CN109204843B - 用于飞行器的推进*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力电动推进***包括推进器、涡轮机和电气***，电气***包括连接到所述涡轮机的电机。一种用于操作所述推进***的方法包括：通过一个或多个计算装置操作所述涡轮机使得所述涡轮机旋转推进器；通过一个或多个计算装置在操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令；以及通过一个或多个计算装置响应于所接收的加速所述涡轮机的命令而向电机提供电功率以向涡轮机、推进器或这两者增加功率。

Description

用于飞行器的推进***
技术领域
本发明主要上涉及一种混合动力电动推进***，以及一种用于提高混合动力电动推进***的涡轮机的加速度的方法。
背景技术
常规商业飞行器通常包括机身、一对机翼和提供推力的推进***。推进***通常包括至少两个飞行器发动机，例如涡扇喷气发动机。每个涡扇喷气发动机通常安装到飞行器的机翼中的相应一个，例如安装在机翼下方的悬挂位置，与机翼和机身分开。
通常，涡扇喷气发动机可以以能够相对快速地增加或减少发动机的推力输出量的方式来操作。例如，在飞行器起飞之前，以怠速设定值操作涡扇喷气发动机，其中涡扇喷气发动机产生最小量的推力。然而，值得注意的是，怠速设定值通常设定为高于从燃料消耗和推力产生观点来看所希望的值，以便当飞行器被设定成起飞时允许涡扇喷气发动机相对快速地加速。虽然将怠速设定值设定在较高的水平能提高起飞时的加速度，但这可能会导致涡扇喷气发动机消耗的燃料超过所需，并进一步产生比所需的更大的推力。在例如滑行操作期间，高于期望水平的推力可能导致飞行器的制动器过早磨损。
另外，当在飞行期间以稳态操作状态操作时，涡扇喷气发动机的主动间隙控制***(active clearance control systems)可以关闭或收紧例如涡扇喷气发动机的相应涡轮区段内的间隙。可以理解的是，收紧间隙可以提高涡扇喷气发动机的效率。然而，这些间隙不会像为了使涡扇喷气发动机能够在必要时相对快速地增加有效功率输出的其它情况所需的那样接近。更确切地，这些间隙不会像为了使涡扇喷气发动机内的部件响应于加速涡扇喷气发动机的命令而根据需要径向向外膨胀(例如由于转速提高和/或部件所暴露的温度升高而导致膨胀)的其它情况所需的那样接近。
因此，将为有利的是能够以高效的方式操作涡轮机的用于飞行器的推进***。
发明内容
本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实践而得知。
在本公开的示范性方面，提供一种用于操作飞行器的混合动力电动推进***的方法。所述混合动力电动推进***包括推进器、涡轮机和电气***，所述电气***包含连接到涡轮机的电机。所述方法包括：通过一个或多个计算装置操作涡轮机使得涡轮机旋转推进器；通过一个或多个计算装置在操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令；以及通过一个或多个计算装置响应于所接收的加速涡轮机的命令而向电机提供电功率以向涡轮机、推进器或这两者增加功率。
在某些示范性方面，混合动力电动推进***进一步包括电能存储单元，其中通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：通过一个或多个计算装置从电能存储单元向电机提供电功率。
例如，在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置从电能存储单元向电机提供电功率包括：通过一个或多个计算装置利用电机向涡轮机、推进器或这两者提供至少约十五马力的机械功率。
在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置操作涡轮机包括：通过一个或多个计算装置以稳态飞行操作状态操作涡轮机。
例如，在某些示范性方面，所述方法进一步包括：通过一个或多个计算装置响应于所接收的加速涡轮机的命令而将流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量在初始时间段维持基本恒定。
例如，在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置将流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量在初始时间段维持基本恒定包括：将涡轮机的高压***的转速在初始时间段维持基本恒定、将涡轮机内的温度在初始时间段维持基本恒定，或这两者。
例如，在某些示范性方面，所述方法进一步包括：通过一个或多个计算装置响应于所接收的加速涡轮机的命令而使用涡轮机的主动间隙控制***增大涡轮机内的一个或多个间隙。
例如，在某些示范性方面，所述方法进一步包括：通过一个或多个计算装置响应于所接收的加速涡轮机的命令而将流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量在初始时间段维持基本恒定，并且其中通过一个或多个计算装置使用主动间隙控制***增大涡轮机内的一个或多个间隙包括：与通过一个或多个计算装置将流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量在初始时间段维持基本恒定基本上同时地通过一个或多个计算装置使用主动间隙控制***增大涡轮机内的一个或多个间隙。
例如，在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置使用主动间隙控制***增大涡轮机内的一个或多个间隙包括：与通过一个或多个计算装置向电机提供电功率基本上同时地通过一个或多个计算装置使用主动间隙控制***增大涡轮机内的一个或多个间隙。
例如，在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置以稳态飞行操作状态操作涡轮机包括：通过一个或多个计算装置从电机提取电功率。
在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置操作涡轮机包括：通过一个或多个计算装置以怠速操作状态操作涡轮机。
例如，在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置在以怠速操作状态操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令包括：通过一个或多个计算装置在以怠速操作状态操作涡轮机时接收将涡轮机加速到起飞功率电平的命令。
例如，在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置在以怠速操作状态操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令包括：通过一个或多个计算装置接收推力增加命令。
例如，在某些示范性方面，通过一个或多个计算装置接收加速涡轮机的命令进一步包括：通过一个或多个计算装置确定所命令推力增加的变化率，并且其中通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：通过一个或多个计算装置至少部分地基于所确定的所命令推力增加的变化率来调制提供给电机的电功率量。
在某些示范性方面，所述方法进一步包括通过一个或多个计算装置接收指示涡轮机操作参数的数据，并且其中通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：通过一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示涡轮机操作参数的数据来调制提供给电机的电功率量。
在某些示范性方面，所述方法进一步包括通过一个或多个计算装置接收指示涡轮机操作参数的数据；以及通过一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示涡轮机操作参数的数据而终止向电机提供电功率。
在某些示范性方面，混合动力电动推进***进一步包括电能存储单元，并且所述方法进一步包括通过一个或多个计算装置接收指示电能存储单元的充电状态的数据，并且其中通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：通过一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示电能存储单元的充电状态的数据来调制提供给电机的电功率量。
