用于燃气涡轮发动机的热管理系统

技术领域

本主题大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于燃气涡轮发动机的热管理系统。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括风扇和涡轮机。涡轮机通常包括入口、一个或多个压缩机、燃烧器和至少一个涡轮。压缩机压缩空气，空气被输送到燃烧器，在那里与燃料混合。然后点燃混合物以产生热的燃烧气体。燃烧气体被输送到涡轮，涡轮从燃烧气体中提取能量，为压缩机提供动力，以及产生有用的功来推动飞行中的飞行器或为负载(例如发电机)提供动力。在至少某些实施例中，涡轮机和风扇至少部分地被外机舱包围。对于这样的实施例，外机舱与涡轮机一起限定旁通气流通道。此外，涡轮机相对于外机舱由一个或多个出口导向轮叶/支柱支撑。

在操作期间，操作燃气涡轮发动机以将某些部件的温度维持在期望的操作温度范围内，以避免损坏或以其他方式过早磨损这些部件。然而，这可能导致涡轮机内的低效率。因此，能够在操作期间调节涡轮机内的某些部件的温度以允许发动机更有效地操作的系统将是有用的。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整而可行的公开，包括其最佳模式，其中：

图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。

图2A是根据本公开的示例性实施例的包括热管理系统的涡轮风扇发动机的一区段的示意图。

图2B是根据本公开的示例性实施例的图2A的高压(HP)压缩机区段的一区段的特写示意图。

图3是根据本公开的另一示例性实施例的包括热管理系统的涡轮风扇发动机的一区段的示意图。

图4是根据本公开的另一示例性实施例的包括热管理系统的涡轮风扇发动机的一区段的示意图。

图5是根据本公开的示例性方面的用于主动冷却燃气涡轮发动机的一部分的方法的流程图。

相应的附图标记指示贯穿数个视图的相应部分。在此阐述的示例说明了本公开的示例性实施例，并且这样的示例不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中类似或相似的标记已经用于指代本公开的类似或相似的部分。

提供以下描述是为了使本领域技术人员能够制作和使用所描述的实施例，这些实施例被设想用于执行本公开。然而，各种修改、等同物、变化和替代物对于本领域技术人员而言将是显而易见的。任何和所有此类修改、变化、等同物和替代物旨在落入本公开的范围内。

本文使用的词语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或有利于其他实施方式。此外，除非另有具体说明，否则本文描述的所有实施例都应被视为示例性的。

为了下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“横向”、“纵向”及其派生词应与附图中所指向的公开内容相关。然而，应当理解，除非有相反的明确规定，否则本公开可以采用各种替代变体。还应当理解，附图中所示和以下说明书中描述的具体装置仅仅是本公开的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不被认为是限制性的。

如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换地使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。

术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。

术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，而“下游”是指流体流向的方向。

在根据本公开的示例性方面的包括与燃气涡轮发动机的压缩机区段热连通的超临界二氧化碳回路的热管理系统的上下文中，上游端指的是紧接在压缩机区段的下游的超临界二氧化碳回路的点，并且下游端是指紧接在压缩机区段的上游的超临界二氧化碳回路的点，使得术语“上游”是指更靠近上游端的位置，并且术语“下游”是指靠近下游端的位置。

术语“联接”、“固定”、“附接到”等是指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接，除非本文另有说明。

除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一种”和“该”包括复数形式。

如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被用于修改可以被允许变化而不会导致与之相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由诸如“大约”，“大致”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指的是在10％的范围内。

在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指示，否则范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合。

通常，本主题的各方面涉及热联接到或集成到燃气涡轮发动机的涡轮机的压缩机区段的一部分中的热管理系统。本公开的热管理系统被配置为从压缩机区段移除和传递热量。

在示例性实施例中，本公开的热管理系统包括热联接到或集成到压缩机区段的一部分的超临界二氧化碳管线。例如，超临界二氧化碳管线联接到或集成到高压(HP)压缩机的一部分。热管理系统配置为主动冷却压缩机区段。此外，热管理系统还配置为主动冷却压缩机排放流。

