KR102122624B1 - 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터빈 엔진 분야에 관한 것으로, 그리고 좀 더 구체적으로 적어도 제1 터빈 엔진(5A)의 출력을 일시적으로 증가시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 장치(13)는 냉각 유체 탱크(14) 및 탱크(14)에 연결되어 제1 터빈 엔진(5A)의 적어도 하나의 압축기(8) 단계로부터 상류에 장착되어지기에 적합한 적어도 하나의 주입 노즐(22)에 연결되는 제1 주입 회로(16A)를 포함한다. 이 제1 주입 회로(16A)는 압력이 제1 주입 회로(16A)의 주입 노즐(22)로 향하여 냉각 유체가 유동할 수 있도록 제2 터빈 엔진(5B)의 적어도 하나의 압축기(8) 단계로부터 하류 압력과 비교하여 미리 설정된 한계를 초과할 때 개방하도록 구성된 적어도 제1 유동 밸브(23)를 포함한다.

Description

일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR TEMPORARILY INCREASING POWER}
본 발명은 터빈 엔진 분야에 관련된 것으로, 그리고 특히 적어도 제1 터빈 엔진의 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치와 관련되어 있다.
본 내용에서, 용어 "터빈 엔진(turbine engine)"은 터빈에서 팽창하는 작동유체(a working fluid)에 의해 작동 유체로부터 열에너지를 기계적 에너지로 변화되어지게 할 수 있는 어떤 기계장치를 의미하는 것으로 사용되어진다. 좀 더 구체적으로, 작동 유체는 연소실에서 연료와 공기 사이의 화학반응(chemical reaction)으로부터 나오는 연소가스(a combustion gas)이다. 그래서 본 내용에서 이해되고 있는 바와 같이, 터빈 엔진은 여러 가지 중에서 직통(straight-flow) 또는 바이패스(bypass) 터보제트 엔진, 터보프롭 엔진, 터보샤프트 엔진, 그리고 가스 터빈을 포함한다. 아래의 설명에서, 용어 "상류(upstream)"와 "하류(downstream)"는 터빈 엔진을 통하여 작동 유체의 정상 유동 방향에 대해서 정의되어진다.
어떤 환경들에서, 터빈 엔진의 출력을 일시적으로 증가시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 다수의 터빈 엔진을 포함하는 동력 장치에서, 터빈 엔진들 중의 하나의 정지(failure)는 정지된 터보 엔진으로부터 출력 손실을 보상하기 위하여 다른 터빈 엔진들의 출력을 비상 기간 동안에 일시적으로 증가시키는 것이 필요하다. 출력에서 일시적인 증가와 같은 것을 얻기 위해 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 해결책 중의 하나는 예를 들어, 물 또는 물과 동결 방지제(an antifreeze)의 혼합물, 예를 들어, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 또는 글리콜(glycol)로 구성된 냉각 유체(a coolant liquid)를 주입하는 것이고, 이 유체는 연소실로부터 공기 유입 상류로 주입되어진다. 이런 주입은 연소실로부터 공기 상류를 첫째로 냉각하는 역할을 하고, 이것에 의해 그것의 밀도를 증가시키고, 그래서 연소실로 유입된 산소의 질량 유량(the mass flow rate of oxygen)을 증가시킨다. 둘째로, 연소실에서 이 냉각 유체의 증발은 압력 및/또는 연소실로부터 하류로 체적 유량(the volume flow rate)을 매우 상당히 증가시키는 역할을 하고, 그래서 터빈에서 회복된 기계적 일을 매우 상당히 증가시키는 역할을 한다.
그럼에도 불구하고, 탑재된 운송수단, 그리고 특히 항공기에서, 그런 냉각 유체의 사용은 운송수단에 의해 운송되는 냉각 유체의 무게에 의해 제한되어진다. 영국 특허출원 GB2,046,681A에서, 고정된 탱크(a stationary tank)로부터 냉각 유체를 항공기에 공급하는 제안들이 만들어져 있다. 그럼에도 불구하고, 그 해결책은 항공기가 또한 고정 또는 거의 고정된 상태로 있다면 단지 분명히 실질적이다.
가능한 한 오랫동안 있는 기간에 사용 가능한 추가 출력을 가지려는 바람은 냉각 유체에 의해 구성된 추가 무게를 최소화하려는 바람과 그래서 직접적으로 충돌한다.
또한, 출력에서 이 일시적인 증가의 목적이 다른 터빈 엔진의 정지를 보상하기 위한 것으로 있을 때, 이런 증가가 자동적으로, 그리고 가능한 빠르게 작동되어지는 것이 또한 바람직하다.
본 발명은 이들 결점들을 치유하는 것을 추구하고 있다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 적어도 제1 터빈 엔진의 출력을 일시적으로 증가시키기 위한 장치를 제안하는 것을 추구하고 있고, 상기 장치는 냉각 유체의 탱크, 그리고 상기 탱크에 연결된 제1 주입 회로(a first injection circuit)를 포함하고, 제1 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계로부터 상류에 장착되기에 적합하게 있는 적어도 하나의 주입 노즐로 연결되고, 그리고 만약 제2 터빈 엔진이 정지하는 경우에 자동적으로 냉각 유체의 주입이 작동되어지게 할 수 있다.
