用于飞行器的混合电力推进系统及其操作方法与流程

用于飞行器的混合电力推进系统及其操作方法
1.本技术是申请日为2018年6月8日（优先权日为2017年6月9日）、申请号为201810587403 .9、发明名称为“用于飞行器的混合电力推进系统及其操作方法”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明的主题一般涉及飞行器的混合电力推进系统，以及操作示例性混合电力推进系统的燃气涡轮发动机以最小化小周期损坏的方法。


背景技术：

3.常规的直升机大致包括主旋翼组件和尾旋翼组件。燃气涡轮发动机包括有输出轴，所述输出轴配置成驱动所述主旋翼组件和所述尾旋翼组件。与例如固定翼飞行器相比，直升机被更频繁地操作，使得其飞行包线限定许多小周期，以致在直升机的飞行包线中，对燃气涡轮发动机的功率输出需求相对频繁地提高和降低。
4.如果功率输出需求至少有一些提高，则燃气涡轮发动机速度上升以提供附加功率输出。而且，如果功率输出需求至少有一些降低，则燃气涡轮发动机减速以提供功率输出的降低。然而，燃气涡轮发动机的转速的这些附加提高和降低可能在燃气涡轮发动机的寿命上对燃气涡轮发动机产生小周期损坏。因此，以降低直升机的飞行包线中的小周期数目的方式操作推进系统的燃气涡轮发动机的方法将会是有用的。


技术实现要素：

5.本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实施而得知。
6.在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种操作飞行器的混合电力推进系统的方法。所述混合电力推进系统包括燃气涡轮发动机和电机，所述电机联接到所述燃气涡轮发动机。所述方法包括：由一个或多个计算装置确定所述燃气涡轮发动机的基准功率输出；由所述一个或多个计算装置操作所述燃气涡轮发动机以提供所述基准功率输出；由所述一个或多个计算装置确定大于或小于所述基准功率输出的期望功率输出；以及使用所述电机，由所述一个或多个计算装置将功率提供至所述燃气涡轮发动机、或者由所述一个或多个计算装置从所述燃气涡轮发动机提取功率，使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出。
7.在某些示例性方面，所述混合电力推进系统还包括电能储存单元，所述电能储存单元电连接至所述电机。
8.例如，在某些示例性方面，使用所述电机，由所述一个或多个计算装置将功率提供至所述燃气涡轮发动机、或者由所述一个或多个计算装置从所述燃气涡轮发动机提取功率，使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出包括：由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述电机，或者由所述一个或多
个计算装置从所述电机将电功率提取到所述电能储存单元。
9.例如，在某些示例性方面，使用所述电机，由所述一个或多个计算装置将功率提供至所述燃气涡轮发动机、或者由所述一个或多个计算装置从所述燃气涡轮发动机提取功率，使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出包括：使用所述电机，由所述一个或多个计算装置将差量功率提供至所述燃气涡轮发动机、或者由所述一个或多个计算装置从所述燃气涡轮发动机提取差量功率，其中，所述差量功率在所述基准功率输出的大约百分之一到大约百分之二十之间。
10.例如，在某些示例性方面，所述方法还包括由所述一个或多个计算装置确定期望功率输出的平均值是大于或小于所述燃气涡轮发动机的基准功率输出，并且其中，由所述一个或多个计算装置确定燃气涡轮发动机的基准功率输出包括，响应于确定所述期望功率输出的平均值是大于或小于所述燃气涡轮发动机的基准功率输出，由所述一个或多个计算装置修改所述基准功率输出。
11.例如，在某些示例性方面，所述方法包括由所述一个或多个计算装置确定所述电能储存单元的电荷状态（state of charge），并且其中，由一个或多个计算装置确定燃气涡轮发动机的基准功率输出包括：响应于确定所述电能储存单元的电荷状态由所述一个或多个计算装置修改所述基准功率输出。
12.例如，在某些示例性方面，由所述一个或多个计算装置确定所述电能储存单元的电荷状态还包括由所述一个或多个计算装置确定所述电荷状态是大于或小于预定阈值。
13.例如，在某些示例性方面，由所述一个或多个计算装置确定所述电能储存单元的电荷状态还包括由所述一个或多个计算装置确定在一个时段上所述电荷状态的变化是大于或小于预定阈值。
14.在某些示例性方面，所述燃气涡轮发动机是包括输出轴的涡轴发动机，并且其中，所述电机联接到所述输出轴。例如，在某些示例性方面，飞行器是具有推进器的直升机，并且其中，所述输出轴驱动所述推进器。例如，在某些示例性方面，由所述一个或多个计算装置确定大于或小于所述基准功率输出的所述期望功率输出包括：由所述一个或多个计算装置接收来自所述直升机的集合的输入；以及由所述一个或多个计算装置基于交通工具模型和从所述直升机的集合接收的输入确定所述期望功率输出。
15.在某些示例性方面，由所述一个或多个计算装置操作所述燃气涡轮发动机以提供所述基准功率输出包括：以第一转速使所述燃气涡轮发动机的核心旋转，并且其中，使用所述电机由所述一个或多个计算装置将功率提供至所述燃气涡轮发动机或者由所述一个或多个计算装置从所述燃气涡轮发动机提取功率，使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出包括：以基本上所述第一转速使所述燃气涡轮发动机的核心旋转。
