专利名称：给飞机辅助燃气轮机的压缩机提供空气的系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种燃气轮机，更具体地说，涉及一种给不用于驱动飞机的辅助燃气轮机的压缩机进气口提供空气的系统和方法，该飞机另有用于驱动飞机的燃气轮机。
背景技术：
在一些飞机上安装公知的辅助燃气轮机用于给电气设备和液压设备提供机械轴动力，这些电气设备和液压设备例如是发电机、交流发电机和液压泵。这种辅助燃气轮机压缩机的进气口接受来自大气的空气。由于海拔高度越高空气越稀薄，因此所述辅助燃气轮机，在不断增高的海拔下，要么保证预定的轴功率，从而导致工作温度升高，要么保持工作温度不超过极限，那就必须减小输出轴功率。
科学家和工程师们仍然在试图改进给不用于驱动飞机的燃气轮机压缩机进气口提供空气的系统和方法，该飞机另具有驱动飞机的燃气轮机。
发明内容
本发明第一实施例的第一表现形式是一个系统，该系统给不用于驱动飞机的辅助燃气轮机压缩机进气口提供空气，该飞机另有用于驱动飞机的燃气轮机。该系统包括一系统涡轮机和一系统压缩机。该系统涡轮机具有进气口和出气口，其中系统涡轮机的进气口适于接受来自飞机的压缩空气。该系统压缩机与系统涡轮机机械连接，并具有进气口和出气口，其中系统压缩机的进气口适于接受大气空气。系统涡轮机和系统压缩机的出气口都与辅助燃气轮机的压缩机进气口流体连接。
本发明第一实施例的第二表现形式是一个系统，该系统给不用于驱动飞机的辅助燃气轮机压缩机进气口提供空气，该飞机另有用于驱动飞机的燃气轮机。该系统包括一系统涡轮机和一系统压缩机。该系统涡轮机具有进气口和出气口，其中系统涡轮机的进气口适于接受来自飞机的压缩空气。该系统压缩机与系统涡轮机机械连接，并具有进气口和出气口，其中系统压缩机的进气口接受大气空气。系统涡轮机和系统压缩机的出气口都与辅助燃气轮机的压缩机进气口流体连通。
本发明的方法是给不用于驱动飞机的辅助燃气轮机压缩机的进气口提供空气，该飞机另有用于驱动飞机的燃气轮机。该方法包括，把来自飞机的压缩空气提供给系统涡轮机的进气口，该系统涡轮机与系统压缩机机械连接。该方法包括，把大气空气提供给系统压缩机的进气口。该方法包括，给辅助燃气轮机的压缩机的进气口提供来自系统涡轮机的出气口的空气和来自系统压缩机的出气口的空气。
附图示出了本发明的一个实施例，其中图1是一个飞机的实施例的示意图，该飞机另有用于驱动飞机的燃气轮机、与两个发电机连接的不用于驱动飞机的辅助燃气轮机，以及一个系统，该系统给辅助燃气轮机压缩机的进气口提供空气。
具体实施例方式
现在参照附图，其中图1示出了本发明的第一实施例。图1中的实施例的第一表现形式用于系统10，该系统10给飞机20上不用于驱动飞机的辅助燃气轮机18的压缩机16的进气口14提供空气12，飞机20另有用于驱动飞机的燃气轮机22。该系统10包括一个系统涡轮机26和一个系统压缩机28。该系统涡轮机26具有一个进气口30和一个出气口32，其中该系统涡轮机26的进气口30适于接受来自飞机20的压缩空气34。系统压缩机28与系统涡轮机26机械连接，并具有一个进气口36和一个出气口38，其中系统压缩机28的进气口36适于接受大气空气40。系统涡轮机26和系统压缩机28的出气口32和38与辅助燃气轮机18的压缩机16的进气口14流体连接。应当注意的是，飞机上的用于驱动飞机的燃气轮机的主要作用是给飞机提供动力，而飞机上不用于驱动飞机的燃气轮机的主要作用并不是给飞机提供动力。在第一个例子中，系统压缩机28的进气口36接受的大气空气40是来自ECS(环境控制系统)进气口的冲压空气。在第二例子中，系统压缩机28的进气口36接受的大气空气40是来自飞机进气口的冲压空气，这表示该飞机进气口用于向系统压缩机28的进气口36提供空气。本领域技术人员还可以采用其它的构造。
在图1的第一实施例的第一表现形式的第一允许方式中，飞机20具有机舱42，压缩空气34是来自机舱42的被压缩的空气34’。在第二允许方式中，压缩空气34是来自用于驱动飞机的燃气轮机22的压缩空气34”(以虚线示出，例如来自压缩机和/或旁路通道的抽气)。在第三允许方式中，压缩空气34由来自机舱的压缩空气34’和来自用于驱动飞机的燃气轮机22的压缩空气34”组成。本领域技术人员还可以采用其它的允许方式。
在图1的第一实施例的第一表现形式的一个实施方式中，辅助燃气轮机18可运转地与发电机46连接。在一个变型方式中，辅助燃气轮机18还可运转地与第二发电机48连接。在一个与本说明书所述的实施方式相同的或不同的变型方式中，如图所示，该辅助燃气轮机18包括一个高压压缩机50，一个燃烧器52，一个高压涡轮机54和一个低压涡轮机56(在一个例子中，其向大气40’排出气体)，这种部件的运转在现有技术中是公知的。应当注意的是，图1中的气体流向由箭头线表示，图1中的机械轴连接由非箭头线表示。
