[0001] 本公开涉及用于飞行器的电源和用于向包括燃气涡轮发动机的飞行器提供电力的方法，该电源包括连接组件、提供第一电力输出的燃料电池和提供第二电力输出的电机。

[0002] 喷气式飞行器上的电力通常由燃气涡轮发动机和电池上的发电机提供，并且在某些情况下，由辅助动力单元(APU)提供，或在电力中断期间，当所有其他电源故障时，由冲压空气涡轮(RAT)提供。通过燃气涡轮发动机或APU系统中的发电机、液压泵和压缩机提供气动动力、液压动力和电力的混合。

[0003] 在常规飞行器中，电力、液压动力和气动动力输出都取决于喷气涡轮发动机和APU系统的效率和能力。利用电能、液压能和气动能的其他形式可以改进飞行器中的总体系统的效率。

[0004] 质子交换膜燃料电池(PEMFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)从化学过程中提供直流(DC)电力。SOFC‑GT是SOFC/燃气涡轮发动机混合体，其中来自SOFC的未反应副产物(诸如氧和氢)可以在燃气涡轮发动机的燃烧区段内使用，以增加与其电联接的整个系统的效率。

[0005] 飞行器系统的大部分已经电气化，导致电驱动负载取代传统气动或液压负载的比例增加。传统上，发动机驱动的电机已经是飞行器中的主要电源。在发动机舱和机身两者内具有增加的飞行器电负载的现代飞行器需要更多的分布式电源来提供更高的效率、可靠性和操作灵活性。

[0016] 现在将详细参考本公开的当前实施例，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号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似部分。

[0017] 本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或例释”。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好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。

[0018] 为了下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“侧向”、“纵向”及其派生词应与它们在附图中被定向时的实施例相关。然而，应当理解，实施例可以假定各种替代变型，除非明确指明相反。还应理解，附图中示出的以及在以下说明书中描述的具体装置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应被视为限制性的。

[0019] 如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以使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。

[0020] 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，对于燃气涡轮发动机，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。

[0021] 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”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。

[0022] 除非本文另有指定，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。

[0023] 除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。

[0024] 在例如“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”的上下文中的术语“至少一个”是指仅A、仅B、仅C，或A、B和C的任何组合。

[0025] 如在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”的术语修饰的值不限于指定的精确值。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，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％的裕度内。这些近似裕度可应用于单个值、限定数值范围的任一端点或两个端点、和/或端点之间的范围的裕度。

[0026] 在此以及在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，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。

[0027] 如本文所用的“第三流”是指能够增加流体能量以产生少量总推进系统推力的非主气流。第三流的压力比可以高于主推进流(例如，旁通或螺旋桨驱动的推进流)的压力比。推力可以通过专用喷嘴或通过将通过第三流的气流与主推进流或核心气流混合(例如混合到公共喷嘴中)来产生。

[0028] 在某些示例性实施例中，通过第三流的气流的操作温度可以低于发动机的最大压缩机排放温度，并且更具体地，可以低于350华氏度(诸如低于300华氏度，诸如低于250华氏度，诸如低于200华氏度，并且至少与环境温度一样高)。在某些示例性实施例中，这些操作温度可以促进热传递至通过第三流和单独的流体流的气流或从通过第三流和单独的流体流的气流传递热量。此外，在某些示例性实施例中，在起飞条件下，或更具体地，在以海平面额定起飞功率、静态飞行速度、86华氏度环境温度操作条件下操作时，通过第三流的气流可以贡献少于总发动机推力的50％(并且至少例如总发动机推力的2％)。

[0029] 此外，在某些示例性实施例中，通过第三流的气流方面(例如，气流、混合或排气性质)，并且由此对总推力的上述示例性百分比贡献，可以在发动机操作期间被动地调整或通过使用发动机控制特征(诸如燃料流动、电机功率、可变定子、可变入口导向轮叶、阀、可变排气几何结构或流体特征)有目的地修改，以在广泛的潜在操作条件下调整或优化整体系统性能。

[0030] 术语“涡轮机”或“涡轮机械”是指包括一起生成扭矩输出的一个或多个压缩机、发热区段(例如，燃烧区段)和一个或多个涡轮的机器。

[0031] 术语“燃气涡轮发动机”是指具有涡轮机作为其动力源的全部或一部分的发动机。示例燃气涡轮发动机包括涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等，以及这些发动机中的一个或多个发动机的混合电动版本。

[0032] 当与压缩机、涡轮、轴或线轴部件等一起使用时，除非另有说明，否则术语“低”和“高”，或它们各自的比较级(例如，更“低”和更“高”，在适用的情况下)均指发动机内的相对速度。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”限定被构造为以低于发动机处的“高涡轮”或“高速涡轮”的旋转速度(诸如最大可允许旋转速度)操作的部件。

[0033] 提供了一种用于具有发动机(诸如燃气涡轮发动机)的飞行器推进系统的电源。该电源包括电连接组件、燃料电池组件和电机。燃料电池组件被集成到燃气涡轮发动机中，被电联接到连接组件，并且被构造成提供第一电力输出。电机被联接到燃气涡轮发动机，被电联接到连接组件，并且被构造成提供第二电力输出。在燃气涡轮发动机的操作期间，向连接组件提供来自燃料电池组件的第一电力输出和来自电机的第二电力输出，并且其中连接组件被电联接到飞行器电负载。

[0034] 在本公开的另一个示例性方面中，提供了一种飞行器电源组件。该电源组件包括燃气涡轮发动机和电源，燃气涡轮发动机包括一个或多个附件系统。电源包括连接组件，连接组件被构造成电连接到飞行器电力总线。发动机电力总线被电联接到连接组件，并且被构造成集成到燃气涡轮发动机中。燃料电池组件被构造成集成到燃气涡轮发动机中。燃料电池组件包括燃料电池组，燃料电池组被电联接到发动机电力总线，并且被构造成向发动机电力总线提供第一电力输出。电机被构造成在集成到燃气涡轮发动机中时，与燃气涡轮发动机一起旋转，以在燃气涡轮发动机的操作期间，生成第二电力输出。电机被电联接到连接组件，使得在燃气涡轮发动机的操作期间，向连接组件提供来自燃料电池组的第一电力输出和来自电机的第二电力输出两者。

[0035] 例如，本公开的用于飞行器的电源可以为飞行器提供附加电源以产生电力，并且在选择用于飞行器操作的电源方面提供增加的灵活性。本公开的电源可以加强以前采用的电源。此外，本公开的电源本身可以被构造成提供电力输出冗余。如下面更详细地描述的，根据飞行器和燃气涡轮发动机操作的需要，本发明的电源可以包括多个离散的燃料电池组，并且每个燃料电池组提供可以选择性地联接到多于一个的电力总线的电力输出。因此，基于需要或基于燃料电池组之一的故障，许多飞行器系统可以依靠多于一个的燃料电池
组。实质上，燃料电池组可以被构造为彼此的备用和其他飞行器电源的备用。

[0036] 此外，本公开的电源可以被构造成使电力输出与所需负载相匹配。因此，本公开的电源可以为负载提供具有所需电压的DC电力输出，潜在地消除了对电力转换器的需要。这导致了在布线和重量方面的效率增加。

[0037] 如以下将更详细讨论的，燃料电池是电化学装置，其可以通过燃料(诸如氢)与氧化剂(诸如大气中所含的氧)的电化学反应来将来自燃料的化学能转换为电能。燃料电池系统可以有利地用作能量供应系统，因为在与至少某些现有系统相比时，燃料电池系统可以被认为是环境优越和高效的。为了提高系统效率和燃料利用率并减少外部用水量，燃料电池系统可以包括阳极再循环回路。由于单个燃料电池只能生成约1V的电压，因此可以将多个燃料电池堆叠在一起(其可以称为燃料电池堆)，以生成期望电压。燃料电池可以包括固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)，它们大体上都以其各自的电解质命名。

[0038] 现在参考附图，其中相同的数字在所有附图中指示相同的元件，图1提供了根据本公开的示例性实施例的发动机的示意横截面视图。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运载器的任何其他合适类型的发动机。

