專利名稱：燃氣渦輪發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本說明書涉及燃氣渦輪發(fā)動機，并且更具體地涉及對進口氣體例如環(huán)境空氣提供超音速激波壓縮的燃氣渦輪發(fā)動機。
背景技術：
在工業(yè)中對改進的燃氣渦輪發(fā)動機存在持續(xù)的興趣。出于許多原因，燃氣渦輪發(fā)動機仍然在各式各樣的應用中有用。通過采用與當前使用的燃氣渦輪設計相比會提高運轉(zhuǎn)效率的改進的燃氣渦輪發(fā)動機，運轉(zhuǎn)成本可在許多應用中得到大大改善。此外，從維護成本的角度出發(fā)，期望開發(fā)出降低轉(zhuǎn)動組件質(zhì)量的改進的燃氣渦輪發(fā)動機設計，因為與受到源自溫度和壓力的應力和應變、但不經(jīng)受由旋轉(zhuǎn)運動引起的附加載荷的非轉(zhuǎn)動組件相比，這些轉(zhuǎn)動組件在必需更換或維修時比較昂貴。因此，可以理解提供使運動部件最少化的新型高效燃氣渦輪設計將會是有利的。通常，提供較多馬力并具有較低重量將會是有利的。并且更具體地，提供具有相對高的總效率(特別是在0. 5兆瓦到3兆瓦范圍中)的小型燃氣渦輪將會是有利的。燃氣渦輪發(fā)動機的組件包括壓縮機、燃燒室、噴嘴或阻流部(choke)、和渦輪。盡管已經(jīng)考慮過超音速壓縮機用于燃氣渦輪發(fā)動機，但目前我們注意到本領域中仍舊存在許多技術問題，對于這些問題，需要更好的解決方案來提高運轉(zhuǎn)能力和壓縮效率。具體而言，盡管已經(jīng)提出將相對低壓力比的超音速壓縮機用于燃氣渦輪發(fā)動機，但是還需要能夠容易起動并能夠高壓縮比運轉(zhuǎn)的燃氣渦輪發(fā)動機。此外，為了更簡單地實現(xiàn)正激波定位在燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機中的穩(wěn)定性，避免以下構造例如在移動葉片之間、或者在移動和固定葉片之間、或者在移動葉片和固定壁之間出現(xiàn)移動激波將會是有利的。此外，可以減少譬如軸向推力負載的機械問題以及對昂貴的軸承和相關設備的要求或使其最少化的新設計是合意的。盡管已經(jīng)考慮過許多具有超音速壓縮機的燃氣渦輪發(fā)動機，但總體而言，在1960年4月2日授權的標題為“By-Pass Turbojet”的美國專利第2，947，139號中所反映的G. F. Hausmann的工作對此類工作是有啟發(fā)性的，并由此提示出本領域中仍存在的技術問題，對于這些問題，需要更好的解決方案以提高運轉(zhuǎn)能力和壓縮效率。Hausmann專利描述了使用具有下游定子、燃燒室、和收斂/擴張排氣噴嘴的反轉(zhuǎn)沖擊式葉片轉(zhuǎn)子(或者在另一個實施方式中為單個轉(zhuǎn)子)。然而，該裝置是針對飛機推進用途的。流動大體上維持為軸向，伴隨損耗。并且，與其他先前的超音速壓縮機設計相同，該設計沒有解決總的“浸濕面積”(wetted area)的最小化——“浸濕面積”包括易受弓形波激波損失(其引起效率損耗)的前緣。并且，盡管Hausmann專利提出“高壓力”比值，但其中提及的壓力比引述為“6或者7，且絕熱效率接近多級亞音速壓縮機”。
簡而言之，仍然需要提供在超音速壓縮機中達到高壓力比，例如超過七比一(7:1)或者甚至兩倍于該比例或更大，并同時解決之前設計中所見的各種實際問題的設計。這些問題包括(a)使被設計為高壓力比運轉(zhuǎn)的壓縮機起動，以便控制正激波在設計為用于高壓力比和高效壓縮的超音速擴壓器中的有效位置，(b)避免過多數(shù)目的前緣結構(例如可在現(xiàn)有技術多葉片定子中出現(xiàn)的那樣)，并使高速超音速氣流在進入擴壓器時發(fā)生的其它損失最少化，以及(C)提供尤其與在期望的位置保持正激波相關的有效的邊界層控制，以便用有效的方式實現(xiàn)高壓縮比。此外，總的功率重量比(即，通過小型緊湊的組裝件提供功率)的改進和總的循環(huán)效率的改進(由此改進燃料經(jīng)濟性)在許多應用中(如果不是大部分應用中)會是明顯的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)開發(fā)出新的燃氣渦輪發(fā)動機，在一個實施方式中，其利用其中轉(zhuǎn)動部件的總質(zhì)量、區(qū)域(foot print)、(和數(shù)目)已經(jīng)最少化的超音速壓縮機。在一個實施方式中，燃氣渦輪的壓縮機利用壓縮機轉(zhuǎn)子上的沖擊式葉片，以提升進氣流中的氣體速度，使進氣流在切向和軸向方向上加速，并將超音速流動狀態(tài)下的氣流傳遞到定子。在一個實施方式中，沖擊式葉片可以包括外周圍帶(peripheral shroud)。該定子包括多個氣動管道,其利用在流向方向上具有收斂的進口橫截面積的超音速擴壓器以使進氣減速。利用在流向方向上具有擴張的出口橫截面積的亞音速擴壓器，以擴散進氣并恢復壓能。在一個實施方式中，設計利用前緣總數(shù)被最小化、且暴露于超音速狀態(tài)下的進入流的前緣長度被最小化的氣動管道。在一個實施方式中，氣動管道可以包繞沿縱軸延伸的回轉(zhuǎn)面，例如選定的圓柱形或選定的部分圓錐形。在各個實施方式中，氣動管道可以設置成螺旋形、螺旋面、或者螺旋線的構造。在一個實施方式中，氣動管道可以設置為繞縱軸螺旋地布置。在一個實施方式中，氣動管道可以設置為具有相對恒定的螺旋角的形狀。在一個實施方式中，氣動管道可以沿著總的螺線構造中的縱向中心線設置，使得曲率對撓率的比率大體恒定?；蛘?，氣動管道可以設置成圓錐螺線構造，采取如同位于基礎圓錐面上方的輕微螺旋的形式。在各個實施方式中，氣動管道可以是右旋的或者左旋的。在一個實施方式中，氣動管道的入口可以取向為大體上與高速超音速氣體離開壓縮機轉(zhuǎn)子的方向一致，朝向定子。在氣動管道內(nèi)可利用至少一個斜激波(在一個實施方式中利用一系列斜激波)和正激波，使高速超音速的進氣流有效地轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏簛喴羲贇饬?。在亞音速擴壓器之后，高壓氣體被導向燃燒室，該燃燒室可以以駐渦燃燒室的形式設置有火焰穩(wěn)定器。熱的高速燃燒氣體通過出口噴嘴被阻流，然后通過一個或更多個用于恢復軸功率的渦輪級而膨脹。在一個實施方式中，一個或更多個渦輪級可以由軸向燃氣渦輪提供。在一個實施方式中，渦輪葉片可以以沖擊式葉片的形式提供。在一個實施方式中，渦輪葉片還同時設有外周圍帶。為了在用于燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機中起動超音速激波系，氣動管道可以包括旁路氣體通道出口，所述旁路氣體通道出口去除進氣流的一部分至促進在氣動管道內(nèi)建立超音速激波的程度，并與選定的壓縮比、進口馬赫數(shù)和選定氣體的質(zhì)量流量的設計點相一致。在一個實施方式中，旁路氣體出口可以用于循環(huán)一部分進氣。在一個實施方式中，特別是對于涉及壓縮環(huán)境空氣的通常的燃氣渦輪應用，可簡單地將旁路氣體排放到大氣?？梢栽O置可調(diào)的內(nèi)部旁路通道，例如使用在啟動期間致動到開放位置但在正常運轉(zhuǎn)期間保持關閉的門，從而允許一部分進氣到達氣動管道的喉部下游，而大部分的(如果不是所有的)氣流保持在氣動管道中。在一個實施方式中，可以利用用于去除一部分進氣的旁路氣體出口和其它收縮比調(diào)節(jié)器，包括剛剛所述的可開啟門。 為了最小化不利的氣動影響，并且為了提高氣流通過氣動管道的效率，可以利用一個或更多個邊界層控制結構。這樣的邊界層控制結構可從一種或多種類型的邊界層控制技術中選擇，包括經(jīng)由邊界層抽取或吸除來去除氣流的一部分，或者通過邊界層注氣來激勵邊界層，或者通過例如使用渦流發(fā)生器進行混合來激勵邊界層。在一個實施方式中，本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機可以具有多個氣體路徑，即，多條氣動管道，用于生成超音速激波并用于允許喉部下游的亞音速擴散。在一個實施方式中，由于超音速激波可以位于靜止結構內(nèi)，例如沿著氣動管道的靜止部分，因此與激波位于轉(zhuǎn)子內(nèi)的結構之間，或者位于鄰近的轉(zhuǎn)子之間，或者位于轉(zhuǎn)子和例如周向壁的鄰近的靜止結構之間的各種現(xiàn)有技術超音速壓縮機設計相比，激波位置的控制得以大大簡化。此外，激波位于靜止氣動管道內(nèi)避免了由各種轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)運動導致的阻力所引起的現(xiàn)有設計技術設計中存在的寄生損失。更根本地，在此公開的燃氣渦輪壓縮機設計的實施方式采用非常少的突入超音速流動路徑中的氣動前緣結構，特別是靜止結構來達到高壓縮比。這種改進部分是通過使氣動管道的數(shù)目最少化實現(xiàn)的。在一個實施方式中，每個氣動管道僅提供單個前緣，由此使插入超音速流的前緣表面的數(shù)目最少化。因此，本文公開的壓縮機設計具有提供高效燃氣渦輪的潛力，尤其是在這些壓縮機在單個壓縮級中以高壓縮比操作時。例如但不加限制，本文公開的燃氣渦輪壓縮機設計可以利用在單級中以超過大約七比一(7:1)、或者大約十比一(10:1)或更多、或者大約十五比一(15:1)或更多、或者大約二十比一(20:1)或更多的壓縮比運行的壓縮機。通常，利用本文教導的設計，壓力比越高，在燃氣渦輪發(fā)動機中可實現(xiàn)越高的熱效率。最后，氣體流入配置，特別是詳細的轉(zhuǎn)子葉片幾何結構和詳細的氣動管道幾何結構的許多變型，可由本領域技術人員和本說明書涉及的技術人員做出而不偏離本文的教導。


將使用說明性的附圖通過示例性實施例說明本發(fā)明，其中相同的附圖標記表示相同的元件,并且其中圖I是利用超音速壓縮機的示例性緊湊燃氣渦輪發(fā)動機設計的橫截面示意圖和流向，其包括壓縮機沖擊式葉片和包括氣動管道的定子、和設置在氣動管道中的燃燒室和火焰穩(wěn)定器，以及出口噴嘴/阻流部、和渦輪。圖2是用于燃氣渦輪發(fā)動機的總體設計概念的示意圖，其示出壓縮機、主次燃料供給、燃燒室、渦輪、和被提供到負載的輸出軸功。圖3是部分切去的立視截面圖，其以部分截面示出進口通道對壓縮機轉(zhuǎn)子上的沖擊式葉片(從顯示暴露的葉片的一側(cè)示出)提供進氣供給。沖擊式葉片將超音速狀態(tài)下的氣體遞送到具有多個氣動管道的定子。氣動管道包括收斂進口部和擴張出口部、起動中使用的進口旁路氣體通道、和用于邊界層控制的界面層吸除口、駐渦燃燒室、出口噴嘴、和渦輪。圖3也示出氣動管道的實施方式，其中氣動管道的縱向中心線與氣流離開壓縮機轉(zhuǎn)子葉片的方向密切對齊。 圖4是如圖I大體闡釋的燃氣渦輪發(fā)動機的實施方式的部分橫截面視圖，現(xiàn)在更詳細地示出壓縮機轉(zhuǎn)子上的沖擊式葉片和包括多個氣動管道的下游靜止擴壓器，并且示出具有收斂和擴張部分的氣動管道的螺旋結構，其中轉(zhuǎn)動葉輪以使供給到駐渦燃燒室的流動重新定向，并且示出下游燃氣渦輪轉(zhuǎn)子和葉片。圖5提供了進入沖擊式葉片轉(zhuǎn)子并且之后經(jīng)過定子的示例性氣流路徑的周向視圖，該定子具有前緣，且多個氣動管道各自具有橫截面積漸減的收斂部和具有增加的橫截面積的擴張部，并且示出用于起動的旁路吸除通道，和用于激波穩(wěn)定性并用于提高效率的、參與邊界層控制的邊界層吸除口。圖6是燃氣渦輪發(fā)動機用壓縮機的實施方式的概略側(cè)視圖，示出使用具有氣動管道的沖擊式葉片轉(zhuǎn)子(示出具有圍帶的葉片)，在螺旋面方式的實施方式中，包括多個位于旋轉(zhuǎn)表面周圍的氣動管道，并且其中由虛線示出的旋轉(zhuǎn)表面大體是圓柱形形狀，并且具有沖擊式葉片渦輪盤(示出具有圍帶的葉片)。