關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究和開(kāi)放的聲明

本發(fā)明在由聯(lián)邦航空管理局(faa)授予的合同號(hào)dtwafa-10-c-00046下利用政府支持做出。美國(guó)政府可在本發(fā)明中具有某些權(quán)利。

本公開(kāi)的領(lǐng)域大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體而言，涉及用于隨發(fā)動(dòng)機(jī)健康變化的調(diào)制渦輪冷卻的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)典型地包括冷卻系統(tǒng)，其將冷卻空氣提供至渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)件(如渦輪葉片)，以限制由此類(lèi)構(gòu)件經(jīng)歷的溫度。在已知的冷卻系統(tǒng)中，冷卻流的量大體上固定在于用于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大渦輪入口溫度點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)必需的冷卻所需的水平處。因?yàn)槿細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常在處于小于最大渦輪入口溫度的條件下操作，所以燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一般以過(guò)量的冷卻流和降低的效率操作。該過(guò)量冷卻還具有增加燃料消耗的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面中，提供一種調(diào)制渦輪冷卻(mtc)控制系統(tǒng)。mtc控制系統(tǒng)包括與存儲(chǔ)器通信的處理器。處理器編程成針對(duì)多個(gè)操作條件中的各個(gè)確定發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流需求，以及在多個(gè)操作條件中的各個(gè)相應(yīng)的操作條件期間將確定的所需流引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。處理器還編程成評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康。處理器還編程成基于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的評(píng)估的健康來(lái)修改確定的冷卻流需求，以及在多個(gè)操作條件中的各個(gè)隨后相應(yīng)的操作條件期間將修改的冷卻流需求供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。

在另一方面中，提供一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康調(diào)制至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流的方法。該方法包括針對(duì)多個(gè)操作條件中的各個(gè)確定發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流需求，以及在多個(gè)操作條件中的各個(gè)相應(yīng)的操作條件期間將確定的所需流引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。該方法還包括評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康。該方法還包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的評(píng)估的健康來(lái)修改確定的冷卻流需求，以及在多個(gè)操作條件中的各個(gè)隨后相應(yīng)的操作條件期間將修改的冷卻流需求供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。

在又一方面中，提供一種渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)包括芯部發(fā)動(dòng)機(jī)(包括多級(jí)壓縮機(jī))、風(fēng)扇(由渦輪供能，該渦輪由生成在所述芯部發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣體驅(qū)動(dòng))、風(fēng)扇旁通管(至少部分地包繞芯部發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)扇)，以及調(diào)制渦輪冷卻(mtc)控制系統(tǒng)(與渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件通信)。mtc控制系統(tǒng)包括與存儲(chǔ)器通信的處理器。處理器編程成針對(duì)多個(gè)操作條件中的各個(gè)確定發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流需求，以及在多個(gè)操作條件中的各個(gè)相應(yīng)的操作條件期間將確定的所需流引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。處理器還編程成評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康。處理器還編程成基于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的評(píng)估的健康來(lái)修改確定的冷卻流需求，以及在多個(gè)操作條件中的各個(gè)隨后相應(yīng)的操作條件期間將修改的冷卻流需求供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。

技術(shù)方案1.一種調(diào)制渦輪冷卻(mtc)控制系統(tǒng)，其包括與存儲(chǔ)器通信的處理器，其中所述處理器編程成：

針對(duì)多個(gè)操作條件中的各個(gè)確定發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流需求；

在所述多個(gè)操作條件中的各個(gè)相應(yīng)的操作條件期間將確定的所需流引導(dǎo)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件；

評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康；

基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的評(píng)估的健康來(lái)修改確定的冷卻流需求；以及

在所述多個(gè)操作條件中的各個(gè)隨后相應(yīng)的操作條件期間將修改的冷卻流需求供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的mtc控制系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還編程成在所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的操作期間實(shí)時(shí)地評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案1所述的mtc控制系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還編程成調(diào)制構(gòu)造成供應(yīng)所述修改的冷卻流需求的閥的位置。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的mtc控制系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還編程成使用一個(gè)或更多個(gè)傳感器、一個(gè)或更多個(gè)虛擬傳感器以及所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的一個(gè)或更多個(gè)模型中的至少一個(gè)來(lái)評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的mtc控制系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還編程成使用健康模型和參數(shù)估計(jì)算法來(lái)估計(jì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的所述健康。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案1所述的mtc控制系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還編程成確定至少包括起飛、巡航、爬升以及下降的多個(gè)飛行條件的冷卻流需求。

技術(shù)方案7.一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康調(diào)制至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流的方法，所述方法包括：

