JPH03130538A - ガスタービンエンジンの熱管理装置及びその方法 - Google Patents

ガスタービンエンジンの熱管理装置及びその方法

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JPH03130538A
JPH03130538A JP2091941A JP9194190A JPH03130538A JP H03130538 A JPH03130538 A JP H03130538A JP 2091941 A JP2091941 A JP 2091941A JP 9194190 A JP9194190 A JP 9194190A JP H03130538 A JPH03130538 A JP H03130538A
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engine
heat
oil
flow
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JP2091941A
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Reginald J Butler
レジナルド・ジョン・バトラー
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Rolls Royce PLC
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Publication date
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22Fuel supply systems
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 え五り旦遡亙盆里 本発明は、航空機のガスタービンエンジン装置用の熱管
理システムに関する。
正至立及頂 航空機の基本発動機として取り付けられたガスタービン
エンジンの作動中、熱が該エンジン、それに関連する流
体の流路システムの様々な部分で発生する。かくて、熱
はエンジンの燃焼システム内で燃料を燃焼する間に発生
することは明白である。この燃焼による熱はその大部分
が高熱の排気ジェットによりエンジンから排出される、
あるいはエンジン内で作用するように戻るけれども、燃
焼行程から生ずる熱の一部はエンジンの構成部品及びシ
ステムにより吸収される。熱は又、摩擦の効果により、
及び同様のエンジンの構成部品及びシステムへの人力に
より発生する。これらの摩擦の効果は、エンジンあるい
はそれのアクセサリの相対的に動く部品の間及び、エン
ジンのガス通路における吸入及び沈滞効果のせいによる
空気力学的及び、潤滑油システムのチューニング、燃料
ポンプ送り損失、バイブ流損失等のせいで発生する。
装置への熱入力は大部分、熱伝導、対流及び放射により
消散する。これらは局部的過熱を防ぐため、あるいは装
置の内部的、あるいは環境に対する余分の熱の消散によ
り、消耗の熱交換を容易にするために使用される。
そのため航空機のガスタービン装置にとって、「燃料冷
却オイルクーラJ (FCOC)あるいは類似のものと
称される熱交換機により、熱をエンジン潤滑油システム
からエンジンの燃料システムへ移行させることは通常の
こととなっている。tm滑油の行程はオイルポンプ送り
の行程及びその他の熱源から、エンジンのベアリング内
に発生する多くの熱を吸収し、これがオイルの過熱を防
ぐためと、燃焼前の燃料の温度を上昇させることにより
燃料の燃焼特性を改善するために、燃料へ移行される。
他の公知の方法が、これらシステムから大気へ余分な熱
を消散させるために、空冷熱交換機を有する燃料及び/
又はオイルシステムを提供することになっている。ター
ボファンエンジンにおいてはそのような熱交換機はバイ
パスダクトに配置され、それにより熱は効率的にファン
の気流へと通過する。しかしながら、そのような熱交換
器はファン気流内のスラストの損失を生じ、抗力に不利
を生じ、燃料消費量が増加する。
例えば一定の作動状態の下において、航空機の燃料タン
ク内に保持されている燃料が、航空機の熱吸収により、
あるいは燃料注入前の環境温度が高いため、暖かすぎる
場合、あるいは飛行時間が短し\ため、燃料タンクの温
度を低く保持するための航空機の構造に冷気の冷却効果
を期待する大気層の高さでの時間が不適切であった場合
、潤滑油からの燃料に対する熱の入力が燃焼に至る前に
高すぎるようになり、燃料システム内で蒸発する危険が
生じる、例えばポンプ送りの間に過度のキャビテーショ
ンが生ずる。
他方で、装置の燃料流システムの温度が高いにもかかわ
らず、燃料タンクの温度が低い場合、この場合は環境に
対する熱の拒絶は無駄であり、エンジンの設計上の燃料
消費に逆効果である。更に、零度以下の燃料タンクの温
度により、一定の大気状態では結氷の問題が生じ、タン
ク内の燃料を零度以上に加熱することで、そのような問
題が回避できる。
が解 しようとする課 本発明の目的は、装置の燃料流システムを、過度に高い
あるいは低い燃料及びオイルの温度が排除可能であり、
かつ使用される燃料タンク内の燃料の熱容量がこれを助
けるような方法で、熱の流れを管理する便利な手段を提
供することである。
コンプレッサの圧縮費の増加、燃焼室出口の温度の上昇
、及びロータリの回転速度の増加、などによる、燃料消
費の減少により、航空機のガスタービン技術の継続的発
展にして、問題は悪化している。これらの問題と複合し
て、比較的容積の小さいエンジン内部で発生する熱を効
率的に管理することに現在かなりの挑戦が行われている
。かくて本発明の目的は、航空機のガスタービン装置内
の大量の熱を管理するために改良された熱容量を提供す
ることである。
エンジンの潤滑油システムと並んで、大型エンジンに関
連するその他の閉回路オイルシステムがあり、それは潤
滑と、エンジンと航空機のシステムに電力を供給するた
め、エンジンにより駆動されるジェネレータの冷却とに
使用される。エンジンのオイルシステムと異り、ジェネ
レータのオイルシステムは熱交換目的のためのエンジン
装置の残りのものからは独立したものとして便宜的に考
えられており、更にこれは通常は、他の流体流システム
の熱管理容量に追加の負荷を加えることを避けることが
必要な場合でも、それ固有の空冷式オイルクーラを備え
ており、たとえこれがそれのエンジンを通るあるいは通
過する気流内の位置のせいで抗力について不利をこうむ
るとしても、更に多くのエンジンの作動状態において、
燃料に対する追加の熱入力が効率を高めるとしても同様
である。従って、本発明の望ましい目的は、それらの熱
効率関係により、エンジン装置の他の流体流システムと
上述のようなジェネレータのオイルシステムとを効率的
に合体させることであり、それによりより包括的な熱管
理能力を有する装置を備え、ジェネレータのオイルシス
テムにそれ固有の空冷式オイルクーラを装備する必要を
排除する。
課 を解決するための手F 概括的に表現すれば、本発明は、航空機のガスタービン
エンジン装置に発生する熱を管理する方法を提供するが
、それは以下の通りである。
エンジンの燃料システムを、エンジンの複数の閉回路燃
料流システムと熱交換関係に置き、少なくとも該燃料シ
ステムが複数の燃料流路をその内部に有し、 熱を選択的に該装置から環境へと消散させ、複数の代替
的燃料流構造を達成するために、燃料流路を通る燃料の
ルートを選択的に変更し、燃料システムと閉回路の燃料
流システムとの熱交換関係を変更するために燃料流構造
を変更し、少なくとも燃料システム及び閉回路燃料流シ
ステム内の温度を監視し、 監視した温度を所定の制限値と比較し、燃料流構造の選
択が環境への熱の消散と一致するように制御され、それ
により消散されるべき熱の量を最少化しつつ、所定の制
限値を超えて監視された温度が変化することを防ぐ。
本発明は同時に、上述の方法を実行する熱管理システム
を提供する。それは以下の通りである。
エンジンの燃料システムをエンジンの複数の閉回路流体
流システムと熱交換関係に置く手段、該燃料システムは
少なくとも複数の流体流路をその内部に有する。
熱管理システムから環境へ余分の熱を消散させるために
作動可能な熱消散システム、 複数の代替的燃料流構造を達成するために、燃料流路を
通る燃料のルートを変更するために作動可能な燃料弁手
段、該配列は、燃料流構造内での変化が、燃料システム
と閉回路燃料流システムとの間の熱交換関係を変更させ
るようになっている。
少なくとも燃料システムと閉回路燃料流システム内の温
度を監視するための温度監視手段、監視された温度を所
定の制限値と比較し、燃料弁手段をの作動を制御する制
御手段、熱消散手段、それにより、同時に環境へ消散さ
れる熱の量を最少にしつつ、所定の制限値を超えて監視
された温度が変化するのを防ぐ。
代替的な表現をすれば、本発明は航空機のガスタービン
・エアロエンジン装置内に発生する熱を管理する方法で