그런 장치의 적어도 하나의 실시 예에서, 이들 목적들은 제1 주입 회로가 미리 설정된 한계(a predetermined threshold)보다 더 큰 양에 의해 제2 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계로부터 제1 유동 밸브로부터 상류 압력이 하류 압력을 초과할 때 개방하고, 제1 주입 회로의 주입 노즐로 향하여 냉각 유체가 유동하도록 허용하도록 구성된 적어도 제1 유동 밸브 포함하고, 그리고 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치는 탱크를 감압하는 것을 피하기 위하여 체크밸브를 포함하고 탱크를 가압하기 위해 제1 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계에 연결되기에 적합하게 있는 적어도 하나의 압축 회로를 또한 포함하는 사실에 의해 달성되어진다.
이러한 규정들에 의해, 장치가 한 번 작동되면, 압축기에 의해 공급된 압력에서 강하(a drop)로 연결되는 제2 터빈 엔진의 정지는 유동 밸브를 개방하기 위해 미리 설정된 한계를 초과하는 양에 의해 압축기에 의해 공급된 이 압력보다 유동 밸브로부터 상류 압력이 더 크게 되도록 야기하고, 그것에 의해 유동 밸브의 개방 및 냉각 유체의 유동이 주입 노즐로 향하도록 작동한다. 유동 밸브로부터 상류 압력은 제2 터빈 엔진의 압축기에 의해 가압되어지는 탱크에 의해 결정되어지고, 이 제1 유동 밸브가 개방될 것인지 아닌지는 적어도 제1 터빈 엔진에 의해 공급된 압력과 및 제2 터빈 엔진에 의해 공급된 압력 사이의 차이에 종속한다. 양쪽 엔진이 전형적으로 정상적 상태에 있는 같은 속도로 작동한다면, 이들 두 압력은 실질적으로 같고, 그리고 초과압(the excess pressure)은 미리 설정된 한계를 초과하지 않고, 그래서 제1 유동 밸브는 폐쇄된 채로 있다. 그에 반해서, 제2 터빈 엔진의 속도가 운전 정지의 결과로 제1 터빈 엔진의 속도에 대해 감소한다면, 제2 터빈 엔진에 의해 공급된 압력과 비교된 제1 터빈 엔진에 의해 공급된 압력은 제1 유동 밸브를 개방하도록 강제하고 주입 노즐로 향하여 냉각 유체가 유동하는 것을 허용한다. 개방 위치에서 유동 밸브는, 탱크의 가압이 제1 주입 회로를 통하여 냉각 유체의 유동을 추진하도록 하는 역할을 한다. 그래서 제1 주입 회로를 통하여 주입된 것처럼 냉각 유체의 유량은 탱크와 대기 압력 사이의 압력 차에 의해 수동적인 방법으로 조정되어지고, 그것에 의해 거기에 냉각 유체의 더 큰 유량을 주입하는 것에 의해, 고고도(high altitude)에서 제1 터빈 엔진에서 성능에서 감소에 대해 적어도 부분적으로 당연히 보상을 제공한다.
특히, 제2 터빈 엔진이 정지하는 경우 및 제1 터빈 엔진이 정지하는 경우에 탱크를 동등하게 잘 가압하는 것을 계속하기 위하여, 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치는 또한 제2 터빈 엔진의 압축기 단계에 연결하기 위한 제2 가압 회로를 포함한다. 또한, 탱크는 터빈 엔진이 멈추어질 때 탱크에서 대기 압력을 회복하도록 각각 역할을 하는 적어도 하나의 감압 솔레노이드 밸브 및/또는 적어도 하나의 안전밸브를 포함하고, 그리고 터빈 엔진 중의 어느 하나가 과속으로 있을 때 탱크에서 압력이 과도하게 되는 것을 피하도록 하고, 이것은 이런 가압 때문에 있는 기계적 응력들을 제한 할 목적을 가지고 있다.
제1 터빈 엔진에 의해 공급된 출력을 일시적으로 증가시키는 것에 의해 제2 터빈 엔진의 정지를 보상할 수 있는 것이 바람직할 뿐만 아니라, 제2 터빈 엔진에 의해 공급된 출력을 일시적으로 증가시키는 것에 의해 제1 터빈 엔진의 정지를 보상할 수 있는 것이 또한 바람직하고, 그리고 같은 방법으로 그렇게 하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치는 적어도 하나의 주입 노즐로 연결되고, 그리고 압력이 제1 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계로부터 하류 압력에 대해 미리 설정된 한계를 초과할 때 개방하도록 구성된 적어도 하나의 유동 밸브를 포함하고, 제2 주입 회로의 주입 노즐로 향하여 냉각 유체가 유동할 수 있도록 하기 위하여, 탱크에 연결된 제2 주입 회로를 또한 포함한다. 이 더 높은 압력은 제2 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계로부터 하류 압력 및/또는 제2 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계로부터 하류 압력과 비교된 제2 주입 회로의 유동 밸브로부터의 상류 압력이다.
