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技術 熱交換器を追加した2ホイールのターボ機械を使用して環境制御システムを予冷却するための改良された方法および航空機

出願人 ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー
発明者 サウトロン,ドミニク・パトリック
出願日 2017年8月1日 (3年6ヶ月経過) 出願番号 2019-510444
公開日 2019年9月19日 (1年5ヶ月経過) 公開番号 2019-526734
状態 拒絶査定
技術分野 ガスタービン、高圧・高速燃焼室 飛行船・気球・飛行機
主要キーワード 作動段 予調整 エレクトロニクス制御 比例混合 出力空気流 エジェクタポンプ 閾温度 カート装置
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題・解決手段

ガスタービンエンジンを使用して抽気航空機環境制御システムに供給するための方法および航空機は、環境制御システムの抽気要求を決定するステップと、低圧および高圧抽気を環境制御システムに選択的に供給するステップとを含み、選択的に供給するステップは、調整された空気流が決定された抽気要求を満足するように制御される。

概要

背景

現代航空機は、航空機の他のシステムに使用するために航空機のエンジンから高温空気を取り出す抽気システムを有している。航空機の他のシステムには、空調、加圧、および除氷などの環境制御システム(ECS:environmental control system)が含まれる。ECSは、抽気システムから受け取る抽気の圧力または温度に関する制限を含み得る。現在では、航空機エンジン抽気システムは、予冷却熱交換器を利用して、他の航空機システムによって要求される、または利用されるように、エンジンからの高温空気を耐えることができる温度に予め調整する。予冷却熱交換器は廃棄熱を生成し、それは、通常、利用されずに航空機から排出される。

概要

ガスタービンエンジンを使用して抽気を航空機の環境制御システムに供給するための方法および航空機は、環境制御システムの抽気要求を決定するステップと、低圧および高圧抽気を環境制御システムに選択的に供給するステップとを含み、選択的に供給するステップは、調整された空気流が決定された抽気要求を満足するように制御される。

目的

抽気口34、36はまた、様々なセンサ28と結合されて示されており、これらのセンサ28は、対応する出力信号を提供する

効果

実績

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牽制数
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請求項1

ガスタービンエンジン(12)を使用して抽気環境制御システム(48)に供給する方法であって、前記環境制御システム(48)の抽気要求を決定するステップと、前記ガスタービン(12)の圧縮機からの低圧抽気(66)および高圧抽気(68)をターボエアサイクルマシン(38)のタービンセクション(40)および圧縮機セクション(42)に選択的に供給し、前記タービンセクション(40)が、冷却された空気流を放出し、前記圧縮機セクション(42)が、圧縮された空気流を放出するステップと、前記圧縮された空気流を選択的に冷却するステップと、前記タービンセクション(40)から放出された前記冷却された空気流と、前記圧縮機セクション(42)から放出された前記圧縮された空気流とを合流させて調整された空気流を形成するステップとを含み、前記調整された空気流が、前記決定された抽気要求を満足するように、前記選択的に供給するステップおよび前記選択的に冷却するステップが制御される、方法。

請求項2

前記圧縮された空気流を選択的に冷却するステップが、前記圧縮された空気流を熱交換器(80)に供給すること、および前記圧縮された空気流のためのヒートシンクとして冷却器ファン空気を前記熱交換器(80)に選択的に供給することを含む、請求項1記載の方法。

請求項3

低圧抽気(66)を選択的に供給するステップが、低圧抽気(166)または大気を前記圧縮機セクション(142)に選択的に供給することをさらに含む、請求項1記載の方法。

請求項4

前記抽気要求を決定する前記ステップが、前記環境制御システム(48)の空気圧力または空気温度の要求のうちの少なくとも1つを決定することを含む、請求項1記載の方法。

請求項5

低圧および高圧抽気(66、68))を選択的に供給するステップが、前記低圧抽気(66)および前記高圧抽気(68)を比例的に供給することを含む、請求項1記載の方法。

請求項6

前記低圧抽気(66)および前記高圧抽気(68)を選択的に供給する前記ステップが、航空機飛行フェーズ関数である、請求項5記載の方法。

請求項7

抽気入口(49)を有する環境制御システム(48)と、低圧抽気供給源および高圧抽気供給源を有するガスタービンエンジン(12)と、回転結合されたタービンセクション(40)と圧縮機セクション(42)とを有するターボエアサイクルマシン(38)と、前記低圧抽気供給源および前記高圧抽気供給源を前記タービンセクション(40)および圧縮機セクション(42)に流体結合する上流ターボエジェクタと、前記タービンセクション(40)および圧縮機セクション(42)からの流体出力を合流させて、前記環境制御システム(48)の前記抽気入口(49)に供給される共通の流れにする下流ターボエジェクタ(44)と、前記圧縮機セクション(42)と前記下流ターボエジェクタ(44)との間で流体結合された高温側を有する熱交換器(80)とを備えた航空機(10)。

請求項8

前記熱交換器(80)が、前記ガスタービンエンジン(12)の低温ファン空気源に選択的に流体結合された低温側を備えた、請求項7記載の航空機。

請求項9

大気供給源を前記上流ターボエジェクタの前記低圧抽気供給源に流体結合する供給元弁をさらに備えた、請求項7記載の航空機。

請求項10

前記上流ターボエジェクタ、下流ターボエジェクタ(44)、熱交換器(80)、ファン空気弁(92)、または供給元弁のうちの少なくとも1つを制御可能に操作するように構成されたコントローラモジュール(60)をさらに備えた、請求項9記載の航空機。

技術分野

0001

本発明は、熱交換器を追加した2ホイールターボ機械を使用して環境制御システム予冷却するための改良された方法および航空機に関する。

背景技術

0002

現代の航空機は、航空機の他のシステムに使用するために航空機のエンジンから高温空気を取り出す抽気システムを有している。航空機の他のシステムには、空調、加圧、および除氷などの環境制御システム(ECS:environmental control system)が含まれる。ECSは、抽気システムから受け取る抽気の圧力または温度に関する制限を含み得る。現在では、航空機エンジン抽気システムは、予冷却熱交換器を利用して、他の航空機システムによって要求される、または利用されるように、エンジンからの高温空気を耐えることができる温度に予め調整する。予冷却熱交換器は廃棄熱を生成し、それは、通常、利用されずに航空機から排出される。

0003

本開示の1つの実施形態では、ガスタービンエンジンを使用して抽気を環境制御システムに供給する方法は、環境制御システムの抽気要求を決定するステップと、ガスタービン圧縮機からの低圧抽気および高圧抽気をターボエアサイクルマシンタービンセクションおよび圧縮機セクションに選択的に供給し、タービンセクションは、冷却された空気流を放出し、圧縮機セクションは、圧縮された空気流を放出するステップと、圧縮された空気流を選択的に冷却するステップと、タービンセクションから放出された冷却された空気流と、圧縮機セクションから放出された圧縮された空気流とを合流させて調整された空気流を形成するステップとを含み、調整された空気流が、決定された抽気要求を満足するように、選択的に供給するステップおよび選択的に冷却するステップは制御される。

0004

本開示の別の態様では、航空機は、抽気入口を有する環境制御システムと、低圧抽気供給源および高圧抽気供給源を有するガスタービンエンジンと、回転結合されたタービンセクションと圧縮機セクションとを有するターボエアサイクルマシンと、低圧抽気供給源および高圧抽気供給源をタービンセクションおよび圧縮機セクションに流体結合する上流ターボエジェクタと、タービンセクションおよび圧縮機セクションからの流体出力を合流させて、環境制御システムの抽気入口に供給される共通の流れにする下流ターボエジェクタと、圧縮機セクションと下流ターボエジェクタとの間で流体結合された高温側を有する熱交換器とを含む。

