利用增强燃烧模块的涡轮发动机系统的制作方法

利用增强燃烧模块的涡轮发动机系统
1.相关申请的交叉参考
2.本技术主张2020年12月19日提交并且目前待决的美国专利申请17/128,080和2020年11月4日提交的美国临时专利申请63,109,596的优先权权益；上述两个专利申请特此全部并入本案供参考。
3.发明背景
技术领域
4.本发明涉及利用增强燃烧模块来产生排气的涡轮发动机系统，所述排气是高焓气流，所述排气被馈送到发动机的涡轮部分中并在所述涡轮部分中由增强燃烧模块产生动力以用于驱动主轴和/或用于辅助目的。


背景技术：

5.当前的涡轮发动机压缩空气，并接着将燃料喷射到所述压缩空气中并在集中系统中点燃所述空气-燃料混合物以将从此燃烧燃料的排气产生到涡轮叶片上。这需要非常大的气流来保持燃烧系统和涡轮两者足够冷以防止损坏。因此，制动燃料消耗率和制动空气消耗率非常高。制动燃料消耗率(bsfc)是在1小时内产生1马力(lb/hp-hr)需要多少磅燃料的量度。制动空气消耗率(bsac)是在1小时内产生1马力(lb/hp-hr)要耗费多少磅空气的量度。此外，标准的涡轮发动机需要额外的气流来达到冷却目的。


技术实现要素：

6.本发明涉及涡轮发动机系统，所述涡轮发动机系统利用一个或多个增强燃烧模块产生排气，所述排气被馈送到发动机的涡轮部分中并且在所述涡轮部分中由所述增强燃烧模块产生动力以用于驱动主轴和/或用于辅助目的。涡轮发动机可具有一个或多个增强燃烧模块，所述一个或多个增强燃烧模块配置在发动机的压缩机与涡轮之间。示例性增强燃烧模块从压缩机接收压缩空气，进一步压缩所述空气，喷射燃料并点燃空气/燃料混合物，从而使所述混合物膨胀以使可用于产生动力的轴转动。所述轴可与动力生成器(诸如发电机、液压泵、气动泵和/或任何其他动力转换装置)联接。所述轴可与涡轮的主轴联接以向所述主轴提供扭矩。增强燃烧模块可向所述涡轮发动机系统提供对动力的成比例控制。动力中的一些可用于驱动主轴并且一些可用于为涡轮发动机系统的其他部件提供动力。
7.增强燃烧模块的轴可通过可啮合或脱离的物理连杆机构或齿轮或由所述轴驱动的发电机所产生的电动力与主轴联接，可用于经由与所述主轴联接的马达提供推力。可实现从增强燃烧模块输出的动力的组合，其中一些动力用于驱动主轴并且一些用于产生电动力、液压动力和/或气动动力。来自动力生成器的动力可存储在电池、液压蓄能器或气动蓄能器中并且可用于为辅助的电装置、液压装置或气动装置(诸如，载具(诸如航空器、船只或陆地载具)上的装置)提供动力。举例来说，增强燃烧模块可与发电机联接，所述发电机产生存储在电池中的动力并且电池可为空气动力流控制装置和/或航空器上的其他电气部件提
供动力。增强燃烧模块可压缩气动流体，或给液压流体器皿加压，或用作液压流体的泵来为载具上的辅助装置提供动力。
8.示例性增强燃烧模块是燃烧燃料以推动轴并产生排气的旋转式发动机或往复式发动机。示例性增强燃烧模块从压缩机接收压缩空气，进一步压缩所述空气，喷射燃料并点燃空气/燃料混合物，从而使所述混合物膨胀以使可用于产生动力的轴转动。示例性增强燃烧模块可接收压缩空气，所述压缩空气接收燃料喷射以用于燃烧。如本文中所详述，轴可与动力生成器联接并且排气或排气的至少一部分可被引导到涡轮以驱动所述涡轮。增强燃烧模块从涡轮发动机系统的压缩机接收压缩空气并将此压缩空气与燃料混合，接着进一步压缩并燃烧以驱动所述轴。可将燃烧的空气和燃料或其一部分引导到涡轮。所述涡轮可与主轴联接以使所述主轴转动。所述主轴可与压缩机联接以压缩空气。在示例性实施方案中，多个增强燃烧模块与单个或多个动力生成器联接。增强燃烧模块的输出轴可物理联接或电联接到共同的动力生成器。增强燃烧模块的轴可例如通过包括齿轮和连杆机构的传动装置联接。在本文中，燃烧燃料以使轴旋转的任何适合的旋转型发动机可用作增强燃烧模块。