圖7是沿著圖3的線7-7截取的立視截面圖，示出定子入口的實施方式，這里示出五(5)個氣動管道，并且還示出氣動管道前緣的短高度。圖8是圖5中提供的周向視圖的放大部分，現(xiàn)在示出定子中的氣動管道的前緣，并且還示出經(jīng)由壓縮斜面(ramp)設置的收斂部和由膨脹斜面示出的擴張部，而且示出起動旁路氣體出口和邊界層吸除口。圖9是圖8的放大部分，示出定子的前緣楔形角和位于前緣后方即下游的分隔壁，在一個實施方式中，該分隔壁可配置為在定子中隔開鄰近的氣動管道的共用間壁。圖10是沿著圖9的線10-10截取的橫截面，示出了氣動管道的前緣，并且更具體地示出在一個實施方式中前緣可如何設置成后掠配置，即在流動方向上向后傾斜。圖11是圖10的放大部分，示出了氣動管道前緣的適合的半徑。圖12是包括收斂部和擴張部的氣動管道的實施方式的部分截面圖，示出了使用用于起動期間去除氣體的可開啟門以及使用用于控制邊界層現(xiàn)象的邊界層吸除系統(tǒng)。圖13是部分透視圖，示出如上面圖12所示的可開啟門的更多細節(jié)但在此是在氣動管道中向上察看處于關閉的操作配置的門，并且還示出用于邊界層控制的邊界層吸除□。 圖14是沖擊式轉(zhuǎn)子的實施方式的透視圖，示出使用具有葉片圍帶的沖擊式轉(zhuǎn)子，并且在這個實施方式中，還示出轉(zhuǎn)子圍帶的圓周部分上的迷宮型密封結構的齒。圖15和圖15A是氣動管道的部分橫截面視圖，示出駐渦燃燒室的實施方式的細節(jié)，并且顯示出駐渦燃燒室的前體部分和后體部分之間的火焰穩(wěn)定腔，還示出燃料供應腔和燃料噴射口位置。圖16是示例性氣動管道的部分橫截面視圖，示出壓縮斜面、駐渦燃燒室、用于將副燃料供應到副燃料噴射器的供給線、和下游阻流部，以及鄰近分隔壁之間的冷卻通道。圖17是沿著圖16的線17-17截取的橫截面視圖，示出鄰近于駐渦燃燒室的冷卻通道。圖18是總體上根據(jù)首先在圖I中闡釋的設計配置的燃氣渦輪發(fā)動機實施方式的部分橫截面視圖，其設有下游定子，并被配置為將壓縮空氣釋放到加壓燃燒室內(nèi)，現(xiàn)在更詳細地示出壓縮機轉(zhuǎn)子上的葉片，并且示出定子的收斂部和擴張部。圖19是總體上根據(jù)首先在圖I中闡釋的設計配置的燃氣渦輪發(fā)動機實施方式的部分橫截面視圖，現(xiàn)在更詳細地示出被配置成在加壓燃燒室出口下游的噴嘴的阻流部，還示出使用罐式燃燒室構造，該噴嘴被設置為對渦輪葉片提供高速燃燒排出氣流。圖20是總體上根據(jù)首先在圖I中闡釋的設計配置的燃氣渦輪發(fā)動機實施方式的部分橫截面視圖，現(xiàn)在另外示出在噴嘴/阻流部下游使用多個渦輪，此處渦輪葉片被設置為接收噴嘴/阻流部下游的高速燃燒排出氣流。前述附圖僅是示例性的，包含可在依照本文所教導原理的利用超音速壓縮機的實際燃氣渦輪發(fā)動機設計中存在或從中省略的多種元件。其它設計可使用稍微不同的氣動結構、機械布置或處理流程配置，而仍采用文中所述或在所提供的附圖中示出的原理。已嘗試通過圖解至少對于理解利用超音速壓縮機的示例性燃氣渦輪發(fā)動機而言重要的那些元件的方式來繪制附圖。這種細節(jié)對于提供用于工業(yè)系統(tǒng)的高效燃氣渦輪發(fā)動機設計應該是有用的?？筛鶕?jù)本文教導單獨或共同地利用各種公開的特征，取決于使用狀態(tài)，其可用于不同的實施方式或為多種應用所需，并且其仍在所附權利要求限定的本文教導的保護范圍和覆蓋范圍內(nèi)。
具體實施例方式提供以下詳細說明及其涉及的附圖用于說明并圖解在此闡述的本發(fā)明的各方面的一些實施例和具體實施方式
，而不是為了詳盡說明以下說明并要求的本發(fā)明的各方面的全部可能的實施方式和實施例。因此，本詳細說明不且不應以任何方式解釋為限制在本申請或在任何相關申請或作為結果的專利中要求的本發(fā)明的保護范圍。為了便于對本文所公開主題的理解，如以下所闡述的，使用許多術語、縮略語或其它速記名稱。這些定義的意圖僅在于補充本領域技術人員共同的用法。未以其它方式定義的任何術語、縮略語或速記名稱均應理解為具有與本文件首次提交的同時期本領域技術人員所使用的普通意義。在本公開中，術語“氣動的”應該理解為不僅包括空氣的處理，而且包括以其它方式說明的壓縮和相關設備內(nèi)的其它氣體的處理。因此，更廣泛地，術語“氣動的”在此應被理解為包括空氣之外的氣體的氣體動力學原理。例如，盡管可以使用所述裝置的壓縮機來壓縮環(huán)境空氣，但是也存在對于其它氣體混合物的某些燃氣渦輪發(fā)動機應用，一些混合物包括某些氣態(tài)燃料組分、和/或包含其它氧化劑，并且因此如可應用的，術語“氣動管道”還將包括在可被理解為氣體動力管道的氣動管道中壓縮環(huán)境空氣之外的氣體或氣體混合物。術語“阻流部”或者“阻流”可以用于指代這樣的結構，其在氣流中提供可壓縮效果，并且本文所使用的是針對熱的燃燒氣體。在最初亞音速上游狀態(tài)下，當流體流經(jīng)節(jié)流器(restriction)或者“阻流部”的較小的橫截面時，物質(zhì)守恒定律要求流體速度增加。同時，文丘里效應(Venturi effect)使得靜壓力并由此使得密度在經(jīng)過節(jié)流器或者“阻流部”的下游降低。對于均質(zhì)氣體，在絕熱條件發(fā)生阻流的物理點(physical point)是離開面速度是在聲速狀態(tài)下或者在I馬赫數(shù)的時候。在阻流處，可通過增加上游壓力或者通過降低上游溫度來增加質(zhì)量流率(mass flow rate)。術語“收縮比”可以用于描述氣動管道的喉部處的橫截面積與氣動管道進口處的橫截面積的比值。超音速擴壓器的橫截面積漸減的收斂進口部內(nèi)側(cè)的邊界層增厚可有效地減少氣流可通過面積，并因此使有效收縮比降低，特別是在氣動管道啟動時?？梢圆捎萌コ?這種邊界層，以有效增加喉部面積，由此氣動管道可以小于特定氣動管道的設計狀態(tài)理論值的收縮比起動。因此，可以通過去除一部分進口氣體調(diào)節(jié)有效收縮比。術語“擴壓器”可用于描述被設計用于降低以超音速進入的氣體的速度并增加該氣體的壓力的裝置。擴壓器可采用一個或更多個氣動管道，當使用多個氣動管道時，這些氣動管道將進氣分成更小的氣流以便處理。這樣的擴壓器中的氣動管道可包括(a)超音速擴壓器部，其可以采用具有進口橫截面并在此構建為總體上在流向上具有逐漸減小的橫截面積的收斂進口部的形式，并接收超音速氣體且生成斜激波，(b)喉部，在該處或在其中提供最小喉部橫截面積，以及(C)亞音速擴壓器部，其可采取橫截面朝向最終的亞音速擴壓器橫截面積逐漸增加的擴張出口部的形式，并使來自氣體速度的動能轉(zhuǎn)換為氣體的靜壓力。術語“沖擊式葉片”可用于描述用以使氣體流動加速的具有特征幾何形狀的葉片，其中將動能給予經(jīng)過的氣體，而在理論極限，不將壓力增加給予經(jīng)過的氣體。因此，在如本文所述的沖擊式葉片中，由沖擊式葉片對氣流做的功主要導致速度增加，而不是主要導致壓力增加。經(jīng)過沖擊式葉片的氣流速度增加是通過改變氣流方向而實現(xiàn)的。術語“進口 ”在此可用于定義被設計用于接收流體流動且更具體為氣體流動的開口。例如，在燃氣渦輪的壓縮機部分中的擴壓器用氣動管道中，氣動管道具有進口，該進口具有形狀被設置成捕獲并吸入待壓縮氣體的進口橫截面。進口可具有多種形狀，在此提供幾種示例性形狀。術語“啟動”可用于定義起動氣動管道中的氣流并實現(xiàn)穩(wěn)定的超音速氣流的過程，該超音速氣流經(jīng)過收斂部且流入從氣動管道的喉部向下游延伸的、具有總體上增加的橫截面積的擴張部的至少一部分。更具體地，啟動是一種狀態(tài)的實現(xiàn)，其中給定所選的被壓縮氣體組合物的質(zhì)量流量、進口馬赫數(shù)和壓力比，在氣動管道內(nèi)的期望位置穩(wěn)定地形成限定氣流的超音速狀態(tài)與亞音速狀態(tài)之間的邊界的激波。一般地，本文所述的各種結構和/或系統(tǒng)可用于啟動，以便進行在氣動管道中起始運轉(zhuǎn)和建立穩(wěn)定激波系的過程。在各個實施方式中，可提供選定設計和配置的收縮比調(diào)節(jié)器，使得激波能夠通過氣動管道內(nèi)的喉部被吞入，從而使氣動管道起動。在其它實施方式中，可使用具有旁路出口通道的起動系統(tǒng)來調(diào)節(jié)收縮比，該旁路出口通道允許流動到該氣動管道的一部分進氣流外部排放，以便同樣通過允許激波經(jīng)過氣動管道內(nèi)的喉部被吞入而提供啟動。在其它實施方式中，氣動管道可配置成允許流動到該氣動管道的氣流的一部分在內(nèi)部繞過喉部并返回至喉部下游的氣動管道。這種氣流可通過可加壓氣室(plenum)而被容納，并被再引入到氣動管道的擴張部中。當處于啟動配置時氣動管道的性能可以以如下方式設置，即，其與在沒有可調(diào)氣流并具有大致相同的有效收縮比(即，受到相同的氣流通過氣動管道的堵塞程度)的氣動管道中可得到的性能大致相同，如在固定幾何形狀的動力管道中那樣。但是，一旦實現(xiàn)啟動并建立了穩(wěn)定的超音速流，則用于對喉部去除部分氣體或使其繞過喉部的旁通閥、活門、門、或其它結構和系統(tǒng)可關閉或返回操作位置或操作狀態(tài)。此后，在操作配置中，本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機提供即使在采用單個壓縮級時其中仍實現(xiàn)較高的總壓力比恢復的氣動管道。術語“未起動狀態(tài)”在此可用于描述一種流動狀態(tài)，待壓縮氣體在該流動狀態(tài)下以比在設計狀態(tài)下低得多的效率經(jīng)過進口流入到氣動管道中，并且其中一些甚至大部分進入氣體可被進口排斥而不是被適當?shù)匚胍杂糜趬嚎s機的有效操作。在各個實施例中，在未起動狀態(tài)期間，具有穩(wěn)定激波的超音速流動狀態(tài)不會適當?shù)亟⒃跉鈩庸艿纼?nèi)激波的設計范圍位置。 看到圖I和2。在圖I中，示出在緊湊燃氣渦輪發(fā)動機20中沿著氣體流動路徑的流向截取的示意性橫截面視圖。圖2提供了緊湊燃氣渦輪發(fā)動機20的基本部件的參考。緊湊燃氣渦輪發(fā)動機20可以利用超音速壓縮機22、例如駐渦燃燒室24的燃燒室，以燃燒燃料26并產(chǎn)生熱的燃燒氣體27，其向下游穿過噴嘴或阻流部23，如圖I所示。如圖19所見，在一個實施方式中，噴嘴/阻流部23可以配置為超音速噴嘴，在此情況下，超音速激波S23可以位于噴嘴/阻流部23m的最小面積部分的下游。在阻流部23的下游，為了從燃氣渦輪30的葉片通過，熱的加壓高速燃燒氣體29隨后被引導到燃氣渦輪30的葉片36b (和36B2，如果存在的話，如圖20所示)，從而產(chǎn)生軸功率，其可以由適合的負載31利用(見圖2)。為適合于具體應用，排出氣體33被排放或者用于廢熱發(fā)電過程方案(cogeneration processschemesX未示出)。所產(chǎn)生的一部分功率可以被傳輸?shù)綁嚎s機22，或者更具體地經(jīng)由軸32傳輸?shù)綁嚎s機轉(zhuǎn)子42，從而處理例如環(huán)境空氣34的進口氣體35。燃氣渦輪30可以包括一個或更多個燃氣渦輪。在一個實施方式中，燃氣渦輪30可以包括具有渦輪葉片36b的單個燃氣渦輪轉(zhuǎn)子盤36D，用于使熱的加壓高速燃燒氣體29膨脹。在一個實施方式中，渦輪葉片36B可以設置為沖擊式葉片。在一個實施方式中，渦輪葉片36B可以設置有外周圍帶36P(如圖3所見)?；氐綀DI的圖例，壓縮機轉(zhuǎn)子42包括多個葉片46，其延伸進入氣流通道48?？蓪嚎s機葉片46的尺寸和形狀設置成作用于所選擇的進口氣體35，例如環(huán)境空氣34或者其他選定的含氧化劑氣體，從而在進口 53將超音速氣流52提供到氣動管道56。在一個實施方式中，可以將壓縮機葉片46設置為沖擊式葉片。在一個實施方式中，壓縮機葉片46可以設置有外周圍帶46P。超音速狀態(tài)流動的氣體52經(jīng)過收斂進口部58和擴張出口部60。在收斂進口部58，在氣流52中出現(xiàn)激波結構并且出現(xiàn)至少一個斜激波Sx，盡管可以利用從S1到Sx的一系列中的許多激波。在啟動以后，在燃氣渦輪發(fā)動機20的操作配置中可出現(xiàn)從S1到Sx的一系列中的許多激波結構，并且在位于喉部O1或者在喉部O1下游的操作位置可以提供正激波Sn。
