超音速压缩机和相关联的方法

摘要

公开了一种压缩流体的超音速压缩机转子和方法。转子包括第一和第二转子盘、第一组和第二组转子导叶。第一组和第二组转子导叶联接到第一和第二转子盘上且设置在第一和第二转子盘之间。另外，第一组转子导叶相对于第二组转子导叶偏移。转子包括由第一组转子导叶限定的第一组流通道，其设置在第一和第二转子盘之间。类似地，转子包括由第二组转子导叶限定的第二组流通道，其设置在第一和第二转子盘之间。另外，转子包括压缩斜坡，其设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上。

权利要求

1.一种超音速压缩机转子，包括：

第一转子盘；

第二转子盘；

第一组转子导叶，其联接到所述第一和所述第二转子盘上且设置在所述第一和所述第二转子盘之间，并且与所述第一和所述第二转子盘共同限定第一组流通道；

第二组转子导叶，其联接到所述第一和所述第二转子盘上且设置在所述第一和所述第二转子盘之间，并且与所述第一和所述第二转子盘共同限定第二组流通道，其中所述第一组转子导叶设置成相对于所述第二组转子导叶偏移，其中所述第一组流通道和所述第二组流通道构造成使得所述第一组流通道中的各个流通道与所述第二组流通道中的至少一个流通道处于流体连通；和多个压缩斜坡，其构造成使得各个压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上，其中所述第一组流通道中的各个流通道在各个压缩斜坡的端部附近包括第一最小横截区域，且所述第二组流通道中的各个流通道在各个压缩斜坡的端部附近包括第二最小横截区域；其中所述第二最小横截区域小于所述第一最小横截区域。

2.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述第二转子盘包括端壁，其通过多个转子支承支柱联接到传动轴上。

3.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述第一组和所述第二组转子导叶中的各个转子导叶包括前缘和后缘，其中所述第二组转子导叶中的各个转子导叶的前缘设置成邻近所述第一组转子导叶中的相邻转子导叶的后缘。

4.根据权利要求3所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述第一组转子导叶中的各个转子导叶的前缘设置成邻近所述第一和所述第二转子盘中的各个转子盘的第一径向表面。

5.根据权利要求3所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述第二组转子导叶中的各个转子导叶的后缘设置成邻近所述第一和所述第二转子盘中的各个转子盘的第二径向表面。

6.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述第一组转子导叶中的转子导叶的数量等于所述第二组转子导叶中的转子导叶的数量。

7.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述第一组转子导叶中的转子导叶的数量不等于所述第二组转子导叶中的转子导叶的数量。

8.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述第一组和所述第二组转子导叶中的至少一个转子导叶包括仅一个压缩斜坡。

9.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述第一和第二组转子导叶中的各个转子导叶包括至少两个压缩斜坡。

10.根据权利要求9所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述至少两个压缩斜坡设置在各个转子导叶的压力侧导叶表面和吸力侧导叶表面中的至少一个表面上。

11.一种超音速压缩机，包括：

壳体，其具有流体入口和流体出口；

转子轴；

至少一个超音速压缩机转子，其设置在所述壳体内，所述超音速压缩机转子包括：第一转子盘；

第二转子盘，其联接到所述第一转子盘和所述转子轴上；

第一组转子导叶，其联接到所述第一和所述第二转子盘上且设置在所述第一和所述第二转子盘之间，并且与所述第一和所述第二转子盘共同限定第一组流通道；

第二组转子导叶，其联接到所述第一和所述第二转子盘上且设置在所述第一和所述第二转子盘之间，并且与所述第一和所述第二转子盘共同限定第二组流通道，其中所述第一组转子导叶设置成相对于所述第二组转子导叶偏移，其中所述第一组流通道和所述第二组流通道构造成使得所述第一组流通道中的各个流通道与所述第二组流通道中的至少一个流通道处于流体连通；和多个压缩斜坡，其构造成使得各个压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上；

其中所述第一组流通道中的各个流通道在各个压缩斜坡的端部附近包括第一最小横截区域，且所述第二组流通道中的各个流通道在各个压缩斜坡的端部附近包括第二最小横截区域；其中所述第二最小横截区域小于所述第一最小横截区域。

12.根据权利要求11所述的超音速压缩机，其特征在于，所述第一组和所述第二组转子导叶中的各个转子导叶包括前缘和后缘，其中所述第二组转子导叶中的各个转子导叶的前缘设置成邻近所述第一组转子导叶中的相邻转子导叶的后缘。

