BR102019024239A2

BR102019024239A2 - Motor de turbina a gás, e, método para operar um motor de turbina a gás

Info

Publication number: BR102019024239A2
Application number: BR102019024239-6A
Authority: BR
Inventors: Nicholas D. Leque; Michael E. McCune; Michael E. Mccune; Joseph H. Polly
Original assignee: United Technologies Corporation; Nicholas D. Leque; Michael E. Mccune; Joseph H. Polly
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-06-02
Also published as: CN111206991A; EP3656997B1; JP7385438B2; CA3060753A1; JP2020084982A; CA3060753C; US20200158213A1; EP3656997A1; CN111206991B

Abstract

motor de turbina a gás, e, método para operar um motor de turbina a gás. um motor de turbina a gás inclui um motor principal, uma seção de ventilador e uma caixa de engrenagem de superposição que inclui uma engrenagem sol. uma pluralidade de engrenagens intermediárias são engatadas na engrenagem sol e suportadas em um transportador e uma engrenagem de anel circunscrevendo as engrenagens intermediárias. o motor principal aciona a engrenagem sol e uma saída da caixa de engrenagem de superposição que aciona a seção do ventilador. um motor elétrico é acoplado a uma porção da caixa de engrenagem de superposição para fornecer uma porção de energia para acionar a seção do ventilador através da caixa de engrenagem de superposição.

Description

MOTOR DE TURBINA A GÁS, E, MÉTODO PARA OPERAR UM MOTOR DE TURBINA A GÁS

FUNDAMENTOS [001] Um motor de turbina a gás tipicamente inclui uma seção de ventilador, uma seção de compressor, uma seção de combustor e uma seção de turbina. O ar que entra na seção do compressor é comprimido e distribuído para a seção de combustão, onde ele é misturado com combustível e inflamado para gerar um fluxo de gás de exaustão de alta energia. O fluxo de gás de exaustão de alta energia se expande pela seção da turbina para acionar o compressor e a seção do ventilador. A seção do compressor tipicamente inclui compressores de baixa e alta pressão e a seção da turbina inclui turbinas de baixa e alta pressão.

[002] Um motor de turbina a gás é dimensionado para fornecer empuxo suficiente para decolar e subir até uma altitude de cruzeiro. Uma vez na altitude de cruzeiro, apenas uma fração da capacidade de empuxo dos motores é necessária. Portanto, a maioria das operações de motores de turbinas a gás ocorre em condições de empuxo inferiores ao máximo. Além disso, embora estejam disponíveis sistemas alternativos de propulsão elétrica, a densidade de energia fornecida pelas baterias que alimentam um motor elétrico é muito menor que aquela do combustível e, portanto, não são práticos para a maioria das aplicações de aeronaves comerciais.

[003] Os fabricantes de motores de turbina continuam buscando melhorias adicionais no desempenho de motor, incluindo melhorias nas eficiências térmicas, de transferência e de propulsão.

SUMÁRIO [004] Um motor de turbina a gás de acordo com uma modalidade exemplar desta divulgação inclui, entre outras coisas possíveis, um motor principal, uma seção de ventilador e uma caixa de engrenagem de superposição que inclui uma engrenagem sol. Uma pluralidade de

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 9/31 / 14 engrenagens intermediárias são engatadas na engrenagem sol e suportadas em um transportador e uma engrenagem de anel circunscrevendo as engrenagens intermediárias. O motor principal aciona a engrenagem sol e uma saída da caixa de engrenagem de superposição que aciona a seção do ventilador. Um motor elétrico é acoplado a uma porção da caixa de engrenagem de superposição para fornecer uma porção de energia para acionar a seção do ventilador através da caixa de engrenagem de superposição.

[005] Em uma modalidade adicional do motor de turbina a gás anterior, a engrenagem de anel inclui dentes de engrenagem internos engatados nas engrenagens intermediárias e dentes de engrenagem externos engatados em uma engrenagem de acionamento acionada pelo motor elétrico. [006] Em uma modalidade adicional de qualquer um dos motores de turbina a gás anteriores, a engrenagem de acionamento é suportada em um eixo de acionamento acionado pelo motor elétrico e o eixo de acionamento é separado e independente de um eixo de motor principal que aciona a engrenagem sol.

