本发明涉及一种复合发动机组件，所述复合发动机组件具有至少一个旋转内燃发动机、冲击式涡轮和每个内燃发动机的排出管，所述排出管在相应内燃发动机的排出口和所述涡轮的流道之间提供流体连通。每个排出管终止于喷嘴中。对于每个排出管，相应内燃发动机的管体积Vp和排量体积Vd之间的比Vp/Vd至多为1.5。每个排出管的截面积的最小值限定在所述喷嘴处。在一个实施例中，相应内燃发动机的最小截面积An和排出管的截面积Ae之间的比An/Ae至少为0.2。还讨论了一种复合至少一个旋转发动机的方法。
包括至少一个内燃发动机的发动机核心，每个内燃发动机限定内腔并包括密封地且旋转地容纳在所述内腔内的转子，以在所述内腔中提供体积可变的旋转室，所述旋转室中的每个旋转室的体积在最小体积和最大体积之间变化，所述最大体积和所述最小体积之间的差限定排量体积Vd，每个内燃发动机具有与所述内腔连通的进入口和排出口；
构造为冲击式涡轮的涡轮，所述涡轮具有至多为0.25的基于压力的反动比，所述涡轮包括转子，所述转子包括延伸跨过流道的转子叶片周向阵列；和每个内燃发动机的排出管，每个排出管具有管体积Vp，每个排出管在所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的所述排出口和所述涡轮的所述流道之间提供流体连通，每个排出管终止于与所述流道的位于所述转子叶片上游的部分连通的喷嘴中；
其中，对于每个排出管，所述管体积Vp和所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的所述排量体积Vd之间的比Vp/Vd至多为1.5；并且其中，每个排出管的截面积的最小值限定在所述喷嘴处。
2.如权利要求1所述的复合发动机组件，其中，每个内燃发动机的所述转子和所述涡轮的所述转子与共同的负载驱动地接合。
3.如权利要求1或2所述的复合发动机组件，其中，所述比Vp/Vd至多为1.0。
4.如权利要求1或2所述的复合发动机组件，其中，所述喷嘴上游的每个排出管的截面积是恒定的。
5.如权利要求4所述的复合发动机组件，其中，所述喷嘴上游的每个排出管的截面积相当于所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的所述排出管的截面积。
6.如权利要求1、2和5中的任一项所述的复合发动机组件，其中，对于每个排出管，所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的所述喷嘴处的截面积的最小值An与所述排出口的截面积Ae之间的比An/Ae至少为0.2。
7.如权利要求6所述的复合发动机组件，其中，所述比An/Ae至多为0.6。
8.如权利要求6所述的复合发动机组件，其中，所述比An/Ae至少为0.4。
9.如权利要求1、2、5、7和8中的任一项所述的复合发动机组件，其中，每个内燃发动机是汪克尔发动机，所述转子具有三个顶角部，所述顶角部将所述旋转室分隔并被安装用于所述内腔内的偏心转动，所述内腔具有带两个凸角的外旋轮线形状。
10.如权利要求1、2、5、7和8中的任一项所述的复合发动机组件，其中，所述涡轮是第一级涡轮，所述组件还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器包括彼此驱动地接合的压缩机和第二级涡轮，所述压缩机的出口与每个内燃发动机的所述进入口流体连通，并且所述第二级涡轮的进口与所述第一级涡轮的位于所述第一级涡轮的所述转子叶片下游的所述流道的部分流体连通，所述第二级涡轮的基于压力的反动比高于所述第一级涡轮的基于压力的反动比。
11.如权利要求1、2、5、7和8中的任一项所述的复合发动机组件，其中，所述至少一个内燃发动机包括第一和第二内燃发动机，所述第一内燃发动机的所述排出管的所述喷嘴沿着所述涡轮的周向方向与所述第二内燃发动机的所述排出管的所述喷嘴间隔开。
12.如权利要求1、2、5、7和8中的任一项所述的复合发动机组件，还包括与每个内燃发动机连通的重质燃料源。