13.根据权利要求11所述的超音速压缩机，其特征在于，所述第一组和所述第二组转子导叶中的至少一个转子导叶包括仅一个压缩斜坡。

14.根据权利要求11所述的超音速压缩机，其特征在于，所述第一和第二组转子导叶中的各个转子导叶包括至少两个压缩斜坡。

15.一种压缩流体的方法，包括：

将第一流体引入到超音速压缩机转子的第一组流通道中的至少一个流通道，所述超音速压缩机转子构造成由轴驱动；

在所述第一组流通道中的所述至少一个流通道中执行所述第一流体的第一次压缩，以产生第二流体；

将所述第二流体引入到所述超音速压缩机转子的第二组流通道中的至少一个流通道；

和

在所述第二组流通道中的所述至少一个流通道中执行所述第二流体的第二次压缩，以产生进一步压缩的第二流体，其中所述进一步压缩的第二流体的特征在于比所述第二流体的压力更高，其中所述第一组第一流通道由第一组转子导叶中的相邻转子导叶限定，其中所述第二组第二流通道由第二组转子导叶中的相邻转子导叶限定，其中所述第一组和所述第二组流通道中的各个流通道进一步由压缩斜坡限定，所述压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上，其中所述第一组和所述第二组转子导叶联接到第一转子盘和第二转子盘上且设置在第一转子盘和第二转子盘之间；

其中所述第一组流通道中的各个流通道在各个压缩斜坡的端部附近包括第一最小横截区域，且所述第二组流通道中的各个流通道在各个压缩斜坡的端部附近包括第二最小横截区域；其中所述第二最小横截区域小于所述第一最小横截区域。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述执行第一次压缩包括响应于所述第一流体流过所述第一组流通道中的各个流通道，而从各个压缩斜坡产生倾斜冲击波。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述执行第二次压缩包括响应于所述第二流体流过所述第二组流通道中的各个流通道，而从各个压缩斜坡产生另一个倾斜冲击波。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述执行第二次压缩进一步包括响应于所述第二流体流过所述第二组流通道中的各个流通道，而产生法向冲击波。

说明书

超音速压缩机和相关联的方法

技术领域

[0001] 本发明大体涉及压缩机，并且更具体而言，涉及超音速压缩机的转子。

背景技术

[0002] 压缩机用来压缩流体且广泛地用于范围为从制冷单元到喷气发动机的系统中。在运行期间，压缩机对处于较低压力的流体施加机械能，以将流体的压力提高到更高压力。流体的压缩以单个级或多个级执行。当前可用的压缩技术为从离心压缩系统到混合流压缩系统，再到轴向流压缩系统。压缩机的性能可通过在压缩级之前和之后的流体的压力比来测量。典型地，在单级压缩中实现的压力比较低。多级压缩可实现更高的压力比。但是，具有多个级的压缩机往往较大、复杂和高成本。

[0003] 相信超音速压缩机要克服传统的压缩机的一些限制。在这种超音速压缩机中，通过使入口流体与运动的转子接触来执行压缩，运动的转子具有多个转子导叶，其使入口流体从转子的低压力侧运动到转子的高压力侧。大体上，在这种超音速压缩机中，转子的高压力侧处的流体的速度降低到亚音速，因为在多个转子导叶限定的流通道内产生法向冲击波。法向冲击波与流通道中的边界层的相互作用导致压缩流体的局部流分离。这种局部流分离导致压缩机的总体运行效率降低。因而，需要增强的超音速压缩机。

发明内容

[0004] 根据一个示例性实施例，公开一种超音速压缩机转子。超音速压缩机转子包括第一转子盘和第二转子盘。另外，超音速压缩机转子包括第一组转子导叶，其联接到第一和第二转子盘上且设置在第一和第二转子盘之间，并且与第一和第二转子盘共同限定第一组流通道。超音速压缩机转子进一步包括第二组转子导叶，其联接到第一和第二转子盘上且设置在第一和第二转子盘之间，并且与第一和第二转子盘共同限定第二组流通道。第一组转子导叶设置成相对于第二组转子导叶偏移，并且第一组流通道和第二组流通道构造成使得第一组流通道中的各个流通道与第二组流通道中的至少一个流通道处于流体连通。另外，超音速压缩机转子包括多个压缩斜坡，其构造成使得各个压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上。