針對(duì)多個(gè)操作條件中的各個(gè)確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流需求；

在所述多個(gè)操作條件中的各個(gè)相應(yīng)的操作條件期間將確定的所需流引導(dǎo)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件；

評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康；

基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的評(píng)估的健康來(lái)修改確定的冷卻流需求；以及

在所述多個(gè)操作條件中的各個(gè)隨后相應(yīng)的操作條件期間將修改的冷卻流需求供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其特征在于，評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康包括在所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的操作期間實(shí)時(shí)地評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康。

技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件為多個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件中的一個(gè)，并且其中在所述多個(gè)操作條件中的各個(gè)隨后相應(yīng)的操作條件期間將所述修改的冷卻流需求供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件包括以下中的至少一個(gè)：

與將所需流引導(dǎo)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件相比，在將所述修改的冷卻流需求供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件時(shí)，減小所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在操作期間的燃料消耗率(sfc)，以及

與將所需流引導(dǎo)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件相比，在將所述修改的冷卻流需求供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件時(shí)，增加所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼上時(shí)間。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其特征在于，在所述多個(gè)操作條件中的各個(gè)隨后相應(yīng)的操作條件期間將所述修改的冷卻流需求供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件包括調(diào)制構(gòu)造成供應(yīng)所述修改的冷卻流需求的閥的位置。

技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其特征在于，評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康包括使用一個(gè)或更多個(gè)傳感器、一個(gè)或更多個(gè)虛擬傳感器以及所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的一個(gè)或更多個(gè)模型中的至少一個(gè)來(lái)評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康。

技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的方法，其特征在于，評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康包括使用健康模型和參數(shù)估計(jì)算法來(lái)估計(jì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的所述健康。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其特征在于，針對(duì)多個(gè)操作條件中的各個(gè)確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流需求包括確定至少包含起飛、巡航、爬升以及下降的多個(gè)飛行條件的冷卻流需求。

技術(shù)方案14.一種渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括：

芯部發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括多級(jí)壓縮機(jī)；

風(fēng)扇，其由渦輪供能，所述渦輪由生成在所述芯部發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣體驅(qū)動(dòng)；

風(fēng)扇旁通管，其至少部分地包繞所述芯部發(fā)動(dòng)機(jī)和所述風(fēng)扇；以及

調(diào)制渦輪冷卻(mtc)控制系統(tǒng)，其與所述渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件通信，所述mtc控制系統(tǒng)包括與存儲(chǔ)器通信的處理器，其中所述處理器編程成：

針對(duì)多個(gè)操作條件中的各個(gè)確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流需求；

在所述多個(gè)操作條件中的各個(gè)相應(yīng)的操作條件期間將確定的所需流引導(dǎo)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件；

評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康；

基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的評(píng)估的健康來(lái)修改確定的冷卻流需求；以及

在所述多個(gè)操作條件中的各個(gè)隨后相應(yīng)的操作條件期間將修改的冷卻流需求供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。

技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述處理器還編程成在所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的操作期間實(shí)時(shí)地評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康。

技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述處理器還編程成調(diào)制構(gòu)造成供應(yīng)所述修改的冷卻流需求的閥的位置。

技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述處理器還編程成使用一個(gè)或更多個(gè)傳感器、一個(gè)或更多個(gè)虛擬傳感器以及所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的一個(gè)或更多個(gè)模型中的至少一個(gè)來(lái)評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康。

技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述處理器還編程成使用健康模型和參數(shù)估計(jì)算法來(lái)估計(jì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的所述健康。

技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述處理器還編程成確定至少包括起飛、巡航、爬升以及下降的多個(gè)飛行條件的冷卻流需求。

技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件包括所述渦輪，并且其中所述冷卻流從所述壓縮機(jī)引導(dǎo)至所述渦輪。

附圖說(shuō)明

當(dāng)參照附圖閱讀下列詳細(xì)描述時(shí)，將更好地理解本公開(kāi)的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在該附圖中，相似的標(biāo)記在所有附圖中表示相似的部件，其中：

圖1為根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的包括調(diào)制渦輪冷卻(mtc)控制系統(tǒng)的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；

圖2為示出如圖1中所示的mtc控制系統(tǒng)的示意圖；以及

圖3為基于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康調(diào)制至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流的示例性方法的簡(jiǎn)化圖。

除非另外指出，否則本文中提供的附圖意在示出本公開(kāi)的實(shí)施例的特征。這些特征認(rèn)為是適用于多種系統(tǒng)，其包括本公開(kāi)的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例。就此而言，附圖不意在包括本文中公開(kāi)的實(shí)施例的實(shí)施所需的、本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有常規(guī)特征。