16.在本公开的示例性实施例中，提供一种用于飞行器的混合电力推进系统。所述推进系统包括：燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括涡轮和输出轴，所述涡轮驱动联接到所述输出轴。所述推进系统还包括电机，所述电机联接到所述输出轴和控制器。所述控制器包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述混合电力推进系统执行功能。所述功能包括：确定所述燃气涡轮发动机的基准功率输出；操作所述燃气涡轮发动机以提供所述基准功率输出；确定大于或小于
所述基准功率输出的期望功率输出；以及使用所述电机将功率提供至所述燃气涡轮发动机或者从所述燃气涡轮发动机提取功率，使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出。
17.在某些示例性实施例中，所述燃气涡轮发动机是涡轴发动机。例如，在某些示例性实施例中，所述飞行器是具有推进器的直升机，并且其中，所述输出轴配置成驱动所述推进器。例如，在某些示例性实施例中，确定所述期望功率输出包括：接收来自所述直升机的集合的输入；以及基于交通工具模型和从所述直升机的集合接收的输入确定所述期望功率输出。
18.在某些示例性实施例中，所述推进系统还包括电能储存单元，所述电能储存单元可电连接至所述电机。例如，在某些示例性实施例中，使用所述电机将功率提供至所述燃气涡轮发动机或者从所述燃气涡轮发动机提取功率使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出包括：将功率从所述电能储存单元提供至所述电机，或者从所述电机将功率提取到所述电能储存单元。
19.在某些示例性实施例中，使用所述电机将功率提供至所述燃气涡轮发动机或者从所述燃气涡轮发动机提取功率使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出包括：使用所述电机将差量功率提供至所述燃气涡轮发动机或者从所述燃气涡轮发动机提取差量功率。例如，在某些示例性实施例中，所述差量功率在所述基准功率输出的大约百分之一到大约百分之二十之间。
20.具体地，本技术技术方案1涉及一种操作飞行器的混合电力推进系统的方法，所述混合电力推进系统包括燃气涡轮发动机和电机，所述电机联接到所述燃气涡轮发动机，所述方法包括：由一个或多个计算装置确定所述燃气涡轮发动机的基准功率输出；由所述一个或多个计算装置操作所述燃气涡轮发动机以提供所述基准功率输出；由所述一个或多个计算装置确定大于或小于所述基准功率输出的期望功率输出；以及使用所述电机，由所述一个或多个计算装置将功率提供至所述燃气涡轮发动机、或者由所述一个或多个计算装置从所述燃气涡轮发动机提取功率，使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出。
21.本技术技术方案2涉及根据技术方案1所述的方法，其中，所述混合电力推进系统还包括电能储存单元，所述电能储存单元电连接至所述电机。
22.本技术技术方案3涉及根据技术方案2所述的方法，其中，使用所述电机，由所述一个或多个计算装置将功率提供至所述燃气涡轮发动机、或者由所述一个或多个计算装置从所述燃气涡轮发动机提取功率，使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出包括：由所述一个或多个计算装置将电功率从所述电能储存单元提供至所述电机，或者由所述一个或多个计算装置从所述电机将电功率提取到所述电能储存单元。
23.本技术技术方案4涉及根据技术方案2所述的方法，其中，使用所述电机，由所述一个或多个计算装置将功率提供至所述燃气涡轮发动机、或者由所述一个或多个计算装置从所述燃气涡轮发动机提取功率，使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出包括：使用所述电机，由所述一个或多个计算装置将差量功率提供至所述燃
气涡轮发动机、或者由所述一个或多个计算装置从所述燃气涡轮发动机提取差量功率，其中，所述差量功率在所述基准功率输出的大约百分之一到大约百分之二十之间。
24.本技术技术方案5涉及根据技术方案2所述的方法，还包括：由所述一个或多个计算装置确定所述期望功率输出的平均值是大于或小于所述燃气涡轮发动机的基准功率输出，并且其中，由一个或多个计算装置确定燃气涡轮发动机的基准功率输出包括：响应于确定所述期望功率输出的平均值是大于或小于所述燃气涡轮发动机的基准功率输出，由所述一个或多个计算装置修改所述基准功率输出。
25.本技术技术方案6涉及根据技术方案2所述的方法，还包括：由所述一个或多个计算装置确定所述电能储存单元的电荷状态，并且其中，由一个或多个计算装置确定燃气涡轮发动机的基准功率输出包括：响应于确定所述电能储存单元的电荷状态由所述一个或多个计算装置修改所述基准功率输出。
26.本技术技术方案7涉及根据技术方案6所述的方法，其中，由所述一个或多个计算装置确定所述电能储存单元的电荷状态还包括由所述一个或多个计算装置确定所述电荷状态是大于或小于预定阈值。
27.本技术技术方案8涉及根据技术方案6所述的方法，其中，由所述一个或多个计算装置确定所述电能储存单元的电荷状态还包括由所述一个或多个计算装置确定一个时段上所述电荷状态的变化是大于或小于预定阈值。
28.本技术技术方案9涉及根据技术方案1所述的方法，其中，所述燃气涡轮发动机是包括输出轴的涡轴发动机，并且其中，所述电机联接到所述输出轴。
29.本技术技术方案10涉及根据技术方案9所述的方法，其中，所述飞行器是具有推进器的直升机，并且其中，所述输出轴驱动所述推进器。