[0005] 根据一个示例性实施例，公开一种超音速压缩机。超音速压缩机包括具有流体入口和流体出口的壳体和转子轴。另外，超音速压缩机包括至少一个超音速压缩机转子，其设置在壳体内。超音速压缩机转子包括第一转子盘和第二转子盘，第二转子盘联接到第一转子盘和转子轴上。另外，超音速压缩机转子包括第一组转子导叶，其联接到第一和第二转子盘上且设置在第一和第二转子盘之间，并且与第一和第二转子盘共同限定第一组流通道。超音速压缩机转子进一步包括第二组转子导叶，其联接到第一和第二转子盘上且设置在第一和第二转子盘之间，并且与第一和第二转子盘共同限定第二组流通道。第一组转子导叶设置成相对于第二组转子导叶偏移，并且第一组流通道和第二组流通道构造成使得第一组流通道中的各个流通道与第二组流通道中的至少一个流通道处于流体连通。另外，超音速压缩机转子包括多个压缩斜坡，其构造成使得各个压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上。

[0006] 根据一个示例性实施例，公开一种压缩流体的方法。方法包括将第一流体引入到超音速压缩机转子的第一组流通道中的至少一个流通道，超音速压缩机转子构造成由轴驱动。另外，方法包括在第一组流通道中的至少一个流通道中执行第一流体的第一次压缩，以产生第二流体。方法进一步包括将第二流体引入到超音速压缩机转子的第二组流通道中的至少一个流通道。另外，方法包括在第二组流通道中的至少一个流通道中执行第二流体的第二次压缩，以产生进一步压缩的第二流体。进一步压缩的第二流体的特征在于比第二流体的压力更高，第一组第一流通道由第一组转子导叶中的相邻转子导叶限定，第二组第二流通道由第二组转子导叶中的相邻转子导叶限定，第一组和第二组流通道中的各个流通道进一步由压缩斜坡限定，压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上，并且第一组和第二组转子导叶联接到第一转子盘和第二转子盘上且设置在第一转子盘和第二转子盘之间。

附图说明

[0007] 当参照附图来阅读以下详细描述时，本公开的实施例的这些和其它特征和方面将变得更好理解，在附图中，相同标号在所有图中表示相同部件，其中：

[0008] 图1为根据一个示例性实施例的超音速压缩机的示意图；

[0009] 图2表示根据一个示例性实施例的超音速压缩机转子的分解图；

[0010] 图3表示根据一个示例性实施例的组装好的超音速压缩机转子的透视图；

[0011] 图4表示根据一个示例性实施例的超音速压缩机的一部分的局部透视图；

[0012] 图5为根据一个示例性实施例的超音速压缩机转子的示意图；

[0013] 图6为根据一个示例性实施例的超音速压缩机转子的一部分的示意图；

[0014] 图7A为根据一个示例性实施例的超音速压缩机转子的一部分的示意图；和[0015] 图7B为根据另一个示例性实施例的超音速压缩机转子的一部分的示意图。

具体实施方式

[0016] 虽然本文示出和描述本发明的实施例的仅某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和变化。因此要理解，所附权利要求意图覆盖落在本发明的精神内的所有这种修改和变化。

[0017] 如本文所使用，用语“超音速压缩机”表示包括超音速压缩机转子的压缩机。超音速压缩机可包括一个或多个超音速压缩机转子，其构造成压缩在多个转子导叶之间流体沿径向向内或向外流动的流体，转子导叶设置在成对的转子盘之间。在这种超音速压缩机中，流体从流体导管的低压力侧运送到多个转子导叶之间且然后运送到流体导管的高压力侧。

[0018] 超音速压缩机转子称为“超音速”，因为这种转子包括压缩斜坡且设计成围绕轴线以更高速度旋转，使得遇到转子的压缩斜坡的流体流具有为超音速的相对流体速度。相对流体速度可限定为压缩斜坡的前缘处的转子速度和在刚好遇到压缩斜坡的前缘的流体速度的矢量和。另外，相对流体速度还可称为“局部超音速入口速度”，其在某些实施例中，为入口流体速度和压缩机转子在压缩机的流体入口处的切向速度的组合。超音速压缩机转子以非常高的切向速度运行，例如切向速度的范围为250米/秒至800米/秒。

[0019] 在一个实施例中，示例性超音速压缩机可用于较大系统内，例如燃气涡轮发动机或喷气发动机。燃气涡轮发动机的总尺寸和重量可减小，因为可通过超音速压缩机获得增强的压缩比。通过限制在第二组转子导叶中的各个转子导叶的下游端部处的法向冲击波的产生，本文论述的实施例增强超音速压缩机的效率。另外，上面详细描述的实施例降低压缩流体经历局部流分离的趋势，因为边界层与法向冲击波较弱地相互作用。