あり、ここではエンジンの燃料システムが園児のオイル
循環システムと直接の熱交換関係に置かれ、同時に選択
的にエンジンのオイル循環システムをエンジンの空気シ
ステムと間接的に熱交換関係に置き、該燃料システムは
、該燃料システムと該エンジンオイル循環システムとの
間で熱の流れを変更するために、複数の異る燃料流構造
の間で切り替え可能であり、該燃料システムを航空機内
の燃料タンクと熱交換関係に置くために、燃料流構造の
少なくとも1つがエンジンの燃料システムから航空機内
の燃料タンクへの燃料の戻りに関連し、オイル及び燃料
システム内の温度が監視され、適当な燃料流構造を選択
することにより所定の制限値内に保持され、エンジンの
オイル循環システムを経て空気システム及び航空機の燃
料タンクへ選択的に熱を消散し、それによりエンジンの
燃料効率を最大化する。
エンジンの燃料システムは、エンジンにより駆動される
ジェネレータ用のオイルシステムを備えてなるオイル循
環システムとも更に熱交換関係にあることが好ましい。
エアロエンジンはバイパスダクトを備えたターボファン
であり、エンジンの空気システムはバイパスダクトから
空気を取り入れるバイパス給気システムからなり、エン
ジンのオイル循環システムはそれにより熱をバイパス空
気へ伝達する。
該空気システムを通る空気の流れの量を変更することに
より、オイルシステムと空気システムとの間の熱交換量
が変化する、つまりゼロから最大容量まで変化すること
が好ましい。
開示された実施例においては、4つの異る燃料流構造が
あり、それの中の2つが、エンジンの燃料システムから
燃料タンクへの燃料の戻りに関し、燃料システムからタ
ンクへ戻る燃料の量がゼロから最大まで可変である。
好都合なことに、異る燃料流構造が燃料システムの周囲
の燃料流の方向を変更することにより達成される。これ
は複数の異る燃料流路を異る順番に連結する手段により
可能である。
詳細は、開示されている熱管理システムであり、その内
容は以下の通りである。
(i)航空機内の燃料タンクを含む燃料システムと、燃
料を燃料タンク手段から残りの燃料システムを経てポン
プ送りするポンプ手段と、エンジン内の燃料を燃焼させ
る燃焼室手段と、燃焼室手段へ供給される燃料を計測す
る燃料計測手段。
(i i)エンジンを潤滑し、そこから熱を除去するオ
イルを供給するエンジンオイルシステム、(i i i
) ジェネレータを潤滑するため及びそこから熱を除去
するためのオイル供給用ジェネレータオイルシステム、
該ジェネレータはエンジンにより駆動される、 (Iv)エンジン燃料室とエンジンオイルシステムとの
間の熱伝達用第1熱交換手段、 (v)熱をエンジンオイルシステムからエンジンから力
を引き出す空気流へと伝達するための第2熱交換手段、 (vi)ジェネレータオイルシステムと熱伝達流体との
間の熱伝達用の第3熱交換手段、 これにおいて、 (8)第2熱交換手段は、エンジンオイルシステムから
強制気流への熱の流れを変更するために作動可能な′s
1弁手段と関連している。
(b)第3熱交換手段は、ジェネレータオイルシステム
と燃料システムとの間の熱伝達を行うように構成され、
核熱 該熱伝達流体は燃料である。
(c)該燃料システムは更に以下を含む。
ポンプ手段と、燃料計測手段と、燃料システムの周囲の
燃料の流れに対応した複数の異る事前に設定された燃料
流構造内の、第1及び第3熱交換手段及び燃料タンク手
段とを連結するための複数の燃料流路、少なくとも該燃
料流路の1つは燃料システムの残りの部分から燃料タン
ク手段へ燃料を戻すためのものである。
前記事前に設定された燃料流構造を遠戚するため、前記
燃料流路を経て燃料のルートを変更するために作動可能
な第2弁手段、該配列は、燃料流構図の変更が熱管理シ
ステム内部の熱の流れを変更するような構造である。こ
の変更は第1及び第3熱交換手段内の熱の流れの変更を
含み、一定量の熱を戻ってくる燃料に伴い、燃料タンク
へと入れる。
(d)燃料システム、エンジンオイルシステム及びジェ
ネレータオイルシステム内の温度を監視するために温度
監視手段が備えられる。燃料システム内の監視された温
度は少なくともタンク内の燃料の温度及び燃料計測手段
の前の燃料システム内の地点における燃料の温度を含む
(e)事前に設定された制限値と監視された温度とを比
較し、第1及び第2弁手段を制御するための制御手段が
備えられ、それにより、エンジンの設計上の燃料消費を
最少にしつつ、同時に、所定の制限値を監視された温度
が超えないようにする。
来−1L−例 本発明の特定の実施例の構造がここで説明されるが、こ
れは最近提案された熱管理システムよりも複雑であり、
4種類の作動モードの切り替え及びこれらモードの範囲
内での変化のうち、任意の1つに切り替え可能である。
理解を助けるために、第1図は該システム内の可能な主
たる熱の流れを、これら熱の流れを制御し変更するに必
要な弁とか、流路及び制御などのような、構成部品の詳
細を無視して、図式的C描いた形態をまず8!観してい
る。熱の流れは大きな矢印で示されている。点線で示さ
れた矢印はすべての作動モードでは存在しない熱の流れ
を示している。
該熱管理システムは、航空機lOに取り付けられるター
ボファン・エアロエンジン用のものであり、基本的には
4種類の主たる流体流システムであり、それは以下の通
りである。
一エンジンの燃料システム100 一エンジンのオイルシステム20〇 −航空機のジェネレータのオイルシステム300(この
ジェネレータはエンジンのアクセサリとして駆動される
) −エンジンのファン給気システム400注意すべきこと
は、描かれているような大型飛行機は2機以上のエンジ
ンを有していることである。そのため、熱管理システム
は各エンジンに応じて必要である。
エンジンが[勅している時、熱が様々な方式で発生する
熱管理システムが対処すべき主たる熱源は、−熱をエン
ジンの燃料システム100内へ持ち込む燃料ポンプ 一熱をエンジンのオイルシステム200内へ持ち込むオ
イル潤滑ベアリング及びギアボックス−熱をジェネレー
タのオイルシステム300へ持ち込むジェネレータ ー全体構造へ熱を持ち込む燃焼行程 最終的には、熱は構造の全体の部分から直接、間接に環
境へ排出されるが、消散する熱の量を最少にしつつ、オ
イル及び燃料の温度変化が一定の限度を超えないような
方法で、エンジンの燃料システムをエンジンのオイルシ
ステム200及びジェネレータのオイルシステム300
と様々な熱交換関係に置き、選択的に熱を環境へ消散さ
せることが熱管理システムの課題である。そのため該熱
管理システムは主たる熱伝達経路を熱源と環境との間&
:#M供し、この課題を遠戚する豊富で該経路を変更し
かつ調節する。
特に、該熱管理システムの環境との関係は、3種類の主
たるヒートシンクを経ての環境への熱伝達により理解さ
れる。つまり、 一飛行中に航空機の翼を流れる気流、これに対し熱が燃
料システムから航空機lOの翼105内の燃料タンク1
02を経て消散する。
一エンジンのファン九機システム400を経て流れるフ
ァン気流の部分、これに対し熱がエンジンのオイルシス
テム200を経て消散する。
−園児の燃焼室への燃料の流れ、これが熱を燃料システ
ム100へ直接伝達する。
熱管理システムの周囲の熱の伝達は、エンジンの燃料/
オイル熱交換機(FOHE) 107により促進され、
該熱交換器がエンジンのオイルシステム200とエンジ
ンの燃料システム100との間で熱を伝達し、ジェネレ
ータの熱交換器109がジェネレータのオイルシステム
300とエンジンの燃料システム100 との間で熱を
伝達する。
翼の燃料タンク102内に貯蔵された燃料の熱容量と、
翼を通過する気流へ航空機の翼105の熱消散容量との
両方を効果的に使用するため、エンジンの燃料システム
100の残りの部分から翼タンク102及び気流への熱
の消散熱は、燃料が既にタンクからポンプ送りされ、エ
ンジンオイルシステム200及びジェネレータオイルシ
ステム300と熱交換関係に置かれた後、燃料のタンク
102への戻り再循環により行われる。しかしながら、
そのような再循環は、後述のように、プログラム制御の
オプションとしてのみ選択される。
ファンの気流への熱の消散は、いわゆる空冷式オイルク
ーラ(八C0C) 202を経て空気を強制循環させる
ファン給気システム400を使用することにより、エン
ジンのオイルシステム200を経て行われる。そのよう
な循環はプログラム制御においてはオプションとしての
み選択される。
上述の2fl類の熱消散オプションは該熱管理システム
へ望ましい柔軟性を導入し、これは該システムを最も効
率的に使用するために必要なものである。
第2図を参照して、ここで該熱管理システムの構成部分
が詳細に説明される。注意すべきことは、第2図及び更
に第3図から第5図までにおいて、燃料システム100
内を流れる燃料は幅の広い山形で示され、エンジンオイ
ルシステム200内を流れるオイルの流れは狭い幅の山
形で示され、ファン給気システム400内を流れるファ
ン空気は矢印により示される、ということである。
