻き込みを通じてタービンセクション４０の排気エネルギーを回収するからである。ファン空気弁９２によって、低温ファン空気は、必要な時に、熱交換器８０のためのヒートシンクとして作用することができ、周囲に排出することができる。

センサ２８は、それぞれの温度、流量、または圧力を「検知するもの」、「測定するもの」、または「読み取るもの」として記述されているが、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、センサ２８出力を検知、測定、見積もり、計算、決定、または監視するように構成することができ、その結果、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、それぞれの温度、流量、圧力、またはこれらの組合せを代表する、または示す値を解釈する。加えて、以前に示していない追加の構成部品に近接した、またはそれと一体になったセンサ２８を含むことができる。例えば、本開示の実施形態は、合流空気流７４を検知するように配置されたセンサ２８を含むことができ、または、ターボエジェクタ４４の狭い部分５８すなわち「スロート」内に配置されたセンサ２８を含むことができる。

応答操作の別の非限定的な例では、コントローラモジュール６０は、抽気システム２０の抽気要求に基づいて第２の制御可能弁５０を操作することができる。抽気要求は、例えば、ターボエジェクタ４４からの所望の、または要求された出力空気流７４を含むことができる。このように、コントローラモジュール６０は、ターボエジェクタ４４の所望の、または要求された出力空気流７４に基づいて第２の制御可能弁５０を操作することができる。コントローラモジュール６０はファン空気弁９２をさらに操作することができ、その結果、例えば、出力空気流７４の所望の、または要求された温度などの抽気システム２０の抽気要求に基づいて、熱交換器８０が圧縮機出力空気流７２の冷却に影響を与え、それが、出力空気流７４の温度に動作可能に影響を与え、またはそれを制御する。したがって、運転中、センサ２８で検知したとき、出力空気流７４の温度が閾温度、要求温度、または所望温度より低い場合、熱交換器８０に低温の空気が流れないようにファン空気弁９２を操作可能に閉じることができる。運転中、センサ２８で検知したとき、出力空気流７４の温度が、出力空気流７４の閾温度、要求温度、または所望温度より高い場合、熱交換器８０が圧縮機出力空気流７２の温度を、最終的には出力空気流７４の温度を操作可能に下げるように、ファン空気弁９２を操作可能に開けることができる。

応答操作の別の非限定的な例では、コントローラモジュール６０は、出力空気流７４の所望圧力または要求圧力を含む抽気要求に基づいて、第２の制御可能弁５０を操作することができる。センサ２８で検知したとき、出力空気流７４の圧力が閾圧力、要求圧力、または所望圧力より低い場合、高圧抽気流６８の一部分を、またはこれを追加してターボエアサイクルマシン３８に供給するように、または入れるように、第２の制御可能弁５０を操作可能に開けることができる。第２の制御可能弁５０が高圧抽気流６８をターボエアサイクルマシン３８に供給する、または入れると、タービンセクション４０はより速く回転し、より大きな回転動力を発生し、より多くの空気流を圧縮するように圧縮機セクション４２を動作させる。この非限定的な応答操作では、センサ２８が検知したとき、圧縮機出力空気流７２に基づいて第１の制御可能弁４６をコントローラモジュール６０によって制御可能に操作することができ、動力を発生するタービンセクション４０と動力を吸収する圧縮機セクション４２との間の動力バランスを保つことができる。このように、コントローラモジュール６０は、第１および第２の制御可能弁４６、５０を同時に操作するように構成することができる。

圧縮機セクション４２の回転速度が上昇すると、圧縮機出力空気流７２の圧力は上昇する。圧縮機セクション４２による圧縮が増大すると、圧縮機出力空気流７２の温度も上昇し、したがって、ファン空気弁９２をさらに制御して、ターボエジェクタ４４の出力空気流７４の温度および圧力を保つために熱交換器８０による冷却を強化するように操作することができる。弁４６、５０、９２および熱交換器８０の前述の構成および操作は、ターボエジェクタの効率の断熱変化を可能にする、引き起こす、またはそれに影響を与える。