[0039] 对于所描绘的实施例，发动机被构造为高旁通涡轮风扇发动机100。如图1所示，涡轮风扇发动机100限定轴向方向A(平行于提供参考的中心线轴线101延伸)、径向方向R和周向方向(围绕轴向方向A延伸；未在图1中示出)。通常，涡轮风扇发动机100包括风扇区段102和设置在风扇区段102下游的涡轮机104。

[0040] 所描绘的示例性涡轮机104大体上包括限定环形入口108的基本上管状外壳106。外壳106以串行流动关系包围：压缩机区段，其包括增压或低压(LP)压缩机110和高压(HP)压缩机112；燃烧区段114；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮116和低压(LP)涡轮118；以及喷射排气喷嘴区段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。涡轮风扇发动机进一步包括一个或多个驱动轴。更具体地，涡轮风扇发动机包括将HP涡轮116驱动地连接到HP压缩机
112的高压(HP)轴或线轴122，以及将LP涡轮118驱动地连接到LP压缩机110的低压(LP)轴或线轴124。

[0041] 对于所描绘的实施例，风扇区段102包括风扇126，风扇126具有以间隔开的方式联接到盘130的多个风扇叶片128。多个风扇叶片128和盘130能够通过LP轴124一起绕中心线轴线101旋转。盘130被可旋转的前毂132覆盖，前毂132在空气动力学上成形为促进气流通过多个风扇叶片128。此外，环形风扇壳或外机舱134被设置成周向围绕风扇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被支撑。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。

[0042] 以这种方式，将理解的是，涡轮风扇发动机100大体上包括第一流(例如，核心空气流动路径121)和平行于第一流延伸的第二流(例如，旁通气流通道140)。在某些示例性实施例中，涡轮风扇发动机100可以进一步限定例如从LP压缩机110延伸到旁通气流通道140或延伸到环境的第三流。利用这种构造，LP压缩机110大体上可以包括被构造为管道式中间风扇的第一压缩机级和下游压缩机级。第三流的入口可以定位在第一压缩机级和下游压缩机级之间。

[0043] 仍然参考图1，涡轮风扇发动机100另外包括附件齿轮箱142和燃料输送系统146。对于所示的实施例，附件齿轮箱142位于涡轮机104的罩/外壳106内。此外，将理解的是，对于图1中示意性描绘的实施例，附件齿轮箱142机械地联接到涡轮机104的一个或多个轴或线轴，并且能够与涡轮机104的一个或多个轴或线轴一起旋转。例如，在所描绘的示例性实施例中，附件齿轮箱142通过合适的齿轮系144机械地联接到HP轴122，并且能够与HP轴122一起旋转。附件齿轮箱142可以在至少某些操作期间向涡轮风扇发动机100的一个或多个合适的附件系统提供动力，并且可以在其他操作期间进一步将动力提供回涡轮风扇发动机
100。例如，对于所示的实施例，附件齿轮箱142联接到启动器电动机/发电机152。启动器电动机/发电机可以被构造为在某些操作期间从附件齿轮箱142和涡轮风扇发动机100提取动力以发电，并且可以在其他操作期间将动力提供回附件齿轮箱142和涡轮风扇发动机100
(例如，向HP轴122)，以将机械功添加回涡轮风扇发动机10(例如，用于启动涡轮风扇发动机
100)。

[0044] 此外，燃料输送系统146大体上包括燃料源148(诸如燃料箱)和一条或多条燃料输送管线150。一条或多条燃料输送管线150通过燃料输送系统146向涡轮风扇发动机100的涡轮机104的燃烧区段114提供燃料流。如下文将更详细地讨论的，燃烧区段114包括集成燃料电池和燃烧器组件200。对于所描述的实施例，一条或多条燃料输送管线150向集成燃料电池和燃烧器组件200提供燃料流。

[0045] 然而，将理解的是，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，任何其他合适的燃气涡轮发动机可以与本公开的方面一起使用。例如，在其他实施例中，涡轮风扇发动机可以是任何其他合适的燃气涡轮发动机，诸如涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。以这种方式，将进一步理解的是，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构造，诸如任何其他合适数量或布置的轴、压缩机、涡轮、风扇等。此外，尽管图1中描绘的示例性燃气涡轮发动机示意性地示出为直接驱动固定桨距涡轮风扇发动机，但在其他实施例中，本公开的燃气涡轮发动机可以是齿轮式燃气涡轮发动机(即，包括风扇126和驱动风扇的轴(诸如LP轴124)之间的齿轮箱)，可以是可变桨距燃气涡轮发动机(即，包括具有能够围绕它们各自的桨距轴线旋转的多个风扇叶片128的风扇126)等。此外，尽管示例性涡轮风扇发动机100包括管道式风扇126，但在其他示例性方面，涡轮风扇发动机100可以包括非管道式风扇126(或开式转子风扇)，而没有机舱134。此外，尽管本文未描绘，但在其他实施例中，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，诸如航海燃气涡轮发动机。

[0046] 现在参考图2，图2示意性地示出了根据本公开的实施例的燃烧区段114的一部分，其包括图1的燃气涡轮发动机100(上文关于图1描述为涡轮风扇发动机100)中使用的集成燃料电池和燃烧器组件200的一部分。

[0047] 将理解的是，燃烧区段114包括压缩机扩散器喷嘴202，并且大体上沿轴向方向A在上游端和下游端之间延伸。燃烧区段114经由压缩机扩散器喷嘴202流体地联接到上游端处的压缩机区段，并且流体地联接到下游端处的涡轮区段。

[0048] 集成燃料电池和燃烧器组件200大体上包括燃料电池组件204(图2中仅部分地描绘；也参见图3至图5)和燃烧器206。燃烧器206包括内衬208、外衬210、圆顶组件212、罩组件
214、旋流器组件216、和燃料流动管线218。燃烧区段114大体上包括沿径向方向R在燃烧器
206外侧以包围燃烧器206的外壳220，以及沿径向方向R在燃烧器206内侧的内壳222。内壳
222和内衬208在其间限定内通路224，而外壳220和外衬210在其间限定外通路226。内壳
222、外壳220和圆顶组件212一起至少部分地限定燃烧器206的燃烧室228。

[0049] 圆顶组件212接近燃烧区段114的上游端设置(即，与下游端相比，更靠近上游端)，并且包括用于接收和保持旋流器组件216的开口(未标记)。旋流器组件216还包括用于接收和保持燃料流动管线218的开口。燃料流动管线218进一步联接到沿径向方向R设置在外壳220外侧的燃料源148(参见图1)，并且被构造为从燃料源148接收燃料。以这种方式，燃料流动管线218可以流体地联接到上文参考图1描述的一条或多条燃料输送管线150。

[0050] 旋流器组件216可以包括多个旋流器(未示出)，多个旋流器被构造为在将压缩流体注入燃烧室228以生成燃烧气体之前，使压缩流体旋流。在所示实施例中，罩组件214被构造为将内衬208、外衬210、旋流器组件216和圆顶组件212保持在一起。

[0051] 在操作期间，压缩机扩散器喷嘴202被构造为将压缩流体230从压缩机区段引导至燃烧器206，其中压缩流体230被构造为与旋流器组件216内的燃料混合，并在燃烧室228内燃烧以生成燃烧气体。燃烧气体被提供给涡轮区段，以驱动涡轮区段的一个或多个涡轮(例如，高压涡轮116和低压涡轮118)。

[0052] 在包括集成燃料电池和燃烧器组件200的燃气涡轮发动机100的操作期间，燃烧室228内的火焰由连续的燃料和空气流维持。为了例如在燃气涡轮发动机100的启动期间提供燃料和空气的点火，集成燃料电池和燃烧器组件200进一步包括点火器231。点火器231可以提供火花或初始火焰，以点燃燃烧室228内的燃料和空气混合物。