[007] Em uma modalidade adicional de qualquer um dos motores de turbina a gás anteriores, uma embreagem unidirecional acopla automaticamente a engrenagem de anel a uma estrutura estática do motor de turbina a gás quando o motor elétrico não é acionado.

[008] Em uma modalidade adicional de qualquer um dos motores de turbina a gás anteriores, a embreagem unidirecional compreende uma embreagem mecânica unidirecional.

[009] Em uma modalidade adicional de qualquer um dos motores de turbina a gás anteriores, a seção de ventilador inclui um eixo acionado pelo transportador da caixa de engrenagem de superposição.

[0010] Em uma modalidade adicional de qualquer um dos motores de turbina a gás anteriores, o motor elétrico é acoplado a um sistema de bateria. O mecanismo principal aciona um gerador para carregar o sistema de bateria.

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 10/31 / 14 [0011] Em uma modalidade adicional de qualquer um dos motores de turbina a gás anteriores, um empuxo de decolagem no nível do mar é fornecido pela energia gerada pelo motor principal e pelo motor elétrico.

[0012] Em uma modalidade adicional de qualquer um dos motores de turbina a gás anteriores, o motor principal inclui uma capacidade máxima de empuxo que é menor que o empuxo de decolagem no nível do mar.

[0013] Em uma modalidade adicional de qualquer um dos motores de turbina a gás anteriores, o motor elétrico é desativado de modo que apenas o motor principal forneça empuxo em uma condição de operação de cruzeiro.

[0014] Outro motor de turbina a gás de acordo com uma modalidade exemplar desta divulgação inclui, entre outras coisas possíveis, um motor principal que inclui uma seção de compressor configurada para comunicar ar comprimido a uma seção de combustor configurada para combinar o ar comprimido com combustível e inflamar o ar combinado e combustível para gerar um fluxo de gás de alta energia para acionar uma seção de turbina. A seção de turbina é configurada para acionar um eixo de turbina disposto ao longo de um eixo longitudinal do motor. Uma seção de ventilador é configurada para gerar um empuxo propulsivo. A seção de ventilador inclui um eixo, uma caixa de engrenagem de superposição incluindo uma engrenagem sol e uma pluralidade de engrenagens intermediárias engatadas na engrenagem sol e suportadas em um transportador e uma engrenagem de anel circunscrevendo as engrenagens intermediárias. O eixo da turbina é configurado para acionar a engrenagem sol e uma saída da caixa de engrenagem de superposição é configurada para acionar o eixo. Um motor elétrico é acoplado a uma porção da caixa de engrenagem de superposição para fornecer uma energia suplementar para acionar a seção do ventilador através da caixa de engrenagem de superposição. Um meio de acoplamento é configurado para acoplar automaticamente uma porção da caixa de engrenagem de superposição à estrutura estática quando o motor elétrico não

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 11/31 / 14 está acionando a porção da caixa de engrenagem de superposição.

[0015] Em uma modalidade adicional do motor de turbina a gás anterior, a engrenagem de anel inclui dentes de engrenagem internos engatados nas engrenagens intermediárias e dentes de engrenagem externos engatados a um sistema de engrenagem acionado pelo motor elétrico.

[0016] Em outra modalidade de qualquer um dos motores de turbina a gás anteriores, a engrenagem acionada pelo motor elétrico é independente do eixo da turbina e separadamente rotativo a uma velocidade diferente do eixo da turbina. O meio de acoplamento compreende uma embreagem mecânica unidirecional.

[0017] Em uma modalidade adicional de qualquer um dos motores de turbina a gás anteriores, um empuxo de decolagem no nível do mar é fornecido pela energia gerada pelo motor principal e pelo motor elétrico. O motor principal inclui uma capacidade máxima de empuxo que é menor que o empuxo de decolagem no nível do mar.

[0018] Um método de operação de um motor de turbina a gás de acordo com uma modalidade exemplar desta divulgação inclui, entre outras coisas possíveis, acoplar um motor principal a uma primeira porção de uma caixa de engrenagem de superposição e acoplar um motor elétrico a uma segunda porção de uma caixa de engrenagem de superposição. Um ventilador acionado através da caixa de engrenagem de superposição com energia do motor principal e do motor elétrico para gerar um empuxo de decolagem. Um ventilador acionado através da caixa de engrenagem de superposição com energia apenas do motor principal durante uma condição de operação de cruzeiro.