本開示は、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２が、空気流６６、６８、７０、７２、７４のセットまたはサブセットのセンサ２８測定値に責任をもつように抽気システム２０を操作するように構成することができる実施形態を含むことができる。

本開示の別の実施形態では、抽気システム２０は、フィードバック入力なしに、すなわち、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２がセンサ２８からの検知した情報を受け取ることなしに動作するｌことができる。この代替の実施形態では、コントローラモジュール６０またはプロセッサ６２は、航空機１０の飛行フェーズ中に見られる動的応答を考えて、航空機１０の連続運転に基づいて、第１または第２の制御可能弁４６、５０およびファン空気弁９２などを操作するように構成することができる。

航空機１０の外側の大気の気圧が絶対圧で平方インチ当たり２．７２ポンド（ｐｓｉＡ）、温度が華氏−２４．７０度（Ｆ）の場合の抽気システム２０の１つの非限定的な例の構成では、低圧抽気流の圧力はゲージ圧で２５．７３ｐｓｉ（ｐｓｉＧ）、温度は４６２．３１度Ｆとすることができ、一方、高圧抽気流の圧力は７８．３３ｐｓｉＧ、温度は８７０．１５度とすることができる。この例では、高圧抽気流６８に対する低圧抽気流６６の比は５１．６１％〜４８．３９％にすることができる。この比では、ターボエアサイクルマシン３８は、圧力３２．１４ｐｓｉＧおよび温度６４１．２６度Ｆのタービン出力空気流７０を生成するように作動し、一方、圧縮機出力空気流７２は、圧力５６．２２ｐｓｉＧおよび温度６６９．５４度Ｆとなることができる。ターボエジェクタ４４は、タービン出力空気流７０と圧縮機出力空気流７２を合流させて、圧力４１．９６ｐｓｉＧおよび温度６５５．８５度Ｆの合流空気流７４を供給するように構成することができる。圧縮機出力空気流７２が、例えば、熱交換器８０によって、任意選択的に冷却されると、約１７．６６キロワットの熱エネルギーが取り去られることによって、合流空気流７４の温度を４５０度Ｆより低い温度に下げることができる。

航空機１０の外側の大気の気圧が絶対圧で平方インチ当たり２．７２ポンド（ｐｓｉＡ）、温度が華氏−２４．７０度（Ｆ）の場合の抽気システム２０の別の非限定的な例の構成では、低圧抽気流の圧力はゲージ圧で２１．４３ｐｓｉ（ｐｓｉＧ）、温度は３９８．９９度Ｆとすることができ、一方、高圧抽気流の圧力は７１．４３ｐｓｉＧ、温度は８３４．６２度とすることができる。この例では、高圧抽気流６８に対する低圧抽気流６６の比は５１．７１％〜４８．２９％にすることができる。この比では、ターボエアサイクルマシン３８は、圧力２８．４１ｐｓｉＧおよび温度６０８．４９度Ｆのタービン出力空気流７０を生成するように作動し、一方、圧縮機出力空気流７２は、圧力５０．３８ｐｓｉＧおよび温度６０５．０４度Ｆとなることができる。ターボエジェクタ４４は、タービン出力空気流７０と圧縮機出力空気流７２を合流させて、圧力３７．４４ｐｓｉＧおよび温度６０６．７１度Ｆの合流空気流７４を供給するように構成することができる。圧縮機出力空気流７２が、例えば、熱交換器８０によって、任意選択的に冷却されると、約１２．６１キロワットの熱エネルギーが取り去られることによって、合流空気流７４の温度を４５０度Ｆより低い温度に下げることができる。