9.示例性增强燃烧模块是旋转式发动机或往复式发动机并且可包括冷却系统以防止过热和磨损。冷却系统可以是呈闭合环路的液体冷却系统，其中流体跨越或穿过增强燃烧模块的冷却通道穿行以吸收热量并接着穿行到热量交换器以释放热量。冷却系统可采用翼片和/或鳍片来增大热量交换的表面积。
10.示例性涡轮发动机系统可用于载具和/或动力生成应用中。在示例性实施方案中，涡轮发动机用于载具上，诸如航空器、船只或陆地载具。本文中所使用的载具是被配置为输送人或货物的动力型移动装置。动力生成器可与一个或多个增强燃烧模块联接并且可产生供载具的部件利用的动力。涡轮发动机系统可以是为家庭、商业大楼、机构和政府大楼生成动力的动力产生系统(诸如发电厂)的一部分。
11.示例性涡轮发动机系统包括涡轮发动机，所述涡轮发动机具有空气入口、压缩空气的压缩机、将燃料和空气组合成空气/燃料混合物的燃料喷射器，所述空气/燃料混合物具有一定空气/燃料浓度比。涡轮发动机可具有一个或多个压缩机。进入涡轮发动机的空气可首先由低压压缩机压缩并且随后由高压压缩机压缩。如本文中所述，此空气/燃料比可比以更高的空气/燃料比运行的常规涡轮发动机更接近化学计量比。在一个或多个增强燃烧模块中点燃空气/燃料混合物以产生排气，将所述排气馈送到涡轮以推动涡轮叶片。使用具有一个或多个增强燃烧模块的涡轮发动机系统可明显降低制动燃料消耗率和制动空气消耗率。
12.示例性涡轮发动机系统可具有至少部分地由涡轮叶片推动的单个主轴，或者可以是具有两个或更多个轴和涡轮叶片总成的多转子喷气机，诸如双转子发动机。涡轮的一个或多个主轴通常居中地伸展穿过涡轮发动机并且由附接到所述一个或多个主轴的涡轮叶片驱动。马达可与主轴联接以也推动所述主轴，并且可首先用于使涡轮操作并接着可在涡轮叶片推动涡轮时脱离或减小动力。如本文中所详述，增强燃烧模块可与主轴联接以推动主轴。动力生成器可在增强燃烧模块与主轴之间延伸，并且此动力生成器(诸如齿轮传动装置)可被配置为与主轴或增强燃烧模块啮合和脱离。在示例性实施方案中，增强燃烧模块与电动力生成器联接并且使用电动力(诸如通过所述马达)来推动主轴。
13.示例性涡轮发动机还可包括风扇，所述风扇具有风扇叶片以提供来自涡轮系统的
推力。风扇和风扇叶片可被配置为靠近涡轮的进气口或入口或配置在涡轮系统的出口端上。风扇叶片可与主轴联接和/或可由马达驱动。此外，此马达可接收与增强燃烧模块联接的动力生成器产生的动力。动力生成器可与电池联接并且可使用电池动力来驱动马达以推动风扇。
14.示例性涡轮发动机系统包括一个或多个增强燃烧模块。在示例性实施方案中，所述涡轮发动机系统包括围绕涡轮的主轴配置成阵列的多个增强燃烧模块，诸如两个或更多个、三个或更多个、六个或更多个、十个或更多个以及介于所列示的增强燃烧模块数目之间以及包括所列示的增强燃烧模块数目的任何范围。增强燃烧模块可绕主轴周向地被布置成彼此相距多个偏移角，诸如约20度的间距或更大、约30度的间距或更大、约45度的间距或更大、约60度的间距或更大以及约90度的间距或更大。此外，圆周阵列可将增强燃烧模块配置成彼此相距基本上相等的偏移角，其中四个增强燃烧模块的阵列使得每一个增强燃烧模块偏离两个相邻的增强燃烧模块达约90度加减10度的偏移角。基本上相等的偏移角意指在周向配置的所述数目个增强燃烧模块的相等偏移角的10度内；其中所述相等偏移角是360度除以增强燃烧模块的数目。