0005

本開示のさらに別の態様では、航空機の環境制御システムに空気を供給する方法は、大気、またはガスタービンエンジンの圧縮機からの低圧抽気および高圧抽気をターボエアサイクルマシンに選択的に供給して、環境制御システムの作動要求にしたがって大気および抽気を予調整するステップを含む。

図面の簡単な説明

0006

本明細書で説明する様々な態様による、抽気システムを有する航空機の斜視図である。
図1の航空機に利用することができる例示的な航空機ガスタービンエンジンの一部分の概略断面図である。
本明細書で説明する様々な態様による、図1の航空機に利用することができるガスタービンエンジン抽気システムの概略図である。
本明細書で説明する様々な態様による、図1の航空機に利用することができるガスタービンエンジン抽気システムの概略図である。
本明細書で説明する様々な態様による、抽気を環境制御システムに供給する方法を示す例示的なフロー図である。

実施例

0007

図1は、抽気システム20を含むことができる航空機10を示している本開示の実施形態を示し、明確にするためにその一部分のみが示されている。図示のように、航空機10は、ガスタービンエンジン12などの複数のエンジンと、胴体14と、胴体14に配置された操縦室16と、胴体14から外向きに延在する翼組立体18とを含むことができる。航空機はまた、環境制御システム(ECS)48を含むことができる。ECS48は、例示する目的のためだけに、航空機10の胴体14の一部分に概略的に示されている。ECS48は、抽気システム20と流体結合して、ガスタービンエンジン12からの抽気の供給を受け入れている。

0008

抽気システム20は、ガスタービンエンジン12から受け取った高温、高圧、低温、低圧の空気、またはそれらの組合せを航空機10の環境制御のために航空機10内で使用することができるように、ガスタービンエンジン12に接続することができる。より詳細には、エンジンは、ガスタービンエンジン12の長さまたは作動段に沿って配置された抽気口24のセットを含むことができ、その結果、対応する抽気口24のセットとしてガスタービンエンジン12から抽気を受け取る、取り込む、または取り去ることができる。このようにして、抽気システム20の所望の作動、または抽気要求に基づいて、限定するものではないが、抽気質量流量(例えば、1分間当たりのポンド)、抽気温度、または抽気圧力を含む様々な抽気特性を選択することができる。さらに、航空機10の環境制御のために、大気を航空機10内に使用することができると考えられる。本明細書で使用するとき、航空機10の環境制御、すなわち航空機10のECS48は、航空機の一部分の防氷または除氷、客室または胴体の加圧、客室または胴体の冷暖房などのためのサブシステムを含むことができる。ECS48の運転は、航空機10の乗客数、航空機10の飛行フェーズ、またはECS48の作動サブシステムのうちの少なくとも1つの関数とすることができる。航空機10の飛行フェーズの例は、限定するものではないが、地上アイドル地上走行離陸、上昇、巡航、降下、保持、および着陸を含むことができる。ECSによる抽気システム20への要求は、例えば、サブシステムは航空機10の状態に基づいて必要とされるので動的となり得る。

0009

民間航空機10が示されているが、本発明の実施形態はいかなるタイプの航空機10にも使用することができると考えられる。さらに、翼組立体18には2つのガスタービンエンジン12が示されているが、翼組立体18には単一のガスタービンエンジン12を含む任意の数のガスタービンエンジン12を含むことができ、胴体14に搭載された単一のガスタービンエンジンでさえ含むことができることは理解されるであろう。

0010

図2は、航空機10のガスタービンエンジン12の断面を示す。ガスタービンエンジン12は、直列関係でファン22と、圧縮機セクション26と、燃焼セクション25と、タービンセクション27と、排気セクション29とを含むことができる。圧縮機セクション26は、直列関係で、多段低圧圧縮機30と多段高圧圧縮機機32とを含むことができる。

0011

ガスタービンエンジン12はまた、低圧圧縮機30から低圧抽気を引く、抜く、または受け取るように配置された低圧抽気口34と、高圧圧縮機32から高圧抽気を引く、抜く、または受け取るように配置された高圧抽気口36とを含むように示されている。抽気口34、36はまた、様々なセンサ28と結合されて示されており、これらのセンサ28は、対応する出力信号を提供する。非限定的な例として、センサ28は、それぞれの温度センサ、それぞれの流量センサ、またはそれぞれの圧力センサを含むことができる。低圧抽気口34は1つだけが示されているが、低圧圧縮機30は、圧縮機30の複数の段に配置された低圧抽気口34のセットを含んで、限定するものではないが、抽気質量流量、抽気温度、または抽気圧力を含む様々な抽気特性を引く、抜く、または受け取ることができる。同様に、高圧抽気口36は1つだけが示されているが、高圧圧縮機32は、高圧抽気口36のセットを含んで、限定するものではないが、抽気質量流量、抽気温度、または抽気圧力を含む様々な抽気特性を引く、抜く、または受け取ることができる。本開示の非限定的な実施形態は、補助動力装置APU:auxiliary power unit)または地上カート装置GCU:ground cart unit)が、増圧および温度調整された空気流を、エンジン抽気口34、36に加えて、またはその代わりに供給することができるように、低圧または高圧抽気口34、36のうちの少なくとも1つが、APUまたはGCUからの抽気口を含むことができる構成をさらに含むことができる。

0012

ガスタービンエンジン12の作動中、ファン22の回転によって空気が吸い込まれ、その結果、空気の少なくとも一部分が圧縮機セクション26に供給される。空気は、低圧圧縮機30によって低圧に加圧され、次いで、高圧圧縮機32によって高圧にさらに加圧される。エンジン作動のこの時点で、低圧抽気口34および高圧抽気口36は、それぞれ、低圧圧縮機30から低圧空気を、高圧圧縮機32から高圧空気を引き抜いて、その空気を、ECS48に空気を供給するための抽気システムに供給する。高圧抽気口36によって引き抜かれない高圧空気は燃焼セクション25に送られ、ここで、高圧空気は燃料と混合されて燃焼される。燃焼ガスは下流のタービンセクション27に送られ、タービンセクション27は、タービンセクション27を通過するガスによって回転させられる。タービンセクション27の回転は、タービンセクション27の上流のファン22および圧縮機セクション26を回転させる。最後に、燃焼ガスは、排気セクション29を通ってガスタービンエンジン12から排出される。

0013

図3は、ガスタービンエンジン12と、抽気システム20と、ECS48とを含む航空機10の部分の概略図である。図示のように、抽気システム20は、上流でガスタービンエンジンのセット(単一のガスタービンエンジン12としてだけ示されている)と流体結合し、下流でECS48と流体結合したターボエアサイクルマシン38を含むことができる。ターボエアサイクルマシン38は、タービンセクション40と、タービンセクション40と共通のシャフトで回転可能に結合された、ターボ圧縮機などの圧縮機セクション42とを含むことができる。ターボエアサイクルマシン38の抽気システム20は、ターボエアサイクルマシン38の下流に配置されたフローミキサーまたはターボエジェクタ44を含むことができる。

0014

低圧および高圧抽気口34、36は、比例混合弁または制御可能弁組立体45によってターボエアサイクルマシン38と流体結合することができる。制御可能弁組立体45の非限定的な例は、混合、比例混合、または非混合の構成を含むことができる。別の非限定的な例では、比例混合組立体は、比例混合エジェクタ弁組立体を含むことができる。1つの態様では、比例混合エジェクタ弁組立体または制御可能弁組立体45は、低圧抽気および高圧抽気をターボエアサイクルマシン38に供給するように配置することができる。比例混合エジェクタ弁組立体または制御可能弁組立体45の非限定的な例は、高圧抽気口36が低圧抽気口34の低圧抽気の少なくとも一部分を巻き込み、または、低圧抽気口34からの空気を「引っ張って」、混合された、合流した、または巻き込まれた空気をターボエアサイクルマシン38に供給する、ターボエジェクタまたは混合エジェクタ組立体を含むことができる。別の言い方をすれば、比例ターボエジェクタまたは混合エジェクタ組立体は、同時に、低圧抽気の少なくとも一部分を圧縮機セクション42に供給し、低圧抽気の別の部分を高圧抽気で巻き込むことができる。

