(57)【要約】      （修正有）【課題】適切な加速等を実現するハイブリッド電気推進システムを提供する。【解決手段】ハイブリッド電気推進システム５０は、推進器１０４Ａ、Ｂ、ターボ機械１０２Ａ、Ｂ、および電気システムを含み、電気システムはターボ機械に連結された電気機械５６Ａ、Ｂを含む。ハイブリッド電気推進システムのターボ機械を動作させるための方法は、コンピューティングデバイスによって、定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させるステップであって、ターボ機械は、定常状態飛行動作条件で動作する場合に推進器を回転させる、ステップと、定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させている間にターボ機械を加速するためのコマンドを受信するステップと、受信したコマンドに応答して、ターボ機械、または推進器、またはその両方に動力を加えるために、コンピューティングデバイスによって電力を電気機械に供給するステップと、を含む。【選択図】図５
2019051923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機（１０）のハイブリッド電気推進システム（５０）のターボ機械（１０２）を動作させるための方法（３００）であって、前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、推進器（１０４）、ターボ機械（１０２）、および電気システムを含み、前記電気システムは、前記ターボ機械（１０２）に連結された電気機械（５６）を含み、前記方法（３００）は、
１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、定常状態飛行動作条件で前記ターボ機械（１０２）を動作させるステップ（３０２）であって、前記ターボ機械（１０２）は、前記定常状態飛行動作条件で動作する場合に前記推進器（１０４）を回転させる、ステップ（３０２）と、
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記定常状態飛行動作条件で前記ターボ機械（１０２）を動作させている間に前記ターボ機械（１０２）を加速するためのコマンドを受信するステップ（３１０）と、
前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）、または前記推進器（１０４）、またはその両方に動力を加えるために、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって電力を前記電気機械（５６）に供給するステップ（３１４）と、
を含む方法（３００）。
【請求項２】
前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記ターボ機械（１０２）の燃焼部（１１４）への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ（３２８）
をさらに含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項３】
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記ターボ機械（１０２）の前記燃焼部（１１４）への前記燃料流量を前記初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ（３２８）は、前記ターボ機械（１０２）の高圧システムの回転速度を前記初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ、または前記ターボ機械（１０２）内の温度を前記初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ、またはその両方を含む、請求項２に記載の方法（３００）。
【請求項４】
前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）のアクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって前記ターボ機械（１０２）内の１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるステップ（３２４）を
さらに含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項５】
前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）の燃焼部（１１４）への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ（３２８）をさらに含み、前記アクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって前記ターボ機械（１０２）内の前記１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるステップ（３２４）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記ターボ機械（１０２）の前記燃焼部（１１４）への前記燃料流量を前記初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップと実質的に同時に、前記アクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって前記ターボ機械（１０２）内の前記１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるステップ
を含む、請求項４に記載の方法（３００）。
【請求項６】
前記アクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって前記ターボ機械（１０２）内の前記１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるステップ（３２４）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）に電力を供給するステップ（３１４）と実質的に同時に、前記アクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記ターボ機械（１０２）内の前記１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるステップを含む、請求項４に記載の方法（３００）。
【請求項７】
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記定常状態動作条件で前記ターボ機械（１０２）を動作させている間に前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記コマンドを受信するステップ（３１０）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、ステップ気候操作を行うためのコマンドを受信するステップ（３１２）を含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項８】
前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、電気エネルギー蓄積ユニット（５５）をさらに含み、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）に電力を供給するステップ（３１４）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）から前記電気機械（５６）に電力を供給するステップ（３１６）を含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項９】
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）から前記電気機械（５６）に電力を供給するステップ（３１６）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）を用いて少なくとも約１５馬力の機械的動力を前記ターボ機械（１０２）、または前記推進器（１０４）、またはその両方に供給するステップ（３１８）を含む、請求項８に記載の方法（３００）。
【請求項１０】
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記定常状態飛行動作条件で前記ターボ機械（１０２）を動作させるステップ（３０２）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）から電力を抽出するステップ（３０４）を含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項１１】
前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、電気エネルギー蓄積ユニット（５５）をさらに含み、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）から電力を抽出するステップ（３０４）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）から前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）に電力を抽出するステップ（３０６）を含む、請求項１０に記載の方法（３００）。
【請求項１２】
前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、電気エネルギー蓄積ユニット（５５）をさらに含み、前記電気機械（５６）は第１の電気機械（５６Ａ）であり、前記推進器（１０４）は第１の推進器（１０４Ａ）であり、前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、第２の推進器（１０４Ｂ）をさらに含み、前記電気システムは、前記第２の推進器（１０４Ｂ）に連結された第２の電気機械（５６Ｂ）をさらに含み、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）から電力を抽出するステップ（３０４）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記第１の電気機械（５６Ａ）から前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）、または前記第２の電気機械（５６Ｂ）、または両方に電力を抽出するステップ（３０８）を含む、請求項１０に記載の方法（３００）。
【請求項１３】
航空機（１０）のためのハイブリッド電気推進システム（５０）であって、
推進器（１０４）と、
前記推進器（１０４）を駆動して推力を発生させるために前記推進器（１０４）に連結されたターボ機械（１０２）と、
前記電気機械（５６）と、前記電気機械（５６）に電気的に接続可能な電気エネルギー蓄積ユニット（５５）と、を含む電気システムであって、前記電気機械（５６）は前記ターボ機械（１０２）に連結されている、電気システムと、
前記ターボ機械（１０２）を定常状態飛行動作条件で動作させている間に前記ターボ機械（１０２）を加速するためのコマンドを受信し、前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）、前記推進器（１０４）、またはその両方に電力を加えるために前記電気機械（５６）に電力を供給するように構成されたコントローラ（１５０）と、
を含むハイブリッド電気推進システム（５０）。
【請求項１４】
前記ターボ機械（１０２）は、燃焼部（１１４）をさらに含み、前記コントローラ（１５０）は、前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）の前記燃焼部（１１４）への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するようにさらに構成される、請求項１３に記載のハイブリッド電気推進システム（５０）。
【請求項１５】
前記ターボ機械（１０２）は、アクティブクリアランス制御システム（１６０）をさらに含み、前記コントローラ（１５０）は、前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）の前記アクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記ターボ機械（１０２）内の１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるようにさらに構成される、請求項１３に記載のハイブリッド電気推進システム（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、ハイブリッド電気推進システム、および飛行中の定常状態動作条件からハイブリッド電気推進システムのターボ機械の加速を増加させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の商用航空機は、一般に、胴体と、一対の翼部と、推力を提供する推進システムと、を含む。推進システムは、通常、ターボファンジェットエンジンなどの少なくとも２つの航空機エンジンを含む。各ターボファンジェットエンジンは、通常、翼部と胴体から分離された、翼部の下の吊下位置などの、航空機の翼部のそれぞれ１つに取り付けられている。
