低溫燃料成分及雙燃料飛行器系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】低溫燃料成分及雙燃料飛行器系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)請(qǐng)求享有2012年12月28日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/746，900號(hào)的權(quán)益，該申請(qǐng)以其整體并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本文中公開的技術(shù)大體上涉及飛行器系統(tǒng)，并且更具體地涉及在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用雙燃料的飛行器系統(tǒng)及其操作方法。
【背景技術(shù)】
[0004]某些低溫燃料如液化天然氣(LNG)可比常規(guī)噴氣燃料廉價(jià)。用以在常規(guī)燃?xì)鉁u輪應(yīng)用中冷卻的當(dāng)前途徑使用壓縮空氣或常規(guī)液體燃料。用于冷卻的壓縮機(jī)空氣的使用可降低發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率。
[0005]因此，將合乎需要的是具有在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用雙燃料的飛行器系統(tǒng)。將合乎需要的是具有飛行器系統(tǒng)，其可由航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)，該航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可使用常規(guī)噴氣燃料和/或較廉價(jià)的低溫燃料如液化天然氣(LNG)來(lái)操作。將合乎需要的是具有航空燃?xì)鉁u輪構(gòu)件和系統(tǒng)中的更有效的冷卻。將合乎需要的是在發(fā)動(dòng)機(jī)中具有改進(jìn)的效率和較低的比燃料消耗以降低操作成本。合乎需要的是具有使用雙燃料的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其可利用較少的溫室氣體(C02)、氮氧化物N0X、一氧化碳C0、未燃烴和煙來(lái)減小環(huán)境影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種低溫燃料成分，其包括液化天然氣(LNG)和以足以增大成分中的潤(rùn)滑性同時(shí)能夠溶于LNG中的量的對(duì)二甲苯。
[0007]在另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種低溫燃料成分，其包括主要量的LNG和次要量的對(duì)二甲苯，該次要量的對(duì)二甲苯具有1到120ppm的低溫燃料成分中的濃度。
[0008]在又一方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種具有至少一個(gè)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的用于飛行器的雙燃料飛行器系統(tǒng)，其具有用于將第一燃料從第一燃料箱提供至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的第一燃料系統(tǒng)，以及第二燃料系統(tǒng)，其用于提供低溫燃料成分，并且具有儲(chǔ)存LNG且流體地聯(lián)接于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的第二燃料箱、儲(chǔ)存添加劑且流體地聯(lián)接于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的添加劑箱，以及混合裝置，其構(gòu)造成產(chǎn)生包括主要量的LNG和選自包括對(duì)二甲苯、苯、甲苯和間二甲苯的組的次要量的添加劑的低溫燃料成分至飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]可通過(guò)參照連同附圖進(jìn)行的以下描述而最佳地理解本文中所述的技術(shù)，在該附圖中:
[0010]圖1為具有雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)的示例性飛行器系統(tǒng)的等距視圖；
[0011]圖2為示例性燃料輸送/分配系統(tǒng)；
[0012]圖2a為示例性低溫燃料的示例性壓焓圖中的示例性操作路徑；
[0013]圖3為示出燃料箱和示例性沸溶物使用的示例性布置的示意圖；