30.本技术技术方案11涉及根据技术方案10所述的方法，其中，由所述一个或多个计算装置确定所述大于或小于所述基准功率输出的期望功率输出包括：由所述一个或多个计算装置接收来自所述直升机的集合的输入；以及由所述一个或多个计算装置基于交通工具模型和从所述直升机的集合接收的输入确定所述期望功率输出。
31.本技术技术方案12涉及根据技术方案1所述的方法，其中，由所述一个或多个计算装置操作所述燃气涡轮发动机以提供所述基准功率输出包括：以第一转速使所述燃气涡轮发动机的核心旋转，并且其中，使用所述电机由所述一个或多个计算装置将功率提供至所述燃气涡轮发动机、或者由所述一个或多个计算装置从所述燃气涡轮发动机提取功率，使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出包括：以基本上所述第一转速使所述燃气涡轮发动机的核心旋转。
32.本技术技术方案13涉及一种用于飞行器的混合电力推进系统，包括：燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括涡轮和输出轴，所述涡轮驱动联接到所述输出轴；电机，所述电机联接到所述输出轴；以及控制器，所述控制器包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述混合电力推进系统执行功能，所述功能包括：
确定所述燃气涡轮发动机的基准功率输出；操作所述燃气涡轮发动机以提供所述基准功率输出；确定大于或小于所述基准功率输出的期望功率输出；以及使用所述电机将功率提供至所述燃气涡轮发动机或者从所述燃气涡轮发动机提取功率，使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出。
33.本技术技术方案14涉及根据技术方案13所述的混合电力推进系统，其中，所述燃气涡轮发动机是涡轴发动机。
34.本技术技术方案15涉及根据技术方案14所述的混合电力推进系统，其中，所述飞行器是具有推进器的直升机，并且其中，所述输出轴配置成驱动所述推进器。
35.本技术技术方案16涉及根据技术方案15所述的混合电力推进系统，其中，确定所述期望功率输出包括：接收来自所述直升机的集合的输入；以及基于交通工具模型和从所述直升机的集合接收的输入确定所述期望功率输出。
36.本技术技术方案17涉及根据技术方案13所述的混合电力推进系统，还包括：电能储存单元，所述电能储存单元能够电连接至所述电机。
37.本技术技术方案18涉及根据技术方案17所述的混合电力推进系统，其中，使用所述电机将功率提供至所述燃气涡轮发动机或者从所述燃气涡轮发动机提取功率使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出包括：将功率从所述电能储存单元提供至所述电机，或者从所述电机将功率提取到所述电能储存单元。
38.本技术技术方案19涉及根据技术方案13所述的混合电力推进系统，其中，使用所述电机将功率提供至所述燃气涡轮发动机或者从所述燃气涡轮发动机提取功率使得所述燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述确定的期望功率输出包括：使用所述电机，将差量功率提供至所述燃气涡轮发动机、或者从所述燃气涡轮发动机提取差量功率。
39.本技术技术方案20涉及根据技术方案19所述的混合电力推进系统，其中，所述差量功率在所述基准功率输出的大约百分之一到大约百分之二十之间。
40.参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
41.本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明的完整且启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，其中：图1是根据本发明的各种示例性实施例的飞行器的俯视图。
42.图2是根据本发明的示例性实施例的混合电力推进组件的示意性横截面图。
43.图3是根据本发明的示例性方面用于操作飞行器的混合电力推进系统的方法的流程图。
44.图4是图3的方法的示例性方面的流程图。
45.图5是一图表，其描绘根据本公开的示例性方面操作的混合电力推进系统的燃气涡轮发动机的功率输出水平。
46.图6是根据本发明的示例方面的计算系统。
具体实施方式
47.现将详细描述本发明的实施例，其中的一个或多个示例示于附图中。详细描述中使用数字和字母标示来指代图中的特征。图中和描述中使用相同或类似的标记来指代本发明的相同或类似部分。
48.如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，且并不在于表示个别部件的位置或重要性。
49.术语“前部”和“后部”指代燃气涡轮发动机或交通工具内的相对位置，并且指代燃气涡轮发动机或交通工具的正常操作姿态。例如，于燃气涡轮发动机而言，前部是指更靠近发动机入口的位置并且后部是指更靠近发动机喷嘴或排气部的位置。
50.术语“上游”和“下游”指代相对于路径中的流的相对方向。例如，相对于流体流，“上游”是指流体流出的方向，并且“下游”是指流体流向的方向。然而，当在本文中使用时，术语“上游”和“下游”也可指电流。
51.除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一”和“所述”包括复数指代物。