15.示例性增强燃烧模块是旋转式发动机，所述旋转式发动机具有进气腔室、压缩腔室、燃烧腔室中的点火器和与出口联接的排气腔室。示例性增强燃烧模块或旋转式发动机包括各种类型，包括活塞发动机或燃烧燃料以使轴转动的任何其他类型的发动机。示例性增强燃烧模块或旋转式发动机是汪克尔发动机。增强燃烧模块的出口被配置为将排气排到涡轮发动机的涡轮部分中并推动涡轮叶片并借此驱动主轴。汪克尔发动机具有联接到转子的偏心轴，其中所述腔室是由转子在壳体内旋转形成的动态腔室。示例性增强燃烧模块可以是二冲程发动机或四冲程发动机。
16.示例性增强燃烧模块可利用诸如汽油、柴油燃料、氢、乙醇、甲烷或天然气等燃料。燃料可以是呈气体形式的气体燃料或呈液体形式的液体燃料。气体燃料可包括氢、甲烷等。空气/燃料混合物可具有基本上呈本文中针对给定燃料类型而提供的化学计量混合物比或在所述化学计量混合物比的
±
20％内的空气/燃料浓度比。如果是汽油，则所述化学计量混合物比为15:1。如果是柴油燃料，则所述化学计量混合物比为14.5:1。如果是氢，则所述化学计量混合物比为34.5:1。如果是包括天然气的甲烷燃料，则所述化学计量混合物比为10.4:1。如果是甲醇，则所述化学计量混合物比为6.4:1。如果是乙醇，则所述化学计量混合物比为8.95:1。如果是jp型煤油涡轮燃料，则所述化学计量混合物比为14.5:1。
17.燃料喷射器可位于增强燃烧模块的燃烧腔室或进气腔室中。示例性燃料喷射器可喷射液体或气体燃料并且可以是等离子体射流燃料喷射器。
18.示例性增强燃烧模块可包括进气中间冷却器，所述进气中间冷却器具有进气热量交换器以维持增强燃烧模块低于温度极限并增大效率。
19.提供本发明的发明内容作为对本发明的实施方案中的一些实施方案的大致介绍并不旨在进行限制。本文中提供包括本发明的变化形式和替代性配置的另外实例实施方案。
附图说明
20.附图包括在内以提供对本发明的进一步理解并且并入本说明书中并构成本说明
书的一部分，图示本发明的实施方案，并与具体实施方式一起用于阐释本发明的原理。
21.图1示出包括多个增强燃烧模块的示例性涡轮发动机系统的侧视截面图，所述多个增强燃烧模块配置在涡轮发动机的压缩机与涡轮部分之间。
22.图2示出包括多个增强燃烧模块的示例性涡轮发动机系统的前视图，所述多个增强燃烧模块围绕涡轮发动机周向地配置成阵列。
23.图3示出联接到动力生成器的示例性增强燃烧模块的侧视图，所述动力生成器是与辅助电装置、电池联接的生成器。
24.图4示出与动力生成器、动力耦合器联接的示例性增强燃烧模块的侧视图，所述动力耦合器与主轴联接以驱动主轴。
25.图5示出示例性增强燃烧模块的侧视图，所述增强燃烧模块通过动力耦合器经由一对齿轮联接到动力生成器、压缩机。
26.图6示出示例性涡轮发动机系统的侧视截面图，所述涡轮发动机系统包括配置在涡轮发动机的压缩机与涡轮部分之间的多个增强燃烧模块以及位于涡轮发动机背部处的风扇。
27.图7示出示例性增强燃烧模块，所述增强燃烧模块是汪克尔发动机，所述汪克尔发动机具有与转子联接以形成进气腔室、压缩腔室、燃烧腔室和排气腔室的偏心轴。
28.图8示出理想常规涡轮、涡轮的真实循环和具有增强燃烧模块循环的涡轮的温-熵(t-s)涡轮循环图。
29.图9示出呈三转子设计的示例性涡轮发动机系统的截面图，其中高压压缩机和低压压缩机由第一轴和第二轴提供动力并且风扇由第三轴提供动力。