燃エユ≦If上 第2図から第5図までに示されているように、燃料シス
テム100は4種類の交代的燃料流構造を有する。それ
らすべてにおいて、低圧燃料ポンプ101が航空機の翼
105内の燃料タンク102の内側区画103から燃料
を引き出し、少なくともその一部を該燃料システムの経
路A% B及びCを経て、エンジン熱交換器107へ導
く。熱交換器107は燃料システム100とエンジンオ
イルシステム200とを相互に熱交換関係に置く。熱交
換器107の燃料出力の少なくとも一部が燃料フィルタ
111を経て経路り及びEを通過し、それから直接高圧
燃料ポンプ113へ行く、この高圧出力は燃料計測ユニ
ット(FMU)115へ行く。燃料計測ユニット115
への入力の少なくとも一部がそれの出力から経路Fを経
て燃料流量計117及び燃焼室119へと通過する。
燃料計測ユニット115は、エンジン電子制御装置(E
EII:) 121からの燃料制御信号120に従い、
燃焼室119へ供給される燃料を計測する。電子制御装
置121及び燃料計測ユニット115により決定された
エンジンの燃焼要求に対し余分である、ポンプ113に
より供給された燃料は、経路Gと連結するポンプ放出戻
りループを経て燃料システムの初期の部分へ戻し再循環
される。しかしながら、ポンプ放出戻しループの残りは
、後述のように、現在の燃料流構造に従い変化する経路
を有する。
Zfli類の燃料流構造(第2図及び第4図)において
は、低圧ポンプ101によりポンプ送りされた燃料の一
部が燃料タンク102の外側区画104に戻される。こ
れは、燃料システムの主たる部分から燃料タンク102
、そせいて大気への熱消散の方法として使用され、これ
は後に詳述される。
電子制御装置121からの燃料制御信号120は、燃料
計測ユニット115内部のモータ駆動の弁(図示されて
いない)に送信され、それにより、パイロットにより要
求される現在のスラストを供給するために、エンジンが
要求する燃料の流れに関する電子制御装置121内に形
成された制御原理に従い、エンジンへの燃料の流れを計
画する。スラストの要求を表示する信号は、航空機のコ
ンピュータ123からデータバス124を経て電子制御
装置121を通過するが、燃料制御信号を発生するにつ
いては、電子IIJ御装置121は、温度及び圧力のよ
うな、エンジンの状態を監視する様々なセンサからの入
力信号(図示されていない)を考慮に入れる。その他の
重要な入力信号の1つは、電子制御装置121が実際の
エンジンへの燃料流を監視することを可能とする、燃料
計測ユニット】】7からの燃料流信号125である。
電子制御装置+21は又、様々なセンサ及び制御入力に
反応してエンジンのその他のサブシステムをも制御可能
であり、例えば、該装置121はコンプレッサ内の可変
案内羽根あるいは給気弁の位置を計画できる。しかしな
がら、本発明の視点は、燃料システム100と、オイル
システム200及び300と、環境との間での熱交換関
係を制御するために電子制御装置+21を使用すること
である。これは、燃料システム、エンジンオイルシステ
ム及びジェネレータオイルシステム内の様々な地点に示
されているように配置された、T1からT5までの熱電
対からの温度信号を監視し、これらシステム内で許容さ
れた限度とこれらの温度とを比較し、燃料システム10
0内のそ一夕駆動される燃料変換機弁ユニット140及
び、ファン給気システム400内のモータ駆動される空
気調節フラップ弁ユニット 410をそれぞれ制御する
ための制御信号130及び1.42を出力することによ
り行われる。
31!2図から′s5図までを描く便宜のために、変換
機弁ユニット140は3個の異る弁133.135及び
137からなるように示されているが、更に実際的な構
成が第7図に関連して説明される。
燃料変換機弁ユニット140を経て、電子制御装置12
1が選択的にルートを変更し、ここで低圧及び高圧ポン
プlot及び103によりポンプ送りされた燃料の一部
が該燃料システム内に設けられた燃料流路GからNまで
の多数の経路を取る。かくて、電子制御装置121は弁
ユニット140を作動させて、それぞれ第2図から第5
図までに描かれた4f!類の交代的燃料流構造を遠戚し
、それらのそれぞれが燃料システム+00と、エンジン
及びジェネレータオイルシステム200及び300と、
環境との間の熱交換関係を容易にする。これは後述され
る。
しかしながら、この時点で説明できることは、電子制御
装置121の制御の下での燃料変換機弁ユニット140
の作動により、以下の主たる関係において該燃料システ
ムにおいて取る燃料のルートが変更される、ということ
である。
(a)ポンプ放出戻しループ、これは第2図及び第3図
の経路G%H,′!J4図の経路G、【、J、及び第5
図の経路G、I、L、Nにより形成されたルートの間で
変更される。経路Nを通る逆流により、ルー)G、)!
は放出燃料を思料フィルタ111の直前の主たる燃料流
路へと戻し、ルートG、T、Jは熱交換器107の直前
へと戻し、ルートG、T、L、Nは低圧ポンプ101の
直後に戻す。
経路Nはジェネレータの熱交JA器!09を含む。
(b)ジェネレータ熱交換器109供給ループ。これは
第2図及び第4図の経路N、L、Mと、第3図の経路N
、にと、′f%5図の経路G、■、L、Nとにより形成
されたルートの間で変更される。ルートN、L、Mは燃
料を低圧ポンプ101の出力から取り、それを航空機の
翼105の燃料タンクの外側区画104へと戻す、ルー
トN%にもポンプ101から燃料を取るが、それをエン
ジンの熱交換器107の直後に主たる燃料ラインへと戻
す。ルートG、■、L、Nは上述の(a) にあるよう
に、ポンプ放出戻しループ内の熱交換器109 と協働
する。
(c)「タンクへ戻る」燃料戻しループ、低圧ポンプ1
01から出発して、これは、第2図の経路A、B、C,
に、L、M及びA、N、L、Mと、第4図の経路A、N
、L、Mとにより形成されたルートの間で変更される。
第3図及び第5図には燃料タンク戻しループはない、ル
ートA、B、C。
K、L、Mはエンジンの熱交換器107の直後に主たる
燃料流路から燃料を取り、それを直接に外側翼タンク1
04に通過させる。ルートA、N、L、Mは、上述の(
bl にあるように、ジェネレータの熱交換器109の
供給ループを備えてなる。
エンジンオイルシステム びファン  システムフラッ
プあるいは蝶型弁410を経て、電子制御装置121は
、ファン給気システム400を通過することを許される
ファン給気の量を選択的に変更する。ファン給気システ
ムは、空冷式オイルクーラ(ACOC)へ導く取り入れ
ダクト 412と、空気を空冷式オイルクーラ 202
からフラップ弁ユニット 410へと通過させるための
中間ダクト414と、取り出しダクト 416とを備え
てなり、取り出しダクト41Bはファン給気をエンジン
室の外側表面にある出口ノズル418へ運び、そこで回
転羽根420により適当な方向へ回転した後にプロペラ
後流と合流する。
電子制御装置121の制御の下に、該弁が第1図にある
ように閉じていて、はぼファンの給気が空冷式オイルク
ーラ202を通過する時の非常に低い値から(ファンの
空気流を経て)、第3図にあるように該弁が完全に開き
、最大容量のファン給気流量が空冷式オイルクーラを通
過する時の非常に高い値まで、フラップ弁ユニット41
0は環境に対するエンジンオイルシステム200からの
熱消散の割合を変更できる。ファン給気システム400
を通る空気流は、さもなければエンジンのスラストに貢
献するファンの空気の使用のせいと、空冷式オイルクー
ラ202への空気力学的な吸い込みと関連する配管41
2.414.416のせいとで、エンジンの特定の燃料
消費に対する逆の衝撃のために、最少となる。
LVDTは空気弁40に対し位置フィードバックを能え
るように使用可能である。
ジェネレータオイルシステム ジェネレータの熱交換器109を通るジェネレータそれ
自体(図示されていない〉からの熱交換ループに加えて
、ジェネレータオイルシステム300は又、オイルの循
環を維持する充填ポンプ(図示されていない)と、オイ
ルに含まれる有害粒子の循環を防ぐ清掃フィルタ(図示
されていない)とを含む。電子制御装置121に直接連
結されている熱電対T3は、熱交換器109の直前のル
ープ301内に配置されてジェネレータオイルの温度を
監視する。代替的には、点線で示されているように、そ
れは熱交換器109の直後に配置することもできる。
システム論理 第2図から第5図までを参照して、該熱管理システムの
異る作動モードの詳細を説明する前に、電子制御装置1
21に関連するシステムのプログラム制御論理の外観が
、第6a図から第6c図までを参照して行われる。
制御論理の詳細な説明 第6a図は、電子制御装置121が付勢された後に、プ
ログラムが燃料及びオイル温度の限度をそれの最初の値
に設定し、同時にどのように該プログラムが熱電対の破
損(failure)に対処するかの第1段階を示す方
法に関する。
スイッチが入った後常に、電子制御装置121にある熱
