集成致動器、燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)以及相應(yīng)的操作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本文中所描述的實施例通常涉及冷卻系統(tǒng)，更具體地，涉及用于結(jié)合設(shè)備，例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)的集成致動器閥。
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，諸如飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)，原則上可能包括發(fā)動機(jī)核芯，發(fā)動機(jī)核芯具有軸流式壓縮機(jī)、燃料噴射器、燃燒器、軸流式渦輪以及后向式燃?xì)獬隹?。可能存在多級壓縮機(jī)和多級渦輪。在渦輪發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，空氣被抽吸至發(fā)動機(jī)中且被壓縮機(jī)壓縮，并且，由燃料噴射器將燃料加到壓縮空氣。在燃燒器中點燃燃料和壓縮空氣的混合物。由此產(chǎn)生的熱氣燃燒物流過渦輪，通過燃?xì)獬隹诙园l(fā)動機(jī)的后部離開，其中，該渦輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動壓縮機(jī)。更復(fù)雜的版本的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)使用由發(fā)動機(jī)核芯驅(qū)動的大直徑渦輪風(fēng)扇來增大通過風(fēng)扇導(dǎo)管的空氣的質(zhì)量流量。
[0003]在某些發(fā)動機(jī)功率設(shè)置的期間，在發(fā)動機(jī)核芯的各種室和位置，諸如渦輪和核芯發(fā)動機(jī)室，可能要求冷卻空氣。調(diào)制渦輪冷卻(MTC)系統(tǒng)使用將必要時允許冷卻空氣進(jìn)入渦輪中的閥打開和關(guān)閉的致動器來使渦輪冷卻。核芯室冷卻(CCC)系統(tǒng)使用分配冷卻空氣的附加致動器及閥來使核芯下整流罩發(fā)動機(jī)室冷卻。MTC系統(tǒng)和CCC系統(tǒng)各自具有其特有的致動器及相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件，這些特有的致動器及相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件增加燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的重量、復(fù)雜性以及成本。
[0004]于是，需要減輕重量、降低成本并簡化燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的復(fù)雜性的經(jīng)簡化的集成致動器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個方面，提供集成致動器。集成致動器包括致動器體和聯(lián)接至致動器體的延伸桿。延伸桿包括活塞閥，配置用于在活塞閥完全開放的第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式下的第一位置與活塞閥不及完全開放的第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式下的第二位置之間的選擇性移動。集成致動器還包括流動體，該流動體聯(lián)接至致動器體，以致于流動體容納活塞閥和聯(lián)接至延伸桿的調(diào)制裝置。調(diào)制裝置在第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式下配置成完全開放，并且，在第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式下配置成不及完全開放。
[0006]在另一個方面，提供燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括渦輪和核芯室。渦輪聯(lián)接至渦輪冷卻系統(tǒng)，而核芯室聯(lián)接至核芯室冷卻系統(tǒng)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)還包括集成致動器，該集成致動器聯(lián)接至渦輪冷卻系統(tǒng)和核芯室冷卻系統(tǒng)。集成致動器包括致動器體和聯(lián)接至致動器體的延伸桿。延伸桿包括活塞閥，并且，配置用于在活塞閥完全開放的第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式下的第一位置與活塞閥不及完全開放的第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式下的第二位置之間的選擇性移動。集成致動器還包括流動體，該流動體聯(lián)接至致動器體，以致于流動體容納活塞閥和聯(lián)接至延伸桿的調(diào)制裝置。調(diào)制裝置在第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式下配置成完全開放，并且，在第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式下配置成不及完全開放。
[0007]在又一方面，提供用于操作集成致動器的方法。方法包括提供集成致動器，該集成致動器包括致動器體和聯(lián)接至致動器體的延伸桿。延伸桿包括活塞閥。集成致動器還包括聯(lián)接至延伸桿的流動體，其中，流動體容納活塞閥。集成致動器還包括聯(lián)接至延伸桿的調(diào)制裝置。操作的方法包括在第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式下使延伸桿延伸至第一位置。在第一位置，活塞閥和調(diào)制裝置完全開放。當(dāng)在第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式下使延伸桿縮回至第二位置時，活塞閥和調(diào)制裝置不及完全開放。