由于壓縮機葉片46主要將動能傳給進口氣體35，并且由于渦輪葉片36B主要從熱的高速燃燒氣體29提取動能，那么當壓縮機轉(zhuǎn)子葉片46和渦輪葉片36b耦合在一起(分別通過輔助的壓縮機轉(zhuǎn)子42d和渦輪36d轉(zhuǎn)子，以及軸32等等，如圖2所示)時，多個壓縮機轉(zhuǎn)子葉片46和多個渦輪葉片36b上的負載可以大體上平衡,從而使不對稱的軸向推力負載例如沿著軸32的負載最小化。這個特征可以使得能夠使用較低成本的軸承(bearings),因為可以避免高的推力負載。如圖2所示，當由渦輪30驅(qū)動的軸32通過轉(zhuǎn)子42驅(qū)動壓縮機22時，氣體52離開壓縮機轉(zhuǎn)子葉片46并在與氣體29進入渦輪葉片36B時的方向大體上相同的方向上前進(還參見圖I);因此渦輪30和壓縮機轉(zhuǎn)子42可配置為同向轉(zhuǎn)動。當沿著氣體35進入壓縮機葉片46的路徑察看時，如圖I所示，按照適合于特定設計，這種方向可以是順時針旋轉(zhuǎn)或者逆時針旋轉(zhuǎn)。現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，示出定子54，其在上游壓縮機葉片46和下游渦輪葉片36B之間的位置。在一個實施方式中，定子54可以繞縱軸44 (圖3中用中心線匕示出)布置，并且可以布置為在氣動管道56中接收超音速氣流52。在一個實施方式中，定子54可以設置有多個氣動管道56。在各個附圖中，對于可在具體的定子54設計中利用的各個單獨的氣動管道 56,該一個或更多個氣動管道56可以分別進一步用下標標不為第一氣動管道56i、第二氣動管道562、第三氣動管道563、第四氣動管道564、和第五氣動管道565等等。如在圖I中更好地看到，氣動管道56各自包括形成超音速擴壓器的收斂部58和形成亞音速擴壓器的擴張部60。圖5提供了通過氣動管道56的中間切開的周向視圖，以提供上述的在各個單獨的氣動管道中各自形成超音速擴壓器的收斂部58和各自形成亞音速擴壓器的擴張部60的可見性。還示出了燃燒室24的位置，噴嘴/阻流部23在渦輪葉片36B的正上游。對于每個燃燒室24和噴嘴/阻流部23，使用下標表示其與特定氣動管道56的關聯(lián)性，該方式與在關于氣動管道56本身的用法的上方所解釋的下標相同，不需要進一步解釋。在一個實施方式中，如在比如圖1、3或8中所見，定子54其中可以包括一個或更多個促成啟動的結構，和一個或更多個設置為用于控制邊界層損耗的結構，如在以下更充分地闡述的。在一個實施方式中，如圖8所示，可以設置旁路氣體通道62用于在啟動狀態(tài)期間去除一部分進氣52，以便調(diào)節(jié)關聯(lián)的氣動管道56的有效收縮比，在這里氣動管道56被示作管道562。通過這種方式，或者使用本文所述或者建議的其他結構，可以將氣動管道56設計為以高壓縮比工作，而且適合于在氣動管道56內(nèi)啟動穩(wěn)定的超音速激波系，其最終使得能夠高壓縮比工作。在一個實施方式中，氣動管道56可以包括一個或更多個邊界層控制結構，例如在圖8中所見的吸除口 64，用于按照在氣動管道56的表面66控制邊界層67 (放大以圖示，參看圖I或12)的需要從氣動管道56去除氣體，將氣體68送到下面的子氣室122。返回圖3，燃氣渦輪發(fā)動機20可以利用具有轉(zhuǎn)子42 (參看圖I)的壓縮機22 (參看圖1)，轉(zhuǎn)子42具有旋轉(zhuǎn)軸44，以及，例如驅(qū)動軸45、和延伸進入氣流通道48的多個葉片
46。葉片46的尺寸和形狀可以設置為作用于選定的進氣35，以提供超音速氣流52?？稍O置數(shù)目N個氣動管道56和數(shù)目B個葉片46，其中葉片46的數(shù)目B和氣動管道56的數(shù)目N不相等，以便避免不利的諧波效應。通過最少化氣動管道56的數(shù)目N，且更具體地通過減少暴露于超音速進氣流52的組件數(shù)目來減少氣動損失。因此，在一個實施方式中，葉片46的數(shù)目可以顯著超過氣動管道56的數(shù)目，由此減少暴露于超音速流的組件。然而，葉片46的數(shù)目B與氣動管道56的數(shù)目N之間的任何比值應進行選擇以避免不利的諧波效應。如圖I中所見，氣動管道56各自包括收斂部58和擴張部60。如圖8所示，在一個實施方式中，轉(zhuǎn)子42可以配置為使進氣35轉(zhuǎn)向，從而以相對于一個或更多個下游氣動管道56的中心線C111的選定氣體轉(zhuǎn)子出射角beta ( β )提供超音速相對速度氣流52。在一個實施方式中，角度beta ( β )可以是零度(0° )，因此在氣流52的方向與一個或更多個下游氣動管道56的中心線Cui之間提供了唯一的入射角，下游氣動管道56例如示出的562。而且，轉(zhuǎn)子42和定子54—起提供壓縮級。在需要進一步壓縮的情形中，在燃燒之前，可以利用多級壓縮來提供期望的最終壓力的氣體。在一個實施方式中，但不加限制，角度beta (β)可以設置在零度(0° )，其中氣流52的方向與氣動管道56的中心線C111對齊，因此在氣流52的方向與一個或更多個下游氣動管道56的中心線Cui之間提供唯一的入射角。換言之，在一個實施方式中，由于氣流52的方向與氣流52在其內(nèi)存在的氣動管道56的中心線C111匹配，因此提供唯一的入射角。然而，應該理解，沒有這樣精確對齊的配置可能也可使用，但是必須注意，如果氣流角beta ( β )沒有關于氣動管道56對齊，那么會形成一系列激波或者膨脹波(expansion fan)(取決于進氣流攻擊的相對角度是正或負)使該流動轉(zhuǎn)向，從而較大程度地匹配沿著中心線Cui通過氣動管道56的氣流角。這種激波或者膨脹波系會導致總 壓力損失，致使總壓縮效率降低，并且使給定的葉片46的速度所達到的總壓縮比降低。作為示例，氣流入射角beta (β )在大約11. O到大約8. O度的范圍內(nèi)的變化，進口馬赫數(shù)從大約2. O到大約3. O的變化，這分別會導致大約三個(3)百分點的效率損耗。這種損耗增加和相應的級效率降低在各種應用中可能是容許的。然而，除了激波或膨脹波引起壓力和效率損耗，在這些非設計工況變得更加嚴重時還可能出現(xiàn)對邊界層相互作用不利的激波，和/或邊界層分離問題，這取決于激波系的強度和與其相互作用的邊界層系統(tǒng)的厚度。并且，可以預計不利激波和伴隨的壓力場特征(pressure signatures)會從葉片46反射,尤其會在其后緣反射，可能增加葉片46的應力并使其壽命縮短。因此，趨向于使得進氣流角度beta(β )與氣動管道56的中心線C111密切對齊的實施方式應該認為是最佳的，盡管未做限制。如圖3所示，在一個實施方式中，定子54其中可以包括一個或更多個使得激波結構啟動的結構，例如在比如圖I和圖18所示的合適位置產(chǎn)生至少一個斜激波\和正激波Sn并使其定位穩(wěn)定。如圖3所描繪，定子54也可以包括一個或更多個用于控制邊界層損耗的結構，如在以下更充分闡述的。在一個實施方式中，設置旁路氣體通道62以在啟動狀態(tài)期間去除一部分進氣52，以便調(diào)節(jié)相關聯(lián)的氣動管道56的有效收縮比。以這種方式，可以設計氣動管道56用于以高壓縮比工作，而且適合于在氣動管道56內(nèi)啟動穩(wěn)定的超音速激波結構，其最終使得能夠轉(zhuǎn)變成高壓縮比操作。在一個實施方式中，氣動管道56可以包括一個或更多個邊界層控制結構，例如如在圖1、3、和8中所見的吸除口 64，用于按照在氣動管道56的表面66控制邊界層的需要從氣動管道56中去除氣體。再轉(zhuǎn)向圖8，作為用于特定設計的示例而不加限制，針對在燃氣渦輪發(fā)動機20 (t匕如以上圖2中所示的)用超音速壓縮機的所選設計范圍內(nèi)的設計的一個實施方式，描述流動狀況。如圖8所示，轉(zhuǎn)子42包括沖擊式葉片46，在參考箭頭78所示的方向上運動。使用沖擊式轉(zhuǎn)子42，尤其是在利用具有尖銳的前緣80和尖銳的后緣94的轉(zhuǎn)子42時，能夠使得進氣流有效地轉(zhuǎn)向。在位置A，轉(zhuǎn)子42的上游，在轉(zhuǎn)子42之前可能有小的切向速度(與如下所述在從轉(zhuǎn)子42出來以后的切向速度相比)。進入轉(zhuǎn)子42后，氣體速度在位置B加速，并且在參考線96所示的方向上前進。在即要離開轉(zhuǎn)子42之前在位置C，氣體已經(jīng)部分加速。最終，在從轉(zhuǎn)子42出來之后，在位置D，氣體速度處于超音速狀態(tài)?；旧?，壓縮機沖擊式葉片46使得進氣35能夠高度轉(zhuǎn)向，隔開角度alpha ( α )。因此，在一個實施方式中，由氣體通過葉片46的速度和壓縮機轉(zhuǎn)子42包括葉片46的切向旋轉(zhuǎn)的組合，實現(xiàn)進入氣動管道56的氣流52的期望的超音速。在一個實施方式中，對于例如圖8所示的超音速壓縮機22 (參照圖I中示出的組件)，選定的進口氣體通過轉(zhuǎn)子42的葉片46可以被轉(zhuǎn)向alpha ( α )的角度，α為至少九十(90)度、至少一百(100)度、至少一百一^hdio)度、在大約九十(90)度和大約一百二十五(125)度之間、在大約九十(90)度和大約一百六十(160)度之間、或者在大約一百一十二(112)度和大約一百一十四(114)度之間。本領域技術人員可以從各種來源中找到有關用于超音速壓縮機中的各種沖擊式葉片的示例性設計的細節(jié)。一項有幫助的參考文獻可包括Louis J. Goldman在1968年4月I日公開為報告第NASA-TN-D-4422號的標題為 “Analytical Investigation of Supersonic Turbomachinery Blading-SectionII-Analysis of Impulse Turbine Blade Sections”(超音速潤輪機械葉片組的分析研 究-第二節(jié)-沖擊式渦輪葉片組的分析)的NASA報告，其引入本文以供參考，并且有關如在本文進一步教導的在超音速壓縮機設計中運用沖擊式葉片的額外背景，讀者可以參考該報