13.一种复合发动机组件，所述复合发动机组件包括：
包括至少一个内燃发动机的发动机核心，每个内燃发动机限定内腔并包括密封地且旋转地容纳在所述内腔内的转子，以在所述内腔中提供体积可变的旋转室，每个内燃发动机具有与所述内腔连通的进入口和排出口，每个排出口具有截面积Ae；
构造为冲击式涡轮的涡轮，所述涡轮具有至多为0.25的基于压力的反动比，所述涡轮包括转子，所述转子具有延伸跨过流道的转子叶片周向阵列；和每个内燃发动机的排出管，每个排出管在所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的所述排出口和所述涡轮的所述流道之间提供流体连通，每个排出管终止于与所述流道的位于所述转子叶片上游的部分连通的喷嘴中；
其中，对于每个排出管，所述喷嘴限定所述排出管的最小截面积An；并且其中，对于每个排出管，所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的最小截面积An与所述排出口的截面积Ae之间的比An/Ae至少为0.2。
14.如权利要求13所述的复合发动机组件，其中，每个内燃发动机的所述转子和所述涡轮的所述转子与共同的负载驱动地接合。
15.如权利要求13或14所述的复合发动机组件，其中，所述喷嘴上游的每个排出管的截面积是恒定的。
16.如权利要求15所述的复合发动机组件，其中，所述喷嘴上游的每个排出管的截面积相当于所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的所述排出管的截面积Ae。
17.如权利要求13、14和16中的任一项所述的复合发动机组件，其中，所述比An/Ae至多为0.6。
18.如权利要求17所述的复合发动机组件，其中，所述比An/Ae至少为0.4。
19.如权利要求13、 14、16和18中的任一项所述的复合发动机组件，其中，每个内燃发动机是汪克尔发动机，所述转子具有三个顶角部，所述顶角部将所述旋转室分隔并被安装用于所述内腔内的偏心转动，所述内腔具有带两个凸角的外旋轮线形状。
20.如权利要求13、 14、16和18中的任一项所述的复合发动机组件，其中，所述涡轮是第一级涡轮，所述组件还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器包括彼此驱动地接合的压缩机和第二级涡轮，所述压缩机的出口与每个内燃发动机的所述进入口流体连通，并且所述第二级涡轮的进口与所述第一级涡轮的位于所述第一级涡轮的所述转子叶片下游的所述流道的部分流体连通，所述第二级涡轮的基于压力的反动比高于所述第一级涡轮的基于压力的反动比。
21.如权利要求13、 14、16和18中的任一项所述的复合发动机组件，还包括与每个内燃发动机连通的重质燃料源。
22.一种复合至少一个旋转发动机的方法，所述方法包括：
提供被构造成冲击式涡轮的涡轮，所述涡轮具有至多为0.25的基于压力的反动比；
将每个旋转发动机和所述涡轮驱动地接合至共同的负载；
使排气通过相应排出管的第一部分并且随后经过相应排出管的喷嘴而从每个旋转发动机的排出口进行循环，所述排出口具有第一截面积，所述喷嘴具有第二截面积，所述第二截面积小于所述第一截面积；并且使所述排气从所述喷嘴循环至所述涡轮的进口，包括将所述排气引导到所述涡轮的转子的叶片上。
具有排出管喷嘴的复合发动机组件
[0001] 有关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2015年6月16日提交的美国申请第14/740,889号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本申请通常涉及一种复合发动机组件，并且更具体地涉及包括一个或多个旋转内燃发动机的这种复合发动机组件。
背景技术