管理システムの制御プログラムは常に、論理決定601
により、エンジンの回転速度がアイドリング速度よりも
速いかどうかをチエツクし、実際に、電子制御装置、l
 21内の速度検知に使用されるソフトウェアが論理的
に1つの状態に設定される、該スイッチがそのようにセ
ットされていると、FUTLrM、燃料温度限度が高F
tlTLIMH(例えば120℃)にセットされ、燃料
システムの主たる部分における許容される上限燃料温度
となる。これに対して熱電対T1からの読みがチエツク
される。該スイッチがセットされないでいると、該プロ
グラムは、航空機のデータバス124上のデータワード
の値をチエツクすることにより、論理決定603を行う
、これは、航空機の着陸ギア懸架装置にあるマイクロス
イッチが押圧されているかどうか、つまり航空機が地上
にあるかどうかを示す。
航空機が地上にある場合、FLITLIMは高いFtl
TLIM)Iにセットされるが、地上にいない場合はF
uTLIMは低いFUTLIMLにセットされ(例えば
100℃)、これがFUTLIMHの代りに熱電対T1
に対する高いほうの許容可能な燃料温度の読みとなる。
FUTLIMにより高い、あるいは低いのいずれかにセ
ットされると、次の論理決定605が、航空機の現在の
状態が、許容可能な経路Mを経て翼タンクの外側区画1
04へ燃料を戻して再循環させているかどうかを決定す
る。そのような再循環は、以下の状態のいずれかがある
場合は許容されない。
(a)航空機のデータバス124上のデータワードが、
その時点で再循環を必要としていない、ということを表
示する「禁止」ビットを含む場合、(b)「禁止」を含
み得るビットが電子制御装置121に受領されない場合
、 (c)電子制御装置の固有の内部データバス上のデータ
ワード内に「フラグビットがセットされている場合で、
航空機のデータバス上に受信されているデータから示さ
れているのが、パイロットのスロットルレバーの角度が
、所定の量より大きく、航空機の速度が、離陸が生ずる
ことを示すマツハナンバを超えている場合、このフラグ
ビットは、航空機が一定の充分な高度に到達するまでセ
ットされたままである。
再循環が許容される場合、 GLM、ジェネレータオイ
ルシステムの温度限度は低くセットされ、GLML(例
えば100℃)、これはジェネレータオイルシステム3
00の許容オイル温度の上限となり、これに対して熱電
対T3からの読みがチエツクされる。再循環が許容され
ない場合、GLMは高くセットされ、GLMH(例えば
127℃) GLMを高くあるいは低くセットすることにより、次に
プログラムはエンジンオイルシステムの温度限度をそれ
の通常値ENOLMN (例えば180℃)にセットし
、次にこれがエンジンオイルシステム20Gの許容オイ
ル温度の上限となり、これに対して熱電対T2からの読
みがチエツクされる。
次に論理決定607において、空白(null)あるい
は非常に低い信号レベルにより示されているように、プ
ログラムが熱電対T1からT3までのいずれかが故障し
ていないかどうかのデジタル信号を検査する。その時点
でとの熱電対も故障していないと仮定すると、作動モー
ドフラグM2F^ORのデフオールドがクリアされ、ア
イドル速度が上昇するにつれてエンジンの作動に関し燃
料システムの主たる部分にある燃料に対する上限温度が
セットされるが、これはもちろん、燃焼室119へ燃料
の流れを増加させるため、電子制御装置121が燃料計
測ユニット115へ信号を送ることにより達成される。
エンジンのアイドル速度を高めることは、エンジン速度
が遅い間に当初の燃料温度が高いことから生ずる、高圧
燃料ポンプ113内のキャビテーションを防ぐために必
要である。それによりアイドル速度が上昇する量は、エ
ンジンが作動している高度、並びに温度に依存する。そ
してそのため、電子制御装置121内のロム内のデータ
として保持されているスケジュール、3つのパラメータ
に関するスケジュールに従いアイドル速度が上昇する。
第6a図から注意すべきことは、上述の論理SO5に続
くオイル及び燃料温度の限度は補正される、つまり、上
昇あるいは下降温度による熱電対のヒステレシスを考慮
するために、プログラムは実際に示された温度よりも熱
電対T1からT3までにより検知された温度が高いか低
いかを考察する。プログラムにより認識された各温度限
度は関連するシステム内のオイル及び燃料の温度が実際
に限度を超えるとほぼ同時に、トリップされる。
上昇したアイドル速度に対し燃料温度限度が設定される
と、プログラムはそれの温度限度の初期設定フェーズを
完成し、後述のように第6C図に示されているようにA
から出発し、システムのための適当な作動モードの選択
のために主たる制御論理へと前進する。
プログラムが少なくとも1つの故障した熱電対を論理決
定607で検知したと仮定すると、作動設定M2FAO
Rが取られる、つまり、次に609で、2つ以上の熱電
対が故障したかどうかを決定する前に、プログラムが故
障作動モード(そ−ド2、第3図)のデータビットを電
子制御装置121内にをセットする。この故障がある場
合、論理は第6b図のC地点へと前進し、そこで作動セ
ットモード4が自動的(生じる。つまり、第5図に示さ
れている第4燃料流構造を遠戚するために、電子制御装
置121が燃料変換機弁ユニット140に信号を送る。
熱電対T1からTまでの全部が実際に故障すると、論理
決定611からの出力は「イエス」であり、その結果、
電子制御装置121は、システムからの熱の最大量を消
散するために完全に開いた状態になるように、空気調節
フラップ弁ユニット410に信号を送る、というのは、
安全のために、オイル及び燃料の温度に対して、最悪の
場合が仮定される必要があるからである。上昇アイドル
燃料温度(表1を参照)に対しても、上限のFSIDF
Lをセットする必要がある。第6C図の地点りへと続け
ると、決定論理613は、エンジンのアイドル速度を上
昇させる必要があるかどうかを決定するために、 R5
IDFLを例えば140℃のような数値と比較する。R
5rDFLが140℃よりも高い場合は、前述したくス
ケジュールに従い、上昇アイドル速度を計算することが
プログラムにとって必要であり、燃料の流れを制御する
ために、この情報は電子制御装置121内にある適当な
ソフトウェア制御ループ機能へと通過する。 R5ID
FLが140℃を超えない場合、アイドル速度の変更が
必要でないことは明白である。
第6b図の決定論理611に戻ると、熱電対T1からT
3までの2個だけが故障した場合、現状の環境の下で燃
料の最大効率のために、どのように空気弁410を制御
することが最適であるかを決定するために、3個の熱電
対のうち2個が故障したことを論理615及び617内
で決定することが必要となる。かくて、T1とT2とが
故障した場合、ジェネレータオイルシステム300内の
温度を測定しているT3からのデータが制御目的のため
に使用されなければならない、この場合、補正されたエ
ンジンオイルの温度と補正された燃料の温度との両方が
故障値TFALL5 (故障した熱電対に代る温度を意
味する)に対しセットされなければならず、これは大き
な安全の余裕を有する上限を表示し、大きな安全の余裕
を有する上昇アイドル燃料温度は熱電対T3からの補正
された読みに接近させなければならず、プログラムは、
上限値GLFI(熱電対の故障に対するジェネレータオ
イル温度限度を意味する一No、1)に対しT3からの
読みを制限する、空気弁410に対する制御出力を電子
制御装置121へ与えなければならない、注意すべきこ
とは、T3からの読みが、適当な上昇したアイドル状態
のために、T1とT3の交差較正を参照して補正される
ことである。
同様に、決定論理617からT1とT3とが故障したが
T2は故障していない場合、補正されたオイル温度と補
正された燃料温度とはTR^ILSにセットされ、 R
5IDFLT 2からのエンジンオイル温度の補正され
た読みに接近させられ(許容度FULOFFを加え、こ
れは燃料温度とエンジンオイル温度との間の負のオフセ
ットである)、プログラムは空気弁410を制御して、
T2から上限値ENOLF2 (熱電対の故障に対する
エンジンオイル温度限度を意味する一No、2)への読
みを制限する。
最後に、決定論理815から、T2及びT3が故障した
がT1は故障していない場合、T2及びT3から引き出
されたであろう補正された温度が値TFAILSにセッ
トされ、R5IDFLはT1から引き出された補正され
た燃料温度にセットされ、プログラムは空気弁410を
制御して、T1からの読みを上限値FIITLFI (
熱電対の故障に対する燃料温度限度を意味する一No、
1)を制限する。
2個の熱電対が故障した場合、空気弁410に対する制
御パラメータが決定されると、プログラムは第6C図の
地点りに行き、上述のように処理が行われる。
第6a図の決定論理609に戻ると、1個だけ熱電対が
故障すると、決定619及び621がどの1個が故障し
たかを決定する。熱電対T1が故障した場合、エンジン
オイルに対する最大温度限度がENOLFI (熱電対
