壁或雙壁結(jié)構(gòu)；(ii)真空隔熱或低熱導(dǎo)率材料隔熱；和(iii)可選的低溫冷卻器，從而使LNG流再循環(huán)回至箱中，而無需加熱LNG箱。低溫(LNG)燃料箱可定位在飛機(jī)中，其中傳統(tǒng)的Jet-A輔助燃料箱定位在現(xiàn)有系統(tǒng)，例如定位在前貨艙或后貨艙中?；蛘?，低溫(LNG)燃料箱可定位在中心機(jī)翼燃料箱位置。利用低溫(LNG)燃料的輔助燃料箱可經(jīng)過設(shè)計(jì)，可使得如果在延長的時(shí)間周期不使用低溫(LNG)燃料時(shí)可移除輔助燃料箱。
[0020]高壓栗可定位在掛架中或在發(fā)動(dòng)機(jī)上，從而將低溫(LNG)燃料的壓力升高至足以將燃料注入到燃?xì)鉁u輪燃燒器中的水平。栗可使LNG/低溫液體的壓力升高或不升高至低溫(LNG)燃料的臨界壓力(Pc)以上。這里被稱為“蒸發(fā)器”的熱交換器可安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上或其附近，其為液化天然氣燃料添加熱能，升高溫度，并使低溫(LNG)燃料發(fā)生體積膨脹。來自蒸發(fā)器的熱量(熱能)可來自許多來源。這些包括，但不局限于:(i)燃?xì)鉁u輪排氣；
(ii)壓縮機(jī)中間冷卻；(iii)高壓和/或低壓渦輪間隙控制空氣；(iv)LPT管冷卻寄生空氣；(V)來自HP渦輪的經(jīng)冷卻的冷卻空氣；(vi)潤滑油；或(vii)機(jī)載航空器件或電子器件。熱交換器可具有各種設(shè)計(jì)，包括殼管、雙管、散熱片板等等，并可以同流、反流或交叉流方式流動(dòng)。熱交換可按照與上述熱源直接或間接接觸的方式而發(fā)生。
[0021]控制閥定位在上述蒸發(fā)器/熱交換單元的下游?？刂崎y的目的是在跨越與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作相關(guān)聯(lián)的操作條件的范圍內(nèi)計(jì)量流量，使之達(dá)到燃料歧管中規(guī)定的水平。控制閥的輔助目的是用作背壓調(diào)節(jié)器，從而將系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)至低溫(LNG)燃料的臨界壓力之上。
[0022]燃料歧管定位在控制閥的下游，其用于將氣態(tài)燃料均勻地分布至燃?xì)鉁u輪燃料噴嘴上。在某些實(shí)施例中，歧管可選地用作熱交換器，將熱能從核心機(jī)罩艙或其它熱環(huán)境傳送至低溫/LNG/天然氣燃料中。當(dāng)氣態(tài)燃料系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，吹掃歧管系統(tǒng)可選地與燃料歧管一起用于以壓縮機(jī)空氣(CDP)吹掃燃料歧管。這將防止熱氣體由于周向壓力變化而被吸入到氣態(tài)燃料噴嘴中?？蛇x地，位于燃料噴嘴中或其附近的止回閥可防止熱氣體的吸入。
[0023]這里所述系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例可進(jìn)行如下操作:低溫(LNG)燃料在大約15psia和大約-265 °F下定位于箱中。其被定位在飛機(jī)上的增壓栗增壓至大約30psi。液體低溫(LNG)燃料通過隔熱的雙壁管道跨越機(jī)翼而流向飛機(jī)掛架，在此處其被躍迀至高達(dá)大約100至1500psia，并且可高于或低于天然氣/甲烷的臨界壓力。低溫(LNG)燃料然后傳送至蒸發(fā)器，在此處使其體積膨脹至氣體。蒸發(fā)器可定制尺寸，以保持馬赫數(shù)和相對應(yīng)的壓力損失較低。氣態(tài)天然氣然后通過控制閥進(jìn)行計(jì)量，并進(jìn)入燃料歧管和燃料噴嘴中，在此處使其在標(biāo)準(zhǔn)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行燃燒從而為飛機(jī)提供推力。隨著循環(huán)條件變化，增壓栗中的壓力(大約例如30psi)和HP栗中的壓力(大約例如100psi)保持在大致恒定的水平。流量受到計(jì)量閥的控制。流量變化結(jié)合恰當(dāng)尺寸的燃料噴嘴導(dǎo)致了歧管中有可接受的變化壓力。
[0024]示例性飛機(jī)系統(tǒng)5具有燃料傳送系統(tǒng)，其用于從存儲(chǔ)系統(tǒng)10傳送一種或多種類型的燃料，以用于推進(jìn)系統(tǒng)100。對于傳統(tǒng)的液體燃料，例如基于煤油的噴氣燃料，可使用傳統(tǒng)的燃料傳送系統(tǒng)。這里所述和圖2及圖3中示意性地所示的示例性燃料傳送系統(tǒng)包括用于飛機(jī)系統(tǒng)5的低溫燃料傳送系統(tǒng)50。圖2中所示的示例性燃料系統(tǒng)50包括低溫燃料箱122，其能夠儲(chǔ)存低溫液體燃料112。在一個(gè)實(shí)施例中，低溫液體燃料112是LNG。還可使用其它備選低溫液體燃料。在示例性燃料系統(tǒng)50中，低溫液體燃料112，例如LNG處于第一壓力“P1”下。壓力Pl優(yōu)選接近大氣壓，例如15psia。