30.图10示出示例性涡轮发动机系统的截面图，所述涡轮发动机系统联接到推进器并且包括压缩机、多个增强燃烧模块和涡轮。
31.图11示出四冲程发动机经历进气、压缩、动力和排气循环时的截面图；四冲程发动机可用作增强燃烧模块。
32.图12示出采用回流扫气的示例性二冲程发动机的截面图，所述二冲程发动机可用作增强燃烧模块。
33.图13示出采用直流扫气、具有气门的示例性二冲程发动机的截面图，所述二冲程发动机可用作增强燃烧模块。
34.图14示出采用直流扫气、每个气缸具有两个活塞的示例性二冲程发动机的截面图，所述二冲程发动机可用作增强燃烧模块。
35.图15示出由常规涡轮发动机、本文中所述的具有增强燃烧模块的涡轮发动机以及本文中所述的具有配置有中间冷却器的增强燃烧模块的涡轮发动机产生的海平面额定输出主轴动力的条形图。
36.图16示出常规涡轮发动机、本文中所述的具有增强燃烧模块的涡轮发动机以及本文中所述的具有配置有中间冷却器的增强燃烧模块的涡轮发动机在海平面处的制动燃料消耗率的条形图。
37.图17示出将增强燃烧模块用作涡轮发动机而实现的性能改进的条形图。
38.贯穿图的若干视图，对应的参考字符指示对应的部分。各图表示对本发明的实施方案中的一些实施方案的图示并且绝不被视为对本发明的范围的限制。此外，各图不一定
成比例；一些特征可能被放大以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的特定结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。
具体实施方式
39.如本文中所使用，术语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其他变化形式旨在涵盖非排他性包含。举例来说，包括一系列要素的过程、方法、物品或设备未必仅限于这些要素，而是可包括未明确列示或所述过程、方法、物品或设备固有的其他要素。此外，使用“一(a或an)”来用于描述本文中所述的元件和部件。这样做仅是为了方便起见并在广义上给出本发明的范围。此描述应被解读为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非另有明确含义。
40.本文中描述并且附图中图示本发明的某些示例性实施方案。所述的实施方案仅出于图示本发明的目的并不应解释为限制本发明的范围。本领域技术人员将想到本发明的其他实施方案以及所述实施方案的某些修改、组合和改进，并且所有所述替代实施方案、组合、修改、改进均在本发明的范围内。
41.如图1中所示，示例性涡轮发动机系统10包括多个增强燃烧模块70、70’，所述多个增强燃烧模块配置在涡轮发动机30的高压压缩机42与涡轮50部分之间。低压压缩机40可被配置为比高压压缩机更靠近进气口32。涡轮发动机具有风扇60，风扇60具有风扇叶片62，所述风扇叶片62联接到主轴35并且被配置为旋转以将空气汲取到进气口32中并提供推力。马达38可至少首先驱动风扇60以将空气汲取到涡轮中。空气由压缩机压缩并接着进入增强燃烧模块70的入口72中，在所述增强燃烧模块70中压缩的空气和燃料被进一步压缩并接着燃烧以驱动增强燃烧模块的轴以产生动力，诸如电动力、液压动力或气动动力。燃烧的空气和燃料通过增强燃烧模块的出口79排出并进入涡轮50中，在涡轮50中，涡轮叶片52产生另外的动力从而驱动主轴。燃烧的空气和燃料接着通过涡轮壳体31中的出口39离开涡轮发动机。增强燃烧模块的轴80可与动力生成器90联接以产生动力。压缩机可包括低压压缩机40和高压压缩机42。中间冷却器36可被配置为降低进入增强燃烧模块的空气温度，以提高增强燃烧模块和涡轮发动机系统10的效率。