[0004] 已知包括具有往复式发动机的冲击式涡轮的复合发动机组件，并且其通常地包括具有相对高的管体积的长排出管，该管体积足以将排气脉冲的压力保持在可接受水平上，该水平和与冲击式涡轮的连接处的可接受流动速度相应。然而，较长的排出管通常会导致排气脉冲的较大功率损失，并且相应地导致复合涡轮恢复较少。
发明内容
[0005] 在一个方面中，提供了一种复合发动机组件，所述复合发动机组件包括：包括至少一个内燃发动机的发动机核心，每个内燃发动机限定内腔并包括密封地且旋转地容纳在所述内腔内的转子，以在所述内腔中提供体积可变的旋转室，所述旋转室中的每个旋转室的体积在最小体积和最大体积之间变化，所述最大体积和所述最小体积之间的差限定排量体积Vd，每个内燃发动机具有与所述内腔连通的进入口和排出口；构造为冲击式涡轮的涡轮，所述涡轮具有至多为0.25的基于压力的反动比（reaction ratio），所述涡轮包括转子，所述转子包括延伸跨过流道的转子叶片周向阵列；和每个内燃发动机的排出管，每个排出管具有管体积Vp，每个排出管在所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的所述排出口和所述涡轮的所述流道之间提供流体连通，每个排出管终止于与所述流道的位于所述转子叶片上游的部分连通的喷嘴中；其中对于每个排出管，所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的所述管体积Vp和所述排量体积Vd之间的比Vp/Vd至多为1.5；并且其中，每个排出管的截面积的最小值限定在所述喷嘴处。
[0006] 在另一个方面中，提供了一种复合发动机组件，所述复合发动机组件包括：包括至少一个内燃发动机的发动机核心，每个内燃发动机限定内腔并包括密封地且旋转地容纳在所述内腔内的转子，以在所述内腔中提供体积可变的旋转室，每个内燃发动机具有与所述内腔连通的进入口和排出口，每个排出口具有截面积Ae；构造为冲击式涡轮的涡轮，所述涡轮具有至多为0.25的基于压力的反动比，所述涡轮包括转子，所述转子具有延伸跨过流道的转子叶片周向阵列；和每个内燃发动机的排出管，每个排出管在所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的所述排出口和所述涡轮的所述流道之间提供流体连通，每个排出管终止于与所述流道的位于所述转子叶片上游的部分连通的喷嘴中；其中，对于每个排出管，所述喷嘴包括相对于所述排出管的剩余部分而言截面积减少的一部分，所述喷嘴限定所述排出管的最小截面积An；并且其中，对于每个排出管，所述至少一个内燃发动机中的相应内燃发动机的最小截面积An与所述排出口的截面积Ae之间的比An/Ae至少为0.2。
[0007] 在进一步的方面中，提供了一种复合至少一个旋转发动机的方法，所述方法包括：提供被构造成冲击式涡轮的涡轮，所述涡轮具有至多为0.25的基于压力的反动比；将每个旋转发动机和所述涡轮驱动地接合至共同的负载；使排气通过具有第一截面积的相应排出管的第一部分并且随后经过具有第二截面积的相应排出管的喷嘴而从每个旋转发动机的排出口进行循环，所述第二截面积小于所述第一截面积；并且使所述排气从所述喷嘴循环至所述涡轮的进口，包括将所述排气引导到所述涡轮的转子的叶片上。
附图说明
[0008] 现在参照附图，在附图中：
[0009] 图1是根据特定实施例的复合发动机组件的框图；
[0010] 图2是根据特定实施例的可用于诸如图1所示的复合发动机组件中的汪克尔发动机的截面图；
[0011] 图3是根据特定实施例的图1的复合发动机组件的一部分的示意图；
[0012] 图4是对于包括具有恒定截面积的排出管的复合发动机和对于包括具有根据特定实施例的喷嘴的排出管的复合发动机而言的压力变化关于曲柄角的示意性图表；并且[0013] 图5是对于包括具有恒定截面积的排出管的复合发动机和对于包括具有喷嘴的排出管的复合发动机而言的流动速度变化关于曲柄角的示意性图表。
具体实施方式