の故障に対するエンジンオイル温度限度を意味する一N
o、1)にセットされ、補正された燃料温度はTFAI
LSにセットされる。次に決定605に類似する決定6
23が、翼タンクへの燃料の戻し再循環が許容されるか
どうかに関して行われる。そうである場合、上昇アイド
ル燃料温度RSrDFLが補正されたT2からの読み(
前述の許容度FtlLOFFを差し引く)により置き換
えられる。再循環が許容されない場合、補正されたT3
からの読みがR5IDFLと置き換えられる。どちらの
場合も、プログラムは第6C図のAにおいて主たる制御
論理を再結合させる。
決定論理619がT1が大丈夫であると決定すると、決
定621T2が故障しているかどうかを決定する。それ
がなされると、決定625が、これは決定605に類似
しているが、再循環が許容されるかどうかを決定する。
許容される場合は、前述の故障値FtlTLFlに対し
プログラムにある最大燃料温度限度がセットされ、補正
されたエンジンオイル温度が故障値TFAILSに対し
セットされる。再循環が許容されると、補正されたエン
ジンオイル温度のみが故障値に対しセットされる。いず
れの場合も、次にプログラムが第6C図のAにおいて主
たる制御論理を再結合する。
決定619と621とが、T1もT2も故障していない
と決定すると、T3が故障しているに違いなく、プログ
ラムは第6b図のBでi4!続し、そこでシステムがモ
ード3(第4図)あるいはモード4(第5図)で作動す
るかどうかを決定するために決定627、629及び6
31が採用される(taken)。
再び、決定627は決定605に類似している。翼タン
ク102への燃料の戻し再循環が許容されない場合、シ
ステムはモード4で作動するようにセットされ、PUT
LF2 (PUTLFIよりいささか低い)の最大限度
が補正されたT1からの読みに対しセットされ、直ちに
第6C図のE地点に前進する。
しかしながら、再循環が許容されると、決定629及び
fi31は、燃料とオイルの塩度がモード3で作動する
には低すぎるかどうかを決定しなければならず、それら
のいずれかが低すぎる場合はいずれにせよ、論■里はシ
ステムをモード4ヘセツトし、前のバラグラフにあるよ
うに次の段階に進む。
燃料が冷たすぎるかどうかに関する決定629は最低の
低い燃料温度限度FUTMNI (例えば5℃、5℃)
から引き出される補正された燃料温度信号TFUELC
との比較に依存する。TFUELCがFLITMNI以
下である場合、燃料は冷たすぎ、翼タンクへ戻し再循環
させることはできずくなぜなら、それは既に水の氷点に
あるからである)、翼タンクへの燃料再循環が使用され
ないため、モード4が使用されるへきである。
TFUELCがFtlTMNlよりも大きい場合、決定
631が、補正されたエンジンオイル温度信号TOEN
GCを最低エンジンオイル温度限度ENOMNI (例
、t ハ20℃±5℃)と比較することにより、エンジ
ンオイル温度が低すぎると法定する。TOENIGCが
ENOMN’1以下の場合、エンジンオイルはそれ以上
添加するには冷たすぎる。エンジン熱交換器107の燃
料に対し熱がある場合、熱交換器109を経てジェネレ
ータオイルシステムを冷却するために燃料計測ユニット
115からの燃料放出ループを使用するため、モード4
(第5図)が使用されるべきである。
燃料及びエンジンオイルの温度が両方とも冷たすぎない
場合、システムは作動モード3にセットされ、プログラ
ムは、翼タンク102に戻し再循環(放出)を許容され
る燃料の量を制御しなければならない。これをするため
に、ライン130に要求される信号の値を調節して、弁
ユニツト140内にあるトルクモータ(示されていない
)を制御し、航空機の製造業者により設計された特定の
限度よりも大きくないが、それに近い、経路Mを下る再
循環の量に対応するだけ、燃料放出弁を開く、これを達
成するための最も簡単な方法は、燃料流路M内に燃料流
量計(図示されていないが、メータ+17に類似してい
る)を設けることである。該メータは、直接、あるいは
航空機のデータバス124を通して、航空機の製造業者
の限度と比較するために、フィードバック信号を電子制
御装置121に送信するであろう。しかしながら、その
ような燃料流量計及びフィードバック信号がない場合は
、航空機の製造業者の限度を超えることを排除する最大
燃料放出弁の流域設定(maximum fuelsp
ill valve flow area setti
ng)を示す、SPMAX値が計算される。SPMAX
は、低圧燃料ポンプ101が機械的にエンジンから駆動
されるため、エンジン速度に従い変化し、それによりポ
ンプ圧力が上昇し、燃料ラインの圧力損失も又変化する
。そのため、SPMAXは電子制御装置121内のロム
に保持されているスケジュールから引き出される。
安全要素を提供するために、SPMAXには燃料弁制限
要素FVLIF^、が掛は算され、あるいは0.7が掛
は算され、適当な較正の後に、その結果が弁ユニット1
40の燃料放出弁トルクモータに命令信号を提供するた
めに使用される。
第6C図のE地点に進むと、次の作用632は空気弁4
10を制御するためのものであり、それにより丁度充分
な熱が、補正された燃料温度TFUELCと対応する燃
料温度上限との間の誤差、あるいは補正されたエンジン
オイル温度TOENGCと対応するエンジンオイル温度
上限との間の誤差のいずれかをどちらの誤差が大きいか
により修正するために消散される(「最も高い利得(w
in) J論理により決定される)。その後に、プログ
ラムは上述の決定613へと前進する。
プログラムの論理は熱電対の故障の場合に作動可能に記
述しであるため、第6C図のA地点からずっと主たる論
理に従ったままである。
何よりもまず、決定633、635及び637が行われ
、上述のようにこれらは決定629、631及び605
と同一である。燃料あるいはエンジンオイルの温度のい
ずれかが冷たすぎる場合、作動モード4(第5図)が選
択されるが、不必要に熱を損失しないために空気弁41
0は閉じている。これら2つの流体温度のいずれかが冷
たすぎることはなく、翼タンクに戻る燃料の再循環が許
容される場合、ジェネレータオイルシステム300内の
オイルに対する熱電対T3の補正された温度が対応する
ジェネレータオイル温度の上限GLIMよりも高いかど
うかに関しては決定639が採用される。そうである場
合、決定641が、システムがモード3の作動に対して
ラッチされたかどうかを表示しつつ、データビット(フ
ラッグ)が電子制御装置121にセットされているかど
うかをチエツクする。これは、該フラッグが翼タンク1
02への燃料の再循環が許容される場合にのみセットさ
れるため、決定論理637の修正作動に関するチエツク
の性質による。モード3の選択フラッグがセットされて
いると、プログラムは作動モード3に対するシステムを
セットし、上述のようにSPMAXを計算し、そして次
に以下に従い、作用642に表示しであるように、T3
からの補正されたジェネレータオイル温度TOGGと、
ジェネレータオイル上限温度GLIMとの間の誤差を排
除するために充分である、燃料の下降経路Mの量を放出
するために、該限度に従い、ユニット140内の燃料放
出弁を調節する。その後にプログラムは、上述のように
、作用632及びそれに続く論理とに従い空気弁410
を制御する。
決定639に戻ると、TOGCがGLIMよりも大きく
ない場合、モード3選択フラッグは、既に決定637で
セットされて、これがニル(nil、 Of にリセッ
トされ、システムは作動モード1 (第2図)にセット
される。決定641におけるニルも示されているように
、システムをモード1にセットする。
その後、SPMAXはモード1に対し計算され、モード
3に関するのとは異って使用されるスケジュールを使用
し、異る流構造を許容し、燃料放出弁はSPM八X八属
限度以下節され、それにより経路Mを下降する燃料の量
は、TOGC−GLIMとTF[IELC−FtlTL
IIJとの2つの誤差の最大誤差E!、IOFEを排除
するに充分であり、後の2つの値は作用632に関して
上述した。次に、決定643において、プログラムはユ
ニット140内の燃料放出弁の位置をチエツクし、制御
ループを完成するために、ユニット140は電子制御装
置+21に信号を戻す。それが広く開いていない場合は
、EMOFEは放出弁の制御の下に維持され、プログラ
ムは作用632ヘジヤンプする。それが充分広く開いて
いる場合は、翼タンクへ戻る燃料の流れが作動モード3
におけるシステムにより、より経済的に制御可能であり
、それにより、放出弁が、作用642におけると同様に
、 TOGC−GLIM 、ジェネレータオイル温度誤
差を最少化するように制御するであろう。
この可能性は決定論理645においてチエツクされ、コ
、m テTOGC−GLIMがEMAX値と比較され、
この値が、ジェネレータオイル温度誤差、燃料温度誤差
、及びエンジンオイル温度誤差である、TOGC−GL
IM、  TFIJELC−FtlTLIM、及びT(