0015

本開示の実施形態は、低圧抽気と高圧抽気の供給比を、所定の比率より低くならないように、あるいは、所定の比率を超えないように選択することができる態様を含むことができる。一例では、供給比の態様は、ターボエアサイクルマシン38のタービンセクション40と圧縮機セクション42との間のエネルギーまたは動力バランスを保つことを含むことができる、または保つように決定することができる。比例混合エジェクタ弁組立体または制御可能弁組立体45は、ガスタービンエンジン12の低圧抽気口34を第1の制御可能弁46によってターボエアサイクルマシン38の圧縮機セクション42と流体結合することができる、別の非限定的な例を含むことができる。加えて、ガスタービンエンジン12の高圧抽気口36を第2の制御可能弁50によってターボエアサイクルマシン38のタービンセクション40と直接流体結合することができる。第1または第2の制御可能弁46、50の非限定的な例は、完全比例または連続弁を含むことができる。

0016

比例弁は、航空機の飛行フェーズ、またはガスタービンエンジン12の回転速度に応じて、それらに関係して、またはそれらの関数として動作することができる。例えば、ガスタービンエンジン12の回転速度は運転サイクル内で変わることがあり、その間、ガスタービンエンジンの移行または動的状態に基づいて、比例混合エジェクタ弁組立体または制御可能弁組立体45を調節することができる。本開示の実施形態は、高圧抽気に対する低圧抽気の比を、第1の抽気が100%で第2の抽気が0%など任意に供給することができる。同様に、この比は、エンジン状態への動的応答に基づき、また、ターボエアサイクルマシン組立体のタービンセクションと圧縮機セクションとの間のエネルギーバランスまたは動力バランスを保つように予め決定することができる。

0017

低圧抽気口34によって供給された低圧抽気は、第1および第2の制御可能弁46、50の下流のタービンセクション40にさらに供給することができる。ここで、低圧抽気のタービンセクション40への流体結合は、低圧抽気口34から、高圧抽気口36の方へ、またはターボエアサイクルマシン38のタービンセクション40の方へ一方向にする逆止弁52を含むことができる。このように、逆止弁52は、流体が低圧抽気口34から、高圧抽気口36に、またはターボエアサイクルマシン38のタービンセクション40にしか流れることができないように構成される。

0018

本開示は、逆止弁52が、高圧抽気口36の方へ流れる低圧抽気口34の流れの定められた、またはそれぞれの圧力の条件で、低圧抽気口34から高圧抽気口36の方へ流体を流すように選択または構成された実施形態を含むことができる。例えば、逆止弁52は、高圧抽気口36の空気圧力が低圧抽気口34の空気圧力より低いときだけ、図示のように流体を流すように選択または構成することができる。別の例では、逆止弁52は、背圧がかかると、すなわち、高圧抽気口36の圧力が低圧抽気口34の空気圧力よりも高いとき、弁52が閉じる、または自動的に閉位置になるように選択または構成することができる。これに代えて、本開示の実施形態は、低圧抽気口34から高圧抽気口36の方へ流体を選択的に流すように制御することができる逆止弁52あるいは比例ターボエジェクタまたは混合エジェクタ組立体を含むことができる。

0019

ターボエアサイクルマシン38の圧縮機セクション42は圧縮機出力54を含むことができ、タービンセクション40はタービン出力56を含むことができる。図示の例では、熱交換器80が、圧縮機出力54とターボエジェクタ44との間で流体結合されている。熱交換器80は、任意の適切な冷却流体を使用する任意の適切な熱交換器とすることができることが理解されるであろう。圧縮機出力空気流72は、熱交換器80の高温側に送ることができる。より詳細には、圧縮機出力空気流72は、熱交換器80の入口82に入れることができ、熱交換器80の高温側を通って流れることができ、熱交換器80の出口84を通って放出することができる。

0020

非限定的な例として、低温空気導管86は、ファン空気弁92を通じて熱交換器80の低温側に選択的に流体結合されているように示されている。図示の例の低温空気導管86は、ガスタービンエンジン12のファンケーシング88内からの空気を利用して、そのような空気を熱交換器80に供給することができる。空気が熱交換器80を通過すると、矢印として概略的に示す排気部90を通って追い出すことができる。それは、空気を周囲に排出することができることを含む任意の適切な排気システムを利用することができることは理解されるであろう。熱交換器80を通る空気の流れは、ファン空気弁92によって制御することができる。ファン空気弁92は、比例または連続弁を含むことは理解されるであろう。比例弁は、圧縮機出力空気流72の所望の温度に応じて、それに関係して、またはその関数として、あるいは、ターボエジェクタ出力空気流の所望の温度の関数として動作することができる。

0021

冷却空気が、ファン空気弁92によって熱交換器80内に導入されるかどうかにかかわらず、圧縮機出力54は熱交換器80を通って流れる。次いで、圧縮機出力54とタービン出力56は、ターボエアサイクルマシン38の下流で合流する。フローミキサーは、圧縮機出力54とタービン出力56を合流させて、ECS48の抽気入口49に供給される共通の混合流にするように配置されている。このようにして、抽気システム20は、抽気がECS48の抽気入口49によって受け入れられる前に、抽気を予調整する。

0022

図示のフローミキサーの実施形態では、ターボエジェクタ44は、タービン出力56がターボエジェクタ44の狭い部分58すなわち「スロート」を通るときタービン出力56を加圧し、圧縮機出力54をターボエジェクタ44の狭い部分58内に流体噴射する。ターボエジェクタ44の狭い部分58で加圧されたタービン出力56内に圧縮機出力54を噴射すると、それぞれの出力54、56が合流する。ターボエジェクタ44または合流した出力54、56は、下流で、ECS48と抽気入口49で流体結合される。本開示は、圧縮機出力54、タービン出力56、またはターボエジェクタ44(例えば、狭い部分58から下流)がセンサ28のセットを含むことができる実施形態を含むことができる。

0023

ターボエジェクタ44は、ときどき、「エジェクタポンプ」または「エジェクタ弁」と呼ばれることがあり、それは、低圧空気源もその中に送られる、ベンチュリ絞り入力端ノズル高圧源から空気を噴射することによって作動する。高圧源からの空気は、低圧流内を高速度で下流方向に放出される。空気流が隣接していることによって生じる摩擦が低圧空気を加速させ(巻き込み)、ベンチュリの絞りの中に引き込まれる。低圧空気流内に噴出された高圧空気は低圧空気源の低圧の方へ膨張するので、速度が上昇し、さらに合流または混合した空気流を加速する。低圧空気流は高圧源による巻き込みによって加速されるので、低圧源の温度および圧力は下がり、その結果、タービン出力からより多くのエネルギーが取り出される、または「回収される」。本開示は、高圧空気源が低圧空気源より温度が高い、非限定的な実施形態を含むことができる。しかしながら、本開示の代替の実施形態では、巻き込みおよび混合過程は、高圧空気源が低圧空気源より高温でなくても起きることができる。上記の実施形態は、制御可能弁組立体45のターボエジェクタ実施形態と同様に、ターボエアサイクルマシン38の下流で図示のターボエジェクタ44を適用したものである。