2개의 터빈 엔진 보다 더 많은 다수에서 하나의 터빈 엔진의 정지가 더 작은 충격을 가지고 있을지라도, 본 발명은 그러한 다수에 또한 적용할 수 있다. 그래서 제2 터빈 엔진 또는 제3 터빈 엔진 정지의 경우에 적어도 제1 터빈 엔진의 출력을 일시적으로 증가시키기 위한 그런 장치를 작동시키기 위하여, 제1 주입 회로는 압력이 제3 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계로부터 하류 압력에 대해 미리 설정된 한계를 초과할 때, 제1 주입 회로의 주입 노즐로 향하여 냉각 유체가 유동하는 것으로 허용하기 위하여, 개방하도록 구성되고 제1 주입 회로의 제1 유동 밸브에 병렬로 연결된 적어도 제2 유동 밸브를 또한 포함한다. 그래서 두 개의 유동 밸브의 병렬 구성은 제2 터빈 엔진 정지의 경우 및 제3 터빈 엔진 정지의 경우 모두 냉각 유체의 유동이 적어도 하나의 주입 노즐로 향하여 작동하도록 하게 하는 것을 가능하게 만든다. 또한, 장치는, 터빈 엔진의 각 하나에 대응하는 각각 병렬 연결된 유동 밸브를 가지고, 각 터빈 엔진을 위한 하나의 주입 회로를 구비하고 있다. 각각의 주입 회로는 적어도 하나의 유동 밸브로부터 추가 밸브를 상류에 또한 포함한다. 이 추가 밸브는 주입 밸브를 작동 또는 비작동시키는 역할을 하고, 특히 필요한 것으로 간주되지 않는 상황들에서 냉각 유체를 주입하는 것을 회피하도록 하는 역할을 한다.
본 발명은 적어도 제1 터빈 엔진, 제2 터빈 엔진, 그리고 적어도 제1 터빈의 출력을 일시적으로 증가시키기 위한 그런 장치를 구비하는 동력 장치를 제공하고, 제1 주입 회로의 주입 노즐은 제1 터빈 엔진의 압축기 단계로부터 상류에 장착되고, 그리고 제1 주입 회로의 제1 유동 밸브는 제1 유동 밸브를 제어하도록 제2 터빈 엔진의 압축기 단계에 연결되어 있다.
또한, 본 발명은 또한 예를 들어 그런 동력 장치를 포함하는 회전익 항공기(a rotary wing aircraft)와 같이, 항공기와 관련되어 있다.
본 발명은 또한 제1 터빈 엔진의 출력을 일시적으로 증가시키는 방법과 관련되어 있고, 주입 유체의 탱크에 연결되어 제1 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계로부터 적어도 하나의 주입 노즐 상류로 연결되는 제1 주입 회로의 제1 유동 밸브는 제1 유동 밸브로부터 상류 압력이 제1 주입 회로를 통하여 냉각 유체가 유동하고 제1 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계로부터 상류에서 주입 노즐에 의해 주입되어질 수 있도록 미리 설정된 한계를 초과하는 양에 의해 제2 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계로부터 하류 압력보다 더 클 때 개방하고, 상기 탱크는 제1 터빈 엔진의 적어도 하나의 압축기 단계에 연결된 적어도 하나의 가압 회로에 의해 가압되어지고, 탱크의 감압을 피하도록 체크 밸브를 포함한다.
도 1은 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치의 제1 실시 예의 동력 장치를 구비한 항공기의 도해이다.
도 2는 도 1 항공기의 동력 장치의 도해이다.
도 3은 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치의 제2 실시 예의 동력 장치를 구비한 항공기의 도해이다.
도 4는 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치의 제2 실시 예의 동력 장치를 구비한 항공기의 도해이다.
도 5는 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치의 제4 실시 예의 동력 장치를 구비한 항공기의 도해이다.
본 발명은 제한하지 않는 예에 의해 주어진 실시 예의 아래의 상세한 설명을 읽음으로 더 잘 이해되어지고 이점들이 더 잘 나타난다. 설명은 첨부된 도면을 참조한다.
도 1은 회전익 항공기(1)를 도시하고 있고, 좀 더 구체적으로는 동력 장치(4)에 의해 구동되어지게 연결되어 있는 주 로터(a main rotor)(2)와 반-토크 꼬리 로터(an anti-torque tail rotor)(3)를 구비하는 헬리콥터를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 동력 장치(4)는 두 개의 터빈 엔진을 구비하고, 좀 더 구체적으로 주 로터(2) 및 꼬리 로터(3)를 구동시키기 위한 주 기어박스(a main gearbox)(7)에 양쪽이 연결되어 있는 각 출구 축(outlet shafts)(6)들을 가진 제1 터보샤프트 엔진(5A) 및 제2 터보샤프트 엔진(5B)을 구비하고 있다.
동력 장치(4)는 도 2에 보다 상세히 도시되어 있다. 각 터보샤프트 엔진(5A, 5B)은 압축기(8), 연소실(9), 압축기(8)에 구동 축(a drive shaft)(11)에 의해 연결된 제1 터빈(11). 그리고 출구 축(an outlet shaft)(6)에 연결되어 있는 제2 터빈(12), 또는 "자유(free)" 터빈을 포함한다. 터보샤프트 엔진(5A, 5B) 중의 하나의 정지 때문에 출력에서 하강을 적어도 일시적으로 보상하기 위하여, 동력 장치(4)는 다른 터보샤프트 엔진(5A, 5B)으로부터 출력을 일시적으로 증가시키기 위한 장치(13)를 구비하고 있다. 이 장치(13)는 냉각 유체의 탱크(14), 탱크(14)를 가압하기 위한 제1 가압 회로(a first pressurizing circuit)(15A), 탱크(14)를 가압하기 위한 제2 가압 회로(a second pressurizing circuit)(15B), 제1 냉각 유체 주입 회로(a first coolant liquid injection circuit)(16A), 그리고 제2 냉각 유체 주입 회로(a second coolant liquid injection circuit)(16B)를 포함한다. 탱크(14)에 포함된 냉각 유체는 예를 들어 그 자체에 물 또는 메탄올, 에탄올 및/또는 글리콜과 같이, 부동액(an antifreeze)으로 혼합된 물에 의해 구성되어진다. 탱크(14)는 항공기(1)의 중앙 제어 유닛(a central control unit )(19)에 연결된 감압 솔레노이드 밸브(a depressurization solenoid valve)(18)를 구비하고 있다. 이 솔레노이드 밸브를 사용하여, 중앙 제어 유닛(19)이 예를 들어 비행이 끝난 후 탱크가 감압되어지게 한다.