部件列表

100渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

112縱向中心線

114風(fēng)扇組件

116芯部發(fā)動(dòng)機(jī)

118外殼

120入口

122低壓(lp)壓縮機(jī)

124高壓(hp)壓縮機(jī)

126燃燒區(qū)段

128hp渦輪

130lp渦輪

132噴氣排氣噴嘴區(qū)段

134hp軸或轉(zhuǎn)軸

136lp軸或轉(zhuǎn)軸

137芯部空氣流動(dòng)路徑

138風(fēng)扇

140風(fēng)扇葉片

150機(jī)艙

156旁通氣流通路

158一定量的空氣

160入口

162第一部分

164第二部分

166燃燒氣體

168hp渦輪定子導(dǎo)葉

170hp渦輪轉(zhuǎn)子葉片

172lp渦輪定子導(dǎo)葉

174lp渦輪轉(zhuǎn)子葉片

176風(fēng)扇噴嘴排氣區(qū)段

178熱氣體路徑

180調(diào)制渦輪冷卻(mtc)控制系統(tǒng)

182壓縮機(jī)放出連接部

182a第一壓縮機(jī)放出連接部

182b第二壓縮機(jī)放出連接部

182c第三壓縮機(jī)放出連接部

184mtc閥

184a第一mtc閥

184b第二mtc閥

184c第三mtc閥

186導(dǎo)管

186a第一導(dǎo)管

186b第二導(dǎo)管

186c第三導(dǎo)管

200圖

202處理器

204存儲(chǔ)器

206(多個(gè))傳感器

208通信接口

210發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)源

212發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊

214健康模型

215跟蹤濾波器

216學(xué)習(xí)模塊

218控制模塊

220閥定位命令。

具體實(shí)施方式

在以下說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中，將參照一定數(shù)量的用語(yǔ)，其應(yīng)當(dāng)限定為具有以下意義。

單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"和"該"包括復(fù)數(shù)參照，除非上下文另外清楚地指出。

"可選"或"可選地"意思是隨后描述的事件或情形可或可不發(fā)生，并且描述包括其中事件發(fā)生的情況，以及其中其不發(fā)生的情況。

如本文中遍及說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求使用的近似語(yǔ)言可應(yīng)用于修飾可在不導(dǎo)致其涉及的基本功能的變化的情況下可容許地改變的任何數(shù)量表達(dá)。因此，由用語(yǔ)或多個(gè)用語(yǔ)如"大約"、"近似"和"大致"修飾的值不限于指定的精確值。在至少一些情況中，近似語(yǔ)言可對(duì)應(yīng)于用于測(cè)量值的器具的精度。此處和遍及說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求，范圍限制可組合和/或互換，此類(lèi)范圍被識(shí)別并且包括包含在其中的所有子范圍，除非上下文或語(yǔ)言另外指出。

本文中描述的調(diào)制渦輪冷卻(mtc)控制系統(tǒng)的實(shí)施例提供了用于隨發(fā)動(dòng)機(jī)健康和操作條件變化來(lái)修改引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流的量的成本有效的方法。操作條件可包括用于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的飛行條件，如巡航、爬升、下降以及起飛，并且還可包括用于地面或基于船用的制造/工業(yè)發(fā)電應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)功率水平和現(xiàn)場(chǎng)條件，如溫度、濕度、壓力。本文中描述的mtc控制系統(tǒng)與一個(gè)或更多個(gè)mtc閥通信，該一個(gè)或更多個(gè)mtc閥與壓縮機(jī)放出連接部流動(dòng)連通聯(lián)接。mtc控制系統(tǒng)構(gòu)造成生成閥定位命令，以調(diào)節(jié)一個(gè)或更多個(gè)mtc閥的位置，以由此修改引導(dǎo)穿過(guò)其的冷卻流。初始冷卻流根據(jù)所需的確定的冷卻流供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，特別是一個(gè)或更多個(gè)渦輪構(gòu)件。mtc控制系統(tǒng)使用健康模型來(lái)評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康，并且隨確定的發(fā)動(dòng)機(jī)健康和操作條件變化來(lái)確定待引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的修改的冷卻流(例如，更多或更少的冷卻流)。mtc控制系統(tǒng)根據(jù)確定的修改的冷卻流來(lái)修改至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻流通過(guò)生成修改的閥定位命令來(lái)調(diào)節(jié)一個(gè)或更多個(gè)mtc閥的位置而由mtc控制系統(tǒng)修改。在其中冷卻流減少的情況下，通過(guò)在一個(gè)或更多個(gè)操作條件(如巡航飛行條件)期間消除不必要的冷卻流，可減小飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗率(sfc)。在其中需要附加冷卻流的情況下，mtc控制系統(tǒng)可通過(guò)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康和操作條件實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)所需的冷卻流來(lái)延長(zhǎng)一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的壽命。例如，通過(guò)在起飛或爬升飛行條件期間增加冷卻流，可增加發(fā)動(dòng)機(jī)翼上時(shí)間。