[0019] Em uma modalidade adicional do método anterior de operação de um motor de turbina a gás, a primeira porção da caixa de engrenagem de superposição compreende uma engrenagem sol engatada para acionar uma pluralidade de engrenagens intermediárias. A segunda porção compreende

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 12/31 / 14 uma engrenagem de anel circunscrevendo as engrenagens intermediárias. O método inclui ainda o acoplamento da engrenagem de anel a uma estrutura estática do motor de turbina a gás que responde ao motor elétrico que não aciona a engrenagem de anel.

[0020] Em outra modalidade de qualquer um dos métodos anteriores de operação de um motor de turbina a gás, o motor elétrico é acionado para acionar a engrenagem de anel e fornecer energia suplementar em resposta a um empuxo de motor desejado que excede uma capacidade de geração de empuxo do motor principal sozinho.

[0021] Em outra modalidade de qualquer um dos métodos anteriores de operação de um motor de turbina a gás, um sistema de bateria é carregado para fornecer energia ao motor elétrico com o motor principal durante a condição de operação de cruzeiro.

[0022] Embora os diferentes exemplos tenham os componentes específicos mostrados nas ilustrações, as modalidades desta invenção não são limitadas às combinações em particular. É possível utilizar alguns dos componentes ou características de um dos exemplos em combinação com características ou componentes de outros exemplos.

[0023] Estas e outras características descritas neste documento podem ser mais bem compreendidas no seguinte relatório descritivo e figuras, com a breve descrição a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0024] A Figura 1A é uma vista esquemática de uma modalidade de motor de turbina a gás de exemplo.

[0025] A Figura 1B é uma vista esquemática de outro exemplo de modalidade de motor de turbina a gás.

[0026] A Figura 2 é uma representação esquemática do sistema híbrido de propulsão de exemplo.

[0027] A Figura 3 é uma vista esquemática de um exemplo de

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 13/31 / 14 modalidade de caixa de engrenagem de superposição.

[0028] A Figura 4 é uma ilustração esquemática de um exemplo de ciclo de operação do sistema de propulsão híbrido.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0029] A Figura 1A ilustra esquematicamente um motor de turbina a gás 20. O motor de turbina a gás 20 é aqui divulgado como um turboventilador de dois carretéis que geralmente incorpora uma seção de ventilador 22 e um motor de principal 72. O motor principal 72 inclui uma seção de compressor 24, uma seção de combustor 26 e uma seção de turbina 28. A seção de ventilador 22 aciona o ar ao longo de um caminho de fluxo de bypass B em um duto de bypass definido dentro de uma nacele 18 e também conduz o ar ao longo de um caminho de fluxo principal C para compressão e comunicação na seção de combustor 26 e depois expansão através da seção de turbina 28. Embora representado como um motor de turbina a gás turboventilador de dois carretéis na modalidade não limitante divulgada, deve-se entender que os conceitos descritos neste documento não se limitam ao uso com turboventiladores de duas carretéis, pois os ensinamentos podem ser aplicados a outros tipos de motores, incluindo turboventiladores com arquitetura de três carretéis e motores de turboélices, bem como outros sistemas de propulsão de aeronaves que utilizam combustíveis à base de petróleo.

[0030] O motor 20 exemplar geralmente inclui um carretel de baixa velocidade 30 e um carretel de alta velocidade 32 montadas para rotação em torno de um eixo longitudinal central de motor A em relação a uma estrutura estática de motor 36 por meio de vários sistemas de rolamento 38. Deve-se entender que vários sistemas de rolamentos 38 em vários locais podem ser alternativa ou adicionalmente fornecidos e a localização dos sistemas de rolamento 38 pode variar conforme apropriado para a aplicação.