[0053] 如上所述和图2中示意性地描绘，集成燃料电池和燃烧器组件200进一步包括燃料电池组件204。所描绘的示例性燃料电池组件204包括第一燃料电池堆232和第二燃料电池堆234。更具体地，第一燃料电池堆232与外衬210一起构造，并且第二燃料电池堆234与内衬208一起构造。再更具体地，第一燃料电池堆232与外衬210集成，并且第二燃料电池堆234与内衬208集成。下面将更详细地描述燃料电池组件204的操作，并且更具体地，燃料电池组件
204的燃料电池堆(例如，第一燃料电池堆232或第二燃料电池堆234)的操作。

[0054] 对于所描述的实施例，燃料电池组件204被构造为固体氧化物燃料电池(“SOFC”)组件，其中第一燃料电池堆232被构造为第一SOFC燃料电池堆，并且第二燃料电池堆234被构造为第二SOFC燃料电池堆(各自具有多个SOFC)。将理解的是，SOFC大体上是直接通过氧化燃料来产生电力的电化学转换装置。一般来说，燃料电池组件，并且特别是燃料电池，其特征在于所使用的电解质材料。本公开的SOFC大体上可以包括固体氧化物或陶瓷电解质。这类燃料电池大体上呈现出高的综合热电效率、长期稳定性、燃料灵活性和低排放。

[0055] 此外，示例性燃料电池组件204进一步包括第一电力转换器236和第二电力转换器238。第一燃料电池堆232通过第一多个电源电缆(未标记)与第一电力转换器236电连通，并且第二燃料电池堆234通过第二多个电源电缆(未标记)与第二电力转换器238电连通。

[0056] 第一电力转换器236控制从对应的第一燃料电池堆232中汲取的电流，并且可以将电力从直流(“DC”)电力转换为处于另一电压电平的DC电力或交流(“AC”)电力。类似地，第二电力转换器238控制从第二燃料电池堆234汲取的电流，并且可以将电力从DC电力转换为处于另一电压电平的DC电力或AC电力。第一电力转换器236、第二电力转换器238或两者都可以电联接到电总线(诸如下面描述的电总线326)。

[0057] 集成燃料电池和燃烧器组件200进一步包括燃料电池控制器240，燃料电池控制器240与第一电力转换器236和第二电力转换器238可操作地通信，以例如在两者之间发送和接收通信和信号。例如，燃料电池控制器240可以向第一电力转换器236和第二电力转换器
238发送电流或功率设定点信号，并且可以接收例如来自第一电力转换器235和第二电力转换器238的电压或电流反馈信号。燃料电池控制器240可以以与下面参考图5描述的控制器
240相同的方式构造。

[0058] 将理解的是，在至少某些示例性实施例中，第一燃料电池堆232、第二燃料电池堆234或两者都可以在燃气涡轮发动机的周向方向C(即，绕燃气涡轮发动机100的中心线轴线
101延伸的方向)上基本上延伸360度。例如，现在参考图3，根据本公开的示例性实施例，描绘了集成燃料电池和燃烧器组件200的简化横截面视图。尽管为了简单起见，图3中仅描绘了第一燃料电池堆232，但第二燃料电池堆234可以以类似的方式构造。

[0059] 如图所示，第一燃料电池堆232在周向方向C上围绕燃烧室228延伸，在所示实施例中，围绕中心线轴线101完全包围燃烧室288。更具体地，第一燃料电池堆232包括沿周向方向C布置的多个燃料电池242。在图3中可见的燃料电池242可以是燃料电池242的单个环，其中燃料电池242沿轴向方向A堆叠在一起(参见图2)，以形成第一燃料电池堆232。在另一个实例中，燃料电池242的多个附加环可以被放置在彼此的顶部，以形成沿中心线轴线101伸长的第一燃料电池堆232。

[0060] 如下文将更详细地解释的，参考图5，第一燃料电池堆232中的燃料电池242被定位为接收来自例如压缩机区段的排放空气244和来自燃料输送系统146的燃料246。燃料电池242使用该空气244和至少一些该燃料246来生成电流，并将部分氧化的燃料246和未使用部分的空气248朝向中心线轴线101径向引导到燃烧室228中。集成燃料电池和燃烧器组件200将燃烧室228中的部分氧化的燃料246和空气248燃烧成燃烧气体，燃烧气体向下游被引导到涡轮区段中，以驱动或辅助驱动其中的一个或多个涡轮。

[0061] 此外，现在参考图4，提供了作为图2的集成燃料电池和燃烧器组件200的第一燃料电池堆232的立体图的示意图。第二燃料电池堆234可以以类似的方式形成。

[0062] 描绘的第一燃料电池堆232包括壳体250，壳体250具有燃烧出口侧252和与燃烧出口侧252相对的侧254，燃料和空气入口侧256和与燃料和空气入口侧256相对的侧588，以及侧260、262。侧260、侧258和侧254在图4的立体图中不可见。

[0063] 将理解的是，第一燃料电池堆232可以包括例如从第一燃料电池堆232的一端(例如，燃料和空气入口侧256)到第一燃料电池堆232的另一端(例如，侧258)并排“堆叠”的多个燃料电池。因此，将进一步理解的是，燃烧出口侧252包括多个燃烧出口264，每个燃烧出口来自第一燃料电池堆232中的燃料电池。在操作期间，燃烧气体266(本文也称为“输出产物”)从燃烧出口264引导出壳体250。如本文所述，燃烧气体266使用未被第一燃料电池堆
232的壳体250内的燃料电池消耗的燃料和空气来生成。燃烧气体266被提供给燃烧室228，并在操作期间燃烧以生成燃烧气体，燃烧气体用于为燃气涡轮发动机100(以及结合燃气涡轮发动机100的运载器/飞行器)生成推力。

[0064] 燃料和空气入口侧256包括一个或多个燃料入口268和一个或多个空气入口270。可选地，入口268、270中的一个或多个可以在壳体250的另一侧上。一个或多个燃料入口268中的每个燃料入口与用于第一燃料电池堆232的燃料源(诸如含氢气体或下文进一步描述
的燃料处理单元的一个或多个加压容器)流体联接。一个或多个空气入口270中的每个空气入口与用于燃料电池的空气(诸如从压缩机区段和/或以下也进一步描述的空气处理单元
排出的空气)源流体联接。一个或多个入口268、270分开接收来自外部燃料和空气源的燃料和空气，并将燃料和空气分开引导到燃料电池中。

[0065] 在某些示例性实施例中，图2至图4的第一燃料电池堆232可以以与例如2018年12月17日提交的美国专利申请公开号2020/0194799A1中描述的示例性燃料电池系统(标记为
100)中的一个或多个类似的方式构造，该美国申请的全部内容通过引用并入本文。将进一步理解的是，图2的第二燃料电池堆234可以以与第一燃料电池堆232类似的方式构造，或者替代地，可以以任何其他合适的方式构造。

[0066] 将理解的是，本公开的燃料电池组件204被分成多个燃料电池组，每个燃料电池组能够产生离散的电力输出。如本文所用，术语“组”在其涉及燃料电池组件的燃料电池组时，是指在至少某些操作期间以可以允许多个燃料电池与燃料电池组件的任何其他燃料电池分开地输出电力的方式接合的多个燃料电池。例如，在图2的实施例中，第一燃料电池堆232可以是第一燃料电池组，第二燃料电池堆234可以是第二燃料电池组。然而，替代地，燃料电池组件204可以包括沿外衬210沿轴向方向A的长度布置的多个燃料电池组、沿外衬210沿周向方向C周向布置的多个燃料电池组或其组合。可以为每个燃料电池组提供分开的电力电缆。

[0067] 此外，将理解的是，尽管图2至图4的示例性燃料电池组件204大体上包括沿燃烧器206的外衬210和内衬208布置并与其集成的燃料电池，例如，第一燃料电池堆232和第二燃料电池堆234的燃料电池，但是在其他实施例中，燃料电池组件204可以以任何其他合适的方式被构造在任何其他合适的位置(例如，在燃烧器206的轴向前方，沿径向方向R在燃烧器
206的外侧间隔开，等等)。此外，在其他实施例中，燃料电池组件204可以使用不同于固体氧化物化学物质的化学物质。