在某些示范性方面，混合动力电动推进***进一步包括电能存储单元，并且其中所述方法进一步包括：通过一个或多个计算装置接收指示电能存储单元的充电状态的数据；以及通过一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示电能存储单元的充电状态的数据而终止向电机提供电功率。
在本公开的示范性实施例中，提供一种用于飞行器的混合动力电动推进***。所述混合动力电动推进***包括推进器；连接到推进器用于驱动推进器并产生推力的涡轮机；包括电机和可电连接到电机的电能存储单元的电气***，所述电机连接到涡轮机；以及控制器。所述控制器被配置成在操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令，并且响应于所接收的加速涡轮机的命令而向电机提供电功率以向涡轮机、推进器或这两者增加功率。
在某些示范性实施例中，推进***进一步包括电能存储单元，其中在向电机提供电功率时，控制器被配置成从电能存储单元向电机提供电功率。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明的完整和启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，其中：
图1是根据本公开的各种示范性实施例的飞行器的顶视图。
图2是安装到图1的示范性飞行器的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图3是根据本公开的一个示范性实施例的主动间隙控制***的特写图(close-upview)。
图4是根据本公开的示范性实施例的电风扇组件的示意性横截面图。
图5是包括根据本公开的另一示范性实施例的推进***的飞行器的顶视图。
图6是根据本公开的示范性方面的用于操作飞行器的混合动力电动推进***的方法的流程图。
图7是根据本公开的另一示范性方面的用于操作飞行器的混合动力电动推进***的方法的流程图。
图8是图7的用于操作飞行器的混合动力电动推进***的示范性方法的示范性方面的流程图。
图9是图7的用于操作飞行器的混合动力电动推进***的示范性方法的另一示范性方面的流程图。
图10是根据本公开的示范性方面的用于操作飞行器的混合动力电动推进***的方法的流程图。
图11是图10的用于操作飞行器的混合动力电动推进***的示范性方法的示范性方面的流程图。
图12是根据本公开的实例方面的计算***。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其中的一个或多个实例示于附图中。详细描述中使用数字和字母标示来指代图中的特征。图中和描述中使用相同或类似的标记来指代本发明的相同或类似部分。
如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，而并不在于表示个别部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”指代燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置，且指代所述燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如，相对于燃气涡轮发动机，前是指更接近发动机入口的位置，而后是指更接近发动机喷嘴或排气口的位置。
术语“上游”和“下游”是指相对于路径中的流的相对方向。例如，相对于流体流，“上游”是指流体流出的方向，且“下游”是指流体流向的方向。然而，如本文所使用，术语“上游”和“下游”还可指代电流。
除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一”和“所述”包括复数指代物。
如在整个说明书和权利要求书中所用的近似语言用于修饰任何定量表示，这些定量表示可容许变化而不会导致其相关的基本功能变化。因此，由例如“约”、“大约”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的确切值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精确度、或用于构造或制造部件和/或***的方法或机器的精确度。例如，近似语言可指处于10％的裕度内。
此处以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和互换，除非上下文或措辞另外指示，否则认定此类范围包括其中含有的所有子范围。例如，本文中所公开的所有范围都包括端点，且所述端点能够彼此独立组合。
本公开大体上涉及一种混合动力电动推进***，其具有涡轮机、连接到涡轮机的推进器，以及电气***。所述电气***包括电机和(可能)可电连接到电机的电能存储单元。另外，电机连接到涡轮机，使得涡轮机的旋转会旋转电机，并且类似地，电机的旋转可以旋转涡轮机的一个或多个部件。
值得注意的是，在某些示范性实施例中，所述推进器可以是第一推进器，所述电机可以是第一电机，混合动力电动推进***可以进一步包括第二推进器，并且电气***可以进一步包括连接到第二推进器的第二电机。以此方式，第二电机可以在至少某些操作期间驱动第二推进器以为飞行器提供推进益处。例如，在某些示范性实施例中，涡轮机和第一推进器可以一起配置成涡扇发动机的部件，并且第二推进器可以配置成电动推进器组件的部件(例如，电风扇)。另一选择为，在其它示范性实施例中，涡轮机和第一推进器可以一起配置成第一涡扇发动机的部件，并且第二推进器可以配置成第二涡扇发动机的部件(例如，具有连接到第二电机和/或第二推进器的第二涡轮机)。此外，在其它示范性实施例中，这些部件可以配置成例如涡轮螺旋桨发动机或任何其它合适的燃气涡轮发动机的部件。
在混合动力电动推进***的某些操作中，混合动力电动推进***可操作以为涡轮机提供相对较高水平的加速度，同时还允许涡轮机在稳态飞行操作期间更有效地操作。例如，在某些示范性方面，混合动力电动推进***可以在操作涡轮机以旋转推进器时接收加速涡轮机的命令。混合动力电动推进***可以响应于所接收的加速涡轮机的命令而向第一电机提供电功率以向涡轮机增加功率。向涡轮机增加的另外的功率可以基本上瞬时地提高涡轮机的加速度，从而提供期望的相对快速的加速响应。
应了解，在至少某些示范性方面，上述加速辅助可以在混合动力电动推进***在稳态飞行操作中的操作期间进行。当例如涡轮机包括主动间隙控制***时，这可特别有用。例如，利用此类示范性方面，混合动力电动推进***可以响应于接收到加速涡轮机的命令而将涡轮机的核心的转速(即，涡轮机的高压***的转速)维持在基本恒定的转速和温度，从而使混合动力电动推进***放松或松开主动间隙控制***(即，增大涡轮机内的间隙，例如各种涡轮转子叶片与外部流动路径衬垫之间的径向间隙)，随后使涡轮机的核心加速。在主动间隙控制***松开的时间内，提供给第一电机的电功率可以为飞行器提供期望的相对快速的涡轮机加速响应。值得注意的是，如下文将更详细地论述，在某些示范性实施例中，电机可以连接到涡轮机的低压***，使得通过电机向涡轮机增加功率基本上不会影响涡轮机的高压***的转速。
以此方式，主动间隙控制***可以在稳态飞行操作期间维持在相对紧密的间隙处，而不用担心加速响应时间，这又可以允许涡轮机在此类稳态飞行操作状态期间更有效地操作。
在其它示范性方面，应了解，上述加速辅助可以在混合动力电动推进***在怠速操作状态中的操作期间进行。向电机提供电功率可以与增加流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量基本上同时地进行。以此方式，当涡轮机从低怠速设定值通过燃烧加速时，电机可以向涡轮机相对即时地提供功率(允许发动机以相对低的怠速设定值操作有损加速能力)。
现在参考附图，其中贯穿附图类似的数字指示相同的元件，图1提供了如可结合有本公开的各种实施例的示范性飞行器10的顶视图。如图1中所示出，飞行器10限定延伸穿过其中的纵向中心线14、侧向方向L、前端16和后端18。此外，飞行器10包括从飞行器10的前端16纵向延伸到飞行器10的后端18的机身12，以及在飞行器10的后端的尾翼19。另外，飞行器10包括机翼组件，所述机翼组件包括第一左舷侧机翼20和第二右舷侧机翼22。第一机翼20和第二机翼22各自相对于纵向中心线14侧向向外延伸。第一机翼20和机身12的一部分共同限定飞行器10的第一侧24，并且第二机翼22和机身12的另一部分共同限定飞行器10的第二侧26。对于所描绘的实施例，飞行器10的第一侧24被配置成飞行器10的左舷侧，且飞行器10的第二侧26被配置成飞行器10的右舷侧。