【０００３】
飛行中に定常状態で動作する場合、ターボファンジェットエンジンのアクティブクリアランス制御システムは、例えばターボファンジェットエンジンのそれぞれのタービン部内のクリアランスを閉鎖または締め付けることができる。理解されるように、クリアランスを締め付けることによって、ターボファンジェットエンジンの効率を高めることができる。しかし、所望の場合にターボファンジェットエンジンが有効出力を比較的迅速に増加させることを可能にするために、これらのクリアランスは望ましいほど近くに保たれない。より具体的には、ターボファンジェットエンジンを加速するためのコマンドに応答して、ターボファンジェットエンジン内の構成要素が必要に応じて半径方向外側に膨張することを可能にするために、これらのクリアランスは望ましいほど近くに保たれない（この膨張は、例えば、回転速度の増加および／または構成要素が曝される温度の上昇により生じる）。
【０００４】
したがって、加速応答を犠牲にすることなく、定常状態飛行動作中に比較的低いクリアランスで効率的にターボ機械を動作させることができる航空機用推進システムが有用であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／００５８７８５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。
【０００７】
本開示の例示的な態様では、航空機のハイブリッド電気推進システムのターボ機械を動作させるための方法が提供される。ハイブリッド電気推進システムは、推進器、ターボ機械、および電気システムを含み、電気システムは、ターボ機械に連結された電気機械を含む。本方法は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させるステップであって、ターボ機械は、定常状態飛行動作条件で動作する場合に推進器を回転させる、ステップと、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させている間にターボ機械を加速するためのコマンドを受信するステップと、ターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、ターボ機械、または推進器、またはその両方に動力を加えるために、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって電力を電気機械に供給するステップと、を含む。
【０００８】
特定の例示的な態様では、本方法は、ターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械の燃焼部への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップをさらに含む。例えば、特定の例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械の燃焼部への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップは、ターボ機械の高圧システムの回転速度を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ、またはターボ機械内の温度を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ、またはその両方を含む。
【０００９】
特定の例示的な態様では、本方法は、ターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、ターボ機械のアクティブクリアランス制御システムを使用して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによってターボ機械内の１つまたは複数のクリアランスを増加させるステップをさらに含む。
【００１０】
例えば、特定の例示的な態様では、本方法は、ターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械の燃焼部への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップをさらに含み、アクティブクリアランス制御システムを使用して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによってターボ機械内の１つまたは複数のクリアランスを増加させるステップは、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械の燃焼部への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップと実質的に同時に、アクティブクリアランス制御システムを使用して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによってターボ機械内の１つまたは複数のクリアランスを増加させるステップを含む。
【００１１】
例えば、特定の例示的な態様では、アクティブクリアランス制御システムを使用して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによってターボ機械内の１つまたは複数のクリアランスを増加させるステップは、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に電力を供給するステップと実質的に同時に、アクティブクリアランス制御システムを使用して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械内の１つまたは複数のクリアランスを増加させるステップを含む。
【００１２】
特定の例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、定常状態動作条件でターボ機械を動作させている間にターボ機械を加速するためのコマンドを受信するステップは、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ステップ気候操作を行うためのコマンドを受信するステップを含む。
【００１３】
特定の例示的な態様では、ハイブリッド電気推進システムは、電気エネルギー蓄積ユニットをさらに含み、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に電力を供給するステップは、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気エネルギー蓄積ユニットから電気機械に電力を供給するステップを含む。
【００１４】
例えば、特定の例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気エネルギー蓄積ユニットから電気機械に電力を供給するステップは、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械を用いて少なくとも約１５馬力の機械的動力をターボ機械、または推進器、またはその両方に供給するステップを含む。
【００１５】
特定の例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させるステップは、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械から電力を抽出するステップを含む。例えば、特定の例示的な態様では、ハイブリッド電気推進システムは、電気エネルギー蓄積ユニットをさらに含み、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械から電力を抽出するステップは、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械から電気エネルギー蓄積ユニットに電力を抽出するステップを含む。
【００１６】
例えば、特定の例示的な態様では、ハイブリッド電気推進システムは、電気エネルギー蓄積ユニットをさらに含み、電気機械は第１の電気機械であり、推進器は第１の推進器であり、ハイブリッド電気推進システムは、第２の推進器をさらに含み、電気システムは、第２の推進器に連結された第２の電気機械をさらに含み、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械から電力を抽出するステップは、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、第１の電気機械から電気エネルギー蓄積ユニット、または第２の電気機械、または両方に電力を抽出するステップを含む。
【００１７】
特定の例示的な態様では、本方法は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械の動作パラメータを示すデータを受信するステップをさらに含み、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に電力を供給するステップは、ターボ機械の動作パラメータを示す受信データに少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に供給される電力量を変調するステップを含む。例えば、特定の例示的な態様では、ターボ機械の動作パラメータは、ターボ機械の１つまたは複数の構成要素の回転速度パラメータ、ターボ機械の燃焼部への燃料流量、ターボ機械の内部圧力、またはターボ機械の内部温度のうちの少なくとも１つである。
【００１８】
特定の例示的な態様では、本方法は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械の動作パラメータを示すデータを受信するステップと、ターボ機械の動作パラメータを示す受信データに少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械への電力の供給を終了させるステップと、をさらに含む。
【００１９】
特定の例示的な態様では、ハイブリッド電気推進システムは、電気エネルギー蓄積ユニットをさらに含み、本方法は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気エネルギー蓄積ユニットの充電状態を示すデータを受信するステップをさらに含み、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に電力を供給するステップは、電気エネルギー蓄積ユニットの充電状態を示す受信データに少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に供給される電力量を変調するステップを含む。
【００２０】
特定の例示的な態様では、ハイブリッド電気推進システムは、電気エネルギー蓄積ユニットをさらに含み、本方法は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気エネルギー蓄積ユニットの充電状態を示すデータを受信するステップと、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気エネルギー蓄積ユニットの充電状態を示す受信データに少なくとも部分的に基づいて、電気機械への電力の供給を終了させるステップと、をさらに含む。
【００２１】
特定の例示的な実施形態では、航空機用のハイブリッド電気推進システムが提供される。ハイブリッド電気推進システムは、推進器と、推進器を駆動して推力を発生させるために推進器に連結されたターボ機械と、電気機械および電気機械に電気的に接続可能な電気エネルギー蓄積ユニットを含む電気システムであって、電気機械はターボ機械に連結されている、電気システムと、コントローラと、を含む。コントローラは、定常状態の飛行動作状態においてターボ機械を定常状態飛行動作条件で動作させている間にターボ機械を加速するためのコマンドを受信し、受信したコマンドに応答してターボ機械、推進器、またはその両方に電力を加えるために電気機械に電力を供給するターボ機械を加速する。
【００２２】
特定の例示的な実施形態では、ターボ機械は、燃焼部をさらに含み、コントローラは、ターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、ターボ機械の燃焼部への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するようにさらに構成される。
【００２３】
特定の例示的な実施形態では、ターボ機械は、アクティブクリアランス制御システムをさらに含み、コントローラは、ターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、ターボ機械のコントローラアクティブクリアランス制御システムを使用して、ターボ機械内の１つまたは複数のクリアランスを増加させるようにさらに構成される。
