[发明专利]用于连续动作转动电动机的协同形状记忆合金扭力管

说明书

本发明的名称为用于连续动作转动电动机的协同形状记忆合金扭力管。包括两种形状记忆合金(SMA)扭力管致动器、棘轮机构和传动装置的发动机转动“时钟工作”电动机。传动装置使SMA扭力管致动器与共用齿轮连通，该共用齿轮向轴施加扭矩，以便在加热一个扭力管和施加扭矩时，另一个扭力管被松弛(使用冷却机构)。棘轮阻止松弛的扭力管以不正确的方向施加扭矩。

技术领域

本公开内容涉及用于转动飞行器燃气轮机发动机的系统。

背景技术

图1A图解了飞行器发动机138，其包括风扇100、低压(LP)压缩机102、风扇壳体104、发动机外壳106、高压(HP)压缩机108、HP涡轮机110、LP涡轮机112、以及连接LP压缩机102和LP涡轮机112的LP轴114。在地面上关闭发动机后，发动机内核中的残余热空气116上升118并被发动机外壳106截留。当热空气上升118时，HP压缩机(发动机的转子)108的转子轴122的上部部分120变得比转子轴122的下部部分124更加热并引起发动机转子轴122的不均匀冷却和热形变(即，转子弯曲，其中转子轴122的上部部分120变得比下部部分124更长)。在发动机重新启动后(如，在燃烧器126中燃料点火之前)，即使微小部分的转子轴弯曲也能导致HP压缩机(发动机的转子)108摩擦发动机的外壳106。摩擦引起振动(表现为飞行器舱内令人不安的噪音)或者甚至飞行器的损坏(如，发动机损坏，发动机外壳衬里(lining)的损坏，环境控制系统使用的空气预冷器的损坏或其他附件的损坏)。还图解了转子轴122的纵轴128、连接齿轮箱132至转子轴122的变速器130、以及在操作期间输入发动机内的空气134。图1B图解了在飞行器136上，发动机138被容纳在发动机短舱(nacelle)140中。发动机短舱140还可以截留上升的118热空气116，其引起温度梯度T。

减轻这些问题的一种方法是构造具有较宽的冷构造间隙(cold buildclearance)(“打开”间隙)的发动机，以便压缩机转子轴122能够弯曲而不会使叶片在发动机外壳106上摩擦。然而，更先进的发动机设计优选在发动机外壳和压缩机转子之间更少的“空隙”(紧凑的“冷构造间隙”)，以减少空气泄漏并改善单位推力燃料消耗量(thrustspecific fuel consumption)(TSFC)。因此，降低燃料消耗量的最重要的需求使得较宽的冷构造间隙不太期望的。实际上，当实施更紧凑的冷构造间隙时，发动机摩擦引起的问题将变得更加严重。

可以想象，发动机架构可以增加转子加强排布或承载排布，以减少物理上可能的转子轴弯曲的量。然而，这些架构变化会增加发动机的重量和制造成本。

减轻转子轴弯曲的其他方法包括使轴旋转(1)以便使轴均匀地冷却，返回至热平衡，并且矫直，和/或(2)以便离心力使弯曲矫直。在启动发动机之后(但在以高RPM运行发动机之前)通过以相对低的每分钟转数(RPM)电动驱动发动机和/或(2)当发动机关闭时使用发动机转动电动机(ETM)转动转子轴来实现轴旋转(1)。

然而，用于向ETM或发动机提供电力以便使弯曲矫直的传统方法可能是有问题的。一些较小的飞行器，例如波音737飞机，飞到远方机场，在那里设施电力不可用于为ETM或发动机供电。此外，飞行器上的辅助供电单元(APU)电源并不总是可用于为发动机或ETM供电，因为一些机场由于排放和噪声考虑在闸门(gate)处限制APU使用，并且当飞行器在闸门之间被牵引时它们没有被供电。另外，飞机可能与非功能性APU一起操作，或者ETM或发动机的供电可能引起不期望的APU磨损(扩展的电动驱动延长了APU暴露于主发动机启动(MES)模式，降低了APU寿命)。最后，由于与发动机环境(极热、极冷和高振动)相关的高故障率和可燃性考虑，使用锂离子和镍镉电池为ETM供电是有问题的。

而且，在出发之前不久旋转轴引起出发延迟，特别是如果减少的发动机间隙需要以低速转动转子。这些延迟不仅使乘客不便，而且还增加了与增加的等待时间和停泊费相关的成本。

那么，需要的是减轻转子轴弯曲的更有效的方法，其简化地面后勤。本公开内容满足了该需要。