0024

航空機10または抽気システム20はまた、プロセッサ62およびメモリ64を有するコントローラモジュール60を含むことができる。コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、センサ28と、第1の制御可能弁46と、第2の制御可能弁50と、ファン空気弁92と、ECS48とを含む抽気システム20に動作可能に、または通信可能に結合することができる。コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、抽気システム20の流体結合部に沿って分散配置されたセンサ28とさらに動作可能に、または通信可能に結合することができる。メモリ64は、ランダムアクセスメモリ(RAM:random access memory)、読み出し専用メモリ(ROM:read−only memory)、フラッシュメモリ、あるいは、ディスク、DVD、CD−ROMなどの1つまたは複数の様々なタイプの可搬の電子メモリ、あるいは、これらのタイプのメモリの任意の適切な組合せを含むことができる。コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、任意の適切なプログラムが走るようにさらに構成することができる。本開示は、例えば、コントローラモジュール60またはプロセッサ62はまた、航空機10の他のコントローラ、プロセッサ、またはシステムと接続することができる、あるいは、航空機10の別のコントローラ、プロセッサ、またはシステムの一部分、または副構成部品として含まれることができる、非限定的な実施形態を含むことができる。一例では、コントローラモジュール60は、共通データリンクまたはプロトコルによって遠隔に配置された全ディジタルエンジンまたはエレクトロニクス制御装置(FADEC:full authority digital engine or electronics controller)、機内アビニックコンピュータまたはコントローラまたはモジュールを含むことができる。

0025

コンピュータ検索可能な情報データベースはメモリ64に記憶することができ、コントローラモジュール60またはプロセッサ62によってアクセス可能である。コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、実行可能な命令のセットを走らせてデータベースを表示またはデータベースにアクセスすることができる。これに代えて、コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、情報データベースに動作可能に結合することができる。例えば、このようなデータベースは、代わりのコンピュータまたはコントローラに記憶することができる。データベースは、データの複数のセットを有する単一のデータベース、互いに連結した複数の別々のデータベース、または単純なデータの表ですら含む任意の適切なデータベースとすることができることは理解されるであろう。データベースはいくつかのデータベースを組み込むことができる、またはデータベースは実際にはいくつかの個別のデータベースとすることができると考えられる。データベースは、とりわけ、センサ出力基準値に関する過去のデータ、ならびに航空機10の、および航空機グループに関する過去の抽気システム20のデータを含むデータを保管することができる。データベースはまた、過去の値または集められた値を含む基準値を含むことができる。

0026

ガスタービンエンジン12の作動中、前に説明したように、抽気システム20は、低圧抽気口34に沿って低圧抽気流66を供給し、高圧抽気口36に沿って高圧抽気流68を供給する。高圧抽気流68は、ターボエアサイクルマシン38のタービンセクション40に送られ、タービン相互作用してタービンセクション40を回転駆動する。高圧抽気流68は、タービン出力56でタービン出力空気流70としてタービンセクション40を出る。本明細書で説明するように、逆止弁52あるいは上流ターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体の動作、あるいは低圧抽気口34および高圧抽気口36のそれぞれの空気流66、68に応じて、低圧抽気流66の第1の部分は、ターボエアサイクルマシン38の圧縮機セクション42に送ることができ、低圧抽気流66の第2の部分は、ターボエアサイクルマシン38のタービンセクション40に送ることができる。例えば、本開示の実施形態は、タービンセクション40に送られる空気流が、低圧抽気流66すべてを含むことができる、低圧抽気流66を全く含まないようにできる、またはその間の部分を含むことができる動作を含むことができる。例えば、制御可能弁50は、高圧抽気流68を供給しないように設定されたとき、低圧抽気流66の第2の部分の流れはまた、タービンセクション40を回転駆動するために利用することができる。

0027

低圧抽気流66の第1の部分は、タービンセクション40と回転可能に結合された圧縮機セクション42の回転によって圧縮することができる。圧縮された低圧抽気流66は、圧縮機出力54で圧縮機出力空気流72として圧縮機セクション42を出る。

0028

次いで、圧縮機出力流72は、熱交換器80を通って流れ、ここで、任意選択的に冷却することができる。例えば、圧縮機出力流72は、ECS48からの所望の温度要求に基づいて冷却することができる。センサ28が、低圧空気流70と圧縮機出力流72が合流して生じた合流空気流74の温度が高すぎることを示した場合、コントローラモジュール60は、熱交換器80に冷却空気流を供給するようにファン空気弁92を操作することができる。センサ28が、低圧空気流70と圧縮機出力流72が合流して生じた合流空気流74の温度が高すぎないことを示した場合、冷却空気流は熱交換器80に導入されず、圧縮機出力流72は冷却されないで熱交換器80を通って流れる。

0029

タービン出力空気流70、および任意選択的に冷却される圧縮機出力空気流72は、ターボエジェクタ44で合流して合流空気流74を形成、それはさらにECS48に供給される。このように、合流空気流74は、低圧抽気流66と高圧抽気流68の組成または比率、あるいはタービン出力空気流70と圧縮機出力空気流72の組成または比率として表すことができる。

0030

低圧空気流66は圧縮機セクション42によって圧縮されることによって、低圧空気流66と比べてより高い圧力でより高い温度の圧縮機出力空気流72が生じる。加えて、タービンセクション40によって受け入れられる空気流、すなわち、高圧空気流68、あるいは、逆止弁52、またはターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体を通る選択的な低圧抽気流66は、タービンセクション40の入力空気流66、68と比べてより低い圧力でより低い温度のタービン出力空気流70を生じる。このように、圧縮機セクション42はより高温高圧の空気流72を出力または放出するが、タービンセクション40は、対比する入力空気流66、68と比べてより低温低圧の空気流70を出力または放出する。

0031

コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、例えば、ECS48が発生した抽気要求を動作可能に受け取るように構成することができる。抽気要求は、抽気要求信号76によってコントローラモジュール60またはプロセッサ62に与えることができ、この信号は、限定するものではないが、流量、温度、圧力、質量流量(例えば、空気流)を含む抽気要求特性を含むことができる。抽気要求信号76に応答して、コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、低圧抽気流66と高圧抽気流68の比例量をターボエアサイクルマシン38に動作可能に供給することができる。低圧抽気流66および高圧抽気流68の比率は、それぞれの第1または第2の制御可能弁46、50、および逆止弁52の選択的操作によって、あるいは、任意選択の上流ターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体によって制御することができる。

0032

低圧抽気流66と高圧抽気流68を比例的に供給することは、タービン出力空気流70と圧縮機出力空気流72、またはタービンエアサイクルマシン38の動作に直接または幾何的に比例することができる。タービン出力空気流70と圧縮機出力空気流72は、ターボエアサイクルマシン38の下流で合流し、合流空気流74はECS48に供給される。1つの非限定的な例では、圧縮機出力空気流72は、タービン出力空気流70を狭い部分58内で駆動し、音速状態で混合する。混合された流れの圧力は、合流空気流74の中で静的に回復して、所望の状態でターボエジェクタ44を出る。このようにして、合流空気流74は、抽気システム20、制御可能弁46、50、逆止弁52、ターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体、ターボエアサイクルマシン38を作動させ、タービン出力空気流70と圧縮機出力空気流72を合流させ、またはこれらを組み合わせることによって抽気に対するECS48の要求に合致するように調整される。