[0014] 参照图1，示意性地示出了复合发动机组件10。复合发动机组件10包括具有一个或多个内燃发动机12的发动机核心。（多个）核心发动机12驱动共同的负载。在所示实施例中，该共同的负载包括输出轴16，该输出轴16可以，例如，通过减速箱（未示出）与推进器连接并且每个核心发动机12接合至输出轴16。其它可能的共同的负载可包括但不局限为一个或多个压缩机和/或（多个）风扇转子、（多个）发电机、附件装置、（多个）转子柱（rotor mast）、或其他任意类型的负载、或其组合。
[0015] 在特定的实施例中，复合发动机组件10还包括涡轮增压器18，该涡轮增压器18包括通过轴24驱动地互连的压缩机20和第二级涡轮22。在特定实施例中，第二级涡轮22是压力涡轮，也被称为反动式涡轮。压缩机20和第二级涡轮22可以分别是单级装置或多级装置，该多级装置具有单个轴或其被分离为并联或串联的多个独立轴，并且可以分别是离心装置或轴向装置。涡轮增压器18的压缩机20在空气进入（多个）核心发动机12之前压缩空气。压缩机20和第二级涡轮22可各自包括具有径流叶片、轴流叶片或混流叶片的一个或多个转子。
[0016] 在所示实施例中，涡轮增压器18的轴24独立于共同的负载旋转。涡轮增压器轴24可沿着不同于输出轴16的轴线的轴线延伸，例如与输出轴16横切，或者可以被限定为与输出轴16同轴；涡轮增压器轴和输出轴16可以例如通过传动装置被联接从而一起旋转，或者可以彼此独立旋转。
[0017] 可替代地，涡轮增压器18可以被省略。
[0018] 每个核心发动机12提供以排气脉冲形式的排气流。将来自核心发动机12的排气流提供给与其流体连通的复合或第一级涡轮26，而且驱动共同的负载。第一级涡轮26被构造为速度型涡轮，也被称为冲动式涡轮，并且可以是轴流式涡轮、径流式涡轮或混流式涡轮。
[0019] 纯冲动式涡轮通过改变流动方向来工作，而不加速转子内的流动；在跨过转子叶片没有明显压降的情况下流体发生偏转。纯冲动式涡轮的叶片被设计为使得，在垂直于流动方向的横向平面中，限定在叶片之间的面积在叶片前缘处和在叶片后缘处是相同的：涡轮的流动面积是恒定的，并且叶片通常关于旋转盘的平面对称。纯冲动式涡轮的工作仅仅是由于通过涡轮叶片的流动方向的变化。典型的纯冲动式涡轮包括蒸汽涡轮和水力涡轮。
[0020] 相反，反动式涡轮加速转子内的流动，但是需要跨过转子的静态压降来实现这种流动加速。反动式涡轮的叶片被设计为使得，在垂直于流动方向的横向平面中，限定在叶片之间的面积在叶片前缘处大于在叶片后缘处：涡轮的流动面积沿着流动方向减少，并且叶片通常不关于旋转盘的平面对称。纯反动式涡轮的工作主要是由于通过涡轮叶片的流动加速。
[0021] 大多数航空涡轮不是“纯冲动式”或“纯反动式”，而是在这两种相反但互补的原则的混合下运行，即，跨过叶片存在压降，涡轮叶片的流动面积沿着流动方向存在一些减少，并且涡轮的旋转速度是由于流动的加速和流动方向的变化。可以使用基于温度的反动比（公式1）或基于压力的反动比（公式2）来确定涡轮的反动度（degree of reaction），对于同一个涡轮，该反动度通常彼此接近：
[0022]
[0023] 其中，T是温度并且P是压力，s指的是静压口，并且数字指的是测量温度或压力的位置：0是涡轮静叶（定子）的进口，3是涡轮叶片（转子）的进口并且5是涡轮叶片（转子）的出口；并且其中，纯冲动式涡轮将会具有0的反动比（0%）而纯反动式涡轮将会具有1的反动比（100%）。
[0024] 被称为冲动式涡轮的航空涡轮通常具有0.25（25%反动比）或更低的反动比，尽管也可能是其它值。
[0025] 在特定实施例中，第一级涡轮26配置为利用离开（多个）核心发动机12的脉动流的动能，同时稳定住流，并且第二级涡轮22配置为从流中的剩余压力提取能量。因此，第一级涡轮26的反动比比第二级涡轮22的反动比更低（即，具有更低的值）。