[0025]示例性燃料系統(tǒng)50具有增壓栗52，使其與低溫燃料箱122保持流連通。在操作期間，當(dāng)在雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)100中需要低溫燃料時(shí)，增壓栗52從低溫燃料箱122中移除一部分低溫液體燃料112，并增加其壓力至第二壓力“P2”，并使其流入到機(jī)翼供給管道54中，機(jī)翼供給管道54定位在飛機(jī)系統(tǒng)5的機(jī)翼7中。壓力P2經(jīng)過選擇，使得液體低溫燃料在供給管道54中流動(dòng)期間保持其液體狀態(tài)(L)。壓力P2可在大約30psia至大約40psia的范圍內(nèi)?；诶靡阎椒ㄋM(jìn)行的分析，對于LNG，發(fā)現(xiàn)30psia是合適的。增壓栗52可定位在飛機(jī)系統(tǒng)5的機(jī)身6中的合適位置?；蛘?，增壓栗52可定位在靠近低溫燃料箱122的位置。在其它實(shí)施例中，增壓栗52可定位在低溫燃料箱122的內(nèi)部。為了在傳送期間基本保持低溫燃料的液體狀態(tài)，至少機(jī)翼供給管道54的一部分被隔熱。在某些示例性實(shí)施例中，至少管道54的一部分具有雙壁結(jié)構(gòu)。管道54和增壓栗52可利用已知的材料，例如鈦、因科鎳合金、鋁或復(fù)合材料來制成。
[0026]示例性燃料系統(tǒng)50具有高壓栗58，其與機(jī)翼供給管道54保持流連通，并且能夠接收由增壓栗52供給的低溫液體燃料112。高壓栗58將液體低溫燃料(例如LNG)的壓力增加至第三壓力“P3”，其足以將燃料注入到推進(jìn)系統(tǒng)100中。壓力P3可在大約10psia至大約100psia的范圍內(nèi)。高壓栗58可定位在飛機(jī)系統(tǒng)5或推進(jìn)系統(tǒng)100中的合適位置。高壓栗58優(yōu)選定位在飛機(jī)系統(tǒng)5的掛架55中，掛架55支撐推進(jìn)系統(tǒng)100。
[0027]如圖2中所示，示例性燃料系統(tǒng)50具有蒸發(fā)器60，其用于將低溫液體燃料112填充到氣態(tài)(G)燃料13中。蒸發(fā)器60接收高壓低溫液體燃料，并為低溫液體燃料(例如LNG)添加熱量(熱能)，從而升高其溫度，并使之發(fā)生體積膨脹。熱量(熱能)可從推進(jìn)系統(tǒng)100的一個(gè)或多個(gè)來源中來供給。例如，用于在蒸發(fā)器中蒸發(fā)低溫液體燃料的熱量可從一個(gè)或多個(gè)若干來源中得到供給，例如燃?xì)鉁u輪排氣99、壓縮機(jī)105、高壓渦輪155、低壓渦輪157、風(fēng)扇旁路107、渦輪冷卻空氣、發(fā)動(dòng)機(jī)中的潤滑油、飛機(jī)系統(tǒng)航空器件/電子器件或推進(jìn)系統(tǒng)100中的任何熱源。由于發(fā)生在蒸發(fā)器60中的熱交換原因，蒸發(fā)器60或者可稱為熱交換器。蒸發(fā)器60的熱交換器部分可包括殼管式熱交換器或雙管式熱交換器或散熱片-板式熱交換器。在蒸發(fā)器中流動(dòng)的熱流體和冷流體可為同流、反流或交叉流類型。在蒸發(fā)器中的熱流體和冷流體之間的熱交換可直接通過壁或間接地利用中間工作流體而發(fā)生。
[0028]低溫燃料傳送系統(tǒng)50包括流量計(jì)量閥65 (“FMV”，也被稱為控制閥)，其與蒸發(fā)器60和歧管70保持流連通。流量計(jì)量閥65定位在上述蒸發(fā)器/熱交換單元的下游。FMV (控制閥)的目的是在跨越與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作相關(guān)聯(lián)的操作條件的范圍內(nèi)計(jì)量燃料流量，使之達(dá)到燃料歧管70中規(guī)定的水平?？刂崎y的輔助目的是用作背壓調(diào)節(jié)器，從而將系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)至低溫燃料，例如LNG的臨界壓力之上。流量計(jì)量閥65接收從蒸發(fā)器供給的氣態(tài)燃料13，并將其壓力減少至第四壓力“P4”。歧管70能夠接收氣態(tài)燃料13，并將其分配至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的燃料噴嘴80中。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，蒸發(fā)器60使低溫液體燃料112在基本恒定的壓力下轉(zhuǎn)變成氣態(tài)燃料13。圖2a示意性地顯示了在傳送系統(tǒng)50中的各個(gè)點(diǎn)的燃料的狀態(tài)和壓力。