52.在整个说明书和权利要求书中所用的近似语言用于修饰任何定量表示，这些定量表示可容许不会导致其相关的基本功能变化的变化。因此，由例如“约”、“大约”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的确切值。在至少一些情况下，近似语言可以与用于测量值的仪器的精确度、或者用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精确度相对应。例如，近似语言可以指处于20%的裕度内。
53.在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合且互换，这种范围是确定的且包括其中所含的全部子范围，除非上下文或语言作出其它表示。例如，本文中所公开的所有范围都包括端点，并且所述端点能够彼此独立组合。
54.本公开总体上涉及以降低在飞行器的飞行包线中的小周期数目的方式操作飞行器的混合电力推进系统的燃气涡轮发动机的方法。在本公开的至少某些示例性方面，所述方法包括确定燃气涡轮发动机的基准功率输出，并操作燃气涡轮发动机以提供基准功率输出。所述基准功率输出可通常是燃气涡轮发动机通过飞行包线的相关阶段的预期的平均期望功率输出。
55.示例性方法的至少某些方面还包括确定大于或小于基准功率输出的期望功率输出，并且作为响应，使用电机将功率提供至燃气涡轮发动机或者从燃气涡轮发动机提取功率，使得燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配所述期望功率输出。例如，电机可以机械联接到电机的输出轴，并且还可电联接到电能储存单元。将功率提供至电机可有助于驱动燃气涡轮发动机的输出轴以提高燃气涡轮发动机的输出轴的有效功率输出。相反，从电机提取功率可对燃气涡轮发动机的输出轴产生阻力以降低燃气涡轮发动机的输出轴的有效功率输出。
56.更具体地，使用此示例性方面，例如当期望功率输出大于基准功率输出时，所述方法可将电功率从电能储存单元提供至电机，以提高燃气涡轮发动机的有效功率输出，使得燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配期望功率输出。另外或者替代性地，例如当期望功率输出小于基准功率输出时，所述方法可将电功率从电机提取至电能储存单元，以降低燃气
涡轮发动机的有效功率输出，使得燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配期望功率输出。
57.此外，要认识到，在本公开的至少某些示例性方面，上面的方法可用于具有涡轴发动机并且可并入直升机中的混合电力推进系统。
58.以此示例性方式操作混合电力推进系统可具有以下效果：降低混合电力推进系统的燃气涡轮发动机上的小周期数目，因此降低对燃气涡轮发动机的磨损，提高燃气涡轮发动机的使用寿命。
59.现在参照附图，图1提供了根据本公开的示例性飞行器10的透视图。飞行器10一般具有横向方向t、纵向方向l和垂直方向v。运行中，飞行器10可沿着或围绕横向方向t、纵向方向l和/或垂直方向v运动。
60.在图1所示的实施例中，飞行器10包括具有驾驶舱20的机身12。如在闭合圆圈a-a中描绘的，驾驶舱20包括总桨距输入装置22、循环桨距输入装置23、尾旋翼输入装置24、第一节流阀输入装置26、第二节流阀输入装置28和仪表板30。飞行器10进一步包括主旋翼组件40和尾旋翼组件50。主旋翼组件40包括主旋翼轮毂42和多个主旋翼叶片44。如图所示，每个主旋翼叶片44从主旋翼轮毂42向外延伸。尾旋翼段50包括尾旋翼轮毂52和多个尾旋翼叶片54。每个尾旋翼叶片54从尾旋翼轮毂52向外延伸。
61.另外，飞行器10包括混合电力推进组件（未标号；还见于图2的实施例，在下文讨论），这将在下文更详细地描述。混合电力推进组件大致包括第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62。应当认识到，在至少某些示例性实施例中，图1中飞行器10的第一和第二燃气涡轮发动机60、62中的一个或两者可以与图2描绘的燃气涡轮发动机102基本相同的方式配置，并且混合电力推进系统还可包括来自图2中描绘的示例性混合电力推进系统的一个或多个附加部件。
62.仍参照图1，第一和第二燃气涡轮发动机60、62可相互机械联接，使得第一和第二燃气涡轮发动机60、62一起操作。举例来说，第一和第二燃气涡轮发动机60、62可在齿轮箱中由例如差分和单向离合器（例如斜撑离合器）联在一起，使得其一起操作。
63.而且，第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62可大致产生并传输电力以驱动主旋翼叶片44和尾旋翼叶片54的旋转。明确地说，主旋翼叶片44的旋转为飞行器10产生升力，而尾旋翼叶片54的旋转在尾旋翼段50处产生侧向推力，并且抵消由主旋翼叶片44施加在机身12上的扭矩。
64.总桨距输入装置22共同地（即，全部同时）调整主旋翼叶片44的桨距角，以增大或减小飞行器10从处于给定的旋翼速度的主旋翼叶片44得到的升力的量。因此，操纵总桨距输入装置22可使飞行器10沿着垂直方向v在两个相对方向中的一个上移动。应了解，如下文将更详细地讨论的，操纵总桨距输入装置22也可用以预测混合电力推进系统提供给主旋翼组件40以产生例如飞行器10的所要升力的期望功率输出。
65.仍参照图1，循环桨距输入装置23控制飞行器10围绕纵向方向l和围绕横向方向t的运动。明确地说，循环桨距输入装置23调整飞行器10的角度，从而允许飞行器10沿着纵向方向l向前或向后或在横向方向t上侧向地移动。另外，尾旋翼输入装置24控制尾旋翼叶片54的桨距角。在操作中，操纵尾旋翼输入装置24可使尾旋翼段50沿着横向方向t移动，且由此改变飞行器10的定向，并使飞行器10围绕垂直方向v旋转。