제1 가압 회로(15A)는 제1 터보샤프트 엔진(5A)의 압축기(8)의 적어도 한 단계로부터 하류에 위치된 가압 공기 출발 지점(a pressurized air takeoff point)(20A)에 탱크(14)를 연결한다. 이것은 탱크(14)로 향하여 압축기(8)로부터 가압된 공기가 유동할 수 있도록, 그러나 대향하는 방향에서 탱크(14)가 감압되어지는 것을 방지하도록 향하여 있는 체크 밸브(21)를 포함한다. 제2 가압 회로(15B)는 제2 터보샤프트 엔진(5B)의 압축기(8)의 적어도 한 단계로부터 하류에 위치된 가압 공기 출발 지점(20B)에 탱크(14)를 연결한다. 이것은 탱크(14)로 향하여 압축기(8)로부터 가압된 공기가 유동할 수 있도록, 그러나 대향하는 방향에서 탱크(14)가 감압되어지는 것을 방지하도록 향하여 있는 체크 밸브(21)를 포함한다. 감압 회로(15A, 15B)의 이런 중복성에 의해, 다른 회로가 연결되어지는 터보샤프트 엔진이 정지하는 경우에 탱크(14)가 계속하여 더 가압되어지는 것을 보장하는 것이 가능하다.
제1 및 제2 주입 회로(16A, 16B)의 각각은 탱크(14)에 연결되어 제1 및 제2 터보샤프트 엔진(5A, 5B)의 압축기(8)로부터 상류에 설치된 다수의 주입 노즐(22)에 연결된다. 이들 주입 회로(16A, 16B)의 각각은 대응하는 터보샤프트 엔진(5A, 5B)의 압축기(8)로부터 주입 노즐(22) 상류에 주입 회로(16A, 16B)를 통하여 탱크(14)로부터 냉각 유체의 유동을 통과시키거나 또는 방지하기 위한 유체-제어 온/오프 밸브인 각각 유동 밸브(23)를 포함한다. 이 유체-제어 유동 밸브(23)는 이송 입구(26), 제어 입구(27) 및 출구(28)를 나타내는 챔버(25)에서 미끄러질 수 있게 장착된 피스톤(24)을 구비하고 있다. 이송 입구(26) 및 출구(28)는 이송 입구(26)에 대해 편향되어 있는 피스톤(24)의 동일 측면에 위치되고, 반면에 제어 입구(27)는 피스톤(24)의 대향하는 측면 위에 위치되어 있다. 그래서 유동 밸브(23)는 제어 유닛(27)의 압력보다 더 높게 있는 이송 입구(26)의 압력에 의해 개방되어진다. 이런 압력 차이가 피스톤(24)의 축 방향 편향에 의해 미리 설정된 한계를 초과할 때, 유동 밸브(23)는 유동 밸브(23)를 통하여 냉각 유체가 유동하는 것을 허용하기 위하여 개방한다.
두 개의 주입 회로(16A, 16B)의 각각에서, 유동 밸브(23)의 이송 입구(26)는 탱크(14)에 연결되어지고, 반면에 출구(28)는 노즐(22)에 연결되어진다. 그에 반해서, 제1 주입 회로(16A)에서, 유동 밸브(23)의 제어 입구(27)는 제2 터보샤프트 엔진(5B)의 가압 공기 출발 지점(20B)에 연결된 덕트(17A)에 연결되어지고, 반면에 제2 주입 회로(16B)에서, 유동 밸브(23)의 제어 입구(27)는 제1 터보샤프트 엔진(5A)의 가압 공기 출발 지점(20A)에 연결된 덕트(17B)에 연결되어진다.