42.如图2中所示，示例性涡轮发动机系统10包括多个增强燃烧模块70、70’，所述多个增强燃烧模块绕主轴35排列或围绕涡轮发动机30配置成圆周阵列。存在六对增强燃烧模块，其中每一者与共同的动力生成器90联接。12个增强燃烧模块绕主轴周向地配置成彼此相距约30度。第一增强燃烧模块70被配置为与第二增强燃烧模块70’相距偏移角87。增强燃烧模块通过轴80与动力生成器90联接。风扇60和风扇叶片62被示为绕主轴35配置。
43.现在参考图3至图5，示例性增强燃烧模块70联接到动力生成器90以产生和/或存储来自增强燃烧模块的动力。如图3中所示，增强燃烧模块70联接到产生电动力的发电机93。生成器与辅助电装置98、电池99联接，但可直接与辅助电装置(诸如载具上的装置或主轴上的电动马达)联接。增强燃烧模块的轴80与动力生成器90联接以产生动力。轴80具有与增强燃烧模块联接的联接端82以及与动力生成器90联接的动力生成端84。
44.如图4中所示，示例性增强燃烧模块70与产生扭矩(诸如驱动主轴35的扭矩)的动力生成器90’、动力耦合器96联接。此实施方案中的动力耦合器可包括采用齿轮95或多个齿
轮的传动机构，并且此动力耦合器可视需要与主轴啮合和脱离。此外，增强燃烧模块70通过轴80联接到第二动力生成器90、产生电动力的电动力生成器93。发电机与辅助电装置98、电池99联接，但可直接与辅助电装置(诸如载具上的装置)联接。轴80、80’从增强燃烧模块的任一侧延伸并且在此实施方案中与两个动力生成器90、90’联接。
45.如图5中所示，示例性增强燃烧模块70通过动力耦合器96、一对齿轮95、95’联接到动力生成器90’、压缩机94。此外，增强燃烧模块70联接到产生电动力的电动力生成器93。轴80、80’从增强燃烧模块的任一侧延伸并且在此实施方案中与两个动力生成器90、90’联接。
46.如图6中所示，示例性涡轮发动机系统10包括多个增强燃烧模块70、70’，所述多个增强燃烧模块70、70’配置在涡轮发动机30的压缩机40与涡轮部分50之间。在此实施方案中，风扇60位于涡轮发动机的背部处或增强燃烧模块70、70’的下游。注意，涡轮发动机可具有任何数目个风扇，包括在涡轮的前部和/或后部的风扇。
47.如图7中所示，示例性增强燃烧模块70是旋转式发动机88，诸如具有偏心轴80的汪克尔发动机89，所述偏心轴80与转子78联接以形成进气腔室73，所述进气腔室73还可用作压缩腔室、燃烧腔室76和排气腔室77。汪克尔发动机具有通过小齿轮81和冠轮85联接到转子的偏心轴80。转子在旋转期间在壳体71内形成动态腔室。空气进入入口72并流动到进气腔室73中，在所述进气腔室73中空气被压缩。燃料喷射器74’可喷射一些燃料，接着燃料喷射器74进行最终的燃料喷射并在燃烧腔室76中由点火器75燃烧。燃烧的燃料将转子和偏心轴驱动到排气腔室77。燃烧的燃料通过出口79离开发动机。如本文中所述，排气流动到涡轮以驱动涡轮以及连接到涡轮的主轴。
48.如图7中所示，汪克尔旋转式发动机具有两个燃料喷射器，第一燃料喷射器74’将燃料引入到进气腔室中，所述进气腔室在转子旋转时变成压缩腔室69。第二燃料喷射器74将第二量的燃料引入到燃烧腔室76中，接着点火器75点燃所述燃料。由第一燃料喷射器喷射的此燃料量可低到有效地防止此燃料在点火器点燃燃料之前燃烧。