[0014]圖4為具有燃料輸送和控制系統(tǒng)的示例性雙燃料飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性截面視圖；
[0015]圖5為示出示意性換熱器的示例性雙燃料飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的示意性截面視圖；
[0016]圖6a為不例性直接換熱器的不意圖；
[0017]圖6b為示例性間接換熱器的示意圖；
[0018]圖6c為另個(gè)不例性間接換熱器的不意圖；
[0019]圖7為用于飛行器系統(tǒng)的示例性飛行任務(wù)曲線的示意圖；以及
【具體實(shí)施方式】
[0020]參照本文中的附圖，相同附圖標(biāo)記遍及各個(gè)視圖表示相同元件。
[0021]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的飛行器系統(tǒng)5。示例性飛行器系統(tǒng)5具有機(jī)身6和附接于機(jī)身的機(jī)翼7。飛行器系統(tǒng)5具有推進(jìn)系統(tǒng)100，其產(chǎn)生在飛行中推進(jìn)飛行器系統(tǒng)所需的推進(jìn)推力。盡管推進(jìn)系統(tǒng)100在圖1中示為附接于機(jī)翼7，但在其它實(shí)施例中，其可聯(lián)接于飛行器系統(tǒng)5的其它部分，如例如，尾部16。
[0022]示例性飛行器系統(tǒng)5具有燃料儲(chǔ)存系統(tǒng)10，用于儲(chǔ)存用于推進(jìn)系統(tǒng)100中的一種或更多種類型的燃料。如本文中在下面進(jìn)一步所闡釋，圖1中所示的示例性飛行器系統(tǒng)5使用兩種類型的燃料。因此，示例性飛行器系統(tǒng)5包括能夠儲(chǔ)存第一燃料11的第一燃料箱21，以及能夠儲(chǔ)存第二燃料12的第二燃料箱22。在圖1中所示的示例性飛行器系統(tǒng)5中，第一燃料箱21的至少一部分位于飛行器系統(tǒng)5的機(jī)翼7中。在圖1中所示的一個(gè)示例性實(shí)施例中，第二燃料箱22在機(jī)翼聯(lián)接于機(jī)身的位置附近位于飛行器系統(tǒng)的機(jī)身6中。在備選實(shí)施例中，第二燃料箱22可位于機(jī)身6或機(jī)翼7中的其它適合的位置處。在其它實(shí)施例中，飛行器系統(tǒng)5可包括能夠儲(chǔ)存第二燃料12的可選的第三燃料箱123?？蛇x的第三燃料箱123可位于飛行器系統(tǒng)的機(jī)身的后部中，如例如圖1中示意性所示。
[0023]如本文中隨后進(jìn)一步所述，圖1中所示的推進(jìn)系統(tǒng)100為雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)，其能夠通過(guò)使用第一燃料11或第二燃料12或使用第一燃料11和第二燃料12兩者生成推進(jìn)推力。示例性雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)100包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)101，其能夠有選擇地使用第一燃料11或第二燃料21或以選擇比例使用第一燃料和第二燃料兩者來(lái)生成推進(jìn)推力。第一燃料可為常規(guī)液體燃料，如，基于煤油的噴射燃料，如，現(xiàn)有技術(shù)中稱為Jet-A、JP-8或JP-5的，或其它已知的類型或等級(jí)。在本文中所述的示例性實(shí)施例中，第二燃料12為在非常低的溫度下儲(chǔ)存的低溫燃料。在本文中所述的一個(gè)實(shí)施例中，低溫第二燃料12為液化天然氣(作為備選在本文中稱為"LNG")。低溫第二燃料12在低溫下儲(chǔ)存在燃料箱中。例如，LNG在大約-265° F下，在大約15psia的絕對(duì)壓力下儲(chǔ)存在第二燃料箱22中。燃料箱可由已知的材料如鈦、鉻鎳鐵合金、鋁或復(fù)合材料制成。
[0024]LNG其較弱的潤(rùn)滑特征廣為人知，導(dǎo)致了低LNG栗部分壽命、軸承故障和增加的維護(hù)。此外，操作限制可置于某些LNG栗上，這導(dǎo)致一個(gè)或僅一些穩(wěn)態(tài)條件下的有限瞬態(tài)操作。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，添加劑可添加至LNG混合物來(lái)改進(jìn)其潤(rùn)滑性。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可使用包括但不限于對(duì)二甲苯、苯、甲苯和間二甲苯的添加劑。具體而言，對(duì)二甲苯提供高溶解性和優(yōu)異潤(rùn)滑性。