【００２４】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００２５】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本開示の様々な例示的な実施形態による航空機の上面図である。
【図２】図１の例示的な航空機に取り付けられたガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図３】本開示の１つの例示的な実施形態によるアクティブクリアランス制御システムの拡大図である。
【図４】本開示の例示的な実施形態による電動ファンアセンブリの概略断面図である。
【図５】本開示の別の例示的な実施形態による推進システムを含む航空機の上面図である。
【図６】本開示の例示的な態様による、航空機のハイブリッド電気推進システムを動作させるための方法の流れ図である。
【図７】図６の航空機のハイブリッド電気推進システムを動作させるための例示的な方法の例示的な態様の流れ図である。
【図８】図６の航空機のハイブリッド電気推進システムを動作させるための例示的な方法の別の例示的な態様の流れ図である。
【図９】本開示の例示的な態様によるコンピューティングシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数字および文字による符号を用いる。図面および説明の中で同じまたは類似の符号は、本発明の同じまたは類似の部品を参照するために使用されている。
【００２８】
本明細書において使用されるとき、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。
【００２９】
「前方」および「後方」という用語は、ガスタービンエンジンまたは車両内の相対位置を指し、ガスタービンエンジンまたは車両の通常の動作姿勢を指す。例えば、ガスタービンエンジンに関しては、前方はエンジン入口に近い位置を指し、後方はエンジンノズルまたは排気部に近い位置を指す。
【００３０】
「上流」および「下流」という用語は、経路における流れに対する相対的な方向を指す。例えば、流体の流れに対して、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。しかしながら、本明細書で使用される「上流」および「下流」という用語はまた、電気の流れを指してもよい。
【００３１】
単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００３２】
近似を表す文言は、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたってここで用いられるように、それが関連する基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定量的表現を修飾するために適用される。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの場合には、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度、あるいは、構成要素および／またはシステムを構築もしくは製造するための方法または機械の精度に対応することができる。例えば、近似を表す文言は、１０％のマージン内にあることを指すことができる。
【００３３】
ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限定は組み合わせられ、および置き換えられ、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。例えば、本明細書に開示するすべての範囲は端点を含み、端点は互いに独立して組み合わせ可能である。
【００３４】
本開示は、概して、ターボ機械、ターボ機械に連結された推進器、および電気システムを有するハイブリッド電気推進システムに関する。電気システムは、電気機械と、電気機械に電気的に接続可能な電気エネルギー蓄積ユニットと、を含む。さらに、電気機械は、ターボ機械の回転が電気機械を回転させるようにターボ機械に連結され、同様に、電気機械の回転は、ターボ機械の１つまたは複数の構成要素を回転させることができる。
【００３５】
特に、特定の例示的な実施形態では、推進器は第１の推進器であってもよく、電気機械は第１の電気機械であってもよく、ハイブリッド電気推進システムは第２の推進器をさらに含んでもよく、電気システムは第２の推進器に連結された第２の電気機械をさらに含んでもよい。このようにして、第２の電気機械は、少なくとも特定の動作中に第２の推進器を駆動して航空機に推進力の利益を提供することができる。例えば、特定の例示的な実施形態では、ターボ機械および第１の推進器は、ターボファンエンジンの一部として共に構成されてもよく、第２の推進器は、電気推進器アセンブリ（例えば、電動ファン）の一部として構成されてもよい。あるいは、他の例示的な実施形態では、ターボ機械および第１の推進器は、第１のターボファンエンジンの一部として共に構成されてもよく、第２の推進器は第２のターボファンエンジンの一部として構成されてもよい（例えば第２のターボ機械を第２の電気機械および／または第２の推進器に連結する）。さらに、他の例示的な実施形態では、これらの構成要素は、例えば、ターボプロップエンジン、または任意の他の適切なガスタービンエンジンの一部として構成されてもよい。
【００３６】
ハイブリッド電気推進システムの特定の動作では、ハイブリッド電気推進システムは、定常状態飛行条件の間にターボ機械がより効率的に動作することを可能にすると共に、ターボ機械に対して比較的高いレベルの加速を提供するように動作可能である。例えば、特定の例示的な態様では、ハイブリッド電気推進システムは、定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させながら、ターボ機械を加速するためのコマンドを受信することができる。定常状態飛行動作条件は、例えば巡航動作条件であってもよい。ハイブリッド電気推進システムは、ターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、第１の電気機械に電力を供給して、ターボ機械に動力を加えることができる。ターボ機械に加えられる付加的な動力は、ターボ機械の加速を実質的に瞬間的に増加させて、望ましい、比較的速い加速応答を提供することができる。
【００３７】
特に、これは、例えば、ターボ機械がアクティブクリアランス制御システムを含む場合に、特に有用であり得る。例えば、そのような例示的な態様では、ハイブリッド電気推進システムは、ターボ機械を加速するためのコマンドを受信したことに応答して、ターボ機械のコア（すなわち、ターボ機械の高圧システム）の回転速度を実質的に一定の回転速度および温度に維持することができ、ターボ機械のコアを加速させる前に、ハイブリッド電気推進システムがアクティブクリアランス制御システムを緩和するまたは緩めること（すなわち、様々なタービンロータブレードと外側流路ライナーとの間の半径方向クリアランスなどの、ターボ機械内のクリアランスを増加させること）を可能にすることができる。アクティブクリアランス制御システムが緩んでいる間に、第１の電気機械に供給される電力は、航空機に対してターボ機械の所望の比較的速い加速応答を提供することができる。特に、以下により詳細に説明するように、特定の例示的な実施形態では、電気機械は、ターボ機械の低圧システムに連結されてもよく、その結果、電気機械を介してターボ機械に動力を加えることは、ターボ機械の高圧システムの回転速度に実質的に影響しない。
【００３８】
このようにして、アクティブクリアランス制御システムは、加速応答時間を心配することなく、定常状態の飛行動作中に、比較的狭いクリアランスに維持することができ、そのような定常状態飛行動作条件の間にターボ機械をより効率的に動作させることができる。
【００３９】
ここで図面を参照すると、図面全体を通して同一符号は同一要素を示しており、図１は、本開示の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な航空機１０の上面図である。図１に示すように、航空機１０は、それを通って延在する長手方向中心線１４、横方向Ｌ、前端部１６、および後端部１８を画定する。さらに、航空機１０は、航空機１０の前端部１６から航空機１０の後端部１８まで長手方向に延在する胴体１２と、航空機１０の後端部にある尾翼１９と、を含む。さらに、航空機１０は、第１の、左側翼部２０および第２の、右側翼部２２を含む翼部アセンブリを含む。第１の翼部２０および第２の翼部２２はそれぞれ、長手方向中心線１４に対して横方向外側に延在する。第１の翼部２０および胴体１２の一部は共に航空機１０の第１の側２４を画定し、第２の翼部２２および胴体１２の別の部分は共に航空機１０の第２の側２６を画定する。図示する実施形態では、航空機１０の第１の側２４は航空機１０の左側として構成され、航空機１０の第２の側２６は航空機１０の右側として構成される。
【００４０】
図示する例示的な実施形態の翼部２０、２２の各々は、１つもしくは複数の前縁フラップ２８および１つもしくは複数の後縁フラップ３０を含む。航空機１０は、またはむしろ、航空機１０の尾翼１９は、ヨー制御用のラダーフラップ（図示せず）を有する垂直スタビライザ３２と、ピッチ制御用のエレベータフラップ３６をそれぞれ有する一対の水平スタビライザ３４と、をさらに含む。胴体１２は、外面または外板３８をさらに含む。しかしながら、本開示の他の例示的な実施形態では、航空機１０は、それに加えてまたはその代わりに、任意の他の適切な構成を含むことができることを理解されたい。例えば、他の実施形態では、航空機１０は、任意の他の構成のスタビライザを含むことができる。
【００４１】
ここでまた図２および図４を参照すると、図１の例示的な航空機１０は、第１の推進器アセンブリ５２および第２の推進器アセンブリ５４を有するハイブリッド電気推進システム５０をさらに含む。図２は、第１の推進器アセンブリ５２の概略断面図を示し、図４は、第２の推進器アセンブリ５４の概略断面図を示す。図示した実施形態では、第１の推進器アセンブリ５２および第２の推進器アセンブリ５４は、それぞれアンダーウィング取り付け構成で構成される。しかし、以下に説明するように、第１および第２の推進器アセンブリ５２、５４の一方または両方は、他の例示的な実施形態では、任意の他の適切な位置に取り付けられてもよい。
【００４２】
より詳細には、図１〜図４を全体的に参照すると、例示的なハイブリッド電気推進システム５０は、一般的に、ターボ機械および主推進器（図２の実施形態では、ガスタービンエンジンとして、またはむしろターボファンエンジン１００として共に構成されている）を有する第１の推進器アセンブリ５２と、ターボ機械に駆動連結された電気機械５６（図２に示す実施形態では電動モータ／発電機である）と、第２の推進器アセンブリ５４（図３の実施形態では、電気推進器アセンブリ２００として構成されている）と、電気エネルギー蓄積ユニット５５（電気機械５６および／または電気推進器アセンブリ２００に電気的に接続可能）と、コントローラ７２と、電力バス５８と、を含む。電気推進器アセンブリ２００、電気エネルギー蓄積ユニット５５、および電気機械５６はそれぞれ、電力バス５８の１つまたは複数の電線６０を介して互いに電気的に接続可能である。例えば、電力バス５８は、ハイブリッド電気推進システム５０の様々な構成要素を選択的に電気的に接続するように移動可能な様々なスイッチまたは他の電力エレクトロニクスを含むことができる。さらに、電力バス５８は、ハイブリッド電気推進システム５０内の電力を調整または変換するための、インバータ、コンバータ、整流器などの電力エレクトロニクスをさらに含むことができる。
【００４３】
理解されるように、コントローラ７２は、ハイブリッド電気推進システム５０の様々な構成要素間に電力を分配するように構成されてもよい。例えば、コントローラ７２は、電気機械５６などの様々な構成要素に電力を供給するか、またはそこから電力を引き出して、種々の動作モード間でハイブリッド電気推進システム５０を動作させ、様々な機能を実行するために、電力バス５８（１つまたは複数のスイッチまたは他の電力エレクトロニクスを含む）と共に動作可能であってもよい。そのようなものは、コントローラ７２を通って延在する電力バス５８の電線６０として概略的に示されており、以下でより詳細に説明する。
【００４４】
コントローラ７２は、ハイブリッド電気推進システム５０に専用のスタンドアローンコントローラであってもよく、あるいは、航空機１０のメインシステムコントローラ、例示的なターボファンエンジン１００のための別個のコントローラ（例えば、ＦＡＤＥＣとも呼ばれる、ターボファンエンジン１００用の全機能デジタルエンジン制御システム）などの１つまたは複数に組み込まれてもよい。例えば、コントローラ７２は、図６を参照して以下に説明される例示的なコンピューティングシステム５００と実質的に同じ方法で構成されてもよい（以下で説明する例示的な方法３００の１つまたは複数の機能を実行するように構成されてもよい）。
【００４５】