【附圖說明】
[0008]圖1是說明示范性的集成致動器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的部分地截面的示意側(cè)視圖； 圖2是第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間的示范性的集成致動器的示意側(cè)視圖；
圖3是第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間的示范性的集成致動器的示意側(cè)視圖；
圖4是沿著圖2和圖3中的線A-A截取的集成致動器的橫截面圖；
圖5是第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間的備選的集成致動器的示意側(cè)視圖；
圖6是第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間的備選的集成致動器的示意側(cè)視圖；
圖7是沿著圖5和圖6中的線B-B截取的集成致動器的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0009]圖1是說明示范性的集成致動器100的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的部分地截面的示意側(cè)視圖。根據(jù)本公開，發(fā)動機(jī)10包括核芯室冷卻(CCC)系統(tǒng)12和調(diào)制渦輪冷卻(MTC)系統(tǒng)13。示范性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10還自前向后按照順序流動的關(guān)系包括風(fēng)扇28、增壓器或低壓壓縮機(jī)14、高壓壓縮機(jī)16、燃燒器18、高壓渦輪20以及低壓渦輪22，所有的這些器件，不包括風(fēng)扇28，都位于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的核芯室15內(nèi)。高壓渦輪20和低壓渦輪22兩者都包括多級(未示出)，每級都包括轉(zhuǎn)子盤(未示出)和從轉(zhuǎn)子盤向外徑向地延伸的多個周向地隔開的轉(zhuǎn)子葉片(未示出)。高壓渦輪20利用第一轉(zhuǎn)子軸24來驅(qū)動性地連接至高壓壓縮機(jī)16，低壓渦輪22利用第二轉(zhuǎn)子軸26來驅(qū)動性地連接至低壓壓縮機(jī)14，第二轉(zhuǎn)子軸26圍繞發(fā)動機(jī)10的縱向中心線軸線同軸地安置于軸24內(nèi)。發(fā)動機(jī)10用于通過軸延伸部分32來驅(qū)動風(fēng)扇28。
[0010]通過來自燃燒器18、渦輪20以及渦輪22的輻射和燃燒來對核芯室15加熱，燃燒器18、渦輪20以及渦輪22全都在非常高的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)。利用CCC系統(tǒng)12來使核芯室15冷卻，以使發(fā)動機(jī)10免于過熱。CCC系統(tǒng)12包括風(fēng)扇排放入口 30、可變旁通閥34、空氣導(dǎo)管36、集成致動器100以及冷卻歧管38。集成致動器100安裝于核芯室15的外表面45。CCC系統(tǒng)12從至少風(fēng)扇排放入口 30接收空氣，空氣通過空氣導(dǎo)管36而進(jìn)入集成致動器100中。CCC系統(tǒng)12可以從其他來源，諸如旁通閥34接收空氣。在第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式102期間，集成致動器100完全開放，以給冷卻歧管38分配空氣，從而使燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的核芯構(gòu)件冷卻。來自歧管38的空氣典型地越過核芯室15而排放，通過后排氣孔35而退出。在第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式104下，集成致動器不及完全開放，給CCC系統(tǒng)12分配較少的冷卻空氣。在下文中更詳細(xì)地描述運(yùn)轉(zhuǎn)模式102和運(yùn)轉(zhuǎn)模式104以及集成致動器100的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0011]MTC系統(tǒng)13包括壓縮機(jī)14與渦輪20之間的管道(未示出)和周向地圍繞渦輪20的另一個管道(未示出)。MTC系統(tǒng)13還包括集成致動器100，集成致動器100聯(lián)接至自渦輪20起向外徑向地定位的調(diào)制裝置，諸如致動閥40。在發(fā)動機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)期間，渦輪20，包括相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子盤和轉(zhuǎn)子葉片，在非常高的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)并要求直接冷卻。MTC系統(tǒng)13是一個用來將冷卻空氣引導(dǎo)至渦輪20，包括轉(zhuǎn)子盤和轉(zhuǎn)子葉片中，必要時使用集成致動器100來調(diào)制致動閥40以控制冷卻空氣進(jìn)入渦輪20中的流量的系統(tǒng)。具體地，在第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式102期間，集成致動器100配置成將閥40完全開放，從而與當(dāng)在不要求來自MTC系統(tǒng)13的冷卻空氣的情況下，集成致動器100將閥40至少部分地關(guān)閉以限制被引導(dǎo)至渦輪20的冷卻空氣的量時的第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式104期間相比，允許更大的質(zhì)量流量的冷卻空氣進(jìn)入渦輪20中。