[0031] O carretel de baixa velocidade 30 geralmente inclui um eixo

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 14/31 / 14 interno 40 que se interconecta, um primeiro (ou baixo) compressor de pressão 44 e uma primeira (ou baixa) turbina de pressão 46. O eixo interno 40 é conectado a uma seção de ventilador 22 através de um mecanismo de mudança de velocidade, que no exemplo de motor de turbina a gás 20 é ilustrado como uma arquitetura de engrenagem 48 para acionar as pás do ventilador 42 a uma velocidade mais baixa que a do carretel de baixa velocidade 30. O carretel de alta velocidade 32 inclui um eixo externo 50 que interconecta um segundo (ou alta) compressor de pressão 52 e uma segunda (ou alta) turbina de pressão 54. Um combustor 56 é disposto em turbina a gás exemplar 20 entre o compressor de alta pressão 52 e a turbina de alta pressão 54. Uma estrutura de turbina intermediária 58 da estrutura estática de motor 36 pode ser disposta geralmente entre a turbina de alta pressão 54 e a turbina de baixa pressão 46. A estrutura de turbina intermediária 58 suporta ainda sistemas de rolamento 38 na seção de turbina 28. O eixo interno 40 e o eixo externo 50 são concêntricos e giram através dos sistemas de rolamento 38 em torno do eixo longitudinal central de motor A o qual é colinear com seus eixos longitudinais.

[0032] O fluxo de ar principal é comprimido pelo compressor de baixa pressão 44 e depois pelo compressor de alta pressão 52, misturado e queimado com combustível no combustor 56, depois expandido sobre a turbina de alta pressão 54 e a turbina de baixa pressão 46. A estrutura da turbina média 58 inclui perfis aerodinâmicos 60 que estão no caminho do fluxo de ar principal C. As turbinas 46, 54 acionam rotativamente a respectivo carretel de baixa velocidade 30 e o carretel de alta velocidade 32 em resposta à expansão. Deve-se compreender que cada uma das posições da seção de ventilador 22, seção de compressor 24, seção de combustor 26, seção de turbina 28 e arquitetura de engrenagem 48 pode variar. Por exemplo, a arquitetura de engrenagem 48 pode estar localizada atrás do compressor de baixa pressão 44 e as pás do ventilador 42 podem ser posicionadas para frente

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 15/31 / 14 ou para trás do local da arquitetura de engrenagem 48 ou mesmo para a porção traseira da seção de turbina 28.

[0033] O motor 20 é um exemplo é um motor de aeronave com engrenagem de bypass alto. Em um exemplo adicional, a razão de bypass do motor 20 é maior que cerca de seis (6), com uma modalidade de exemplo sendo maior que cerca de dez (10), a arquitetura de engrenagem 48 é um trem de engrenagem epicíclica, como um sistema de engrenagem planetária ou outro sistema de engrenagem, com uma razão de redução de engrenagem maior que cerca de 2,3 e a turbina de baixa pressão 46 tem uma razão de pressão que é maior que cerca de cinco. Em uma modalidade divulgada, a razão de bypass do motor 20 é maior que cerca de dez (10:1), o diâmetro do ventilador é significativamente maior que o do compressor de baixa pressão 44 e a turbina de baixa pressão 46 tem uma razão de pressão que é maior que cerca de 5:1. A razão de pressão da turbina de baixa pressão 46 é a pressão medida antes da entrada da turbina de baixa pressão 46 em relação à pressão na saída da turbina de baixa pressão 46 antes de um bico de exaustão. A arquitetura de engrenagem 48 pode ser um trem de engrenagem epicíclica, tal como um sistema de engrenagem planetária ou outro sistema de engrenagem, com uma razão de redução maior que cerca de 2,3:1 e menor que cerca de 5:1. Deve-se compreender, no entanto, que os parâmetros anteriores são apenas exemplares de uma modalidade de um motor de arquitetura de engrenagem e que a presente invenção é aplicável a outros motores de turbina a gás incluindo turboventiladores de acionamento direto.

[0034] A quantidade significativa de empuxo é fornecida pelo fluxo de bypass B devido à alta razão de bypass. A seção de ventilador 22 do motor 20 se destina a uma condição de voo particular, tipicamente cruzeiro a cerca de 0,8 Mach e cerca de 35.000 pés (10.668 metros). A condição de voo de 0,8 Mach e 35.000 pés (10.668 metros), com o motor no seu melhor consumo de combustível, também conhecida como “bucket cruise Thrust Specific Fuel

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 16/31 / 14

Consumption (‘TSFC’)”, é o parâmetro padrão da indústria de Ibm de combustível sendo queimado dividido por lbf de empuxo que o motor produz nesse ponto mínimo. Baixa razão de pressão de ventilador é a razão de pressão através da pá de ventilador apenas, sem um sistema de Palheta Guia de Saída de Ventilador (FEGV). A razão de pressão de ventilador baixa como divulgada neste documento de acordo com uma modalidade não limitante é menor que cerca de 1,45. Velocidade de ponta de ventilador corrigida baixa é a velocidade da ponta do ventilador real em pés/s dividida por uma correção de temperatura padrão da indústria de [(Tram °R) / (518,7 °R)]^0,5. A velocidade de ponta de ventilador corrigida baixa como divulgada neste documento de acordo com uma modalidade não limitante é menor que cerca de 1150 pés/segundo (350,5 metros/segundo).