49.图8示出理想常规涡轮、涡轮的真实循环和具有增强燃烧模块循环的涡轮的温-熵(t-s)涡轮循环。涡轮发动机基于布雷顿热力循环操作。使用图8所示的涡轮发动机位点编号系统，位点1处表示气流自由流条件。气流由压缩机压缩并且在航空器应用的情形下也由与航空器速度相关联的能量压缩，所述航空器速度增大位点2处的空气的静态压力。在理想情况下，压缩是等熵的并且静态温度也提高，如曲线图上的位点2处所示。压缩机对气体做功并且等熵地提高压力和温度，如理想循环所表示。真实循环示出压缩并非理想地等熵，这致使从位点1到位点2’的路线由于流的熵增大而向右倾斜，使得最终的压缩温度较高，如位点2’处所示。在理想循环中燃烧过程从位点2到位点3以恒定的压力发生，而示出真实循环是从位点2’到3’。温度升高取决于所使用的燃料类型、空气-燃料比和所采用的压力比。接着热排气穿过动力涡轮，在所述动力涡轮中流在理想循环中从位点3到位点4做功并且在真实循环中从3’到4’做功。增强燃烧模块执行二次压缩过程(由从2’到2.acm’延伸的路线示出)，借此提高总峰值循环压力。增强燃烧模块将使得在燃烧之后温度和压力输出更高，如位点3.acm’所示。增强燃烧模块通过从3.acm’至3’的膨胀来提取动力。由于涡轮和压缩机联接到同一个轴，因此由涡轮产生的功最低限度等于由压缩机做的功。接着，流在理想循环中从位点3到位点4并且在真实循环中从位点3’到位点4’等熵地恢复到周围环境压力。在外部，流恢复到周围环境条件，从而完成循环。t-s图内含有的区域与由发动机生成的有用功
成比例。如图所示，增强燃烧模块循环可比常规涡轮系统的真实循环产生的有用功多。本领域技术人员将通过查看t-s图看到优点。
50.现在参考图9和图10，示例性涡轮发动机系统10包括低压压缩机40、高压压缩机42和多个增强燃烧模块70、70’，所述多个增强燃烧模块70、70’位于压缩机与涡轮50之间。进入增强燃烧模块的压缩空气燃烧并离开而到达涡轮中以做功。如图10中所示，涡轮发动机系统经由齿轮67与具有推进器叶片68的推进器66联接。此外，进气口32并不位于中心，如图9中所示。
51.图11示出四冲程发动机110在经历进气、压缩、动力和排气循环时的图。通过入口72将燃料混合物汲取到入口腔室73中，并接着活塞112在向上移动穿过气缸时压缩所述燃料混合物以形成压缩腔室76。接着，点火器75(诸如火花塞)点燃压缩的燃料混合物。这迫使活塞向下返回到气缸中。由于此循环而驱动曲轴80旋转。注意，燃料混合物可仅由于压缩而诸如在柴油发动机中被点燃。四冲程发动机110可用作增强燃烧模块。
52.如图12至图14中所示，二冲程发动机100具有入口端口72以将扫气接收到进气腔室73中，所述扫气由涡轮发动机压缩机提供。接着，活塞112向上移动以压缩进气腔室从而形成燃烧腔室76。燃料喷射器74喷射燃料，其中通过对压缩燃料混合物的压缩点燃来点燃所述燃料以迫使活塞向下进入气缸中。注意，燃料混合物可仅由于压缩而诸如在柴油发动机中被点燃。由于此循环而驱动曲轴80旋转。可应用二冲程发动机的若干不同实施方案，其中所述实施方案包括气缸扫气布置的变化形式。这些布置可包括回流扫气113(如图12中所示)、采用气门114的直流扫气(如图13中所示)或每个气缸115采用两个活塞的直流扫气(如图14中所示)。二冲程发动机100可用作具有第一活塞112和第二活塞112’的增强燃烧模块。二冲程循环发动机的任何其他实施方案也将适于用作增强燃烧模块。