66.在飞行开始时，第一和第二节流阀输入装置26、28可移动到打开位置，并在飞行期
间启动，以提供飞行器10的期望功率量。在某些实施例中，这些输入装置26、28可以是人工启动的，或者替代性地例如响应于总浆距输入装置22以及来自总浆距输入装置22的输入可以由一个或多个控制器（下面描述）启动。
67.现在参照图2，提供了根据本发明的示例性实施例的用于飞行器的混合电力推进系统100的示意图。示例性混合电力推进系统100可并入到与上文参照图1描述的示例性飞行器10类似的飞行器中。然而，在其它示例性实施例中，混合电力推进系统100则可用于任何其它适合的飞行器，如下文描述的。
68.对于所描绘的实施例，混合电力推进系统100大致包括燃气涡轮发动机102、机械联接到燃气涡轮发动机102的主推进器、也机械联接到燃气涡轮发动机102的电机162、电能储存单元164和控制器166。这些部件中每一个的功能如下。
69.首先参照燃气涡轮发动机102，提供了横截面图。如所描绘的，燃气涡轮发动机102界定了延伸穿过其中的纵向或中心线轴线103以供参考。燃气涡轮发动机102通常包括大体上管状的外壳104，外壳104界定入口106。外壳104包围呈串流关系的气体发生器压缩机110（即高压压缩机）、燃烧区段130、涡轮区段140和排气区段150。所描绘的示例性气体发生器压缩机110包括入口导向叶片112的环形阵列、压缩机叶片114的一个或多个连续级和离心式转子叶片118的一个级。尽管没有描绘，但气体发生器压缩机110还可包括多个固定或可变定子轮叶。
70.燃烧区段130大致包括燃烧室132、延伸到燃烧室132内的一个或多个燃料喷嘴134和燃料递送系统138。燃料递送系统138配置成将燃料提供至一个或多个燃料喷嘴134，一个或多个燃烧喷嘴134又供应燃料以与从气体发生器压缩机110进入燃烧室132的压缩空气混合。此外，燃料和压缩空气的混合物在燃烧室132内燃烧以形成燃烧气体。如下文将更详细地描述的，燃烧气体驱动气体发生器压缩机110和涡轮区段140内的涡轮。
71.更具体地，涡轮区段140包括气体发生器涡轮142（或称为高压涡轮）和动力涡轮144（或称为低压涡轮）。气体发生器涡轮142包括涡轮转子叶片146的一个或多个连续级，并且还可包括定子轮叶（未示出）的一个或多个连续级。同样地，动力涡轮144包括涡轮转子叶片148的一个或多个连续级，并且还可包括定子轮叶（未示出）的一个或多个连续级。另外，气体发生器涡轮142通过气体发生器轴152驱动连接至气体发生器压缩机110，且动力涡轮144通过动力涡轮轴154驱动连接至输出轴156。
72.操作中，燃烧气体驱动气体发生器涡轮142和动力涡轮144两者。随着气体发生器涡轮142围绕中心线轴线103旋转，气体发生器压缩机110和气体发生器轴152也都围绕中心线轴线103旋转。另外，随着动力涡轮144旋转，动力涡轮轴154旋转并将旋转能量传送至输出轴156。因此，要认识到，气体发生器涡轮142驱动气体发生器压缩机110，动力涡轮144驱动输出轴156。
73.然而，应了解，在其它示例性实施例中，图2的燃气涡轮发动机102可具有任何其它合适的配置。例如，在其它示例性实施例中，燃烧区段130可包括回流燃烧器，燃气涡轮发动机可包括任何合适数目的压缩机、转轴和涡轮等。
74.仍参照图2，输出轴156配置成使混合电力推进系统100的主推进器旋转，对于所描述的示例性实施例为主旋翼组件158（其可以与图1飞行器10的示例性主旋翼组件40基本相同的方式配置）。值得注意的是，输出轴156通过齿轮箱160机械联接到主旋翼组件158。然
而，在其它示例性实施例，输出轴156可以任何其它适合方式联接到主旋翼组件158。
75.而且，如前面提到的，示例性混合电力推进系统100包括：电机162，电机162可配置为电动机/发电机；以及电能储存单元164。对于所描绘的实施例，电机162直接机械联接到燃气涡轮发动机102的输出轴156（即电机162的转子安装到输出轴156）。然而，在其它示例性实施例中，电机162可改为以任何其它适合方式（例如通过适合的齿轮系）机械联接到输出轴156。因此，要认识到，电机162可配置成将接收的电功率转换成机械功率（即作用为电动机），并且还可配置成接收机械功率并将此机械功率转换成电功率（即作用为发电机）。因此，要认识到，通过将功率增加到输出轴156或者从输出轴156提取功率，电机162可配置成提高或降低燃气涡轮发动机102并且更具体地为燃气涡轮发动机102的输出轴156的有效机械功率输出。
76.具体地，对于所描绘的实施例，混合电力推进系统100配置成使用电机162通过电动机162和电能储存单元164之间的电连接将功率增加到燃气涡轮发动机102或者从燃气涡轮发动机102提取功率。电能储存单元164可以是适于接收、储存和提供电功率的任何部件。例如，电能储存单元164可以是电池组，例如多个锂离子电池。不过，在其它实施例中，可以使用任何其它适合的化学电池。而且，在至少某些示例性实施例中，电能储存单元164可配置成保持至少大约二十千瓦-小时的电功率。例如，在某些示例性实施例中，电能储存单元164可配置成储存至少大约三十千瓦-小时的电功率，例如至少大约五十千瓦-小时的电功率，例如至少大约六十千瓦-小时的电功率，例如高达大约五百千瓦-小时的电功率。而且，电机162可以是相对大功率的电机。例如，在某些示例性实施例中，电机162可配置成生成至少大约七十五千瓦的电功率，或者至少大约一百马力的机械功率。例如，在某些示例性实施例中，电机162可配置成生成高达大约一百五十千瓦的电功率和高达至少大约二百马力的机械功率，例如高达大约七百五十千瓦的电功率和高达至少大约一千马力的机械功率。