그래서 제1 주입 회로(16A)에서, 유동 밸브(23)는 제2 터보샤프트 엔진(5B)의 압축기(8)에 의해 공급된 압축 공기의 압력보다 더 높게 있는 탱크(14)에 의해 인도된 냉각 유체의 압력에 의해 제어되고, 반면에 제2 주입 회로(16B)에서, 유동 밸브(23)는 제1 터보샤프트 엔진(5A)의 압축기(8)에 의해 공급된 압축 공기의 압력보다 더 높게 있는 탱크(14)에 의해 인도된 같은 냉각 유체의 압력에 의해 개방되어진다. 실질적으로 동일한 제1 및 제2 터보샤프트 엔진(5A, 5B)이 같은 속도로 작동하고 있는 동안에, 이들 압력 차이는 영(zero)이고 양쪽 주입 회로(16A, 16B)에서 유동 밸브(23)는 닫혀 있다. 그럼에도 불구하고, 제1 터보샤프트 엔진(5A)이 정상 속도로 작동하는 것을 계속하는 동안에 제2 터보샤프트 엔진(5B)이 정지하는 경우에, 제1 터보샤프트 엔진(5A)의 압축기(8)에 의해 공급된 가압된 공기에 의해 아직 가압되고 있는 탱크(14)에서 압력은 덕트(17A)를 통하여 제2 터보샤프트 엔진(5B)의 압축기(8)에 의해 공급된 압력보다 더 높고, 그리고 이것은 제1 주입 회로(16A)의 유동 밸브(23)의 피스톤(24)을 닫게 하는 편향을 결국 극복하도록 증가시키고, 그것에 의해 제1 터보샤프트 엔진(5A)의 압축기(8)의 상부 단부로 냉각 유체의 유동이 주입되어지게 할 수 있도록 냉각 유체를 위한 통로를 개방한다. 제1 터보샤프트 엔진(5A)에서 공기 흐름에 이런 방법으로 주입되어지는 냉각 유체는 그래서 제2 터보샤프트 엔진(5B)의 정지를 보상하도록 일시적으로 출력을 증가시킬 수 있다. 또한, 제2 터보샤프트 엔진(5B)이 정상 속도로 작동하는 것을 계속하는 동안에 제1 터보샤프트 엔진(5A)이 정지하는 경우에, 제2 터보샤프트 엔진(5B)의 압축기(8)에 의해 공급된 가압된 공기에 의해 아직 가압되고 있는 탱크(14)에서 압력은 덕트(17B)를 통하여 제1 터보샤프트 엔진(5A)의 압축기(8)에 의해 공급된 압력보다 더 높고, 그리고 이것은 제2 주입 회로(16B)의 유동 밸브(23)의 피스톤(24)을 닫게 하는 편향을 결국 극복하도록 증가시키는 것을 계속하고, 그것에 의해 제2 터보샤프트 엔진(5B)의 압축기(8)의 상부 단부로 냉각 유체의 유동이 주입되어지게 할 수 있도록 냉각 유체를 위한 통로를 제공한다. 제2 터보샤프트 엔진(5B)에서 공기 흐름에 이런 방법으로 주입되어지는 냉각 유체는 그래서 제1 터보샤프트 엔진(5A)의 정지를 보상하도록 일시적으로 출력을 증가시킬 수 있다. 양쪽 상황에서, 냉각 유체가 주입되어지는 유량은 양에 의해 수동적인 방법으로 조정되어지고, 탱크(14)에서 압력은 대기 압력보다 더 높다. 그래서 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 장치(13)는 더 큰 냉각 유체를 주입하는 것에 의해 고고도(high altitude)에서 터보샤프트 엔진(5A, 5B)의 감소된 성능을 적어도 부분적으로 당연하게 보상하는 역할을 한다.
유동 밸브(23)로부터 직접적으로 상류에, 각 주입 회로(16A, 16B)는 주입 회로(16A, 16B)의 각각을 작동 또는 비작동시키기 위하여 주입 회로(16A, 16B)로부터 하류에 있는 터보샤프트 엔진(5A, 5B)의 개별 제어 유닛(30)에 연결된 솔레노이드 밸브(29)를 또한 포함한다. 그래서 중앙 제어 유닛(19)에 또한 연결되어 있는 이 개별 제어 유닛(30)은 터보샤프트 엔진(5A, 5B)의 각각의 작동 변수(operating parameter) 명령 및/또는 예를 들면, 조종사와 같이, 사용자로부터 명령에 따라서 솔레노이드 밸브(29)를 개방시키는 것에 의해 주입 회로(16A, 16B)를 작동시킬 수 있고, 그리고 솔레노이드 밸브(29)를 닫게 하는 것에 의해 다시 한 번 이것을 비작동시킨다. 각 주입 회로(16A, 16B)는 또한 압축기(8)를 청소하기 위해 노즐(26)이 또한 사용되어질 수 있게 하는 체크 밸브(32)를 가진 액체 입구(31)를 포함한다. 각 가압 회로(15A, 15B)에서 필터(33)는 터보샤프트 엔진(5A, 5B)으로부터 나오는 오염 물질들에 의해 탱크(14)의 냉각 유체가 오염되어지는 것을 회피시키는 역할을 한다. 주입 회로(16A, 16B)에서 여과기 필터(34)는 또한 터보샤프트 엔진(5A, 5B)의 공기 흐름으로 냉각 유체와 함께 다른 오염 물질들이 주입되는 것을 회피시키는 것을 가능하게 한다.
이 첫 실시 예에서 동력 장치(4)가 단지 두 개의 터보샤프트 엔진(5A, 5B)을 가지고 있을지라도, 같은 원리들이 또한 두 개 이상의 더 많은 엔진을 구비한 동력 장치에 적용되어질 수 있다. 그래서 도 3은 제2 실시 예로서 그들의 출력을 일시적으로 증가시키기 위한 장치를 가진 3개의 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C)을 구비한 동력 장치(4)를 도시하고 있다.
이 제2 실시 예에서, 장치(14)는 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C) 중의 하나가 정지하는 경우에, 냉각 유체가 그러한 정지로 인한 동력 장치(4)로부터 출력의 손실을 일시적으로 보상하도록 다른 두 개의 터보샤프트 엔진 중의 어느 하나로부터 공기 흐름 상류에 주입되어지게 되는 그런 방법으로 구성되어 있다.