[0020] 本文论述的实施例公开一种用于超音速压缩机的转子和压缩流体的方法。在一个或多个实施例中，本发明提供超音速压缩机，其包括超音速压缩机转子。超音速压缩机转子包括两组转子导叶，其设置在成对的转子盘之间。第一组转子导叶和成对的转子盘限定第一组流通道。第二组转子导叶和成对的转子盘限定第二组流通道。另外，多个压缩斜坡构造成使得各个压缩斜坡设置在与相邻转子导叶表面相对的转子导叶表面上。压缩斜坡构造成在第一组和第二组流通道中的各个流通道内产生倾斜冲击波。另外，在这种超音速压缩机中，法向冲击波的产生限制于第二组流通道中的各个流通道的端部。法向冲击波使压缩流体的速度仅在第二组流通道中的各个流通道的端部处降低到亚音速。

[0021] 图1为示例性超音速压缩机100的示意图，其包括进气区段102、设置在进气区段102下游的压缩机区段104、设置在压缩机区段104下游的排出区段106和驱动组件108。压缩机区段104通过转子轴112联接到驱动组件108上。在示例性实施例中，进气区段102、压缩机区段104和排出区段106中的各个定位在壳体114内。更具体而言，壳体114包括流体入口
116、流体出口118和内表面120，内表面120限定腔体122。腔体122延伸在流体入口116和流体出口118之间，并且限定流路径，以便流体从流体入口116流到流体出口118。进气区段
102、压缩机区段104和排出区段106中的各个定位在腔体122内。备选地，进气区段102和/或排出区段106可不定位在壳体114内。

[0022] 在示出的示例性实施例中，进气区段102包括入口导叶组件126，其包括一个或多个入口导叶128，以将第一流体224从流体入口116引导到压缩机区段104。压缩机区段104包括至少一个超音速压缩机转子130，其联接到转子轴112上。超音速压缩机转子130构造成沿径向压缩第一流体224，并且包括第一转子盘136、第二转子盘138和第一组和第二组转子导叶162，164。在示出的实施例中，超音速压缩机100构造成对第一流体224进行单级压缩。排出区段106包括出口导叶组件132，其具有一个或多个出口导叶133，以将压缩的第二流体226从压缩机区段104引导到流体出口118。驱动组件108通过转子轴112驱动超音速压缩机转子130。在其它实施例中，压缩机区段104可包括不止一个超音速压缩机转子130，并且构造成对第一流体224进行多级压缩。

[0023] 在示例性实施例中，流体入口116限定流路径，以便第一流体224从流体源124流到进气区段102。第一流体224可为任何流体，诸如，例如气体或气体混合物。进气区段102限定流路径，以便第一流体224从流体入口116流到压缩机区段104。压缩机区段104压缩第一流体224，并且将压缩的第二流体226排出到排出区段106。排出区段106的出口导叶组件132限定流路径，以便压缩的第二流体226从超音速压缩机转子130流到流体出口118。流体出口118将压缩的第二流体226馈送到输出系统134，诸如例如涡轮发动机系统、流体处理系统和/或流体存储系统。

[0024] 图2示出根据示例性实施例的超音速压缩机转子130的分解图。超音速压缩机转子130包括第一转子盘136、第二转子盘138、第一组转子导叶162、第二组转子导叶164和转子轴112。

[0025] 在示出的示例性实施例中，第一转子盘136包括第一径向表面144a、第二径向表面146a和延伸在第一径向表面144a和第二径向表面146a之间的本体163a。本体163a具有内表面140a和外表面142a。

[0026] 在示出的示例性实施例中，第二转子盘138包括第一径向表面144b、第二径向表面146b和延伸在第一径向表面144b和第二径向表面146b之间的本体163b。本体163b具有内表面140b和外表面142b。第二转子盘138进一步包括端壁148，其联接到第二径向表面146b上。
另外，端壁148联接到多个转子支承支柱160上，转子支承支柱又联接到转子轴112上。在示例性实施例中，第一转子盘136通过第一组和第二组转子导叶162，164联接到第二转子盘
138上。在某些其它实施例中，第一转子盘136可例如通过多个转子支承支柱160直接联接到转子轴112上。本文应当注意，转子轴112与第一转子盘136或第二转子盘138的联接可改变，这取决于应用和设计标准。