53.现在参考图15和图16，配置有增强燃烧模块的涡轮发动机与常规涡轮发动机相比性能得以极大提高。图15示出由常规涡轮发动机、本文中所述的具有增强燃烧模块的涡轮发动机以及具有配置有中间冷却器的增强燃烧模块的涡轮发动机产生的海平面额定输出主轴动力的条形图。虽然具有增强燃烧模块的涡轮发动机产生与常规涡轮发动机约相同的动力，但具有被中间冷却的增强燃烧模块的涡轮发动机产生更多的动力，多出约20％。图16示出常规涡轮发动机、本文中所述的具有增强燃烧模块的涡轮发动机以及具有配置有中间冷却器的增强燃烧模块的涡轮发动机在海平面处的制动燃料消耗率的条形图。中间冷却型acm涡轮发动机的燃料消耗与涡轮a相比减少54％并且与涡轮b相比减少43％；而产生的动力却更多，如图15中所示。没有中间冷却的acm涡轮发动机的燃料消耗与涡轮a相比减少45％并且与涡轮b相比减少31％，并且产生与涡轮a和b约相同的动力。表1中提供用于产生此条形图的数据：
54.表1：
[0055][0056]
开发建模软件来计算具有增强燃烧模块的商用涡轮发动机系统和没有增强燃烧模块的商用涡轮发动机系统的制动燃料消耗率和制动空气消耗率。发动机a是普惠(pratt&whitney)pt6a-6涡轮螺旋桨发动机，并且发动机b是盖瑞特(garrett)tpe331-43a涡轮螺旋桨发动机。建模软件参照报告的出厂值来准确地计算制动燃料消耗率和制动空气消耗率。
[0057]
如图17中所示，具有增强燃烧模块和中间冷却器的涡轮发动机产生的动力比涡轮发动机a和b多约20％，并且制动燃料消耗率(bsfc)得以极大提高，比发动机a减少54％并且比发动机b减少43％。具有增强燃烧模块和中间冷却器的涡轮发动机的制动空气消耗率与发动机a相比也得到极大提高，其中减少了84％。举例来说，计算出bsfc的此百分比减小为(0.305(acm的bsfc)
–
0.670(发动机a的bsfc))/0.670(发动机b的bsfc))，其中值是指示减小的负值。
[0058]
本领域技术人员将明白，可对本发明做出各种修改、组合和变化，而此并不背离本发明的范围。可修改和/或以任何适合的方式组合本文中所述的具体实施方案、特征和要素。因此，本发明旨在涵盖本发明的修改、组合和变化，只要所述修改、组合和变化处于随附权利要求及其等效内容的范围内即可。

技术特征：
1.一种从涡轮发动机系统产生推力的方法，其包括：a)提供包括涡轮发动机的所述涡轮发动机系统，所述涡轮发动机包括：i)空气入口；ii)压缩机；iii)主轴；iv)马达，所述马达被配置为驱动所述主轴；v)涡轮，所述涡轮联接到所述主轴并且被配置为驱动所述主轴。vi)增强燃烧模块，所述增强燃烧模块配置在所述压缩机与所述涡轮之间并且包括：转子；轴；进气腔室；压缩腔室；燃烧腔室；点火器；排气腔室；壳体，所述壳体配置在所述转子、所述进气腔室、所述压缩腔室、所述燃烧腔室和所述排气腔室周围；b)为所述主轴提供动力以使进风风扇转动，从而将空气汲取到所述压缩机中以压缩所述空气；c)喷射燃料以产生空气与燃料的燃料混合物；d)使所述压缩的空气与燃料混合物在多个增强燃烧模块中的每一者中流动；e)使所述燃料混合物在所述多个增强燃烧模块中的每一者内燃烧；并且f)其中来自所述多个增强燃烧模块的排气流过所述涡轮以产生推力或驱动所述主轴。2.如权利要求1所述的方法，其中所述涡轮发动机还包括风扇，所述风扇具有风扇叶片以将空气汲取到所述空气入口中。3.如权利要求1所述的方法，其中所述涡轮发动机包括围绕所述主轴周向地排列的多个增强燃烧模块。4.如权利要求3所述的方法，其包括三个或更多个增强燃烧模块。5.