航空機１０の外側の大気の気圧が絶対圧で平方インチ当たり２．７２ポンド（ｐｓｉＡ）、温度が華氏−２４．７０度（Ｆ）の場合の抽気システム２０の別の非限定的な例の構成では、低圧抽気流の圧力はゲージ圧で１５．４９ｐｓｉ（ｐｓｉＧ）、温度は２９６．２１度Ｆとすることができ、一方、高圧抽気流の圧力は６１．７２ｐｓｉＧ、温度は７８０．５７度とすることができる。この例では、高圧抽気流６８に対する低圧抽気流６６の比は５２．０３％〜４７．９６％にすることができる。この比では、ターボエアサイクルマシン３８は、圧力２３．１８ｐｓｉＧおよび温度５５８．３０度Ｆのタービン出力空気流７０を生成するように作動し、一方、圧縮機出力空気流７２は、圧力４２．３４ｐｓｉＧおよび温度５００．０１度Ｆとなることができる。ターボエジェクタ４４は、タービン出力空気流７０と圧縮機出力空気流７２を合流させて、圧力３１．１９ｐｓｉＧおよび温度５２７．９９度Ｆの合流空気流７４を供給するように構成することができる。圧縮機出力空気流７２が、例えば、熱交換器８０によって、任意選択的に冷却されると、約５．７０キロワットの熱エネルギーが取り去られることによって、流空気流７４の温度を４５０度Ｆより低い温度に下げることができる。

航空機１０の外側の大気の気圧が絶対圧で平方インチ当たり２．７２ポンド（ｐｓｉＡ）、温度が華氏−２４．７０度（Ｆ）の場合の抽気システム２０のさらに別の非限定的な例の構成では、低圧抽気流の圧力はゲージ圧で９．９９ｐｓｉ（ｐｓｉＧ）、温度は１８２．１３度Ｆとすることができ、一方、高圧抽気流の圧力は５１．２１ｐｓｉＧ、温度は７１２．９７度とすることができる。この例では、高圧抽気流６８に対する低圧抽気流６６の比は５１．６２％〜４８．３７％にすることができる。この比では、ターボエアサイクルマシン３８は、圧力１７．５２ｐｓｉＧおよび温度４９５．１６度Ｆのタービン出力空気流７０を生成するように作動し、一方、圧縮機出力空気流７２は、圧力３２．７９ｐｓｉＧおよび温度３８２．７７度Ｆとなることができる。ターボエジェクタ４４は、タービン出力空気流７０と圧縮機出力空気流７２を合流させて、圧力２３．９５ｐｓｉＧおよび温度４３７．１３度Ｆの合流空気流７４を供給するように構成することができる。この温度出力は４５０度Ｆより低いので、熱交換器８０による任意選択の冷却は必要ない。前述の例の構成および値は、本明細書で説明した抽気システム２０の単なる非限定的な例にすぎない。

図４は、ガスタービンエンジン１１２、抽気システム１２０、およびＥＣＳ１４８を含む航空機１１０の代替の部分を示す。航空機１１０は前述の航空機１０と同様であり、したがって、同様の部品は１００を加えた同様の番号で識別され、航空機１０の同様の部品についての説明は、特記しなければ航空機１１０の部品に適用されることは理解されるであろう。

１つの違いは、大気入口１９３および代替の第１の制御可能弁１４６を含んでいることである。より詳細には、大気入口１９３は、第１の制御可能弁１４６によってターボエアサイクルマシン１３８および逆止弁１５２と選択的に流体結合して示されている。このような態様で、第１の制御可能弁１４６は、大気流または低圧抽気流１６６を供給するための供給源選択弁として働く。このように、第１の制御可能弁１４６は、大気流または低圧抽気流１６６の一方または他方のみを供給するように動作することができる。図示のように、第１の制御可能弁１４６は、一体化された逆止弁１９４を含むことができる。本開示は、第１の制御可能弁１４６によって与えられるように、大気入口１９３から低圧抽気流１６６、または低圧抽気流１６６を収める導管１９８の方へ流体が流れる、または選択的に流れるように、一体化された逆止弁１９４は選択または構成される、実施形態を含むことができる。別の例では、背圧がかかっていると、すなわち、導管１９８内の圧力が大気入口１９３の空気圧力よりも高いとき、一体化された逆止弁１９４が閉じる、または自動的に閉位置になるように、一体化された逆止弁１９４を選択または構成することができる。別の例では、一体化された逆止弁１９２は、ターボエアサイクルマシン１３８を動作させるのに十分な所定の空気圧力に対して自動的に作動するように構成または選択することができる。このように、一体化された逆止弁１９４は、低圧抽気が大気入口１９３に逆流するのを防ぐことができる。加えて、一体化された逆止弁は、本明細書で説明した、すべての比例的に供給する能力を有するように構成することができる。

