CN102410249A - 超音速压缩机转子及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超音速压缩机转子及其组装方法，具体而言，超音速压缩机转子包括：转子盘，其包括上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之间延伸的径向外表面，径向外表面包括入口表面、出口表面以及在入口表面和出口表面之间延伸的过渡表面，转子盘限定了中心轴线；多个叶片，其联接在径向外表面上，相邻的叶片形成对，并定向成使得在各对相邻的叶片之间限定了流动通道，流动通道在入口孔和出口孔之间延伸，入口表面限定了在入口孔和过渡表面之间延伸的入口平面，出口表面限定了在出口孔和过渡表面之间延伸的出口平面，其不平行于入口平面；以及至少一个超音速压缩斜坡件，其定位在流动通道内，以有利于在流动通道内形成至少一个压缩波。

Description

超音速压缩机转子及其组装方法
技术领域
本文所描述的主题一般地涉及超音速压缩机系统(supersoniccompressor system)，并且更具体地说，涉及一种用于与超音速压缩机系统一起使用的超音速压缩机转子。
背景技术
至少某些已知的超音速压缩机组件包括进入段、排出段以及至少一个定位在进入段和排出段之间的超音速压缩机转子。
已知的超音速压缩机转子包括联接在转子盘上的多个箍条(strake)。各个箍条关于转子盘在周向上定向并限定了相邻箍条之间的轴向流动通道。至少某些已知的超音速压缩机转子包括联接在转子盘上的超音速压缩斜坡件(compression ramp)。已知的超音速压缩斜坡件定位在轴向流动路径内，并且配置成在流动路径内形成压缩波。已知的超音速压缩机组件包括进入段，其包括轴向定向的流动路径以有利于在轴向方向上引导流体。另外，至少某些已知的超音速压缩机组件包括排出段，其配置成可从已知的超音速压缩机转子中接收轴向定向的流体流。
在至少某些已知的超音速压缩机组件的操作期间，超音速压缩机转子在高转速下旋转。流体在轴向方向上从进入段中引入到超音速压缩机转子中，使得流体通过其速度而突出，该速度相对于超音速压缩机转子是超音速的。至少某些已知的超音速压缩机转子是在轴向方向上排出流体。当在轴向方向上引导流体时，定位在超音速压缩机转子下游的排出段需要设计成接收轴向定向的流。在例如分别于2005年3月28日和2005年3月23日提交的美国专利No.7,334,990和7,293,955以及于2009年1月16日提交的美国专利申请2009/0196731中描述了已知的超音速压缩机系统。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种超音速压缩机转子。超音速压缩机转子包括转子盘，其包括上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之间延伸的径向外表面。径向外表面包括入口表面、出口表面以及在入口表面和出口表面之间延伸的过渡表面。转子盘限定了中心轴线。多个叶片联接在径向外表面上。相邻的叶片形成了对，并且定向成使得在各对相邻的叶片之间限定了流动通道。流动通道在入口孔和出口孔之间延伸。入口表面限定了入口平面，其在入口孔和过渡表面之间延伸。出口表面限定了出口平面，其在出口孔和过渡表面之间延伸，其不平行于入口平面。至少一个超音速压缩斜坡件定位在流动通道内，以有利于在流动通道内形成至少一个压缩波。
在另一实施例中，提供了一种超音速压缩机系统。超音速压缩机系统包括壳体，其限定了在流体入口和流体出口之间延伸的空腔。驱动轴定位在壳体内，并限定了中心轴线。驱动轴可旋转地联接在驱动组件上。超音速压缩机转子联接在驱动轴上。超音速压缩机转子定位在流体入口和流体出口之间，以用于引导流体从流体入口流向流体出口。超音速压缩机转子包括转子盘，其包括上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之间延伸的径向外表面。径向外表面包括入口表面、出口表面以及在入口表面和出口表面之间延伸的过渡表面。多个叶片联接在径向外表面上。相邻的叶片形成了对，并且定向成使得在各对相邻的叶片之间限定了流动通道。流动通道在入口孔和出口孔之间延伸。入口表面限定了入口平面，其在入口孔和过渡表面之间延伸。出口表面限定了出口平面，其在出口孔和过渡表面之间延伸，其不平行于入口平面。至少一个超音速压缩斜坡件定位在流动通道内，以有利于在流动通道内形成至少一个压缩波。