所描绘的示范性实施例的机翼20、22中的每一个都包括一个或多个前缘襟翼28以及一个或多个后缘襟翼30。飞行器10另外包括，或更确切地说，飞行器10的尾翼19包括具有用于偏航控制的方向舵襟翼(未示出)的垂直稳定器32，以及各自具有用于俯仰控制的升降舵襟翼36的一对水平稳定器34。机身12另外包括外表面或蒙皮38。然而，应了解，在本公开的其它示范性实施例中，飞行器10可另外或另一选择为包括任何其它合适的配置。例如，在其它实施例中，飞行器10可以包括任何其它配置的稳定器。
现在还参考图2和4，图1的示范性飞行器10另外包括混合动力电动推进***50，其具有第一推进器组件52和第二推进器组件54。图2提供第一推进器组件52的示意性横截面图，图4提供第二推进器组件54的示意性横截面图。对于所描绘的实施例，第一推进器组件52和第二推进器组件54各自以翼下安装配置进行配置。然而，如将在下文论述，在其它示范性实施例中，第一推进器组件52和第二推进器组件54中的一个或两个可安装在任何其它合适的位置处。
更具体地，总体上参考图1到4，示范性混合动力电动推进***50大体上包括：第一推进器组件52，其具有涡轮机和主要推进器(对于图2的实施例，所述涡轮机和主要推进器一起配置成燃气涡轮发动机，或更确切地，涡扇发动机100)；传动连接到涡轮机的电机56(对于图2中所描绘的实施例，所述电机是电动机/发电机)；第二推进器组件54(对于图3的实施例，所述第二推进器组件配置成电动推进器组件200)；能量存储单元55(可电连接到电机56和/或电动推进器组件200)；控制器72；以及电力总线58。电动推进器组件200、电能存储单元55和电机56各自可通过电力总线58的一根或多根电线60彼此电连接。例如，电力总线58可以包括各种开关或可移动以选择性地电连接混合动力电动推进***50的各种部件的其它电力电子装置。另外，电力总线58可以进一步包括用于调节或转换混合动力电动推进***50内的电功率的电力电子装置，例如，逆变器、转换器、整流器等。
如将了解，控制器72可以被配置成在混合动力电动推进***50的各种部件之间分配电功率。例如，控制器72可以结合电力总线58(包括一个或多个开关或其它电力电子装置)操作以向电机56等各种部件提供电功率或从电机56等各种部件汲取电功率，从而在各种操作模式之间操作混合动力电动推进***50并且执行各种功能。这示意性地描绘为延伸穿过控制器72的电力总线58的电线60，下文将更详细地进行论述。
控制器72可以是专用于混合动力电动推进***50的独立控制器，或另一选择为，其可并入到飞行器10的主***控制器、用于示范性涡扇发动机100的单独控制器(例如涡扇发动机100的全权数字发动机控制***，也称为FADEC)等中的一个或多个中。例如，控制器72可以按与下文参考图12描述的示范性计算***600基本相同的方式来配置(并且可以被配置成执行下文描述的示范性方法300、400、500的一个或多个功能)。
另外，电能存储单元55可以被配置成一个或多个电池，例如一个或多个锂离子电池，或另一选择为，可以被配置成任何其它合适的电能存储装置。应了解，对于本文所描述的混合动力电动推进***50，能量存储单元55被配置成存储相对大量的电功率。例如，在某些示范性实施例中，能量存储单元可以被配置成存储至少约五十千瓦小时的电功率，例如至少约六十五千瓦小时的电功率、例如至少约七十五千瓦小时的电功率以及高达约五千千瓦小时的电功率。
现在具体参考图1和2，第一推进器组件52包括燃气涡轮发动机，其安装或配置成安装到飞行器10的第一机翼20。更确切地，对于图2的实施例，燃气涡轮发动机包括涡轮机102和推进器，所述推进器是风扇(参考图2，称为“风扇104”)。因此，对于图2的实施例，燃气涡轮发动机被配置成涡扇发动机100。
涡扇发动机100限定轴向方向A1(平行于为了参考而提供的纵向中心线101延伸)和径向方向R1。如所陈述，涡扇发动机100包括风扇104和布置于风扇104下游的涡轮机102。
所描绘的示范性涡轮机102大体上包括基本上管状外部壳体106，所述外部壳体106限定环形入口108。外部壳体106以串流关系包覆：压缩机区段，其包括增压机或低压(LP)压缩机110和高压(HP)压缩机112；燃烧区段114；涡轮区段，其包括第一高压(HP)涡轮116和第二低压(LP)涡轮118；以及喷气排气喷嘴区段120。此外，压缩机区段、燃烧区段114和涡轮区段一起至少部分地限定通过涡轮机102的核心空气流动路径121。
涡扇发动机100的示范性涡轮机102另外包括可与涡轮区段的至少一部分一起旋转的一个或多个轴，且对于所描绘的实施例，与压缩机区段的至少一部分一起旋转的一个或多个轴。更具体地，对于所描绘的实施例，涡扇发动机100包括高压(HP)轴或转轴122，所述高压轴或转轴122将HP涡轮116传动连接到HP压缩机112。另外，示范性涡扇发动机100包括低压(LP)轴或转轴124，所述低压轴或转轴124将LP涡轮118传动连接到LP压缩机110。
另外，应了解，图2中描绘的示范性涡轮机102进一步包括主动间隙控制***160。确切地，现在还简单参考图3，图3提供示范性主动间隙控制***160的特写图，对于所描绘的实施例，主动间隙控制***160定位于涡轮机102的涡轮区段内，且更确切地，可与涡轮机102的HP涡轮116一起操作。对于所描绘的实施例，主动间隙控制***160一般包括致动构件162，所述致动构件可大体上沿着径向方向R1移动。
如将了解，主动间隙控制***160通常被配置成维持涡轮区段内的期望间隙而不管例如其中的一个或多个部件的热膨胀如何。确切地，如所描绘，HP涡轮116大体上包括多个HP涡轮转子叶片164。HP涡轮转子叶片164限定径向外部尖端，所述尖端与外部衬垫168限定间隙166，外部衬垫168至少部分地限定核心空气流动路径121。通过使致动构件162沿着径向方向R1移动，主动间隙控制***160可以在多个HP涡轮转子叶片164周围径向向内或径向向外移动衬垫168从而增大或减小间隙166。例如，通常希望在涡轮机102加速期间增大间隙166，以允许多个HP涡轮转子叶片164由于转速提高和/或其所暴露的温度升高而沿着径向方向R1膨胀。相反，通常可能希望在涡轮机102以稳态飞行操作状态操作期间减小间隙166以提高涡轮机102的效率。虽然所描绘的是可与HP涡轮机116一起操作，但在其它示范性实施例中，主动间隙控制***160还可与例如LP涡轮机118一起操作。另外，在本公开的其它示范性实施例中，主动间隙控制***160可以具有任何其它合适的配置。
具体返回参考图2，所描绘的示范性风扇104被配置成可变桨距风扇，所述可变桨距风扇具有以间隔开的方式连接到盘130的多个风扇叶片128。风扇叶片128大体上沿径向方向R1从盘130向外延伸。借助于风扇叶片128可操作地连接到合适的致动构件132，每个风扇叶片128都可围绕相应桨距轴线P1相对于盘130旋转，所述致动构件132被配置成共同改变风扇叶片128的桨距。风扇104以机械方式连接到LP轴124，使得风扇104由第二LP涡轮118以机械方式驱动。更具体地，风扇104(其中包括风扇叶片128)、盘130、和致动构件132通过动力齿轮箱134机械连接到LP轴124，且可通过跨越动力齿轮箱134的LP轴124围绕纵向轴线101旋转。动力齿轮箱134包括多个齿轮，以用于将LP轴124的转速逐步降低到更高效的风扇转速。因此，风扇104由涡轮机102的LP***(包括LP涡轮118)供电。
仍参考图2的示范性实施例，盘130由可旋转的前部轮毂136覆盖，所述前部轮毂136具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片128。另外，涡扇发动机100包括环形风扇壳体或外部机舱138，所述环形风扇壳体或外部机舱138周向包围风扇104和/或涡轮机102的至少一部分。因此，所描绘的示范性涡扇发动机100可被称为“涵道”涡扇发动机。此外，由多个周向间隔开的出口导叶140相对于涡轮机102支承机舱138。机舱138的下游区段142在涡轮机102的外部部分上方延伸，以便在其间限定旁路气流通道144。
仍参考图2，混合动力电动推进***50另外包括电机56，对于所描绘的实施例，所述电机56被配置成电动机/发电机。对于所描绘的实施例，电机56位于涡扇发动机100的涡轮机102内，在核心空气流动路径121内部，并且与涡扇发动机100的一个轴连接/机械连通。更具体地说，对于所描绘的实施例，电机通过LP轴124连接到第二LP涡轮118。电机56可以被配置成将LP轴124的机械功率转换为电功率(使得LP轴124驱动电机56)，或另一选择为，电机56可以被配置成将提供给它的电功率转换为用于LP轴124的机械功率(使得电机56驱动或帮助驱动LP轴124)。