低圧抽気流１６６のように、大気流は、ターボエアサイクルマシン１３８のタービンセクション１４０または圧縮機セクション１４２に供給することができると考えられる。コントローラモジュール１６０または第１の制御可能弁１４６によって選択されるように、大気入口１９３を経て大気流を比例的に供給することができる、または低圧抽気口１３４を経て低圧抽気流を供給することができることを除いて、抽気システム１２０の動作は上記と同様に働く。本開示の実施形態は、限定するものではないが、大気として１００％までの低圧抽気流１６６、および０％の低圧抽気流１６６を供給することを含むことができる。本開示の別の例の実施形態では、限定するものではないが、大気、低圧抽気流、および高圧抽気流を比例的に供給することを含むことができる。第１の制御可能弁１４６による供給源の選択は、任務のスケジュールに基づいて制御モジュール１６０によって選択することができる。

コントローラモジュール１６０またはプロセッサ１６２は、例えば、ＥＣＳ１４８が発生した抽気要求を動作可能に受け取るように構成することができる。抽気要求は、限定するものではないが、流量、温度、または圧力を含む抽気要求特性を含むことができる抽気要求信号１７６によってコントローラモジュール１６０またはプロセッサ１６２に与えることができる。抽気要求信号１７６に応答して、コントローラモジュール１６０またはプロセッサ１６２は、大気流、低圧抽気流１６６、および高圧抽気流１６８の比例量をターボエアサイクルマシン１３８に動作可能に供給することができる。大気流、低圧抽気流１６６、および高圧抽気流１６８の比率は、それぞれ第１または第２の制御可能弁１４６、１５０によって、および逆止弁１５２の選択的操作によって、あるいは、上流ターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体によって制御することができる。

図５は、ガスタービンエンジン１２、１１２を使用して、抽気を航空機の１０、１１０のＥＣＳ４８、１４８に供給する非限定的な例の方法２００を示すフロー図を示す。方法２００は、２１０において、ＥＣＳ４８、１４８の抽気要求を決定するステップによって始まる。２１０において抽気要求を決定するステップは、ＥＣＳ４８、１４８に対して空気圧力、空気温度、または流量の要求のうちの少なくとも１つ、あるいはこれらの組合せを決定することを含むことができる。抽気要求は、航空機１０、１１０の乗客数、航空機１０、１１０の飛行フェーズ、またはＥＣＳ４８、１４８の作動サブシステムのうちの少なくとも１つの関数とすることができる。抽気要求は、抽気要求信号７６、１７６に基づいて、ＥＣＳ４８、１４８、コントローラモジュール６０、１６０またはプロセッサ６２、１６２によって決定することができる。

次に、２２０において、コントローラモジュール６０、１６０またはプロセッサ６２、１６２は、制御可能弁組立体４５、１４５を動作可能に制御して、ターボエアサイクルマシン３８、１３８が、タービンセクション４０、１４０から冷却された空気流を、圧縮機セクション４２、１４２から圧縮された空気流を放出するように大気、低圧抽気、および高圧抽気を比例的に供給する。本明細書で使用するとき、「冷却された」空気流は、第１のタービンセクション４０によって受け入れられた空気流よりも低い温度の空気流のことを言うことができる。本開示の非限定的な実施形態は、大気、低圧抽気、または高圧抽気のうちの１つから合流空気流７４、１７４の１００％までを、および大気、低圧抽気、または高圧抽気のうちの対応するものから合流空気流７４、１７４の０％を供給することを含むことができる。本開示の別の例の実施形態は、限定するものではないが、大気、低圧抽気、および高圧抽気を比例的に供給することを含むことができ、この供給は、航空機１０、１１０の飛行フェーズ、またはガスタービンエンジン１２、１１２の回転速度に関係付けられる、またはその関数である。２２０において大気および抽気を比例的に供給するステップは、大気、低圧抽気、および高圧抽気の比例的な供給を、航空機１０、１１０の飛行中、一定時間の間、または不定期に、連続的に、または繰り返し変更することを含むことができる。