圖1為根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的示意性截面視圖。在示例性實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100以高旁通渦扇噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施。如在圖1中示出的，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)100限定軸向方向a(平行于提供用于參考的縱向中心線112延伸)和徑向方向r。大體上，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)100包括風(fēng)扇組件114以及設(shè)置在風(fēng)扇組件114下游的芯部發(fā)動(dòng)機(jī)116。

在示例性實(shí)施例中，芯部發(fā)動(dòng)機(jī)116包括限定環(huán)形入口120的近似管狀的外殼118。外殼118包圍成串流關(guān)系的包括增壓器或低壓(lp)壓縮機(jī)122和高壓(hp)壓縮機(jī)124的壓縮機(jī)區(qū)段；燃燒區(qū)段126；包括高壓(hp)渦輪128和低壓(lp)渦輪130的渦輪區(qū)段；以及噴氣排氣噴嘴區(qū)段132。高壓(hp)軸或轉(zhuǎn)軸134將hp渦輪128傳動(dòng)地連接于hp壓縮機(jī)124。低壓(lp)軸或轉(zhuǎn)軸136將lp渦輪130傳動(dòng)地連接于lp壓縮機(jī)122。壓縮機(jī)區(qū)段、燃燒區(qū)段126、渦輪區(qū)段以及噴嘴區(qū)段132一起限定芯部空氣流動(dòng)路徑137。

在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)100的操作期間，一定量的空氣158通過(guò)包括風(fēng)扇138的風(fēng)扇組件114的相關(guān)聯(lián)入口160進(jìn)入渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)100。在一定量的空氣158橫跨風(fēng)扇138的多個(gè)風(fēng)扇葉片140經(jīng)過(guò)時(shí)，一定量的空氣158的第一部分162指引或發(fā)送到旁通氣流通路156(在芯部發(fā)動(dòng)機(jī)116與環(huán)形機(jī)艙150之間)中，并且一定量的空氣158的第二部分164指引或發(fā)送到芯部空氣流動(dòng)路徑137中，或更具體而言，到lp壓縮機(jī)122中。第一部分162與第二部分164之間的比率通常被稱(chēng)為旁通比。第二部分164的壓力接著在其發(fā)送穿過(guò)高壓(hp)壓縮機(jī)124并且到燃燒區(qū)段126中時(shí)增加，其中第二部分164與燃料混合并且焚燒以提供燃燒氣體166。

燃燒氣體166發(fā)送穿過(guò)hp渦輪128，其中來(lái)自燃燒氣體166的熱和/或動(dòng)能的一部分經(jīng)由hp渦輪定子導(dǎo)葉168(聯(lián)接于外殼118)和hp渦輪轉(zhuǎn)子葉片170(聯(lián)接于hp軸或轉(zhuǎn)軸134)的連續(xù)級(jí)抽取，因此引起hp軸或轉(zhuǎn)軸134旋轉(zhuǎn)，這接著驅(qū)動(dòng)hp壓縮機(jī)124的旋轉(zhuǎn)。燃燒氣體166接著發(fā)送穿過(guò)lp渦輪130，其中熱和動(dòng)能的第二部分經(jīng)由lp渦輪定子導(dǎo)葉172(聯(lián)接于外殼118)和lp渦輪轉(zhuǎn)子葉片174(聯(lián)接于lp軸或轉(zhuǎn)軸136)的連續(xù)級(jí)從燃燒氣體166抽取，這驅(qū)動(dòng)lp軸或轉(zhuǎn)軸136和lp壓縮機(jī)122的旋轉(zhuǎn)和/或風(fēng)扇138的旋轉(zhuǎn)。

燃燒氣體166隨后發(fā)送穿過(guò)芯部發(fā)動(dòng)機(jī)116的噴氣排氣噴嘴區(qū)段132，以提供推進(jìn)推力。同時(shí)，第一部分162的壓力在第一部分162在其從渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)100的風(fēng)扇噴嘴排氣區(qū)段176排出之前發(fā)送穿過(guò)旁通氣流通路156時(shí)顯著地增加，也提供推進(jìn)推力。hp渦輪128、lp渦輪130以及噴氣排氣噴嘴區(qū)段132至少部分地限定熱氣體路徑178，用于將燃燒氣體166發(fā)送穿過(guò)芯部發(fā)動(dòng)機(jī)116。