[0068] 现在参考图5，将描述根据本公开的示例性实施例的集成燃料电池和燃烧器组件200的操作。更具体地，图5提供了根据本公开的实施例的燃气涡轮发动机100以及集成燃料电池和燃烧器组件200的示意图。在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机100以及集成燃料电池和燃烧器组件200可以以与图1至图4中的一个或多个示例性实施例类似的方式构
造。

[0069] 因此，将理解的是，燃气涡轮发动机100大体上包括具有风扇126的风扇区段102、LP压缩机110、HP压缩机112、燃烧区段114、HP涡轮116和LP涡轮118。燃烧区段114大体上包括具有燃烧器206和燃料电池组件204的集成燃料电池和燃烧器组件200。

[0070] 包括燃气涡轮发动机100的推进系统进一步包括燃料输送系统146。燃料输送系统146大体上包括燃料源148和一条或多条燃料输送管线150。燃料源148可以包括燃气涡轮发动机100的燃料(例如，碳氢燃料，包括例如碳中性燃料或合成碳氢化合物)的供应部。此外，将理解的是，燃料输送系统146还包括燃料泵272和分流器274，并且一条或多条燃料输送管线150包括第一燃料输送管线150A、第二燃料输送管线150B和第三燃料输送管线15C。分流器274将来自燃料源148和燃料泵272的燃料流分成通过第一燃料输送管线150A到燃料电池组件204的第一燃料流，通过第二燃料输送管线150B也到燃料电池组件204(并且特别是到下文描述的空气处理单元)的第二燃料流，以及通过第三燃料输送管线150C到燃烧器206的第三燃料流。分流器274可以包括一系列阀(未示出)，以便于来自燃料源148的燃料流的这种分流，或者替代地，可以具有固定几何结构。此外，对于所示的实施例，燃料输送系统146包括与第一燃料输送管线150A相关联的第一燃料阀151A(例如，用于控制第一燃料流)，与第二燃料输送管线150B相关联的第二燃料阀151B(例如，用于控制第二燃料流)，以及与第三燃料输送管线150C相关联的第三燃料阀151C(例如，用于控制第三燃料流)。

[0071] 燃气涡轮发动机100进一步包括压缩机排出系统和气流输送系统。更具体地，压缩机排出系统包括LP引气管道276和相关联的LP引气阀278、HP引气管道280和相关联的HP引气阀282、HP出口空气管道284和相关联的HP出口空气阀286。

[0072] 燃气涡轮发动机100进一步包括气流供应管道288(与气流供应部290气流连通)和相关联的空气阀292，其也与气流输送系统气流连通，用于向集成燃料电池和燃烧器组件
200的燃料电池组件204提供压缩气流。气流供应部可以是例如被构造为提供交叉引气的第二燃气涡轮发动机、被构造为提供引气的辅助动力单元(APU)、冲压空气涡轮(RAT)等。如果压缩机空气源不足或不可用，则气流供应部可以是对压缩机排出系统的补充。

[0073] 压缩机排出系统(和气流供应管道288)与气流输送系统气流连通，用于向燃料电池组件204提供压缩气流，如将在下面更详细地解释的。

[0074] 仍然参考图5，集成燃料电池和燃烧器组件200的燃料电池组件204包括燃料电池堆294，燃料电池堆294可以以与例如上述第一燃料电池堆232类似的方式构造。燃料电池堆
294示意性地描述为具有阴极侧296、阳极侧298和定位在它们之间的电解质300的单个燃料电池。大体上将理解的是，电解质300在操作期间可以将负氧离子从阴极侧296传导到阳极侧298，以生成电流和电力。

[0075] 简单地说，将理解的是，燃料电池组件204进一步包括燃料电池传感器302，燃料电池传感器302被构造为感测指示燃料电池组件操作参数的数据，燃料电池组件操作参数诸如燃料电池堆294(例如，燃料电池的阴极侧296或阳极侧298)的温度，燃料电池堆294内(例如，燃料电池的阴极侧296或阳极侧298内)的压力。

[0076] 阳极侧298可以支持生成电的电化学反应。燃料可以经由通过电解质300的扩散，利用从阴极侧296接收到的氧离子而在阳极侧298中被氧化。该反应可以在阳极侧298中产生自由电子形式的热、蒸汽和电，其可以用于向能量消耗装置(诸如下文描述的一个或多个附加电装置328)供电。可以使用从能量消耗装置返回到阴极侧296的电子，经由阴极氧化剂的氧还原来产生氧离子。

[0077] 阴极侧296可以耦合到阴极氧化剂源，诸如大气中的氧。阴极氧化剂被限定为供应到阴极侧296的氧化剂，燃料电池系统在发电时使用阴极侧296。阴极侧296对于从阴极氧化剂接收到的氧离子，可以是可渗透的。

[0078] 电解质300可以与阳极侧298和阴极侧296连通。电解质300可以使氧离子从阴极侧296通向阳极侧298，并且可以具有很小的电导率或没有电导率，以防止自由电子从阴极侧
296通向阳极侧298。

[0079] 固体氧化物燃料电池(诸如燃料电池堆294)的阳极侧可以由镍/氧化钇稳定的氧化锆(Ni/YSZ)金属陶瓷构成。阳极侧中的镍用作燃料氧化的催化剂和电流导体。在燃料电池堆294的正常操作期间，操作温度可以大于或等于约700℃，并且阳极中的镍(Ni)由于主要是氢燃料气体的连续供应而保留其还原形式。

[0080] 燃料电池堆294设置在LP压缩机110、HP压缩机112或两者的下游。此外，从以上关于图2的描述中将理解的是，燃料电池堆294可以联接到燃烧器206的衬套(例如，内衬208或外衬210)或以其他方式与其集成。以这种方式，燃料电池堆294也可以布置在集成燃料电池和燃烧器组件200的燃烧室228的上游，并且进一步布置在HP涡轮116和LP涡轮118的上游。

[0081] 如图5所示，燃料电池组件204还包括燃料处理单元304和空气处理单元306。燃料处理单元304可以是用于生成富氢燃料流的任何合适结构。例如，燃料处理单元304可以包括燃料重整器或催化部分氧化转换器(CPOx)，用于为燃料电池堆294产生富氢燃料流。空气处理单元306可以是任何合适的结构，用于将提供给其的空气温度升高到足够高以实现燃料电池温度控制的温度(例如，约600℃至约800℃)。例如，在描绘的实施例中，空气处理单元包括预燃烧器系统，预燃烧器系统基于通过第二燃料输送管线150B的燃料流来操作，被构造用于例如在瞬态条件(诸如启动、关闭和异常情况)期间通过燃烧来升高空气的温度。

[0082] 在描绘的示例性实施例中，燃料处理单元304和空气处理单元306在壳体308内被歧管在一起，以向燃料电池堆294提供调节空气和燃料。

[0083] 然而，应当理解，燃料处理单元304可以附加地或替代地包括任何合适类型的燃料重整器，诸如自动热重整器和蒸汽重整器，它们可能在重整器出口流处需要具有较高氢成分的附加蒸汽入口流。附加地或替代地，燃料处理单元304还可以包括与燃料电池堆294集成的重整器。类似地，应当理解，图5的空气处理单元306可以替代地是热交换器或另一个装置，用于将提供给其的空气的温度升高到足够高以实现燃料电池温度控制的温度(例如，约600℃至约800℃)。

[0084] 如上所述，压缩机排出系统(和气流供应管道288)与气流输送系统气流连通，用于向燃料电池组件204提供压缩气流。气流输送系统包括用于向燃料处理单元304提供气流的阳极气流管道310和相关联的阳极气流阀312、用于向空气处理单元306提供气流的阴极气流管道314和相关联的阴极气流阀316、以及用于直接向燃料电池堆294(或者更确切地，向燃料电池的阴极侧296)提供气流的阴极旁通空气管道318和相关联的阴极旁通空气阀320。燃料输送系统146被构造为通过第一燃料输送管线150A向燃料处理单元304提供第一燃料
流，并且通过第二燃料输送管线150B向空气处理单元306提供第二燃料流(例如，如果提供的话，作为用于预燃烧器系统的燃料)。