然而，应了解，在其它示范性实施例中，电机56可以替代地位于涡轮机102内任何其它合适位置处或其它地方。例如，在其它实施例中，电机56可以在涡轮区段内与LP轴124同轴地安装，或另一选择为，可以从LP轴124偏移且通过合适的齿轮系驱动。另外或另一选择为，在其它示范性实施例中，电机56可改为由HP***、即由HP涡轮116通过例如HP轴122提供动力，或通过双驱动***由LP***(例如LP轴124)和HP***(例如HP轴122)提供动力。而在其它实施例中，另外或另一选择为，电机56可以包括多个电机，例如，其中一个传动连接到LP***(例如LP轴124)且一个传动连接到HP***(例如HP轴122)。此外，尽管电机56被描述为电动机/发电机，在其它示范性实施例中，电机56可以仅仅配置成发电机。
值得注意的是，在某些示范性实施例中，电机56可以被配置成当由涡轮机102驱动时产生至少约十千瓦的电功率，例如至少约五十千瓦的电功率、例如至少约六十五千瓦的电功率、例如至少约七十五千瓦的电功率、例如至少约一百千瓦的电功率、例如高达五千千瓦的电功率。另外或另一选择为，当从例如电能存储单元55为电机56提供电功率时，电机56可以被配置成向涡轮机102提供或以其它方式增加至少约十五马力的机械功率。例如，在某些示范性实施例中，电机56可以被配置成向涡轮机102提供至少约五十马力的机械功率，例如至少约七十五马力、例如至少约一百马力、例如至少约一百二十马力、例如高达约七千马力。
仍参考图1和2，涡扇发动机100进一步包括控制器150和多个传感器(未示出)。控制器150可以是全权数字发动机控制***，也称为FADEC。涡扇发动机100的控制器150可以被配置成控制例如致动构件132、燃料递送***等的操作。另外，还返回参考图1，涡扇发动机100的控制器150以可操作方式连接到混合动力电动推进***50的控制器72。此外，如将了解，控制器72可另外通过合适的有线或无线通信***(以虚线描绘)以可操作方式连接到第一推进器组件52(包括控制器150)、电机56、第二推进器组件54和能量存储单元55中的一个或多个。
此外，虽然未描绘，但在某些示范性实施例中，涡扇发动机100可以进一步包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器定位成且被配置成感测指示涡扇发动机100的一个或多个操作参数的数据。例如，涡扇发动机100可以包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被配置成感测涡轮机102的核心空气流动路径121内的温度。另外或另一选择为，涡轮风扇发动机100可以包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置成感测燃烧区段114的出口处的排气温度。另外或另一选择为，涡扇发动机100又可以包括一个或多个压力传感器，所述一个或多个压力传感器感测指示涡轮机102的核心空气流动路径121内的压力的数据，例如指示涡轮机102的燃烧区段114内的燃烧器内的压力的数据。此外，在又其它示范性实施例中，涡扇发动机100还可以包括一个或多个速度传感器，所述一个或多个速度传感器被配置成感测指示涡扇发动机100的一个或多个部件的转速的数据，例如指示LP转轴124或HP转轴122中的一个或多个的转速的数据。
应进一步了解，在其它示范性实施例中，图2中所描绘的示范性涡扇发动机100可以具有任何其它合适的配置。例如，在其它示范性实施例中，风扇104可能不是可变桨距风扇，且进一步在其它示范性实施例中，LP轴124可直接机械连接到风扇104(即，涡扇发动机100可不包括齿轮箱134)。此外，应了解，在其它示范性实施例中，涡扇发动机100可以被配置成任何其它合适的燃气涡轮发动机。例如，在其它实施例中，涡扇发动机100可以替代地被配置成涡轮螺旋桨发动机、无涵道涡扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等。
现在具体参考图1和4，如先前所陈述，示范性混合动力电动推进***50另外包括第二推进器组件54，对于所描绘的实施例，所述第二推进器组件安装到飞行器10的第二机翼22。具体参考图4，第二推进器组件54大体上配置成包括电动机206和推进器/风扇204的电动推进器组件200。电动推进器组件200限定沿着自其穿过而延伸以供参考的纵向中心线轴线202延伸的轴向方向A2以及径向方向R2。对于所描绘的实施例，风扇204可通过电动机206围绕中心线轴线202旋转。
风扇204包括多个风扇叶片208和风扇轴210。多个风扇叶片208附接到风扇轴210/可随着所述风扇轴旋转，且大体上沿着电动推进器组件200的周向方向(未示出)间隔开。在某些示范性实施例中，多个风扇叶片208可以固定方式附接到风扇轴210，或另一选择为，多个风扇叶片208可能够相对于风扇轴210旋转，例如在所描绘的实施例中。例如，多个风扇叶片208各自限定相应桨距轴线P2，且对于所描绘的实施例，多个风扇叶片附接到风扇轴210，使得多个风扇叶片208中的每一个的桨距可例如同时通过桨距改变机构211来改变。改变多个风扇叶片208的桨距可增大第二推进器组件54的效率和/或可允许第二推进器组件54实现期望的推力分布。通过此类示范性实施例，风扇204可被称为可变桨距风扇。
此外，对于所描绘的实施例，所描绘的电动推进器组件200另外包括通过一个或多个支撑杆或出口导叶216附接到电动推进器组件200的核心214的风扇壳体或外部机舱212。对于所描绘的实施例，外部机舱212基本上完全包围风扇204，且具体地说包围多个风扇叶片208。因此，对于所描绘的实施例，电动推进器组件200可称作涵道式电风扇。
仍具体参考图4，风扇轴210在核心214内机械连接到电动机206，使得电动机206通过风扇轴210驱动风扇204。风扇轴210由一个或多个轴承218来支承，例如由一个或多个滚子轴承、球轴承或任何其它合适的轴承来支承。另外，电动机206可以是内转电动机(即，包括从定子朝内径向定位的转子)，或另一选择为，可以是外转电动机(即，包括从转子朝内径向定位的定子)，或另一选择为，还可以是轴向通量电动机(即，其中转子既不在定子外部也不在定子内部，而是沿电动机轴线从定子偏移)。
如上文简单提及，电源(例如电机56或能量存储单元55)与电动推进器组合件200(即，电动机206)电连接以用于向电动推进器组件200提供电功率。更具体地，电动机206通过电力总线58、且更具体地通过在其间延伸的一个或多个电缆或电线60与电机56和/或电能存储单元55电连通。
然而，应了解，在其它示范性实施例中，示范性混合动力电动推进***50可具有任何其它合适的配置，且另外，可以任何其它合适的方式集成到飞行器10中。例如，在其它示范性实施例中，混合动力电动推进***50的电动推进器组件200可改为配置成多个电动推进器组件200，和/或混合动力电动推进***50可另外包括多个燃气涡轮发动机(例如涡扇发动机100)和电机56。
此外，在其它示范性实施例中，(多个)电动推进器组件200和/或燃气涡轮发动机以及电机56可在任何其它合适的位置以任何其它合适的方式(例如，包括尾部安装配置)安装到飞行器10。例如，在某些示范性实施例中，电动推进器组件可以被配置成吸入边界层空气并且重新激励这种边界层空气从而为飞行器提供推进益处(推进益处可以是推力，或者可以简单地是通过降低飞行器的阻力来总体上增加用于飞行器的净推力)。
此外，在其它示范性实施例中，示范性混合动力电动推进***50还可以具有其它配置。例如，在其它示范性实施例中，混合动力电动推进***50可能不包括“纯”电动推进器组件。例如，现在简单参考图5，图5提供根据本公开的又一示范性实施例的混合动力电动推进***50的示意图。图5中所描绘的示范性混合动力电动推进***50可以按上文参考图1到4所描述的一个或多个示范性混合动力电动推进***50类似的方式配置。