0033

コントローラモジュール60またはプロセッサ62のうちの1つは、ECS48の抽気要求を決定する、低圧または高圧抽気流66、68を比例的または選択的に供給する、それぞれの高圧および低圧空気流66、68に応答して制御可能弁46、50、逆止弁52、またはターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体を操作する、ファン空気弁92を操作する、あるいは、これらを組み合わせて操作するための実行可能な命令のセットを有するコンピュータプログラムのすべてまたは一部を含むことができる。本明細書で使用するとき、低圧または高圧抽気流66、68を「比例的に、または選択的に供給すること」ということは、低圧または高圧抽気流66、68のうちの少なくとも1つを変更すること、または修正することを含むことができる。例えば、低圧または高圧抽気流66、68を比例的に、または選択的に供給することは、高圧抽気流68を変更せずに低圧抽気流66を変更すること、またはその逆を含むことができる。別の例では、低圧または高圧抽気流66、68を比例的に、または選択的に供給することは、低圧抽気流66および高圧抽気流68を変更することを含むことができる。また、本明細書で使用するとき、低圧または高圧抽気流66、68を「比例的に」供給するということは、供給される全抽気流66、68に基づいて、高圧抽気流68に対する低圧抽気流66の比を変更または修正することを含むことができる。別の言い方をすれば、低圧または高圧抽気流66、68の比例量は、変更または修正することができ、比例比は、低圧および高圧抽気流66、68の合計空気流の基づいて含まれる、または説明するることができる。

0034

コントローラモジュール60またはプロセッサ62が抽気システム20の動作を制御するかどうかにかかわらず、プログラムは、機械実行可能な命令またはデータ構造担持または記憶するための機械読み取り可能な媒体を含むことができるコンピュータプログラム製品を含むことができる。このような機械読み取り可能な媒体は、汎用または専用のコンピュータ、あるいはプロセッサを有する他の機械によってアクセスすることができる利用可能な任意の媒体とすることができる。概して、このようなコンピュータプログラムは、特定のタスクを実行する、または特定の抽象データ型を実施する技術的効果を有するルーチン、プログラム、オブジェクトコンポーネント、データ構造などを含むことができる。機械実行可能な命令、関連するデータ構造、およびプログラムは、本明細書で開示するような情報の交換を実行するためのプログラムコードの例を表している。機械実行可能な命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または専用処理機械に特定の機能、または一群の機能を実行させる命令およびデータを含むことができる。

0035

低圧または高圧抽気流66、68の抽気特性は、航空機10の飛行のうちの巡航の部分の間は、比較的一貫した、または安定したままとなり得るが、航空機10が変わると、または、高度、速度またはアイドル設定、進路ソーラーサイクル(solar cycle)、または航空機の地理上の位置など飛行特性が変わると、抽気システム20で生じる空気流66、68は一貫しない可能性がある。したがって、コントローラモジュール60またはプロセッサ62はまた、本明細書で説明したように、抽気システム20の流体結合部に沿って分散されたセンサ28によって受け取ったセンサ入力値のセットを受け取ったことに応答して、抽気システム20を操作するように構成することができる。例えば、コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、抽気システム20を流れる空気流66、68、70、72、74のセットに対して予め決められた、知られた、予想された、見積もられた、または計算された値を含むことができる。航空機10または飛行特性が変わることに応答して、コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、ECS48の抽気要求に合致させるために、低圧または高圧抽気流66、68の比例的な供給、またはファン空気弁92による冷却空気の導入を変えることができる。これに代えて、低圧または高圧抽気流66、68に関する比例的に供給する値を、センサ28の読み、測定値などのセットまたはサブセットを受け取るコントローラモジュール60に応答して決定することができるように、メモリ64はデータベースまたはルックアップテーブルを含むことができる。

0036

1つの非限定的な例では、コントローラモジュール60は、高圧制御可能弁50を制御してターボエジェクタ44の合流空気流74の出口圧を制御することができる。これは、基準システム論理マスター制御と考えられる。コントローラモジュール60は、低圧制御可能弁46を制御して圧縮機動力バランスを制御することができ、このような制御は、高圧制御可能弁50の制御に対してはスレーブ制御とすることができる。別の言い方をすれば、低圧制御可能弁46は、独立して作動するのではなく、高圧制御可能弁50を探知し、検知し、測定し、またはそれに反応して、圧縮機セクション42とタービンの動力との間のエネルギーバランスを保つことができる。コントローラモジュール60は、ファン空気弁92を制御してターボエジェクタ44の合流空気流74の出口温度を制御することができ、このような制御は、高圧制御可能弁50のマスター制御に関係付けることができる。このような基準システム論理はまた、逆止弁52の閉位置を含むことができる。

0037

圧縮機出口熱交換器を追加した上記の開示の態様によって、圧縮機出口温度を下げることができ、それによってターボエジェクタ44の効率が向上する。一実施形態では、熱交換器80の出口84で高圧に圧縮された空気は、タービン出力56での膨張した低圧空気の温度よりも低くなることがあり、それは、2つの空気流が混合しているときにターボエジェクタ44の効率を断熱変化させる、または断熱変化に影響を与えることがある。つまり、この現象は、ポンプ機構としてのターボエジェクタ44の効率を最大にし、それは巻き込みを通じてタービンセクション40の排気エネルギーを回収するからである。ファン空気弁92によって、低温ファン空気は、必要な時に、熱交換器80のためのヒートシンクとして作用することができ、周囲に排出することができる。

0038

センサ28は、それぞれの温度、流量、または圧力を「検知するもの」、「測定するもの」、または「読み取るもの」として記述されているが、コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、センサ28出力を検知、測定、見積もり、計算、決定、または監視するように構成することができ、その結果、コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、それぞれの温度、流量、圧力、またはこれらの組合せを代表する、または示す値を解釈する。加えて、以前に示していない追加の構成部品に近接した、またはそれと一体になったセンサ28を含むことができる。例えば、本開示の実施形態は、合流空気流74を検知するように配置されたセンサ28を含むことができ、または、ターボエジェクタ44の狭い部分58すなわち「スロート」内に配置されたセンサ28を含むことができる。

0039

応答操作の別の非限定的な例では、コントローラモジュール60は、抽気システム20の抽気要求に基づいて第2の制御可能弁50を操作することができる。抽気要求は、例えば、ターボエジェクタ44からの所望の、または要求された出力空気流74を含むことができる。このように、コントローラモジュール60は、ターボエジェクタ44の所望の、または要求された出力空気流74に基づいて第2の制御可能弁50を操作することができる。コントローラモジュール60はファン空気弁92をさらに操作することができ、その結果、例えば、出力空気流74の所望の、または要求された温度などの抽気システム20の抽気要求に基づいて、熱交換器80が圧縮機出力空気流72の冷却に影響を与え、それが、出力空気流74の温度に動作可能に影響を与え、またはそれを制御する。したがって、運転中、センサ28で検知したとき、出力空気流74の温度が閾温度要求温度、または所望温度より低い場合、熱交換器80に低温の空気が流れないようにファン空気弁92を操作可能に閉じることができる。運転中、センサ28で検知したとき、出力空気流74の温度が、出力空気流74の閾温度、要求温度、または所望温度より高い場合、熱交換器80が圧縮機出力空気流72の温度を、最終的には出力空気流74の温度を操作可能に下げるように、ファン空気弁92を操作可能に開けることができる。

0040

応答操作の別の非限定的な例では、コントローラモジュール60は、出力空気流74の所望圧力または要求圧力を含む抽気要求に基づいて、第2の制御可能弁50を操作することができる。センサ28で検知したとき、出力空気流74の圧力が閾圧力、要求圧力、または所望圧力より低い場合、高圧抽気流68の一部分を、またはこれを追加してターボエアサイクルマシン38に供給するように、または入れるように、第2の制御可能弁50を操作可能に開けることができる。第2の制御可能弁50が高圧抽気流68をターボエアサイクルマシン38に供給する、または入れると、タービンセクション40はより速く回転し、より大きな回転動力を発生し、より多くの空気流を圧縮するように圧縮機セクション42を動作させる。この非限定的な応答操作では、センサ28が検知したとき、圧縮機出力空気流72に基づいて第1の制御可能弁46をコントローラモジュール60によって制御可能に操作することができ、動力を発生するタービンセクション40と動力を吸収する圧縮機セクション42との間の動力バランスを保つことができる。このように、コントローラモジュール60は、第1および第2の制御可能弁46、50を同時に操作するように構成することができる。