이런 목적을 위해, 그리고 제1 실시 예에서처럼, 장치(13)는 제1 터보샤프트 엔진(5A)을 통하여 공기 흐름의 상류 단부로 냉각 유체를 주입하기 위한 제1 회로(16A), 그리고 제3 터보샤프트 엔진(5C)을 통하여 공기 흐름의 상류 단부로 냉각 유체를 주입하기 위한 제3 회로(16C)와 함께, 제2 터보샤프트 엔진(5B)을 통하여 공기 흐름의 상류 단부로 냉각 유체를 주입하기 위한 제2 회로(16B)를 구비한다.
이들 제1, 제2, 그리고 제3 주입 회로(16A, 16B, 16C)의 각각은 탱크(14)에 연결되어 제1, 제2, 그리고 제3 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C)의 각 하나의 압축기(8)로부터 상류에 장착된 다수의 주입 노즐(22)에 연결된다. 이들 주입 회로(16A, 16B, 16C)의 각각은 대응하는 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C)의 압축기(8)로부터 상류 주입 노즐(22)에 탱크(14)로부터 냉각 유체의 유동의 통로를 통과시키거나 방지하기 위한 각각의 유동 밸브(23)를 구비하고 있다.
주입 회로(16A, 16B, 16C)에서 유동 밸브(23) 각각은 제1 실시 예의 유동 밸브와 같은 구조를 가지고, 그리고 같은 방법으로 작동하는 유체-제어 온/오프 밸브이다. 이 제2 실시 예에서, 각 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C)의 상류 단부로 냉각 유체를 주입시키기 위한 주입 회로(16A, 16B, 16C)의 유동 밸브(23)는 두 개의 터보샤프트 엔진 중의 어느 하나의 압축기(8)에 의해 공급된 압력보다 더 높은 냉각 유체의 압력에 의해 제어되어진다. 그래서 제1 주입 회로(16A)에서, 덕트(17A)는 제2 터보샤프트 엔진(5B)의 압축기(8)의 적어도 하나의 단계로부터 가압 공기 출발 지점(20B) 하류에 제1 유동 밸브(23)의 제어 입구(27)를 연결한다. 제2 주입 회로(16B)에서, 덕트(17B)는 제3 터보샤프트 엔진(5C)의 압축기(8)의 적어도 하나의 단계로부터 가압 공기 출발 지점(20C) 하류에 제1 유동 밸브(23)의 제어 입구(27)를 연결한다. 마지막으로, 제3 주입 회로(16C)에서, 덕트(17C)는 제1 터보샤프트 엔진(5A)의 압축기(8)의 적어도 하나의 단계로부터 가압 공기 출발 지점(20A) 하류에 제1 유동 밸브(23)의 제어 입구(27)를 연결한다.
그래서 3개의 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C) 중의 어느 하나가 정지하는 경우에, 두 개의 터보샤프트 엔진의 어느 하나의 상류 단부로 냉각 유체를 주입하기 위한 회로의 유동 밸브(23)는 탱크(14)에서 압력이 대기 압력보다 더 높게 있는 정도까지 주입 유량이 당연하게 조정되는 것으로, 다른 터보샤프트 엔진 그것을 통하여 공기 흐름에 냉각 유체를 주입하도록 개방할 것이다. 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 이 장치(13)의 다른 구성요소들은 제1 실시 예의 것들과 실질적으로 동일하고, 그리고 그들은 결과적으로 같은 참조 번호가 주어진다. 특히, 제2 실시 예에서, 제3 터보샤프트 엔진(5C)에 연결된 제3 가압 회로를 제공하는 것을 예상하는 것이 자연스럽게 동등하게 가능하다고 하여도, 제1 실시 예의 같은 두 개의 가압 회로(15A, 15B)는 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C) 중의 단 하나의 정지를 보상하도록 충분한 중복성(sufficient redundancy)을 제공하기에 충분하다.
어떤 환경에서, 두 개 이상의 터빈 엔진을 가지고 있는 동력 장치에서, 터빈 엔진들 중의 하나가 정지하는 경우에, 정지된 엔진으로부터 출력 손실을 보상하도록 다른 터빈 엔진들 중의 단 하나 이상의 출력을 일시적으로 증가시키는 것이 바람직하다. 도 4에 도시된 제3 실시 예는 제3 엔진이 정지하는 경우에 두 개의 터보샤프트 엔진의 출력을 증가시키는 것이 일시적으로 가능하게 만드는 그들 출력 그것을 일시적으로 증가시키기 위한 장치(13)를 갖는 3개의 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C)을 가진 동력 장치(4)를 가지고 있다.
이 제3 실시 예에서, 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C) 중의 하나의 정지가 있는 경우에, 장치(14)는 그러한 정지의 결과가 되는 동력 장치(4)에서 출력의 손실을 일시적으로 보상하도록 다른 두 개의 터보샤프트 엔진을 통하여 공기 흐름의 상류 단부로 냉각 유체가 주입되어지는 그런 방법으로 구성되어 있다.
이 목적을 위해, 제2 실시 예에서와 같이, 장치(13)는 제1 터보샤프트 엔진(5A)을 통하여 공기 흐름의 상류 단부로 냉각 유체를 주입하기 위한 제1 회로(16A), 제2 터보샤프트 엔진(5B)을 통하여 공기 흐름의 상류 단부로 냉각 유체를 주입하기 위한 제2 회로(16B), 그리고 제3 터보샤프트 엔진(5C)을 통하여 공기 흐름의 상류 단부로 냉각 유체를 주입하기 위한 제3 회로(16C)를 가지고 있다.