生口 ο如圖I所示，在一個實施方式中，多個壓縮機葉片46可各自具有轂端(hub end)90、尖端92、和后緣94。在Iv實施方式中，壓縮機葉片46設直為在其后緣94有超首速氣流52。在一個實施方式中，在后緣94的超音速氣流52可以從后緣94的轂端90到尖端92。如圖I和14所不,在一個實施方式中，壓縮機轉(zhuǎn)子盤42D可以設置為具有用于壓縮機葉片46的圍帶42P。在一個實施方式中，如圖14所示，圍帶46P可以包括迷宮式密封部分110和112。通過使用迷宮式密封或者其他適合的密封，例如蜂窩密封、干氣密封、刷式密封或其它密封結構，轉(zhuǎn)子42可關于定子54及附隨的氣動管道56被有效地密封，以便在氣體在其間流動期間最小化氣體泄漏，參照圖解了轉(zhuǎn)子42的圍帶46P和渦輪30的外周圍帶36P的圖I和圖3可更好地理解?？聪驁D12，其示出收縮比調(diào)節(jié)器151的實施方式，其可用于在氣動管道56中實現(xiàn)超音速激波的啟動。在圖12中，旁路出口門155在端壁156i和1562之間提供虛線所示的旁路出口開口 156，以允許參考箭頭MT1和1572示出的氣體逸出氣動管道56的收斂部58。在一個實施方式中，可以設置致動器158，其按照參考箭頭MS1 (打開)和1582 (關閉)所示使用聯(lián)桿1583向后和向前移動旁路出口門155，使得旁路出口門155關于樞銷155i轉(zhuǎn)動。致動器158可以設置為在旁路氣體通道壁159內(nèi)包含的組件而不是氣體障壁或可加壓部件，因此，逸出的旁路氣體157i可如圖所示繼續(xù)通過致動器158。但是，參考箭頭157i所示的逸出旁路氣體被旁路氣體通道壁159收容，旁路氣體通道壁159提供了可加壓氣室。當旁路氣體通道壁159內(nèi)容納的空間被加壓時，旁路氣體即通過放大的喉部開口 O2，按照參考箭頭1572所示逸向喉管開口 O2的下游。處于啟動配置時的喉部O2的面積A2增大(與處于操作配置時喉部O1的面積A1相比)，這使得旁路氣體能夠朝下游方向通過氣動管道56，如參考箭頭1572所示。在一個實施方式中，旁路出口門155可以設置有邊界層吸除通道1552，如參考箭頭1553和1554所示用于邊界層吸除。圖13示出在參考箭頭U的方向向上查看或朝頂部查看氣動管道56的徑向向外圍壁360 (也參見圖12)的內(nèi)側(cè)所取的透視圖，以示出旁路出口門155。示出的旁路出口門155位于關閉位置，用于燃氣渦輪發(fā)動機20的操作配置(如圖I和圖2所示)。示出燃氣渦輪發(fā)動機20的操作配置中的邊界層吸除通道1552，如參考箭頭1553和1554所示用于邊界層吸除。再參見圖1，以其為例而非作為限制，旁路氣體通道62在啟動期間在超音速激波的建立期間是可操作的。在這種情形中，可以使用啟動系統(tǒng)調(diào)節(jié)有效收縮比用于啟動，其中使用旁路氣體通道62以收集一部分進口氣體113。鄰近于收斂的超音速擴壓器部58的旁路氣體子氣室114可以設置為用于容納進口氣體的收集部分113?？梢栽O置旁路氣體子氣室114的出口閥116，以在起動期間排放所收集的進口氣體113。當燃氣渦輪發(fā)動機20中的壓縮機22被設計為以大約I. 8的進口相對馬赫數(shù)操作時，用于將由氣動管道56在進口處捕獲的選定氣體去除，量為大約百分之十一(11%)質(zhì) 量到大約百分之十九(19%)質(zhì)量。作為進一步的示例但不是作為限制，旁路氣體通道62在啟動期間于超音速激波的建立期間可以是可操作的，當壓縮機設計為以大約2. 8的進口相對馬赫數(shù)操作時，用于將由氣動管道56在進口處獲取的進口氣體去除，氣體的量為大約百分之三十六(36%)質(zhì)量到大約百分之六十一(61%)質(zhì)量。給定壓縮機設計參數(shù)，本領域技術人員和本說明書涉及的人必定能夠計算并由此確定為了使用于特定定子中的氣動管道能夠吞入超音速激波結構并由此在氣動管道內(nèi)的期望位置建立穩(wěn)定的超音速激波結構所使用的或所需的適合的旁路氣體量。因此，上面提到的范圍意在為讀者提供對質(zhì)量流量的量的理解，可能需要其來建立穩(wěn)定的超音速激波結構，并由此排除定子中的氣動管道中的未起動狀態(tài)。Lawlor在2009年8月6日公開的標題為Method and Apparatus forStarting Supersonic Compressors (啟動超音速壓縮機的方法和裝置)的美國專利申請公開NO.US2009/0196731A1中討論了起動所需條件的各種方面，其整體地引入本文以供參考。具體而言，此公開內(nèi)容的圖3提供了對于以選定進口相對馬赫數(shù)操作的超音速壓縮機中的氣動管道適合于起始旁路氣體去除所需條件的典型范圍的圖解說明，示為起動吸除分數(shù)(通過用旁路氣體的質(zhì)量除以進口捕獲的氣體質(zhì)量來確定)。一般地說，啟動燃氣渦輪發(fā)動機20，并且更具體地，起動超音速激波是通過打開收縮比調(diào)節(jié)器151例如旁路氣體通道如旁路出口門155，然后使壓縮機葉片46達到全速而建立的。然后，旁路出口門155可以平緩地關閉，以使氣動管道56的喉部O1(圖I和12)進入建立氣動管道56的設計收縮比的設計區(qū)狀態(tài)。此時，給定操作的總壓力比，背壓得以上升以建立設計排放壓力，背壓即氣動管道56的擴張部60中的靜壓力。無論通過吸除、混合、注入、其組合、或者其他適合的方法，在操作期間利用邊界層控制結構來控制邊界層。停工時，背壓降低，燃料26的供應終止，對壓縮機葉片46的驅(qū)動切斷，而且壓縮機自轉(zhuǎn)至停止。對于邊界層控制結構，在一個實施方式中，這些結構可以配置為各個氣動管道56中的邊界層吸除口 64，如圖I或者圖8中所示。這些邊界層吸除口 64可以通過一個或更多圍壁中的穿孔設置，例如在圖I和圖8所示的氣動管道56中的擴張部60的表面66中。鄰近于邊界層吸除口 64的可以是吸除子氣室，例如圖I中所示的子氣室122。因此，吸除子氣室122可設置為與邊界層吸除口 64處于流體連通，由此吸除子氣室122被配置為使通過邊界層吸除口 64去除的氣體從其通過。雖然示出邊界層吸除口 64在擴張部60中，但是這些吸除口也可以位于氣動管道56的其他圍壁中，例如在徑向向外的部分上、或者在側(cè)壁上、或者在其他徑向向內(nèi)的部分上。在各個實施方式中，如圖3和圖6所示，該一個或更多個氣動管道56布置在定子54中，并且可以卷繞沿著中心線Qs示出的縱軸。在一個實施方式中，如圖6所示，定子54的該一個或更多個氣動管道56中的一個或更多個以似乎在大體呈圓柱形的基底220上方的方式卷繞。在這樣的實施方式中，氣動管道56可以在所示的縱軸Qs和縱向中心線C111之間以大體上恒定的螺旋角psi (Ψ)卷繞?；蛘撸瑲鈩庸艿?6的方向可以通過使用互補的前置角delta ( Λ )描述，如圖6所示。在一個實施方式中，第一氣動管道56i的縱向中心線C111和第二氣動管道562 (及實施方式中的其他管道)的中心線Cui可以是平行的。在各個實施方式中，可以采用從大約四十五度(45° )到大約八十度(80° )的螺旋角psi (Ψ)。在本文所公開的設計中，接收氣動管道例如圖3或圖5中的56i中的氣體而不使從葉片46輸送的氣流轉(zhuǎn)向可能是有利的?？偟恼f來，如從圖I和圖4中可預見的，可以設置具有超音速氣體壓縮機22的燃 氣渦輪發(fā)動機20用于將選定氣體34壓縮，其中壓縮機22包括外殼234，其具有低壓氣體進口 236和排氣出口 239。盡管具有葉片46的壓縮機轉(zhuǎn)子42可以由燃氣渦輪30的軸32驅(qū)動，但是本領域技術人員可以為了特定應用而選擇驅(qū)動器類型和尺寸以及例如變速箱或者軸承等等相關的傳動線部件。示例性氣動管道56可以設置在圖3所示類型的定子54中?？梢栽O計氣動管道56，即將氣動管道56的尺寸和形狀設置為用于操作進口相對馬赫數(shù)，其與對于選定的氣體組成、氣體量、和氣體壓縮比在設計操作范圍內(nèi)所選的設計操作點相關聯(lián)。燃氣渦輪壓縮機設計可以配置為用于選定的質(zhì)量流量，即用于特定量的待壓縮氣體，并且該氣體可具有某些必須在設計中考慮的關于溫度和壓力的進口狀態(tài)(或者這些狀態(tài)的預測范圍)。進氣可以是相對純的氣體混合物，例如環(huán)境空氣，或者可以是各種元素和/或化合物的混合物，或者預期的供給氣體可以預料到組成范圍。并且，當以給定的進口氣體壓力起始時，可以期望獲得特定的最終壓力，因此，必須針對特定的燃氣渦輪壓縮機設計而選擇期望的氣體壓縮比。給定設計約束，例如氣體組成、氣體的質(zhì)量流量、進口狀態(tài)、和期望的出口條件，必須設置用于特定壓縮機的氣動管道的尺寸和形狀，從而以選定的進口馬赫數(shù)和氣體壓縮比操作。本文所述的設計使得可以使用高的氣體壓縮比，特別是與在起動超音速激波結構時缺乏調(diào)節(jié)有效收縮比的能力的自啟動超音速壓縮機設計相比。因此，本文提供的設計提供氣動管道中的壓縮，該氣動管道對于在操作期間吞入激波結構并建立穩(wěn)定的超音速激波配置能被啟動，并且還保留有實現(xiàn)高壓力比操作的設計特征，包括斜激波結構和喉部尺寸，以支持設計吞吐量和壓縮壓力比。如圖8所示，定子54中的氣動管道56可以構造為具有前緣350。與各個實施方式相關的某些細節(jié)在圖7、9、10、和11中示出。在圖7中，示出如下的實施方式，定子54具有56i至565的五(5)個氣動管道，并且其中這些氣動管道56i至565各個都包括前緣350。通常，相比于使用不是那么尖銳的前緣，當進口處以超音速狀態(tài)操作時，前緣350越尖銳，會提供越好的性能，也就是說，損耗將會最小化。如圖11所示，在一個實施方式中，前緣350可以設置為具有從大約O. 005英寸到大約O. 012英寸的前緣半徑R。圖9中示出進一步的細節(jié)，其中可以看到可用尖銳的前緣楔形角theta( Θ )設置前緣350，在一個實施方式中其可以在大約五(5)度和大約十(10)度之間。而且，如圖10所示，可以將前緣350設置為向后傾斜，即，在下游方向與下層徑向向內(nèi)的圍壁354成傾角mu ( μ )，如在前緣350和切線352之間測得。這種傾斜前緣350可以起始于下部前端356并結束于上部后端358。前緣350可以在下部前端356密封到或者固定到徑向向內(nèi)的圍壁354，并且可以在前緣350的上部后端358密封到或者固定到(例如，使用焊接組件)或以其他方式(例如，由常見的工件機械加工)密封地設置到徑向向外的圍壁360。如圖9和圖10所示，從前緣350往后(流動方向、朝下游方向、氣流方向)，可以利用分隔壁364。在各個實施方式中，例如如圖8、圖9和圖15所示，在鄰近的氣動管道56之間，例如在圖5和圖9所示的分別標識的氣動管道56ρ562等等到管道565之間，可以利用常見的分隔壁364。如圖8所示，給定利用的氣動管道56的編號，分隔壁364可視情況而分別標識為分隔壁364ρ3642、3643等等。在各個實施方式中，前緣350可以為分隔壁例如分隔壁364提供上游終點。如圖15所示，作為示例，分隔壁361和3645可以設置有分裂部(split portion), 在氣動管道56i的一側(cè)是3641A和3641B，另一側(cè)是3645A和3645B。在使燃燒室24中生成的熱消散比較重要的燃氣渦輪發(fā)動機中，在至少一部分分隔壁例如壁3641A和3641B內(nèi)并且在其之間可以設置冷卻通道400。在圖16中，冷卻空氣通道402也在燃燒室24中的腔424下面示出，用于使冷卻空氣406進入到燃燒室24的基部408，如箭頭410所示。同樣，可以對燃燒室24下游的與熱的加壓燃燒氣體27接觸的氣動管道的基部412提供冷卻。同樣地，如圖16和17所示，對燃燒室24下游的氣動管道的向外表面420的冷卻，可以通過夾壁冷卻劑通道414中的冷卻空氣411提供。冷卻劑空氣的向外掃除由圖16和17中的箭頭420示出，但也可以為這種冷卻提供各種設計，并且這些示例性實施方式應該認為是建議性的，而不是排他性的。在一個實施方式中，可以設置火焰穩(wěn)定器作為燃燒室24，或者更具體地，以駐渦燃燒室的形式設置，其在圖15和圖15A中更詳細地示出。前體24F和后體24A在其之間限定出腔424，并由此在一個實施方式中限定至少一個火焰穩(wěn)定器，用于定位燃燒氣體的穩(wěn)定渦流426、428、430、和432。如參考箭頭444和446所示，穩(wěn)定渦流426、428、430、和432由貧預混燃料26l (圖2)從上游送料。