在下文中更詳細(xì)地描述運(yùn)轉(zhuǎn)模式102和運(yùn)轉(zhuǎn)模式104以及集成致動器100的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0012]在示范性的實施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10在各種運(yùn)轉(zhuǎn)模式下運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，發(fā)動機(jī)10能夠在相應(yīng)地與相對地較高的功率設(shè)置和相對地較低的功率設(shè)置，諸如起飛和巡航相對應(yīng)的第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式102和第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式104下運(yùn)轉(zhuǎn)。與在巡航運(yùn)轉(zhuǎn)，第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式104的期間生成的在低功率設(shè)置下輸出的相對地較小的量的推進(jìn)功率相比，在起飛和滑行，第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式102的期間，發(fā)動機(jī)10對生成在高功率設(shè)置下輸出的相對地較大的推進(jìn)功率有效。
[0013]由于燃?xì)獾臏囟仍谄痫w期間比在巡航期間顯著地更高，因而在第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式102期間，冷卻空氣典型地由CCC系統(tǒng)12提供給下整流罩核芯室15，并且，由MTC系統(tǒng)13提供給渦輪20及其相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件，以便降低在燃燒器18和渦輪20內(nèi)生成的溫度。在第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式102期間，集成致動器100配置成完全開放，從而將冷卻空氣通過CCC系統(tǒng)12而引導(dǎo)至核芯室15，并且，將閥40完全開放，以允許MTC系統(tǒng)13使渦輪20冷卻。
[0014]然而，在發(fā)動機(jī)10產(chǎn)生較小的推進(jìn)功率且燃?xì)獾臏囟容^低的情況下，如在巡航飛行期間的第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式104下，核芯室15和渦輪20不要求像在第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式102期間那么多的冷卻空氣。在第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式104期間，集成致動器100配置成不及完全開放，以允許至少有限的量的冷卻空氣到達(dá)CCC系統(tǒng)12，并且，將閥40至少部分地關(guān)閉，以致于MTC系統(tǒng)13在第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式104期間給渦輪20提供較少的冷卻空氣。
[0015]集成致動器100的運(yùn)轉(zhuǎn)受電輸出信號控制，由電控制單元(ECU) 44基于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的功率設(shè)置而根據(jù)限定第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式102和第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式104的預(yù)定的控制進(jìn)程來生成該電輸出信號。在第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式102期間，諸如在滑行和起飛期間，ECU 44控制集成致動器100的運(yùn)轉(zhuǎn)，以便允許CCC系統(tǒng)12將冷卻空氣引導(dǎo)至核芯室15，并且，允許MTC系統(tǒng)13將閥40完全開放，以將冷卻空氣引導(dǎo)至渦輪20。在第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式104期間，諸如在巡航飛行期間，E⑶44進(jìn)一步控制集成致動器100的運(yùn)轉(zhuǎn)，以便限制由CCC系統(tǒng)12引導(dǎo)至核芯室15的冷卻空氣的量，并且，將閥40至少部分地關(guān)閉，以限制由MTC系統(tǒng)13引導(dǎo)至渦輪20的冷卻空氣的量。CCC系統(tǒng)12和MTC系統(tǒng)13在相同的進(jìn)程下運(yùn)轉(zhuǎn)，以致于在核芯室15或渦輪20要求冷卻時，如由ECU 44根據(jù)控制進(jìn)程而確定的，將集成致動器100接合，以允許冷卻空氣到達(dá)核芯室15和渦輪20兩者。
[0016]圖2是第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式102期間的示范性的集成致動器100的示意側(cè)視圖。圖3是第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式104期間的示范性的集成致動器100的示意側(cè)視圖。圖4是沿著圖2和圖3中的線A-A截取的集成致動器的橫截面圖。在示范性的實施例中，集成致動器100在形狀上為圓柱形，包括致動器體106和從致動