[0029]低溫燃料傳送系統(tǒng)50還包括定位在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)101中的多個(gè)燃料噴嘴80。燃料噴嘴80將氣態(tài)燃料13傳送到燃燒器90中，以用于燃燒。定位在控制閥65下游的燃料歧管70用于使氣態(tài)燃料13均勻地分配到燃?xì)鉁u輪燃料噴嘴80。在某些實(shí)施例中，歧管70可選地用作熱交換器，將熱能從推進(jìn)系統(tǒng)核心機(jī)罩艙或其它熱環(huán)境傳送至LNG/天然氣燃料中。在一個(gè)實(shí)施例中，燃料噴嘴80配置為用于選擇性地接收傳統(tǒng)的液體燃料(例如傳統(tǒng)的基于煤油的液體燃料)或由低溫液體燃料例如LNG通過蒸發(fā)器產(chǎn)生的氣態(tài)燃料13。在另一實(shí)施例中，燃料噴嘴80配置為用于選擇性地接收液體燃料和氣態(tài)燃料13，并且配置為用于將氣態(tài)燃料13和液體燃料供給燃燒器90，從而促進(jìn)兩種類型的燃料的共同燃燒。在另一實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)101包括多個(gè)燃料噴嘴80，其中某些燃料噴嘴80配置為用于接收液體燃料，并且某些燃料噴嘴80配置為用于接收氣態(tài)燃料13，并恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置為用于燃燒器90中的燃燒。
[0030]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)101中的燃料歧管70包括可選的吹掃歧管系統(tǒng)，以便當(dāng)氣態(tài)燃料系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)利用壓縮機(jī)空氣或來自發(fā)動(dòng)機(jī)的其它空氣來吹掃燃料歧管。這將防止熱氣體由于燃燒器90中的周向壓力變化而被吸入到氣態(tài)燃料噴嘴中。可選地，燃料噴嘴中或附近的止回閥可用于防止熱氣體吸入到燃料噴嘴或歧管中。
[0031]在這里所述的使用LNG作為低溫液體燃料的示例性雙燃料燃?xì)鉁u輪推進(jìn)系統(tǒng)中，其描述如下:LNG在大約15psia和大約-265 °F下定位于箱22，122中。其被定位在飛機(jī)上的增壓栗52增壓至大約30psi。液體LNG通過隔熱的雙壁管道54跨越機(jī)翼而流向飛機(jī)掛架55，在此處其被躍迀至高達(dá)100至1500psia，并且可高于或低于天然氣/甲烷的臨界壓力。然后將液化天然氣傳送至蒸發(fā)器60，在此處使其體積膨脹至氣體。蒸發(fā)器60經(jīng)過定制尺寸，以保持馬赫數(shù)和相對應(yīng)的壓力損失較低。氣態(tài)天然氣然后通過控制閥65進(jìn)行計(jì)量，并進(jìn)入燃料歧管70和燃料噴嘴80中，在此處使其在雙燃料航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100，101中進(jìn)行燃燒，從而為飛機(jī)系統(tǒng)5提供推力。隨著循環(huán)條件變化，增壓栗中的壓力(大約例如30psi)和HP栗58中的壓力(大約例如100psi)保持在大致恒定的水平。流量受到計(jì)量閥65的控制。流量變化結(jié)合恰當(dāng)尺寸的燃料噴嘴導(dǎo)致了歧管中有可接受的變化壓力。
[0032]雙燃料系統(tǒng)由用于基于煤油的燃料(Jet-A、JP-8, JP-5等等)和低溫燃料(例如LNG)的并行燃料傳送系統(tǒng)組成。煤油燃料傳送與當(dāng)前設(shè)計(jì)基本沒有變化，除了燃燒器燃料噴嘴之外，燃燒器燃料噴嘴設(shè)計(jì)為用于共同點(diǎn)燃任何比例的煤油和天然氣。如圖2中所示，低溫燃料(例如LNG)燃料傳送系統(tǒng)由以下特征組成:(A)雙燃料噴嘴和燃燒系統(tǒng)，其能夠利用0-100%的任何比例的低溫燃料(例如LNG)和Jet-A ;⑶燃料歧管和輸送系統(tǒng)，其還用作熱交換器，從而將低溫燃料(例如LNG)加熱成氣體或超臨界的流體。歧管系統(tǒng)設(shè)計(jì)為用于以均勻的方式將燃料并發(fā)傳送至燃燒器燃料噴嘴中，并從周圍核心機(jī)罩、排氣系統(tǒng)或其它熱源中吸收熱量，消除或最大限度地減少對于獨(dú)立熱交換器的需求；(C)燃料系統(tǒng)，其使低溫燃料(例如LNG)在其液體狀態(tài)下增壓至臨界壓力之上或之下，并從任意許多來源添加熱量；(D)低壓低溫栗，其浸在低溫燃料(例如LNG