燃料26可以通過主燃料26P通過副燃料26s提供，并且任選地通過輔助燃料26a提供，如圖I和圖2所示。主燃料26P可以通過燃料供給機構例如主燃料噴射器448注射，其位于燃燒室24的上游，以將貧燃料混合物26^供應到燃燒室24。在適合時(基于壓縮過程中達到的溫度、所得燃料/空氣混合物的點火溫度、實際使用的燃料等，其會被本領域技術人員所理解)，可提供輔助燃料26a (圖I中的虛線所示)用于在輔助燃料噴射器449處噴射，其鄰近于氣動管道56的超音速擴壓器收斂進口部58的進口 53。在使用輔助燃料26a時，在燃燒氣體壓縮過程中也發(fā)生燃料-空氣混合。在任意情形下，如圖15和圖15A所示，由于主燃料26P與進入的壓縮氣體混合，使得貧預混燃料到達，如參考箭頭444和446所示。進行壓縮的進氣在許多情形中可以是環(huán)境空氣。然而，本領域技術人員應理解，所述的燃氣渦輪發(fā)動機20設計可以與其它氧化劑和燃料來源一起使用，其可能在許多工業(yè)用途中出現(xiàn)。如圖15和圖15A所示，示出使用副燃料噴射器434，其示出通過副燃料通道438供應副燃料26s的燃料噴口 436 (如以上圖I和2所示)。該燃料噴口 436幫助穩(wěn)定腔424內(nèi)的燃燒氣體。注意在后體24a (或圖15A中的后體24A1)的后壁454后面可以形成渦流450和452，因此當出現(xiàn)渦流時，也可認為后體24a或后體24A1是總體火焰穩(wěn)定器結構的一部分，并且可以提供至少第二火焰穩(wěn)定器結構。如圖15A所示，在一個實施方式中，可設置小的后體24A1 (與圖15中圖示的后體24A相比)。如圖15A所示，在該實施方式中，后體2441具有側(cè)壁24工，其位置與從前體2七的外壁24。向后行進的滑流線&朝內(nèi)距離24d。使用小的后體24A1可以形成適合的駐渦結構并使其穩(wěn)定定位。在燃氣渦輪發(fā)動機20中，可以將燃料26以液體燃料提供，例如用于燃氣渦輪發(fā)動機點火的市售的常規(guī)烴類燃料?；蛘?，燃氣渦輪發(fā)動機20可以燃燒氣體燃料26，例如用于燃氣渦輪發(fā)動機點火的市售的常規(guī)烴類燃料，包括天然氣。值得注意的是，鑒于所用的駐渦燃燒室提供高速運轉(zhuǎn)和火焰穩(wěn)定性，本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機20能夠燃燒多種多樣的燃料。在2009年10月20日授權給Steele等人并讓渡給Ramgen Power Systems.LLC的標題為“Vortex Combustor for Low NOx Emissions When Burning Premixed High Hydrogen Content Fuel”(在燃燒預混高含量氫燃料時低NOx排放的潤燃燒室)的美國專利No. 7，603，841B2中可以找到有關適合的駐渦燃燒室的實施方式的進一步細節(jié)和相關的燃料細節(jié)，此公開內(nèi)容，包括說明書、附圖、和權利要求全部引入本文以供參考?？傮w而言，如圖12所示，氣動管道56在向外圍壁360和向內(nèi)圍壁354之間形成，在一個實施方式中，其各自可相對于另一者徑向地布置。如圖16所見，在下游，駐渦燃燒室24包括前體24f和后體24a也可在其之間形成，由此被設置在徑向向外圍壁360和徑向向內(nèi)圍壁354之間，并且在其之間延伸。參照圖3、圖4和圖5可以理解，定子54的設計可包括橫截面形狀為多邊形的氣動管道56。這種形狀可以包括多種圍壁，例如底壁、頂壁、和側(cè)壁。本文使用的術語徑向向內(nèi)的圍壁已用于描述也可視作氣動管道的底壁的對象。本文使用的術語徑向向外的圍壁已用于描述也可視作氣動管道的頂壁的對象。如較早所述，在一個實施方式中，氣動管道56可以具有流動中心線Cui，如圖8所示。于是，在一個實施方式中，正交于中心線C111，氣動管道56可以設置為具有平行四邊形的橫截面形狀，其在一個實施方式中在沿著氣動管道56的各個點可以是大致為矩形的橫截面形狀。在一個實施方式中，中心線Cui的取向可以大體是螺旋狀的構造。圖10中示出在氣動管道56的入口位置，也就是前緣350的下部前端356，從徑向向內(nèi)的圍壁354朝著徑向向外的圍壁360徑向向外看的這種橫截面的高度H。圖8中示出在相鄰的分隔壁364^和3642A之間(和其內(nèi))的這種橫截面的寬度W。在一個實施方式中，與剛剛提及的橫截面形狀相關，氣動管道56的表示為寬度W比高度H的平均寬高比可以是大約二比一(2:1)或更多。在一個實施方式中，氣動管道56的表示為寬度W比高度H的平均寬高比可以是大約三比一(3:1),或更多。在一個實施方式中，氣動管道56的表不為寬度W比高度H的平均寬高比可以是大約四比一(4:1)或更多。在各個實施方式中，給定其他的設計約束條件，可以按照使用選擇如圖3、圖4和圖5所示的定子54中的氣動管道56的數(shù)目。所包括的氣動管道56的數(shù)目可以是一個或更多個，一般而言，在從I到11的范圍內(nèi)或更多，例如3、5、7、9、或者11?？梢赃x擇用于給定設計的氣動管道56的數(shù)目作為考慮了各種因素的部分設計實踐，該各種因素包括氣流離開轉(zhuǎn)子葉片46的方向、和由此提供的速度、和各種幾何形狀的配置中不利邊界層的增厚度、和對于選定的功率輸出用于傳遞必要的熱加壓燃燒氣體27(參見圖I、圖19和圖20)的給定用途所期望的燃燒室24的數(shù)量。在一個實施方式中，定子54中進口的前緣350 (參見圖8和10)數(shù)目可以等于定子54中氣動管道56的數(shù)目。在許多實施方式中，設計最優(yōu)化的結果可以是多個氣動管道56，以使氣體離開壓縮機葉片46的速度最大化并且邊界層增厚最小化。在這些實施方式中，當優(yōu)化壓縮機設計時，可以設置奇數(shù)數(shù)目3、5、7、9、或者11個氣動管道56，并且如上所述，這些定子54的前緣350的數(shù)目會是十一(11)或者更少。通常，選擇不同數(shù)目的(I)轉(zhuǎn)子上的葉片和(2)氣動管道中的前緣。通過在壓縮機轉(zhuǎn)子42中選擇奇數(shù)個葉片46(參見圖1)，可以設置偶數(shù)個氣動管道56，例如2、4、6、8、10、或更多。在渦輪葉片36b的數(shù)目選擇中必須考慮類似的考慮因素。在相關的參數(shù)中，在示例性定子54中，定子54中前緣350的數(shù)目將是轉(zhuǎn)子42中設置的葉片46的數(shù)目的大約一半(1/2)或者小于該數(shù)目。在另一個實施方式中，定子54中前緣350的數(shù)目(參看圖5、圖7和8)將是轉(zhuǎn)子42中的葉片數(shù)目的大約四分之一(1/4)或者小于該數(shù)目。在還更有效率的設計中，目前預計定子54中的前緣350的數(shù)目將是轉(zhuǎn)子42中葉片數(shù)目的大約百分之十五(15%)或更少。與各種現(xiàn)有技術定子相比，特別是與利用數(shù)目與所提供的轉(zhuǎn)子葉片的數(shù)目相稱或相同的定子葉片的那些現(xiàn)有技術設計相比，最少化前緣數(shù)目和相關的氣動管道，使得阻力和效率損耗降至最低。 一般地說，本文所述的包括壓縮機和渦輪的燃氣渦輪發(fā)動機可以設計為以超過大約I. 8的進口相對馬赫數(shù)將氣體提供到氣動管道，例如氣動管道56i，如圖5和圖6所示。此夕卜，可以將壓縮機設計為用于對于氣動管道至少是2的進口相對馬赫數(shù)。另外，可以將本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機用壓縮機設計為用于對于氣動管道至少是2. 5的進口相對馬赫數(shù)。并且，預期本文所述的超音速壓縮機在氣動管道的進口相對馬赫數(shù)超過大約2. 5的設計中可以工作。對于許多應用，預期實際設計所利用的氣動管道的進口相對馬赫數(shù)在大約2和大約2. 5之間，包括這些邊界參數(shù)在內(nèi)。而且，對于各種應用，作為示例但不加限制，預期實際設計所利用的的氣動管道的進口相對馬赫數(shù)在大約2. 5和大約2. 8之間的范圍中。因此，各種設計可達到的馬赫數(shù)不應視為被以上這些建議所限制，因為特定應用的設計馬赫數(shù)的評估可包括許多設計考慮因素。本文所述的具有壓縮機的燃氣渦輪發(fā)動機可以設置為用于在總的氣體壓縮比大于大約七比一(7:1)的設計操作范圍內(nèi)操作。在其他應用中，本文所述的壓縮機可以設置為用于在總壓力比在從大約十比一(10:1)到大約二十比一(20:1)之間的范圍中的設計操作范圍內(nèi)操作。在一個實施方式中，本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機可以設置為用于在設計操作范圍內(nèi)操作，其中壓縮級中的總壓縮比為從大約十二比一(12:1)到大約三十比一(30:1)。在一個實施方式中，本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機可以設置為用于在設計操作范圍內(nèi)操作，其中壓縮級中的總壓縮比為從大約三十比一(30:1)到大約四十比一(40:1)。在一個實施方式中，本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機可以設置為用于在設計操作范圍內(nèi)操作，其中壓縮級中的總壓縮比大于大約二十比一(20:1)。在總壓力比為大約十五比一(15:1)或更多的一個實施方式中，本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機的熱效率可以是大約百分之三十五(35%)或更多。在總壓力比為大約二十比一(20:1)或更多的一個實施方式中，本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機的熱效率可以是大約百分之四十五(45%)或更多。增加燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機的操作總壓力比，可以提供增加的熱效率，并由此提供更好的功率輸出與能量(燃料)輸入之比。在一個實方式中，使用本文所教導的壓縮機配置利用具有高強度的轉(zhuǎn)子并使用有圍帶的葉片構造，可以有效地實現(xiàn)壓縮。這種設計必須能夠以高旋轉(zhuǎn)速率工作，以提供足夠的周向速度，以便在氣體進入定子的氣動管道時獲得適合的超音速設計速度。材料和制造工藝的進一步發(fā)展可以實現(xiàn)甚至更高速度和壓力比的設計，或者可以在處于或者接近本文所述的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)時提供降低的機械故障風險。對于如上所述的細節(jié)，必須重申，本文所述的氣動管道可用于建立在各種基底結構設計上的構造中，并且實現(xiàn)高壓縮比操作的益處，同時為超音速運轉(zhuǎn)的啟動提供必須的特征。在各個實施方式中，可以如下配置多個氣動管道，使其似乎卷繞回轉(zhuǎn)面，如通過這種靜態(tài)結構所設置的。在一個實施方式中，合適的靜態(tài)結構可以是大體上圓柱形的，并且因此，在一個實施方式中，管道可以配置成卷繞該圓柱結構。在一個實施方式中，定子的氣動管道可以設置為螺旋線構造。在一個實施方式中，定子的氣動管道可以設置成螺旋狀或者螺旋面構造，例如通過使入口平面形狀繞縱軸以固定比率旋轉(zhuǎn)，同時在縱軸的下游方向也以固定比率將其平移，這樣沿著中心線所產(chǎn)生的構造。因此，應將術語卷繞縱軸理解為包括卷繞這些各種形狀，如果可用的話。