例如，图5的示范性混合动力电动推进***50大体上包括第一推进器组件52和第二推进器组件54。第一推进器组件大体上包括第一涡轮机102A和第一推进器104A，并且类似地，第二推进器组件54大体上包括第二涡轮机102B和第二推进器104B。第一涡轮机102A和第二涡轮机102B中的每一个大体上包括通过低压轴124使低压压缩机110传动连接到低压涡轮118的低压***，以及通过高压轴122使高压压缩机112传动连接到高压涡轮116的高压***(有时也称为涡轮机的“核心”)。另外，第一推进器104A传动连接到第一涡轮机102A的低压***，并且第二推进器104B传动连接到第二涡轮机102B的低压***。在某些示范性实施例中，第一推进器104A和第一涡轮机102A可以被配置成第一涡扇发动机，并且类似地，第二推进器104B和第二涡轮机102B可以被配置成第二涡扇发动机(例如，类似于图2的示范性涡扇发动机100)。但是，另一选择为，这些部件可以替代地配置成涡轮螺旋桨发动机或任何其它合适的涡轮机驱动的推进装置的部件。此外，在某些示范性实施例中，第一推进器组件52可以安装到飞行器的第一机翼，并且第二推进器组件54可以安装到飞行器的第二机翼(例如，类似于图1的示范性实施例)。当然，在其它示范性实施例中，可以提供任何其它合适的配置(例如，第一推进器组件52和第二推进器组件54均可以安装到同一机翼、第一推进器组件52和第二推进器组件54中的一个或两个可以安装到飞行器的尾部等)。
此外，图5的混合动力电动推进***50另外包括电气***。所述电气***包括第一电机56A、第二电机56B、以及可电连接到第一电机56A和第二电机56B的电能存储单元55。第一电机56A另外连接到第一涡轮机102A。更确切地，对于所描绘的实施例，第一电机56A连接到第一涡轮机102A的高压***，且更确切地，还连接到第一涡轮机102A的高压转轴122。以此方式，第一电机56A可以从第一涡轮机102A的高压***提取功率和/或向第一涡轮机102A的高压***提供功率。
此外，应了解，对于所描绘的实施例，第二推进器组件54不被配置成纯电动推进器组件。替代地，第二推进器组件54被配置成混合动力电动推进器的部件。更具体地，第二电机56B连接到第二推进器104B，并且进一步连接到第二涡轮机102B的低压***。以此方式，第二电机56B可以从第二涡轮机102B的低压***提取功率和/或向第一涡轮机102A的低压***提供功率。更具体地，在某些示范性方面，第二电机56可以驱动或帮助驱动第二推进器104B，使得第二电机56B可以向第二涡轮机102B、第二推进器104B或这两者提供功率。
还如图5中所描绘，示范性混合动力电动推进***50进一步包括控制器72和电力总线58。第一电机56A、第二电机56B和电能存储单元55各自可通过电力总线58的一根或多根电线60彼此电连接。例如，电力总线58可以包括各种开关或可移动以选择性地电连接混合动力电动推进***50的各种部件的其它电力电子装置，并且视需要转换或调节穿过其传递的此类电功率。
此外，应了解，在其它示范性实施例中，示范性混合动力电动推进***50可以具有其它合适的配置。例如，虽然图5的示范性实施例包括连接到第一涡轮机102A的高压***的第一电机56A和连接到第二涡轮机102B的低压***的第二电机56B，但在其它示范性实施例中，电机56A、56B中的每一个可以连接到低压***，或另一选择为可以连接到高压***。另一选择为，在其它示范性实施例中，电气***可以进一步包括连接到第一涡轮机102A的低压***的额外电机和/或连接到第二涡轮机102B的高压***的额外电机。
现在参考图6，图6提供用于操作飞行器的混合动力电动推进***的方法300的流程图。方法300可以总体上用于上文参考图1到5描述的一个或多个示范性混合动力电动推进***。例如，混合动力电动推进***大体上可以包括涡轮机、连接到涡轮机的推进器，以及电气***，其中所述电气***包括连接到涡轮机的电机以及电能存储单元。电能存储单元可以可电连接到电机。
如所描绘，方法300包括在(302)处通过一个或多个计算装置操作涡轮机使得涡轮机旋转推进器。如下文将更详细地解释，方法300可以在飞行操作状态(例如，稳态飞行操作状态；见图7到9)期间在(302)处旋转推进器以产生推力，或方法300可以在怠速操作状态期间在(302)处旋转推进器以产生最小推力量(见图10和11)。
方法300进一步包括在(304)处通过一个或多个计算装置在(302)处操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令；以及在(306)处通过一个或多个计算装置响应于在(304)处接收的加速涡轮机的命令而向电机提供电功率以向涡轮机、推进器或这两者增加功率。
上述方法300可以应用于多种情形(见例如下文参考图6到11的论述)。然而，无论如何，其可以提供更具响应性的推进***和/或可以允许涡轮机更有效地操作。
例如，现在参考图7，图7提供用于操作飞行器的混合动力电动推进***的方法400的流程图。方法400类似于上文参考图6描述的示范性方法300，并且因此通常可以用于上文参考图1到5描述的一个或多个示范性混合动力电动推进***。例如，混合动力电动推进***大体上可以包括涡轮机、连接到涡轮机的推进器，以及电气***，其中所述电气***包括连接到涡轮机的电机以及电能存储单元(任选地)。电能存储单元可以可电连接到电机。
如所描绘，方法400包括通过一个或多个计算装置操作涡轮机使得涡轮机旋转推进器，且更确切地，包括在(402)处通过一个或多个计算装置以稳态飞行操作状态操作涡轮机。例如，在至少某些示范性方面，在(402)处通过一个或多个计算装置以稳态飞行操作状态操作涡轮机包括：通过一个或多个计算装置以巡航操作状态操作涡轮机。
值得注意的是，在此类稳态飞行操作状态期间，混合动力电动推进***通常可以可操作以在其部件之间分配电功率。例如，对于图7中描绘的方法400的示范性方面，在(402)处通过一个或多个计算装置以稳态飞行操作状态操作涡轮机进一步包括：在(404)处通过一个或多个计算装置从电机提取电功率。更确切地，对于所描绘的示范性方面，在(404)处通过一个或多个计算装置从电机提取电功率包括：在(406)处通过一个或多个计算装置从电机提取电功率到电能存储单元。
此外，如将从以上论述了解，在至少某些示范性方面，混合动力电动推进***可以进一步包括多个电机和/或推进器。例如，在某些示范性方面，所述电机可以是第一电机，所述推进器可以是第一推进器，混合动力电动推进***可以进一步包括第二推进器，并且电气***可以进一步包括连接到第二推进器的第二电机。利用此类示范性方面，也如虚线所描绘，在(404)处通过一个或多个计算装置从电机提取电功率可以进一步包括：在(408)处通过一个或多个计算装置从第一电机提取电功率到电能存储单元、第二电机或这两者。例如，在某些示范性方面，在(408)处通过一个或多个计算装置从电机提取电功率可以进一步包括：通过一个或多个计算装置从第一电机提取电功率到第二电机。
仍参考所描绘的方法400的示范性方面，方法400进一步包括通过一个或多个计算装置接收加速涡轮机的命令，且更确切地，包括在(410)处通过一个或多个计算装置在(402)处以稳态飞行操作状态操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令。例如，在至少某些示范性方面，例如所描绘的示范性方面，在(410)处通过一个或多个计算装置在以稳态操作状态操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令可以包括：在(412)处通过一个或多个计算装置接收执行步进爬升操作的命令。如将了解，步进爬升操作通常是指在飞行操作期间使飞行器从第一海拔高度巡航到第二更高的海拔高度的操作。与紧接在前的巡航操作期间所需的推力量相比，执行这种操作通常需要增加的推力量。
此外，所描绘的方法400的示范性方面进一步包括：通过一个或多个计算装置响应于所接收的加速涡轮机的命令而向电机提供电功率以向涡轮机、推进器或这两者增加功率，且更确切地，包括在(414)处通过一个或多个计算装置响应于在(410)处接收的加速涡轮机的命令而向电机提供电功率以向涡轮机、推进器或这两者增加功率。值得注意的是，在(414)处向电机提供电功率可以通过向涡轮机、推进器或这两者增加这样的功率来提高涡轮机的加速度(或提供由推进器产生的增加的推力)，从而响应于在(410)处接收的加速涡轮机的命令而对电机提供基本上瞬时的有效功率增加。
对于所描绘的示范性方面，在(414)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：在(416)处通过一个或多个计算装置从电能存储单元向电机提供电功率。更确切地，对于所描绘的示范性方面，在(414)处通过一个或多个计算装置从电能存储单元向电机提供电功率包括：在(418)处通过一个或多个计算装置利用电机向涡轮机、推进器或这两者提供至少约十五马力的机械功率(应注意，如本文中所使用，如果提供到涡轮机和推进器“这两者”，则所提供的功率量是电机向涡轮机和推进器提供的所有功率的总和)。以此方式，方法400通常可以响应于在(410)处接收到在以稳态飞行操作状态操作涡轮机时加速涡轮机的命令而提供期望的加速度提高。