在示出的實(shí)施例中，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)100還包括調(diào)制渦輪冷卻(mtc)控制系統(tǒng)180。mtc控制系統(tǒng)180構(gòu)造成控制(例如，調(diào)制)冷卻空氣從一個(gè)或更多個(gè)(多個(gè))壓縮機(jī)放出連接部182至一個(gè)或更多個(gè)mtc閥184的引導(dǎo)。冷卻空氣引導(dǎo)穿過(guò)一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)管186(例如，管道、管、歧管等)。在示例性實(shí)施例中，mtc控制系統(tǒng)180隨操作條件和發(fā)動(dòng)機(jī)健康變化調(diào)制穿過(guò)(多個(gè))mtc閥184的冷卻空氣流。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)100僅經(jīng)由實(shí)例在圖1中描繪，并且在其它示例性實(shí)施例中，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)100可具有任何其它適合的構(gòu)造，其包括例如渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)100可具有適合于在飛行器應(yīng)用以及地面和/或基于船用的制造和/或工業(yè)應(yīng)用中使用的構(gòu)造。

圖2為進(jìn)一步示出mtc控制系統(tǒng)180(圖1中示出)的示意性框圖200。在示出的實(shí)施例中，mtc控制系統(tǒng)180構(gòu)造成通過(guò)隨操作條件以及測(cè)量或估計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)健康變化而冷卻來(lái)較高效地控制至(多個(gè))渦輪128和/或130(兩者也在圖1中示出)的冷卻空氣流。使用mtc控制系統(tǒng)180測(cè)量和/或估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)100(也在圖1中示出)的實(shí)際健康水平(例如，劣化的量)便于在新的高效發(fā)動(dòng)機(jī)100中和/或在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)100中實(shí)施精確的冷卻流計(jì)劃。因此，燃料消耗率(sfc)可減小，并且發(fā)動(dòng)機(jī)100的性能可提高。此外，用于劣化的發(fā)動(dòng)機(jī)100的冷卻流的調(diào)節(jié)還可改進(jìn)，便于延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)100(和/或其特定構(gòu)件)的壽命，如改進(jìn)飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)100的翼上時(shí)間。

mtc控制系統(tǒng)180包括一個(gè)或更多個(gè)mtc閥184并且/或者與其通信，以調(diào)節(jié)其定位來(lái)修改至發(fā)動(dòng)機(jī)100的構(gòu)件的冷卻流。在示出的實(shí)施例中，三個(gè)壓縮機(jī)放出連接部182a、182b、182c分別與三個(gè)mtc閥184a、184b、184c流動(dòng)連通聯(lián)接。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，該實(shí)例為非限制性的并且僅為了實(shí)例示出；任何數(shù)量的其它mtc布置在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下被設(shè)想并且可采用。對(duì)應(yīng)于hp壓縮機(jī)124(圖1中示出)的排放區(qū)域的第一壓縮機(jī)放出連接部182a經(jīng)由第一導(dǎo)管186a連接于對(duì)應(yīng)于初級(jí)hp渦輪轉(zhuǎn)子葉片170(也在圖1中示出)的第一mtc閥184a。換句話說(shuō)，壓縮機(jī)124排放空氣用于冷卻初級(jí)hp渦輪轉(zhuǎn)子葉片170。對(duì)應(yīng)于hp壓縮機(jī)124的后級(jí)的第二壓縮機(jī)放出連接部182b經(jīng)由第二導(dǎo)管186b連接于對(duì)應(yīng)于hp渦輪128的初級(jí)導(dǎo)葉的第二mtc閥184b。換句話說(shuō)，hp壓縮機(jī)124的后級(jí)空氣用于冷卻hp渦輪128的初級(jí)導(dǎo)葉。對(duì)應(yīng)于hp壓縮機(jī)124的初級(jí)或中級(jí)的第三壓縮機(jī)放出連接部182c經(jīng)由第三導(dǎo)管186c連接于對(duì)應(yīng)于lp渦輪130的第三mtc閥184c。換句話說(shuō)，hp壓縮機(jī)124的初級(jí)或中級(jí)空氣用于冷卻lp渦輪130。應(yīng)當(dāng)理解的是，在其它實(shí)施例中，多于或少于三個(gè)放出連接部182、mtc閥184和/或?qū)Ч?86可在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下存在于發(fā)動(dòng)機(jī)100中。此外或備選地，mtc閥184可根據(jù)本公開(kāi)與除了渦輪128,130之外的發(fā)動(dòng)機(jī)100的構(gòu)件流動(dòng)連通聯(lián)接，以向其提供冷卻流。