總之，本文教導的使用氣動管道的各個實施方式提供優(yōu)于在超音速進口狀態(tài)下運 轉(zhuǎn)的現(xiàn)有技術帶葉片定子設計的顯著改進的性能，特別是其提供高的總靜壓比的能力。一方面，這是因為利用最小數(shù)目的氣動管道和關聯(lián)的前緣結構，使得與高速氣體進入定子涉及的損耗減少。而且，特別是與利用大量常規(guī)機翼狀帶葉片定子的現(xiàn)有技術設計相比，靜態(tài)結構減少相應地降低了壓縮機的重量和成本。因此，引入本文所述的新型壓縮機設計，能夠構造出高效并且小而緊湊的燃氣渦輪發(fā)動機。通過利用本文所提供的運行緊湊燃氣渦輪發(fā)動機20的方法，可以獲得許多益處。與現(xiàn)在可利用的設備相比，預計功率重量比會非常高，特別是在O. 5兆瓦(MW)到大約3兆瓦(MW)的大小。并且，給定相當高的熱效率，當運行較高總壓力比時，通過使用本文提供的緊湊燃氣渦輪發(fā)動機在許多應用中可以實現(xiàn)燃料節(jié)約?？蓞⒄請DI理解運行燃氣渦輪發(fā)動機20的方法，并且本段和以后段落中的標記可認為是指代類似標識的部件，而不需要在這一點上重復標識各個具體部件。運行燃氣渦輪發(fā)動機的方法涉及設置具有多個壓縮機沖擊式葉片的壓縮機轉(zhuǎn)子，其中設置沖擊式葉片的尺寸和形狀以使從該進口氣體通道接收到的氣體速度從相對亞音速增大到相對超音速。在壓縮機沖擊式葉片的下游設置定子。在一個實施方式中，定子可包括多個氣動管道。如圖I所示，氣動管道56可各自包括(I)超音速擴壓器，包括在流向方向上具有收斂的橫截面積的部分，用于接收超音速的氣體例如空氣，并使用包括至少一個斜激波的激波結構使該氣體減速，(2)亞音速擴壓器，該亞音速擴壓器包括在流向方向上具有擴張的橫截面積的部分，用于使空氣減速從而將動能給予加壓空氣，(3)喉部，喉部位于所述超音速擴壓器和所述亞音速擴壓器之間，并且包括在氣動管道內(nèi)具有最小橫截面積的部分，(4)燃料供給機構，用于燃料供給，(5)火焰穩(wěn)定器，在喉部下游與其充分隔開以從亞音速擴壓器接收加壓空氣，和(6)阻流部。燃料可以是液體燃料或者例如天然氣的氣體燃料，其被供應到火焰穩(wěn)定器，火焰穩(wěn)定器可以以提供一個或更多個火焰穩(wěn)定腔的駐渦燃燒器的形式設置。燃料可以包括貧預混燃料，其經(jīng)燃燒而產(chǎn)生相比于加壓空氣其壓力和溫度增加的燃燒氣體。設置有燃氣渦輪，位于阻流部下游。燃氣渦輪可以包括渦輪軸、渦輪盤、和多個沖擊式渦輪葉片，該葉片與渦輪盤關聯(lián)并被配置為從氣動管道接收燃燒氣體。燃氣渦輪從該燃燒氣體提取功率從而產(chǎn)生軸功率。在通過渦輪以后，燃燒氣體被排放。為了起動燃氣渦輪壓縮機，可以設置收縮比調(diào)節(jié)器。收縮比調(diào)節(jié)器可具有啟動配置和操作配置，在啟動配置中氣動管道中的收縮比降低，以便允許進口氣體繞過喉部，在操作配置中繞過喉部的進口氣體被有效去除。在一個實施方式中，收縮比調(diào)節(jié)器可以以旁路出口門的形式提供。旁路出口門在開放的啟動配置和關閉的操作配置之間是可移動的，在開放的啟動配置中，氣體從包含旁路出口門的氣動管道中逸出，并且在關閉的操作配置中，通過氣動管道的氣體被有效地容納在其內(nèi)，避免任何邊界層吸除或其他輔助損耗，例如冷卻氣體。在運行收縮比調(diào)節(jié)器的方法中，收縮比調(diào)節(jié)器還可包括可加壓氣室并與可加壓氣室一起工作。適合的可加壓氣室將通過旁路出口門離開氣動管道的氣體收容，并使得氣體在喉部下游返回到的氣動管道。在本文提供的燃氣渦輪發(fā)動機20的各個實施方式中，并且在運行這種燃氣渦輪的多種方法中，可以提供大約十比一(10:1)或者更大的總壓力比，并且熱效率為大約百分之三十五(35%)或更多。在一個實施方式中，可以提供范圍為從大約十五比一(15:1)到大 約二十比一(20:1)的總壓力比。在一個實施方式中，可以提供大約十五比一(15:1)或更大的總壓力比，并且熱效率為大約百分之四十二(42%)或更多。在另一個實施方式中，可以提供大約二十比一(20:1)或更多的總壓力比，并且熱效率可以是大約百分之四十二(42%)或更多，例如大約百分之四十五(45%)或更多。在一個實施方式中，可以提供范圍為從大約二十比一(20:1)到大約三十比一(30:1)的總壓力比，并且熱效率可以在從大約百分之四十(40%)到大約百分之四十五(45%)的范圍中或更多，例如在大約百分之四十二( 42%)或更多。在一個實施方式中，可以提供范圍為從大約三十比一(30:1)到大約四十比一(40:1)的總壓力比，并且熱效率可以在從大約百分之四十(40%)到大約百分之四十五(45%)的范圍中或更多，例如在大約百分之四十二( 42%)或更多。燃氣渦輪發(fā)動機20的壓縮機部分利用激波壓縮過程，其將轉(zhuǎn)子與下游超音速激波擴壓器或定子結合，以同時獲得特別高的壓縮比和效率。渦輪部分利用超音速擴張器(expander)部分，即噴嘴/阻流部，接著是一個或更多個渦輪轉(zhuǎn)子。在一個實施方式中，高速亞音速熱燃燒排放氣體離開超音速噴嘴/阻流部擴張器，并沖擊渦輪轉(zhuǎn)子的葉片。在一個實施方式中，該一個或多個渦輪轉(zhuǎn)子與壓縮機轉(zhuǎn)子相配。在一個實施方式中，壓縮機和該一個或多個渦輪轉(zhuǎn)子中的至少一個可以安裝在共用軸32的兩端。在一個實施方式中，燃燒室部分可以是靜止的。在一個實施方式中，擴壓器/定子和噴嘴/阻流部部分可以是靜止的。可以繞軸32設置多種組件，以形成燃氣渦輪發(fā)動機20的核心。一方面，相比于現(xiàn)有技術設計，在本文公開的燃氣渦輪發(fā)動機中，通?？s寫為“TRIT”的渦輪轉(zhuǎn)子進口溫度可以保持在提高的溫度。在常規(guī)渦輪設計中，渦輪轉(zhuǎn)子進口溫度TRIT受作用于旋轉(zhuǎn)渦輪組件的熱應力和旋轉(zhuǎn)應力的結合所限制，這些旋轉(zhuǎn)渦輪組件通常緊接著燃燒室部分的下游設置。在一些現(xiàn)有技術設計中，使用葉片冷卻和新材料以提高TRIT，作為改進總體發(fā)動機效率的途徑(但付出大幅增加的成本)，因此，這些方案通常僅在大型裝置中實施。相比之下，在本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機設計中，關鍵的氣體溫度參數(shù)即渦輪轉(zhuǎn)子進口溫度(TRIT)可以保持在顯著提高的溫度，因為在實際上相對于移動參考面認真考慮此氣體溫度時，在這種熱氣體接觸渦輪葉片時相比于在常規(guī)燃氣渦輪設計中見到的氣體溫度，該氣體溫度在這種參考面中是顯著較低的。就目前我們所知而言，對于TRIT目前最先進的技術狀態(tài)是，在壓力比為約23:1且功率輸出在約320麗到460麗的范圍內(nèi)時，TRIT為約1600°C (2912 °F)。但是，由于本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機設計的各種實施方式將渦輪轉(zhuǎn)子組件布置在燃燒室24部分和噴嘴/阻流部23擴張器部分的下游，因此在熱的排放氣流到達旋轉(zhuǎn)組件界面即到達燃氣渦輪的旋轉(zhuǎn)組件時，發(fā)生顯著的壓力和溫度降低。因此，在本文所述的設計中，TRIT可以并被設計為并且保持在顯著提高的溫度，因為在所公開的燃氣渦輪發(fā)動機構造中，暴露于峰值循環(huán)氣體溫度的結構組件是靜止組件(例如，在一個實施方式中，燃燒室24的出口和噴嘴/阻流部23組件)。為了在當前的高溫下用于各自的用途，并且關于在操作過程中材料的可用溫度范圍，這些靜止組件具有寬得多的材料選擇范圍。對于量熱完全的理想處理氣體，可以使用以下公式確定渦輪轉(zhuǎn)子處的溫度。
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AtIΤΓ%其中T1是燃燒室排放溫度T2是噴嘴/阻流部排氣溫度(TRIT)P1是渦輪部分進口壓力P2是渦輪部分排氣壓力k是比熱比輪是渦輪多變效率可以看到，壓力/膨脹比和溫度比可以在特定燃氣渦輪發(fā)動機的循環(huán)設計中一起提高，至激波擴張器部分-轉(zhuǎn)子界面處的可承受材料溫度的適用限度。因此，更高的峰值循環(huán)氣體溫度，即，更高的TRIT會改進特定燃氣渦輪發(fā)動機設計的總體循環(huán)效率。關于渦輪效率和膨脹比，本文教導的超音速擴張器和轉(zhuǎn)子組合可以實現(xiàn)相應的渦輪多變效率水平超過91%的單級膨脹。而且，即使在這樣的膨脹比下，渦輪轉(zhuǎn)子在燃燒室排放時經(jīng)歷僅僅約1200 T的進口氣體溫度，因此熱力學峰值循環(huán)氣體溫度可以高達2500 T。因此，所公開的將渦輪轉(zhuǎn)子設置在熱排氣超音速噴嘴/阻流部部分下游的燃氣渦輪發(fā)動機結構，使得可以利用顯著高于利用葉片冷卻以補償顯著提高的渦輪轉(zhuǎn)子進口溫度(TRIT)的當前工業(yè)實踐的TRIT，由此可以使用常規(guī)的冶金部件而無需冷卻，而且仍然接近有冷卻渦輪轉(zhuǎn)子設計的容許峰值循環(huán)氣體溫度。本文描述的燃氣渦輪發(fā)動機之所以可達到極高的單級壓縮比，部分歸因于使用利用激波壓縮過程的邊界層控制技術。在一個實施方式中，這種技術從壓縮面吸除邊界層，由此在整個壓縮過程中提供特別潔凈的流動。在許多現(xiàn)有技術設計中，將吸除流(bleedflow)作為循環(huán)效率的寄生損失處理。然而，在一個實施方式中，在本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機中，首次將吸除流用來提供機載的燃燒室內(nèi)襯冷卻，隨后可以再注入渦輪膨脹部中但處于渦輪轉(zhuǎn)子自身的上游的渦輪工作流體中，由此允許壓縮機吸除和與燃燒室內(nèi)襯冷卻有關的任何熱量的充分恢復。相比于常規(guī)燃氣渦輪發(fā)動機設計，本文所述的燃氣渦輪發(fā)動機結構中的這些效果使得燃氣渦輪發(fā)動機20可以顯著更高的壓力比及由此顯著更高的TRIT操作。再看向圖18，其提供總體上根據(jù)首先在圖I中闡釋的設計配置的燃氣渦輪發(fā)動機20的實施方式的部分橫截面視圖，示出壓縮機轉(zhuǎn)子42的葉片46，并示出下游定子54的實施方式。如所示，收斂部58包括旁路氣體通道62以及相關聯(lián)的旁路氣體子氣室114，旁路氣體子氣室114在操作期間可用于收集與邊界層控制相關聯(lián)的氣體113，例如在子氣室114內(nèi)的壓力為大約200磅/平方英寸(psi)的實施方式中。同樣，如在以上圖8中也可看到的，邊界層氣體67可以通過吸除口 64從擴張部60中去除，吸除口 64用于從氣動管道56中去除氣體68，將氣體68送至其下的子氣室122，例如在子氣室122內(nèi)的壓力為大約250磅/平方英寸(psi)的實施方式中。中間氣室440可以在大約100磅/平方英寸的減壓下工作，以接收來自子氣室114的氣體442和來自子氣室122的氣體444。同樣，在一個實施方式中，低壓氣室450可以在大約六十(60)磅/平方英寸(psi)的壓力下工作，以接收來自中 間氣室440的氣體454。低壓氣室450中積累的吸除氣體如箭頭456、458和460所示分別經(jīng)過密封部462和間隙464再循環(huán)，并返回到氣動管道56的收斂部58。來自中間氣室440的較高壓力氣體466可以通過管道470并通過邊界層注射口 472返回，并且如箭頭474所示進入氣動管道56的收斂部58中。通過這種方式，可以分別消除或最小化邊界層質(zhì)量和能量損失。在圖18中，設置有本文他處描述的超音速噴嘴/阻流部23組件，但也圖解了示出使用罐式燃燒室24。的可選實施方式，而不是本文他處所述的直列(in-line)駐渦燃燒室布置。