さらに、電気エネルギー蓄積ユニット５５は、１つまたは複数のリチウムイオン電池などの、１つまたは複数の電池として構成されてもよく、あるいは他の適切な電気エネルギー蓄積装置として構成されてもよい。本明細書に記載のハイブリッド電気推進システム５０の場合、電気エネルギー蓄積ユニット５５は、比較的大きな電力量を蓄積するように構成されていることが理解されよう。例えば、特定の例示的な実施形態では、電気エネルギー蓄積ユニットは、少なくとも約５０キロワット時の電力、例えば、少なくとも約６５キロワット時の電力、例えば、少なくとも約７５キロワット時の電力、および最大約１，０００キロワット時の電力を蓄積するように構成することができる。
【００４６】
ここで特に図１および図２を参照すると、第１の推進器アセンブリ５２は、航空機１０の第１の翼部２０に取り付けられる、または取り付けられるように構成されたガスタービンエンジンを含む。より具体的には、図２の実施形態では、ガスタービンエンジンは、ターボ機械１０２および推進器を含み、この推進器はファン（図２を参照して「ファン１０４」と呼ばれる）である。したがって、図２の実施形態では、ガスタービンエンジンは、ターボファンエンジン１００として構成されている。
【００４７】
ターボファンエンジン１００は、軸方向Ａ１（参照用に示されている長手方向中心線１０１に平行に延在する）および半径方向Ｒ１を規定する。上述したように、ターボファンエンジン１００は、ファン１０４と、ファン１０４の下流に配置されたターボ機械１０２と、を含む。
【００４８】
図示する例示的なターボ機械１０２は、一般に、環状入口１０８を画定する実質的に管状の外側ケーシング１０６を含む。外側ケーシング１０６は、直列の流れの関係で、ブースタもしくは低圧（ＬＰ）圧縮機１１０および高圧（ＨＰ）圧縮機１１２を含む圧縮機部と、燃焼部１１４と、第１の高圧（ＨＰ）タービン１１６および第２の低圧（ＬＰ）タービン１１８、ならびにジェット排気ノズル部１２０を収容する。圧縮機部、燃焼部１１４、およびタービン部は、共に、ターボ機械１０２を通るコア空気流路１２１を少なくとも部分的に画定する。
【００４９】
ターボファンエンジン１００の例示的なターボ機械１０２は、タービン部の少なくとも一部、さらに図示する実施形態では、圧縮機部の少なくとも一部と共に回転可能な１つまたは複数のシャフトをさらに含む。より詳細には、図示する実施形態では、ターボファンエンジン１００は、ＨＰタービン１１６をＨＰ圧縮機１１２に駆動的に接続する高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール１２２を含む。さらに、例示的なターボファンエンジン１００は、ＬＰタービン１１８をＬＰ圧縮機１１０に駆動的に接続する低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール１２４を含む。
【００５０】
さらに、図２に示す例示的なターボ機械１０２は、アクティブクリアランス制御システム１６０をさらに含むことが理解されよう。具体的には、図３を簡単に参照すると、例示的なアクティブクリアランス制御システム１６０の拡大図が示されているが、図示した実施形態では、アクティブクリアランス制御システム１６０は、ターボ機械１０２のタービン部内に配置され、より具体的には、ターボ機械１０２のＨＰタービン１１６で動作可能である。図示した実施形態では、アクティブクリアランス制御システム１６０は、一般的に、概ね半径方向Ｒ１に沿って移動可能な作動部材１６２を含む。
【００５１】
理解されるように、アクティブクリアランス制御システム１６０は、一般的に、例えば、その中の１つまたは複数の構成要素の熱膨張にもかかわらず、タービン部内に所望のクリアランスを維持するように構成される。具体的には、図示するように、ＨＰタービン１１６は、一般的に、複数のＨＰタービンロータブレード１６４を含む。ＨＰタービンロータブレード１６４は、外側ライナー１６８とのクリアランス１６６を画定する半径方向外側先端部を画定し、外側ライナー１６８は、コア空気流路１２１を少なくとも部分的に画定する。アクティブクリアランス制御システム１６０は、作動部材１６２を半径方向Ｒ１に沿って動かすことによって、複数のＨＰタービンロータブレード１６４を取り囲むライナー１６８を半径方向内側または半径方向外側に移動させて、クリアランス１６６を増減させることができる。例えば、ターボ機械１０２の加速中にクリアランス１６６を増加させて、複数のＨＰタービンロータブレード１６４が、回転速度の上昇および／または温度の上昇に曝されることにより、半径方向Ｒ１に沿って膨張することを可能にすることが、一般的に望ましい場合がある。対照的に、ターボ機械１０２の効率を向上させるために、定常状態飛行動作条件でターボ機械１０２の動作中にクリアランス１６６を減少させることが一般的に望ましい場合がある。アクティブクリアランス制御システム１６０は、ＨＰタービン１１６で動作可能なものとして図示してあるが、他の例示的な実施形態では、例えば、ＬＰタービン１１８でさらに動作可能であってもよい。さらに、本開示の他の例示的な実施形態では、アクティブクリアランス制御システム１６０は、任意の他の適切な構成を有してもよい。
【００５２】
特に図２を再び参照すると、図示する例示的なファン１０４は、ディスク１３０に離間して結合された複数のファンブレード１２８を有する可変ピッチファンとして構成されている。図示するように、ファンブレード１２８は、ほぼ半径方向Ｒ１に沿ってディスク１３０から外向きに延在する。各ファンブレード１２８は、ファンブレード１２８のピッチを同時にまとめて変化させるように構成された適切な作動部材１３２に動作可能に結合されたファンブレード１２８により、それぞれのピッチ軸Ｐ１を中心としてディスク１３０に対して回転することができる。ファン１０４は、第２のＬＰタービン１１８によって機械的に駆動されるように、ＬＰシャフト１２４に機械的に連結される。より詳細には、ファン１０４は、ファンブレード１２８、ディスク１３０、および作動部材１３２を含み、動力ギヤボックス１３４を介してＬＰシャフト１２４に機械的に連結され、動力ギヤボックス１３４を横切るＬＰシャフト１２４によって長手方向軸１０１を中心に回転することができる。動力ギヤボックス１３４は、ＬＰシャフト１２４の回転速度をより効率的な回転ファン速度に低下させる複数のギヤを含む。したがって、ファン１０４は、ターボ機械１０２のＬＰシステム（ＬＰタービン１１８を含む）によって駆動される。
【００５３】
さらに図２の例示的な実施形態を参照すると、ディスク１３０は、複数のファンブレード１２８を通る空気流を促進するために空気力学的に輪郭づけされた回転可能なフロントハブ１３６で覆われている。さらに、ターボファンエンジン１００は、ファン１０４および／またはターボ機械１０２の少なくとも一部を円周方向に取り囲む環状のファンケーシングまたは外側ナセル１３８を含む。したがって、図示する例示的なターボファンエンジン１００は、「ダクト付き」ターボファンエンジンと呼ばれることがある。さらに、ナセル１３８は、円周方向に離間した複数の出口ガイドベーン１４０によってターボ機械１０２に対して支持されている。ナセル１３８の下流側部分１４２は、ターボ機械１０２の外側部分の上に延在し、ターボ機械１０２の外側部分との間にバイパス空気流路１４４を画定する。
【００５４】
引き続き図２を参照すると、ハイブリッド電気推進システム５０は、図示する実施形態では電動モータ／発電機として構成される電気機械５６をさらに含む。電気機械５６は、図示した実施形態では、コア空気流路１２１の内側で、ターボファンエンジン１００のターボ機械１０２内に配置され、ターボファンエンジン１００のシャフトの１つと連結／機械的に連通される。より具体的には、図示する実施形態では、電気機械は、ＬＰシャフト１２４を介して第２の、ＬＰタービン１１８に連結される。電気機械５６は、ＬＰシャフト１２４の機械的動力を（ＬＰシャフト１２４が電気機械５６を駆動するように）電力に変換するように構成されてもよく、あるいは、電気機械５６は、それに供給される電力を（電気機械５６がＬＰシャフト１２４を駆動するか、または駆動するのを助けるように）ＬＰシャフト１２４のための機械的動力に変換するように構成されてもよい。
【００５５】
しかしながら、他の例示的な実施形態では、代わりに、電気機械５６を、ターボ機械１０２内の他の任意の適切な位置または他の場所に配置することができることを理解されたい。例えば、電気機械５６は、他の実施形態では、タービン部内のＬＰシャフト１２４と同軸に取り付けられてもよく、あるいは、ＬＰシャフト１２４からオフセットされ、適切な歯車列を介して駆動されてもよい。それに加えて、またはその代わりに、他の例示的な実施形態では、電気機械５６は、代わりに、ＨＰシステムによって、すなわち、例えばＨＰシャフト１２２を介してＨＰタービン１１６によって、またはデュアル駆動システムを介してＬＰシステム（例えば、ＬＰシャフト１２４）とＨＰシステム（例えば、ＨＰシャフト１２２）の両方によって駆動されてもよい。それに加えて、またはその代わりに、他の実施形態では、電気機械５６は、例えば、１つがＬＰシステム（例えば、ＬＰシャフト１２４）に駆動接続され、１つがＨＰシステム（例えば、ＨＰシャフト１２２）に駆動接続された複数の電気機械を含んでもよい。さらに、電気機械５６は電動モータ／発電機として説明されているが、他の例示的な実施形態では、電気機械５６は単に発電機として構成されてもよい。
【００５６】
特に、特定の例示的な実施形態では、電気機械５６は、ターボ機械１０２によって駆動されると、少なくとも約１０キロワットの電力、例えば少なくとも約５０キロワットの電力、例えば少なくとも約６５キロワットの電力、例えば少なくとも約７５キロワットの電力、例えば少なくとも約１００キロワットの電力、例えば最大５０００キロワットの電力を生成するように構成されてもよい。それに加えて、またはその代わりに、電気機械５６に例えば電気エネルギー蓄積ユニット５５から電力が供給されたときに、電気機械５６は、少なくとも約１５馬力の機械的動力をターボ機械１０２に提供するか、または加えるように構成することができる。例えば、特定の例示的な実施形態では、電気機械５６は、少なくとも約５０馬力、例えば少なくとも約７５馬力、例えば少なくとも約１００馬力、例えば少なくとも約１２０馬力、例えば最大約７０００馬力の機械的動力をターボ機械１０２に提供するように構成されてもよい。
【００５７】
さらに図１および図２を参照すると、ターボファンエンジン１００は、コントローラ１５０および複数のセンサ（図示せず）をさらに含む。コントローラ１５０は、ＦＡＤＥＣとも呼ばれる全機能デジタルエンジン制御システムであってもよい。ターボファンエンジン１００のコントローラ１５０は、例えば、作動部材１３２、燃料供給システムなどの動作を制御するように構成することができる。さらに、図１に戻って参照すると、ターボファンエンジン１００のコントローラ１５０は、ハイブリッド電気推進システム５０のコントローラ７２に動作可能に接続されている。さらに、理解されるように、コントローラ７２は、適切な有線または無線通信システム（破線で描かれている）を介して、第１の推進器アセンブリ５２（コントローラ１５０を含む）、電気機械５６、第２の推進器アセンブリ５４、およびエネルギー蓄積ユニット５５のうちの１つまたは複数に、さらに動作可能に接続されている。
【００５８】
さらに、図示していないが、特定の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン１００は、ターボファンエンジン１００の１つまたは複数の動作パラメータを示すデータを検出するように配置され、構成された１つまたは複数のセンサをさらに含むことができる。例えば、ターボファンエンジン１００は、ターボ機械１０２のコア空気流路１２１内の温度を検出するように構成された１つまたは複数の温度センサを含むことができる。それに加えて、またはその代わりに、ターボファンエンジン１００は、燃焼部１１４の出口で排気ガス温度を検出するように構成された１つまたは複数のセンサを含むことができる。それに加えて、またはその代わりに、ターボファンエンジン１００は、ターボ機械１０２の燃焼部１１４内の燃焼器内など、ターボ機械１０２のコア空気流路１２１内の圧力を示すデータを検出するように構成された１つまたは複数の圧力センサを含むことができる。さらに、他の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン１００は、ＬＰスプール１２４またはＨＰスプール１２２のうちの１つまたは複数などの、ターボファンエンジン１００の１つまたは複数の構成要素の回転速度を示すデータを検出するように構成された１つまたは複数の速度センサを含むことができる。
【００５９】
図２に示す例示的なターボファンエンジン１００は、他の例示的な実施形態では、任意の他の適切な構成を有してもよいことをさらに理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、ファン１０４は可変ピッチのファンでなくてもよく、さらに他の実施形態では、ＬＰシャフト１２４はファン１０４に直接機械的に連結されてもよい（すなわち、ターボファンエンジン１００は、ギヤボックス１３４を含まなくてもよい）。さらに、他の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン１００は、任意の他の適切なガスタービンエンジンとして構成されてもよいことを理解されたい。例えば、他の実施形態では、ターボファンエンジン１００は、代わりに、ターボプロップエンジン、ダクトのないターボファンエンジン、ターボジェットエンジン、ターボシャフトエンジンなどとして構成されてもよい。