在另一个示例性实施例中，超临界二氧化碳管线联接到或集成到高压(HP)压缩机壳体。可以设想超临界二氧化碳管线可包括缠绕在HP压缩机壳体周围的管。

在另一个示例性实施例中，超临界二氧化碳管线联接到或集成到压缩机区段的多个定子轮叶的一部分。

在这些实施例中的一个或多个中，热管理系统的超临界二氧化碳管线能够为压缩机区段提供冷却，并且特别是为HP压缩机的下游级提供冷却。随着燃气涡轮发动机被驱动以达到越来越高的性能标准，设计具有越来越高的总压力比(“OPR”；例如压缩机区段的压力比)的燃气涡轮发动机可能是有益的。然而，对于较高的OPR，通过压缩机区段的后级的气流的温度可能变得高于未冷却的部件可以承受的温度。本公开的发明人已经发现了本发明的热管理系统，其可以使用热效率高的超临界CO

现在参考附图，其中贯穿附图相同的标号表示相同的元件，图1提供了根据本公开的示例性实施例的发动机的示意性横截面图。发动机可以结合到运载器中。例如，发动机可以是结合到飞行器中的航空发动机。然而，替代地，发动机可以是用于任何其他合适的飞行器的任何其他合适类型的发动机。

对于所示实施例，发动机被配置为高旁通涡轮风扇发动机100。参考图1，涡轮风扇发动机100限定轴向方向A(平行于供参考的纵向中心线或轴线101延伸)、径向方向R和周向方向(围绕轴向方向A延伸；图1中未描绘)。通常，涡轮风扇100包括风扇区段102和布置在风扇区段102的下游的涡轮机104。

所示的示例性涡轮机104通常包括限定环形入口108的基本管状外壳体106。外壳体106以串联流动关系包围：压缩机区段，该压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机110和高压(HP)压缩机112；燃烧区段114；包括高压(HP)涡轮116和低压(LP)涡轮118的涡轮区段；和喷射排气喷嘴区段120。压缩机区段、燃烧区段114和涡轮区段一起至少部分地限定从环形入口108延伸到喷射排气喷嘴区段120的核心空气流动路径121。涡轮风扇发动机还包括一个或多个驱动轴。更具体地说，涡轮风扇发动机包括将HP涡轮116驱动连接到HP压缩机112的高压(HP)轴或线轴122，以及将LP涡轮118驱动连接到LP压缩机110的低压(LP)轴或线轴124。外壳体106包括围绕高压压缩机112的高压压缩机壳体113。

对于所示实施例，风扇区段102包括风扇126，该风扇具有多个风扇叶片128，风扇叶片128以间隔开的方式联接到盘130。多个风扇叶片128和盘130通过LP轴124一起可绕纵向轴线101旋转。盘130被可旋转的前轮毂132覆盖，该前轮毂具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片128。此外，环形风扇壳体或外机舱134被提供，周向地围绕风扇126和/或涡轮机104的至少一部分。机舱134由多个周向间隔开的出口导向轮叶136相对于涡轮机104支撑。机舱134的下游区段138在涡轮机104的外部分上延伸，以便在其间限定旁通气流通道140。

仍然参考图1，涡轮风扇发动机100另外包括附件齿轮箱142、燃料减氧单元144和燃料输送系统146。对于所示实施例，附件齿轮箱142位于涡轮机104的罩/外壳体106内。此外，应当理解，虽然未在图1中示意性地描绘，但附件齿轮箱142可以机械地联接到涡轮机104的一个或多个轴或线轴并与其一起旋转。例如，在至少某些示例性实施例中，附件齿轮箱142可以机械地联接到HP轴122并且与其一起旋转。此外，对于所示的实施例，燃料减氧单元144联接到附件齿轮箱142或以其他方式与其一起旋转。以这种方式，将理解示例性燃料减氧单元144由附件齿轮箱142驱动。值得注意的是，如本文所用，术语“燃料减氧”通常指能够减少燃料中游离氧含量的装置。

此外，燃料输送系统146通常包括燃料源148，例如燃料箱，以及一个或多个燃料管线150。一个或多个燃料管线150通过燃料输送系统146提供燃料流至涡轮风扇发动机100的涡轮机104的燃烧区段114。

在涡轮风扇发动机100的操作期间，一定体积的空气158通过机舱134和/或风扇区段102的关联入口160进入涡轮风扇100。随着一定体积的空气158穿过风扇叶片128，空气158的第一部分，如箭头162所示，被引导或传送到旁通气流通道140中，并且空气158的第二部分，如箭头164所示，被引导或传送LP压缩机110中。空气的第一部分162和空气的第二部分164之间的比率通常称为旁通比。如所述，对于所示实施例，涡轮风扇发动机100是高旁通涡轮风扇发动机。因此，对于所描绘的实施例，由涡轮风扇发动机100限定的旁通比大于约6：1并且高达约30：1。