제2 실시 예에서와 같이, 제1, 제2, 그리고 제3 주입 회로(16A, 16B, 16C) 각각은 탱크(14)에 연결되어 제1, 제2, 그리고 제3 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C)의 각 하나의 압축기(8)로부터 상류에 장착된 다수의 주입 노즐(22)에 연결되어 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 주입 회로(16A, 16B, 16C)의 각각은 대응하는 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C)의 압축기(8)로부터 주입 노즐(22) 상류에 탱크(14)로부터 냉각 유체의 유동을 통과시키거나 또는 차단하도록 병렬로 연결되어 있는 제1 및 제2 유동 밸브(23, 23')를 가지고 있다.
각 주입 회로(16A, 16B, 16C)의 제1 및 제2 유동 밸브(23, 23') 각각은 제1 실시 예의 유동 밸브와 같은 구조 및 같은 작동을 가지는 유체-제어 유동 밸브이다. 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C)의 상류 단부에 냉각 유체를 주입하기 위한 각 주입 회로(16A, 16B, 16C)의 각 유동 밸브(23, 23')는 다른 두 개의 터보샤프트 엔진 중의 하나의 압축기(8)에 의해 공급된 압력보다 더 높게 있는 냉각 유체의 압력에 의해 제어되어진다. 그래서 제1 주입 회로(16A)에서, 덕트(17A)는 제2 터보샤프트 엔진(5B)의 적어도 한 단계로부터 가압 공기 출발 지점(20B) 하류에 제1 유동 밸브(23)의 제어 입구(27)를 연결하고, 반면에 덕트(17A')는 제3 터보샤프트 엔진(5C)의 적어도 한 단계로부터 가압 공기 출발 지점(20C) 하류에 제2 유동 밸브(23')의 제어 입구(27)를 연결한다. 제2 주입 회로(16B)에서, 덕트(17B)는 제3 터보샤프트 엔진(5C)의 적어도 한 단계로부터 가압 공기 출발 지점(20C) 하류에 제1 유동 밸브(23)의 제어 입구(27)를 연결하고, 반면에 덕트(17C')는 제1 터보샤프트 엔진(5A)의 적어도 한 단계로부터 가압 공기 출발 지점(20A) 하류에 제2 유동 밸브(23')의 제어 입구(27)를 연결한다. 마지막으로, 제3 주입 회로(16C)에서, 덕트(17C)는 제1 터보샤프트 엔진(5A)의 적어도 한 단계로부터 가압 공기 출발 지점(20A) 하류에 제1 유동 밸브(23)의 제어 입구(27)를 연결하고, 반면에 덕트(17B')는 제2 터보샤프트 엔진(5B)의 적어도 한 단계로부터 가압 공기 출발 지점(20B) 하류에 제2 유동 밸브(23')의 제어 입구(27)를 연결한다.
그래서 3개의 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C) 중의 어느 하나가 정지하는 경우에, 다른 두 개의 터보샤프트 엔진의 상류 단부에 냉각 유체를 주입하기 위한 회로에서 제1 유동 밸브(23) 또는 제2 유동 밸브(23')은 탱크(14)에서 압력이 대기 압력보다 더 높게 있는 정도까지 그 주입 유량이 당연하게 조정되는 것과 함께, 이들 두 개의 다른 회로의 공기 흐름에 냉각 유체를 주입하도록 개방할 것이다. 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 이 장치(13)의 구성요소들의 나머지 부분은 제2 실시 예의 것들과 실질적으로 동일하고, 그리고 그들은 결과적으로 같은 참조 번호가 주어진다. 특히, 이 제3 실시 에에서, 제2 실시 예와 같이, 제3 터보샤프트 엔진(5C)에 연결된 제3 가압 회로를 가지는 것을 예상하는 것이 또한 당연하게 가능하다고 하여도, 두 개의 가압 회로(15A, 15B)는 터보샤프트 엔진(5A, 5B, 5C) 중의 단 하나의 정지를 보상할 수 있는 중복성(redundancy)을 제공하기에 충분하다.
마지막으로, 3개의 상기에 기술된 실시 예에서 유동 밸브들이 유체-제어 밸브들일 지라도, 다른 수단을 예상하는 것이 또한 가능하다. 그래서 도 5에 도시된 제4 실시 예에서, 두 개의 유동 밸브(23)는 대응하는 터보샤프트 엔진(5A, 5B)의 개별 제어 유닛에 연결된 전기적-제어 밸브이다. 가압 회로(15A, 15B)에 배치되어 중앙 제어 유닛(19)에 연결된 압력 센서(36A, 36B)는 제1 실시 예에서 사용된 유체 제어에 유사한 방법으로, 이들 두 개의 압력들 사이의 차이에 따라 각 유동 밸브(23)를 개방하는 목적을 위해 두 개의 터보샤프트 엔진(5A, 5B)의 압축기에 의해 공급된 공기 압력을 획득하고 비교하는 역할을 한다. 일시적으로 출력을 증가시키기 위한 이 장치(13)의 나머지 구성요소들은 제1 실시 예의 것들과 실질적으로 동일하고, 그리고 결과적으로 그들은 같은 참조 번호를 가지게 된다.