[0027] 在示出的示例性实施例中，第一周向轴线166用作定位第一组转子导叶162的几何基准。例如，在一个实施例中，第一周向轴线166穿过各个转子导叶162的中点168。应当注意，第一周向轴线166限定在第一转子盘136的第一径向表面144a和第二径向表面146a之间和第二转子盘138的第一径向表面144b和第二径向表面146b之间。各个转子导叶162与相邻导叶162间隔开间隙F1。在示出的实施例中，第一组转子导叶162包括六个转子导叶，其各个具有前缘178和后缘180。前缘178定位成分别邻近第一和第二转子盘136，138的第一径向表面144a，144b。类似地，后缘180定位成分别邻近第一和第二转子盘136，138的第二和第三周向轴线150a，150b。在显示的实施例中，沿着第一转子盘136的第一径向表面144a和第二径向表面146a之间的一组中点而限定第二周向轴线150a。类似地，沿着第二转子盘138的第一径向表面144b和第二径向表面146b之间的一组中点而限定第三周向轴线150b。在示出的示例性实施例中，各个转子导叶162包括压力侧导叶表面182和吸力侧导叶表面184。在一个实施例中，至少一个转子导叶162包括仅一个压缩斜坡176。在显示的实施例中，各个转子导叶162包括一个压缩斜坡176，其在与相邻转子导叶162的吸力侧导叶表面184相对的压力侧导叶表面182上。特别地，压缩斜坡176定位在各个转子导叶162的前缘178处。另外，各个转子导叶162具有导叶内侧206、导叶外侧208和高度244a，从导叶内侧206和导叶外侧208测量高度。

[0028] 在示出的示例性实施例中，第四周向轴线188用作定位第二组转子导叶164的几何基准。例如，在一个实施例中，第四周向轴线188穿过各个转子导叶164的中点186。各个转子导叶164与相邻导叶164间隔开间隙S1。在示出的实施例中，第二组转子导叶164包括六个转子导叶，其各个具有前缘190和后缘192。前缘190定位成邻近各个相邻转子导叶162的后缘180。本文应当注意，用语“邻近”表示在前缘190和后缘180之间没有居间导叶。类似地，后缘
192分别定位成邻近第一和第二转子盘136，138的第二径向表面146a，146b。在示出的示例性实施例中，各个转子导叶164包括压力侧导叶表面194和吸力侧导叶表面196。在一个实施例中，至少一个转子导叶164包括仅一个压缩斜坡198。在显示的实施例中，各个转子导叶
164包括压缩斜坡198，其在与相邻转子导叶164的吸力侧导叶表面196相对的压力侧导叶表面194上。特别地，压缩斜坡198定位在各个转子导叶164的前缘190处。另外，各个转子导叶
164具有导叶内侧209、导叶外侧211和高度244b，从导叶内侧209和导叶外侧211测量高度。
本文应当注意，第一组转子导叶162和第二组转子导叶164中的转子导叶的数量相同。

[0029] 在示出的示例性实施例中，压缩斜坡176，198分别与第一组和第二组转子导叶162，164成整体。包括这种整体压缩斜坡的转子导叶能例如通过用熔化金属浇铸或用单个金属零件机加工转子导叶来制造成。在某些其它实施例中，压缩斜坡176，198分别不与第一组和第二组转子导叶162，164成整体。在这种实施例中，各个转子导叶和对应的压缩斜坡分开来产生且在后来连结在一起。

[0030] 在示出的示例性实施例中，各个转子导叶162设置成相对于相邻转子导叶164偏移距离200。本文应当注意，用语“偏移”表示各个转子导叶164的前缘190设置成相对于相邻转子导叶162的后缘180 有“偏移距离”。在示例性实施例中，偏移距离200的范围可为第一组转子导叶162在前缘178处的直径的1%至15%。在第一组转子导叶162和第二组转子导叶164之间的偏移距离200可改变，这取决于应用和设计标准。

[0031] 在示例性实施例中，各个转子导叶162具有高度244a，其等于各个转子导叶162的长度的大约十分之一。各个转子导叶164具有高度244b，其等于各个转子导叶164的长度的大约六分之一。各个转子导叶164具有长度，其等于相邻转子导叶162的长度的四分之三。

[0032] 在某些实施例中，超音速压缩机转子130可使用任何适当的材料制造，例如，铝、铝合金、钢、钢合金、镍合金和钛合金，这取决于设计要求。在一些实施例中，还可使用复合结构，其结合若干不同的材料的相对强度，其包括上面列出的那些和非金属材料。压缩机壳体、入口导叶和出口导叶可由任何适当的材料制成，包括铸铁。在某些实施例中，超音速压缩机转子构件可通过金属浇铸技术和/或机加工来准备。