[0026]航空渦輪燃料Jet-A和Jet-Al中的當(dāng)前潤(rùn)滑性增強(qiáng)劑可包括若干品牌潤(rùn)滑性增強(qiáng)劑，其目前在達(dá)到但不超過(guò)23ppm(見(jiàn)ASTM D1655)的濃度下使用，這是用于此類Jet_A和Jet-Al燃料的規(guī)格。此類水平示出了顯著地改進(jìn)流體的潤(rùn)滑性所需的濃度水平。
[0027]確定了對(duì)二甲苯將產(chǎn)生優(yōu)異的潤(rùn)滑增強(qiáng)劑，因?yàn)槠湓贚NG中的其溶解性和其潤(rùn)滑特征方面是獨(dú)特的。對(duì)二甲苯具有高溶解性和優(yōu)異潤(rùn)滑性的組合。對(duì)二甲苯可以以足以增大成分的潤(rùn)滑性同時(shí)能夠溶解在LNG中的量被包括，該量可包括1到120ppm之間的范圍。這具有減小旋轉(zhuǎn)和靜止燃料潤(rùn)濕硬件之間的摩擦，主動(dòng)地影響多種性能和維護(hù)相關(guān)的問(wèn)題的效果。
[0028]添加劑可包括大部分對(duì)二甲苯和較低濃度的苯、甲苯和間二甲苯中的一種。不管添加劑是單獨(dú)的對(duì)二甲苯或是與附加的(多種)添加劑組合的對(duì)二甲苯，添加劑都可具有高于23ppm的濃度，包括添加劑可具有達(dá)到大約120ppm的濃度，從而將增大的潤(rùn)滑性提供至LNG混合物。
[0029]以該方式，使用的低溫燃料可包括主要量LNG和包括對(duì)二甲苯的次要量添加劑。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，添加劑如苯、甲苯和間二甲苯可以以較低濃度單獨(dú)地或與對(duì)二甲苯組合被包括。以該方式，使用的低溫燃料可包括主要量LNG和次要量添加劑，其選自包括對(duì)二甲苯、苯、甲苯和間二甲苯的組。至少LNG和對(duì)二甲苯的所得溶液具有期望的潤(rùn)滑性質(zhì)，并且保持為溶液。
[0030]添加劑可通過(guò)本領(lǐng)域中已知的任何方法混合到LNG燃料混合物中。例如，用于具有至少一個(gè)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的飛行器5的雙燃料飛行器系統(tǒng)可包括用于將第一燃料11從第一燃料箱提供至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的第一燃料系統(tǒng)，以及第二燃料系統(tǒng)，其用于提供低溫燃料成分，并且具有儲(chǔ)存LNG且流體地聯(lián)接于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的第二燃料箱、儲(chǔ)存添加劑且流體地聯(lián)接于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的添加劑箱，以及構(gòu)造成產(chǎn)生包括主要量LNG和選自包括對(duì)二甲苯、苯、甲苯和間二甲苯的組的次要量添加劑的低溫燃料成分至飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的混合裝置。將理解的是，在雙燃料飛行器系統(tǒng)中，第一燃料可為基于液體煤油的燃料。次要量添加劑可超過(guò)23ppm，包括達(dá)到120ppm的濃度。如上文所述，次要量添加劑可包括大部分對(duì)二甲苯和較低濃度的苯、甲苯和間二甲苯中的一種。作為備選，添加劑可僅包括對(duì)二甲苯。
[0031]添加劑如對(duì)二甲苯的添加提供了極大改進(jìn)的LNG栗可靠性和改進(jìn)的操作包絡(luò)線。此外，提供其效果所需的其寬可用性和相對(duì)低濃度使對(duì)二甲苯將低成本添加至LNG混合物。
[0032]圖1中所示的示例性飛行器系統(tǒng)5包括燃料輸送系統(tǒng)50，其能夠?qū)⑷剂蠌娜剂蟽?chǔ)存系統(tǒng)10輸送至推進(jìn)系統(tǒng)100。已知的燃料輸送系統(tǒng)可用于輸送常規(guī)的液體燃料，如，第一燃料11。在本文中所述和圖1和2中所示的示例性實(shí)施例中，燃料輸送系統(tǒng)50構(gòu)造成將低溫液體燃料(如例如LNG)通過(guò)傳輸?shù)蜏厝剂系膶?dǎo)管54輸送至推進(jìn)系統(tǒng)100。為了在輸送期間大致保持低溫燃料的液態(tài)，燃料輸送系統(tǒng)50的導(dǎo)管54的至少一部分被隔離，并且構(gòu)造用于傳輸加壓低溫液體燃料。在一些示例性實(shí)施例中，導(dǎo)管54的至少一部分具有雙壁構(gòu)造。導(dǎo)管可由已知的材料如鈦、鉻鎳鐵合金、鋁或復(fù)合材料制成。
[0033]圖1中所示的飛行器系統(tǒng)5的示例性實(shí)施例還包括燃料電池