集成致动器、燃气涡轮发动机以及相应的操作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本文中所描述的实施例通常涉及冷却系统，更具体地，涉及用于结合设备，例如，燃气涡轮发动机的冷却系统的集成致动器阀。
[0002]燃气涡轮发动机，诸如飞机涡轮发动机，原则上可能包括发动机核芯，发动机核芯具有轴流式压缩机、燃料喷射器、燃烧器、轴流式涡轮以及后向式燃气出口。可能存在多级压缩机和多级涡轮。在涡轮发动机运转时，空气被抽吸至发动机中且被压缩机压缩，并且，由燃料喷射器将燃料加到压缩空气。在燃烧器中点燃燃料和压缩空气的混合物。由此产生的热气燃烧物流过涡轮，通过燃气出口而自发动机的后部离开，其中，该涡轮的转动驱动压缩机。更复杂的版本的燃气涡轮发动机使用由发动机核芯驱动的大直径涡轮风扇来增大通过风扇导管的空气的质量流量。
[0003]在某些发动机功率设置的期间，在发动机核芯的各种室和位置，诸如涡轮和核芯发动机室，可能要求冷却空气。调制涡轮冷却(MTC)系统使用将必要时允许冷却空气进入涡轮中的阀打开和关闭的致动器来使涡轮冷却。核芯室冷却(CCC)系统使用分配冷却空气的附加致动器及阀来使核芯下整流罩发动机室冷却。MTC系统和CCC系统各自具有其特有的致动器及相关联的构件，这些特有的致动器及相关联的构件增加燃气涡轮发动机的重量、复杂性以及成本。
[0004]于是，需要减轻重量、降低成本并简化燃气涡轮发动机的复杂性的经简化的集成致动器。
【发明内容】
[0005]在一个方面，提供集成致动器。集成致动器包括致动器体和联接至致动器体的延伸杆。延伸杆包括活塞阀，配置用于在活塞阀完全开放的第一运转模式下的第一位置与活塞阀不及完全开放的第二运转模式下的第二位置之间的选择性移动。集成致动器还包括流动体，该流动体联接至致动器体，以致于流动体容纳活塞阀和联接至延伸杆的调制装置。调制装置在第一运转模式下配置成完全开放，并且，在第二运转模式下配置成不及完全开放。
[0006]在另一个方面，提供燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括涡轮和核芯室。涡轮联接至涡轮冷却系统，而核芯室联接至核芯室冷却系统。燃气涡轮发动机还包括集成致动器，该集成致动器联接至涡轮冷却系统和核芯室冷却系统。集成致动器包括致动器体和联接至致动器体的延伸杆。延伸杆包括活塞阀，并且，配置用于在活塞阀完全开放的第一运转模式下的第一位置与活塞阀不及完全开放的第二运转模式下的第二位置之间的选择性移动。集成致动器还包括流动体，该流动体联接至致动器体，以致于流动体容纳活塞阀和联接至延伸杆的调制装置。调制装置在第一运转模式下配置成完全开放，并且，在第二运转模式下配置成不及完全开放。
[0007]在又一方面，提供用于操作集成致动器的方法。方法包括提供集成致动器，该集成致动器包括致动器体和联接至致动器体的延伸杆。延伸杆包括活塞阀。集成致动器还包括联接至延伸杆的流动体，其中，流动体容纳活塞阀。集成致动器还包括联接至延伸杆的调制装置。操作的方法包括在第一运转模式下使延伸杆延伸至第一位置。在第一位置，活塞阀和调制装置完全开放。当在第二运转模式下使延伸杆缩回至第二位置时，活塞阀和调制装置不及完全开放。
【附图说明】
[0008]图1是说明示范性的集成致动器的燃气涡轮发动机的部分地截面的示意侧视图； 图2是第一运转模式期间的示范性的集成致动器的示意侧视图；
图3是第二运转模式期间的示范性的集成致动器的示意侧视图；
图4是沿着图2和图3中的线A-A截取的集成致动器的横截面图；
图5是第一运转模式期间的备选的集成致动器的示意侧视图；
图6是第二运转模式期间的备选的集成致动器的示意侧视图；
图7是沿着图5和图6中的线B-B截取的集成致动器的横截面图。
【具体实施方式】
[0009]图1是说明示范性的集成致动器100的燃气涡轮发动机10的部分地截面的示意侧视图。根据本公开，发动机10包括核芯室冷却(CCC)系统12和调制涡轮冷却(MTC)系统13。示范性的燃气涡轮发动机10还自前向后按照顺序流动的关系包括风扇28、增压器或低压压缩机14、高压压缩机16、燃烧器18、高压涡轮20以及低压涡轮22，所有的这些器件，不包括风扇28，都位于燃气涡轮发动机10的核芯室15内。高压涡轮20和低压涡轮22两者都包括多级(未示出)，每级都包括转子盘(未示出)和从转子盘向外径向地延伸的多个周向地隔开的转子叶片(未示出)。高压涡轮20利用第一转子轴24来驱动性地连接至高压压缩机16，低压涡轮22利用第二转子轴26来驱动性地连接至低压压缩机14，第二转子轴26围绕发动机10的纵向中心线轴线同轴地安置于轴24内。发动机10用于通过轴延伸部分32来驱动风扇28。
