专利名称：操作燃气涡轮发动机的方法和装置的制作方法
发明的背景本发明总的涉及燃气涡轮发动机；尤其，涉及操作燃气涡轮发动机的方法和装置。
燃气涡轮发动机通常包括高压和低压压气机，一个燃烧室和至少一个涡轮。压气机压缩与燃料混合并通入燃烧室的空气。然后，将混合物点火，产生热的燃烧气体。燃烧气体通入涡轮中，涡轮从燃烧气体中提取能量，供给压气机，并产生推动飞机飞行或带动诸如发电机一类的负载的有用功。
当发动机在结冰条件下工作时，冰可以积存在发动机暴露的外部结构上。更具体地说，如果发动机以低功率长时间地在结冰条件下工作，则积存在发动机内和发动机暴露结构上的冰可能很多。随着时间的推移，发动机的连续工作或者节流阀突然从较低功率工作切换至较高功率工作，可以造成积存的冰被高压压气机吸收。这种称为冰棚(iceshed)的状态，可以使压气机的排气温度突然降低。随着压气机排气温度的突然降低，在高压压气机后部几级中的正确的主体速度增加。后部几级中正确的主体速度的突然增加，可能对压气机的失速安全系数有不利影响。
为了便于防止冰在发动机内和靠近发动机的暴露表面上积存，至少一些已知的发动机包括一个控制系统，还可包括一个子系统。该控制系统可使发动机以升高的工作温度工作，而该子系统可将从发动机的压气机排出的高温空气通至暴露的表面上。然而，升高的工作温度和放气系统可能降低发动机的性能。因此，为了便于防止冰的积存，至少某些已知的发动机在工作前要喷上防冻溶液。然而，在飞行过程中和随着时间的推移，防冻溶液的有效性降低。更具体地说，在发动机工作过程中，蒸发冷却还会造成结冰和冰在发动机的外表面—例如发动机的前框架上积存。
发明概要按照本发明的一个方面，提供了一种可防止冰积存在飞机发动机上的操作飞机发动机的方法。该方法包括将模片靠近发动机外表面与发动机连接；将贮液箱与飞机发动机连接使其与该膜片成流动连通；和将液体从该贮液箱供给该膜片，以便于防止冰积存在飞机发动机的外表面上。
按照本发明的另一个方面，提供了一种包括前框架的飞机发动机的防冰系统。该防冰系统与飞机发动机连接，并包括半渗透性膜片和贮液箱。该半渗透性膜片与贮液箱成流动连通，以便于防止在发动机前框架上形成冰。
按照本发明的又一个方面，提供了一种飞机防冰系统。该系统与飞机连接，并包括半渗透性膜片和微孔膜片中的至少一种膜片，和以流动连通关系连接的贮液箱。该贮液箱将液体供给半渗透性膜片和微孔膜片中的至少一种膜片，以便于防止在飞机发动机的外表面上形成冰。
附图简述
图1为燃气涡轮发动机的示意图；和图2为可以与图1所示的燃气涡轮发动机一起使用的一个防冰系统的示意图。
发明的详细说明图1为燃气涡轮发动机10的示意图，它包括一个风扇组件12，一个高压压气机14和一个燃烧室16。发动机10的一个实施例为通用电气公司(Cincinnati，Ohio)在商业上销售的F110发动机。发动机10还包括串联的，有轴向流动关系的一个高压涡轮18和一个低压涡轮20。风扇组件12和涡轮20由第一根轴24连接；而压气机14和涡轮18由第二根轴26连接。
发动机10还包括一个支承一个轴承(没有示出)的环形前框架40。该轴承又支承着轴(例如轴24)的一个末端，可使该轴转动。多个在圆周上隔开一定距离的入口导向叶片组件42，在一个结构壳体外环(图1中没有示出)和中心轮毂44之间延伸，并将进入发动机10下游的气流导入压气机14中。
工作时，空气流过入口导向叶片组件42和风扇组件12，使压缩空气从风扇组件12供给高压压气机14中。高度压缩的压缩空气再输供给燃烧室16。从燃烧室16出来的气流，驱动涡轮18和20转动，并从燃气涡轮机10中排出。发动机10在设计工况和偏离设计工况之间的工况范围内工作。