[0035] O exemplo de motor de turbina a gás inclui a seção de ventilador 22 que compreende em uma modalidade não limitante menos de cerca de 26 pás de ventilador 42. Em outra modalidade não limitante, a seção de ventilador 22 inclui menos de cerca de 20 pás de ventilador 42. Além do mais, em uma modalidade divulgada a turbina de baixa pressão 46 inclui não mais que cerca de 6 rotores de turbina esquematicamente indicados em 34. Em outra modalidade de exemplo não limitante a turbina de baixa pressão 46 inclui cerca de 3 rotores de turbina. Uma razão entre o número de pás do ventilador 42 e o número de rotores de turbina de baixa pressão está entre cerca de 3,3 e cerca de 8,6. A turbina de baixa pressão de exemplo 46 fornece a potência de acionamento para girar a seção de ventilador 22 e, portanto, a relação entre o número de rotores de turbina 34 na turbina de baixa pressão 46 e o número de pás 42 na seção de ventilador 22 divulga um motor de turbina a gás de exemplo 20 com elevada eficiência de transferência de potência.

[0036] O motor de exemplo 20 inclui um sistema de propulsão híbrido geralmente indicado em 62, tendo um motor elétrico 66 girando uma engrenagem de acionamento 70 que aciona uma porção da arquitetura de

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 17/31 / 14 engrenagem 48 em combinação com o motor principal 72 durante as condições de alta demanda de empuxo. As condições de demanda de alto empuxo incluem operações de decolagem e pouso, em que o empuxo máximo é utilizado para ganhar altitude e manobrar a aeronave. Quando a aeronave atinge a altitude de cruzeiro, a quantidade de empuxo necessária é significativamente menor que o empuxo necessário durante a decolagem. Desta forma, no cruzeiro, o motor elétrico 66 é desativado e o motor principal 72 aciona a seção de ventilador 22 através da arquitetura de engrenagem 48. O sistema de propulsão híbrido 62 suplementa a energia produzida pelo motor principal 72 com a energia do motor elétrico 66 para permitir que o motor principal 72 seja de tamanho e capacidade de potência reduzidos. O motor elétrico 66 suplementa a energia do motor principal 72 durante a operação de alta demanda de empuxo de uma aeronave.

[0037] Na modalidade exemplar divulgada da Figura 1A, o motor elétrico 66 aciona uma engrenagem de acionamento 70 através de um eixo 68 que é paralelo ao eixo do motor A. Referindo-se à Figura 1B, outra modalidade de motor indicada em 20' inclui um eixo de acionamento 66' disposto transversalmente ao eixo do motor A e aciona uma engrenagem cônica 70' correspondente a uma engrenagem acionada disposta na arquitetura de engrenagem 48. Além disso, deve-se entender que, embora o exemplo de motor 66, 66' seja mostrado em diferentes orientações, outras posições e orientações do motor elétrico 66, 66' em relação à arquitetura de engrenagem 48 estão dentro da contemplação e escopo desta divulgação.

[0038] Com referência às Figuras 2 e 3, com referência continuada à Figura 1, a arquitetura de engrenagem 48 é uma caixa de engrenagem de superposição que tem uma engrenagem sol 74 acoplada ao eixo interno 40 acionado pela turbina de baixa pressão 46. A engrenagem sol 74 é engatada em uma pluralidade de engrenagens intermediárias 76 suportadas por um transportador rotativo 78. Uma engrenagem de anel 80 circunscreve as

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 18/31 / 14 engrenagens intermediárias 76 e é engatada na engrenagem de acionamento 70. A engrenagem de anel 80 é acoplada a um eixo de engrenagem de anel 88 mostrado esquematicamente na Figura 2. O eixo da engrenagem de anel 88 suportado para rotação com a engrenagem de anel 80 pelos rolamentos 94.