[0033] 图3表示根据示例性实施例的组装好的超音速压缩机转子130的透视图，其中第一组转子导叶162和第二组转子导叶164设置在第一转子盘136和第二转子盘138之间，并且各个转子导叶162，164分别通过导叶内侧206和209和导叶外侧208和211联接到转子盘136和138的本体163a和163b的内表面140a和140b上。在示例性实施例中，第一组转子导叶162和第二组转子导叶164可分别焊接到各个转子盘136，138的本体163a，163b上。在另一个实施例中，第一组转子导叶162和第二组转子导叶164可通过互补凹槽联接，即限定在本体163a，
163b上的鸠尾槽口和限定在转子导叶162，164中的槽口，或反之亦然。在另一个实施例中，通过机加工单个材料零件，第一组和第二组转子导叶162，164可集成到本体163a，163b上。
各个转子导叶162的前缘178设置成邻近第一径向表面144a(如图2中显示)，144b。各个转子导叶164的前缘190设置成邻近各个相邻转子导叶162的后缘180。各个转子导叶164的后缘
192设置成邻近第二径向表面146a(如图2中显示)，146b。

[0034] 在示出的示例性实施例中，第一组流通道210由相邻转子导叶162和第一和第二转子盘136，138限定。类似地，第二组流通道212由相邻转子导叶164和第一和第二转子盘136，138限定。更具体而言，各个流通道210形成在各个转子导叶162的压力侧导叶表面182和相邻转子导叶162的吸力侧导叶表面184之间。类似地，各个流通道212形成在各个转子导叶
164的压力侧导叶表面194和相邻转子导叶164的吸力侧导叶表面196之间。

[0035] 多个转子支承支柱160通过端壁148联接到转子轴112和第二转子盘138上。第一转子盘136通过第一组和第二组转子导叶162，164联接到第二转子盘138上。

[0036] 图4表示超音速径向流压缩机100的一部分的透视图。在示出的示例性实施例中，超音速压缩机转子130设置在超音速压缩机100的流体导管216内。由压缩机壳体114限定的流体导管216包括低压力侧218和高压力侧220。设置在压缩机壳体114内的超音速压缩机转子130由转子轴112沿参考标号222表示的方向驱动。

[0037] 当传动轴112旋转时，通过流体入口116引入(如图1中显示)的第一流体224进入流体导管216的低压力侧218，并且被沿径向向内引导到各个流通道210中(例如如图3中显示)。因为压缩斜坡176产生倾斜冲击波(例如如图2中显示)，第一流体224在各个流通道210内被压缩，即经历第一次压缩，以便产生第二流体225。在示例性实施例中，第二流体225然后进入至少一个流通道212(例如如图3中显示)。由于压缩斜坡198产生倾斜冲击波(例如如图2中显示)，第二流体225在各个流通道212内进一步压缩，即经历第二次压缩，以便产生进一步压缩的第二流体226。本文应当注意，用语“压缩的第二流体”和“进一步压缩的第二流体”可互换地使用。

[0038] 进一步压缩的第二流体226然后通过流体导管216的高压力侧220沿着方向227离开。流体导管216的高压力侧220内的进一步压缩的第二流体226可用来做功。

[0039] 超音速压缩机100构造成彻底压缩第一流体224。在运行期间，超音速压缩机转子130的旋转将第一流体224流分别从第一和第二转子盘136，138的第一径向表面144a，144b，通过第一组和第二组流通道210，212(例如如图3中显示)引导到圆柱形内空间123。在一些其它实施例中，超音速压缩机100可构造成彻底压缩第一流体224。在这种实施例中，超音速压缩机转子130的旋转使第一流体224分别从第一和第二转子盘136，138的第二径向表面
146a，146b(例如如图2中显示)，移动通过第二组和第一组流通道212，210(例如如图3中显示)，到达圆柱形外空间125。

[0040] 图5为根据示例性实施例的超音速压缩机转子130的示意图。超音速压缩机转子130包括第一组转子导叶162和第二组转子导叶164。在示例性实施例中，相邻转子导叶162形成第一对转子导叶228，并且相邻转子导叶164形成第二对转子导叶231。在本文显示的实施例中，第一组转子导叶162包括十六个转子导叶，而第二组转子导叶164包括十七个转子导叶。

[0041] 第一对转子导叶228限定第一入口开口230、第一出口开口232和流通道210。各个流通道210在第一入口开口230和第一出口开口232之间延伸，并且限定第一流路径，其由箭头234表示。第一入口开口230限定在入口边缘238a和入口边缘238b之间，入口边缘238a定位在各个转子导叶162的前缘178处，入口边缘238b定位成垂直于相邻转子导叶162上的入口边缘238a。因而，入口边缘238a和238b之间的假想线将垂直于转子导叶162的表面。第一出口开口232限定在出口边缘240a和出口边缘240b之间，出口边缘240a定位在各个转子导叶162的后缘180处，出口边缘240b定位成垂直于相邻转子导叶162上的出口边缘240a。各个流通道210在大小、形状和定向上设置成将第一流体224沿着第一流路径234从第一入口开口230引导到第一出口开口232