[0026] 在特定实施例中，第二级涡轮22具有高于0.25的反动比；在另一个特定实施例中，第二级涡轮22具有高于0.3的反动比；在另一个特定实施例中，第二级涡轮22具有大约0.5的反动比；在另一个特定实施例中，第二级涡轮22具有高于0.5的反动比。
[0027] 在特定实施例中，第一级涡轮26具有至多为0.2的反动比；在另一个特定实施例中，第一级涡轮26具有至多为0.15的反动比；在另一个特定实施例中，第一级涡轮26具有至多为0.1的反动比；在另一个特定实施例中，第一级涡轮26具有至多为0.05的反动比。
[0028] 要理解的是，第二级涡轮22的上述任一反动比都可以与第一级涡轮26的上述任一反动比组合，并且这些反动比都可以是基于压力的或基于温度的。也可能是其它值。
[0029] 在所示的实施例中，第一级涡轮26通过适当类型的传动装置28（例如，行星齿轮系统、星型齿轮系统、偏移齿轮系统或斜齿轮系统）来与输出轴16连接。第一级涡轮26的出口与第二级涡轮22的进口流体连通。通过第二级涡轮22从离开第一级涡轮26的排气提取能量以经由连接轴24驱动压缩机20。
[0030] 尽管未示出，但是空气可以可选地循环通过在压缩机20与（多个）核心发动机12之间的中间冷却器，并且复合第一级发动机组件10还包括冷却系统，该冷却系统包括，例如，针对用于冷却每个核心发动机12的壳体的冷却剂（例如，水-乙烯、油、空气）的循环系统、（多个）核心发动机12的内部机械部件的油冷却剂、一个或多个冷却剂换热器等。
[0031] 每个核心发动机12的（多个）燃料喷射器（在特定实施例中是共轨燃料喷射器）与重质燃料（例如，柴油、煤油（喷气燃料）、等效生物燃料）源30连通，并且将重质燃料递送到（多个）核心发动机12中从而对燃烧室进行分层，使得燃料-空气的浓混合物靠近点火源，而稀混合物位于其它地方。
[0032] 在特定实施例中，每个核心发动机12是旋转的内燃发动机，该发动机具有密封地接合在相应壳体中的转子。在特定实施例中，该旋转的发动机是汪克尔发动机。参照图2，示出了汪克尔发动机的示例性实施例；要理解的是，在复合发动机组件10中使用的（多个）核心发动机12的配置，例如，端口的放置、密封件的数量和放置等，可以与所示实施例的配置不同。此外，可以理解的是，每个核心发动机12可以是任何其它类型的内燃发动机，包括但不限于任何其它类型的旋转发动机。
[0033] 如图2所示，每个汪克尔发动机包括壳体32，该壳体32限定出内腔，该内腔具有限定出两个凸角的轮廓，该轮廓优选为外旋轮线。将转子34容纳在内腔内。转子限定出3个周向间隔的顶角部36、和具有向外拱起的侧面的大致三角形轮廓。顶角部36与壳体32的周壁38的内表面密封接合以在转子34与壳体32之间形成3个工作室40。
[0034] 转子34与输出轴16的偏心部42接合以在内腔内执行公转。输出轴16针对转子34的每次公转执行3次旋转。转子34的几何轴线44偏移开壳体32的轴线46并且与其平行。在每次公转期间，每个工作室40都会发生体积变化，并且围绕内腔移动以经历进入、压缩、膨胀和排出四个阶段。在转子34的转动期间，每个室40的最大和最小体积之间的差限定了发动机的排量体积Vd。
[0035] 通过周壁38来提供进入口48，以使压缩的空气依次能够进入每个工作室40。还通过周壁38来提供排出口50，以依次从每个工作室40排出排气。还通过周壁38来提供用于预热塞、火花塞或其它点火元件以及用于一个或多个燃料喷射器（未示出）的通道52。可替代地，可以通过壳体的端壁或侧壁54来提供进入口48、排出口50和/或通道52；并且/或者，点火元件和先导燃料喷射器可以与先导子室（未示出）连通，该先导子室被限定在壳体32中并且与内腔连通，用于先导喷射。先导子室可以例如限定在被容纳在周壁38中的插入件（未示出）中。
[0036] 为了进行高效操作，例如，通过从转子34延伸出来以接合周壁38的弹簧装载式顶角密封件56、以及从转子34延伸出来以接合端壁54的端部或角部密封件60和弹簧装载式端面或气体密封件58来密封工作室40。转子34还包括至少一个弹簧装载式油封环62，该弹簧装载式油封环62围绕轴偏心部42上的转子34的轴承而偏靠端壁54。