图2为可以与燃气涡轮发动机(例如图1所示的燃气涡轮发动机10)一起使用的一个防冰系统60的示意图。在另一个实施例中，防冰系统60用于防止冰沿着飞机(没有示出)的暴露表面(没有示出)一例如(但不是仅限于)控制表面(没有示出)-积存。防冰系统60包括一个贮液箱62，一个液体泵64和一个半渗透性的膜片66。防冰系统60的另一个实施例包括一个经机加工的微孔膜片，而不是半渗透性膜片66。具体地说，半渗透性膜片66，与外表面68连接，以便于防止冰沿着暴露的表面(例如表面68)积存。在一个示例性实施例中，半渗透性膜片66与发动机前框架40的前缘表面68连接，以便于防止冰在前框架40上积存。更具体地说，半渗透性膜片66与和表面68连接的一个分配器或隔片80连接。隔片80保证，在半渗透性膜片66和表面68之间形成一个流动通道间隙82。
泵64和贮液箱62连接成彼此流动连通且与膜片66与间隔82连通。因此，防冰系统60与间隙82及膜片66或流体连通，使系统60形成一个拟闭环系统。更具体地说，因为膜片66具有半渗透性，因此，一部分通过防冰系统60循环的液体，利用灯芯效应通过膜片66，而剩余的液体通过系统60再循环。关于灯芯效应将在下面更详细地说明。在一个实施例中，防冰系统60与以处理器为基础的发动机的控制系统连接。这里所用的术语“处理器”是指微处理器，专用的集成电路(ASIC)，逻辑电路和可使防冰系统60工作的任何其他电路或处理器。
在工作过程中，液体由泵64从贮液箱62供给间隙82中。该液体可防止冰在表面68上积存。在一个实施例中，该液体为乙二醇或乙醇与水混合的混合物，它可为液体或固体状态，可以暴露在表面68或膜片66上。这种液体混合物可将冰点温度降至-50°F。更具体地说，该液体由泵64送至间隙82中，并且一部分液体从膜片66的内表面90分散至膜片66的外表面92。在一个实施例中，分散在表面92上的液体，在一个称为冰点抑制的过程中，将与表面92接触的水的冰点降低，以防止冰在表面68上积存。
在另一个实施例中，分散在表面92上的液体降低表面68上液体的粘度，以便于防止冰积存在表面68上。在一个实施例中，碳氢化合物油被液体混合物在防冰系统60内循环，以便于降低表面液体粘度。这样，当发动机在结冰条件下工作时，防冰系统60可提高压气机的失速安全系数，并防止压气机的冰棚现象产生。因此，系统60可以在冰棚吸收后，防止发动机10喘振。另外，因为液体不需要在高的工作温度下在系统60内循环，因此，可以使用各种材料来制造防冰系统60。
上述的防冰系统成本低廉，并且在防止冰沿着暴露的表面积存方面很可靠。通过该系统供应的液体，可以廉价的方式，按灯芯效应经半渗透性膜片分散。因为无使用放气，因此防冰系统在防止冰积存时不会牺牲发动机的性能，或不需要昂贵的可膨胀的软外壳。结果，当发动机在结冰条件下工作时，冰控制系统可提高压气机的失速安全系数；并且在压气机出现冰棚现象以后或者当发动机使用的燃料减少时，压气机的失速安全系数也不会显得不足。
虽然利用各种具体的实施例说明了本发明，但业内行家知道，在权利要求书规定的精神和范围内，可对本发明作改进。
权利要求
1.一种便于防止冰积存在飞机发动机上的操作飞机发动机(10)的方法，所述方法包括将膜片(66)靠近发动机外表面(68)的与发动机连接；将贮液箱(62)与飞机发动机连接，使其与膜片成流动连通；将液体从该贮液箱供给该膜片，以便于防止冰积存在飞机发动机的外表面上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征为，将膜片(66)与发动机(10)连接的步骤还包括将一个分配器(80)与发动机连接，使得在该膜片和分配器之间形成一个间隙(82)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征为，自贮液箱(62)供给液体的步骤还包括，将液体经该间隙(82)供给膜片(66)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征为，将液体从贮液箱(62)供给膜片(66)的步骤还包括，将液体供给该膜片，以便于减少发动机(10)外表面(68)上的粘性。