然后，空气的第二部分164的压力随着它被传送通过高压(HP)压缩机112并进入燃烧区段114而增加，在燃烧区段114中它与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体166。随后，燃烧气体166被引导通过HP涡轮116和LP涡轮118，其中来自燃烧气体166的一部分热能和/或动能被提取。

然后，燃烧气体166被引导通过涡轮机104的喷射排气喷嘴区段120，以提供推进推力。同时，随着空气的第一部分162从涡轮风扇100的风扇喷嘴排气区段176排出之前被引导通过旁通气流通道140，空气的第一部分162的压力显著增加，也提供推进推力。

此外，如示意性所示，示例性涡轮风扇发动机100还包括各种附件系统，以帮助涡轮风扇发动机100和/或包括涡轮风扇发动机100的飞行器的操作。例如，示例性涡轮风扇发动机100进一步包括联接到或集成到压缩机区段的一部分的热管理系统300，如下文参考图2A-4更详细地描述的。热管理系统300配置为从压缩机区段移除和传递热量。

然而，应当理解，图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机100仅作为示例提供。在其他示例性实施例中，任何其他合适的发动机都可以与本公开的方面一起使用。例如，在其他实施例中，发动机可以是任何其他合适的燃气涡轮发动机，例如涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。以这种方式，还应当理解，在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以具有任何其他合适的配置，例如任何其他合适数量或布置的轴、压缩机、涡轮、风扇等。此外，虽然图1中描绘的示例性燃气涡轮发动机示意性地显示为直接驱动、固定螺距涡轮风扇发动机100，但在其他实施例中，本公开的燃气涡轮发动机可以是齿轮传动燃气涡轮发动机(即，包括风扇126和驱动风扇的轴(例如LP轴124)之间的齿轮箱)，可以是可变螺距燃气涡轮发动机(即，包括具有可围绕它们各自的螺距轴旋转的多个风扇叶片128的风扇126)，等等。此外，虽然未在本文中描绘，在其他在实施例中，燃气涡轮发动机可以是任何其他合适类型的燃气涡轮发动机，例如结合到发电系统中的工业燃气涡轮发动机、航海燃气涡轮发动机等。此外，仍然在替代实施例中，本公开的方面可以结合到任何其他类型的发动机(例如往复式发动机)中或以其他方式与任何其他类型的发动机一起使用。

此外，应当理解，虽然对于所示实施例，涡轮风扇发动机100包括定位在涡轮机104内(即，定位在涡轮机104的外壳体106内)的燃料减氧单元144，但在其他实施例中，燃料减氧单元144可以位于任何其他合适的位置。例如，在其他实施例中，燃料减氧单元144可以替代地定位在远离涡轮风扇发动机100的位置。另外，在其他实施例中，燃料减氧单元144可以额外地或替代地由其他合适的动力源驱动，例如电动机、液压电动机或到HP或LP轴的独立机械联接等。

现在参考图2A，提供了根据本公开的示例性实施例的包括热管理系统300的涡轮风扇发动机200的一区段的示意图。示例性涡轮风扇发动机200可以以与上文参考图1描述的示例性涡轮风扇发动机100类似的方式配置。例如，如图2A的示例性涡轮风扇发动机200通常包括风扇区段202和涡轮机204，涡轮机204具有压缩机区段208，压缩机区段208包括增压或低压(LP)压缩机210和高压(HP)压缩机212；燃烧区段214；涡轮区段215，包括高压(HP)涡轮216和低压(LP)涡轮218。压缩机区段208、燃烧区段214和涡轮区段215一起至少部分地限定延伸穿过涡轮机204的核心空气流动路径221。

在所示的示例性实施例中，热管理系统300包括联接到或集成到压缩机区段208的一部分的超临界二氧化碳管线310。例如，超临界二氧化碳管线310联接到或集成到HP压缩机212的一部分。热管理系统300被配置为主动冷却压缩机区段208。从本文的描述中可以理解，超临界二氧化碳管线310可以包含完全处于超临界相，或至少部分处于超临界相(例如，跨临界)的二氧化碳。此外，热管理系统300还被配置为主动冷却压缩机引气流。