[0085] 燃料电池堆294输出作为燃料电池电力输出322产生的电力。此外，燃料电池堆294将阴极空气排放和阳极燃料排放(为了清晰起见，都没有标记)引导到燃烧器206的燃烧室228中。

[0086] 在操作中，空气处理单元306被构造为加热/冷却通过阴极气流管道314进入的压缩空气的一部分，以生成要被引导到燃料电池堆294中的处理空气，从而促进燃料电池堆
294起作用。空气处理单元306接收来自第二燃料输送管线150B的第二燃料流，并且可以例如燃烧这种第二燃料流，以将接收到的空气加热至期望温度(例如，约600℃至约800℃)，从而促进燃料电池堆294起作用。由空气处理单元306处理的空气被引导到燃料电池堆294中。
在本公开的实施例中，如图所示，阴极旁通空气管道318和由空气处理单元306处理的空气可组合成组合空气流，以被送入燃料电池堆294的阴极552。

[0087] 此外，如图5的实施例中所示，通过第一燃料输送管线150A的第一燃料流被引导至燃料处理单元304以用于产生富氢燃料流(例如，优化燃料流的氢含量)，以也被送入燃料电池堆294。将理解的是，并且如下文讨论的，到燃料电池堆294(例如，阴极侧296)的空气(处理空气和旁通空气)流和从燃料处理单元304到燃料电池堆294(例如，阳极侧298)的燃料可以促进发电。

[0088] 由于燃料电池堆294的入口空气可能仅来自上游压缩机区段，而没有任何其他单独控制的空气源，因此将理解的是，从压缩机区段排出的燃料电池堆294的入口空气会受到在不同飞行阶段发生的空气温度变化的影响。仅作为说明性示例，燃气涡轮发动机100的压缩机区段中的特定位置内的空气可以在怠速期间以200℃工作、在起飞期间以600℃工作、在巡航期间以268℃工作等。引导到燃料电池堆294的入口空气的这种类型的温度变化可能会导致燃料电池堆294的陶瓷材料出现显著的热瞬态问题(或甚至是热冲击)，其范围可能从开裂到故障。

[0089] 因此，通过在压缩机区段和燃料电池堆294之间流体连接空气处理单元306，空气处理单元306可以用作控制装置或系统，以将由空气处理单元306处理并引导到燃料电池堆294中的空气维持在期望的操作温度范围(例如，正或负100℃，或优选地正或负50℃，或者正或负20℃)内。在操作中，可通过控制到空气处理单元306的燃料流来控制提供给燃料电池堆294的空气的温度(相对于从压缩机区段排出的空气的温度)。通过增加到空气处理单元306的燃料流，可以提高到燃料电池堆294的气流的温度。通过减少到空气处理单元306的燃料流，可以降低到燃料电池堆294的气流的温度。可选地，不能向空气处理单元306输送燃料，以防止空气处理单元306提高和/或降低从压缩机区段排出并引导到空气处理单元306中的空气的温度。

[0090] 此外，如以虚线所描绘的，燃料电池组件204进一步包括围绕燃料电池294延伸的气流旁通管道321，以允许由空气处理单元306调节(并与通过管道318的任何旁通空气组合)的气流的一部分或全部绕过燃料电池294的阴极侧296，并直接进入燃烧室228。气流旁通管道321可以与燃料电池294热连通。燃料电池组件进一步包括围绕燃料电池294延伸的燃料旁通管道323，以允许来自燃料处理单元304的重整燃料的一部分或全部绕过燃料电池
294的阳极侧298，并直接进入燃烧室228。

[0091] 如上面简要提及的，燃料电池堆294将发送到燃料电池堆294的来自燃料处理单元304的阳极燃料流和由空气处理单元306处理的空气转换为DC电流形式的电能，即燃料电池电力输出322。该燃料电池电力输出322被引导至电力转换器324，以便将该DC电流转换为能够被一个或多个子系统有效利用的DC电流或AC电流。特别地，对于所描绘的实施例，电力从电力转换器被提供给电总线326。电总线326可以是专用于燃气涡轮发动机100的电总线、结合燃气涡轮发动机100的飞行器的电总线或其组合。电总线326与一个或多个附加电装置
328电连通，一个或多个附加电装置328可适于从燃料电池堆294汲取电流或向燃料电池堆
294施加电负载。一个或多个附加电装置328可以是电源、功率耗散器(power sink)或两者。
例如，附加电装置328可以是储电装置(诸如一个或多个蓄电池)、电机(发电机、电动机或两者)、电推进装置等。例如，一个或多个附加电装置328可以包括燃气涡轮发动机100的启动器电动机/发电机。

[0092] 仍然参考图5，燃气涡轮发动机100进一步包括传感器330。在所示的实施例中，传感器330被构造为感测指示燃气涡轮发动机100的燃烧区段114内的火焰的数据。例如，传感器330可以是温度传感器，其被构造为感测指示燃烧区段114的出口温度、涡轮区段的入口温度、排气温度或其组合的数据。附加地或替代地，传感器330可以是任何其他合适的传感器或传感器的任何合适组合，其被构造为感测一个或多个燃气涡轮发动机操作条件或参数，包括指示燃气涡轮发动机100的燃烧区段114内的火焰的数据。

[0093] 此外，如图5中进一步示意性描绘的，推进系统、包括推进系统的飞行器或两者都包括控制器240。例如，控制器240可以是独立控制器、燃气涡轮发动机控制器(例如，全权限数字发动机控制器或FADEC控制器)、飞行器控制器、推进系统的监督控制器及其组合等。

[0094] 控制器240可操作地连接到在燃气涡轮发动机100和燃料输送系统146中的至少一个内的各种传感器、阀等。更具体地，对于所描绘的示例性方面，控制器240可操作地连接到压缩机排出系统的阀(阀278、282、286)、气流输送系统的阀(阀312、316、320)和燃料输送系统146的阀(分流器274、阀151A、151B、151C)，以及燃气涡轮发动机100的传感器330和燃料电池传感器302。从下面的描述中将理解的是，控制器240可以与这些部件有线或无线通信。
以这种方式，控制器240可以接收来自各种输入(包括燃气涡轮发动机传感器330和燃料电池传感器302)的数据，可以做出控制决策，并且可以向各种输出(包括控制来自压缩机区段的气流排出的压缩机排出系统的阀、引导从压缩机区段排出的气流的气流输送系统的阀、以及引导燃气涡轮发动机100内的燃料流的燃料输送系统146的阀)提供数据(例如，指令)。

[0095] 特别参考控制器240的操作，在至少某些实施例中，控制器240可以包括一个或多个计算装置332。计算装置332可以包括一个或多个处理器332A和一个或多个存储器装置332B。一个或多个处理器332A可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置332B可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其他存储器装置。

[0096] 一个或多个存储器装置332B可以存储能够由一个或多个处理器332A访问的信息，包括可以由一个或多个处理器332A执行的计算机可读指令332C。指令332C可以是当由一个或多个处理器332A执行时，使一个或多个处理器332A进行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令332C可以由一个或多个处理器332A执行，以使一个或多个处理器332A进行操作，诸如控制器240和/或计算装置332被构造用于的任何操作和功能、如本文所述的用于操作推进系统的操作(例如方法600)、和/或一个或多个计算装置332的任何其他操作或功能。指令332C可以是用任何合适的编程语言编写的软件或者可以用硬件实施。附加地和/或替代地，指令332C可以在处理器332A上的逻辑和/或虚拟分离的线程中执行。存储器装置332B可以进一步存储可由处理器332A访问的数据332D。例如，数据332D可以包括指示功率流的数据、指示燃气涡轮发动机100/飞行器操作条件的数据、和/或本文描述的任何其他数据和/或信息。