77.更具体地，对于所描述的实施例，控制器166可操作地连接至例如电机162和电能储存单元164，并配置成将这些部件电连接，并在这些部件之间引导电功率。因此，控制器166可配置成在功率提取模式和功率增加模式之间操作混合电力推进系统100。在功率提取模式中，来自输出轴156的机械功率由电机162转换为电功率，并提取到电能储存单元164。这种电功率提取可以充当输出轴156上的阻力，降低燃气涡轮发动机102的有效功率输出，并且更具体地为燃气涡轮发动机102的输出轴156的有效输出功率。相反，在功率增加模式中，来自电能储存单元164的电功率提供至电机162，并转换成机械功率，增加至输出轴156。这种电功率增加可以充当输出轴156上的推力，提高燃气涡轮发动机102的有效功率输出，并且更具体地为燃气涡轮发动机102的输出轴156的有效功率输出。在下文参照图3的方法200描述此操作作用的方式的示例性方面。
78.要认识到，在某些示例性实施例中，混合电力推进系统100还可包括可用控制器166操作的各种功率电子部件，以促进控制器166将电功率引导到电能储存单元164和/或从电能储存单元164引导电功率。必要时或者根据需要，这些各种功率电子部件还可转换和/或调理在这些部件之间提供的电功率。
79.通常，根据一个或多个这些实施例配置的混合电力推进系统可以通过大致以基准功率水平操作燃气涡轮发动机，根据需要使用电机和电能储存单元将功率增加到输出轴或者从输出轴提取功率以满足飞行器的期望功率输出，实现对燃气涡轮发动机的小周期损坏
（即由于飞行期间的功率水平或负载的反复变化造成的对发动机的各个部件的损坏/磨损）和/或低周疲劳的降低。例如，混合电力推进系统的控制器通常可配置成当期望功率输出大于操作燃气涡轮发动机的基准功率时，将功率引导到与燃气涡轮发动机的输出轴联接的电机，以提高燃气涡轮发动机的有效功率输出，并且还可配置成当期望功率输出小于操作燃气涡轮发动机的基准功率时，从与燃气涡轮发动机的输出轴联接的电机提取功率，以降低燃气涡轮发动机的有效功率输出。
80.还应认识到，尽管已经图示和描述了特定的飞行器和混合电力推进系统，但其它配置和/或飞行器可得益于根据一个或多个上述的示例性实施例配置的混合电力推进系统。例如，在其它示例性实施例中，飞行器可以是任何其它适合的旋转翼飞行器，通常称作直升机。另外或替代性地，飞行器可改为配置为垂直起飞和着陆飞行器，通常称作飞机的固定翼飞行器等。
81.现在参照图3，提供了根据本发明的示例性方面用于操作飞行器的混合电力推进系统的燃气涡轮发动机的计算机实现的方法200。在某些示例性方面，图3的示例性方法200可被用于上文参考图2所描述的示例性混合电力推进系统。因此，根据示例性方法200操作的示例性混合电力推进系统可大致包括具有联接于其上的电机的燃气涡轮发动机以及可电连接至电机的电能储存单元。然而，在其它示例性方面，方法200可替代性用于任何其它适合的混合电力推进系统和/或飞行器。
82.示例性方法大致包括在（202）由一个或多个计算装置确定燃气涡轮发动机的基准功率输出。在（202）确定的基准功率输出可基于用户输入，并且可基于预期的飞行包线或以任何其它适合方式进行选择。基准功率输出通常是燃气涡轮发动机的当前或预期的飞行阶段的预期的平均期望功率输出。另外，方法200包括在（204），由一个或多个计算装置操作燃气涡轮发动机以提供基准功率输出。值得注意的是，在（204）由一个或多个计算装置操作燃气涡轮发动机以提供基准功率输出可包括将基准功率输出提供至燃气涡轮发动机的输出轴。
83.而且，仍参照图3，示例性方法200包括由一个或多个计算装置确定期望功率输出，并且更具体地，在（206）由一个或多个计算装置确定燃气涡轮发动机大于或小于在（202）确定的基准功率输出的期望功率输出。
84.如上面描述的，在某些示例性方面，例如图3中描述的方法200的示例性方面，飞行器可以是直升机。因此，对于所描述的方法200的示例性方面，在（206）由一个或多个计算装置确定大于或小于基准功率输出的期望功率输出另外包括在（208）由一个或多个计算装置接收来自直升机的集合的输入，在（210）由一个或多个计算装置基于直升机的交通工具模型和在（208）接收的直升机的集合的输入确定期望功率输出。交通工具模型可以是用于至少部分地基于总位置确定期望功率输出的任何适合模型。例如，交通工具模型可以是针对特定的参数集合（例如环境温度、高度等）的输出扭矩相对总位置的模型。然而，值得注意的是，在其它示例性方面，方法200可在（206）以任何其它适合方式确定期望功率输出。例如，在其它示例性方面，方法200可在（206）至少部分基于电能储存装置的电荷状态、电能储存装置的充电速率等确定期望功率输出。
85.而且，仍参照图3，示例性方法200另外包括在（212），使用电机由一个或多个计算装置将功率提供至燃气涡轮发动机，或者由一个或多个计算装置从燃气涡轮发动机提取功
率，使得燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配在（206）确定的期望功率输出。例如，在某些示例性方面，飞行器可以是包括主旋翼（见图1）的直升机，燃气涡轮发动机可以是包括输出轴的涡轴发动机，输出轴驱动联接到主旋翼，电机联接到输出轴（见图2）。使用此示例性方面，电机可相应地将功率增加到燃气涡轮发动机或从燃气涡轮发动机提取功率，更确切地说将功率增加到燃气涡轮发动机的输出轴或从燃气涡轮发动机的输出轴提取功率，使得有效的功率输出匹配期望功率输出。