在又一实施例中，提供了一种组装超音速压缩机转子的方法。该方法包括提供一种转子盘，其包括上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之间延伸的径向外表面。径向外表面包括入口表面、出口表面以及在入口表面和出口表面之间延伸的过渡表面。转子盘限定了中心轴线。多个叶片联接在径向外表面上。相邻的叶片形成了对，并且定向成使得在各对相邻的叶片之间限定了流动通道。流动通道在入口孔和出口孔之间延伸。入口表面限定了入口平面，其在入口孔和过渡表面之间延伸。出口表面限定了出口平面，其在出口孔和过渡表面之间延伸，其不平行于入口平面。至少一个超音速压缩斜坡件联接在多个叶片的叶片和径向外表面中的一个上。超音速压缩斜坡件定位在流动通道内，并配置成有利于在流动通道内形成至少一个压缩波。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优势，其中在所有附图中相似的标号表示相似的部件，其中：
图1是典型的超音速压缩机系统的示意图；
图2是可与图1中所示的超音速压缩机系统一起使用的典型的超音速压缩机转子的透视图；
图3是图2中所示的超音速压缩机转子沿着图2的剖面线3-3截取的透视图；
图4是图3中所示且沿着区域4截取的超音速压缩机转子的一部分的放大的横截面图；
图5是图2中所示的超音速压缩机转子沿着图2的剖面线5-5截取的另一横截面图；
图6-13是可与图1中所示的超音速压缩机系统一起使用的备选超音速压缩机转子的横截面图。
除非明确指出，否则本文提供的图纸并不意味着显示了本发明的关键性的发明特征。这些关键性的发明特征被认为可适用于各种广泛的系统，包括本发明的一个或多个实施例。因此，这些图纸并不意味着包括本领域中的普通技术人员所熟知的为实践本发明而需要的所有传统特征。
附图文字
10超音速压缩机系统；12进入段；14压缩机段；16排出段；18驱动组件；20转子组件；22驱动轴；24压缩机罩壳；26流体入口；28流体出口；30内表面；32空腔；34流体源；36入口导叶组件；38入口导叶；40超音速压缩机转子；42出口导叶组件；44输出系统；46叶片；48转子盘；50盘状体；52内部圆柱形空腔；54中心轴线；56径向内表面；58径向外表面；60上游表面；62下游表面；64径向方向；66第一径向宽度；68第二径向宽度；70距离；72轴向方向；74上游边缘；76下游边缘；80对；82入口孔；84出口孔；86流动通道；88流动路径；90外表面；92相对的内表面；92内表面；94高度；96压力侧；98吸力侧；100宽度；102横截面积；104横截面积；106横截面积；108横截面积；110超音速压缩机斜坡件；112压缩波；114喉部区域；116压缩表面；118发散表面；120前缘；122后缘；124倾斜角；126压缩区域；128横截面积；130第一端；132第二端；134倾斜角；136发散区域；138横截面积；140护罩组件；142护罩板；144内边缘；146外边缘；148入口表面；150出口表面；152过渡表面；154入口平面；156出口平面；158第一径向距离；160第二径向距离；162径向流动路径；164轴向流动路径；166过渡流动路径；168箭头；170箭头；172流体；174箭头；176系统；178第一倾斜冲击波；180第二倾斜冲击波；182法向(Normal)冲击波；184系统；186等熵压缩波；188倾斜角；190倾斜流动路径；192倾斜角；194倾斜流动路径；196轴向流动路径；198径向流动路径；200倾斜角；202倾斜角；204倾斜角；206第一倾斜角；208第一倾斜流动路径；210第二倾斜角；212第二倾斜流动路径；214第一轴向流动路径；216第二轴向流动路径
具体实施方式
在以下说明书和所附权利要求中将引用许多词语，其应被限定具有以下含义。
除非上下文中明确指出，否则单数形式“一”、“一个”以及“这个”包括复数形式的所指对象。
“可选的”或“可选地”意味着接下来所述事件或情况可能发生或可能不发生，而且该描述包括事件发生的情形和其不发生的情形。
本文使用的近似术语在整个说明书和权利要求中可用于修饰任何数量表述，其可在不导致其相关的基本功能发生变化的条件下准许进行修改。因此，由术语例如“大约”和“基本”修饰的值并不局限于所规定的精确值。至少在某些情况下，近似术语可与用于测量该值的仪器的精度相对应。除非上下文或术语中明确指出，否则这里和整个说明书及权利要求的范围内，范围限制可进行组合和/或互换，这种范围被标识并包括包含在该范围内的所有子范围。