0041

圧縮機セクション42の回転速度が上昇すると、圧縮機出力空気流72の圧力は上昇する。圧縮機セクション42による圧縮が増大すると、圧縮機出力空気流72の温度も上昇し、したがって、ファン空気弁92をさらに制御して、ターボエジェクタ44の出力空気流74の温度および圧力を保つために熱交換器80による冷却を強化するように操作することができる。弁46、50、92および熱交換器80の前述の構成および操作は、ターボエジェクタの効率の断熱変化を可能にする、引き起こす、またはそれに影響を与える。

0042

本開示は、コントローラモジュール60またはプロセッサ62が、空気流66、68、70、72、74のセットまたはサブセットのセンサ28測定値に責任をもつように抽気システム20を操作するように構成することができる実施形態を含むことができる。

0043

本開示の別の実施形態では、抽気システム20は、フィードバック入力なしに、すなわち、コントローラモジュール60またはプロセッサ62がセンサ28からの検知した情報を受け取ることなしに動作するlことができる。この代替の実施形態では、コントローラモジュール60またはプロセッサ62は、航空機10の飛行フェーズ中に見られる動的応答を考えて、航空機10の連続運転に基づいて、第1または第2の制御可能弁46、50およびファン空気弁92などを操作するように構成することができる。

0044

航空機10の外側の大気の気圧絶対圧平方インチ当たり2.72ポンド(psiA)、温度が華氏−24.70度(F)の場合の抽気システム20の1つの非限定的な例の構成では、低圧抽気流の圧力はゲージ圧で25.73psi(psiG)、温度は462.31度Fとすることができ、一方、高圧抽気流の圧力は78.33psiG、温度は870.15度とすることができる。この例では、高圧抽気流68に対する低圧抽気流66の比は51.61%〜48.39%にすることができる。この比では、ターボエアサイクルマシン38は、圧力32.14psiGおよび温度641.26度Fのタービン出力空気流70を生成するように作動し、一方、圧縮機出力空気流72は、圧力56.22psiGおよび温度669.54度Fとなることができる。ターボエジェクタ44は、タービン出力空気流70と圧縮機出力空気流72を合流させて、圧力41.96psiGおよび温度655.85度Fの合流空気流74を供給するように構成することができる。圧縮機出力空気流72が、例えば、熱交換器80によって、任意選択的に冷却されると、約17.66キロワット熱エネルギーが取り去られることによって、合流空気流74の温度を450度Fより低い温度に下げることができる。

0045

航空機10の外側の大気の気圧が絶対圧で平方インチ当たり2.72ポンド(psiA)、温度が華氏−24.70度(F)の場合の抽気システム20の別の非限定的な例の構成では、低圧抽気流の圧力はゲージ圧で21.43psi(psiG)、温度は398.99度Fとすることができ、一方、高圧抽気流の圧力は71.43psiG、温度は834.62度とすることができる。この例では、高圧抽気流68に対する低圧抽気流66の比は51.71%〜48.29%にすることができる。この比では、ターボエアサイクルマシン38は、圧力28.41psiGおよび温度608.49度Fのタービン出力空気流70を生成するように作動し、一方、圧縮機出力空気流72は、圧力50.38psiGおよび温度605.04度Fとなることができる。ターボエジェクタ44は、タービン出力空気流70と圧縮機出力空気流72を合流させて、圧力37.44psiGおよび温度606.71度Fの合流空気流74を供給するように構成することができる。圧縮機出力空気流72が、例えば、熱交換器80によって、任意選択的に冷却されると、約12.61キロワットの熱エネルギーが取り去られることによって、合流空気流74の温度を450度Fより低い温度に下げることができる。

0046

航空機10の外側の大気の気圧が絶対圧で平方インチ当たり2.72ポンド(psiA)、温度が華氏−24.70度(F)の場合の抽気システム20の別の非限定的な例の構成では、低圧抽気流の圧力はゲージ圧で15.49psi(psiG)、温度は296.21度Fとすることができ、一方、高圧抽気流の圧力は61.72psiG、温度は780.57度とすることができる。この例では、高圧抽気流68に対する低圧抽気流66の比は52.03%〜47.96%にすることができる。この比では、ターボエアサイクルマシン38は、圧力23.18psiGおよび温度558.30度Fのタービン出力空気流70を生成するように作動し、一方、圧縮機出力空気流72は、圧力42.34psiGおよび温度500.01度Fとなることができる。ターボエジェクタ44は、タービン出力空気流70と圧縮機出力空気流72を合流させて、圧力31.19psiGおよび温度527.99度Fの合流空気流74を供給するように構成することができる。圧縮機出力空気流72が、例えば、熱交換器80によって、任意選択的に冷却されると、約5.70キロワットの熱エネルギーが取り去られることによって、流空気流74の温度を450度Fより低い温度に下げることができる。

0047

航空機10の外側の大気の気圧が絶対圧で平方インチ当たり2.72ポンド(psiA)、温度が華氏−24.70度(F)の場合の抽気システム20のさらに別の非限定的な例の構成では、低圧抽気流の圧力はゲージ圧で9.99psi(psiG)、温度は182.13度Fとすることができ、一方、高圧抽気流の圧力は51.21psiG、温度は712.97度とすることができる。この例では、高圧抽気流68に対する低圧抽気流66の比は51.62%〜48.37%にすることができる。この比では、ターボエアサイクルマシン38は、圧力17.52psiGおよび温度495.16度Fのタービン出力空気流70を生成するように作動し、一方、圧縮機出力空気流72は、圧力32.79psiGおよび温度382.77度Fとなることができる。ターボエジェクタ44は、タービン出力空気流70と圧縮機出力空気流72を合流させて、圧力23.95psiGおよび温度437.13度Fの合流空気流74を供給するように構成することができる。この温度出力は450度Fより低いので、熱交換器80による任意選択の冷却は必要ない。前述の例の構成および値は、本明細書で説明した抽気システム20の単なる非限定的な例にすぎない。

0048

図4は、ガスタービンエンジン112、抽気システム120、およびECS148を含む航空機110の代替の部分を示す。航空機110は前述の航空機10と同様であり、したがって、同様の部品は100を加えた同様の番号で識別され、航空機10の同様の部品についての説明は、特記しなければ航空機110の部品に適用されることは理解されるであろう。

0049

1つの違いは、大気入口193および代替の第1の制御可能弁146を含んでいることである。より詳細には、大気入口193は、第1の制御可能弁146によってターボエアサイクルマシン138および逆止弁152と選択的に流体結合して示されている。このような態様で、第1の制御可能弁146は、大気流または低圧抽気流166を供給するための供給源選択弁として働く。このように、第1の制御可能弁146は、大気流または低圧抽気流166の一方または他方のみを供給するように動作することができる。図示のように、第1の制御可能弁146は、一体化された逆止弁194を含むことができる。本開示は、第1の制御可能弁146によって与えられるように、大気入口193から低圧抽気流166、または低圧抽気流166を収める導管198の方へ流体が流れる、または選択的に流れるように、一体化された逆止弁194は選択または構成される、実施形態を含むことができる。別の例では、背圧がかかっていると、すなわち、導管198内の圧力が大気入口193の空気圧力よりも高いとき、一体化された逆止弁194が閉じる、または自動的に閉位置になるように、一体化された逆止弁194を選択または構成することができる。別の例では、一体化された逆止弁192は、ターボエアサイクルマシン138を動作させるのに十分な所定の空気圧力に対して自動的に作動するように構成または選択することができる。このように、一体化された逆止弁194は、低圧抽気が大気入口193に逆流するのを防ぐことができる。加えて、一体化された逆止弁は、本明細書で説明した、すべての比例的に供給する能力を有するように構成することができる。