5.如权利要求1所述的方法，其特征为，将液体从贮液箱(62)供给膜片(66)的步骤还包括，将液体供给膜片，以便于降低沿着发动机外表面(68)积存的冰的冰点，其中，该膜片为半渗透性膜片和微孔膜片中的至少一种。
6.一种包括一前框架(40)的飞机发动机(10)的防冰系统(60)，所述防冰系统与飞机发动机连接，并包括一个半渗透性的膜片(66)和一贮液箱(62)；所述半渗透性膜片与所述贮液箱成流动连通，以便于防止在发动机前框架上形成冰。
7.如权利要求6所述的防冰系统(60)，其特征为，所述半渗透性膜片(66)与发动机(10)连接，使来自贮液箱(62)的液体，经所述半渗透性膜片的发动机流出。
8.如权利要求6所述的防冰系统(60)，其特征在于还包括一个在发动机和所述半渗透性膜片(66)之间与发动机(10)连接的分配器(80)。
9.如权利要求6所述的防冰系统(60)，其特征为，所述贮液箱(62)可使液体经所述半渗透性膜片(66)分散，以便于防止冰积存在发动机(10)上。
10.如权利要求6所述的防冰系统(60)，其特征为，所述半渗透性膜片(66)便于降低积存在发动机前框架(40)外表面(68)上的冰的冰点。
11.如权利要求6所述的防冰系统(60)，其特征为，所述半渗透性膜片(66)便于减少发动机前框架(40)外表面(68)的粘性。
12.如权利要求6所述的防冰系统(60)，其特征在于还包括一个将液体从所述贮液箱(62)供给所述半渗透性膜片(66)的泵(64)。
13.一种飞机的防冰系统(60)，所述系统与飞机连接，并且包括半渗透性膜片(66)和微孔膜片中的至少一种，和一个按流动连通关系连接的贮液箱(62)；所述贮液箱将液体供给半渗透性的膜片和所述微孔膜片中的所述至少一种膜片，以便于防止在飞机的外表面(68)上形成冰。
14.如权利要求13所述的飞机防冰系统(60)，其特征在于还包括在所述半渗透性膜片(66)和所述微孔膜片中的所述至少一种膜片与飞机之间延伸的一个分配器(62)，使得在所述半渗透性膜片和所述微孔膜片中的所述至少一种膜片与所述分配器之间限定一个间隙(82)。
15.如权利要求14所述的飞机防冰系统(60)，其特征为，所述贮液箱(62)可通过所述间隙(82)，将液体供给所述半渗透性膜片(66)和所述微孔膜片中的至少一种膜片。
16.如权利要求14所述的飞机防冰系统(60)，其特征为，所述贮液箱(62)可通过所述半渗透性膜片(66)和所述微孔膜片中的至少一种膜片，将液体分散，以便于防止在与飞机连接的发动机(10)的前框架(40)上积存冰。
17.如权利要求14所述的飞机防冰系统(60)，其特征为，所述半渗透性膜片(66)和所述微孔膜片中的至少一种膜片便于降低积存在与飞机连接的发动机(10)前框架(40)外表面(68)上的冰的冰点。
18.如权利要求14所述的飞机防冰系统(60)，其特征为，所述半渗透性膜片(66)和所述微孔膜片中的至少一种膜片，便于减少飞机外表面(68)上的粘性。
19.如权利要求14所述的飞机防冰系统(60)，其特征在于还包括通过所述间隙(82)，将液体从所述贮液箱(62)供给所述半渗透性膜片(66)和所述微孔膜片中的至少一种膜片的一个泵(64)。
全文摘要
一种操作飞机发动机(10)的方法便于防止在飞机发动机上积存冰。该方法包括将半渗透性膜片(66)靠近发动机外表面(68)与发动机连接；将贮液箱(62)与飞机发动机连接，使其与渗透性膜片成流动连通；和将液体从贮液箱供给该半渗透性膜片，以便于防止冰积存在飞机发动机的外表面上。
文档编号F02C7/04GK1470747SQ03145308
公开日2004年1月28日 申请日期2003年7月3日 优先权日2002年7月3日
发明者J·F·阿克曼, W·K·瓦纳, J F 阿克曼, 瓦纳 申请人:通用电气公司