lENGc−ENO[、IMの最大のものを選択する、
「最高利得」論理の出力である。EMAXが実際にジェ
ネレータオイル温度誤差よりも大きい場合、最も効率的
としてモード1が保持され、プログラムは作用632へ
再び移動する。fMAXがそれほど大きくない場合、モ
ード3選択フラッグが再びセットされ、決定841&:
続く論理に入る。
ここで決定637に戻ると、再循環が許容されない場合
、最初の決定647が、モード2(第3図)においてシ
ステムを作動させることが許容可能であるかどうかに関
し行われる。これは、流量計117により測定された燃
料の燃焼量と、燃料流の閾値とに依存する。燃料の燃焼
量が閾値を下らない場合、モード2における作動は、高
圧ポンプ113によるループEG)IEをめぐる燃料の
過度の再ポンプ送りが燃料のオーバーヒートを生じ得る
ため、許容されない。そのため、決定647からの出力
が「ノー」である場合、システムはモード4にセットさ
れず、燃料回路の温度の上限に関しては、すべての不測
の事件に備えて、EMAXを排除するように、空気弁4
10は作用650において調節される。次に論理は上述
の決定613へ前進する。
他方で、決定647がモード2の作動が許容されるもの
である場合、決定649がEMAX (これは正でも負
でもあり得る)を、モード4の選択ラッチがリセットさ
れる閾値を下まわるM4SELR値と比較する。ここで
M4SELR値=0であり、それによりIMAXが負で
ある場合(流体回路の温度誤差がすべて負であることを
意味する)、モード4選択フラッグは、燃料を翼タンク
へ戻す再循環が初期の論理で許容されない場合にセット
されるが、モード2の選択を許容するためにリセットさ
れる。作用652を見よ。しかしながら、維持されるべ
きモード2に対しては、決26stは、決定639と同
一であるが、負でなければならない。ジェネレータオイ
ル温度GLIMが限度を超えない場合、そして空気弁か
らのフィードバックが、それが広く開いていないことを
示す場合(決定1i53) 、モード2は維持され、プ
ログラムは上述のように決定650へ前進する。しかし
ながら、決定649が、EMAXは少なくとも0と同じ
大きさである、と言う場合は、モード4の選択フラッグ
が決定655において決定されたものとして事前にセッ
トされていることを条件として、システムは作用648
においてモード4にセットされる。該フラッグがセット
されていない場合は、前述のように、プログラムは作用
652においてモード2をセットするために進む。ジェ
ネレータオイル温度GLIMが限度を越した場合は作用
648により、あるいは決定653が、空気弁が広く開
いていると決定した場合は作用652により、モード2
はモード4の利益のために無効となる。
いずれの場合も作用650はモード4において生ずる。
制御論理の要約 上述の論理の主たる準備は以下の通りである。
(a)燃料の翼タンクへの再循環(放出〉の可能性の確
立 fb)モード2での作動の可能性の確立(c)モード4
の選択を要求する条件の確立(d)モード3の選択を要
求する条件の確立(e) fiタンクへの再循環が許容
され、モード3の選択(d、)が確立されていない時、
常にモード1で作動 (f)翼タンクへの再循環が許容されず、モード2での
作動がOKでありシステムの正しい作動を妨害する熱電
対の故障がない場合、常にモード2で作動 (g)電子制御装置121を経ての閉ループにおいて、
燃料、エンジンオイル及びジェネレータオイル回路温度
を制御するため、空気調節弁410と燃料変換機及び放
出弁ユニット140の使用。
第6C図がシステムの通常の作動用の論理を示し、これ
は熱電対の故障が検知されない時、あるいは、故障した
いずれかの1個の熱電対の信号の代りに適当な置換が行
われた時に使用される。
翼タンクへの燃料の再循環が許容されない場合、通常の
作動のために2つの代替的方式がある。燃料温度TFU
ELCあるいはエンジンオイル温度TOENGCがそれ
らの最低設定限度を下まわる場合、論理はモード4を選
択し、弁ユニツト140内の燃料放出弁をセットし、空
気弁410をそれの完全に閉じた位置にセットする。し
かしながら、TFtlELCあるいはTOENGCがそ
れらの最低限度を上まわるばあい、選択はモード2とモ
ード4との間で行われる。
以下の条件のいずれかが確立されると、モード4を選択
することによりモード2の作動は無効となる。
(i)モード2がOKでない(論理647)(i i)
ジェネレータオイル温度が最大限度を超えている (i i +)空気弁410が広く開き、ジェネレータ
オイル温度が最大限度を超えていない (iv)モード4の選択フラッグがセットされている 上述のようにモード2及び4において作動して1/” 
ル場合、制御は、エンジンオイルと燃料温度との、それ
らの相対的データとの比較、及び、空気弁410の、E
IJAXOとする調節により、発生するエラーに対する
ものである。
翼タンクへの燃料の再循環が許容される場合、及び、燃
料温度TFUELCあるいはエンジンオイル温度TOE
NGCがそれらの最低設定限度を上まわる場合、モード
1がその基本的制御モードとして選択され、その場合、
制御は、エンジンオイルと燃料温度との、それらの相対
的データとの比較により発生するエラーに対するもので
あり、空気弁410の調節は、EMAX Oとされる。
そのようなモード1の作動は、以下の条件のいずれかが
確立されるとモード3により無効とされる。
(i)弁ユニッl−140内の燃料放出弁が広く開き、
EMAX−ジェネレータオイル内の温度エラー(TOG
C−GljM)である。
(II)モード3選択フラッグがセットされる。
モード1及び3の両方における空気弁410を調節すれ
ば、燃料温度及びエンジンオイル温度の最大エラーをゼ
ロにする状態になろう。
第6a図及び第6b図は(第6a図の初期設定ルーチン
とは別に)、正常な制御に木質的なシステムエレメント
に故障が検知された場合、システムの連続作動を可能と
するために要求されるバックアップ制御論理を描いてい
る。
虹理亘ヱ 空冷式オイルクーラ202を通る気流の使用は、燃料と
オイルの温度をそれらの制限内に維持することに一致し
て、絶対的最低値に維持される。これを達成するために
、翼タンクへの燃料の再循環は、全体的制御を維持する
ことと一致して、空気弁410が開かれる前に、可能な
ところでは常に最大限に使用される。
モート1及びモード3においては、空気弁410及び弁
ユニツト140内の燃料放出弁が両方とも同時に調節さ
れ、それにより、これらモードにある場合のそれぞれが
独立して過負荷になった場合でも、燃料とオイルの回路
の両方から熱を消散させることを可能とする。しかしな
がら、モード2及びモード4においては、唯一の冷却制
御装置は空気弁410である。
電子制御装置121と前記弁との間の各制御ループの駆
動は、温度エラー信号と、燃料、エンジンオイル及びジ
ェネレータオイルの流路内の温度エラー〇「最高の利得
」ゲート選択とに反応する。
以下の表は4つのモードのそれぞれに要求される制御能
力を要約したものである。
第2図から第5図までに描かれた流構造を特に参照する
と、第2図は、通常の作動モードであるモードlにおけ
る作動のために構成されたシステムが示されている。こ
のモードはエンジン及び航空機の燃料システムを、ヒー
トシンクとして最大限に利用し、空冷式オイルクーラ2
0内のエンジンオイルシステムの空気冷却のための要求
を排除している。
ジェネレータオイルシステム300の冷却及びエンジン
オイルシステム200の一部の冷却は、経路EGHEを
めぐる高圧燃料ポンプ113を通る通常の燃料再循環及
び、熱交換器109及び熱交換器107を通過した後の
、経路LMを通る航空機の翼タンク102へ戻る制御さ
れた量の低圧燃料の再循環とを許容するために、ユニッ
ト140内の燃料制御弁をセットすることにより達成さ
れる。エンジンオイルからの残りの熱はエンジンの燃焼
室119への流れにより消散されなければならない。
第3図は作動モード2を示し、これは第2の通常モード
である。ここでは、燃焼室119内で燃焼する燃料はジ
ェネレータオイルシステム300とエンジンオイルシス
テム200の両方を充分冷却するためのヒートシンクを
提供可能であり、ユニット140内の燃料制御弁は、モ
ード1に対するものとして、ポンプ113を経て通常の
燃料再循環を許容するが、エンジンへの主たる流れへと
通過する熱交換器109を通る流れをすべて許容する。
しかしながら、燃焼室+19へ通過する燃料への、オイ
ルシステムからの熱損失が充分でない場合は、空気弁4
10がわずかに開き、エンジンオイルシステム200か
ら空冷式オイルクーラ 202を通るファン空気へ熱が
消散することを可能とする。
第4図はモード3の作動を示している。これは、高圧ポ
ンプ113の人口での燃料温度が高すぎる場合(これは
燃焼室119への燃料の流れが低く、燃料計測ユニット
115からの燃料の再循環が低いため、非常にエンジン
速度が低いときに生ずる)場合に採用される。この流れ