在图1的第一实施例的第一表现形式的一个应用中，系统10还包括流体混合器58，其中系统涡轮机26和系统压缩机28的出气口32和38通过流体混合器58与辅助燃气轮机18的压缩机16的进气口14流体连接。在一个与本说明书所述的实施方式相同的或不同的应用中，系统涡轮机26和系统压缩机28的出气口32和38适于具有基本相同的排气压力。在一个与本说明书所述的实施方式相同的或不同的应用中，系统10还包括热交换器60，其适于接受来自飞机20的热量，以及把热量传递给系统涡轮机26进气口30上游的压缩空气34。
图1的第一实施例的第二表现形式用于系统10，该系统10给飞机20上不用于驱动飞机的辅助燃气轮机18的压缩机16的进气口14提供空气12，该飞机20另有驱动飞机的燃气轮机22。该系统10包括一个系统涡轮机26和一个系统压缩机28。该系统涡轮机26具有一个进气口30和一个出气口32，其中该系统涡轮机26的进气口30接受来自飞机20的压缩空气34。系统压缩机28与系统涡轮机26机械连接，并具有一个进气口36和一个出气口38，其中系统压缩机28的进气口36接受大气空气40。系统涡轮机26和系统压缩机28的出气口32和38与辅助燃气轮机18的压缩机16的进气口14流体连通。
在图1的第一实施例的第二方式的第一允许方式中，飞机20具有机舱42，压缩空气34是来自机舱42的被压缩的空气34’。在第二允许方式中，压缩空气34是来自飞机驱动的燃气轮机22的压缩的空气34”(以虚线示出，例如来自压缩机和/或旁路通道的抽气)。在第三允许方式中，压缩空气34由来自机舱的压缩空气34’和来自飞机驱动的燃气轮机22的压缩空气34”组成。本领域技术人员还可以采用其它的允许方式。
在图1的第一实施例的第二表现形式的一个实施方式中，辅助燃气轮机18可运转地与发电机46连接。在一个变型方式中，辅助燃气轮机18还可运转地与第二发电机48连接。在一个与本说明书所述的实施方式相同的或不同的变型方式中，如图所示，该辅助燃气轮机18包括一个高压压缩机50，一个燃烧器52，一个高压涡轮机54和一个低压涡轮机56(在一个例子中，其向大气40’排放气体)，这种部件的运转在现有技术中是公知的。应当注意的是，图1中的气体流向由箭头线表示，图1中的机械轴连接由非箭头线表示。
在图1的第一实施例的第二表现形式的一个应用中，系统10还包括流体混合器58，其中系统涡轮机26和系统压缩机28的出气口32和38通过流体混合器58与辅助燃气轮机18的压缩机16的进气口14流体连通。在一个与本说明书所述的实施方式相同的或不同的应用中，系统涡轮机26和系统压缩机28的出气口32和38具有基本相同的排气压力。在一个与本说明书所述的实施方式相同的或不同的应用中，系统10还包括热交换器60，其接受来自飞机20的热量，以及把热量传递给系统涡轮机26进气口30上游的压缩空气34。
本发明的一个方法是给飞机20上不用于驱动飞机的辅助燃气轮机18的压缩机16的进气口14提供空气12，该飞机20另有驱动飞机的燃气轮机22。该方法包括，把来自飞机20的压缩空气提供给系统涡轮机26的进气口30，该系统涡轮机26与系统压缩机28机械连接。该方法包括，把大气空气40提供给系统压缩机28的进气口36。该方法包括，给辅助燃气轮机18的压缩机16的进气口14提供来自系统涡轮机26的出气口32的空气12’和来自系统压缩机28的出气口38的空气12”。
在该方法的第一允许方式中，压缩空气34是来自飞机20的机舱42的压缩空气34’和来自飞机驱动的燃气轮机22的压缩空气34”(用虚线示出，例如来自压缩机和/或旁路通道的抽气)中的一个。在第三允许方式中，压缩空气34由来自机舱的压缩空气34’和来自飞机驱动的燃气轮机22的压缩空气34”组成。本领域技术人员还可以采用其它的允许方式。
在一个实施方式中，该方法还包括可运转地把辅助燃气轮机18与发电机46相连接。在一个应用中，该方法还包括，通过流体混合器58把系统涡轮机26和系统压缩机28的出气口32和38与辅助燃气轮机18的压缩机16的进气口14流体连接。在一个与本说明书所述的实施方式相同的或不同的应用中，该方法还包括，在基本相等的排气压力下从系统涡轮26的出口32和系统压缩机28的出口38排气到流体混合器58。在一个与本说明书所述的实施方式相同的或不同的应用中，该方法还包括，把来自飞机的废热提供给系统涡轮机26的进气口30上游的压缩空气34。
