双循环中间冷却型氢气发动机架构的制作方法

技术特征：
1.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：主气体路径，所述主气体路径具有处于流体串联连通的以下项：空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮部段，所述涡轮部段流体地连接到燃烧器部段的出口，所述涡轮部段操作性地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机；输出轴，所述输出轴操作性地连接到所述涡轮部段以由所述涡轮部段驱动；热交换器，所述热交换器具有：气体导管，所述气体导管流体地连接到所述主气体路径，以及流体导管，所述流体导管与所述气体导管流体隔离并且与所述气体导管热连通，所述流体导管具有液态氢气入口和流体地连接到所述液态氢气入口的气态氢气出口；膨胀涡轮，所述膨胀涡轮具有流体地连接到所述气态氢气出口的气体入口和流体地连接到所述气体入口的气体出口，所述膨胀涡轮的所述气体出口流体地连接到所述燃烧器。2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机还包括液态氢气泵，所述液态氢气泵流体地连接到所述热交换器的所述液态氢气入口并且可操作来将液态氢气供应到所述热交换器的所述液态氢气入口。3. 如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机还包括以下项中的一者或两者：气态氢气蓄积器，所述气态氢气蓄积器相对于氢气流是在所述热交换器的下游，其中所述气态氢气蓄积器是在所述热交换器与所述燃烧器之间；以及气态氢气计量器，所述气态氢气计量器相对于氢气流是在所述气态氢气蓄积器的下游以控制流向所述燃烧器的氢气流，其中所述气态氢气计量器是在所述蓄积器与所述燃烧器之间。4.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述膨胀涡轮操作性地连接到所述输出轴以与所述涡轮部段并行地驱动所述输出轴。5.如权利要求4所述的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机还包括齿轮箱，并且其中所述齿轮箱操作性地连接到由所述燃气涡轮发动机的涡轮部段驱动的主轴，其中所述齿轮箱还包括输出轴，所述输出轴由来自所述涡轮部段和所述膨胀涡轮的联合动力驱动。6.如权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其中所述膨胀涡轮操作性地连接到以下项中的一者或两者：操作性地连接到电力发电机以驱动所述电力发电机；以及操作性地连接到辅助空气压缩机以驱动所述辅助空气压缩机。7.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机具有多个压缩机部段并且所述热交换器的所述气体导管在所述多个压缩机部段的相邻压缩机部段之间的位置处流体地连接到所述主气体路径，所述燃气涡轮发动机还包括：气态氢气蓄积器，所述气态氢气蓄积器相对于氢气流是在所述热交换器的下游，其中所述气态氢气蓄积器是在所述热交换器与所述燃烧器之间；气态氢气计量器，所述气态氢气计量器相对于氢气流是在所述气态氢气蓄积器的下游以控制流向所述燃烧器的氢气流，其中所述气态氢气计量器是在所述蓄积器与所述燃烧器之间；并且其中所述膨胀涡轮是氢气膨胀涡轮，所述氢气膨胀涡轮相对于氢气流是在所述热交换
器的下游和所述燃烧器的上游，其中所述氢气膨胀涡轮的涡轮轴操作性地连接到齿轮箱。8.如权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其中所述氢气膨胀涡轮的出口与所述燃烧器流体连通以将可供燃烧器使用的氢气体提供给所述燃烧器并且对所述齿轮箱添加额外的旋转动力，其中所述齿轮箱操作性地连接到由所述燃气涡轮发动机的所述涡轮部段驱动的主轴，其中所述齿轮箱还包括输出轴，所述输出轴由来自所述涡轮部段和所述膨胀涡轮的联合动力驱动。9.如权利要求8所述的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机还包括控制器，所述控制器操作性地连接到所述气态氢气计量器以及所述齿轮箱、所述氢气膨胀涡轮和/或所述涡轮部段中的任一者中的至少一个传感器，其中所述控制器包括机器可读指令，所述机器可读指令致使所述控制器进行以下操作：接收关于命令动力的输入；从所述齿轮箱、所述氢气膨胀涡轮和/或所述涡轮部段中的至少一者接收输入；以及经由所述气态氢气计量器调整所述气态氢气流以实现所述命令动力。10.