[0039] O eixo da engrenagem de anel 88 inclui dentes de engrenagem externos 82 que engatam nos dentes de engrenagem de uma engrenagem de acionamento 70. Os dentes da engrenagem interna 84 são engatados nas engrenagens intermediárias 76. O eixo da engrenagem de anel 88 é acoplado seletivamente à estrutura estática do motor 36 através de um meio de acoplamento. Em um exemplo divulgado, os meios de acoplamento são uma embreagem mecânica unidirecional 86. Embora uma embreagem seja divulgada a título de exemplo, outras configurações de embreagem unidirecional estão dentro da contemplação e escopo desta divulgação. A embreagem 86 permite a rotação da engrenagem de acionamento 70 para girar a engrenagem de anel 80. No entanto, a embreagem 86 impede o acionamento da engrenagem de anel 80 pelas engrenagens intermediárias 76 quando o motor elétrico 66 não está operando. A embreagem mecânica unidirecional de exemplo 86 impede automaticamente o retorno do motor elétrico 66 através da engrenagem de acionamento 70 sem um atuador ou controlador externo.

[0040] O motor elétrico 66, o eixo de acionamento 68 e a engrenagem de acionamento 70 estão dispostos ao longo de um eixo 16 que é espaçado do eixo longitudinal do motor A. O motor elétrico 66 é, desse modo, separado e independentemente rotativo em relação ao eixo interno 40. Além disso, o motor elétrico 66, o eixo de acionamento 68 e a engrenagem de acionamento 70 são rotativos a uma velocidade diferente da do eixo interno 40 para fornecer energia suplementar através da caixa de engrenagem de superposição 48.

[0041] A engrenagem de acionamento 70 é dimensionada para

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 19/31 / 14 acionar a engrenagem de anel 80 a uma velocidade determinada para fornecer a energia suplementar necessária para gerar uma quantidade desejada de empuxo propulsivo. Desta forma, uma razão de engrenagem entre a engrenagem de acionamento 70 e a engrenagem de anel 80 é tal que o motor elétrico 66 é capaz de fornecer a energia de entrada suplementar necessária para gerar o empuxo propulsivo a partir da seção de ventilador necessária para a operação da aeronave.

[0042] O motor elétrico 66 é alimentado por energia elétrica armazenada em um sistema de bateria mostrado esquematicamente em 90. O sistema de bateria 90 pode incluir quaisquer meios e sistema conhecidos de armazenamento de energia. O sistema de bateria 90 é divulgado como acoplado a um meio gerador 92 alimentado pelo motor principal 72. O dispositivo gerador 92 carrega o sistema de bateria 90 para manter um nível desejado de energia para acionar o motor elétrico 66. O gerador 92 pode carregar continuamente o sistema de bateria 90 ou ser engatado para carregar os sistemas de bateria 90 durante condições de operação com exigências mínimas de empuxo. O gerador 92 pode ser desacoplado durante condições de alta demanda de empuxo para permitir que o motor principal 72 concentre toda a energia na geração de empuxo propulsivo. Durante as condições de operação de demanda de baixo empuxo, o gerador 92 pode ser alimentado pelo motor principal 72 para carregar o sistema de bateria 90. Deve-se considerar que outros esquemas e meios de carregamento também podem ser utilizados e estão dentro da contemplação desta divulgação.

[0043] Em operação em condições de alta demanda de empuxo, como durante a decolagem, o motor elétrico 66 e o motor principal 72 fornecem entrada de energia para a caixa de engrenagem de superposição 48. O motor principal 72 aciona a engrenagem sol 74 através do eixo interno 40. A engrenagem sol 74, por sua vez, aciona as engrenagens intermediárias 76 que giram o transportador 78 acoplado ao eixo do ventilador 46. O motor elétrico

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 20/31 / 14 aciona a engrenagem de anel 80 para impulsionar ainda mais a rotação do transportador 78 e fornecer a energia necessária para acionar o ventilador 42 para gerar o empuxo propulsivo desejado.