在一個(gè)實(shí)施例中，mtc控制系統(tǒng)180包括包含渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)100的飛行器(未示出)的全權(quán)限數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制(fadec)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或者集成至其。mtc控制系統(tǒng)180構(gòu)造成隨發(fā)動(dòng)機(jī)100的健康和操作條件變化調(diào)制至渦輪128和130中的一個(gè)或更多個(gè)的冷卻空氣流。具體而言，在一個(gè)實(shí)施例中，mtc控制系統(tǒng)180構(gòu)造成實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)100的健康，同時(shí)在各種操作條件下操作發(fā)動(dòng)機(jī)100。操作條件可包括飛行條件(其在本文中也可被稱(chēng)為“飛行階段”)，例如，起飛、爬升、巡航以及下降。操作條件還可包括地面和/或基于船用的制造/工業(yè)發(fā)電發(fā)動(dòng)機(jī)100的操作條件，其包括溫度、濕度、壓力，和/或其任何其它操作條件。在一個(gè)實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)100健康退化，例如由于劣化、灰塵和/或磨損時(shí)，mtc控制系統(tǒng)180構(gòu)造成使至渦輪128和/或130(和/或發(fā)動(dòng)機(jī)100的其它構(gòu)件)的冷卻流增加。在另一實(shí)施例中，對(duì)于較新和/或較高效的發(fā)動(dòng)機(jī)100而言，mtc控制系統(tǒng)180構(gòu)造成使至渦輪128和/或130(和/或發(fā)動(dòng)機(jī)100的其它構(gòu)件)的不必要的冷卻流減少，由此減小sfc和/或改進(jìn)翼上時(shí)間(用于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)100)。

在示出的實(shí)施例中，mtc控制系統(tǒng)180包括處理器202和存儲(chǔ)器204，并且與至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器206和(多個(gè))發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)(如操作條件數(shù)據(jù)、海拔和/或馬赫數(shù))源210通信。在一個(gè)特定實(shí)施例中，傳感器206構(gòu)造成測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)100的健康。應(yīng)當(dāng)理解的是，發(fā)動(dòng)機(jī)100的健康統(tǒng)稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)100的任何構(gòu)件的健康，并且(多個(gè))傳感器206可構(gòu)造成測(cè)量用于評(píng)估的獨(dú)立構(gòu)件的健康。在一些實(shí)施例中，(多個(gè))傳感器206可為虛擬傳感器。傳感器206可遍及發(fā)動(dòng)機(jī)100定位，例如定位在風(fēng)扇138(圖1中示出)、hp壓縮機(jī)124、hp渦輪128、lp渦輪130和/或發(fā)動(dòng)機(jī)100的任何其它構(gòu)件中的一個(gè)中和/或鄰近于其。mtc控制系統(tǒng)180還包括通信接口208，使得mtc控制系統(tǒng)180能夠與遠(yuǎn)程裝置(如傳感器206和一個(gè)或更多個(gè)飛行器控制系統(tǒng)或其它發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)源210)通信。通信接口208可包括例如用于與網(wǎng)絡(luò)一起使用的有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適配器或無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)器。例如，通信接口208可與飛行器控制系統(tǒng)或其它(多個(gè))發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)源210有線或無(wú)線通信，并且可從其接收信號(hào)(例如，請(qǐng)求、指令、值)。

處理器202構(gòu)造成執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀指令(儲(chǔ)存例如在存儲(chǔ)器204中)，以實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊212。發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊212構(gòu)造成處理來(lái)自(多個(gè))傳感器206的傳感器數(shù)據(jù)和/或來(lái)自(多個(gè))源210的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，以估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)100在整個(gè)其壽命中的健康。應(yīng)當(dāng)理解的是，發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊212可構(gòu)造成監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)100的(多個(gè))特定構(gòu)件(如hp壓縮機(jī)124)的健康。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊212包括健康模型214，其包括跟蹤濾波器215或者以其它方式與跟蹤濾波器215通信。健康模型214根據(jù)操作條件、發(fā)動(dòng)機(jī)年齡、翼上時(shí)間和/或其它參數(shù)對(duì)預(yù)期的發(fā)動(dòng)機(jī)條件和飛行器參數(shù)建模。跟蹤濾波器215廣泛地說(shuō)為參數(shù)估計(jì)算法，其用于根據(jù)如使用來(lái)自(多個(gè))傳感器206的傳感器數(shù)據(jù)和/或來(lái)自(多個(gè))源210的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)確定的實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)特征來(lái)調(diào)諧或校準(zhǔn)健康模型214。換句話說(shuō)，跟蹤濾波器215識(shí)別健康模型214與實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)條件之間的差異，并且相應(yīng)地調(diào)諧健康模型214。發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊212構(gòu)造成監(jiān)測(cè)這些差異，作為發(fā)動(dòng)機(jī)100的健康的估計(jì)。