对于本发明实施方式的一个或多个或所有的方法和方式来说，在其中一个例子中，来自飞机20的压缩空气34作为动力源用于输送和压缩大气空气40，在介于压缩空气34的温度和压力与大气空气40的温度和压力之间的某一温度和压力时，被导向辅助燃气轮机18的压缩机16的进口14的合成空气流12具有比压缩空气34或大气空气40更大的质量流。在这个例子中，系统10起到流体倍增器的作用，其使压缩空气在系统涡轮机26内膨胀，该系统涡轮机26顺次驱动系统压缩机28，该系统压缩机对大气空气40进行压缩。在这个例子的一个变型中，在具有相同运转温度限制的海拔高度，系统10允许辅助燃气轮机18产生更大的功率。
在这个例子的一个改进中，在来自飞机10的压缩空气34被进一步压缩之前，使该压缩空气在系统涡轮机26内膨胀，通过这种方式，系统10由反压力梯度引起的气流回流到飞机20的压缩空气34源头(例如机舱42和/或飞机驱动的燃气轮机22)的现象将得到抑制，从而避免了与反压力梯度相关的波动/失速问题，还使隔音变得容易。在一个与本说明书所述的实施方式相同的或不同的改进中，冷却系统(没有示出或进行描述)对飞机部件进行冷却，该冷却系统把其废热输送给热交换器60，因此飞机的废热被系统10回收和利用，从而增大了导向辅助燃气轮机18的压缩机16的进气口14的空气12的质量流量。在一个与本说明书所述的实施方式相同的或不同的改进中，使得系统涡轮机26和系统压缩机28的出气口32和38的排气压力基本相同，从而使流体混合器58中的气体混合具有最小的损失。
在这个例子的一个方式中，在保持发电机46发出足够电力的情况下，系统10以牺牲熵的产生(效率)为代价保证了功率，但是可能会减小某个海拔高度下用于驱动飞机的燃气轮机22的飞行空载推力(fligbt idle thrust)，这是本领域技术人员可以预见的。
尽管在此通过实施例的方法和几个方式描述了本发明，但这并不意味着本申请附属权利要求的精神和范围受限于或被限制于这些细节。在不背离本发明范围的前提下，本领域技术人员可以对本发明进行各种其它的变型、改变和进行替换。
部件列表10系统12给14的空气12′来自32的空气1416的进气口12″来自38的空气1618的压缩机1820的辅助燃气轮机20飞机2220的驱动飞机的燃气轮机24无2610的系统涡轮机2810的系统压缩机3026的进气口3226的出气口34来自20的压缩空气 34′来自42的压缩空气3628的进气口34″来自22的压缩空气3828的出气口40给36的大气空气40′来自56的大气接受空气4220的机舱44无46发电机48第二发电机5018的HPC5218的燃烧器5418的HPT5618的LPT58流体混合器60热交换器
权利要求
1.一种系统(10)，其给拥有用于驱动飞机的燃气轮机(22)的飞机(20)上不用于驱动飞机的辅助燃气轮机(18)的压缩机(16)的进气口(14)提供空气(12)，所述飞机另有用于驱动飞机的燃气轮机(22)，该系统包括a)系统涡轮机(26)，其具有进气口(30)和出气口(32)，其中系统涡轮机的进气口适于接受来自飞机的压缩空气(34)；b)系统压缩机(28)，其与系统涡轮机机械连接，并具有进气口(36)和出气口(38)，其中系统压缩机的进气口适于接受大气空气(40)，其中系统涡轮机和系统压缩机的出气口都与辅助燃气轮机的压缩机进气口流体连接。
2.如权利要求1的系统，其中飞机具有机舱(42)，其中所述压缩空气是来自机舱的被压缩空气(34’)。
3.如权利要求1的系统，其中压缩空气是来自用于驱动飞机的燃气轮机的被压缩空气(34”)。
4.如权利要求1的系统，其中辅助燃气轮机可运转地与发电机(46)连接。
5.如权利要求1的系统，还包括流体混合器(58)，其中系统涡轮机和系统压缩机的出气口都通过流体混合器(58)与辅助燃气轮机的压缩机进气口流体连接。
6.如权利要求1的系统，其中系统涡轮机和系统压缩机的出气口适于具有基本相同的排气压力。
7.如权利要求1的系统，还包括热交换器(60)，其适于接受来自飞机的热量，并把热量传递给系统涡轮机进气口上游的压缩空气。
全文摘要
一种系统(10)，用于给飞机(20)上的辅助燃气轮机(18)的压缩机(16)提供空气(12)。一系统涡轮机(26)具有进气口(30)，该进气口适于接受来自飞机的压缩空气(34)。一系统压缩机(28)，其与系统涡轮机机械连接，并具有进气口(36)，该进气口适于接受大气空气(40)。其中系统涡轮机和系统压缩机的出气口都与辅助燃气轮机的压缩机进气口流体连接。
文档编号F02C7/08GK101050726SQ20071010356
公开日2007年10月10日 申请日期2007年4月5日 优先权日2006年4月5日
发明者K·E·舍尔顿, J·图尔科 申请人:通用电气公司