本文使用的词语“超音速压缩机转子”指一种这样的压缩机转子，即，其包括设置在超音速压缩机转子的流体流动通道内的超音速压缩斜坡件。超音速压缩机转子被称为“超音速”是因为其设计成可围绕旋转轴线而高速旋转，使得运动的流体，例如运动的气体(其在设置于转子流动通道内的超音速压缩斜坡件处遭遇旋转的超音速压缩机转子)被认为具有超音速的相对流体速度。根据在超音速压缩斜坡件处的转子速度和恰好在遭遇这种超音速压缩斜坡件之前的流体速度的矢量和可限定相对流体速度。这种相对流体速度有时被称为“局部超音速入口速度”，其在某些实施例中是入口气体速度和设置在超音速压缩机转子的流动通道内的超音速压缩斜坡件的切向速度的组合。超音速压缩机转子被设计成在非常高的切向速度下服务，例如在300米/秒至800米/秒范围内的切向速度。
本文所述的典型的系统和方法通过提供一种有利于调整穿过超音速压缩机的流动路径的流体定向的超音速压缩机转子而克服了已知的超音速压缩机组件的缺点。更具体地说，超音速压缩机转子包括过渡表面，其转变了流动路径的定向。此外，本文所述的实施例包括一种超音速压缩机转子，其包括入口表面和与入口表面不平行的出口表面。另外，提供如本文所述的超音速压缩机转子可使超音速压缩机系统设计成包括各种轴向进入定向、径向进入定向、倾斜进入定向、轴向排出定向、径向排出定向、和/或倾斜排出定向。
图1是典型的超音速压缩机系统10的示意图。在典型的实施例中，超音速压缩机系统10包括进入段12、联接在进入段12下游的压缩机段14、联接在压缩机段14下游的排出段16、以及驱动组件18。压缩机段14通过包括驱动轴22的转子组件20而联接在驱动组件18上。在典型的实施例中，进入段12、压缩机段14以及排出段16均定位在压缩机罩壳24内。更具体地说，压缩机罩壳24包括流体入口26、流体出口28以及限定了空腔32的内表面30。空腔32在流体入口26和流体出口28之间延伸，并配置成引导流体从流体入口26流向流体出口28。进入段12、压缩机段14以及排出段16均定位在空腔32内。备选地，进入段12和/或排出段16可不定位在压缩机罩壳24内。
在典型的实施例中，流体入口26配置成可引导流体从流体源34流向进入段12。流体可为任何流体，例如气体、气体混合物和/或液体-气体混合物。进入段12与压缩机段14保持流动联通，以用于引导流体从流体入口26流向压缩机段14。进入段12配置成调节具有一个或多个预定参数(例如速度、质量流率、压力、温度、和/或任何合适的流动参数)的流体流。在典型的实施例中，进入段12包括入口导叶组件36，其联接在流体入口26和压缩机段14之间，以用于引导流体从流体入口26流向压缩机段14。入口导叶组件36包括一个或多个入口导叶38，其联接在压缩机罩壳24上。
压缩机段14联接在进入段12和排出段16之间，以用于引导至少一部分流体从进入段12流向排出段16。压缩机段14包括至少一个超音速压缩机转子40，其可旋转地联接在驱动轴22上。超音速压缩机转子40配置成增加正被引向排出段16的流体的压力，减少流体的体积，和/或增加流体的温度。排出段16包括出口导叶组件42，其联接在超音速压缩机转子40和流体出口28之间，以用于引导流体从超音速压缩机转子40流向流体出口28。流体出口28配置成引导流体从出口导叶组件42和/或超音速压缩机转子40流向输出系统44，例如涡轮发动机系统、流体处理系统和/或流体储存系统。驱动组件18配置成使驱动轴22旋转，以造成超音速压缩机转子40和/或出口导叶组件4的旋转。
在操作期间，进入段12引导流体从流体源34流向压缩机段14。压缩机段14压缩流体，并向排出段16排出压缩的流体。排出段16通过流体出口28引导压缩的流体从压缩机段14流向输出系统44。