0050

低圧抽気流166のように、大気流は、ターボエアサイクルマシン138のタービンセクション140または圧縮機セクション142に供給することができると考えられる。コントローラモジュール160または第1の制御可能弁146によって選択されるように、大気入口193を経て大気流を比例的に供給することができる、または低圧抽気口134を経て低圧抽気流を供給することができることを除いて、抽気システム120の動作は上記と同様に働く。本開示の実施形態は、限定するものではないが、大気として100%までの低圧抽気流166、および0%の低圧抽気流166を供給することを含むことができる。本開示の別の例の実施形態では、限定するものではないが、大気、低圧抽気流、および高圧抽気流を比例的に供給することを含むことができる。第1の制御可能弁146による供給源の選択は、任務スケジュールに基づいて制御モジュール160によって選択することができる。

0051

コントローラモジュール160またはプロセッサ162は、例えば、ECS148が発生した抽気要求を動作可能に受け取るように構成することができる。抽気要求は、限定するものではないが、流量、温度、または圧力を含む抽気要求特性を含むことができる抽気要求信号176によってコントローラモジュール160またはプロセッサ162に与えることができる。抽気要求信号176に応答して、コントローラモジュール160またはプロセッサ162は、大気流、低圧抽気流166、および高圧抽気流168の比例量をターボエアサイクルマシン138に動作可能に供給することができる。大気流、低圧抽気流166、および高圧抽気流168の比率は、それぞれ第1または第2の制御可能弁146、150によって、および逆止弁152の選択的操作によって、あるいは、上流ターボエジェクタまたは混合エジェクタ比例組立体によって制御することができる。

0052

図5は、ガスタービンエンジン12、112を使用して、抽気を航空機の10、110のECS48、148に供給する非限定的な例の方法200を示すフロー図を示す。方法200は、210において、ECS48、148の抽気要求を決定するステップによって始まる。210において抽気要求を決定するステップは、ECS48、148に対して空気圧力、空気温度、または流量の要求のうちの少なくとも1つ、あるいはこれらの組合せを決定することを含むことができる。抽気要求は、航空機10、110の乗客数、航空機10、110の飛行フェーズ、またはECS48、148の作動サブシステムのうちの少なくとも1つの関数とすることができる。抽気要求は、抽気要求信号76、176に基づいて、ECS48、148、コントローラモジュール60、160またはプロセッサ62、162によって決定することができる。

0053

次に、220において、コントローラモジュール60、160またはプロセッサ62、162は、制御可能弁組立体45、145を動作可能に制御して、ターボエアサイクルマシン38、138が、タービンセクション40、140から冷却された空気流を、圧縮機セクション42、142から圧縮された空気流を放出するように大気、低圧抽気、および高圧抽気を比例的に供給する。本明細書で使用するとき、「冷却された」空気流は、第1のタービンセクション40によって受け入れられた空気流よりも低い温度の空気流のことを言うことができる。本開示の非限定的な実施形態は、大気、低圧抽気、または高圧抽気のうちの1つから合流空気流74、174の100%までを、および大気、低圧抽気、または高圧抽気のうちの対応するものから合流空気流74、174の0%を供給することを含むことができる。本開示の別の例の実施形態は、限定するものではないが、大気、低圧抽気、および高圧抽気を比例的に供給することを含むことができ、この供給は、航空機10、110の飛行フェーズ、またはガスタービンエンジン12、112の回転速度に関係付けられる、またはその関数である。220において大気および抽気を比例的に供給するステップは、大気、低圧抽気、および高圧抽気の比例的な供給を、航空機10、110の飛行中、一定時間の間、または不定期に、連続的に、または繰り返し変更することを含むことができる。

0054

230において、圧縮された空気流は、任意選択的に冷却することができる。コントローラモジュール60、160またはプロセッサ62、162は、ファン空気弁92、192を動作可能に制御して、冷却空気を熱交換器80、180に供給する。240において、方法200は、冷却された空気流と、任意選択的に冷却されたまたは冷却されていない圧縮された空気流を合流させて、調整された空気流74、174または合流空気流74、174を形成することによって続く。

0055

220において、低圧抽気および高圧抽気を比例的に供給するステップ、ならびに230において選択的に冷却するステップは、合流空気流74、174が決定されたECS48、148の抽気要求に合致する、またはそれを満足するように、コントローラモジュール60、160またはプロセッサ62、162によって制御されることは理解されるであろう。本方法の部分は異なる論理順序で進めることができ、追加または介入部分を含めることができ、あるいは、本方法の記述部分を複数の部分に分割することができ、あるいは、本方法の記述部分を、記述した方法を損なわないで省略することができることは理解されるので、図示の順序は、単に例示する目的のためであり、方法200を何ら限定することを意味していない。

0056

上記の図に示したものに加えて、多くの他の可能な実施形態および構成が、本開示によって考えられる。例えば、本開示は、第2の制御可能弁50、150を、低圧抽気口34、134とも結合した抽気エジェクタまたは混合弁に置き換えることができる実施形態を含むことができる。別の非限定的な例では、ターボエジェクタ44、144、圧縮機出力54、154、またはタービン出力56、156は、下流の構成部品からの逆流がターボエアサイクルマシン38、138に入ることを防ぐように構成することができる。さらに別の非限定的な例では、ファン空気弁92、192によって供給される大気は、低圧抽気口34、134からさらに供給することができる。

0057

本開示のさらに別の非限定的な例の実施形態では、逆止弁52、152またはターボエジェクタ比例組立体は、第3の制御可能弁を含むことができる、またはそれに置き換えることができ、本明細書で説明したようにコントローラモジュール60、160によって制御されて、タービンセクション40、140に供給される低圧抽気流66、166および高圧抽気流68、168の比を操作する、またはその比に影響を与える。加えて、弁、ポンプ、または導管などの様々な構成部品の設計および配置を配列し直して、いくつかの異なる直列型の構成を実現することができる。

0058

本明細書で開示する実施形態は、抽気を環境制御システムに供給するための方法および航空機を提供する。本技術的効果は、上記の実施形態が、抽気の調整および組合せを選択して環境制御システムの抽気要求に合致させるように、ガスタービンエンジンから受け取った抽気の予調整を可能にすることである。

0059

上記の実施形態で実現できる1つの利点は、上記の実施形態が、従来の予冷器熱交換器システムと比べて、余剰な熱を廃棄することなしにECSのための優れた抽気調整を有することである。実現できる別の利点は、余剰な熱の廃棄をしないことによって、システムが、廃棄熱に関してエンジンから抜き出す抽気をさらに低減することができる。抜き出す抽気を低減することによって、エンジンは改善された効率で運転され、それは、航空機の燃料費の節約および運航可能飛行範囲の拡大をもたらす。

0060

実現できるさらに別の利点は、上記の実施形態では、抽気システムが、ECSに対して可変抽気調整を提供することができることである。可変抽気は、例えば、サブシステムが作動する、または作動を止めるときの、可変ECS負荷によるECSの抽気に対する可変要求に合致することができる。これは、低圧段の抽気をECSに適する空気に変えることができる利点を含む。低圧抽気圧力および大気圧力は、ECSの所望の圧力に上昇させることができる。

0061

さらに別な利点は、ECSで使用する空気の温度を冷却することをさらに助けるために廃棄冷却エネルギーを利用することができることを含む。

0062

まだ説明していない範囲で、様々な実施形態の異なる特徴および構造を、望むように互いを組み合わせて使用することができる。1つの特徴が実施形態のすべてに示されていない場合があるが、その特徴がないと解釈されることを意味しているのではなく、説明を簡潔にするためになされたことである。したがって、新たな実施形態を形成するために、これらの新たな実施形態が明記されていようと、されてなかろうと、異なる実施形態の様々な特徴を望むように組み合わせ適合させることができる。さらに、様々な要素「のセット」が記載されたが、「セット」は、ただ1つの要素を含む任意の数の各要素を含むことができることは理解されるであろう。この開示は、本明細書で説明した特徴を組み合わせること、または置き換えることを包含する。