在所示的示例性实施例中，包含在超临界二氧化碳管线310内的工作流体是二氧化碳(CO

在示例性实施例中，超临界二氧化碳管线310定位在压缩机区段208(例如HP压缩机212)中，使得超临界二氧化碳管线310在涡轮机204的压缩机区段208处直接热联接到通过核心空气流动路径221的气流225。值得注意的是，如本文所用，关于两个部件或介质的术语“直接热联接”指的是两个部件或介质能够直接传递热量，而不是通过额外的中间部件或介质。此外，如本文所用，关于两个部件或介质的术语“直接热联接”是指能够直接传递热量的两个部件或介质并且包括两个部件或介质的壁和/或表面。

在示例性实施例中，热管理系统300的超临界二氧化碳管线310包括热交换器部分312和废热回收部分314。例如，超临界二氧化碳管线310被配置为散热器热交换器，例如热交换器部分312，用于在压缩机区段208处从通过核心空气流动路径221的气流225中移除热量。

在示例性实施例中，热管理系统300的超临界二氧化碳管线310包括热交换器部分312和废热回收部分314，它们一起形成超临界二氧化碳回路316，其从气流225中移除热量并且将热量排放到沿二氧化碳回路316位于压缩机区段208的下游位置处的发动机部件。例如，在如图2A所示的示例性实施例中，发动机部件包括燃料输送系统246、燃料减氧单元248或其他旁通流部件250。在示例性实施例中，超临界二氧化碳管线310的废热回收部分314穿过燃料输送系统246、燃料减氧单元248和其他旁通流部件250中的每一个。

在所示的示例性实施例中，热管理系统300是封闭热系统并且包括热管理压缩机320，其压缩超临界二氧化碳管线310内的工作流体以增加工作流体的温度和压力。热管理系统300的热管理压缩机320通过增加其压力来驱动流过超临界二氧化碳管线310的流。可以设想，热管理压缩机320由电动机或附件齿轮箱(例如附件齿轮箱142(图1))驱动。

在示例性实施例中，热管理压缩机320位于燃料输送系统246、燃料减氧单元248和其他旁通流部件250的下游。在这样的实施例中，热管理压缩机320位于二氧化碳回路316的废热回收部分314中的最低温度部分处。在其他示例性实施例中，可以设想，热管理压缩机320位于燃料输送系统246、燃料减氧单元248和其他旁通流部件250的上游。

在示例性实施例中，超临界二氧化碳管线310联接到或集成到HP压缩机壳体113(图1)。

特别地，简要地参考图2B，提供图2A的HP压缩机212的一部分的特写示意图，应当理解，压缩机区段(例如，HP压缩机212)包括HP压缩机壳体272、多个HP压缩机转子叶片274、多个HP压缩机定子轮叶276、以及进入和离开HP压缩机212的多个管道(例如，离开HP压缩机212的最后一级通向燃烧区段214(参见图2A)的出口流动路径、用于提供来自HP压缩机212的一个或多个排放气流的多个排放管道，以及从LP压缩机210(参见图2A)通向HP压缩机212的鹅颈管(未示出))。在示例性实施例中，第一超临界二氧化碳管线280热联接到或集成到HP压缩机壳体272的一部分。在其他示例性实施例中，第二超临界二氧化碳管线290热联接到或集成到多个HP压缩机定子轮叶276的一部分。还可以设想，超临界二氧化碳管线310包括热联接到或集成到HP压缩机壳体272的一部分的第一超临界二氧化碳管线280和热联接到或集成到多个HP压缩机定子轮叶276的一部分的第二超临界二氧化碳管线290，如图2B所示。

可以设想，超临界二氧化碳管线310可包括缠绕在HP压缩机壳体272周围的管道，例如第一超临界二氧化碳管线280。在一个或多个这些实施例中，热管理系统300的超临界二氧化碳管线310能够为压缩机区段208提供冷却，特别是为HP压缩机212的下游级提供冷却。随着燃气涡轮发动机被驱动以达到越来越高的性能标准，设计具有越来越高的总压力比(“OPR”；例如，压缩机区段208的压力比)的燃气涡轮发动机可能是有益的。然而，对于较高的OPR，通过压缩机区段208的后级的气流的温度可能变得高于未冷却的部件可以承受的温度。本公开的发明人已经发现了本发明的热管理系统300可以使用热效率高的超临界CO