【００６０】
ここで特に図１および図４を参照すると、先に述べたように、例示的なハイブリッド電気推進システム５０は、図示した実施形態では、航空機１０の第２の翼部２２に取り付けられた第２の推進器アセンブリ５４をさらに含む。特に図４を参照すると、第２の推進器アセンブリ５４は、一般に、電動モータ２０６および推進器／ファン２０４を含む電気推進器アセンブリ２００として構成される。電気推進器アセンブリ２００は、半径方向Ｒ２と同様に、参照のために電気推進器アセンブリ２００を通って延びる長手方向中心線軸２０２に沿って延びる軸方向Ａ２を画定する。図示する実施形態では、ファン２０４は、電動モータ２０６によって中心線軸２０２を中心に回転可能である。
【００６１】
ファン２０４は、複数のファンブレード２０８およびファンシャフト２１０を含む。複数のファンブレード２０８は、ファンシャフト２１０に取り付けられ、それと共に回転可能であり、概ね電気推進器アセンブリ２００（図示せず）の円周方向に沿って離間している。特定の例示的な実施形態では、複数のファンブレード２０８は、固定されてファンシャフト２１０に取り付けられてもよく、あるいは、複数のファンブレード２０８は、図示した実施形態のように、ファンシャフト２１０に対して回転可能であってもよい。例えば、複数のファンブレード２０８はそれぞれのピッチ軸Ｐ２を各々画定し、図示する実施形態では、複数のファンブレード２０８の各々のピッチが例えばピッチ変更機構２１１によって一斉に変更されるようにファンシャフト２１０に取り付けられている。複数のファンブレード２０８のピッチを変更することにより、第２の推進器アセンブリ５４の効率を向上させることができ、および／または第２の推進器アセンブリ５４が所望の推力プロファイルを達成することを可能にすることができる。そのような例示的な実施形態では、ファン２０４を可変ピッチファンと呼ぶことができる。
【００６２】
さらに、図示する実施形態では、図示する電気推進器アセンブリ２００は、１つまたは複数のストラットまたは出口ガイドベーン２１６を介して電気推進器アセンブリ２００のコア２１４に取り付けられたファンケーシングまたは外側ナセル２１２をさらに含む。図示する実施形態では、外側ナセル２１２は、ファン２０４、特に複数のファンブレード２０８を実質的に完全に取り囲んでいる。したがって、図示する実施形態では、電気推進器アセンブリ２００をダクト付き電動ファンと呼ぶことができる。
【００６３】
引き続き特に図４を参照すると、ファンシャフト２１０は、コア２１４内の電動モータ２０６に機械的に連結され、電動モータ２０６がファンシャフト２１０を介してファン２０４を駆動する。ファンシャフト２１０は、１つまたは複数のローラベアリング、ボールベアリング、または任意の他の適切なベアリングなどの１つまたは複数のベアリング２１８によって支持される。さらに、電動モータ２０６は、インランナー電動モータ（すなわち、ステータの半径方向内側に配置されたロータを含む）であってもよく、あるいは、アウトランナー電動モータ（すなわち、ロータの半径方向内側に配置されたステータを含む）であってもよいし、あるいは、軸方向磁束電動モータ（すなわち、ロータがステータの外側でもなくステータの内側でもなく、むしろ電動モータの軸に沿ってステータからオフセットされている）であってもよい。
【００６４】
上述したように、電源（例えば、電気機械５６または電気エネルギー蓄積ユニット５５）は、電気推進器アセンブリ２００に電力を供給するために、電気推進器アセンブリ２００（すなわち、電動モータ２０６）と電気的に接続される。より詳細には、電動モータ２０６は、電力バス５８を介して、より具体的には、それらの間に延在する１つまたは複数の電気ケーブルまたは電線６０を介して、電気機械５６および／または電気エネルギー蓄積ユニット５５と電気的に連通している。
【００６５】
しかし、他の例示的な実施形態では、例示的なハイブリッド電気推進システム５０は、他の任意の適切な構成を有してもよく、さらに、他の任意の適切な方法で航空機１０に組み込まれてもよいことを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、代わりに、ハイブリッド電気推進システム５０の電気推進器アセンブリ２００を、複数の電気推進器アセンブリ２００として構成することができ、かつ／またはハイブリッド電気推進システム５０は、複数のガスタービンエンジン（ターボファンエンジン１００など）および電気機械５６をさらに含んでもよい。
【００６６】
さらに、他の例示的な実施形態では、電気推進器アセンブリ２００および／またはガスタービンエンジンおよび電気機械５６は、航空機１０に任意の他の適切な方法（例えば、テールマウント構成を含む）で任意の他の適切な位置に配置することができる。例えば、特定の例示的な実施形態では、電気推進器アセンブリは、境界層空気を取り込み、そのような境界層空気に再びエネルギーを与えて、航空機に推進力の利益を提供するように構成することができる（推進力の利益は、推力であってもよいし、単純に航空機の抗力を減少させることによって航空機の全体の正味の推力を増加させることであってもよい）。
【００６７】
さらに、他の例示的な実施形態では、例示的なハイブリッド電気推進システム５０は、さらに他の構成を有してもよい。例えば、他の例示的な実施形態では、ハイブリッド電気推進システム５０は、「純粋な」電気推進器アセンブリを含まなくてもよい。例えば、図５を簡単に参照すると、本開示のさらに別の例示的な実施形態によるハイブリッド電気推進システム５０の概略図が示されている。図５に示す例示的なハイブリッド電気推進システム５０は、図１から図４を参照して上述した１つまたは複数の例示的なハイブリッド電気推進システム５０と同様に構成することができる。
【００６８】
例えば、図５の例示的なハイブリッド電気推進システム５０は、一般に、第１の推進器アセンブリ５２および第２の推進器アセンブリ５４を含む。第１の推進器アセンブリは、一般に、第１のターボ機械１０２Ａおよび第１の推進器１０４Ａを含み、同様に、第２の推進器アセンブリ５４は、一般に、第２のターボ機械１０２Ｂおよび第２の推進器１０４Ｂを含む。第１および第２のターボ機械１０２Ａ、１０２Ｂの各々は、一般に、低圧シャフト１２４を介して低圧タービン１１８に駆動連結された低圧圧縮機１１０と、高圧シャフト１２２を介して高圧タービン１１６に駆動連結された高圧圧縮機１１２を有する高圧システム（時にはターボ機械の「コア」とも呼ばれる）と、を含む。さらに、第１の推進器１０４Ａは、第１のターボ機械１０２Ａの低圧システムに駆動連結され、第２の推進器１０４Ｂは、第２のターボ機械１０２Ｂの低圧システムに駆動連結される。いくつかの例示的な実施形態では、第１の推進器１０４Ａおよび第１のターボ機械１０２Ａは第１のターボファンエンジンとして構成されてもよく、同様に、第２の推進器１０４Ｂおよび第２のターボ機械１０２Ｂは第２のターボファンエンジンとして（例えば、図２の例示的なターボファンエンジン１００と同様に）構成されてもよい。あるいは、しかし、これらの構成要素は、代わりに、ターボプロップエンジンまたは任意の他の適切なターボ機械駆動の推進装置の一部として構成されてもよい。さらに、特定の例示的な実施形態では、第１の推進器アセンブリ５２は航空機の第１の翼部に取り付けられてもよく、第２の推進器アセンブリ５４は航空機の第２の翼部に取り付けられてもよい（例えば、図１の例示的な実施形態と同様に）。もちろん、他の例示的な実施形態では、任意の他の適切な構成が提供されてもよい（例えば、両方が同じ翼部に取り付けられてもよいし、一方または両方が航空機の尾部に取り付けられてもよい）。
【００６９】
さらに、図５のハイブリッド電気推進システム５０は、電気システムをさらに含む。電気システムは、第１の電気機械５６Ａと、第２の電気機械５６Ｂと、第１の電気機械５６Ａおよび第２の電気機械５６Ｂに電気的に接続可能な電気エネルギー蓄積ユニット５５と、を含む。第１の電気機械５６Ａは、第１のターボ機械１０２Ａにさらに連結される。より具体的には、図示した実施形態では、第１の電気機械５６Ａは、第１のターボ機械１０２Ａの高圧システムに連結され、より具体的には、第１のターボ機械１０２Ａの高圧スプール１２２に連結される。このようにして、第１の電気機械５６Ａは、第１のターボ機械１０２Ａの高圧システムから動力を取り出し、および／または第１のターボ機械１０２Ａの高圧システムに動力を供給することができる。
【００７０】
さらに、図示した実施形態では、第２の推進器アセンブリ５４は、純粋な電気推進器アセンブリとして構成されていないことが理解されよう。代わりに、第２の推進器アセンブリ５４は、ハイブリッド電気推進器の一部として構成されている。より詳細には、第２の電気機械５６Ｂは、第２の推進器１０４Ｂに連結され、さらに、第２のターボ機械１０２Ｂの低圧システムに連結される。このようにして、第２の電気機械５６Ｂは、第２のターボ機械１０２Ｂの低圧システムから動力を取り出し、および／または第１のターボ機械１０２Ａの低圧システムに動力を供給することができる。より詳細には、特定の例示的な態様では、第２の電気機械５６Ｂは、第２の電気機械５６Ｂが第２のターボ機械１０２Ｂ、または第２の推進器１０４Ｂ、またはその両方に動力を供給できるように、第２の推進器１０４Ｂを駆動するか、または駆動することを補助することができる。
【００７１】
図５にも示すように、例示的なハイブリッド電気推進システム５０は、コントローラ７２および電力バス５８をさらに含む。第１の電気機械５６Ａ、第２の電気機械５６Ｂ、および電気エネルギー蓄積ユニット５５は、それぞれ、電力バス５８の１つまたは複数の電線６０を介して互いに電気的に接続可能である。例えば、電力バス５８は、ハイブリッド電気推進システム５０の様々な構成要素を選択的に電気的に接続するように、および任意選択的に、それを介して伝達されるそのような電力を変換もしくは調整するように移動可能な様々なスイッチまたは他の電力エレクトロニクスを含むことができる。
【００７２】
さらに、他の例示的な実施形態では、例示的なハイブリッド電気推進システム５０が他の適切な構成を有してもよいことを理解されたい。例えば、図５の例示的な実施形態は、第１のターボ機械１０２Ａの高圧システムに連結された第１の電気機械５６Ａと、第２のターボ機械１０２Ｂの低圧システムに連結された第２の電気機械５６Ｂと、を含むが、他の例示的な実施形態では、電気機械５６Ａ、５６Ｂの各々は、低圧システムに連結されてもよく、あるいは、高圧システムに連結されてもよい。あるいは、他の例示的な実施形態では、電気システムは、第１のターボ機械１０２Ａの低圧システムに連結された追加の電気機械、および／または第２のターボ機械１０２Ｂの高圧システムに連結された追加の電気機械をさらに含むことができる。
【００７３】
ここで図６を参照すると、航空機のハイブリッド電気推進システムを動作させるための方法３００の流れ図が示されている。方法３００は、一般に、図１〜図５を参照して上述した例示的なハイブリッド電気推進システムの１つまたは複数で動作可能であり得る。例えば、ハイブリッド電気推進システムは、一般に、ターボ機械、ターボ機械に連結された推進器、および電気システムを含み、電気システムは、ターボ機械に連結された電気機械および電気エネルギー蓄積ユニットを含む。電気エネルギー蓄積ユニットは、電気機械に電気的に接続可能であってもよい。
【００７４】
図示するように、方法３００は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械を定常状態飛行動作条件で動作させるステップ（３０２）を含む。例えば、少なくとも特定の例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させるステップ（３０２）は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、巡航動作条件でターボ機械を動作させるステップを含む。さらに、ターボ機械は、定常状態飛行動作条件で動作するときに推進器を回転させることが理解されよう。より具体的には、ターボ機械は、定常状態飛行動作条件で動作するときに推進器を少なくとも部分的に回転させる。したがって、いくつかの例示的な態様では、ターボ機械は、推進器を単独で回転させるが、少なくとも特定の例示的な態様では、推進器は、そのような定常状態飛行動作条件の間にターボ機械と電気機械が共に推進器を駆動するように、電気機械によって部分的にさらに回転されてもよい。
【００７５】
特に、そのような定常状態飛行動作条件の間、ハイブリッド電気推進システムは、一般に、その構成要素間に電力を分配するように動作可能であり得る。例えば、図６に示す方法３００の例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させるステップ（３０２）は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械から電力を抽出するステップ（３０４）をさらに含む。より具体的には、図示した例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械から電力を抽出するステップ（３０４）は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械から電気エネルギー蓄積ユニットに電力を抽出するステップ（３０６）を含む。
