用于涡轮发动机燃烧室的低温燃料供应系统的制作方法

本发明涉及飞行器涡轮发动机的领域。更确切地，本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的燃烧室的低温燃料供应系统和涉及一种飞行器涡轮发动机，该飞行器涡轮发动机依次包括至少一个空气压缩机、供应有低温燃料的燃烧室和至少一个涡轮，该涡轮发动机配备有所述低温燃料供应系统。

背景技术：

1、低温燃料通常用于空间推进，因为低温燃料能够提供更高的热力学效率。然而，在航空领域低温燃料的转移以及大规模使用低温燃料的工业化需要解决一定数量的技术问题。

2、因此，已经提出使用液态氢，因为使用液态氢将使得co2排放能够减少到零。

3、另一种可以使用的低温燃料是“液化”天然气(缩写为gnl)，与液态氢相比，液化天然气具有能够在高得多的温度下使用的额外优势，因为液化天然气在1巴(105帕)下的液化温度是负161℃，而对于液态氢是负252℃，这简化了液化天然气的使用。

4、在上述两种情况下，这些低温燃料仍需要以液态形式运输，以使这些低温燃料在飞行器中的体积是可接受的，然后汽化并且因此被加热，以能够在燃烧室中使用。

5、还希望在燃烧室中使用的低温燃料不再处于气态而是处于超临界流体状态，这是所引用的现有技术中没有提供的。作为提醒，当燃料处于大于其临界温度的温度并且大于其临界压力的压力时，燃料达到超临界流体状态。

6、从文献us 2015/000298中还已知一种用于涡轮发动机的燃烧室的低温燃料供应系统，该涡轮发动机还包括压缩机和涡轮。液化天然气低温燃料储存在罐中。

7、该系统还具有热交换器组件，该热交换器组件包括在低温燃料和废气之间的交换器以及在低温燃料和于主涵道中流通的空气之间的交换器。

8、然而，该文献没有描述混合室或低温燃料/机油热交换器或辅助加热设备。

技术实现思路

1、因此，本发明的一个目的是提供一种用于飞行器的涡轮发动机的燃烧室的低温燃料供应系统，该低温燃料供应系统可以以生态和能量上有利的方式汽化液态低温燃料或使液态低温燃料达到超临界流体状态。

2、为此，本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的燃烧室的低温燃料供应系统，该涡轮发动机依次包括至少一个空气压缩机、所述燃烧室和至少一个涡轮，该供应系统包括：

3、-储存罐，该储存罐用于该液态低温燃料，

4、-混合室，该混合室接纳处于超临界状态或气态的各种低温燃料流，该混合室连接到所述燃烧室，以向所述燃烧室供应处于超临界或气态的低温燃料。

5、根据本发明，该供应系统包括：

6、-辅助加热设备，该辅助加热设备安装在管线中，该管线将所述罐连接到混合室，该辅助加热设备能够加热低温燃料，

7、-热交换器组件，该热交换器组件连接到所述低温燃料罐和所述混合室，并且与所述辅助加热设备平行地安装，该热交换器组件包括低温燃料/机油热交换器以及在低温燃料和空气之间的热交换器，该空气在涡轮发动机的主涵道中流通，

8、-流量分配设备，该流量分配设备布置在辅助加热设备的上游，至少一个流量分配设备布置在热交换器组件的上游，通过中央控制单元控制这些各个流量分配设备的打开和关闭。

9、通过本发明的这些特征，特别是辅助加热设备的存在，有可能具有更小尺寸的低温燃料/机油热交换器以及在低温燃料和空气之间的交换器，该空气在涡轮发动机的主涵道中流通，该低温燃料/机油热交换器和该交换器因此较轻，并且产生较小的压降，减小飞行器的推力较少。因此，根据本发明的供应系统更环保且能量更高效。

10、根据本发明的其他有利且非限制性特征，单独或组合地：

11、-系统包括泵，该泵布置在液态低温燃料罐的出口处、所述辅助加热设备的上游、以及所述热交换器组件的上游，并且该泵可以使源自储存罐的低温燃料达到高于该低温燃料的临界压力的压力；