[0037] 每个汪克尔发动机都以相对较长的排气脉冲的形式提供排气流；例如，在特定实施例中，每个汪克尔发动机在输出轴每旋转360o时都具有一次爆炸，排出口保持打开达到该旋转的大约270o，从而提供大约75%的脉冲占空比。相比之下，往复式4冲程活塞发动机的活塞通常在输出轴每旋转720o时具有一次爆炸，排出口保持打开达到该旋转的大约180o，从而提供25%的脉冲占空比。
[0038] 在特定实施例中，该实施例可能特别适合于低海拔地区但不仅限于此，每个汪克尔发动机具有从5至9的体积膨胀比和低于该体积膨胀比的体积压缩比。可以通过使排气温度处于材料极限来使第一级涡轮26的功率恢复最大化，并且因此适合于这种相对较低的体积压缩比，这可以有助于增加汪克尔发动机的功率密度并且还可以改进高速燃烧和重质燃料的燃烧。
[0039] 参照图3，在特定实施例中，复合发动机组件10包括两个（2）例如图2中所示的采用汪克尔发动机形式的核心发动机12，输出轴16的两个偏心部42彼此成角度地偏移180o，以平衡复合发动机组件10。在其它实施例中，可以提供更多或更少的核心发动机12；例如在另一个特定实施例中，核心包括四个（4）汪克尔发动机。
[0040] 在所示实施例中，第一级涡轮26的传动装置28包括附接在第一级涡轮26的转子的轴上的太阳齿轮76、和与太阳齿轮76啮合的行星齿轮78的阵列。行星齿轮78安装在驱动地接合至输出轴16的旋转载体上。行星齿轮78与静止的环形齿轮79啮合。在另一个实施例中，行星齿轮78安装在静止载体上，并且行星齿轮78与驱动地接合至输出轴16的环形齿轮啮合。可以选择传动装置28的减速比以使第一级涡轮26和核心发动机12的操作最优化。其它构造也是可行的。例如，第一级涡轮26可以以偏置方式安装，而不是与核心发动机12同轴。第一级涡轮26可以通过角传动系统（例如垂直传动系统，例如包括变速箱和塔轴）驱动地接合至输出轴16。
[0041] 第一级涡轮26的转子叶片64延伸跨过环形流道66。在所示实施例中，第一级涡轮26的转子是轴向转子并且流道66轴向地延伸。尽管未示出，但是在所有实施例中，可以使用诸如进入导叶、泄压阀、废气门等可变几何元件来获得期望的系统可操作性。
[0042] 组件10包括用于每个核心发动机12的排出管68。每个排出管68从相应核心发动机12的相应排出口50（还参见图2）延伸至第一级涡轮流道66的位于转子叶片64上游的部分，以在其之间提供流体连通。
[0043] 每个排出管68的出口和/或流道66的形状被确定为将排气脉冲引导到叶片64上，从而使得排气脉冲能够驱动第一级涡轮26的转子的旋转。排出管68彼此独立地延伸，并且具有相对小的长度，这在特定实施例中使得增加了用以驱动第一级涡轮26的排气脉冲动能的用途。在特定实施例中，排出管68的长度足够小，以使得每个排出管68的内体积Vp和相应核心发动机12的排量体积Vd之间的比Vp/Vd至多为1.5；在另一个特定实施例中，Vp/Vd至多为1.2；在另一个特定实施例中，Vp/Vd至多为1.0。
[0044] 更短的排出管68可以带来排出管出口处的高压力；更高的流动压力导致流密度更高，这导致流动速度变低；更低的流动速度进而可导致第一级涡轮26中的较低的能量恢复。在特定实施例中，这一效果是通过将喷嘴70包括在每个排出管68的限定与第一级涡轮流道
66连通的部分中得到补偿。在所示的实施例中，喷嘴70位于排出管68的出口端处，紧挨流道
66的上游。喷嘴70限定每个排出管68的最小截面积。由喷嘴70所限定的排出管68的减小截面积使得通过喷嘴70的流动速度能够增加，与长度和体积类似但在其整个长度上具有恒定截面积的排出管68相比，这在特定实施例中在第一级涡轮26中能够得到改进的能量恢复。
[0045] 在所示的实施例中，第一级涡轮流道66和排出管68之间的喷嘴70及相应的连通部绕着第一级涡轮26的周向方向间隔开。