【００７６】
さらに、上記の説明から理解されるように、少なくとも特定の例示的な態様では、ハイブリッド電気推進システムは、複数の電気機械および／または推進器をさらに含むことができる。例えば、特定の例示的な態様では、電気機械は第１の電気機械であり、推進器は第１の推進器であり、ハイブリッド電気推進システムは第２の推進器をさらに含んでもよく、電気システムは、第２の推進器に連結された第２の電気機械をさらに含んでもよい。このような例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械から電力を抽出するステップ（３０４）は、破線で示すように、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、第１の電気機械から電気エネルギー蓄積ユニット、または第２の電気機械、またはその両方に電力を抽出するステップ（３０８）をさらに含むことができる。例えば、特定の例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械から電力を抽出するステップ（３０８）は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、第１の電気機械から第２の電気機械に電力を抽出するステップをさらに含むことができる。
【００７７】
さらに、方法３００の例示的な態様を参照すると、方法３００は、ステップ（３０２）において定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させている間に、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械を加速するためのコマンドを受信するステップ（３１０）をさらに含む。例えば、図示した例示的な態様などの、少なくとも特定の例示的な態様では、定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させている間に、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械を加速するためのコマンドを受信するステップ（３１０）は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ステップ上昇操作を実行するためのコマンドを受信するステップ（３１２）を含むことができる。理解されるように、ステップ上昇操作は、一般に、第１の高度を巡航する航空機を第２のより高い高度に上げるための飛行動作中の操作を指す。直前の巡航動作の間に必要とされる推力の量と比較して、そのような操作を実行するためには、増加した推力量が一般的に必要とされる。
【００７８】
さらに、図示した方法３００の例示的な態様は、ステップ（３１０）におけるターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、ターボ機械、または推進器、またはその両方に動力を加えるために、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって電力を電気機械に供給するステップ（３１４）をさらに含む。特に、ステップ（３１４）での電気機械への電力の供給は、そのような動力をターボ機械、または推進器、またはその両方に加えることによって、ターボ機械の加速を増加させる（または推進器によって生成される増加した推力を提供する）ことができ、ステップ（３１０）で受信したターボ機械を加速するためのコマンドに応答して、電気機械の実質的に瞬間的な有効な動力増加を提供することができる。
【００７９】
図示した例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に電力を供給するステップ（３１４）は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気エネルギー蓄積ユニットから電気機械に電力を供給するステップ（３１６）を含む。より具体的には、図示した例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気エネルギー蓄積ユニットから電気機械に電力を供給するステップ（３１４）は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械を用いて少なくとも約１５馬力の機械的動力をターボ機械、または推進器、またはその両方に供給するステップ（３１８）を含む（本明細書で使用されるように、ターボ機械と推進器の「両方」に供給される場合に、供給される動力の量は、電気機械によってターボ機械および推進器に供給されるすべての動力の合計である）。このようにして、方法３００は、一般に、ステップ（３１０）で受信した定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させている間に、ターボ機械を加速するためのコマンドに応答して、所望の加速を提供することができる。
【００８０】
特に、少なくとも特定の例示的な態様では、ターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、ターボ機械、または推進器、またはその両方に動力を加えるために、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって電力を電気機械に供給するステップ（３１４）は、電気機械に実質的に一定／一貫した電力量を供給するステップを含むことができる。しかしながら、ここで図６の方法３００の例示的な態様の流れ図を示す図７を簡単に参照すると、図示した例示的な態様などの、他の例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に電力を供給するステップ（３１４）は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に供給される電力量を変調するステップ（３１５）を含む。より具体的には、図７に示す方法３００の例示的な態様は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械の動作パラメータを示すデータを受信するステップ（３２０）をさらに含み、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に供給される電力量を変調するステップ（３１５）は、ターボ機械の動作パラメータを示す受信データに少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に供給される電力量を変調するステップ（３２１）をさらに含む。例えば、このような方法で、方法３００は、電気機械が所望の回転速度、または所望の出力に近づくにつれて、電気機械に供給される電力量を低減することができる。
【００８１】
特定の例示的な態様では、ターボ機械の動作パラメータは、ターボ機械の１つまたは複数の構成要素の回転速度パラメータ、例えば回転速度、または回転加速度、またはこれらの組み合わせであってもよい。あるいは、ターボ機械の動作パラメータは、ターボ機械内の温度（排気ガス温度など）、ターボ機械内の圧力、ターボ機械の燃焼部への燃料流量などの、任意の他の適切な動作パラメータであってもよい。
【００８２】
しかしながら、他の例示的な態様では、方法３００は、任意の他の適切なパラメータに基づいて、ステップ（３１５）で電気機械に供給される電力量を変調してもよい。例えば、図７に破線で示すように、他の例示的な態様では、方法３００は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気エネルギー蓄積ユニットの充電状態を示すデータを受信するステップ（３２２）をさらに含むことができる。このような例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に供給される電力量を変調するステップ（３１５）は、破線で示すように、電気エネルギー蓄積ユニットの充電状態を示す受信データに少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に供給される電力量を変調するステップ（３２３）をさらに含むことができる。例えば、方法３００は、例えば、電気エネルギー蓄積ユニットの充電レベルが特定のしきい値を下回ったとき、または特定のしきい値に近づいたときに、電気機械に供給される電力量を低減することができる。
【００８３】
図６に戻ると、上述したように、方法３００は、一般に、ステップ（３１０）において定常状態飛行動作条件でターボ機械を動作させている間にターボ機械を加速するためのコマンドが受信されると、実質的に即時の加速応答を提供するように動作可能であり得る。したがって、ターボ機械は、定常状態飛行動作条件でより効率的に動作することが可能になり得る。より詳細には、図６の例示的な態様では、ターボ機械は、アクティブクリアランス制御システムをさらに含む。アクティブクリアランス制御システムは、ターボ機械の動作中にターボ機械のタービン部内の１つまたは複数のタービンロータブレードと外側流路ライナーとの間のクリアランスを変更することができる。通常、定常状態飛行動作条件で動作する場合は、必要に応じてターボ機械の比較的速い加速を可能にするために、効率の点で望ましい場合よりもクリアランスが大きく維持される。例えば、理解されるように、定常状態動作条件からのターボ機械の加速は、タービンロータブレードの回転速度を増加させ、タービンロータブレードおよび他の構成要素が曝される温度を上昇させ、結果として、タービンロータブレードおよび特定の他の構成要素の膨張をもたらす。このような膨張に対応するために、比較的大きなクリアランスが維持される。しかし、本開示のハイブリッド電気推進システム、より具体的にはターボ機械に連結された電気機械が、所望される実質的に即時の加速応答を提供することができれば、アクティブクリアランス制御システムは、タービンロータブレードと、例えばタービン部内の外側流路ライナーとの間に比較的狭いクリアランスを維持するように動作することができる。例えば、図示した方法３００の例示的な態様では、アクティブクリアランス制御システムは、所望の比較的狭いクリアランスを維持することができ、（例えば、ステップ（３１０）で）ターボ機械を加速するためのコマンドを受信することに応答して、電気機械を介して所望される即時の動力応答を提供し、アクティブクリアランス制御システムに、ターボ機械が燃焼により加速するのを可能にするのに十分なクリアランス（すなわち、緩められる）を増加させる時間を与えることができる。
【００８４】
したがって、図示した方法３００の例示的な態様では、方法３００は、ステップ（３１０）でターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、アクティブクリアランス制御システムを使用して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによってターボ機械内の１つまたは複数のクリアランスを増加させるステップ（３２４）をさらに含む。１つまたは複数のクリアランスは、例えば、ターボ機械の高圧タービン（および／または低圧タービン）内のタービンロータブレードのクリアランスであってもよい。具体的には、図示した実施形態の例示的な態様では、アクティブクリアランス制御システムを使用して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによってターボ機械内の１つまたは複数のクリアランスを増加させるステップ（３２４）は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に電力を供給するステップ（３１４）と実質的に同時に、アクティブクリアランス制御システムを使用して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械内の１つまたは複数のクリアランスを増加させるステップ（３２６）を含む。さらに、このような例示的な態様では、アクティブクリアランス制御システムを使用して、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによってターボ機械内の１つまたは複数のクリアランスを増加させるステップ（３２４）は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械の燃焼部への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ（３２８）をさらに含む。特に、本明細書で使用される場合、「実質的に一定」という用語は、初期値から５％未満の変動を指すことができる。例えば、少なくとも特定の例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、ターボ機械の燃焼部への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ（３２８）は、それに応じてターボ機械の高圧システムの回転速度を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ、および／またはターボ機械の特定のセクション内の温度（例えば、排気ガス温度）を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップを含むことができる。