现在参考图3，提供了根据本公开的示例性实施例的包括热管理系统300A的涡轮风扇发动机200A的一区段的示意图。示例性涡轮风扇发动机200A和热管理系统300A可以以与上文参考图2A描述的示例性涡轮风扇发动机200和热管理系统300基本相同的方式配置。图3所示的实施例包括与图2A所示实施例类似的部件，并且相似的部件由参考数字后跟字母A表示。为简洁起见，涡轮风扇发动机200A和热管理系统300A(图3)的这些类似部件将不与图3所示的实施例一起讨论。

在所示的示例性实施例中，热管理系统300A是封闭动力循环并且包括热管理涡轮330(也可称为热管理膨胀装置)、在热管理涡轮330的下游的热管理同流换热器332(这也可以被称为同流热交换器)以及热管理涡轮330和热管理同流换热器332的下游的热管理压缩机334。仍然参考图3，同流换热器332在热管理膨胀装置330的下游和热管理压缩机334的上游的第一位置380处，以及在热管理压缩机334的下游的第二位置382处与超临界二氧化碳管线310热连通。

可以设想，热管理压缩机334由热管理涡轮330的轴驱动。在该示例性实施例中，热管理涡轮330使超临界二氧化碳管线310A内的工作流体膨胀，以降低工作流体的温度和压力。例如，热管理涡轮330使超临界二氧化碳管线310A内的工作流体膨胀，对应于其压力和温度的降低。此外，热管理涡轮330被配置为从超临界二氧化碳管线310A内的工作流体提取能量以产生轴动力。来自热管理涡轮330的动力将大于热管理压缩机334消耗的动力。因此，当轴与热管理系统300A相互作用时，具有到轴的净动力输入。可以将该多余的动力提供给发电机以提供电力。

此外，热管理压缩机334压缩超临界二氧化碳管线310A内的工作流体以增加工作流的温度和压力。驱动热管理压缩机334的动力由热管理涡轮330产生的动力提供。

在示例性实施例中，热管理系统300A是闭环、恢复式布雷顿动力循环。这样的布雷顿动力循环包括压缩、加热、膨胀和排热。为此，热管理涡轮330位于二氧化碳回路316A的废热回收部分314A中的最高温度部分的下游。此外，热管理压缩机334位于二氧化碳回路316A的废热回收部分314A中的最低温度部分处。

在示例性实施例中，热管理涡轮330没有从超临界二氧化碳管线310A内的工作流体中提取出所有可用的可能的功。有利的是获取超临界二氧化碳管线310A内的工作流体中的一些剩余能量并将其转移至超临界二氧化碳管线310A内的压缩工作流体。废热的这种利用表示对热管理压缩机334的下游的超临界二氧化碳管线310A内的高压低温工作流体的大量热量添加或预热。以这种方式，热管理同流换热器332被配置为增加热管理系统300A的动力循环的热力学效率。

现在参考图4，提供了根据本公开的示例性实施例的包括热管理系统300B的涡轮风扇发动机200B的一区段的示意图。示例性涡轮风扇发动机200B和热管理系统300B可以以与上文参考图2A描述的示例性涡轮风扇发动机200和热管理系统300基本相同的方式配置。图4所示的实施例包括与图2A所示实施例类似的部件，并且类似的部件由参考数字后面跟着字母B表示。为简洁起见，涡轮风扇发动机200B和热管理系统300B(图4)的这些类似部件将不与图4所示的实施例一起讨论。

在所示的示例性实施例中，热管理系统300B是封闭动力循环并且包括热管理涡轮340(也可称为热管理膨胀装置)、在热管理涡轮340的下游的第一热管理同流换热器342(也可称为第一同流热交换器)、在热管理涡轮340的下游的第二热管理同流换热器344(也可称为第二同流热交换器)、在热管理涡轮340和热管理同流换热器342、344的下游的第一热管理压缩机346、以及热管理涡轮340和热管理同流换热器342、344的下游的第二热管理压缩机348。可以设想，热管理压缩机346、348各自由热管理涡轮340的轴驱动。在该示例性实施例中，热管理涡轮340使超临界二氧化碳管线310B内的工作流体膨胀，以降低工作流体的温度和压力。例如，热管理涡轮340使超临界二氧化碳管线310B内的工作流体膨胀，对应于其压力和温度的降低。此外，热管理涡轮340被配置为从超临界二氧化碳管线310B内的工作流体中提取能量以产生轴动力。来自热管理涡轮340的动力将大于热管理压缩机346、348消耗的动力。因此，当轴与热管理系统300B相互作用时，具有到轴的净动力输入。可以将该多余的动力提供给发电机以提供电力。