如权利要求1所述的方法，其中所述涡轮发动机包括围绕所述主轴周向地排列的多个增强燃烧模块，并且其中所述增强燃烧模块中的所述每一者联接到动力生成器。6.如权利要求1所述的方法，其中所述增强燃烧模块包括旋转式发动机，并且其中所述旋转式发动机输出驱动轴以驱动所述主轴的扭矩。7.如权利要求1所述的方法，其中所述增强燃烧模块通过所述轴联接到动力生成器。8.如权利要求7所述的方法，其中所述增强燃烧模块中的每一者联接到同一个动力生成器。9.如权利要求7所述的方法，其中所述动力生成器产生加压流体。10.如权利要求7所述的方法，其中所述动力生成器是产生电动力的电动力生成器。11.如权利要求10所述的方法，其中所述增强燃烧模块包括旋转式发动机，所述旋转式
发动机将扭矩输出到所述轴以驱动所述电动力生成器，并且其中所述生成器输出电动力以驱动所述主轴。12.如权利要求10所述的方法，其中所述涡轮发动机系统包括辅助电装置，并且其中所述电动力由所述电动力生成器供应。13.如权利要求12所述的方法，其中所述涡轮发动机系统与载具联接，并且其中所述辅助电装置配置在所述载具内。14.如权利要求13所述的方法，其中所述载具是航空器。15.如权利要求1所述的方法，其中所述增强燃烧模块还包括燃料喷射器，所述燃料喷射器产生具有化学计量混合物比的空气与燃料混合物。16.如权利要求15所述的方法，其中所述燃料喷射器包括等离子体射流燃料喷射器系统。17.如权利要求15所述的方法，其中所述燃料是柴油燃料，并且其中所述化学计量混合物比基本上为14.5:1。18.如权利要求15所述的方法，其中所述燃料是汽油燃料，并且其中所述化学计量混合物比基本上为15:1。19.如权利要求5所述的方法，其中所述燃料包括气体燃料。20.如权利要求19所述的方法，其中所述气体燃料包括氢。21.如权利要求19所述的方法，其中所述燃料是氢，并且其中所述化学计量混合物比基本上为34.5:1。22.如权利要求19所述的方法，其中所述气体燃料包括甲烷。23.如权利要求19所述的方法，其中所述燃料是甲烷，并且其中所述化学计量混合物比基本上为10.4:1。24.如权利要求15所述的方法，其中所述燃料包括液体jp型煤油涡轮燃料，并且其中所述化学计量混合物比基本上为14.5:1。25.如权利要求1所述的方法，其中所述增强燃烧模块还包括进气中间冷却器，以维持所述增强燃烧模块低于温度极限并提高效率。26.如权利要求1所述的方法，其中所述增强燃烧模块是旋转式发动机。27.如权利要求26所述的方法，其中增强燃烧模块是具有偏心轴的汪克尔发动机，通过所述偏心轴从所述转子提取旋转动力输出。28.如权利要求27所述的方法，其中发电机与所述汪克尔发动机的所述偏心轴联接。29.如权利要求1所述的方法，其中所述增强燃烧模块是活塞发动机。

技术总结
一种涡轮发动机系统利用一个或多个增强燃烧模块来产生排气，所述排气被馈送到发动机的涡轮部分中并且其中通过所述增强燃烧模块产生动力以用于驱动主轴和/或用于辅助目的。增强燃烧模块配置在所述发动机的压缩机与涡轮之间并且从所述压缩机接收压缩空气并点燃空气/燃料混合物以使可用于产生动力的轴转动。所述轴可与电动力生成器、泵、液压或气动动力生成器和/或动力转换或传动装置联接和/或与所述涡轮发动机的所述主轴联接。来自动力生成器的动力可存储在电池、液压蓄能器或气动蓄能器中并且可用于为辅助的电装置、液压装置或气动装置提供动力。气动装置提供动力。气动装置提供动力。


技术研发人员：H
受保护的技术使用者：H
技术研发日：2021.11.03
技术公布日：2023/7/12