【００８５】
この初期時間は、アクティブクリアランス制御システムがターボ機械の高圧システムを加速させるのに十分なほど緩くなるのに十分な時間量であってもよい。例えば、特定の例示的な態様では、初期期間は少なくとも約２秒、例えば少なくとも約５秒、例えば約１０秒まで、例えば約５分までであってもよい。
【００８６】
さらに、図８を簡単に参照すると、方法３００の例示的な態様の別のフローチャートが示されており、方法３００は、ターボ機械を加速するための受信したコマンドに応答して、ターボ機械、または推進器、またはその両方に電力を加えるために、ステップ（３１４）で電気機械に供給される供給電力を、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって終了させるステップ（３３０）をさらに含む。より具体的には、図示した例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に供給される電力の供給を終了させるステップ（３３０）は、ステップ（３２０）におけるターボ機械の動作パラメータを示す受信データに少なくとも部分的に基づいて、ステップ（３１４）における電気機械に供給される電力の供給を、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって終了させるステップ（３３２）を含む。例えば、方法３００は、ターボ機械が所望の速度で回転しているか、または所望の出力レベルを操作しているかを判定し、このような判定に基づいて電気機械への電力の供給を終了させる。
【００８７】
あるいは、しかしながら、他の例示的な態様では、方法３００は、任意の他の適切な判定に基づいて電気機械への供給電力を終了させることができる。例えば、他の例示的な態様では、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって、電気機械に供給される電力の供給を終了させるステップ（３３０）は、破線で示すように、ステップ（３２２）における電気エネルギー蓄積ユニットの充電状態を示す受信データに少なくとも部分的に基づいて、ステップ（３１４）における電気機械に供給される供給電力を、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって終了させるステップ（３３４）を含むことができる。例えば、方法３００は、電気エネルギー蓄積ユニットの充電レベルが所定のしきい値を下回っているか、または所定のしきい値に近づいていることを判定し、その判定に基づいて電気機械への供給電力を終了させることができる。
【００８８】
上述の例示的な態様の１つまたは複数にしたがってハイブリッド電気推進システムを動作させることにより、全体的により効率的なハイブリッド電気推進システム、より具体的には、より効率的なターボ機械を提供することができる。
【００８９】
ここで図９を参照すると、本開示の例示的な実施形態によるコンピューティングシステム５００の一例が示されている。コンピューティングシステム５００は、例えば、ハイブリッド電気推進システム５０のコントローラ７２として使用することができる。コンピューティングシステム５００は、１つまたは複数のコンピューティングデバイス５１０を含むことができる。コンピューティングデバイス５１０は、１つまたは複数のプロセッサ５１０Ａ、ならびに１つまたは複数のメモリデバイス５１０Ｂを含むことができる。１つまたは複数のプロセッサ５１０Ａは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路、論理デバイス、および／または他の適切な処理デバイスなどの任意の適切な処理デバイスを含むことができる。１つまたは複数のメモリデバイス５１０Ｂは、非一時的コンピュータ可読媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、および／または他のメモリデバイスを含むが、これらに限定されない、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を含むことができる。
【００９０】
１つまたは複数のメモリデバイス５１０Ｂは、１つまたは複数のプロセッサ５１０Ａによって実行することができるコンピュータ可読命令５１０Ｃを含む、１つまたは複数のプロセッサ５１０Ａによってアクセス可能な情報を格納することができる。命令５１０Ｃは、１つまたは複数のプロセッサ５１０Ａによって実行された場合に、１つまたは複数のプロセッサ５１０Ａに動作を実行させる任意の命令セットであってもよい。いくつかの実施形態では、命令５１０Ｃは、１つまたは複数のプロセッサ５１０Ａによって実行されて、コンピューティングシステム５００および／またはコンピューティングデバイス５１０が構成される動作および機能、本明細書で説明したターボ機械を動作させるための動作（例えば、方法３００）、ならびに／あるいは１つまたは複数のコンピューティングデバイス５１０の任意の他の動作または機能のいずれかなどの動作を、１つまたは複数のプロセッサ５１０Ａに実行させることができる。したがって、方法３００は、コンピュータにより実施される方法であってもよい。命令５１０Ｃは、任意の適切なプログラミング言語で書かれたソフトウェアであってもよく、あるいはハードウェアで実現されてもよい。それに加えて、および／またはその代わりに、命令５１０Ｃは、プロセッサ５１０Ａ上の論理的および／または仮想的に別個のスレッドで実行することができる。メモリデバイス５１０Ｂは、プロセッサ５１０Ａによってアクセス可能なデータ５１０Ｄをさらに格納することができる。例えば、データ５１０Ｄは、電力潮流を示すデータ、ハイブリッド電気推進システムにおける様々な負荷の電力需要を示すデータ、ハイブリッド電気推進システムのターボ機械を含むハイブリッド電気推進システムの動作パラメータを示すデータを含むことができる。
【００９１】
コンピューティングデバイス５１０はまた、例えば、システム５００の他の構成要素と（例えば、ネットワークを介して）通信するために使用されるネットワークインターフェース５１０Ｅを含むことができる。ネットワークインターフェース５１０Ｅは、例えば、送信器、受信器、ポート、コントローラ、アンテナ、および／または他の適切な構成要素を含む１つまたは複数のネットワークとインターフェースするための任意の適切な構成要素を含むことができる。１つまたは複数の外部表示装置（図示せず）は、コンピューティングデバイス５１０から１つまたは複数のコマンドを受信するように構成することができる。
【００９２】
本明細書で説明した技術は、コンピュータベースのシステム、ならびにコンピュータベースのシステムにより行われる動作、およびそれとの間でやりとりされる情報を参照する。当業者であれば、コンピュータベースのシステムの固有の柔軟性によって、構成要素間の多種多様な可能な構成、組み合わせ、ならびにタスクおよび機能の分割が可能になることを認識するであろう。例えば、本明細書で説明した処理は、単一のコンピューティングデバイスまたは組み合わせて働く複数のコンピューティングデバイスを使用して実施することができる。データベース、メモリ、命令、およびアプリケーションは、単一のシステムに実装してもよいし、複数のシステムに分散してもよい。分散した構成要素は、順次または並列に動作することができる。
【００９３】
様々な実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
【００９４】
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示すると共に、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
航空機（１０）のハイブリッド電気推進システム（５０）のターボ機械（１０２）を動作させるための方法（３００）であって、前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、推進器（１０４）、ターボ機械（１０２）、および電気システムを含み、前記電気システムは、前記ターボ機械（１０２）に連結された電気機械（５６）を含み、前記方法（３００）は、
１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、定常状態飛行動作条件で前記ターボ機械（１０２）を動作させるステップ（３０２）であって、前記ターボ機械（１０２）は、前記定常状態飛行動作条件で動作する場合に前記推進器（１０４）を回転させる、ステップ（３０２）と、
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記定常状態飛行動作条件で前記ターボ機械（１０２）を動作させている間に前記ターボ機械（１０２）を加速するためのコマンドを受信するステップ（３１０）と、
前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）、または前記推進器（１０４）、またはその両方に動力を加えるために、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって電力を前記電気機械（５６）に供給するステップ（３１４）と、
を含む方法（３００）。
［実施態様２］
前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記ターボ機械（１０２）の燃焼部（１１４）への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ（３２８）
をさらに含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様３］
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記ターボ機械（１０２）の前記燃焼部（１１４）への前記燃料流量を前記初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ（３２８）は、前記ターボ機械（１０２）の高圧システムの回転速度を前記初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ、または前記ターボ機械（１０２）内の温度を前記初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ、またはその両方を含む、実施態様２に記載の方法（３００）。
［実施態様４］
前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）のアクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって前記ターボ機械（１０２）内の１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるステップ（３２４）を
さらに含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様５］
前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）の燃焼部（１１４）への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップ（３２８）をさらに含み、前記アクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって前記ターボ機械（１０２）内の前記１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるステップ（３２４）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記ターボ機械（１０２）の前記燃焼部（１１４）への前記燃料流量を前記初期時間にわたって実質的に一定に維持するステップと実質的に同時に、前記アクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって前記ターボ機械（１０２）内の前記１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるステップ
を含む、実施態様４に記載の方法（３００）。
［実施態様６］
前記アクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって前記ターボ機械（１０２）内の前記１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるステップ（３２４）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）に電力を供給するステップ（３１４）と実質的に同時に、前記アクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記ターボ機械（１０２）内の前記１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるステップを含む、実施態様４に記載の方法（３００）。