[0097] 计算装置332还包括网络接口332E，网络接口322E被构造为例如与燃气涡轮发动机100的其他部件(诸如压缩机排出系统的阀(阀278、282、286)、气流输送系统的阀(阀312、
316、320)和燃料输送系统146的阀(分流器274，阀151A、151B、151C)，以及燃气涡轮发动机
100的传感器330和燃料电池传感器302)、结合燃气涡轮发动机100的飞行器等通信。网络接口332E可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适部件，包括例如发射机、接收机、端口、控制器、天线和/或其他合适部件。以这种方式，将理解的是，网络接口332E可以利用有线和无线通信网络的任何合适组合。

[0098] 本文所讨论的技术参考了基于计算机的系统、由基于计算机的系统采取的动作、以及发送到和发送自基于计算机的系统的信息。将理解的是，基于计算机的系统的固有灵活性允许了部件之间和部件之中的任务和功能性的多种可能的构造、组合和划分。例如，本文讨论的处理可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用可以在单个系统上实施，或者分布在多个系统上。分布的部件可以顺序地或并行操作。

[0099] 将理解的是，燃气涡轮发动机100、示例性燃料输送系统146、示例性集成燃料电池和燃烧器组件200以及示例性燃料电池组件204仅作为示例提供。在其他实施例中，集成燃料电池和燃烧器组件200以及燃料电池组件204可以具有任何其他合适的构造。例如，在其他示例性实施例中，燃料电池组件204可以包括任何其他合适的燃料处理单元304。附加地或替代地，例如当燃气涡轮发动机100的燃烧器被构造为燃烧氢燃料，而燃料输送组件146被构造为向集成燃料电池和燃烧器组件200，特别是向燃料电池组件204，提供氢燃料时，燃料电池组件204可以不需要燃料处理单元304。

[0100] 如上简要所述，燃料电池组件204可以与电总线326电连通，电总线326可以是燃气涡轮发动机100的电总线、飞行器的电总线、或其组合。现在简要参考图6，提供了根据本公开的实施例的飞行器400的示意图，飞行器400包括一个或多个燃气涡轮发动机100(标记为100A和100B)，每个发动机都具有集成燃料电池和燃烧器组件200(标记为200A和200B)，以及与一个或多个燃气涡轮发动机100电连通的飞行器电总线326。

[0101] 特别地，对于所描述的示例性实施例，提供飞行器400，包括机身402、尾翼404、第一机翼406、第二机翼408和推进系统。推进系统大体上包括联接至第一机翼406或与第一机翼406集成的第一燃气涡轮发动机100A和联接至第二机翼408或与第二机翼408集成的第二燃气涡轮发动机100B。然而，将理解的是，在其他实施例中，可以提供任何其他合适数量和/或构造的燃气涡轮发动机100(例如，安装在机身上、安装在尾翼上等)。

[0102] 第一燃气涡轮发动机100A大体上包括第一集成燃料电池和燃烧器组件200A以及第一电机410A。第一集成燃料电池和燃烧器组件200A大体上可以包括第一燃料电池组件。
第一电机410A可以是嵌入式电机、偏置电机(例如，能够通过附件齿轮箱或合适的齿轮系与燃气涡轮发动机100一起旋转)等。例如，在某些示例性实施例中，第一电机410A可以是第一燃气涡轮发动机100A的启动器电动机/发电机。

[0103] 类似地，第二燃气涡轮发动机100B大体上包括第二集成燃料电池和燃烧器组件200B以及第二电机410B。第二集成燃料电池和燃烧器组件200B大体上可以包括第二燃料电池组件。第二电机410B也可以是嵌入式电机、偏置电机(例如，能够通过附件齿轮箱或合适的齿轮系与燃气涡轮发动机100一起旋转)等。例如，在某些示例性实施例中，第二电机410B可以是第二燃气涡轮发动机100B的启动器电动机/发电机。

[0104] 在图6的实施例中，飞行器400附加地包括电总线326和监督控制器412。此外，将理解的是，飞行器400和/或推进系统包括各自与电总线326电连通的一个或多个电装置414和电能存储单元416。电装置414可以表示一个或多个飞行器功率负载(例如，航空电子系统、控制系统、电动推进器等)、一个或多个电源(例如，辅助动力单元)等。电能存储单元416可以是例如用于存储电力的蓄电池组等。

[0105] 电总线326进一步电连接到第一电机410A和第一燃料电池组件，以及电连接到第二电机410B和第二燃料电池组件。监督控制器412可以以与图5的控制器240类似的方式构造，或者可以与专用于第一燃气涡轮发动机100A的第一燃气涡轮发动机控制器和专用于第二燃气涡轮发动机100B的第二燃气涡轮发动机控制器操作地通信。

[0106] 以这种方式，将理解的是，监督控制器412可以被构造为接收来自第一燃气涡轮发动机100A的燃气涡轮发动机传感器330A和来自第二燃气涡轮发动机100B的燃气涡轮发动机传感器330B的数据，并且可以进一步被构造为向第一和第二燃气涡轮发动机100A、100B的各种控制元件(诸如阀)发送数据(例如，命令)。

[0107] 此外，将理解的是，对于所描绘的实施例，飞行器400包括一个或多个飞行器传感器418，其被构造为感测指示飞行器400的各种飞行操作的数据，包括例如海拔、环境温度、环境压力、气流速度等。监督控制器412可操作地连接到这些飞行器传感器418，以从这些飞行器传感器418接收数据。

[0108] 除了接收来自传感器330A、330B、418的数据并向控制元件发送数据之外，监督控制器412还被构造为控制通过电总线326的电力流。例如，监督控制器412可以被构造为命令并接收来自一个或多个电机(例如，第一电机410A和第二电机410B)、一个或多个燃料电池组件(例如，第一燃料电池组件和第二燃料电池组件)或两者的期望电力提取，并且向一个或多个电机(例如，第一电机410A和第二电机410B)、一个或多个燃料电池组件(例如，第一燃料电池组件和第二燃料电池组件)中的另一个或两者提供全部或部分提取的电力。这些动作中的一个或多个动作可以根据下面概述的逻辑来进行。

[0109] 在一个实施例中，每个集成燃料电池和燃烧器组件200(标记为200A和200B；也参见图2至图5)的燃料电池组件204被分成多个燃料电池组，每个燃料电池组产生离散的电力输出。例如，第一燃料电池堆232可以被构造为具有第一电力输出的第一燃料电池组，而第二燃料电池堆234可以被构造为具有第二电力输出的第二燃料电池组。第一和第二燃料电池组可以布置在燃烧器206的外衬210和内衬208上(如图2中)，可以沿燃烧器206的外衬210或内衬208中的一个轴向布置，可以沿燃烧器206的外衬210或内衬208中的一个或两者周向布置，或者可以以任何其他合适的方式布置。此外，在其他实施例中，燃料电池组件204可以包括多于两组(例如，3、4、5或更多组，诸如多达20组)。

[0110] 现在参考图7至图9，提供了电源111，其包括构造成电连接到飞行器电力总线(未示出)的连接组件337，与燃气涡轮发动机100相关联的燃料电池组件(未示出)，和构造成与燃气涡轮发动机100一起旋转的电机410。燃料电池组件(未示出)包括燃料电池组243，燃料电池组243电联接到也被称为发动机电力总线的电总线326，并且被构造成向发动机电力总线326提供第一电力输出322A。电机410被构造为在集成到燃气涡轮发动机100时，在燃气涡轮发动机100的操作期间，生成第二电力输出322B。第一电力输出322A可以是DC电力输出，并且第二电力输出322B可以是AC电力输出。

[0111] 电机410可以电联接到连接组件337，使得在燃气涡轮发动机100的操作期间，来自燃料电池组243的第一电力输出322A和来自电机410的第二电力输出322B都被提供给连接组件337。