86.更具体地，对于图3的示例性方面，混合电力推进系统还包括电能储存单元，所述电能储存单元电连接至（或可连接至）电机。使用此示例性方面，在（212）使用电机由一个或多个计算装置将功率提供至燃气涡轮发动机，或者由一个或多个计算装置从燃气涡轮发动机提取功率，使得燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配期望功率输出包括在（214）由一个或多个计算装置将电功率从电能储存单元提供至电机，或者由一个或多个计算装置将电功率从电机提取到电能储存单元。以此方式，通过充当燃气涡轮发动机的输出轴上的阻力（即当电能储存单元从电机提取电功率时），或者通过充当燃气涡轮发动机的输出轴的推力（即当电能储存单元将电功率提供至电机时），电机可提高或降低燃气涡轮发动机的有效功率输出。
87.而且，如描绘的，在某些示例性方面，在（212）使用电机由一个或多个计算装置将功率提供至燃气涡轮发动机，或者由一个或多个计算装置从燃气涡轮发动机提取功率包括在（216）使用电机由一个或多个计算装置将差量功率提供至燃气涡轮发动机或者由一个或多个计算装置从燃气涡轮发动机提取差量功率。差量功率可以在基准功率输出的大约百分之一到大约百分之二十之间，基准功率输出以马力表示。
88.只作为示例，在方法200的某些示例性方面，方法200可在（202）确定基准功率输出等于3000马力，并且可在（204）操作燃气涡轮发动机以提供3000马力。此外，在此特定的示例中，方法200可在（206）确定期望功率输出为3200马力。方法200接着可使用电机将功率提供至燃气涡轮发动机，使得燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配期望功率输出。更具体地，方法200可将电功率从电能储存单元提供至电机，使得电机可将附加功率提供至燃气涡轮发动机的输出轴，使得燃气涡轮发动机的有效功率输出更确切地说燃气涡轮发动机的输出轴的有效功率输出匹配期望功率输出。值得注意的是，在此示例中，由电机提供至燃气涡轮发动机的输出轴的差量功率等于大约200马力。
89.同样只作为示例，在另一示例性方面，方法200可在（202）确定基准功率输出等于4000马力，并且在（204）可以操作燃气涡轮发动机以提供4000马力。而且，在此示例中，方法200可在（206）确定期望功率输出为3600马力。方法200接着可使用电机从燃气涡轮发动机更确切地说从燃气涡轮发动机的输出轴提取功率，使得燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配期望功率输出。更具体地，方法200可从电机提取电功率到电能储存单元中，电机联接到燃气涡轮发动机的输出轴，并在此功率提取中充当输出轴上的阻力，以降低输出轴的有效功率输出。因此，电机可降低燃气涡轮发动机的基准功率输出，使得燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配期望功率输出。
90.当然，在其它示例性方面，基准功率输出可以是任何其它适合值，并且类似地，差量功率输出也可以是任何其它适合值。
91.现在参照图4，描绘了图3的方法200的示例性方面的流程图。例如，如图4中所描
述，在方法200的某些示例性方面，在混合电力推进系统的燃气涡轮发动机操作的过程中，可确定基准功率输出需要被调节。因此，对于图4的示例性方面，在（202）由一个或多个计算装置确定燃气涡轮发动机的基准功率输出还包括在（218）由一个或多个计算装置修改燃气涡轮发动机的基准功率输出。
92.更具体地，在某些示例性方面，如虚线描绘的，方法200还可包括在（220）由一个或多个计算装置确定期望功率输出的平均值是大于或小于燃气涡轮发动机的基准功率输出。使用此示例性方面，在（218）由一个或多个计算装置修改燃气涡轮发动机的基准功率输出包括在（222）响应于在（220）确定期望功率输出的平均值是大于或小于燃气涡轮发动机的基准功率输出，由一个或多个计算装置修改燃气涡轮发动机的基准功率输出。
93.另外或者替代性地，也以虚线示出，方法200可包括在（224）由一个或多个计算装置确定电能储存单元的电荷状态。在（224）由一个或多个计算装置确定电能储存单元的电荷状态还可包括在（226）由一个或多个计算装置确定电能储存单元的电荷状态是大于或小于预定阈值。另外或者替代性地，在其它示例性方面，在（224）由一个或多个计算装置确定电能储存单元的电荷状态还可包括在（228）由一个或多个计算装置确定在一个时段上电荷状态的变化是大于或小于预定阈值（即电荷状态的变化率大于或小于预定阈值）。
94.因此，要认识到，在某些示例性方面，在（218）由一个或多个计算装置修改燃气涡轮发动机的基准功率输出还可包括在（230）响应于在（224）确定电能储存单元的电荷状态，例如响应于在（226）确定电能储存单元的电荷状态是大于或小于预定阈值，和/或在（228）确定在一个时段上电荷状态的变化是大于或小于预定阈值，由一个或多个计算装置修改燃气涡轮发动机的基准功率输出。
95.根据上面描述的方法200的一个或多个示例性方面操作飞行器的混合电力推进系统可以允许电机和电能储存单元提供飞行器所需的在燃气涡轮发动机的基准功率输出和燃气涡轮发动机的期望功率输出之间的差量功率（例如至少大约三十分钟，例如至少大约一小时，例如至少大约两小时，例如高达特定飞行的大约95%的飞行时间）。因此这可以使燃气涡轮发动机以一致的状态，即对于更长的时间段以一致的功率水平，操作。这可以大大降低在飞行包线中混合电力推进系统的整个操作中燃气涡轮发动机的小周期数目，延长燃气涡轮发动机的寿命。