２３０において、圧縮された空気流は、任意選択的に冷却することができる。コントローラモジュール６０、１６０またはプロセッサ６２、１６２は、ファン空気弁９２、１９２を動作可能に制御して、冷却空気を熱交換器８０、１８０に供給する。２４０において、方法２００は、冷却された空気流と、任意選択的に冷却されたまたは冷却されていない圧縮された空気流を合流させて、調整された空気流７４、１７４または合流空気流７４、１７４を形成することによって続く。

２２０において、低圧抽気および高圧抽気を比例的に供給するステップ、ならびに２３０において選択的に冷却するステップは、合流空気流７４、１７４が決定されたＥＣＳ４８、１４８の抽気要求に合致する、またはそれを満足するように、コントローラモジュール６０、１６０またはプロセッサ６２、１６２によって制御されることは理解されるであろう。本方法の部分は異なる論理順序で進めることができ、追加または介入部分を含めることができ、あるいは、本方法の記述部分を複数の部分に分割することができ、あるいは、本方法の記述部分を、記述した方法を損なわないで省略することができることは理解されるので、図示の順序は、単に例示する目的のためであり、方法２００を何ら限定することを意味していない。

上記の図に示したものに加えて、多くの他の可能な実施形態および構成が、本開示によって考えられる。例えば、本開示は、第２の制御可能弁５０、１５０を、低圧抽気口３４、１３４とも結合した抽気エジェクタまたは混合弁に置き換えることができる実施形態を含むことができる。別の非限定的な例では、ターボエジェクタ４４、１４４、圧縮機出力５４、１５４、またはタービン出力５６、１５６は、下流の構成部品からの逆流がターボエアサイクルマシン３８、１３８に入ることを防ぐように構成することができる。さらに別の非限定的な例では、ファン空気弁９２、１９２によって供給される大気は、低圧抽気口３４、１３４からさらに供給することができる。

本開示のさらに別の非限定的な例の実施形態では、逆止弁５２、１５２またはターボエジェクタ比例組立体は、第３の制御可能弁を含むことができる、またはそれに置き換えることができ、本明細書で説明したようにコントローラモジュール６０、１６０によって制御されて、タービンセクション４０、１４０に供給される低圧抽気流６６、１６６および高圧抽気流６８、１６８の比を操作する、またはその比に影響を与える。加えて、弁、ポンプ、または導管などの様々な構成部品の設計および配置を配列し直して、いくつかの異なる直列型の構成を実現することができる。

本明細書で開示する実施形態は、抽気を環境制御システムに供給するための方法および航空機を提供する。本技術的効果は、上記の実施形態が、抽気の調整および組合せを選択して環境制御システムの抽気要求に合致させるように、ガスタービンエンジンから受け取った抽気の予調整を可能にすることである。

上記の実施形態で実現できる１つの利点は、上記の実施形態が、従来の予冷器熱交換器システムと比べて、余剰な熱を廃棄することなしにＥＣＳのための優れた抽気調整を有することである。実現できる別の利点は、余剰な熱の廃棄をしないことによって、システムが、廃棄熱に関してエンジンから抜き出す抽気をさらに低減することができる。抜き出す抽気を低減することによって、エンジンは改善された効率で運転され、それは、航空機の燃料費の節約および運航可能飛行範囲の拡大をもたらす。

実現できるさらに別の利点は、上記の実施形態では、抽気システムが、ＥＣＳに対して可変抽気調整を提供することができることである。可変抽気は、例えば、サブシステムが作動する、または作動を止めるときの、可変ＥＣＳ負荷によるＥＣＳの抽気に対する可変要求に合致することができる。これは、低圧段の抽気をＥＣＳに適する空気に変えることができる利点を含む。低圧抽気圧力および大気圧力は、ＥＣＳの所望の圧力に上昇させることができる。