12、-辅助加热设备、低温燃料/机油热交换器以及在低温燃料和空气(该空气在涡轮发动机的主涵道中流通)之间的热交换器是超临界交换器，该超临界交换器可以使低温燃料达到高于低温燃料的临界温度的温度；

13、-系统包括泵，该泵布置在液态低温燃料罐的出口处、辅助加热设备的上游、以及热交换器组件的上游，该泵能够对离开罐的低温燃料加压，以使低温燃料完全为液态；

14、-辅助加热设备、低温燃料/机油热交换器以及在低温燃料和空气(该空气在涡轮发动机的主涵道中流通)之间的热交换器是两相交换器，该两相交换器可以加热液态低温燃料，以使液态低温燃料转变为气态；

15、-所述涡轮发动机是双轴涡轮发动机，该双轴涡轮发动机依次包括低压空气压缩机、高压空气压缩机、所述燃烧室、高压涡轮以及低压涡轮，在低温燃料和空气(该空气在涡轮发动机的主涵道中流通)之间的所述热交换器是压缩机间冷却交换器，该压缩机间冷却交换器布置在低压空气压缩机和高压空气压缩机之间，并且与空气进行热交换，该空气来自主涵道，在涡轮发动机的所述低压空气压缩机的下游；

16、-在低温燃料和空气(该空气在涡轮发动机的主涵道中流通)之间的所述热交换器是同流换热器，该同流换热器与空气进行热交换，该空气来自主涵道，在涡轮发动机的涡轮的下游；

17、-辅助加热设备是电设备或热设备。

18、根据第一替代实施例，所述压缩机间冷却交换器与低温燃料/机油热交换器串联地安装，优选地，所述压缩机间冷却交换器在低温燃料/机油热交换器的上游。

19、根据第二替代实施例，所述压缩机间冷却交换器与低温燃料/机油热交换器并联地安装。

20、优选地，同流换热器和低温燃料/机油热交换器串联地安装，同流换热器安装在低温燃料/机油热交换器的上游或下游。

21、有利地，系统包括燃料压缩机，该燃料压缩机布置在混合室和燃烧室之间。

22、优选地，低温燃料是液化天然气或液态氢。

23、优选地，流量分配设备是阀。

24、本发明还涉及一种飞行器的涡轮发动机，该涡轮发动机依次包括：至少一个空气压缩机；燃烧室，该燃烧室供应有低温燃料；以及至少一个涡轮。根据本发明，如上所述，所述涡轮发动机包括低温燃料供应系统，该低温燃料供应系统用于所述燃烧室。

25、最后，本发明涉及一种用于控制如上所述的用于所述燃烧室的低温燃料供应系统的方法，该方法包括以下步骤：

26、-在飞行器的起飞阶段，打开布置在辅助加热设备上游的所述流量分配设备和布置在热交换器组件上游的所述至少一个流量分配设备，以使待加热的低温燃料在所述辅助加热设备和所述热交换器组件中流通，

27、-以及在飞行器的其他飞行阶段，关闭布置在辅助加热设备上游的所述流量分配设备，并且打开布置在热交换器组件上游的所述至少一个流量分配设备，以使待加热的低温燃料仅在所述热交换器组件中流通。

技术特征：

1.一种低温燃料供应系统(9)，所述低温燃料供应系统用于飞行器涡轮发动机(1)的燃烧室(5)，该涡轮发动机(1)依次包括至少一个空气压缩机(3，4)、所述燃烧室(5)以及至少一个涡轮(6，7)，该系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括泵(96’)，所述泵布置在液态低温燃料罐(90)的出口处、所述辅助加热设备(92)的上游、以及所述热交换器组件(93)的上游，并且所述泵(96’)可以使源自所述储存罐(90)的所述低温燃料达到高于所述低温燃料的临界压力的压力。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述辅助加热设备(92’)、所述低温燃料/机油热交换器(94’)以及在所述低温燃料和于所述涡轮发动机的主涵道中流通的空气之间的所述热交换器(95’)是超临界交换器，所述超临界交换器能够使所述低温燃料达到高于所述低温燃料的临界温度的温度。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括泵(96)，所述泵布置在液态低温燃料罐(90)的出口处、所述辅助加热设备(92)的上游、以及所述热交换器组件(93)的上游，所述泵(96)能够对离开所述罐(90)的所述低温燃料加压，以使所述低温燃料完全为液态。