此外，热管理压缩机346、348压缩超临界二氧化碳管线310B内的工作流体，以增加工作流体的温度和压力。驱动热管理压缩机346、348的动力由热管理涡轮340产生的动力提供。在该示例性实施例中，热管理系统300B包括分流器部分350，该分流器部分350将超临界二氧化碳管线310B内的工作流体分流到第一热管理压缩机346和第二热管理压缩机348。

在示例性实施例中，热管理系统300B是闭环、恢复式布雷顿动力循环。这样的布雷顿动力循环包括压缩、加热、膨胀和排热。为此，热管理涡轮340位于二氧化碳回路316B的废热回收部分314B中的最高温度部分的下游。此外，热管理压缩机346、348位于二氧化碳回路316B的废热回收部分314B中的最低温度部分处。

在示例性实施例中，热管理涡轮340没有从超临界二氧化碳管线310B内的工作流体中提取所有可用的可能的功。有利的是在超临界二氧化碳管线310B内获取工作流中的一些剩余能量并将其转移至超临界二氧化碳管线310B内的压缩工作流体。废热的这种利用表示对热管理压缩机346、348的下游的超临界二氧化碳管线310B内的高压低温工作流体的大量热量添加或预热。以这种方式，热管理同流换热器342、344被配置为增加热管理系统300B的动力循环的热力学效率。在示例性实施例中，第一热管理换热器342是高温换热器并且第二热管理换热器344是低温换热器。

以这种方式，通过具有多个同流换热器342、344，它们的职责被分开，使得循环可以更好地匹配同流换热器342、344的热侧和冷侧的流容量(例如，质量流量乘以比热)。在示例性实施例中，sCO

仍然参考图4，第一同流热交换器342在热管理膨胀装置340的下游和分流器部分350的上游的第一位置390处以及在分流器部分350的下游的第二位置392处与超临界二氧化碳管线310B热连通。此外，第二同流热交换器344在热管理膨胀装置340的下游和分流器部分350的上游的第一位置396处以及在分流器部分350的下游的第二位置398处与超临界二氧化碳管线310B热连通。

现在参考图5，一种用于主动冷却燃气涡轮发动机的方法500，该燃气涡轮发动机包括涡轮机，该涡轮机具有压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段，这些区段以串联流动顺序布置并且一起至少部分地限定了核心空气流动路径。在某些示例性方面，方法500可以与上述示例性热管理系统中的一个或多个一起使用。

方法500包括在(502)处使用联接到或集成到压缩机区段的一部分的超临界二氧化碳管线，使得超临界二氧化碳管线在压缩机区段处热联接到通过核心空气流动路径的气流，如上文参考图1到图4详细描述的那样。

方法500进一步包括在(504)处将超临界二氧化碳流输送通过超临界二氧化碳管线，如上文参考图1到图4详细描述的那样。

对于所示的示例性方面，方法500进一步包括在(506)处经由超临界二氧化碳管线从气流中移除热量，如上文参考图1到图4详细描述的那样。

对于所示的示例性方面，方法500进一步包括在(508)处经由超临界二氧化碳管线将热量排放到压缩机区段的下游的发动机部件，如上文参考图1到图4详细描述的那样。值得注意的是，在至少某些示例性方面，发动机部件可以是燃料热交换器。以这种方式，经由超临界二氧化碳管线从气流中提取的热量可被加回到涡轮区段的上游位置处的工作气体流动路径，使得热量可用于产生对发动机有用的功。