值得注意的是，在至少某些示范性方面，在(414)处一个或多个计算装置响应于所接收的加速涡轮机的命令而向电机提供电功率以向涡轮机、推进器或这两者增加功率可以包括向电机提供基本恒定/一致的电功率量。然而，现在简单参考图8，图8提供图7的方法400的示范性方面的流程图，在其它示范性方面，例如所描绘的示范性方面，在(414)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：在(415)处通过一个或多个计算装置调制提供给电机的电功率量。更确切地，图8中描绘的方法400的示范性方面进一步包括：在(420)处通过一个或多个计算装置接收指示涡轮机操作参数的数据，并且在(415)处通过一个或多个计算装置调制提供给电机的电功率量进一步包括：在(421)处通过一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示涡轮机操作参数的数据来调制提供给电机的电功率量。例如，以此方式，当电机接近期望的转速或期望的功率输出时，方法400可以减少提供给电机的电功率量。
在某些示范性方面，涡轮机的操作参数可以是涡轮机的一个或多个部件的转速参数，例如转速、旋转加速度或其组合。另一选择为涡轮机的操作参数可以是任何其它合适的操作参数，例如涡轮机内的温度(例如排气温度)、涡轮机内的压力、流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量等。
然而，在其它示范性方面，方法400可以基于任何其它合适的参数在(415)处调制提供给电机的电功率量。例如，在其它示范性方面，如图8中的虚线所描绘，方法400可以进一步包括在(422)处通过一个或多个计算装置接收指示电能存储单元的充电状态的数据。利用此类示范性方面，如虚线所描绘，在(415)处通过一个或多个计算装置调制提供给电机的电功率量可以进一步包括：在(423)处通过一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示电能存储单元的充电状态的数据来调制提供给电机的电功率量。例如，方法400可以在例如电能存储单元的充电水平降到某一阈值以下或接近某一阈值时减少提供给电机的电功率量。
返回参考图7，如所示，方法400通常可以可操作以一旦在(410)处接收到在以稳态飞行操作状态操作涡轮机时加速涡轮机的命令就提供基本立即的加速响应。因此，这可以允许涡轮机在稳态飞行操作状态下更有效地操作。更具体地，对于图7的示范性方面，涡轮机进一步包括主动间隙控制***。主动间隙控制***可以在涡轮机操作期间修改一个或多个涡轮转子叶片与涡轮机的涡轮区段内的外部流动路径衬垫之间的间隙。通常，当以稳态飞行操作状态操作时，间隙保持为大于从效率角度来说为了实现必要时涡轮机相对快速加速的其它情况所需的间隙。例如，如将了解，涡轮机从稳态操作状态加速会提高涡轮转子叶片的转速，并且还升高涡轮转子叶片和其它部件所暴露的温度，从而导致涡轮转子叶片和某些其它部件的膨胀。保持相对较大的间隙是为了适应这种膨胀。然而，考虑到本公开的混合动力电动推进***、且更确切地连接到涡轮机的电机可以提供期望的基本上立即的加速响应，因此主动间隙控制***可以操作为在涡轮转子叶片与例如涡轮区段内的外部流动路径衬垫之间维持相对紧密的间隙。例如，对于所描绘的方法400的示范性方面，主动间隙控制***可以维持期望的相对紧密的间隙，并且响应于接收到加速涡轮机的命令(例如，在(410)处)，通过电机提供期望的立即功率响应，从而给予主动间隙控制***时间以增大足以允许涡轮机通过燃烧加速的间隙(即“松开”)。
因此，对于所描绘的方法400的示范性方面，方法400进一步包括在(424)处通过一个或多个计算装置响应于在(410)处接收的加速涡轮机的命令而使用主动间隙控制***增大涡轮机内的一个或多个间隙。所述一个或多个间隙可以是例如涡轮机的高压涡轮(和/或低压涡轮)内的涡轮转子叶片间隙。确切地说，对于所描绘的实施例示范性方面，在(424)处通过一个或多个计算装置使用主动间隙控制***增大涡轮机内的一个或多个间隙包括：在(426)处与在(414)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率基本上同时地通过一个或多个计算装置使用主动间隙控制***增大涡轮机内的一个或多个间隙。此外，利用此类示范性方面，在(424)处通过一个或多个计算装置使用主动间隙控制***增大涡轮机内的一个或多个间隙另外包括：在(428)处通过一个或多个计算装置将流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量在初始时间段维持基本恒定。值得注意的是，如本文中所使用，术语“基本恒定”可以指与初始值相差小于百分之五的变化。例如，在至少某些示范性方面，在(428)处通过一个或多个计算装置将流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量在初始时间段维持基本恒定可以因此包括：将涡轮机的高压***的转速在初始时间段维持基本恒定，和/或将涡轮机的特定区段内的温度(例如，排气温度)在初始时间段维持基本恒定。
初始时间段可以是足以使主动间隙控制***足够松开以允许涡轮机的高压***加速的时间量。例如，在某些示范性方面，初始时间段可以是至少约两秒、例如至少约五秒、例如高达约十秒、例如高达约五分钟。
此外，现在还简单参考图9，图9提供方法400的示范性方面的另一个流程图，方法400进一步包括：在(430)处通过一个或多个计算装置响应于所接收的加速涡轮机的命令而终止提供在(414)处向电机提供电功率以向涡轮机、推进器或这两者增加功率。更确切地，对于所描绘的示范性方面，在(430)处通过一个或多个计算装置终止提供向电机提供的电功率包括：在(432)处通过一个或多个计算装置至少部分地基于在(420)处接收的指示涡轮机操作参数的数据而终止提供在(414)处向电机提供的电功率。例如，方法400可以确定涡轮机正在以期望的速度旋转或以期望的功率电平操作，并且基于这样的确定来终止向电机提供电功率。
然而，另一选择为，在其它示范性方面，方法400可以基于任何其它合适的确定而终止向电机提供电功率。例如，在其它示范性方面，如虚线所描绘，在(430)处通过一个或多个计算装置终止提供向电机提供的电功率可以包括：在(434)处通过一个或多个计算装置至少部分地基于在(422)处接收的指示电能存储单元的充电状态的数据而终止提供在(414)处向电机提供的电功率。例如，方法400可以确定电能存储单元的充电水平低于预定阈值或接近预定阈值，并且基于这样的确定而终止向电机提供电功率。
根据以上示范性方面中的一个或多个操作混合动力电动推进***可以提供整体更高效的混合动力电动推进***，且更确切地，更高效的涡轮机。
现在参考图10，图10提供根据本公开的另一示范性方面用于操作飞行器的混合动力电动推进***的方法500的流程图。方法500类似于上文参考图6描述的示范性方法300，并且因此通常可以用于上文参考图1到5描述的一个或多个示范性混合动力电动推进***。例如，混合动力电动推进***大体上可以包括涡轮机、连接到涡轮机的推进器，以及电气***，其中所述电气***包括连接到涡轮机的电机以及电能存储单元。电能存储单元可以可电连接到电机。
如所描绘，方法500包括通过一个或多个计算装置操作涡轮机使得涡轮机旋转推进器，且更确切地，包括在(502)处通过一个或多个计算装置以怠速操作状态操作涡轮机。例如，在至少某些示范性方面，在(502)处通过一个或多个计算装置以怠速操作状态操作涡轮机可以包括：使飞行器滑行、定位飞行器进行起飞、将飞行器保持在起飞位置(或一些其它静止位置)等。
另外，方法500包括通过一个或多个计算装置在操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令，且更确切地，包括在(504)处通过一个或多个计算装置在(502)处以怠速操作状态操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令。对于所描绘的方法500的示范性方面，在(504)处通过一个或多个计算装置在以怠速操作状态操作涡轮机时接收加速涡轮机的命令包括：在(506)处通过一个或多个计算装置在(502)处以怠速操作状态操作涡轮机时接收推力增加命令(即，用于涡轮机的推力增加命令)，且更确切地，在(508)处通过一个或多个计算装置在(502)处以怠速操作状态操作涡轮机时接收将涡轮机加速到起飞功率电平的命令。在(506)处接收的推力增加命令和/或在(508)处接收的将涡轮机加速到起飞功率的命令可以经由节气门或其它输入装置从例如飞行器的机组人员提供。
