[发明专利]用于涡轮动力飞行器中的集成动力和热管理的系统和方法

说明书

提供了用于涡轮动力飞行器中的集成动力和热管理的系统和方法。该系统可包括旋转独立的第一和第二辅助动力单元轴，动力涡轮，第一压缩机，第二压缩机，冷却涡轮和电动发电机。动力涡轮可以可旋转地设置在第一辅助动力单元轴上。第一压缩机可以可旋转地设置在第一辅助动力单元轴上。第二压缩机可以可旋转地设置在第二辅助动力单元轴上。冷却涡轮可以可旋转地设置在第二辅助动力单元轴上。电动发电机可以设置在第一辅助动力单元轴上，以交替地向第一辅助动力单元轴供给动力输入和向飞行器供给电力输出。

联邦政府资助的研究

本发明是在海军部的联系号N00014-10-D-0010的政府支持下完成的。政府可拥有本发明的某些权利。

技术领域

本主题大体涉及飞行器冷却系统，并且更具体地，涉及用于在涡轮动力飞行器中选择性地提供动力和热管理的系统。

背景技术

典型的现有飞行器配备有一个或多个环境控制系统，包括控制飞行器机舱温度的空调系统。这些系统也依赖于在飞行期间提供足够的机舱压力。现有系统利用从涡轮发动机排出的一部分空气来引起气流并为空调系统提供动力。然而，由于现有系统仅在来自涡轮发动机的空气上操作，因此例如在涡轮发动机不操作的情况下，这种系统通常不能提供足够的冷却或机舱压力控制。飞行前的漫长延误可能会迅速耗尽飞行器的电池，从而需要明智地使用飞行器的许多电气系统。如果使用足够的动力来操作空调系统，则飞行器可能没有足够的动力来开始或启动飞行器发动机的操作。尽管可以设置额外的电池或冷却系统，但是这些部件的重量增加可能对飞行器在飞行期间的效率有害。

另外，典型的空调系统不能以减小的或可变的排气量提供足够的冷却。如果设置更大的空调系统，则系统的冷却能力可能很高，但是可能需要高的排气量来操作系统。如果设置较小的空调系统，则低排气量可能足以操作该系统，但系统的冷却能力可能相对较低(即，不足以满足现代飞行器的需求)。此外，由于典型的空调系统依赖于从发动机转移的空气，所以当空调系统运行时，发动机可能无法提供最大的推力或动力。此外，在飞行期间发动机动力的损失可能导致机舱增压的损失，并且潜在地导致操作飞行器的任何电力的损失。

因此，需要一种能够选择性地独立于飞行器发动机操作的飞行器热管理系统。此外，需要一种热管理系统，其能够根据需要向飞行器和涡轮发动机提供额外的动力，而不会导致系统的尺寸和重量的显著增加。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。

在本公开的一个方面，提供了一种用于涡轮动力飞行器的集成动力和热管理系统。集成动力和热管理系统可包括第一辅助动力单元轴，旋转独立于第一辅助动力单元轴的第二辅助动力单元轴，动力涡轮，第一压缩机，第二压缩机，第一冷却涡轮，第二冷却涡轮和电动发电机。动力涡轮可以可旋转地设置在第一辅助动力单元轴上。第一压缩机可以可旋转地设置在第一辅助动力单元轴上，以促进(motivate)第一轴气流。第二压缩机可以可旋转地设置在第二辅助动力单元轴上，以促进第二轴气流。第二压缩机可以与第一压缩机选择性地流体连通。第一冷却涡轮可以可旋转地设置在第二辅助动力单元轴上，与第二压缩机选择性地流体连通。第二冷却涡轮可以可旋转地设置在第二辅助动力单元轴上，与第一冷却涡轮选择性地流体连通。电动发电机可以设置在第一辅助动力单元轴上，以交替地向第一辅助动力单元轴供给动力输入和向飞行器供给电力输出。