さらに別な利点は、ＥＣＳで使用する空気の温度を冷却することをさらに助けるために廃棄冷却エネルギーを利用することができることを含む。

まだ説明していない範囲で、様々な実施形態の異なる特徴および構造を、望むように互いを組み合わせて使用することができる。１つの特徴が実施形態のすべてに示されていない場合があるが、その特徴がないと解釈されることを意味しているのではなく、説明を簡潔にするためになされたことである。したがって、新たな実施形態を形成するために、これらの新たな実施形態が明記されていようと、されてなかろうと、異なる実施形態の様々な特徴を望むように組み合わせ適合させることができる。さらに、様々な要素「のセット」が記載されたが、「セット」は、ただ１つの要素を含む任意の数の各要素を含むことができることは理解されるであろう。この開示は、本明細書で説明した特徴を組み合わせること、または置き換えることを包含する。

本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明の実施形態を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明の実施形態を実施できるようにしている。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ガスタービンエンジン（１２）を使用して抽気を環境制御システム（４８）に供給する方法であって、
前記環境制御システム（４８）の抽気要求を決定するステップと、
前記ガスタービン（１２）の圧縮機からの低圧抽気（６６）および高圧抽気（６８）をターボエアサイクルマシン（３８）のタービンセクション（４０）および圧縮機セクション（４２）に選択的に供給し、前記タービンセクション（４０）が、冷却された空気流を放出し、前記圧縮機セクション（４２）が、圧縮された空気流を放出するステップと、
前記圧縮された空気流を選択的に冷却するステップと、
前記タービンセクション（４０）から放出された前記冷却された空気流と、前記圧縮機セクション（４２）から放出された前記圧縮された空気流とを合流させて調整された空気流を形成するステップと
を含み、
前記調整された空気流が、前記決定された抽気要求を満足するように、前記選択的に供給するステップおよび前記選択的に冷却するステップが制御される、方法。
［実施態様２］
前記圧縮された空気流を選択的に冷却するステップが、前記圧縮された空気流を熱交換器（８０）に供給すること、および前記圧縮された空気流のためのヒートシンクとして冷却器ファン空気を前記熱交換器（８０）に選択的に供給することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
低圧抽気（６６）を選択的に供給するステップが、低圧抽気（１６６）または大気を前記圧縮機セクション（１４２）に選択的に供給することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
低圧抽気（６６）および大気を選択的に供給するステップが、前記低圧抽気（１６６）または大気のうちの一方の１００％、および前記低圧抽気（１６６）または大気のうちの他方の０％を供給することをさらに含む、実施態様３に記載の方法。
［実施態様５］
前記抽気要求を決定する前記ステップが、前記環境制御システム（４８）の空気圧力または空気温度の要求のうちの少なくとも１つを決定することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
前記抽気要求を決定する前記ステップが、前記環境制御システム（４８）の前記空気圧力または前記空気温度の要求の両方を決定することを含む、実施態様５に記載の方法。
［実施態様７］
前記抽気要求が、航空機（１０）の乗客数、航空機（１０）の飛行フェーズ、または前記環境制御システム（４８）の作動サブシステムのうちの少なくとも１つの関数である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
低圧および高圧抽気（６６、６８）を選択的に供給するステップが、前記低圧抽気（６６）または前記高圧抽気（６８）のうちの一方の１００％、および前記低圧抽気（６６）または前記高圧抽気（６８）のうちの他方の０％を供給することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
低圧および高圧抽気（６６、６８））を選択的に供給するステップが、前記低圧抽気（６６）および前記高圧抽気（６８）を比例的に供給することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
前記低圧抽気（６６）および前記高圧抽気（６８）を選択的に供給する前記ステップが、航空機の飛行フェーズの関数である、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１１］
低圧抽気（６６）および高圧抽気（６８）を選択的に供給するステップが、前記低圧抽気（６６）および前記高圧抽気（６８）を連続的に選択的に供給することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１２］
抽気入口（４９）を有する環境制御システム（４８）と、
低圧抽気供給源および高圧抽気供給源を有するガスタービンエンジン（１２）と、
回転結合されたタービンセクション（４０）と圧縮機セクション（４２）とを有するターボエアサイクルマシン（３８）と、
前記低圧抽気供給源および前記高圧抽気供給源を前記タービンセクション（４０）および圧縮機セクション（４２）に流体結合する上流ターボエジェクタと、
前記タービンセクション（４０）および圧縮機セクション（４２）からの流体出力を合流させて、前記環境制御システム（４８）の前記抽気入口（４９）に供給される共通の流れにする下流ターボエジェクタ（４４）と、
前記圧縮機セクション（４２）と前記下流ターボエジェクタ（４４）との間で流体結合された高温側を有する熱交換器（８０）と
を備えた航空機（１０）。
［実施態様１３］
前記熱交換器（８０）が、前記ガスタービンエンジン（１２）の低温ファン空気源に選択的に流体結合された低温側を備えた、実施態様１２に記載の航空機。
［実施態様１４］
前記低温ファン空気源と前記熱交換器（８０）との間で流体結合されたファン空気弁（９２）をさらに備えた、実施態様１３に記載の航空機。
［実施態様１５］
大気供給源を前記上流ターボエジェクタの前記低圧抽気供給源に流体結合する供給元弁をさらに備えた、実施態様１２に記載の航空機。
［実施態様１６］
前記上流ターボエジェクタが、前記タービンセクション（４０）に前記低圧抽気供給源を同時に供給するように構成された、実施態様１５に記載の航空機。
［実施態様１７］
前記上流ターボエジェクタ、下流ターボエジェクタ（４４）、熱交換器（８０）、ファン空気弁（９２）、または供給元弁のうちの少なくとも１つを制御可能に操作するように構成されたコントローラモジュール（６０）をさらに備えた、実施態様１６に記載の航空機。
［実施態様１８］
大気、ならびにガスタービンエンジン（１１２）の圧縮機からの低圧抽気および高圧抽気をターボエアサイクルマシン（１３８）に選択的に供給して、前記環境制御システム（１４８）の作動要求にしたがって前記大気および抽気を予調整するステップを含む、航空機の環境制御システム（１４８）に空気を供給する方法。
［実施態様１９］
予調整するステップが、大気または低圧抽気のうちの一方を圧縮して、圧縮された空気流を形成することを含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
予調整するステップが、前記圧縮された空気流を選択的に冷却することを含む、実施態様１９に記載の方法。