본 발명이 특정 실시 예를 참조하여 기술되어 있어도, 다양한 변경 및 수정이 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 일반적 범위를 넘어가는 것이 없이 이들 실시 예들에 적용되어지는 것은 분명하다. 또한, 언급된 다양한 실시 예들의 개별 특징들은 추가 실시 예들과 결합되어진다. 결과적으로, 상세한 설명 및 도면은 제한적이기 보다는 예시적인 것으로 고려되어야 한다.
1: 항공기
4; 동력 장치
5A, 5B, 5C 터보(샤프트) 엔진
6: 출구 축
8: 압축기
9: 연소실
11: 구동 축
14: 탱크
15A, 15B: 제1, 2 가압 회로
16A, 16B: 제1, 2 주입 회로
21: 체크 밸브
22: 주입 노즐
23, 23': 유동 밸브

Claims (7)

  1. 적어도 제1 터빈 엔진(5A)의 출력을 일시적으로 증가시키기 위한 장치(13)에서, 상기 장치는:
    냉각 유체의 탱크(14); 및
    상기 탱크(14)에 연결되어 제1 터빈 엔진(5A)의 적어도 하나의 압축기(8) 단계로부터 상류에 장착되어지기에 적합한 적어도 하나의 주입 노즐(22)에 연결되는 제1 주입 회로(16A)를 포함하고,
    상기 제1 주입 회로(16A)는, 제1 주입 회로(16A)의 주입 노즐(22)로 향하여 냉각 유체가 유동하는 것을 허용하도록, 제1 유동 밸브(23)로부터 상류 압력이 미리 설정된 한계보다 더 큰 양에 의해 제2 터보 엔진(5B)의 적어도 하나의 압축기(8) 단계로부터 하류 압력을 초과할 때 개방하도록 구성된 적어도 제1 유동 밸브(23)를 포함하고, 그리고 적어도 하나의 압축기(8) 단계로부터 가압된 공기에 의해 탱크(14)를 가압하기 위한 제1 터빈 엔진(5A)의 적어도 하나의 압축기(8) 단계에 연결되기에 적합하고 탱크(14)의 감압을 피하도록 하는 체크 밸브(21)를 포함하는 적어도 하나의 가압 회로(15A)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    탱크(14)에 연결되어, 적어도 하나의 주입 노즐(22)에 연결되는 제2 주입 회로(16B), 그리고 제2 주입 회로(16B)의 주입 노즐(22)로 향하여 냉각 유체가 유동할 수 있도록 하는 그런 방법으로, 압력이 적어도 하나의 압축기 단계로부터 하류 압력에 대해 미리 설정된 한계를 초과할 때 개방하도록 구성된 적어도 하나의 유동 밸브(23)를 더 포함하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    적어도 제1 주입 회로(16A)는, 제1 주입 회로(16A)의 제1 유동 밸브(23)와 병렬로 연결되고 그리고 압력이 제1 주입 회로(16A)의 주입 노즐(22)로 향하여 냉각 유체가 유동할 수 있도록 제3 터빈 엔진(5C)의 압축기(8) 단계로부터 하류 압력에 대해 미리 설정된 한계를 초과할 때 개방하도록 구성된 적어도 하나의 제2 유동 밸브(23')를 더 포함하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각 주입 회로(16A, 16B)는 적어도 하나의 유동 밸브(23, 23')로부터 상류에 추가 밸브(29)를 더 포함하는 장치.
  5. 적어도 제1 터빈 엔진(5A), 제2 터빈 엔진(5B), 그리고 제 1 항에 따른 장치(13)를 포함하는 동력 장치(4)에서,
    제1 주입 회로(16A)의 주입 노즐(22)은 제1 터빈 엔진(5A)의 적어도 하나의 압축기(8) 단계로부터 상류에 설치되고, 그리고 제1 주입 회로(16A)의 제1 유동 밸브(23)는 제1 유동 밸브(23)를 제어하도록 제2 터빈 엔진(5B)의 압축기(8)에 연결되어 있는 동력 장치.
  6. 제 5 항에 따른 동력 장치(4)를 포함하는 항공기(1).
  7. 제1 터빈 엔진(5A)의 출력을 일시적으로 증가시키는 방법에서,
    냉각 유체의 탱크(14)에 연결되어 제1 터빈 엔진(5A)의 적어도 하나의 압축기(8) 단계로부터 상류에 적어도 하나의 주입 노즐(23)에 연결하는 제1 주입 회로(16A)의 제1 유동 밸브(23)는 제1 유동 밸브(23)로부터 상류 압력이 제1 주입 회로(16A)를 통하여 냉각 유체가 유동하여 제1 터빈 엔진(5A)의 적어도 하나의 압축기(8) 단계로부터 상류에 주입 노즐(22)에 의해 주입되어질 수 있도록 미리 설정된 한계를 초과하는 양에 의해 제2 터빈 엔진(5B)의 적어도 하나의 압축기(8) 단계로부터 하류 압력보다 더 클 때 개방하고, 상기 탱크(14)는 제1 터빈 엔진(5A)의 적어도 하나의 압축기(8) 단계에 연결되고 탱크(14)의 감압을 회피하도록 하는 체크 밸브(21)를 포함하는 적어도 하나의 가압 회로(15A)에 의해 가압된 공기로 가압되는 방법.
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