此外，方法500包括通过一个或多个计算装置响应于所接收的加速涡轮机的命令而向电机提供电功率以向涡轮机、推进器或这两者增加功率，且更确切地，包括在(510)处通过一个或多个计算装置响应于在(504)处接收的加速涡轮机的命令而向电机提供电功率以向涡轮机增加功率并提高涡轮机的加速度。对于所描绘的示范性方面，在(510)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：在(512)处通过一个或多个计算装置从电能存储单元向电机提供电功率。更确切地，对于所描绘的示范性方面，在(510)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率包括：在(516)处通过一个或多个计算装置利用电机向涡轮机提供至少约十五马力的机械功率。例如，在至少某些示范性方面，在(510)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率可以进一步包括：提供至少约一百二十五马力、例如至少约一百五十马力、例如高达约五千马力。
值得注意的是，对于所描绘的示范性方面，方法500进一步包括在(517)处通过一个或多个计算装置与在(510)处向电机提供电功率基本上同时地增加流入涡轮机的燃烧区段的燃料流量。例如，如本文中所使用，术语“基本上同时地”可以指彼此约三十秒内，例如彼此约十五秒内、例如彼此约五秒内、例如彼此约两秒内。
此外，应了解，对于图10中描绘的方法500的示范性方面，在(510)处通过一个或多个计算装置向电机提供电功率进一步包括：在(518)处通过一个或多个计算装置调制提供给电机的电功率量。例如，方法500可以通过一个或多个功率电子装置或其它合适的部件来调制(即，增加或减少)从例如电能存储单元提供给电机的电功率量。
更确切地，现在还参考图11，图11提供所描绘的方法500的更详细示范性方面的流程图，对于所描绘的示范性方面，所述方法进一步包括在(520)处通过一个或多个计算装置接收指示涡轮机转速参数的数据。涡轮机的转速参数可以是涡轮机的一个或多个部件的转速，或涡轮机的一个或多个部件的加速度，或这两者的组合。另外，一个或多个部件可以是例如涡轮机的高压转轴或涡轮机的低压转轴。因此，对于所描绘的示范性方面，在(518)处通过一个或多个计算装置调制提供给电机的电功率量进一步包括：在(522)处通过一个或多个计算装置至少部分地基于在(520)处接收的指示涡轮机转速参数的数据来调制提供给电机的电功率量。
然而，应了解，在其它示范性方面，方法500可以替代地基于任何其它合适的指标而在(518)处调制提供给电机的电功率量。例如，除了基于例如涡轮机的当前操作状态调制提供给电机的电功率量(见例如(532))以外，方法500还可以另外或另一选择为以指示期望推力的紧急程度的方式在(518)处调制提供给电机的电功率量。例如，如先前论述，在某些示范性方面，在(504)处通过一个或多个计算装置接收加速涡轮机的命令可以包括：在(506)处通过一个或多个计算装置接收推力增加命令。此外，如虚线所描绘，在至少某些示范性方面，方法500可以进一步包括在(524)处通过一个或多个计算装置确定所命令推力增加的变化率(指示例如期望多快增加推力/期望增加推力的紧急程度)。利用此类示范性方面，在(518)处通过一个或多个计算装置调制提供给电机的电功率量可以进一步包括：在(526)处通过一个或多个计算装置至少部分地基于在(524)处确定的所确定的所命令推力增加的变化率来调制提供给电机的电功率量。
仍参考图10中描绘的方法500的示范性方面，方法500进一步包括在(528)处通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率。在某些示范性方面，在(528)处通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率可以包括：通过一个或多个计算装置基于以下内容中的一个或多个终止向电机提供电功率：涡轮机的转速参数高于所确定的阈值、涡轮机的可操作性参数指示涡轮机正提供超过所确定的阈值的推力量等。此外，在又其它示范性方面，在(528)处通过一个或多个计算装置终止向电机提供电功率可以包括：通过一个或多个计算装置基于以下内容而终止向电机提供电功率：所确定的电能存储单元的充电状态低于最小阈值、电机的温度高于温度上限阈值等。
此外，还如所描绘的，方法500进一步包括在(530)处通过一个或多个计算装置从电机提取电功率。更确切地，对于所描绘的方法500的示范性方面，在(530)处通过一个或多个计算装置从电机提取电功率包括：在(532)处通过一个或多个计算装置从电机提取电功率到电能存储单元。在(530)处的此类提取电功率可以在涡轮机符合在(504)处接收的加速度命令所要求的加速度之后进行，例如在(528)处终止到电机的电功率之后进行。例如，在某些示范性方面，可以在涡轮机以稳态操作状态(例如巡航操作状态)操作时进行在(530)处提取电功率。
值得注意的是，在其它示范性方面，如前所述，所述推进器可以是第一推进器，所述电机可以是第一电机，混合动力电动推进***可以进一步包括第二推进器，并且电气***进一步包括连接到第二推进器的第二电机。利用此类示范性方面，也如虚线所描绘，在(530)处通过一个或多个计算装置从第一电机提取电功率可以进一步包括：在(534)处通过一个或多个计算装置从第一电机提取电功率到电能存储单元、第二电机，或这两者。例如，在至少某些示范性方面，在(530)处通过一个或多个计算装置从第一电机提取电功率可以包括：通过一个或多个计算装置从第一电机提取电功率到第二电机。
根据上文参考图9和10描述的示范性方面中的一个或多个操作混合动力电动推进***可以允许混合动力电动推进***在怠速操作状态期间以相对较低的怠速设定值操作，同时仍能够在起飞等某些操作期间提供期望的、相对较高的加速度水平。这可以使燃料消耗减少并减少飞行器的某些部件的过早磨损，例如减少飞行器的制动器的过早磨损。
现在参考图12，图12描绘根据本公开的实例实施例的实例计算***600。计算***600可以例如用作混合动力电动推进***50中的控制器72。计算***600可以包括一个或多个计算装置610。计算装置610可以包括一个或多个处理器610A和一个或多个存储器装置610B。一个或多个处理器610A可以包括任何合适处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其它合适处理装置。一个或多个存储器装置610B可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其它存储器装置。
一个或多个存储器装置610B可以存储可由一个或多个处理器610A存取的信息，包括可由一个或多个处理器610A执行的计算机可读指令610C。指令610C可以是在由一个或多个处理器610A执行时致使一个或多个处理器610A执行操作的任一组指令。在一些实施例中，指令610C可以由一个或多个处理器610A执行以致使一个或多个处理器610A执行操作，例如计算***600和/或计算装置610被配置成进行的任何操作和功能、如本文中所描述的用于操作涡轮机的操作(例如方法300、400、500)，和/或一个或多个计算装置610的任何其它操作或功能。因此，方法300可以是计算机实施的方法。指令610C可以是以任何合适编程语言编写的软件，或可以在硬件中实施。另外和/或另一选择为，指令610C可以在处理器610A上的逻辑上和/或虚拟上分离的线程中执行。存储器装置610B可以进一步存储可由处理器610A存取的数据610D。例如，数据610D可以包括指示功率流的数据、指示混合动力电动推进***中的各种负载的功率需求的数据、指示混合动力电动推进***的操作参数的数据，包括指示混合动力电动推进***的涡轮机的操作参数的数据。
计算装置610还可以包括用以例如与***600的其它部件通信(例如经由网络)的网络接口610E。网络接口610E可以包括用于与一个或多个网络介接的任何合适部件，包括例如发射器、接收器、端口、控制器、天线，和/或其它合适部件。一个或多个外部显示装置(未描绘)可以被配置成从计算装置610接收一个或多个命令。