本公开的进一步方面由以下条项的主题提供：

一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮机，所述涡轮机包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段，所述压缩机区段、所述燃烧区段、所述涡轮区段和所述排气区段以串联流动顺序布置并且一起至少部分地限定核心空气流动路径；和热管理系统，所述热管理系统包括热联接到或集成到所述压缩机区段的一部分中的超临界二氧化碳管线。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述热管理系统被配置为主动冷却所述压缩机区段。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述热管理系统被配置为主动冷却压缩机引气流。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述超临界二氧化碳管线定位在所述压缩机区段中，使得所述超临界二氧化碳管线在所述压缩机区段处直接热联接到通过所述核心空气流动路径的气流。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述压缩机区段包括高压压缩机壳体，并且其中，所述超临界二氧化碳管线热联接到或集成到所述高压压缩机壳体的一部分。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述压缩机区段包括多个定子轮叶，并且其中，所述超临界二氧化碳管线热联接到或集成到所述多个定子轮叶的一部分。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述热管理系统进一步包括同流热交换器、热管理膨胀装置和热管理压缩机，其中，所述同流热交换器在所述热管理膨胀装置的下游和所述热管理压缩机的上游的第一位置处和在热管理压缩机的下游的第二位置处与所述超临界二氧化碳管线热连通。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述超临界二氧化碳管线被配置为散热器热交换器，用于在所述压缩机区段处从通过所述核心空气流动路径的气流中移除热量。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述超临界二氧化碳管线包括超临界二氧化碳回路，所述超临界二氧化碳回路从所述气流中移除所述热量并将所述热量排放到沿所述二氧化碳回路位于所述压缩机区段的下游位置处的发动机部件。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述发动机部件包括燃料输送系统。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述热管理系统是封闭热系统并且进一步包括热管理压缩机。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述热管理系统是封闭动力循环，并且进一步包括热管理膨胀装置和在所述热管理膨胀装置的下游的热管理压缩机。

根据前述条项中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述热管理系统是封闭动力循环并且进一步包括热管理膨胀装置、在所述热管理膨胀装置的下游的第一热管理压缩机、在所述热管理膨胀装置的下游的第二热管理压缩机以及分流器部分，所述分流器部分将来自所述热管理膨胀装置的超临界二氧化碳流分流到所述第一热管理压缩机和所述第二热管理压缩机。

一种用于燃气涡轮发动机的热管理系统，所述燃气涡轮发动机包括涡轮机，所述涡轮机具有压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段，所述压缩机区段、所述燃烧区段、所述涡轮区段和所述排气区段以串联流动顺序布置并且一起至少部分地限定核心空气流动路径，所述热管理系统包括：超临界二氧化碳管线，所述超临界二氧化碳管线被配置为热联接到或集成到所述压缩机区段的一部分。

根据前述条项中任一项所述的热管理系统，其中，所述超临界二氧化碳管线定位在所述压缩机区段中，使得所述超临界二氧化碳管线在所述压缩机区段处直接热联接到通过所述核心空气流动路径的气流。

根据前述条项中任一项所述的热管理系统，其中，所述压缩机区段包括高压压缩机壳体，并且其中，所述超临界二氧化碳管线联接到或集成到所述高压压缩机壳体的一部分。

根据前述条项中任一项所述的热管理系统，其中，所述压缩机区段包括多个定子轮叶，并且其中，所述超临界二氧化碳管线热联接到或集成到所述多个定子轮叶的一部分。

根据前述条项中任一项所述的热管理系统，其中，所述热管理系统进一步包括同流热交换器、热管理膨胀装置和热管理压缩机，其中，所述同流热交换器在所述热管理膨胀装置的下游和所述热管理压缩机的上游的第一位置处和在所述热管理压缩机的下游的第二位置处与所述超临界二氧化碳管线热连通。

一种用于主动冷却燃气涡轮发动机的方法，所述燃气涡轮发动机包括涡轮机，所述涡轮机具有压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段，所述压缩机区段、所述燃烧区段、所述涡轮区段和所述排气区段以串联流动顺序布置并且一起至少部分地限定核心空气流动路径，所述方法包括：使用联接到或集成到所述压缩机区段的一部分的超临界二氧化碳管线，使得所述超临界二氧化碳管线在所述压缩机区段处热联接到通过所述核心空气流动路径的气流；将超临界二氧化碳流输送通过所述超临界二氧化碳管线；和经由所述超临界二氧化碳管线移除所述气流中的热量。

根据前述条项中任一项所述的方法，进一步包括经由所述超临界二氧化碳管线将所述热量排放到所述压缩机区段的下游的发动机部件。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求书的文字语言不存在差异的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的文字语言不存在实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求书的范围内。

虽然本公开已被描述为具有示例性设计，但是本公开可以在本公开的范围内进一步修改。因此，本申请旨在涵盖使用其一般原理的公开内容的任何变化、使用或改编。此外，本申请旨在涵盖落入本公开所属领域的已知或习惯实践内并且落入所附权利要求的限制内的与本公开的偏离。