[0042] 第二对转子导叶231限定第二入口开口246、第二出口开口248和流通道212。各个流通道212延伸在第二入口开口246和第二出口开口248之间，并且限定第二流路径，其由箭头250表示。第二入口开口246限定在入口边缘252a和入口边缘252b之间，入口边缘252a定位在各个转子导叶164的前缘190处，入口边缘252b定位成垂直于相邻转子导叶164上的入口边缘252a。第二出口开口248限定在出口边缘254a和出口边缘254b之间，出口边缘254a定位在各个转子导叶164的后缘192处，出口边缘254b定位成垂直于相邻转子导叶164上的出口边缘254a。各个流通道212在大小、形状和定向上设置成将第二流体225沿着第二流路径250从第二入口开口246引导到第二出口开口248。

[0043] 在示出的示例性实施例中，至少一个压缩斜坡176定位在各个流通道210内。特别地，压缩斜坡176定位在第一入口开口230和第一出口开口232之间，并且在大小、形状和定向上设置成在运行期间在各个流通道210内产生一个或多个倾斜冲击波258。类似地，至少一个压缩斜坡198(也显示在图6中)定位在各个流通道212内。特别地，压缩斜坡198定位在第二入口开口246和第二出口开口248之间，并且在大小、形状和定向上设置成在各个流通道212内产生一个或多个倾斜冲击波259。

[0044] 在超音速压缩机转子130的运行期间，进气区段102(如图1中显示)将第一流体224引导向各个流通道210的第一入口开口230。第一流体224刚好在进入第一入口开口230之前具有第一速度，即接近速度。超音速压缩机转子130以第二速度围绕中心线轴线260旋转，使得进入各个流通道210的第一流体224在第一入口开口230处具有第三速度，即入口速度，其相对于各个转子导叶162为超音速。压缩斜坡176使倾斜冲击波258形成在各个流通道210内，从而压缩第一流体224，以产生第二流体225。第二流体225以超音速离开各个流通道210，并且被引导到至少一个第二入口开口246中，使得进入至少一个流通道212的第二流体
225在第二入口开口246处具有第四速度(超音速)，即，入口速度。压缩斜坡198另外使倾斜冲击波259形成在各个流通道212内，以进一步压缩第二流体225，而产生进一步压缩的第二流体226。

[0045] 图6为根据图5的超音速压缩机转子130的一部分的放大示意图。各个流通道210具有第一最小横截区域278，其沿着第一流路径234随着流通道210的宽度而改变。特别地，各个流通道210在压缩斜坡176的端部附近具有第一最小横截区域278a。本文应当注意，用语“第一最小横截区域”表示用于流过流路径234的第一流体224的流通道210的最小宽度。各个流通道210的第一最小横截区域278a还可称为“第一喉部区域”。

[0046] 在示例性实施例中，各个流通道212具有第二最小横截区域282，其沿着第二流路径250随着流通道212的宽度而改变。特别地，各个流通道212在压缩斜坡198的端部附近具有第二最小横截区域282a。本文应当注意，用语“第二最小横截区域”表示用于流过流路径250的第二流体225的流通道212的最小宽度。各个流通道212的第二最小横截区域282a还可称为“第二喉部区域”。

[0047] 在示出的实施例中，第二最小横截区域282a小于第一最小横截区域278a，以便在流通道212中进一步增强第二流体225的压缩。各个流通道210包括第一会聚部分292和第一发散部分294。各个流通道212包括第二会聚部分296和第二发散部分298。

[0048] 压缩斜坡176，198的位置限定超音速压缩机转子130的流通道210，212的喉部区域278a，282a。在实施例中，一个或多个压缩斜坡176可设置在各个转子导叶162的压力侧导叶表面182上。类似地，一个或多个压缩斜坡198可设置在各个转子导叶164的压力侧导叶表面
194上。在某些其它实施例中，各个转子导叶162，164可分别包括不止一个压缩斜坡176，
198。在这种实施例中，压缩斜坡176，198可定位在转子导叶表面182，184和194，196中的任一个或两者上。

[0049] 在超音速压缩机转子130的运行期间，第一流体224以为超音速的相对速度被引导到第一入口开口230中。进入各个流通道210的第一流体224接触压缩斜坡176，以在各个转子导叶162的前缘178处产生倾斜冲击波258。特别地，第一倾斜冲击波258a接触相邻转子导叶162的表面，并且第二倾斜冲击波258b从该表面以倾斜角度α1反射回来。