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：主气体路径，所述主气体路径具有处于流体串联连通的以下项：空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮部段，所述涡轮部段流体地连接到所述燃烧器的出口，所述涡轮部段操作性地连接到所述压缩机以驱动所述压缩机，其中所述压缩机具有多个压缩机部段；输出轴，所述输出轴操作性地连接到所述涡轮部段以由所述涡轮部段驱动；热交换器，所述热交换器具有：气体导管，所述气体导管流体地连接到所述主气体路径，以及流体导管，所述流体导管与所述气体导管流体隔离并且与所述气体导管热连通，所述流体导管具有液态氢气入口和流体地连接到所述液态氢气入口的气态氢气出口，其中所述热交换器的所述气体导管在所述多个压缩机部段的相邻压缩机部段之间的位置处流体地连接到所述主气体路径。11.如权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机、所述燃烧器和所述涡轮部段是以下项中的一者的一部分：燃气涡轮发动机、往复式热力发动机和旋转式热力发动机。12.如权利要求10所述的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机还包括液态氢气泵，所述液态氢气泵与所述热交换器的所述液态氢气入口流体连通；并且其中所述燃烧器也处于流体连通中以相对于氢气流在所述热交换器的下游接收氢气以使氢气和空气燃烧。13.如权利要求10所述的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机还包括氢气膨胀涡轮，所述氢气膨胀涡轮处于流体连通中以从所述热交换器的所述气态氢气出口接收氢气，所述膨胀涡轮包括可旋转部件，所述可旋转部件操作性地连接到所述膨胀涡轮以通过所述膨胀涡轮的旋转而旋转，
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其中所述可旋转部件还操作性地连接到齿轮箱。14.如权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其中所述氢气膨胀涡轮的出口与所述燃烧器流体连通以将可供燃烧器使用的氢气体提供给所述燃烧器并且对所述齿轮箱添加额外的旋转动力。15. 如权利要求10所述的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机还包括：气态氢气蓄积器，所述气态氢气蓄积器相对于氢气流是在所述热交换器的下游，其中
所述气态氢气蓄积器是在所述热交换器与所述燃烧器之间；以及气态氢气计量器，所述气态氢气计量器相对于氢气流是在所述气态氢气蓄积器的下游以控制流向所述燃烧器的氢气流，其中所述气态氢气计量器是在所述蓄积器与所述燃烧器之间。16.一种操作飞行器的方法，所述方法包括：使液态氢气流膨胀为气态氢气流；从所述气态氢气流中提取动能以使所述飞行器的可旋转部件旋转；以及在所述提取之后，在所述飞行器的燃气涡轮发动机的燃烧器中使所述气态氢气流燃烧，利用来自第一级压缩机的压缩空气将热量供应到热交换器，其中使液态氢气膨胀为气态氢气包括对来自所述第一级压缩机的所述压缩空气进行冷却；对来自所述热交换器的冷却空气进行压缩；以及使所述气态氢气在所述压缩的冷却空气中燃烧。17. 如权利要求16所述的方法，所述方法还包括：使用所述可旋转部件的旋转，产生以下项中的一者或两者：推力和电力。18.如权利要求16所述的方法，其中所述部件是所述燃气涡轮发动机的涡轮，并且所述方法还包括通过使用所述涡轮的旋转来使所述燃气涡轮发动机的输出轴旋转而产生推力，其中所述产生所述推力包括将所述涡轮的所述旋转转化为所述输出轴的较慢旋转；并且其中所述使所述液态氢气流膨胀包括对穿过所述燃气涡轮发动机的压缩气流进行冷却以加热所述液态氢气流。19.一种利用双循环中间冷却架构改造燃气涡轮发动机的方法，其中改造包括：引入液态氢气供应；将热交换器引入到第一级压缩机与第二级压缩机之间的管道；在所述热交换器与所述第二级压缩机之间引入气态氢气蓄积器和气态氢气计量器，在所述热交换器与所述气态氢气蓄积器之间引入膨胀涡轮，所述膨胀涡轮操作性地连接到齿轮箱。20.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括：经由第一管线中的液态氢气泵将所述液态氢气供应连接到所述热交换器；经由第二管线将所述热交换器连接到所述膨胀涡轮；以及经由第三管线将所述膨胀涡轮连接到所述第二级压缩机，其中所述气态氢气蓄积器和所述气态氢气计量器设置在所述第三管线中。

技术总结
在本公开的一方面，提供了一种燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机包括主气体路径，所述主气体路径具有处于流体串联连通的以下项：空气入口；压缩机，所述压缩机流体地连接到所述空气入口；燃烧器，所述燃烧器流体地连接到所述压缩机的出口；以及涡轮部段，所述涡轮部段流体地连接到压缩机部段的出口。在实施方案中，氢气膨胀涡轮处于流体连通中以从热交换器的气态氢气出口接收氢气。在某些实施方案中，所述燃气涡轮发动机包括热交换器，所述热交换器具有：气体导管，所述气体导管流体地连接到所述主气体路径；以及流体导管，所述流体导管与所述气体导管流体隔离并且与所述气体导管热连通。热连通。热连通。


技术研发人员：S
受保护的技术使用者：普拉特-惠特尼加拿大公司
技术研发日：2022.05.27
技术公布日：2022/11/29