96.例如，再参照图3，在所描述的实施例中，在（204）由一个或多个计算装置操作燃气涡轮发动机以提供基准功率输出还包括在（232）以第一转速使燃气涡轮发动机的核心（例如气体发生器压缩机和气体发生器涡轮）旋转。而且，对于所描绘的示例性方面，在（212）使用电机，由一个或多个计算装置将功率提供至燃气涡轮发动机、或者由一个或多个计算装置从燃气涡轮发动机提取功率，使得燃气涡轮发动机的有效功率输出匹配期望功率输出包括：在（234）使燃气涡轮发动机的核心以基本上第一转速（例如在百分之五的裕度内）旋转。因此，要认识到，通过将功率提供至与燃气涡轮发动机的输出轴联接的电机以及从所述电机提取功率，弥补（make up）这些情形中有效功率输出的差。
97.而且，现在简要参照图5，提供图形300，其描绘根据本公开的示例性方面操作的混合电力推进系统的燃气涡轮发动机的功率输出水平。图形300描绘了相对x轴线304上的时间第一y轴线302上的有效功率输出。如所描绘的，在第一时段，燃气涡轮发动机大致以第一基准功率输出306操作，在第二时段以第二基准功率输出308操作，在第三时段以第三基准
功率输出310操作。
98.值得注意的是，图形300还以虚线描绘了线312，其示出期望功率输出。如所示的，在飞行包线中，期望功率输出经历许多个周期（即功率输出量的提高和降低）。通过使用与燃气涡轮发动机的输出轴联接的电机以及可电连接至电机的电能储存单元将功率增加到燃气涡轮发动机或者从燃气涡轮发动机提取功率，弥补基准功率输出和有效功率输出之间的差。
99.图形300还通过相对x轴线304上的相同时段第二y轴线315上的飞行包线在线314显示电能储存单元的电荷状态。如所描绘的，对于所示的示例性方面，基于电荷状态修改基准功率输出（即当电荷状态下降到阈值以下时提高，当电荷状态超过阈值时降低）。例如，对于所描绘的实施例，响应于电荷状态下降到最小阈值以下，从306的第一基准功率输出提高到308的第二基准功率输出，并且类似地，对于所描绘的实施例，响应于电荷状态爬升到超过最大阈值，从308的第二基准功率输出降低到310的第三基准功率输出。然而，值得注意的是，在其它示例性方面，基准功率输出的一个或多个这些改变可响应于例如对于预定的时间量平均期望功率输出大于或小于基准功率输出，响应于电荷状态的变化率或者其组合。
100.现在参照图6，描绘了根据本发明的实施例的示例计算系统400。计算系统400可用作例如混合电力推进系统100中的控制器166。计算系统400可包括一个或多个计算装置410。计算装置410可包括一个或多个处理器410a和一个或多个存储器装置410b。一个或多个处理器410a可包括任何合适处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其它合适处理装置。一个或多个存储器装置410b可包括一个或多个计算机可读媒体，包括但不限于非暂时性计算机可读媒体、ram、rom、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其它存储器装置。
101.一个或多个存储器装置410b可存储可由一个或多个处理器410a存取的信息，包括可由一个或多个处理器410a执行的计算机可读指令410c。指令410c可以是在由一个或多个处理器410a执行时致使一个或多个处理器410a执行操作的任一组指令。在一些实施例中，指令410c可由一个或多个处理器410a执行以致使一个或多个处理器410a执行操作，例如计算系统400和/或计算装置410被配置成进行的任何操作和功能、如本文中所描述的用于操作飞行器的混合电力推进系统的操作（例如方法200），和/或一个或多个计算装置410的任何其它操作或功能。因此，在一个或多个示例性实施例中，示例性方法200可以是计算机实现的方法。指令410c可以是以任何合适编程语言编写的软件，或可以在硬件中实施。此外和/或替代地，指令410c可以在处理器410a上的逻辑上和/或虚拟上分离的线程中执行。存储器装置410b可进一步存储可由处理器410a存取的数据410d。例如，数据410d可包括指示功率流的数据，指示混合电力推进系统中各个负载的功率需求的数据，指示混合电力推进系统的操作参数的数据，包括功率输出需求、燃气涡轮发动机的转速、电能储存单元的功率水平等。
102.计算装置410还可包括用以例如与系统400的其它部件通信（例如经由网络）的网络接口410e。网络接口410e可包括用于与一个或多个网络介接的任何合适部件，包括例如发射器、接收器、端口、控制器、天线，和/或其它合适部件。一个或多个外部显示装置（未描绘）可被配置成从计算装置410接收一个或多个命令。
103.本文中所论述的技术参考基于计算机的系统和由基于计算机的系统采取的行动
以及发送到基于计算机的系统和从基于计算机的系统发送的信息。所属领域的技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性实现大量可能的配置、组合以及任务和功能性在部件之间和在部件当中的划分。举例来说，本文中所论述的过程可使用单个计算装置或以组合形式工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用程序可在单个系统上实施或跨越多个系统分布。分布式部件可依序或并行操作。
104.尽管各种实施例的具体特征可能在某些附图中示出而未在其它附图中示出，但这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征被引用和/或要求保护。
105.此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所涵盖的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它示例。如果此类其它示例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等同结构要素，那么它们在权利要求范围内。