[0050] 在第一流体224穿过第一流通道210，即穿过第一会聚部分292和第一发散部分294时，第一流体224的速度可在边上降低，但是保持超音速。第一流体224的压力增加，从而产生第二流体225。第二流体225通过第二入口开口246进入至少一个流通道212 (如图5中显示)，并且接触压缩斜坡198，以在各个转子导叶164的前缘190处产生倾斜冲击波259。特别地，通过压缩斜坡198产生第三倾斜冲击波259a，并且第四倾斜冲击波259b以倾斜角度α2从相邻转子导叶164的表面反射回来。第二流体225的压力增大，从而产生进一步压缩的第二流体226。

[0051] 在第二流体225穿过至少一个流通道212，即穿过第二发散部分298中时，在各个流通道212中产生法向冲击波302。然后，第二流体225流到亚音速扩散区309，从而产生第二流体225的亚音速流。本文应当注意，法向冲击波302相对于第二流路径250沿着垂直方向304定向，导致第二流体225的速度降低到亚音速。在一些其它实施例中，可不产生法向冲击波302，这取决于超音速压缩机100的设计和运行状况。

[0052] 传统上，使用单组较长的转子导叶导致边界层与法向冲击波强烈相互作用。根据本发明的实施例，提供两组较短的转子导叶162，164而非单组较长转子导叶，导致产生较弱的倾斜冲击波258，259，从而减少压力损耗。另外，具有两组转子导叶162，164的超音速压缩机转子130导致形成较薄的边界层，并且从而使边界层更能抵抗分离，因为与法向冲击波302的相互作用较弱，并且因此导致较低的压力损耗。

[0053] 图7A为根据示例性实施例的超音速压缩机转子130的一部分的示意图。本文应当注意，为了示出和说明的原因，超音速压缩机转子130显示为开放裸露的形式。

[0054] 在示出的示例性实施例中，各个转子导叶162包括两个压缩斜坡176，177。特别地，压缩斜坡176设置在压力侧导叶表面182上，并且压缩斜坡177设置在吸力侧导叶表面184上。更具体而言，压缩斜坡176定位在前缘178处，并且压缩斜坡177定位在各个转子导叶162的中间区域179处。各个转子导叶164在压力侧导叶表面194的前缘190处包括压缩斜坡198。本文应当注意，用语“压力侧导叶表面”表示转子导叶的较长的表面，并且用语“吸力侧导叶表面”表示转子导叶的较短的表面。压力侧导叶表面处的流体压力比吸力侧导叶表面处的流体压力更高。各个流通道212的第二会聚部分296 (如图6中显示)定位成与各个流通道
210的第一会聚部分292相对，以便通过产生额外的倾斜冲击波259而进一步增强第二流体
225的压缩，额外的倾斜冲击波进一步从相邻转子导叶162反射到各个流通道212中。

[0055] 在示出的示例性实施例中，压缩斜坡176构造成响应于第一流体224流而产生倾斜冲击波258，以产生第二流体225。在第二流体225穿过第一发散部分294时，第二流体225膨胀，以产生膨胀的第二流体299。压缩斜坡177构造成响应于第一流体224流而产生额外的倾斜冲击波258，以便减少离开第一发散部分294的第二流体225的膨胀。

[0056] 图7B为根据另一个示例性实施例的超音速压缩机转子330的一部分的开放裸露图。在示出的示例性实施例中，各个转子导叶362包括两个压缩斜坡376，377，并且各个转子导叶364也包括两个压缩斜坡398，399。特别地，压缩斜坡376设置在压力侧导叶表面382上，并且压缩斜坡377设置在各个转子导叶362的吸力侧导叶表面384上。压缩斜坡398设置在压力侧导叶表面394上，并且压缩斜坡399设置在各个转子导叶364的吸力侧导叶表面396上。更具体而言，压缩斜坡398定位成在压力侧导叶表面394处邻近前缘390，并且压缩斜坡399也定位成在吸力侧导叶表面396处邻近前缘390。

[0057] 压缩斜坡398，399构造成响应于第二流体325流，而产生在压力侧导叶表面394和吸力侧导叶表面396两者上在前缘390处产生倾斜冲击波359。这种倾斜冲击波359在转子导叶364之间中进一步增强第二流体325的压缩，倾斜冲击波进一步从相邻转子导叶362反射。

[0058] 根据本发明的实施例，通过在第二组转子导叶之间进一步压缩压缩流体，本公开超音速压缩机能实现更高压力比。提供超音速压缩机转子的第一组和第二组转子导叶导致在转子导叶之间的压力损耗更低，从而提高超音速压缩机的效率。