處理器202還包括控制模塊218，其構(gòu)造成使用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊212的輸出，以生成閥定位命令220。此外，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊212的輸出可儲(chǔ)存在學(xué)習(xí)模塊216中，并且/或者從其取回用于校準(zhǔn)目的(例如，健康模塊214和/或其它飛行器系統(tǒng)(圖2中未示出)的校準(zhǔn))?？刂颇K218(和/或處理器202和/或mtc控制系統(tǒng)180的任何其它構(gòu)件)還構(gòu)造成使用閥定位命令220，以調(diào)節(jié)至少一個(gè)mtc閥184的位置，使得調(diào)節(jié)至渦輪128和/或130中的一個(gè)或更多個(gè)的冷卻流。例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊212確定發(fā)動(dòng)機(jī)100的健康劣化超過(guò)閾值水平時(shí)，控制模塊218可生成并且使用閥定位命令220以進(jìn)一步開(kāi)啟一個(gè)或更多個(gè)mtc閥184，以在特定操作條件期間增加對(duì)渦輪128和/或130的冷卻。因此，提供了至對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的修改(增加)的冷卻流。

在示例性實(shí)施例中，mtc控制系統(tǒng)180使用發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊212中的初始參數(shù)(例如，用于新發(fā)動(dòng)機(jī)100的預(yù)期的參數(shù)，或用于劣化發(fā)動(dòng)機(jī)100的最壞情況參數(shù))，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件(如hp渦輪128和/或lp渦輪130)的冷卻流需求。mtc控制系統(tǒng)180針對(duì)多個(gè)操作條件中的各個(gè)確定用于各個(gè)構(gòu)件的冷卻流需求。例如，對(duì)于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)100而言，可在特定的飛行條件(如起飛和爬升)期間需要比在巡航期間更多的冷卻流。以飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)100的實(shí)例繼續(xù)，mtc控制系統(tǒng)180構(gòu)造成最初在如最初確定的各種飛行條件期間將所需的冷卻流引導(dǎo)至各個(gè)構(gòu)件。在一個(gè)實(shí)施例中，mtc控制系統(tǒng)180的控制模塊218將閥定位命令220設(shè)定為用于各個(gè)飛行條件的初始狀態(tài)，使得mtc閥184在各個(gè)飛行條件下適當(dāng)?shù)囟ㄎ?，以向各個(gè)構(gòu)件提供所需的冷卻流。

mtc控制系統(tǒng)180例如使用如以上描述的發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊212來(lái)評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)100的實(shí)際健康。在一個(gè)實(shí)施例中，mtc控制系統(tǒng)180在發(fā)動(dòng)機(jī)100(和其構(gòu)件，如(多個(gè))渦輪128和/或130)的操作期間實(shí)時(shí)地評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)100的健康。mtc控制系統(tǒng)180基于發(fā)動(dòng)機(jī)100的評(píng)估的健康來(lái)修改發(fā)動(dòng)機(jī)100的一個(gè)或更多個(gè)構(gòu)件的冷卻流需求。例如，mtc控制系統(tǒng)180可確定在一個(gè)或更多個(gè)飛行條件(如巡航)期間，比必要的更多的冷卻流引導(dǎo)至渦輪128,130中的一個(gè)。因此，mtc控制系統(tǒng)180的控制模塊218生成更新或修改的閥定位命令220，以修改對(duì)應(yīng)于渦輪128,130中的一個(gè)的、一個(gè)或更多個(gè)mtc閥184的位置。閥定位命令220設(shè)定為修改的狀態(tài)，使得對(duì)應(yīng)的(多個(gè))mtc閥184定位成在巡航期間將較少的冷卻流引導(dǎo)至渦輪128,130中的對(duì)應(yīng)一個(gè)。在此類(lèi)情況下，與將未修改的冷卻流引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)100的構(gòu)件相比，sfc可減小。