構造においては、ユニット140内の燃料制御弁は、熱
交換器107の前の主たる流れへ戻るために経路Gに沿
って燃料を再循環させ、熱交換器109内で加熱された
燃料を経路NLMに沿って翼タンク102へ戻すように
セットされる。空気弁410は完全に開いて、エンジン
オイルシステムからファン空気への熱の消散を最大限に
する。そのようにして、燃料とエンジンオイルの両方を
設計された温度限度内に維持するため、燃料から熱交換
器107内のエンジンオイルへ、そしてエンジンオイル
から空冷式オイルクーラ202内のファン空気へ熱が流
れる。
ジェネレータオイルは、すべての燃料を熱交換器109
を経て翼タンクへ再循環させることにより、オーバーヒ
ートしないように維持される。ただしこの流れはできる
だけ最少にされている。
第5図はモード4における作動を示している。
これは、ジェネレータオイルシステム300がほぼオー
バーヒート状態であり、あるいは翼タンクへの再循環が
許容されないため、もはやモード3が需要可能な状態で
はない場合に採用される。後者はタンクへの流れが10
0℃を超え、あるいは航空機のデータバス上にシャット
オフ信号が現れた場合である。この状態においては、ユ
ニット140内の燃料制御弁は経路Gに沿って再循環さ
れる燃料が熱交換器109を通過するように、そして低
圧燃料ポンプ101の出口へ行くようにセットされる。
そのため、燃料をポンプ送りするために生ずる熱はそし
てジェネレータオイルシステムに生ずる熱は、熱交換器
107へと通過する。空気弁410は開いたままで、空
冷式オイルクーラ202を経てファン空気へ消散される
熱は燃料システム、ジェネレータオイルシステム、及び
エンジンオイルシステムにより発生する熱と合流する。
注意すべきことは、上述の説明は4fffi類の基本的
作動モードを有する熱管理システムを意図しているが、
このモードの数は、該システムのハードウェア及びソフ
トウェアの詳細な設計に関して設計者の自由裁量にまか
されている、ということである。
上述の説明において、燃料システム100及び他の2つ
のオイル椅子200、300の間の直接の熱交換関係及
びこれに加えてファン給気と航空機の翼との間接的熱交
換だけを設計しているが、更に、燃料システムとその他
の閉回路あるいは開回路の流体流システムとの間の熱交
換が、もしあるとすれば、可能な場合及び望ましい場合
には構成可能であることは、当業者には明白である。更
に、タンク、あるいは独立のタンクへ戻る1つ以上の燃
料の経路、例えば主たるシステムをバックアップするも
のとしての経路、を含むシステムの可能性があり、上述
の2つの燃料流構造はタンクへ戻る流路を含むけれども
、状況によっては、そのような流れに関し、2つ以上の
構造あるいは1つだけの構造が望ましい場合もある。
燃料転換の弁制御 び タンクへの 循環前述のように
、弁ユニット140は、第2図から第5図までに図式的
にのみ描かれているが、実際には第7a図から第7d図
までに図式的に示されているように、燃料変換機弁70
1及び燃料放出制御弁702からなり、それぞれモード
1からモード4を作動させるシステムを実現するために
採用される位置を表示している。
変換機弁701は6個のボート705−710を備えた
弁ボデイ 703からなる。ボート 705、706及
び710は領域Bに図式的に示されているように、選択
的に相互連絡する。ボート708と 709とは常に相
互に連絡しているが、両方とも領域Aにあるボート70
7と選択的に連絡する。領域A及びBは点線により区画
され、弁ボデイ703内に一対の空洞を表示し、該弁ボ
デイによりボートは連絡する。各空洞には開口のある内
部スリーブ(図示されていない)があり、これは、ボー
トの間に所望の相互連絡を提供するように、該空洞の壁
にあるボートを覆ったり、開いたりするように、直線的
に移行可能である。該スリーブはスプリング偏倚され、
燃料駆動式サーボ(図示されていない)を経てソレノイ
ドへと連結され、それにより、ソレノイドが付勢されて
前記スプリングに抗している場合の第1位置と、ソレノ
イドが付勢されていない場合のスプリングの作用が働い
ている第2位置とを予定している。前記変換機弁を通る
許容された燃料の流れによる第1及び第2位置の結果は
、ボートの間の禁止された連絡を表示するために、矢印
、空間A及びBを横切って描かれた斜線により示されて
いる。スリーブ弁の第1位置は作動モード1及び2を仮
定しく第7a図及び7b図)、第2位置はモード3及び
4(第7c図及び7d図)を仮定している。
表示されているように、ボート 705から708まで
は第2図から第5図までに記号のついている燃料システ
ム流路G、H%K及びNへ連結している。
ボート709、710は変換機弁701と放出制御弁に
あるその他のボート711、712の間を単に燃料が流
れるように運ぶだけであり、その他の点では同じではな
いが、第2図から第5図までに示されている弁ユニット
140内部にある想像上の流路I及びLと類似の機能を
実行すると考えられる。
燃料放出制御弁702はインラインスプール弁であり、
ボディ 715内の4個のボート 711−714を備
えている。ボート 714及び713は示されているよ
うにそれぞれ燃料システムの流路J及びMへと連結され
ている。
スプール716は、トルクモータ被駆動スクリュージャ
ック配列717により、双頭の矢印により示された軸方
向に移動可能である。拡大直径ラント 718、719
はスプール718上にあり、これらは対応する、スプー
ル716が摺動するボアの内部ランド720、721及
び722とそれぞれ噛み合っている、ランドに関するス
プールの選択的位置決めは、それによりボート711−
714の相互連絡の変更を提供しく変換機弁701に関
連して、作動モード1からモード4までの間の燃料流構
造の変更に必要な)、同時に翼タンクへの再循環のため
に流路Mへ放出される燃料の量を調節する。弁702に
対する「閉じ」は、流路Mへの放出が生じない、第7b
図及びd図(モード2及び4)に示されている、スプー
ル718の「ハードオーバー」の位置として形式され、
「開き」は該、スプール上のランド718がボア内のラ
ンド721と係合するスプールの位置範囲として形式さ
れ、それにより、前記弁の一端におけるポート712と
714との間の連絡と、他端でのポート 711と71
3との間の連絡とを可能とし、次に、以下の表IIが、
変換機弁701と燃料放出制御弁702との位置がどの
ように選択されて、作動モード1から4までに対応する
システムの4種類の燃料流構造が提供されるかを示すた
めに描写可能である。
表【I 変換機弁701は上述では二重スリーブ弁として説明さ
れているけれども、イン−ラインスプール弁のような、
その他の形態の弁も代りに使用可能であることが理解さ
れるべきである。同様に、燃料放出制御弁702は例え
ばスリーブ弁のような代替的形式の弁により、これらの
−船釣弁の形態は当業者には公知であるけれども、ここ
でのそれらの特定の配列及び相互連絡は新規であると信
する。
電子制御装置121内のプログラムにより、これら2種
類の弁を閉回路で制御するために、電子制御装置121
への弁からの位置フィードバックが必要である。これは
、2位置変換機弁701の場合には、マイクロスイッチ
及び、燃料放出制御弁702の場合には、直線可変作動
トランス(LVDT)、により容易に提供可能である。
【図面の簡単な説明】
本発明の実施例が例示の方式で、添附の図面のみを参照
して説明される。 第1図は、本発明に従った熱管理システムの主たる部分
の間の熱交換関係を描いた図式的ダイヤグラム、 第2図は、該システムが第1燃料流構造であり、第1作
動モードで作動している、本発明に従った熱管理システ
ムの図式的表示、 第3図、第4図及び第5図は、それぞれ第3、第4及び
第5燃料流構造に対応し、それに対応する作動モードに
ある同一の熱管理システムを示す図、 第6a図からtJab図までは、どのように該4種類の
モードがプログラム制御の下に実行されるかを示す、ロ
ジックフローダイヤグラム、第7a図から第7d図まで
は、該4種類の燃料流構造の間で熱交換システムの変更
を可能とする燃料弁ユニットの実際の構成を示す、図式
的形態、 100・・・燃料システム、+01・・・低圧ポンプ、
102・・・燃料タンク、103・・・内部区画、10
4・・・外部区画、105・・・航空機の翼、107・
・・エンジンの燃料オイル熱交換機、109・・・ジェ
ネレータの熱交換器、111・・・燃料フィルタ、11
3・・・高圧燃料ポンプ、115・・・燃料計測ユニッ
ト、117・・・燃料流量計、119・・・燃焼室、1
20・・・燃料制御信号、12.1・・・エンジン電子
制御、123・・・航空機のコンピュータ、124・・
・データバス、125・・・燃料流信号、130・・・
制御信号、133 、135 、137・・・弁、14
0・・・燃料変換機弁ユニット、142・・・制御信号
、200・・・エンジンオイルシステム、 202・・
・空気冷却オイルクーラ、300・・・ジェネレータオ