在本文公開的燃氣渦輪發(fā)動機設計中，例如，在諸如工業(yè)和海洋類發(fā)動機規(guī)模的應用中發(fā)動機軸效率可以達到40-45%。而且，在一個實施方式中，渦輪比轉(zhuǎn)速可以良好地與壓縮機部分匹配，由此使得壓縮機和渦輪轉(zhuǎn)子以相同的軸轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，并且在一個實施方式中使壓縮機和渦輪轉(zhuǎn)子在相同的軸上運轉(zhuǎn)，由此簡化機械設計并降低成本。此外，超音速壓縮使得壓縮機和渦輪組件以極高的組件效率和壓力比操作。在一個實施方式中，沖擊式轉(zhuǎn)子設計可以用于壓縮機和渦輪兩者，以使跨過各個轉(zhuǎn)子的壓力梯度最小化并使推力負載最小化。在上述說明中，出于解釋的目的，已經(jīng)闡述許多細節(jié)以便對利用超音速壓縮機系統(tǒng)用于有效壓縮氣體的新穎燃氣渦輪發(fā)動機的設計提供所公開的示例性實施方式的徹底理解。然而，為提供可用的實施方式或者為實踐選定的或者其他公開的實施方式，可能不需要某些描述細節(jié)。此外，出于描述性的目的，可以使用各種比較性的術語。僅僅是相比于參考點的術語不是意在被理解為絕對的限制，相反，其包括在上述說明中，以便理解所公開的實施方式的各個方面。并且，本文所述方法中的各種行為或者活動可能被依次描述為多個不連續(xù)的活動，以對理解本發(fā)明最更有幫助的這種方式。然而，描述的順序不應被理解為表示這些活動必須是順序的和分開的。具體而言，某些操作可能不一定需要按呈現(xiàn)的順序精確實行。并且，在本發(fā)明的不同實施方式中，可以同時實行一個或更多個活動，或者可以去除部分或去除全部而增加其它活動。同時，讀者會注意到，已經(jīng)重復地使用短語“在實施方式中”或者“在一個實施方式中”。這個短語通常不是指代相同的實施方式；然而，其也可以指代相同的實施方式。最后，術語“包含”、“具有”和“包括”應該被認為是同義的，除非上下文中另外有規(guī)定。根據(jù)以上內(nèi)容，本領域技術人員能夠理解，已將燃氣渦輪發(fā)動機設置為用于有效產(chǎn)生軸功率，其可以用于各種使用。盡管僅僅示出并描述了本發(fā)明的某些具體的實施方式，但是并不是意在用這些實施方式限制本發(fā)明。更確切地，當結合說明書時，本發(fā)明由所附權利要求及其等價物限定。重要的是，本文所述的和主張權利的方面和實施方式可以從示出的那些進行改變但實質(zhì)上不偏離所提供的新的教導和優(yōu)點，并且可以以不偏離其精神或基本特征的其他具體形式體現(xiàn)。因此，本文呈現(xiàn)的實施方式在全部方面應被認為是說明性的并非約束性或限 制性的。這樣，本公開內(nèi)容意在覆蓋本文所述的結構，不僅覆蓋其結構等價形式，而且覆蓋等價結構。按照上述教導，許多改進和變化是可能的。因此，本發(fā)明的保護范圍應該僅由本文闡述的權利要求和其法律等價物所限定。
權利要求
1.一種燃氣渦輪發(fā)動機，包括 (a)具有縱軸的外殼，所述外殼界定出用于接收進口氣體的進口氣體通道和用于排放燃燒氣體的排氣通道； (b)壓縮機轉(zhuǎn)子，包括壓縮機軸、至少一個壓縮機盤、和與所述至少一個壓縮機盤關聯(lián)的多個壓縮機葉片，所述多個壓縮機葉片的尺寸和形狀設置成使從所述進口氣體通道接收的進口氣體的速度從亞音速增加到超音速； (C)定子，包括一個或更多個繞所述縱軸布置的氣動管道，所述一個或更多個氣動管道各自包括(I)超音速擴壓器，其包括在流向方向上具有收斂的橫截面積的部分，用于接收處于相對超音速的所述進口氣體并利用一個或更多個激波結構使所述進口氣體減速，(2)亞音速擴壓器，包括在流向方向上具有擴張的橫截面積的部分，用于使所述進口氣體減速以將動能轉(zhuǎn)換為壓力，(3)喉部，位于所述超音速擴壓器與所述亞音速擴壓器之間，并且包括在所述氣動管道內(nèi)具有最小橫截面積的部分，(4)燃料供給機構，用于燃料供給，(5)火焰穩(wěn)定器，位于所述喉部的下游，其中所述燃料經(jīng)燃燒產(chǎn)生燃燒氣體，和(6)阻流部；以及 (d)渦輪，位于所述阻流部的下游并且包括渦輪軸、一個或更多個渦輪盤、和與所述一個或更多個渦輪盤的各個相關聯(lián)的多個渦輪葉片，其配置為從一個或更多個氣動管道接收所述燃燒氣體并將所述燃燒氣體排放到所述排氣通道，所述多個渦輪葉片配置為從所述燃燒氣體提取功率并產(chǎn)生軸功率。
2.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述一個或更多個激波結構包括至少一個斜激波。
3.根據(jù)權利要求I或權利要求2所述的燃氣渦輪發(fā)動機，還包括在所述喉部或者所述喉部的下游提供位于操作位置的正激波。
4.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述多個壓縮機葉片各自包括沖擊式葉片。
5.根據(jù)權利要求I或4所述的燃氣渦輪發(fā)動機，在所述多個壓縮機葉片上還包括外周圍帶。
6.根據(jù)權利要求I或權利要求4所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述多個渦輪葉片各自包括沖擊式葉片。
7.根據(jù)權利要求6所述的燃氣渦輪發(fā)動機，在所述多個渦輪葉片上還包括圍帶。
8.根據(jù)權利要求6所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述多個渦輪葉片包含單列的沖擊式葉片。
9.根據(jù)權利要求6所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述多個渦輪葉片從所述燃燒氣體提取動能。
10.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述壓縮機轉(zhuǎn)子與所述渦輪耦合在一起。
11.根據(jù)權利要求10所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述渦輪驅(qū)動所述壓縮機轉(zhuǎn)子。
12.根據(jù)權利要求1、8或10中的任一項所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述壓縮機軸和所述渦輪軸在相同方向上轉(zhuǎn)動。
13.根據(jù)權利要求10所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述多個壓縮機葉片和所述多個渦輪葉片上的負載大體上平衡，以使不對稱的軸向推力負載最小化。
14.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述火焰穩(wěn)定器包括駐渦燃燒室。
15.根據(jù)權利要求14所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述一個或更多個氣動管道各自包括向外圍壁和向內(nèi)圍壁。
16.根據(jù)權利要求15所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述駐渦燃燒室形成在所述向外圍壁和所述向內(nèi)圍壁之間。
17.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述燃料包括液體燃料。
18.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述燃料包括氣體燃料。
19.根據(jù)權利要求18所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述燃料包括貧預混燃料。
20.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述燃料供給機構包括主燃料供給機構和副燃料供給機構。
21.根據(jù)權利要求20所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述主燃料供給機構包括主燃料噴射器，其位于所述一個或更多個氣動管道中。
22.根據(jù)權利要求20所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述副燃料供給機構包括副燃料噴射器。
23.根據(jù)權利要求22所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述火焰穩(wěn)定器包括駐渦燃燒室，并且其中所述副燃料噴射器將燃料噴射到由所述駐渦燃燒室界定出的腔中。
24.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述進口氣體包括空氣。
25.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述一個或更多個氣動管道各自具有縱向中心線，其布置為相對于所述外殼的所述縱軸成螺旋角psi (Ψ)。
26.根據(jù)權利要求25所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述螺旋角psi(Ψ)在從大約四十五度(45° )到大約八十度(80° )的范圍中。
27.根據(jù)權利要求25所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中正交于所述縱向中心線，所述一個或更多個氣動管道各自具有大體為平行四邊形的橫截面形狀。
28.根據(jù)權利要求27所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中與所述橫截面形狀相關，所述一個或更多個氣動管道各自具有表示為寬度比高度的平均寬高比，為大約二比一(2:1)或更多。
29.根據(jù)權利要求27所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中與所述橫截面形狀相關，所述一個或更多個氣動管道各自具有表示為寬度比高度的平均寬高比，為大約三比一(3:1)或更多。
30.根據(jù)權利要求27所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中與所述橫截面形狀相關，所述一個或更多個氣動管道各自具有表示為寬度比高度的平均寬高比，為大約四比一(4:1)或更多。
31.根據(jù)權利要求4所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中通過所述沖擊式葉片的氣體被轉(zhuǎn)向alpha ( α )角度，α在大約九十(90)度和大約一百六十(160)度之間。
32.根據(jù)權利要求4所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中通過所述沖擊式葉片的氣體被轉(zhuǎn)向alpha ( α )角度，α為至少一百(100)度。
33.根據(jù)權利要求4所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中通過所述沖擊式葉片的氣體被轉(zhuǎn)向alpha ( α )角度，α為至少一百一^h(110)度。
34.根據(jù)權利要求4所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中通過所述沖擊式葉片的氣體被轉(zhuǎn)向alpha ( α )角度，α為在大約一百--h二( 112)度和大約一百--h四(114)度之間。