在一些實(shí)施例中，控制模塊218可在特定操作條件(例如，在一個(gè)飛行條件(如巡航)期間更新一個(gè)mtc閥184的位置的操作條件)下針對(duì)特定mtc閥184獨(dú)立地修改閥定位命令220。在其它實(shí)施例中，控制模塊218可針對(duì)所有操作條件更新用于一個(gè)mtc閥184的閥定位命令220(例如，可由相同調(diào)節(jié)量或由對(duì)應(yīng)于相應(yīng)飛行條件的縮放調(diào)節(jié)量來(lái)針對(duì)所有飛行條件修改用于一個(gè)閥184的閥定位命令220)。一旦閥定位命令220修改，則mtc控制系統(tǒng)180控制mtc閥184，以將修改的冷卻流供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)100的對(duì)應(yīng)構(gòu)件。

圖3為基于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康調(diào)制至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻流的方法300的簡(jiǎn)化圖。方法300的某些步驟可由調(diào)制渦輪冷卻(mtc)控制系統(tǒng)180(在圖1中示出)實(shí)施。方法300包括針對(duì)多個(gè)操作條件中的各個(gè)確定302發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件(例如，hp渦輪128和/或lp渦輪130中的一個(gè)或更多個(gè)，兩者在圖1中示出)的冷卻流需求。方法300還包括在多個(gè)操作條件中的各個(gè)相應(yīng)的操作條件期間將確定的所需流引導(dǎo)304至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。方法300包括評(píng)估306發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的健康。方法300還包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的評(píng)估的健康來(lái)修改308確定的冷卻流需求，以及在多個(gè)操作條件中的各個(gè)隨后相應(yīng)的操作條件期間將修改的冷卻流需求供應(yīng)310至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。

以上描述的調(diào)制渦輪冷卻(mtc)系統(tǒng)提供用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪構(gòu)件的調(diào)制冷卻的高效方法。具體而言，以上描述的mtc控制系統(tǒng)包括構(gòu)造成評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)健康的發(fā)動(dòng)機(jī)健康評(píng)估模塊，以及構(gòu)造成基于發(fā)動(dòng)機(jī)的健康和操作條件來(lái)生成閥定位命令的控制模塊。因此，以上描述的mtc控制系統(tǒng)隨發(fā)動(dòng)機(jī)健康和操作條件變化將修改的冷卻流供應(yīng)至渦輪構(gòu)件，使得較新的發(fā)動(dòng)機(jī)在某些操作條件期間供應(yīng)較少的不必要的冷卻，并且較老的發(fā)動(dòng)機(jī)可隨劣化變化而充分地冷卻。

本文中描述的方法、系統(tǒng)以及設(shè)備的示例性技術(shù)效果包括以下中的至少一個(gè)：(a)根據(jù)飛行條件和發(fā)動(dòng)機(jī)健康，隨需要的實(shí)際冷卻變化調(diào)制渦輪冷卻；(b)由于此類(lèi)調(diào)制而減小燃料消耗率；(c)由于隨發(fā)動(dòng)機(jī)劣化變化增加至其的冷卻流而延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)和/或其構(gòu)件的壽命(例如，翼上時(shí)間)；和/或(d)關(guān)于“最壞情況情景”操作改進(jìn)對(duì)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)條件的實(shí)時(shí)控制反應(yīng)。

調(diào)制渦輪冷卻系統(tǒng)的示例性實(shí)施例在上面詳細(xì)地描述。調(diào)制渦輪冷卻系統(tǒng)以及操作此類(lèi)系統(tǒng)和構(gòu)件裝置的方法不限于本文中描述的特定實(shí)施例，而是相反地，系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法的步驟可與本文中描述的其它構(gòu)件和/或步驟獨(dú)立地且分開(kāi)地利用。例如，方法還可與需要將渦輪流引導(dǎo)至系統(tǒng)構(gòu)件的其它系統(tǒng)組合使用，并且不限于僅利用如本文中描述的系統(tǒng)和方法實(shí)踐。相反地，示例性實(shí)施例可連同當(dāng)前構(gòu)造成接收和接受調(diào)制冷卻系統(tǒng)的許多其它機(jī)械應(yīng)用來(lái)實(shí)施和利用。

盡管本公開(kāi)的各種實(shí)施例的特定特征可在一些附圖中示出并且在其它附圖中未示出，但這僅是為了方便。根據(jù)本公開(kāi)的原理，附圖的任何特征可與任何其它附圖的任何特征組合來(lái)參照和/或要求權(quán)利。

該書(shū)面的描述使用實(shí)例以公開(kāi)實(shí)施例(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`實(shí)施例(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本公開(kāi)的可專(zhuān)利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。