0063

本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明の実施形態を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明の実施形態を実施できるようにしている。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言相違ない構成要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。

0064

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
[実施態様1]
ガスタービンエンジン(12)を使用して抽気を環境制御システム(48)に供給する方法であって、
前記環境制御システム(48)の抽気要求を決定するステップと、
前記ガスタービン(12)の圧縮機からの低圧抽気(66)および高圧抽気(68)をターボエアサイクルマシン(38)のタービンセクション(40)および圧縮機セクション(42)に選択的に供給し、前記タービンセクション(40)が、冷却された空気流を放出し、前記圧縮機セクション(42)が、圧縮された空気流を放出するステップと、
前記圧縮された空気流を選択的に冷却するステップと、
前記タービンセクション(40)から放出された前記冷却された空気流と、前記圧縮機セクション(42)から放出された前記圧縮された空気流とを合流させて調整された空気流を形成するステップと
を含み、
前記調整された空気流が、前記決定された抽気要求を満足するように、前記選択的に供給するステップおよび前記選択的に冷却するステップが制御される、方法。
[実施態様2]
前記圧縮された空気流を選択的に冷却するステップが、前記圧縮された空気流を熱交換器(80)に供給すること、および前記圧縮された空気流のためのヒートシンクとして冷却器ファン空気を前記熱交換器(80)に選択的に供給することを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様3]
低圧抽気(66)を選択的に供給するステップが、低圧抽気(166)または大気を前記圧縮機セクション(142)に選択的に供給することをさらに含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様4]
低圧抽気(66)および大気を選択的に供給するステップが、前記低圧抽気(166)または大気のうちの一方の100%、および前記低圧抽気(166)または大気のうちの他方の0%を供給することをさらに含む、実施態様3に記載の方法。
[実施態様5]
前記抽気要求を決定する前記ステップが、前記環境制御システム(48)の空気圧力または空気温度の要求のうちの少なくとも1つを決定することを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様6]
前記抽気要求を決定する前記ステップが、前記環境制御システム(48)の前記空気圧力または前記空気温度の要求の両方を決定することを含む、実施態様5に記載の方法。
[実施態様7]
前記抽気要求が、航空機(10)の乗客数、航空機(10)の飛行フェーズ、または前記環境制御システム(48)の作動サブシステムのうちの少なくとも1つの関数である、実施態様1に記載の方法。
[実施態様8]
低圧および高圧抽気(66、68)を選択的に供給するステップが、前記低圧抽気(66)または前記高圧抽気(68)のうちの一方の100%、および前記低圧抽気(66)または前記高圧抽気(68)のうちの他方の0%を供給することを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様9]
低圧および高圧抽気(66、68))を選択的に供給するステップが、前記低圧抽気(66)および前記高圧抽気(68)を比例的に供給することを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様10]
前記低圧抽気(66)および前記高圧抽気(68)を選択的に供給する前記ステップが、航空機の飛行フェーズの関数である、実施態様9に記載の方法。
[実施態様11]
低圧抽気(66)および高圧抽気(68)を選択的に供給するステップが、前記低圧抽気(66)および前記高圧抽気(68)を連続的に選択的に供給することを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様12]
抽気入口(49)を有する環境制御システム(48)と、
低圧抽気供給源および高圧抽気供給源を有するガスタービンエンジン(12)と、
回転結合されたタービンセクション(40)と圧縮機セクション(42)とを有するターボエアサイクルマシン(38)と、
前記低圧抽気供給源および前記高圧抽気供給源を前記タービンセクション(40)および圧縮機セクション(42)に流体結合する上流ターボエジェクタと、
前記タービンセクション(40)および圧縮機セクション(42)からの流体出力を合流させて、前記環境制御システム(48)の前記抽気入口(49)に供給される共通の流れにする下流ターボエジェクタ(44)と、
前記圧縮機セクション(42)と前記下流ターボエジェクタ(44)との間で流体結合された高温側を有する熱交換器(80)と
を備えた航空機(10)。
[実施態様13]
前記熱交換器(80)が、前記ガスタービンエンジン(12)の低温ファン空気源に選択的に流体結合された低温側を備えた、実施態様12に記載の航空機。
[実施態様14]
前記低温ファン空気源と前記熱交換器(80)との間で流体結合されたファン空気弁(92)をさらに備えた、実施態様13に記載の航空機。
[実施態様15]
大気供給源を前記上流ターボエジェクタの前記低圧抽気供給源に流体結合する供給元弁をさらに備えた、実施態様12に記載の航空機。
[実施態様16]
前記上流ターボエジェクタが、前記タービンセクション(40)に前記低圧抽気供給源を同時に供給するように構成された、実施態様15に記載の航空機。
[実施態様17]
前記上流ターボエジェクタ、下流ターボエジェクタ(44)、熱交換器(80)、ファン空気弁(92)、または供給元弁のうちの少なくとも1つを制御可能に操作するように構成されたコントローラモジュール(60)をさらに備えた、実施態様16に記載の航空機。
[実施態様18]
大気、ならびにガスタービンエンジン(112)の圧縮機からの低圧抽気および高圧抽気をターボエアサイクルマシン(138)に選択的に供給して、前記環境制御システム(148)の作動要求にしたがって前記大気および抽気を予調整するステップを含む、航空機の環境制御システム(148)に空気を供給する方法。
[実施態様19]
予調整するステップが、大気または低圧抽気のうちの一方を圧縮して、圧縮された空気流を形成することを含む、実施態様18に記載の方法。
[実施態様20]
予調整するステップが、前記圧縮された空気流を選択的に冷却することを含む、実施態様19に記載の方法。

0065

10航空機
12ガスタービンエンジン
14胴体
16操縦室
18翼組立体
20抽気システム
22ファン
24抽気口
25燃焼セクション
26圧縮機セクション
27タービンセクション
28センサ
29排気セクション
30低圧圧縮機
32高圧圧縮機機
34低圧抽気口
36高圧抽気口
38ターボエアサイクルマシン
40 タービンセクション
42 圧縮機セクション
44 ターボエジェクタ
45 制御可能弁組立体
46 制御可能弁
48環境制御システム(ECS)
49抽気入口
50 制御可能弁
52逆止弁
54圧縮機出力
56タービン出力
58 狭い部分
60コントローラモジュール
62プロセッサ
64メモリ
66 低圧抽気
68 高圧抽気
70 タービン出力空気流
72 圧縮機出力空気流
74合流空気流
76 抽気要求信号
80熱交換器
82 入口
84出口
86低温空気導管
88ファンケーシング
90排気部
92 ファン空気弁
110 航空機
112 ガスタービンエンジン
120 抽気システム
128 センサ
134 低圧抽気口
136 高圧抽気口
138 ターボエアサイクルマシン
140 タービンセクション
142 圧縮機セクション
144 ターボエジェクタ
145 制御可能弁組立体
146 制御可能弁
148 環境制御システム(ECS)
149 抽気入口
150 制御可能弁
152 逆止弁
154 圧縮機出力
156 タービン出力
158 狭い部分
160 コントローラモジュール
162 プロセッサ
164 メモリ
166 低圧抽気
168 高圧抽気
170 タービン出力空気流
172 圧縮機出力空気流
174 合流空気流
176 抽気要求信号
180 熱交換器
182 入口
184 出口
186 低温空気導管
188 ファンケーシング
190 排気部
192 ファン空気弁
193大気入口
194一体化された逆止弁
198 導管
200 方法
210 ステップ
220 ステップ
230 ステップ
240 ステップ

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