5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述辅助加热设备(92)、所述低温燃料/机油热交换器(94)以及在所述低温燃料和于所述涡轮发动机的主涵道中流通的空气之间的所述热交换器(95)是两相交换器，所述两相交换器可以加热所述液态低温燃料，以使所述液态低温燃料转变为气态。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述涡轮发动机(1)是双轴涡轮发动机，所述双轴涡轮发动机依次包括低压空气压缩机(3)、高压空气压缩机(4)、所述燃烧室(5)、高压涡轮(6)以及低压涡轮(7)，在所述低温燃料和于所述涡轮发动机的主涵道中流通的空气之间的所述热交换器是压缩机间冷却交换器(95a，95’a)，所述压缩机间冷却交换器布置在所述低压空气压缩机(3)和所述高压空气压缩机(4)之间，并且与空气进行热交换，所述空气来自所述主涵道，在所述涡轮发动机(1)的所述低压空气压缩机(3)的下游。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，在所述低温燃料和于所述涡轮发动机的主涵道中流通的空气之间的所述热交换器是同流换热器(95b，95’b)，所述同流换热器与空气进行热交换，所述空气来自所述主涵道，在所述涡轮发动机(1)的所述涡轮(6，7)的下游。

8.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其特征在于，所述辅助加热设备(92，92’)是电设备或热设备。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述压缩机间冷却交换器(95a，95’a)与所述低温燃料/机油热交换器(94，94’)串联地安装。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述压缩机间冷却交换器(95a，95’a)安装在所述低温燃料/机油热交换器(94，94’)的上游。

11.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述压缩机间冷却交换器(95a，95’a)与所述低温燃料/机油热交换器(94，94’)平行地安装。

12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述同流换热器(95b，95’b)和所述低温燃料/机油热交换器(94，94’)串联地安装。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述同流换热器(95b，95’b)安装在所述低温燃料/机油热交换器(94，94’)的上游。

14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述同流换热器(95b，95’b)安装在所述低温燃料/机油热交换器(94，94’)的下游。

15.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括燃料压缩机(97)，所述燃料压缩机布置在所述混合室(91)和所述燃烧室(5)之间。

16.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其特征在于，所述低温燃料是液化天然气或液态氢。

17.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述流量分配设备(98a，98b，98c，98d，98e)是阀。

18.一种飞行器的涡轮发动机(1)，所述涡轮发动机依次包括：至少一个空气压缩机(3，4)；燃烧室(5)，所述燃烧室供应有低温燃料；以及至少一个涡轮(6，7)，其特征在于，所述涡轮发动机包括根据权利要求1至17中任一项所述的低温燃料供应系统(9)，所述低温燃料供应系统用于所述燃烧室。

19.一种用于控制用于所述燃烧室的根据权利要求1至16中任一项所述的低温燃料供应系统(9)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的燃烧室(5)的低温燃料供应系统(9)，该低温燃料供应系统包括：‑罐，该罐用于储存所述液态低温燃料(90)；‑混合室(91)，该混合室连接到燃烧室(5)，并且接纳不同的超临界态或气态低温燃料流。所述系统的特征在于其包括：‑辅助加热设备(92，92’)，该辅助加热设备安装在管道上，该管道将罐(90)连接到混合室(91)，并且该辅助加热设备使得能够重新加热低温燃料；‑热交换器组件(93，93’)，该热交换器组件连接到低温燃料罐(90)和混合室(91)，并且与辅助加热设备(92，92’)平行地安装，所述热交换器组件(93，93’)包括低温燃料/机油热交换器(94，94’)和用于在涡轮发动机(95、95’)的主流中流通的低温燃料/空气的热交换器；‑多个阀，该多个阀位于所述设备和所述组件的上游，并且通过中央单元(99)控制。

技术研发人员：雨果·皮埃尔·穆罕默德·朱安
受保护的技术使用者：赛峰集团
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13