[0044] Em operação durante condições de baixa demanda de empuxo, o motor principal 72 aciona a engrenagem sol 74 e, assim, as engrenagens intermediárias 76 e o transportador 78. O transportador 78 aciona o eixo do ventilador 64 e o ventilador 42. O motor elétrico 66 é desativado e a embreagem 86 engatada para impedir a rotação da engrenagem de anel 80 em torno do eixo A. A caixa de engrenagem de superposição 48 é, portanto, alimentada apenas pelo motor principal 72. O motor principal 72 pode acionar o gerador 92 para carregar o sistema de bateria 90 para manter os níveis de energia necessários para acionar o motor elétrico durante condições de alta demanda de empuxo.

[0045] Com referência à Figura 4, com referência contínua às Figuras 2 e 3, um gráfico que ilustra as demandas de empuxo ao longo do ciclo de operação da aeronave divulgado é indicado em 94. O empuxo 96 em vista do tempo 98 é ilustrado para diferentes condições de operação. A maior exigência de empuxo é durante as condições de operação de decolagem e subida indicadas em 100. Durante as condições de operação de alta demanda de empuxo, o motor elétrico 66 é acionado e suplementa a energia fornecida pelo motor principal 72. O motor elétrico 66 mantém a operação até a demanda de empuxo cair, como é mostrado neste exemplo divulgado durante as condições de cruzeiro indicadas em 102. Durante as condições de cruzeiro 102, o motor principal 72 opera sozinho para fornecer energia para gerar o empuxo necessário. Como as exigências de empuxo nas condições de cruzeiro 102 são inferiores às condições de pico de empuxo, o motor elétrico 66 não é necessário para complementar a energia. Além disso, o motor principal divulgado 72 é dimensionado para fornecer energia suficiente necessária para gerar o empuxo necessário durante as condições de cruzeiro

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 21/31 / 14

102. O motor principal 72 é, portanto, de tamanho reduzido e capacidade de empuxo que permite que o motor principal 72 seja dimensionado e configurado para operar com mais eficiência em condições de cruzeiro.

[0046] Como compreendido, a maior porção do tempo operacional durante cada ciclo de operação está nas condições de operação de cruzeiro de menor empuxo. Desta forma, o motor principal 72 pode ser dimensionado para fornecer apenas energia suficiente para fornecer empuxo durante condições de cruzeiro. O motor elétrico 66 é engatado para suplementar energia durante condições de demanda de empuxo mais altas.

[0047] Durante as condições de operação de pouso, o motor elétrico 66 pode ser reativado para suplementar a energia do motor principal 72. O motor elétrico 66 pode variar a entrada de energia na caixa de engrenagem de superposição 48 para acomodar diferentes demandas de empuxo. Deve-se entender ainda que o motor elétrico 66 pode ser reativado durante outros períodos de operação em resposta a uma demanda de empuxo que excede a capacidade de potência do motor principal 72.

[0048] Desta forma, o sistema de propulsão híbrido 62 divulgado permite reduzir o tamanho do motor principal enquanto mantém a energia disponível para acomodar a operação de alta demanda de empuxo.

[0049] Embora uma modalidade de exemplo desta invenção tenha sido divulgada, um trabalhador versado na técnica reconhecerá que esta divulgação não é apenas uma especificação de material e certas modificações virão dentro do escopo desta divulgação. Por essa razão, as seguintes reivindicações deverão ser estudadas para determinar o escopo e o conteúdo desta divulgação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Motor de turbina a gás, caracterizado pelo fato de que compreende:

um motor principal;

uma seção de ventilador;

uma caixa de engrenagem de superposição, incluindo uma engrenagem sol, uma pluralidade de engrenagens intermediárias engatadas na engrenagem sol e suportadas em um transportador e uma engrenagem de anel circunscrevendo as engrenagens intermediárias, o motor principal acionando a engrenagem sol e uma saída da caixa de engrenagem de superposição que aciona a seção do ventilador; e um motor elétrico acoplado a uma porção da caixa de engrenagem de superposição para fornecer uma porção de energia para acionar a seção do ventilador através da caixa de engrenagem de superposição.
2. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a engrenagem de anel inclui dentes de engrenagem internos engatados nas engrenagens intermediárias e dentes de engrenagem externos engatados em uma engrenagem de acionamento acionada pelo motor elétrico.
3. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a engrenagem de acionamento é suportada em um eixo de acionamento acionado pelo motor elétrico e o eixo de acionamento é separado e independente de um eixo de motor principal que aciona a engrenagem sol.
4. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que inclui uma embreagem unidirecional que acopla automaticamente a engrenagem de anel a uma estrutura estática do motor de turbina a gás quando o motor elétrico não é acionado.