[0112] 燃料电池组件(未示出)可以以与图2至图5的示例性燃料电池组件204类似的方式构造，并且燃气涡轮发动机100可以以与图1的示例性燃气涡轮发动机100类似的方式构造。
例如，燃气涡轮发动机100大体上包括壳体(其可以是机舱134或壳体106；参见图1)。在图7的实施例中，壳体被称为机舱(未示出)。然而，将理解的是，在其他实施例中，壳体可以代替地是燃气涡轮发动机100的壳体(未示出)。虽然未示出，但是燃料电池组件(和燃料电池组
243)和电机410被定位在燃气涡轮发动机100的壳体内。

[0113] 在某些示例性方面，电机410可以以与图1的示例性启动器电动机/发电机152类似的方式构造。附加地或替代地，电机410可以机械联接到燃气涡轮发动机100的高压系统(未标记，参见图1的HP压缩机112和HP涡轮116)，燃气涡轮发动机100的低压系统(未标记，参见图1的LP压缩机110和LP涡轮118)，中速系统(未显示)，或它们的某种组合。电机410可以是单个电机或者可以是多个电机。电机410可以是位于燃气涡轮发动机100的核心空气流动路径(例如，参见图1的流动路径121)内部(例如，在压缩机区段或涡轮区段内)的嵌入式电机，或者可以从中心轴线偏移并且通过合适的齿轮系连接。在实施例中，发动机电力总线326是DC电力总线，并且发动机电力总线326在集成到燃气涡轮发动机100中时，将电力分布到燃气涡轮发动机100的多个附件系统329。在某些实施例中，多个附件系统329独立地选自发动机控制单元、启动器、压缩机、泵、除冰系统、电动机及其组合。

[0114] 在图7的实施例中，连接组件337包括单输出线。如本文所用，术语“单输出线”是指一组电线(例如，一组三相电线，或一组正负电线)。更具体地，对于所描绘的实施例，单输出线是AC输出线339。此外，电源111包括构造为DC/AC转换器的转换器325，其中发动机电力总线326利用DC/AC转换器325电联接到连接组件337。更具体地，对于图7的实施例，发动机电力总线326(和第一电力输出322A)和电机410(和第二电力输出322B)通过转换器325彼此电连通，使得第一电力输出322A(或其一部分)可以与第二电力输出322B(或其一部分)组合。

[0115] 对于该实施例，更具体地，发动机电力总线326(和第一电力输出322A)和电机410(和第二电力输出322B)在单输出线的上游位置处彼此电连通，并且更具体地，在AC输出线339的上游位置处彼此电连通，使得AC输出线339被构造成接收来自发动机电力总线326(和第一电力输出322A)和电机410(和第二电力输出322B)的组合电力输出。

[0116] 转换器325可以是全功率转换器或部分功率转换器(如美国专利号9,809,119(通过引用并入本文)中所描述的)。转换器325可以是双向转换器，用于在集成燃料电池和电机之间实现发动机100内部的“电力传输”。在一些示例中，当燃料电池未激活时，或者当燃料电池没有产生足够的电力来满足发动机DC负载要求时，双向AC/DC转换器325可以将电力从电机410传输到发动机DC负载(例如，附件系统329)。在这种情况下，经由AC输出线339的总系统电力是电机410的第二电力输出322B减去AC负载414和经由转换器325传输到发动机DC负载的电力。在其他示例中，双向AC/DC转换器325可以将DC电力从燃料电池或发动机DC总线传输到AC线/总线，其中DC电力可以是对电机的补充电力，并且电机可以以发电机模式或电动机模式工作。当电机以发电机模式工作时，燃料电池提供附加的发电能力或减轻电机(作为发电机)和发动机线轴的负担。在这种情况下，经由AC输出线339输出的总系统电力是电机410的第二电力输出322B加上从燃料电池或发动机DC总线传输到AC线/总线的电力。当电机以电动机模式工作时，来自燃料电池的电力经由电机(以电动机模式操作)被传输到发动机线轴，用于例如改进的发动机瞬态可操作性使用。在这种情况下，经由AC输出线339输出的总系统电力是经由转换器325从燃料电池或发动机DC总线传输到AC线/总线的电力减
去处于电动机模式的电机410的第二电力消耗322B和AC负载414的电力消耗。

[0117] 当燃料电池或电机故障时，这种电气构造设计可以通过冗余改进系统可用性。此外，AC连接组件与现有飞行器具有较高的兼容性，系统集成的改造工作较少。AC连接组件的另一个益处是AC保护比DC相对简单。

[0118] 现在参考图8，电源111以与图7的示例性电源类似的方式构造。在图8的实施例中，连接组件337再次包括单输出线。然而，对于图8的实施例，单输出线是DC输出线341，并且代替转换器325作为DC/AC转换器，电源111的转换器325被构造为AC/DC转换器，其中电机410通过转换器325并通过发动机电力总线326被电联接到连接组件337。更具体地，对于图8的实施例，电机410(和第二电力输出322B)和发动机电力总线326(和第一电力输出322A)通过转换器325彼此电连通，使得第二电力输出322B(或其一部分)可以与第一电力输出322A(或其一部分)组合。

[0119] 与图7的实施例一样，对于图8的实施例，更具体地，发动机电力总线326(和第一电力输出322A)和电机410(和第二电力输出322B)在单输出线的上游位置处彼此处于电连通，更具体地，在DC输出线341的上游位置处彼此处于电连通，使得DC输出线341被构造成接收来自发动机电力总线326(和第一电力输出322A)和电机410(和第二电力输出322B)的组合电力输出。

[0120] 与图7的实施例一样，对于图8的实施例，转换器325可以是双向转换器。在一些示例中，当燃料电池243未激活时，或者燃料电池243没有产生足够的电力来满足发动机DC负载要求时，双向AC/DC转换器325可以将电力从电机410传输到发动机DC负载。在这种情况下，经由DC输出线341输出的总系统电力是处于发电模式的电机410的第二电力输出322B减去传输到发动机DC负载(例如，附件系统329)的电力。在其他示例中，双向AC/DC转换器325可以将电力从电机410传输到本文也称为发动机DC总线的发动机电力总线326，作为对燃料电池电力的补充电力。在这种情况下，经由DC输出线341输出的总系统电力是经由双向AC/DC转换器325传输到发动机DC总线326的电力加上燃料电池电力输出322A。在又一个示例中，双向AC/DC转换器325可以将DC电力从燃料电池243或发动机DC总线326传输到AC线/总线(接收电力输出322B)，其中DC电力可以是对作为电动驱动模式工作的电机410的补充电力。在这种情况下，经由DC输出线341输出的总系统电力是DC总线326的DC电力输出(诸如来自燃料电池243)减去从燃料电池243和/或发动机DC总线326传输到AC线/总线的电力。

[0121] 图8中的这种DC互连构造设计可以减少配电电缆的重量，因为DC电缆设计可以比AC电缆设计轻。然而，DC互连的保护设计可能比图7中的AC互连更复杂。此外，短期内可能需要更多的改造工作，因为至少某些现有的飞行器配电系统是主要基于AC的系统。

[0122] 现在参考图9，电源111也以与图7的示例性电源类似的方式构造。然而，在图9的实施例中，连接组件337包括多条输出线，并且更具体地，包括AC输出线339和DC输出线341。电机410通过连接组件337的AC输出线339被电联接到飞行器电力总线(未示出)，并且发动机电力总线326通过连接组件337的DC输出线341被电联接到飞行器电力总线(未示出)。

[0123] 在某些实施例中，第二电力输出322B向燃气涡轮发动机100外部的一个或多个飞行器附件系统(例如，电装置414，参见图6)提供电力。在另一个实施例中，飞行器电力总线(未示出)被电联接到发动机(未示出)外部的一个或多个负载。(大体上参见图6。)

[0124] 与图7的实施例一样，对于图9的实施例，转换器325可以是双向转换器。在一些示例中，当燃料电池243未激活时，或者燃料电池243没有产生足够电力来满足发动机DC负载要求时，双向AC/DC转换器325可以将电力从电机410传输到发动机DC负载(例如，附件系统329)。在其他示例中，双向AC/DC转换器325可以将电力从电机410传输到发动机DC总线326，作为对燃料电池电力的补充电力。在又一个示例中，双向AC/DC转换器325可以将DC电力从燃料电池243或发动机DC总线326传输到AC线/总线(接收电力输出322B)，其中DC电力可以是对作为电动驱动模式工作的电机410的补充电力。