１０航空機
１２ガスタービンエンジン
１４胴体
１６操縦室
１８翼組立体
２０抽気システム
２２ファン
２４抽気口
２５燃焼セクション
２６圧縮機セクション
２７タービンセクション
２８センサ
２９排気セクション
３０低圧圧縮機
３２高圧圧縮機機
３４低圧抽気口
３６高圧抽気口
３８ターボエアサイクルマシン
４０タービンセクション
４２圧縮機セクション
４４ターボエジェクタ
４５制御可能弁組立体
４６制御可能弁
４８環境制御システム（ＥＣＳ）
４９抽気入口
５０制御可能弁
５２逆止弁
５４圧縮機出力
５６タービン出力
５８狭い部分
６０コントローラモジュール
６２プロセッサ
６４メモリ
６６低圧抽気
６８高圧抽気
７０タービン出力空気流
７２圧縮機出力空気流
７４合流空気流
７６抽気要求信号
８０熱交換器
８２入口
８４出口
８６低温空気導管
８８ファンケーシング
９０排気部
９２ファン空気弁
１１０航空機
１１２ガスタービンエンジン
１２０抽気システム
１２８センサ
１３４低圧抽気口
１３６高圧抽気口
１３８ターボエアサイクルマシン
１４０タービンセクション
１４２圧縮機セクション
１４４ターボエジェクタ
１４５制御可能弁組立体
１４６制御可能弁
１４８環境制御システム（ＥＣＳ）
１４９抽気入口
１５０制御可能弁
１５２逆止弁
１５４圧縮機出力
１５６タービン出力
１５８狭い部分
１６０コントローラモジュール
１６２プロセッサ
１６４メモリ
１６６低圧抽気
１６８高圧抽気
１７０タービン出力空気流
１７２圧縮機出力空気流
１７４合流空気流
１７６抽気要求信号
１８０熱交換器
１８２入口
１８４出口
１８６低温空気導管
１８８ファンケーシング
１９０排気部
１９２ファン空気弁
１９３大気入口
１９４一体化された逆止弁
１９８導管
２００方法
２１０ステップ
２２０ステップ
２３０ステップ
２４０ステップ