图2是典型的超音速压缩机转子40的透视图。图3是沿着图2中所示的剖面线3-3截取的超音速压缩机转子40的横截面图。图4是沿着区域4截取的超音速压缩机转子40的一部分的放大的横截面图。图5是沿着图2中所示的剖面线5-5截取的超音速压缩机转子40的横截面图。图3-5中所示的相同的构件由图2中使用的相同的标号来标示。在典型的实施例中，超音速压缩机转子40包括多个叶片46，其联接在转子盘48上。转子盘48包括环形盘状体50，其限定了沿着中心轴线54大致轴向延伸穿过盘状体50的内部圆柱形空腔52。盘状体50包括径向内表面56和径向外表面58。径向内表面56限定了内部圆柱形空腔52。内部圆柱形空腔52具有基本圆柱形的形状，并且关于中心轴线54进行定向。内部圆柱形空腔52尺寸设计成容纳穿过其的驱动轴22(图1中所示)。转子盘48还包括上游表面60和下游表面62。上游表面60和下游表面62均在径向内表面56和径向外表面58之间以大体上垂直于中心轴线54的径向方向64而延伸。上游表面60包括被限定在径向内表面56和径向外表面58之间的第一径向宽度66。下游表面62包括被限定在径向内表面56和径向外表面58之间的第二径向宽度68。在典型的实施例中，第一径向宽度66大于第二径向宽度68。备选地，第一径向宽度66可小于或等于第二径向宽度68。
在典型的实施例中，径向外表面58联接在上游表面60和下游表面62之间，并在大体与中心轴线54平行的轴向方向72上延伸从上游表面60至下游表面62所限定的距离70。
在典型的实施例中，各个叶片46联接在径向外表面58上，并从径向外表面58向外延伸。各个叶片46包括上游边缘74和下游边缘76。上游边缘74定位在转子盘48的上游表面60附近。下游边缘76定位在下游表面62附近。在典型的实施例中，超音速压缩机转子40包括叶片46对80。每对80定向成可限定入口孔82、出口孔84和位于相邻的叶片46之间的流动通道86。流动通道86在入口孔82和出口孔84之间延伸，并限定了流动路径，如箭头88所示从入口孔82通向出口孔84。流动路径88定向成大体上平行于叶片46和径向外表面58。流动通道86的尺寸、形状和定向设计成引导流体沿着流动路径88从入口孔82流向出口孔84。入口孔82限定在相邻的叶片46的相邻的上游边缘74之间。出口孔84限定在相邻的叶片46的相邻的下游边缘76之间。各个叶片46包括外表面90和相对的内表面92。叶片46在外表面90和内表面92之间延伸，并且包括限定在外表面90和内表面92之间的高度94。各个叶片46形成了弧形形状，并以螺旋形的形状关于转子盘48而周向延伸，使得流动通道86具有螺旋形状。
在典型的实施例中，各个叶片46包括第一侧(即压力侧96)和相对的第二侧(即吸力侧98)。各个压力侧96和吸力侧98在上游边缘74和下游边缘76之间延伸。在上游边缘74处，各个入口孔82在叶片46的压力侧96和相邻的吸力侧98之间延伸。在下游边缘76处，各个出口孔84在压力侧96和相邻的吸力侧98之间延伸。在典型的实施例中，流动通道86包括宽度100，其限定在压力侧96和相邻的吸力侧98之间并垂直于流动路径88。
在典型的实施例中，流动通道86限定了沿着流动路径88而变化的横截面积102。流动通道86的横截面积102被限定为垂直于流动路径88，并且等于流动通道86的宽度100乘以叶片46的高度94。流动通道86包括第一面积，即位于入口孔82处的入口横截面积104，第二面积，即位于出口孔84处的出口横截面积106，以及第三面积，即限定在入口孔82和出口孔84之间的最小横截面积108。在典型的实施例中，最小横截面积108小于入口横截面积104和出口横截面积106。
参看图3-5，在典型的实施例中，至少一个超音速压缩斜坡件110定位在流动通道86内。超音速压缩斜坡件110定位在入口孔82和出口孔84之间，并且尺寸、形状和定向设计成可使一个或多个压缩波112成形于流动通道86内。超音速压缩斜坡件110联接在叶片46的压力侧96上，并限定了流动通道86的喉部区域114。喉部区域114限定了流动通道86的最小横截面积108。备选地，超音速压缩斜坡件110可联接在叶片46的吸力侧98和/或径向外表面58上。在另一备选实施例中，超音速压缩斜坡件110与叶片46整体地成形。在另一备选实施例中，超音速压缩机转子40包括多个超音速压缩斜坡件110，其各联接在压力侧96、吸力侧98和/或径向外表面58上。在这种实施例中，各个超音速压缩斜坡件110总地限定了喉部区域114。
参看图4，在典型的实施例中，超音速压缩斜坡件110包括压缩表面116和发散表面118。压缩表面116包括第一边缘(即前缘120)和第二边缘(即后缘122)。前缘120定位成比后缘122更靠近入口孔82。压缩表面116在前缘120和后缘122之间延伸，并且以从压力侧96朝向相邻的吸力侧98且进入流动路径88中的方式以倾斜角124定向。压缩表面116朝着相邻的吸力侧98收敛，从而在前缘120和后缘122之间限定了压缩区域126。压缩区域126包括流动通道86的横截面积128，其沿着流动路径88从前缘120至后缘122变小。压缩表面116的后缘122限定了喉部区域114。