[0010]通过来自燃烧器18、涡轮20以及涡轮22的辐射和燃烧来对核芯室15加热，燃烧器18、涡轮20以及涡轮22全都在非常高的温度下运转。利用CCC系统12来使核芯室15冷却，以使发动机10免于过热。CCC系统12包括风扇排放入口 30、可变旁通阀34、空气导管36、集成致动器100以及冷却歧管38。集成致动器100安装于核芯室15的外表面45。CCC系统12从至少风扇排放入口 30接收空气，空气通过空气导管36而进入集成致动器100中。CCC系统12可以从其他来源，诸如旁通阀34接收空气。在第一运转模式102期间，集成致动器100完全开放，以给冷却歧管38分配空气，从而使燃气涡轮发动机10的核芯构件冷却。来自歧管38的空气典型地越过核芯室15而排放，通过后排气孔35而退出。在第二运转模式104下，集成致动器不及完全开放，给CCC系统12分配较少的冷却空气。在下文中更详细地描述运转模式102和运转模式104以及集成致动器100的运转。
[0011]MTC系统13包括压缩机14与涡轮20之间的管道(未示出)和周向地围绕涡轮20的另一个管道(未示出)。MTC系统13还包括集成致动器100，集成致动器100联接至自涡轮20起向外径向地定位的调制装置，诸如致动阀40。在发动机10运转期间，涡轮20，包括相关联的转子盘和转子叶片，在非常高的温度下运转并要求直接冷却。MTC系统13是一个用来将冷却空气引导至涡轮20，包括转子盘和转子叶片中，必要时使用集成致动器100来调制致动阀40以控制冷却空气进入涡轮20中的流量的系统。具体地，在第一运转模式102期间，集成致动器100配置成将阀40完全开放，从而与当在不要求来自MTC系统13的冷却空气的情况下，集成致动器100将阀40至少部分地关闭以限制被引导至涡轮20的冷却空气的量时的第二运转模式104期间相比，允许更大的质量流量的冷却空气进入涡轮20中。在下文中更详细地描述运转模式102和运转模式104以及集成致动器100的运转。
[0012]在示范性的实施例中，燃气涡轮发动机10在各种运转模式下运转。例如，发动机10能够在相应地与相对地较高的功率设置和相对地较低的功率设置，诸如起飞和巡航相对应的第一运转模式102和第二运转模式104下运转。与在巡航运转，第二运转模式104的期间生成的在低功率设置下输出的相对地较小的量的推进功率相比，在起飞和滑行，第一运转模式102的期间，发动机10对生成在高功率设置下输出的相对地较大的推进功率有效。
[0013]由于燃气的温度在起飞期间比在巡航期间显著地更高，因而在第一运转模式102期间，冷却空气典型地由CCC系统12提供给下整流罩核芯室15，并且，由MTC系统13提供给涡轮20及其相关联的构件，以便降低在燃烧器18和涡轮20内生成的温度。在第一运转模式102期间，集成致动器100配置成完全开放，从而将冷却空气通过CCC系统12而引导至核芯室15，并且，将阀40完全开放，以允许MTC系统13使涡轮20冷却。
[0014]然而，在发动机10产生较小的推进功率且燃气的温度较低的情况下，如在巡航飞行期间的第二运转模式104下，核芯室15和涡轮20不要求像在第一运转模式102期间那么多的冷却空气。在第二运转模式104期间，集成致动器100配置成不及完全开放，以允许至少有限的量的冷却空气到达CCC系统12，并且，将阀40至少部分地关闭，以致于MTC系统13在第二运转模式104期间给涡轮20提供较少的冷却空气。
[0015]集成致动器100的运转受电输出信号控制，由电控制单元(ECU) 44基于燃气涡轮发动机10的功率设置而根据限定第一运转模式102和第二运转模式104的预定的控制进程来生成该电输出信号。在第一运转模式102期间，诸如在滑行和起飞期间，ECU 44控制集成致动器100的运转，以便允许CCC系统12将冷却空气引导至核芯室15，并且，允许MTC系统13将阀40完全开放，以将冷却空气引导至涡轮20。在第二运转模式104期间，诸如在巡航飞行期间，E⑶44进一步控制集成致动器100的运转，以便限制由CCC系统12引导至核芯室15的冷却空气的量，并且，将阀40至少部分地关闭，以限制由MTC系统13引导至涡轮20的冷却空气的量。CCC系统12和MTC系统13在相同的进程下运转，以致于在核芯室15或涡轮20要求冷却时，如由ECU 44根据控制进程而确定的，将集成致动器100接合，以允许冷却空气到达核芯室15和涡轮20两者。
[0016]图2是第一运转模式102期间的示范性的集成致动器100的示意侧视图。图3是第二运转模式104期间的示范性的集成致动器100的示意侧视图。图4是沿着图2和图3中的线A-A截取的集成致动器的横截面图。在示范性的实施例中，集成致动器100在形状上为圆柱形，包括致动器体106和从致动