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 23/31

2 / 4
5. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a embreagem unidirecional compreende uma embreagem mecânica unidirecional.
6. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção de ventilador inclui um eixo acionado pelo transportador da caixa de engrenagem de superposição.
7. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico é acoplado a um sistema de bateria e o motor principal aciona um gerador para carregar o sistema de bateria.
8. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um empuxo de decolagem no nível do mar é fornecido pela energia gerada pelo motor principal e pelo motor elétrico.
9. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o motor principal inclui uma capacidade máxima de empuxo que é menor que o empuxo de decolagem no nível do mar.
10. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico é desativado de modo que apenas o motor principal forneça empuxo em uma condição de operação de cruzeiro.
11. Motor de turbina a gás, caracterizado pelo fato de que compreende:

um motor principal, incluindo uma seção de compressor configurada para comunicar ar comprimido a uma seção de combustor configurada para combinar o ar comprimido com combustível e inflamar o ar e o combustível combinados para gerar um fluxo de gás de alta energia para acionar uma seção de turbina, a seção de turbina configurada para acionar um eixo de turbina disposto ao longo de um eixo longitudinal do motor;

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 24/31

3 / 4 uma seção de ventilador configurada para gerar um empuxo propulsivo, a seção de ventilador incluindo um eixo;

uma caixa de engrenagem de superposição incluindo uma engrenagem sol, uma pluralidade de engrenagens intermediárias engatadas na engrenagem sol e suportadas em um transportador e uma engrenagem de anel circunscrevendo as engrenagens intermediárias, o eixo da turbina configurado para acionar a engrenagem sol e uma saída da caixa de engrenagem de superposição configurada para acionar o eixo;

um motor elétrico acoplado a uma porção da caixa de engrenagem de superposição para fornecer uma energia suplementar para acionar a seção do ventilador através da caixa de engrenagem de superposição; e um meio de acoplamento configurado para acoplar automaticamente uma porção da caixa de engrenagem de superposição à estrutura estática quando o motor elétrico não está acionando a porção da caixa de engrenagem de superposição.
12. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a engrenagem de anel inclui dentes de engrenagem internos engatados nas engrenagens intermediárias e dentes de engrenagem externos engatados em um sistema de engrenagem acionado pelo motor elétrico.
13. Motor de turbina a gás, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a engrenagem acionada pelo motor elétrico é independente do eixo da turbina e rotativa separadamente a uma velocidade diferente da do eixo da turbina e os meios de acoplamento compreendem uma embreagem mecânica unidirecional.
14. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um empuxo de decolagem no nível do mar é fornecido pela energia gerada pelo motor principal e pelo motor elétrico e em que o motor principal inclui uma capacidade máxima de empuxo que é menor

Petição 870190119409, de 18/11/2019, pág. 25/31

4 / 4 que o empuxo de decolagem no nível do mar.
15. Método para operar um motor de turbina a gás, caracterizado pelo fato de que compreende:

acoplar um motor principal a uma primeira porção de uma caixa de engrenagem de superposição;

acoplar um motor elétrico a uma segunda porção de uma caixa de engrenagem de superposição;

acionar um ventilador através da caixa de engrenagem de superposição com energia do motor principal e do motor elétrico para gerar um empuxo de decolagem; e acionar um ventilador através da caixa de engrenagem de superposição com energia apenas do motor principal durante uma condição de operação de cruzeiro.
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a primeira porção da caixa de engrenagem de superposição compreende uma engrenagem sol engatada para acionar uma pluralidade de engrenagens intermediárias e a segunda porção compreende uma engrenagem de anel circunscrevendo as engrenagens intermediárias e o método inclui ainda acoplar a engrenagem de anel a uma estrutura estática do motor de turbina a gás que responde ao motor elétrico que não aciona a engrenagem de anel.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que inclui acionar o motor elétrico para acionar a engrenagem de anel e fornecer energia suplementar em resposta a um empuxo de motor desejado que excede uma capacidade de geração de empuxo do motor principal sozinho.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que inclui carregar um sistema de bateria que fornece energia ao motor elétrico com o motor principal durante a condição de operação de cruzeiro.