Claims

ガスタービンエンジン（１２）を使用して抽気を環境制御システム（４８）に供給する方法であって、
前記環境制御システム（４８）の抽気要求を決定するステップと、
前記ガスタービン（１２）の圧縮機からの低圧抽気（６６）および高圧抽気（６８）をターボエアサイクルマシン（３８）のタービンセクション（４０）および圧縮機セクション（４２）に選択的に供給し、前記タービンセクション（４０）が、冷却された空気流を放出し、前記圧縮機セクション（４２）が、圧縮された空気流を放出するステップと、
前記圧縮された空気流を選択的に冷却するステップと、
前記タービンセクション（４０）から放出された前記冷却された空気流と、前記圧縮機セクション（４２）から放出された前記圧縮された空気流とを合流させて調整された空気流を形成するステップと
を含み、
前記調整された空気流が、前記決定された抽気要求を満足するように、前記選択的に供給するステップおよび前記選択的に冷却するステップが制御される、方法。
前記圧縮された空気流を選択的に冷却するステップが、前記圧縮された空気流を熱交換器（８０）に供給すること、および前記圧縮された空気流のためのヒートシンクとして冷却器ファン空気を前記熱交換器（８０）に選択的に供給することを含む、請求項１記載の方法。
低圧抽気（６６）を選択的に供給するステップが、低圧抽気（１６６）または大気を前記圧縮機セクション（１４２）に選択的に供給することをさらに含む、請求項１記載の方法。
前記抽気要求を決定する前記ステップが、前記環境制御システム（４８）の空気圧力または空気温度の要求のうちの少なくとも１つを決定することを含む、請求項１記載の方法。
低圧および高圧抽気（６６、６８））を選択的に供給するステップが、前記低圧抽気（６６）および前記高圧抽気（６８）を比例的に供給することを含む、請求項１記載の方法。
前記低圧抽気（６６）および前記高圧抽気（６８）を選択的に供給する前記ステップが、航空機の飛行フェーズの関数である、請求項５記載の方法。
抽気入口（４９）を有する環境制御システム（４８）と、
低圧抽気供給源および高圧抽気供給源を有するガスタービンエンジン（１２）と、
回転結合されたタービンセクション（４０）と圧縮機セクション（４２）とを有するターボエアサイクルマシン（３８）と、
前記低圧抽気供給源および前記高圧抽気供給源を前記タービンセクション（４０）および圧縮機セクション（４２）に流体結合する上流ターボエジェクタと、
前記タービンセクション（４０）および圧縮機セクション（４２）からの流体出力を合流させて、前記環境制御システム（４８）の前記抽気入口（４９）に供給される共通の流れにする下流ターボエジェクタ（４４）と、
前記圧縮機セクション（４２）と前記下流ターボエジェクタ（４４）との間で流体結合された高温側を有する熱交換器（８０）と
を備えた航空機（１０）。
前記熱交換器（８０）が、前記ガスタービンエンジン（１２）の低温ファン空気源に選択的に流体結合された低温側を備えた、請求項７記載の航空機。
大気供給源を前記上流ターボエジェクタの前記低圧抽気供給源に流体結合する供給元弁をさらに備えた、請求項７記載の航空機。
前記上流ターボエジェクタ、下流ターボエジェクタ（４４）、熱交換器（８０）、ファン空気弁（９２）、または供給元弁のうちの少なくとも１つを制御可能に操作するように構成されたコントローラモジュール（６０）をさらに備えた、請求項９記載の航空機。