［実施態様７］
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記定常状態動作条件で前記ターボ機械（１０２）を動作させている間に前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記コマンドを受信するステップ（３１０）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、ステップ気候操作を行うためのコマンドを受信するステップ（３１２）を含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様８］
前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、電気エネルギー蓄積ユニット（５５）をさらに含み、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）に電力を供給するステップ（３１４）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）から前記電気機械（５６）に電力を供給するステップ（３１６）を含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様９］
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）から前記電気機械（５６）に電力を供給するステップ（３１６）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）を用いて少なくとも約１５馬力の機械的動力を前記ターボ機械（１０２）、または前記推進器（１０４）、またはその両方に供給するステップ（３１８）を含む、実施態様８に記載の方法（３００）。
［実施態様１０］
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記定常状態飛行動作条件で前記ターボ機械（１０２）を動作させるステップ（３０２）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）から電力を抽出するステップ（３０４）を含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様１１］
前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、電気エネルギー蓄積ユニット（５５）をさらに含み、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）から電力を抽出するステップ（３０４）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）から前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）に電力を抽出するステップ（３０６）を含む、実施態様１０に記載の方法（３００）。
［実施態様１２］
前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、電気エネルギー蓄積ユニット（５５）をさらに含み、前記電気機械（５６）は第１の電気機械（５６Ａ）であり、前記推進器（１０４）は第１の推進器（１０４Ａ）であり、前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、第２の推進器（１０４Ｂ）をさらに含み、前記電気システムは、前記第２の推進器（１０４Ｂ）に連結された第２の電気機械（５６Ｂ）をさらに含み、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）から電力を抽出するステップ（３０４）は、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記第１の電気機械（５６Ａ）から前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）、または前記第２の電気機械（５６Ｂ）、または両方に電力を抽出するステップ（３０８）を含む、実施態様１０に記載の方法（３００）。
［実施態様１３］
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記ターボ機械（１０２）の動作パラメータを示すデータを受信するステップをさらに含み、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）に電力を供給するステップ（３１４）は、前記ターボ機械（１０２）の前記動作パラメータを示す前記受信データに少なくとも部分的に基づいて、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）に供給される電力量を変調するステップ（３２１）
を含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様１４］
前記ターボ機械（１０２）の前記動作パラメータは、前記ターボ機械（１０２）の１つまたは複数の構成要素の回転速度パラメータ、前記ターボ機械（１０２）の燃焼部（１１４）への燃料流量、前記ターボ機械（１０２）の内部圧力、または前記ターボ機械（１０２）の内部温度のうちの少なくとも１つである、実施態様１３に記載の方法（３００）。
［実施態様１５］
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記ターボ機械（１０２）の動作パラメータを示すデータを受信するステップと、
前記ターボ機械（１０２）の前記動作パラメータを示す前記受信データに少なくとも部分的に基づいて、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）への電力の前記供給を終了させるステップと、
をさらに含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様１６］
前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、電気エネルギー蓄積ユニット（５５）をさらに含み、前記方法（３００）は、
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）の充電状態を示すデータを受信するステップ（３２２）をさらに含み、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）に電力を供給するステップ（３１４）は、前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）の前記充電状態を示す前記受信データに少なくとも部分的に基づいて、前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気機械（５６）に供給される電力量を変調するステップ（３２３）を含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様１７］
前記ハイブリッド電気推進システム（５０）は、電気エネルギー蓄積ユニット（５５）をさらに含み、前記方法（３００）は、
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）の充電状態を示すデータを受信するステップ（３２２）と、
前記１つまたは複数のコンピューティングデバイス（５１０）によって、前記電気エネルギー蓄積ユニット（５５）の前記充電状態を示す前記受信データに少なくとも部分的に基づいて、前記電気機械（５６）への電力の前記供給を終了させるステップと、をさらに含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様１８］
航空機（１０）のためのハイブリッド電気推進システム（５０）であって、
推進器（１０４）と、
前記推進器（１０４）を駆動して推力を発生させるために前記推進器（１０４）に連結されたターボ機械（１０２）と、
前記電気機械（５６）と、前記電気機械（５６）に電気的に接続可能な電気エネルギー蓄積ユニット（５５）と、を含む電気システムであって、前記電気機械（５６）は前記ターボ機械（１０２）に連結されている、電気システムと、
前記ターボ機械（１０２）を定常状態飛行動作条件で動作させている間に前記ターボ機械（１０２）を加速するためのコマンドを受信し、前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）、前記推進器（１０４）、またはその両方に電力を加えるために前記電気機械（５６）に電力を供給するように構成されたコントローラ（１５０）と、
を含むハイブリッド電気推進システム（５０）。
［実施態様１９］
前記ターボ機械（１０２）は、燃焼部（１１４）をさらに含み、前記コントローラ（１５０）は、前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）の前記燃焼部（１１４）への燃料流量を初期時間にわたって実質的に一定に維持するようにさらに構成される、実施態様１８に記載のハイブリッド電気推進システム（５０）。
［実施態様２０］
前記ターボ機械（１０２）は、アクティブクリアランス制御システム（１６０）をさらに含み、前記コントローラ（１５０）は、前記ターボ機械（１０２）を加速するための前記受信したコマンドに応答して、前記ターボ機械（１０２）の前記アクティブクリアランス制御システム（１６０）を使用して、前記ターボ機械（１０２）内の１つまたは複数のクリアランス（１６６）を増加させるようにさらに構成される、実施態様１８に記載のハイブリッド電気推進システム（５０）。
【符号の説明】
【００９５】
１０  航空機
１２  胴体
１４  長手方向中心線
１６  前端部
１８  後端部
１９  尾翼
２０  第１の／左側翼部
２２  第２の／右側翼部
２４  第１の側
２６  第２の側
２８  前縁フラップ
３０  後縁フラップ
３２  垂直スタビライザ
３４  水平スタビライザ
３６  エレベータフラップ
３８  外面／外板
５０  ハイブリッド電気推進システム
５２  第１の推進器アセンブリ
５４  第２の推進器アセンブリ
５５  電気エネルギー蓄積ユニット
５６  電気機械
５６Ａ  第１の電気機械
５６Ｂ  第２の電気機械
５８  電力バス
６０  電線
７２  コントローラ
１００  ターボファンエンジン
１０１  長手方向中心線／長手方向軸
１０２  ターボ機械
１０２Ａ  第１のターボ機械
１０２Ｂ  第２のターボ機械
１０４  推進器／ファン
１０４Ａ  第１の推進器
１０４Ｂ  第２の推進器
１０６  外側ケーシング
１０８  環状入口
１１０  低圧（ＬＰ）圧縮機／ブースタ
１１２  高圧（ＨＰ）圧縮機／ブースタ
１１４  燃焼部
１１６  第１の／高圧（ＨＰ）タービン
１１８  第２の／低圧（ＬＰ）タービン
１２０  ジェット排気ノズル部
１２１  コア空気流路
１２２  高圧（ＨＰ）シャフト／スプール／高圧スプール／ＨＰスプール
１２４  低圧（ＬＰ）シャフト／スプール／低圧スプール／ＬＰスプール
１２８  ファンブレード
１３０  ディスク
１３２  作動部材
１３４  動力ギヤボックス
１３６  回転可能なフロントハブ
１３８  ファンケーシング／外側ナセル
１４０  出口ガイドベーン
１４２  下流側部分
１４４  バイパス空気流路
１５０  コントローラ
１６０  アクティブクリアランス制御システム
１６２  作動部材
１６４  高圧（ＨＰ）タービンロータブレード
１６６  クリアランス
１６８  外側ライナー
２００  電気推進器アセンブリ
２０２  長手方向中心線軸
２０４  ファン
２０６  電動モータ
２０８  ファンブレード
２１０  ファンシャフト
２１１  ピッチ変更機構
２１２  ファンケーシング／外側ナセル
２１４  コア
２１６  ストラット／出口ガイドベーン
２１８  ベアリング
３００  方法
３０２  方法ステップ
３０４  方法ステップ
３０６  方法ステップ
３０８  方法ステップ
３１０  方法ステップ
３１２  方法ステップ
３１４  方法ステップ
３１５  方法ステップ
３１６  方法ステップ
３１８  方法ステップ
３２０  方法ステップ
３２１  方法ステップ
３２２  方法ステップ
３２３  方法ステップ
３２４  方法ステップ
３２６  方法ステップ
３２８  方法ステップ
３３０  方法ステップ
３３２  方法ステップ
３３４  方法ステップ
５００  コンピューティングシステム
５１０  コンピューティングデバイス
５１０Ａ  プロセッサ
５１０Ｂ  メモリデバイス
５１０Ｃ  コンピュータ可読命令
５１０Ｄ  データ
５１０Ｅ  ネットワークインターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2019051923000001.pdf