[0046] 在所示的实施例中，每个排出管68的截面积在喷嘴70的上游是恒定的，例如在排出管68的从其与排出口50的连通部延伸到喷嘴70的部分69中，并且这个恒定截面积相当于连接到排出管68的发动机排出口50的截面积。可替代地，排出管68可具有与排出口50的截面积不同的截面积，并且可以例如小于相应排出口50的截面积。
[0047] 在特定实施例中，每个排出管68在喷嘴70处的截面积的最小值An和相应排出口50的截面积Ae之间的比An/Ae至少为0.2。在其它实施例中，比An/Ae可以至少为0.4、至多为0.6、从0.2到0.6或从0.4到0.6。在特定实施例中，比An/Ae可以为约0.5。其它值也是可以的。
[0048] 此外，进入管72被连接至每个进入口48（还参见图2），并且如果提供涡轮增压器，则其提供了进入口48和压缩机20的出口之间的流体连通（图1）。涡轮管80从转子叶片64下游的第一级涡轮26的流道66延伸出，并且如果提供了涡轮增压器，则其提供了第一级涡轮26的排出部和第二级涡轮22的进口之间的流体连通（图1）。
[0049] 因此在特定实施例中，发动机核心的（多个）内燃发动机12通过以下方式复合：提供第一级涡轮26，驱动地将每个发动机12和第一级涡轮26接合至共同的负载，使排气从每个排出口50经过相应排出管68的第一部分69（例如具有与排出口50的截面积相同的截面积Ae）并随后经过喷嘴（具有比第一部分69的截面积小的截面积An）进行循环。排气随后从喷嘴循环到第一级涡轮26的进口，并被引导到其转子的叶片64上。
[0050] 图4-5示出了在排出管68的出口处存在喷嘴70（截面积减小）的效果的实例。两个图表示出了类似于上面描述的组件10的两个组件之间的比较，该组件除了其排出管68的构造以外是一样的。两个组件都包括限定比Vp/Vd为0.8的排出管。在第一组件中，排出管在其出口端处包括喷嘴，该喷嘴限定比An/Ae为0.95，即排出管的截面积在与第一级涡轮流道66的连接部处并未大量减小。在第二组件中，排出管在其出口端处包括喷嘴，该喷嘴限定比An/Ae为0.48。
[0051] 在图4中示出了压力变化相对于输出轴16的曲柄角的关系。可以看到，出口喷嘴较大（An/Ae为0.95）的组件的静压脉冲P1低于出口喷嘴较小（An/Ae为0.48）的组件的静压脉冲P2；其中，喷嘴越大，由于截面积较大因此在脉冲开始时离开管的流越多，因此压力建立则越不陡峭。
[0052] 在图5中示出了在与涡轮进口或与第一级涡轮流道66的连通部相邻的排出管出口处的流动速度（马赫数MN）的变化相对于输出轴16的曲柄角的关系。可以看到，对于出口喷嘴较小（An/Ae为0.48）的组件，流动速度处于最大值MMAX（在特定实施例中，其相当于Mach为1）所维持的时间（如M2所示）比出口喷嘴较大（An/Ae为0.95）的组件（如M1所示）更长。由此，存在由较小的喷嘴70所限定的减小的截面积使得在第一级涡轮进口处的平均流动速度增加。在特定实施例中，包括较小出口喷嘴（An/Ae为0.48）的组件的涡轮进口处的流动速度M2达到约Mach为1的最大值MMAX，并且平均值为约Mach 0.8。其它值也是可以的。在特定实施例中，流动速度的平均值较大提供了第一级涡轮26的更优性能，并且在最大值Mn=1处在全360度的曲柄角的较大比例使得涡轮中的脉动流的瞬态效应较少地受干扰且更接近恒定流动的涡轮，这可带来更优的效率。
[0053] 在特定实施例中，喷嘴70在短的排出管的出口端处产生了比在长的排出管的出口端处所得相当或更高的流动速度，长的排出管足够长，从而避免导致流动速度减小的压力增加，同时避免与在如此长的排出管的长度上发生的排气脉冲的抑制相关联的能量损失。
[0054] 上面的描述仅出于示例性目的，并且本领域技术人员将认识到，在不脱离所公开的本发明的范围的情况下，可以对所描述的实施例进行改变。根据对本公开的审查，落入本发明范围的修改对于本领域技术人员来说将会是清楚的，并且这种修改旨在落入随附权利要求书内。