イルシステム、 301・・・熱交換ループ、410・
・・フラップ弁ユニット(空気弁)、412・・・取り
入れダクト、414、・・・ダクト、418・・・取り
出しダクト、 418・・・出口ノズル、420・・・
回転羽根、701・・・燃料変換機弁、 702・・・
燃料放出制御弁、 705−714・・・ボート、 7
15・・・ボディ、 718・・・スプール、717・
・・トルクモータ駆動スクリュージャック配列、 71
8.719・・・拡大直径ランド、 720、721、
722・・・内部ランド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、航空機のガスタービンエアロエンジン装置内に発生
    する熱を管理する方法であつて、エンジンの燃料システ
    ムがエンジンのオイル循環システムと直接に熱交換関係
    に直接置かれ、同時に選択的にエンジンのオイル循環シ
    ステムを通してエンジンの空気システムと間接に熱交換
    関係に置かれ、燃料システムとエンジンオイル循環シス
    テムとの間で熱の流れを変更するために、該燃料システ
    ムが複数の異る燃料流構造の間で切り替え可能であり、
    少なくとも1つの燃料流構造が、エンジンの燃料システ
    ムと燃料タンクとを熱交換関係に置くため、エンジンの
    燃料システムから航空機の燃料タンクへ燃料を戻すこと
    に従事し、オイル及び燃料システム内の温度が監視され
    て、選択的に適当な燃料流構造を選択することにより、
    かつ選択的にエンジンのオイル循環システムを経て空気
    システムへ熱を消散することにより、所定の限度内に維
    持され、それによりエンジンの燃料効率を最大限にする
    ことを特徴とする方法。 2、請求項1に記載の方法において、エンジンの燃料シ
    ステムが更にオイル循環システムとも熱交換を行う方法
    であって、エンジンにより駆動される電気ジェネレータ
    用のオイルシステムを備えてなることを特徴とする方法
    。 3、請求項1及び2に記載の方法において、エアロエン
    ジンがバイパスダクトを有するターボファンであって、
    エンジンの空気システムが、バイパスダクトから空気を
    取り入れるバイパス給気システムを備え、エンジンのオ
    イル循環システムがそれにより熱をバイパス空気へと伝
    達することを特徴とする方法。 4、請求項1から3までのいずれかに記載の方法におい
    て、空気システムを通る空気の流量を変化させ、それに
    より前記オイルシステムと前記空気システムとの間の熱
    交換量が変化することを特徴とする方法。 5、請求項1から4までのいずれかに記載の方法におい
    て、空気システムを流れる空気量がゼロから最大容量ま
    で変化することを特徴とする方法。 6、請求項1から5までのいずれかに記載や方法におい
    て、4種類の異る燃料流構造があることを特徴とする方
    法。 7、請求項1から6までのいずれかに記載の方法におい
    て、前記燃料流構造の2種類がエンジンの燃料システム
    から前記燃料タンクへの燃料の戻りに関することを特徴
    とする方法。 8、請求項1から7までのいずれかに記載の方法におい
    て、前記燃料システムから前記タンクへ戻る燃料の量が
    ゼロから最大容量まで変更可能であることを特徴とする
    方法。 9、請求項1から8までのいずれかに記載の方法におい
    て、前記燃料システム内で燃料の流れの方向を変更する
    ことにより、異る燃料流構造を達成することを特徴とす
    る方法。 10、請求項1から9までのいずれかに記載の方法にお
    いて、異る順序で複数の異る燃料流路を連結することに
    より異る燃料流構造が達成されることを特徴とする方法
    。 11、航空機のガスタービンエンジン方法内で発生する
    熱を管理する方法であって、 エンジンの燃料システムを、該エンジンの複数の閉回路
    流体流システムと熱交換関係に置き、該燃料システムが
    少なくとも複数の流体流路をその内部に有し、 熱を該方法から環境へ選択的に消散し、 複数の代替的燃料流構造を達成するために、前記流体流
    路を通る燃料のルートを選択的に変更し、燃料流構造の
    変化により、前記燃料システムの前記閉回路流体流シス
    テムとの熱交換関係を変化させ、 少なくとも燃料システム内と閉回路流体流システム内の
    温度を監視し、 所定の制限値と監視された温度とを比較し、消散される
    熱の量を最少にしつつ、監視された温度が所定の限度値
    を超えて変動することを防ぐため、燃料流構造の選択が
    環境への熱消散と調和して行われることを特徴とする方
    法。 12、航空機のガスタービンエンジン装置内に発生する
    熱を管理する熱管理システムであって、エンジンの燃料
    システムをエンジンの複数の閉回路流体流システムと熱
    交換関係に置く手段があり、前記燃料システムが少なく
    とも複数の流体流路をその内部に有し、 熱消散手段が前記熱管理システムから環境へ余分の熱を
    消散するように作動可能であり、燃料弁手段が、複数の
    代替的燃料流構造を達成するために、燃料流路を通る燃
    料のルートを変更するように作動可能であり、前記配列
    が、燃料流構造の変化により燃料システムと閉回路燃料
    流システムとの間の熱交換関係が変化し、 温度監視手段が、少なくとも燃料システムと閉回路燃料
    流システムとの温度を監視し、 制御手段が監視された温度を所定の限度値と比較し、燃
    料弁手段及び熱消散手段の作動を制御し、それにより、
    環境へ消散される熱の量を最少にしつつ、同時に監視さ
    れた温度が所定の制限値を超えて変動することを防ぐこ
    とを特徴とする熱管理システム。 13、航空機のガスタービンエンジン装置内に発生する
    熱を管理する熱管理システムであって、 (i)燃料システムが航空機内の燃料タンク手段を含み
    、ポンプ手段が燃料を前記燃料タンク手段から残りの燃
    料システムを通ってポンプ送りし、燃焼室手段がエンジ
    ン内の燃料を燃焼させ、燃料計測手段が前記燃焼室手段
    へ供給される燃料の量を測定し、 (ii)エンジンオイルシステムがエンジンを潤滑しか
    つそこから熱を除去し、 (iii)ジェネレータオイルシステムが電気ジェネレ
    ータを潤滑するためにオイルを供給し、そこから熱を除
    去し、前記電気ジェネレータはエンジンにより駆動され
    、 (iv)第1熱交換手段がエンジン燃料システムとエン
    ジンオイルシステムとの間で熱を伝達し、 (v)第2熱交換手段がエンジンオイルシステムからエ
    ンジンから引き出される強制気流へと熱を伝達し、 (vi)第3熱交換手段が前記ジェネレータオイルシス
    テムと熱伝達流体との間で熱を伝達し、 (a)第2熱交換手段が前記エンジンオイルシステムか
    ら前記強制気流へと流れる熱を変化させるように作動可
    能な第1弁手段に関連し、 (b)第3熱交換手段が前記ジェネレータオイルシステ
    ムと前記燃料システムとの間で熱を伝達するように配置
    され、前記熱伝達流体が燃料であり、 (c)前記燃料システムが更に、 ポンプ手段を連結する複数の燃料流路と、前記燃料シス
    テムをめぐる燃料の流れに関し複数の異る(所定の)燃
    料流構造内にある、第1及び第3熱交換手段と、前記燃
    料タンク手段と、前記燃料システムの残りの部分から前
    記燃料タンク手段へ燃料を戻すための少なくとも1つの
    燃料流路と、 前記燃料流構造を達成するために、前記燃料流路を通る
    燃料のルートを変化させるように作動可能な第2弁手段
    と、前記第1及び第3熱交換手段内の熱の流れ及び燃料
    タンクへ戻る燃料を経て燃料タンク手段へ取り入れられ
    る熱の量を変更させることを含み、燃料流構造を変化さ
    せることにより、熱管理システム内部の熱の流れを変更
    するような前記配列とを更に含み、 (d)前記燃料システムと、前記エンジンオイルシステ
    ムと、前記ジェネレータオイルシステム内の温度を監視
    するため、温度監視手段が提供され、前記監視された前
    記燃料システム内の温度が少なくとも前記タンク内の前
    記燃料の温度と、前記燃料計測手段の前の前記燃料シス
    テム内の地点での燃料の温度とを含み、 (e)前記監視された温度を所定の限度値と比較し、第
    1及び第2弁手段の作動を制御する制御手段が提供され
    、それにより、エンジンの設計上の燃料消費を最少にし
    つつ、同時に監視された温度が所定の制限値を超えて変
    化しないようにすることを特徴とする装置。
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