[0125] 发动机DC总线326和/或燃料电池243与AC线或电机410之间的电力传输也可以经由飞行器配电系统(在AC输出线339和DC输出线341的右手侧，未显示)来进行。这是因为通过与多条输出线的互连所引入的改进的灵活性，如图9的实施例所示。利用这种构造，虽然未描绘，但是高电力转换器325可以从大体上可能是相对恶劣环境的发动机舱被重新定位到机身(由于机身中更友好的环境而使转换器的设计更容易)。利用这种构造，发动机中的AC/DC转换器可以简化为无源整流器。

[0126] 在实施例中，电源111可以包括一个或多个控制器(未示出)，一个或多个控制器被电联接到燃料电池组243和电机410，以控制来自燃料电池组243和电机的电力分配。一个或多个控制器可以以与图2或图5的控制器240类似的方式构造。以这种方式，将进一步理解的是，一个或多个控制器可以被构造成控制一个或多个燃料电池操作条件，从而尤其修改第一电力输出322A、第二电力输出322B、或两者。

[0127] 在实施例中，燃料电池组件204是固体氧化物燃料电池组件，并且燃气涡轮发动机100包括燃烧区段，其中燃料电池包括出口，该出口被定位成将来自燃料电池的输出产物提供到燃烧区段(参见例如图2至图5)。

[0128] 在某些实施例中，电源111进一步包括电联接到发动机电力总线326的储能系统(未示出)，诸如蓄电池，其根据需要，可以向发动机电力总线326提供电力或通过发动机电力总线326被燃料电池组243再充电。此外，在某些实施例中，电源111还包括电联接到发动机电力总线326的替代电源(未显示)。在实施例中，替代电源可以包括辅助动力单元、附加燃料电池组、来自另一电力总线的电力输出等。此外，在其他实施例中，电力存储系统(未示出)或辅助电源(未示出)可以在AC电力上操作，因此，电源111可以包括AC/DC电力转换器(未示出)，以连接到发动机电力总线326。

[0129] 如将进一步理解的，电力系统可以包括开关(未示出)，以选择性地连接燃料电池组243、电机410、发动机电力总线326、连接组件337和飞行器电力总线(未显示)中的一个或多个。控制器240可以可操作地连接到这些开关中的一个或多个开关，以响应于例如各种感测数据、控制决策等来选择性地电连接这些部件。

[0130] 进一步的方面由以下条款的主题提供：

[0131] 一种用于具有燃气涡轮发动机的飞行器的电源，包括：电连接组件；燃料电池组件，所述燃料电池组件集成到所述燃气涡轮发动机中，电联接到所述连接组件，并且被构造成提供第一电力输出；和电机，所述电机联接到所述燃气涡轮发动机，电联接到所述连接组件，并且被构造成提供第二电力输出，其中在所述燃气涡轮发动机的操作期间，向所述连接组件提供来自所述燃料电池组件的所述第一电力输出和来自所述电机的所述第二电力输出两者，并且其中所述连接组件电联接到飞行器电负载。

[0132] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中所述连接组件电联接到电力总线，其中所述电力总线将电力分布到所述飞行器电负载。

[0133] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中所述电力总线是DC电力总线，并且其中所述电机通过AC/DC转换器电联接到所述DC电力总线，其中所述AC/DC转换器是双向AC/DC转换器。

[0134] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中所述双向AC/DC将电力从所述电机传输到所述DC电力总线，或者将电力从所述DC电力总线传输到所述电机。

[0135] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中所述连接组件包括AC输出线，并且其中所述电源进一步包括：发动机电力总线，其中所述燃料电池组件电联接到所述发动机电力总线；和双向AC/DC转换器，其中所述发动机电力总线利用所述双向AC/DC转换器电联接到所述连接组件。

[0136] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中所述连接组件包括DC输出线，并且其中所述电源进一步包括：发动机电力总线，其中所述燃料电池组件电联接到所述发动机电力总线；和双向AC/DC转换器，其中所述电机通过所述双向AC/DC转换器和所述发动机电力总线电联接到所述连接组件。

[0137] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，进一步包括：飞行器电力总线；和发动机电力总线，其中所述连接组件包括DC输出线和AC输出线，其中所述电机通过所述连接组件的所述AC输出线电联接到所述飞行器电力总线，并且其中所述发动机电力总线通过所述连接组件的所述DC输出线电联接到所述飞行器电力总线。

[0138] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中通过所述连接组件在所述发动机电力总线和所述电机之间传输电力。

[0139] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中通过所述连接组件和双向转换器在所述发动机电力总线和所述电机之间传输电力。

[0140] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中所述燃料电池组件是固体氧化物燃料电池组件。

[0141] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中所述发动机是包括燃烧区段的燃气涡轮发动机，其中所述燃料电池组件包括燃料电池，其中所述燃料电池限定出口，所述出口定位成向所述燃烧区段提供来自所述燃料电池的输出产物。

[0142] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中所述飞行器电负载在所述发动机的外部。

[0143] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，进一步包括控制器，所述控制器电联接到所述燃料电池组件和所述电机，以在具有或没有双向转换器的情况下，控制通过所述连接组件从所述燃料电池组件和所述电机到所述电力总线的电力分配。

[0144] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，进一步包括替代电源，所述替代电源电联接到所述电力总线。

[0145] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源，其中所述替代电源是永磁发电机、辅助动力单元、储能系统、附加燃料电池、来自另一电力总线的电力输出或其组合。

[0146] 一种飞行器电源组件，包括：燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括一个或多个附件系统；和电源，所述电源包括：连接组件，所述连接组件被构造成电联接到所述飞行器电力总线；发动机电力总线，所述发动机电力总线电联接到所述连接组件，并且被构造成集成到所述燃气涡轮发动机中；燃料电池组件，所述燃料电池组件被构造成集成到所述燃气涡轮发动机中，所述燃料电池组件包括燃料电池组，所述燃料电池组电联接到所述发动机电力总线，并且被构造成向所述发动机电力总线提供第一电力输出；和电机，所述电机被构造成在集成到所述燃气涡轮发动机中时，与所述燃气涡轮发动机一起旋转，以在所述燃气涡轮发动机的操作期间，生成第二电力输出，所述电机电联接到所述连接组件，使得在所述燃气涡轮发动机的操作期间，向所述连接组件提供来自所述燃料电池组的所述第一电力输出和来自所述电机的第二电力输出两者。

[0147] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源组件，其中所述发动机电力总线是DC电力总线，其中所述燃气涡轮发动机包括多个附件系统，并且其中当集成到所述燃气涡轮发动机中时，所述发动机电力总线将电力分布到所述燃气涡轮发动机的所述多个附件系统。

[0148] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源组件，其中所述连接组件包括AC输出线，并且其中所述电源进一步包括：DC/AC转换器，其中所述发动机电力总线利用所述DC/AC转换器电联接到所述连接组件。

[0149] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源组件，其中所述连接组件包括DC输出线，并且其中所述电源进一步包括：AC/DC转换器，其中所述电机通过所述AC/DC转换器和所述发动机电力总线电联接到所述连接组件。

[0150] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源组件，其中所述连接组件包括DC输出线和AC输出线，其中所述电机通过所述连接组件的所述AC输出线电联接到所述飞行器电力总线，并且其中所述发动机电力总线通过所述连接组件的所述DC输出线电联接到所述飞行器电力总线。

[0151] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源组件，进一步包括控制器，所述控制器电联接到所述燃料电池组和所述电机，以控制通过所述连接组件从所述燃料电池组和所述电机到所述飞行器电力总线的电力分配。

[0152] 根据这些条款中的一项或多项所述的电源组件，进一步包括替代电源，所述替代电源电联接到所述发动机电力总线。