本文中所论述的技术参考了基于计算机的***和由基于计算机的***采取的行动以及发送到基于计算机的***和来自基于计算机的***的信息。所属领域的技术人员应认识到，基于计算机的***的固有灵活性允许大量可能的配置、组合以及任务和功能性在部件之间和当中的划分。举例来说，本文中所论述的过程可使用单个计算装置或以组合形式工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用程序可在单个***上实施或跨越多个***分布。分布式部件可以依序或并行操作。
虽然各种实施例的具体特征可能在一些图中示出而未在其它图中示出，但这仅仅是为了方便起见。根据本公开的原理，可结合任何其它附图的任何特征来引用和/或要求保护某一附图的任何特征。
此书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或***以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (19)

1.一种用于操作飞行器的混合动力电动推进***的方法，所述混合动力电动推进***包括推进器、涡轮机和电气***，所述电气***包括连接到所述涡轮机的电机，所述方法包括：
通过一个或多个计算装置操作所述涡轮机使得所述涡轮机旋转所述推进器；
通过所述一个或多个计算装置在操作所述涡轮机时接收加速所述涡轮机的命令；
响应于所接收的加速所述涡轮机的命令将所述涡轮机的高压***的转速在初始时间段维持基本恒定、将所述涡轮机内的温度在所述初始时间段维持基本恒定，或这两者；以及
通过所述一个或多个计算装置响应于所接收的加速所述涡轮机的命令而向所述电机提供电功率以向所述涡轮机、所述推进器或这两者增加功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合动力电动推进***进一步包括电能存储单元，其中通过所述一个或多个计算装置向所述电机提供电功率包括：通过所述一个或多个计算装置从所述电能存储单元向所述电机提供电功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置从所述电能存储单元向所述电机提供电功率包括：通过所述一个或多个计算装置利用所述电机向所述涡轮机、所述推进器或这两者提供至少十五马力的机械功率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置操作所述涡轮机包括：通过所述一个或多个计算装置以稳态飞行操作状态操作所述涡轮机。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：
通过所述一个或多个计算装置响应于所接收的加速所述涡轮机的命令而将流入所述涡轮机的燃烧区段的燃料流量在初始时间段维持基本恒定。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：
响应于所接收的加速所述涡轮机的命令通过所述一个或多个计算装置使用所述涡轮机的主动间隙控制***增大所述涡轮机内的一个或多个间隙。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
通过所述一个或多个计算装置响应于所接收的加速所述涡轮机的命令而将流入所述涡轮机的燃烧区段的燃料流量在初始时间段维持基本恒定，并且其中通过所述一个或多个计算装置使用所述主动间隙控制***增大所述涡轮机内的所述一个或多个间隙包括：与通过所述一个或多个计算装置将所述流入所述涡轮机的所述燃烧区段的燃料流量在所述初始时间段维持基本恒定基本上同时地通过所述一个或多个计算装置使用所述主动间隙控制***增大所述涡轮机内的所述一个或多个间隙。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置使用所述主动间隙控制***增大所述涡轮机内的所述一个或多个间隙包括：与通过所述一个或多个计算装置向所述电机提供电功率基本上同时地通过所述一个或多个计算装置使用所述主动间隙控制***增大所述涡轮机内的所述一个或多个间隙。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过一个或多个计算装置以所述稳态飞行操作状态操作所述涡轮机包括：通过所述一个或多个计算装置从所述电机提取电功率。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置操作所述涡轮机包括：通过所述一个或多个计算装置以怠速操作状态操作所述涡轮机。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置在以所述怠速操作状态操作所述涡轮机时接收所述加速所述涡轮机的命令包括：通过所述一个或多个计算装置在以所述怠速操作状态操作所述涡轮机时接收将所述涡轮机加速到起飞功率水平的命令。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置在以所述怠速操作状态操作所述涡轮机时接收所述加速所述涡轮机的命令包括：通过所述一个或多个计算装置接收推力增加命令。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个计算装置接收所述加速所述涡轮机的命令进一步包括：通过所述一个或多个计算装置确定所命令的推力增加的变化率，并且其中通过所述一个或多个计算装置向所述电机提供电功率包括：通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所确定的所命令的推力增加的变化率来调制提供给所述电机的电功率量。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
通过所述一个或多个计算装置接收指示所述涡轮机的操作参数的数据，并且其中通过所述一个或多个计算装置向所述电机提供电功率包括：通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示所述涡轮机的所述操作参数的数据来调制提供给所述电机的电功率量。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
通过所述一个或多个计算装置接收指示所述涡轮机的操作参数的数据；以及
通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示所述涡轮机的所述操作参数的数据而终止向所述电机提供电功率。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合动力电动推进***进一步包括电能存储单元，并且其中所述方法进一步包括：
通过所述一个或多个计算装置接收指示所述电能存储单元的充电状态的数据，并且其中通过所述一个或多个计算装置向所述电机提供电功率包括：通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示所述电能存储单元的所述充电状态的数据来调制提供给所述电机的电功率量。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合动力电动推进***进一步包括电能存储单元，并且其中所述方法进一步包括：
通过所述一个或多个计算装置接收指示所述电能存储单元的充电状态的数据；以及
通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所接收的指示所述电能存储单元的所述充电状态的数据而终止向所述电机提供电功率。
18.一种用于飞行器的混合动力电动推进***，包括：
推进器；
涡轮机，其连接到所述推进器用于驱动所述推进器并产生推力；
电气***，其包括电机和可电连接到所述电机的电能存储单元，所述电机连接到所述涡轮机；以及
控制器，所述控制器被配置成：
在操作所述涡轮机时接收加速所述涡轮机的命令，并且响应于所接收的加速所述涡轮机的命令而向所述电机提供电功率以向所述涡轮机、所述推进器或这两者增加功率；以及
响应于所接收的加速所述涡轮机的命令将所述涡轮机的高压***的转速在初始时间段维持基本恒定、将所述涡轮机内的温度在所述初始时间段维持基本恒定，或这两者。
19.根据权利要求18所述的混合动力电动推进***，其特征在于，进一步包括：
电能存储单元，其中在向所述电机提供电功率时，所述控制器被配置成从所述电能存储单元向所述电机提供电功率。
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