35.根據(jù)權利要求4所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述多個沖擊式葉片各自具有轂端、尖端、和后緣，其中在所述沖擊式葉片的后緣從所述轂端到所述尖端提供超音速氣流。
36.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，還包括具有啟動配置和操作配置的收縮比調(diào)節(jié)器，在所述啟動配置中所述一個或更多個氣動管道中至少一個的收縮比降低，以便允許進口氣體繞過所述喉部，在所述操作配置中繞過所述喉部的進口氣體被有效地去除。
37.根據(jù)權利要求36所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述收縮比調(diào)節(jié)器包括旁路出口門，其中所述旁路出口門在啟動配置和操作配置之間是可移動的，在所述啟動配置中，所述旁路出口門處于開放位置，其中提供具有面積A2的喉部O2使進口氣體通過所述喉部，在所述操作配置中，其中所述旁路出口門處于關閉的操作配置，其中提供具有面積A1的喉部O1,并且其中A2的面積大于4。
38.根據(jù)權利要求37所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述收縮比調(diào)節(jié)器還包括可加壓氣室，其配置為收容來自所述一個或更多個氣動管道中至少一個的進口氣體，并允許所述進口氣體在所述喉部下游返回到所述多個氣動管道中的所述至少一個。
39.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，還包括啟動系統(tǒng)，其包括旁路氣體通道、子氣室和所述子氣室的出口閥，所述旁路氣體通道用于收集一部分的進口氣體，所述子氣室鄰近于所述超音速擴壓器部分，用于接收所收集的進口氣體，并且所述子氣室的出口閥用于在起動期間排放所述收集的進口氣體，所述啟動系統(tǒng)配置為調(diào)節(jié)用于啟動的有效收縮比。
40.根據(jù)權利要求I所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述超音速擴壓器、或亞音速擴壓器、或兩者還包含用于邊界層去除的吸除口。
41.根據(jù)權利要求I或14所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述一個或更多個氣動管道包括多個氣動管道，并且其中所述多個氣動管道以鄰近的方式布置。
42.根據(jù)權利要求41所述的燃氣渦輪發(fā)動機，在鄰近的氣動管道之間還包括分隔壁。
43.根據(jù)權利要求42所述的燃氣渦輪發(fā)動機，在所述分隔壁內(nèi)還包括冷卻通道。
44.根據(jù)權利要求5所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中總壓力比大于大約七比一(7:1)。
45.根據(jù)權利要求5所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中總壓力比在從大約十比一(10:1)到大約二十比一(20:1)的范圍中。
46.根據(jù)權利要求5所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中總壓力比大于大約十五比一(15:1)。
47.根據(jù)權利要求5所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中總壓力比大于大約二十比一(20:1)。
48.根據(jù)權利要求5所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中總壓力比為大約十五比一(15:1)或更多，并且其中熱效率為大約百分之三十五(35%)或更多。
49.根據(jù)權利要求5所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中總壓力比為大約二十比一(20:1)或更多，并且其中熱效率為大約百分之四十五(45%)或更多。
50.根據(jù)權利要求5所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中總壓力比在從大約十五比一(15:1)到大約二十比一(20:1)的范圍中。
51.根據(jù)權利要求5所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中總壓力比在從大約二十比一(20:1)到大約三十比一(30:1)的范圍中。
52.根據(jù)權利要求5所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中總壓力比在從大約三十比一(30:1)到大約四十比一(40:1)的范圍中。
53.根據(jù)權利要求50所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中熱效率為大約百分之四十二(42%)或更多。
54.根據(jù)權利要求51所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中熱效率為大約百分之四十二(42%)或更多。
55.根據(jù)權利要求52所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中熱效率為大約百分之四十二(42%)或更多。
56.—種燃氣潤輪發(fā)動機,包括 (a)具有縱軸的外殼，所述外殼界定出用于接收進口氣體的進口氣體通道和用于排放燃燒氣體的排氣通道； (b)緊湊型壓縮機-燃燒室，包括 (1)壓縮機轉(zhuǎn)子，包括壓縮機軸、至少一個壓縮機盤、和與所述至少一個壓縮機盤相關聯(lián)的多個沖擊式葉片，所述多個沖擊式葉片具有外圍圍帶并且其尺寸和形狀設置成使從所述進口氣體通道接收的進口氣體的速度從相對亞音速增加到相對超音速；和 (2)定子，包括多個繞所述縱軸布置的氣動管道，并且其各自包括(A)超音速擴壓器，包括在流向方向上具有收斂的橫截面積的部分，用于接收處于相對超音速的所述進口氣體并利用一個或更多個激波結構使所述進口氣體減速，(B)亞音速擴壓器，包括在流向方向上具有擴張的橫截面積的部分，用于使所述進口氣體減速以將動能轉(zhuǎn)換為壓力，(O喉部，位于所述超音速擴壓器和所述亞音速擴壓器之間，并且包括在所述氣動管道內(nèi)具有最小橫截面積的部分，(D)燃料供給機構，用于燃料供給，(E)火焰穩(wěn)定器，位于所述喉部的下游，其中所述燃料經(jīng)燃燒產(chǎn)生燃燒氣體，和(F)阻流部； (c)渦輪，位于所述阻流部的下游，并且包括渦輪軸、至少一個渦輪盤、和與所述至少一個渦輪盤的各個相關聯(lián)的多個渦輪沖擊式葉片，所述多個渦輪沖擊式葉片具有外周圍帶，所述渦輪配置為從氣動管道接收所述燃燒氣體并將所述燃燒氣體排放到所述排氣通道，所述多個渦輪葉片配置為從所述燃燒氣體提取功率并產(chǎn)生軸功率。
57.一種運行燃氣渦輪發(fā)動機的方法，包括 (a)使具有多個壓縮機沖擊式葉片的壓縮機轉(zhuǎn)子運行，所述壓縮機沖擊式葉片的尺寸和形狀設置成使從所述進口氣體通道接收的空氣的速度從相對亞音速增加到相對超音速； (b)使所述壓縮機沖擊式葉片下游的定子運行，所述定子經(jīng)運行從而壓縮進氣、燃燒燃料、并產(chǎn)生燃燒氣體，所述定子包括多個繞縱軸螺旋地布置的氣動管道，所述氣動管道各自包括(I)超音速擴壓器，所述超音速擴壓器包括在流向方向上具有收斂的橫截面積的部分，用于接收處于超音速的進入空氣并利用包括至少一個斜激波的激波結構使所述進入空氣減速，(2)亞音速擴壓器，所述亞音速擴壓器包括在流向方向上具有擴張的橫截面積的部分，用于使所述空氣減速以將其動能轉(zhuǎn)換給加壓空氣，(3)喉部，所述喉部位于所述超音速擴壓器與所述亞音速擴壓器之間，并且包括在所述氣動管道內(nèi)具有最小橫截面積的部分，(4)燃料供給機構，用于燃料供給，(5)火焰穩(wěn)定器，位于所述喉部下游并與其充分地隔開以接收來自所述亞音速擴壓器的加壓空氣，和(6)阻流部； (c)在所述火焰穩(wěn)定器中燃燒燃料，并且燃燒所述燃料以產(chǎn)生與所述加壓空氣相比壓力和溫度增加的燃燒氣體； (d)使渦輪運行，所述渦輪位于所述阻流部的下游，所述渦輪包括渦輪軸、渦輪盤、和與所述渦輪盤相關聯(lián)的多個沖擊式葉片，所述渦輪經(jīng)運行從而從所述氣動管道接收所述燃燒氣體； (e)從所述燃燒氣體提取功率以產(chǎn)生軸功率，和 (f)排放所述燃燒氣體。
58.根據(jù)權利要求57所述的方法，還包括運行火焰穩(wěn)定器，所述火焰穩(wěn)定器配置為界定出火焰穩(wěn)定腔的駐渦燃燒室。
59.根據(jù)權利要求57所述的方法，還包括燃燒天然氣作為燃料。
60.根據(jù)權利要求57所述的方法，還包括燃燒液體燃料。
61.根據(jù)權利要求57所述的方法，還包括運行收縮比調(diào)節(jié)器，所述收縮比調(diào)節(jié)器具有啟動配置和操作配置，在所述啟動配置中，氣動管道中的收縮比降低以便允許進口氣體繞過所述喉部，在所述操作配置中，繞過所述喉部的進口氣體被有效地去除。
62.根據(jù)權利要求61所述的方法，其中所述收縮比調(diào)節(jié)器包括旁路出口門，并且其中所述方法還包括將所述旁路出口門在開放的啟動配置與關閉的操作配置之間移動，在所述開放的啟動配置中，氣體從包含所述旁路出口門的氣動管道逸出。
63.根據(jù)權利要求62所述的方法，其中所述收縮比調(diào)節(jié)器還包括可加壓氣室，并且其中所述可加壓氣室經(jīng)運行從而收容通過所述旁路出口門逸出所述多個氣動管道中至少一個的氣體，并且從而允許所述氣體在所述喉部的下游返回到所述多個氣動管道中的所述至少一個。
64.根據(jù)權利要求57所述的方法，其中所述燃氣渦輪發(fā)動機運行的總壓力比為大約十比一(10:1)或者更大，并且熱效率為大約百分之三十五(35%)或更多。
65.根據(jù)權利要求57所述的方法，其中所述燃氣渦輪發(fā)動機運行的總壓力比為大約十五比一(15:1)或者更大，并且熱效率為大約百分之四十二(42%)或更多。
66.根據(jù)權利要求57所述的方法，其中所述燃氣渦輪發(fā)動機運行的總壓力比為大約二十比一(20:1)或者更大，并且熱效率為大約百分之四十五(45%)或更多。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有壓縮機轉(zhuǎn)子的燃氣渦輪發(fā)動機，該壓縮機轉(zhuǎn)子具有壓縮機沖擊式葉片，其將超音速狀態(tài)的氣體運送到定子。定子包括一個或更多個氣動管道，其每個都具有收斂部和擴張部，用于將選定的氣體減速到亞音速狀態(tài)并將高壓的含氧化劑氣體運送到火焰穩(wěn)定器。火焰穩(wěn)定器可以設置為駐渦燃燒室，用于燃燒燃料從而產(chǎn)生熱的加壓燃燒氣體。熱的加壓燃燒氣體在通過氣動管道到達渦輪之前被阻流。通過經(jīng)由沖擊式葉片使燃燒氣體膨脹，在渦輪中恢復功。通過平衡壓縮機沖擊式葉片和渦輪沖擊式葉片上的軸向負載，最小化或者避免不對稱推力。
文檔編號F01D5/14GK102865141SQ20121023660
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權日2011年7月9日
發(fā)明者S.P.勞勒, W.B.羅伯茨二世 申請人:拉姆金動力系統(tǒng)有限責任公司