发散表面118联接在压缩表面116上，并从压缩表面116朝向出口孔84而向下游延伸。发散表面118包括第一端130和第二端132，第二端132比第一端130更靠近出口孔84。发散表面118的第一端130联接在压缩表面116的后缘122上。发散表面118在第一端130和第二端132之间延伸，并且以从叶片46朝向相邻的吸力侧98的方式以倾斜角134定向。发散表面118限定了发散区域136，其包括发散的横截面积138，该发散的横截面积138从压缩表面116的后缘122朝着出口孔84增大。发散区域136从喉部区域114延伸至出口孔84。
再次参看图5，在典型的实施例中，护罩组件140联接在各个叶片46的外表面90上，使得流动通道86限定在护罩组件140和径向外表面58之间。护罩组件140包括在内边缘144和外边缘146之间延伸的护罩板142。护罩板142联接在各个叶片46上，使得叶片46的上游边缘74定位在护罩组件140的内边缘144附近，并且叶片46的下游边缘76定位在护罩组件140的外边缘146附近。备选地，超音速压缩机转子40不包括护罩组件140。在这种实施中例，膜片(diaphragm)组件(未显示)定位在叶片46的各个外表面90附近，使得膜片组件至少部分地限定了流动通道86。
在典型的实施例中，径向外表面58包括入口表面148、出口表面150以及在入口表面148和出口表面150之间延伸的过渡表面152。入口表面148从上游表面60延伸至过渡表面152，并在流动通道86中限定了入口平面154。入口平面154在相邻的叶片46之间延伸，并且从上游表面60延伸至过渡表面152。出口表面150从过渡表面152延伸至下游表面62，并在流动通道86中限定了出口平面156。出口平面156在相邻的叶片46之间延伸，并从过渡表面152延伸至下游边缘76。入口平面154没有定向成与出口平面156平行。
在典型的实施例中，入口孔82定位在离中心轴线54第一径向距离158处。出口孔84定位在离中心轴线54第二径向距离160处，该第二径向距离160小于第一径向距离158。入口表面148定向成基本上垂直于中心轴线54，使得流动通道86限定了沿着径向方向64而延伸的径向流动路径162。径向流动路径162从入口孔82延伸至过渡表面152，并在轴向方向72上引导流体。出口表面150定向成基本上平行于中心轴线54，使得流动通道86限定了沿着径向方向64而延伸的轴向流动路径164。轴向流动路径164从过渡表面152延伸至出口孔84，并在轴向方向72上引导流体。过渡表面152形成了弧形形状，并限定了过渡流动路径166，其从入口表面148延伸至出口表面150。过渡表面152定向成引导流体从径向方向64流向轴向方向72，使得流体通过具有通过过渡流动路径166的由箭头168所示的径向流矢量以及由箭头170所示的轴向径向流矢量而出众。
在超音速压缩机转子40的操作期间，进入段12(图1中所示)引导流体172流向流动通道86的入口孔82。流体172具有第一速度，即刚好在进入入口孔82之前的接近速度(approach velocity)。超音速压缩机转子40围绕中心轴线54以第二速度，即由箭头174所示的旋转速度而旋转，使得进入流动通道86中的流体172具有第三速度，即入口孔82处的入口速度，其相对于叶片46是超音速的。当流体172被引导以超音速穿过流动通道86时，超音速压缩斜坡件110与流体172相接触，造成在流动通道86中形成压缩波112，以有利于压缩流体172，使得流体172包括增加的压力和温度，并且/或者在出口孔84处包括减少的体积。
在典型的实施例中，流体172进入入口孔82中，并沿着径向方向64被引导穿过径向流动路径162。当流体进入过渡流动路径166中时，流动通道86将流体的定向从径向方向64改变至轴向方向72，并且引导流体从径向流动路径162流向轴向流动路径164。流体172然后从轴向流动路径164中通过出口孔84以轴向方向72排出。
在操作期间，超音速压缩斜坡件110的尺寸、形状和定向设计成造成将在流动通道86中形成的压缩波112的系统176。系统176包括当流体172与超音速压缩斜坡件110的前缘120相接触时所形成的第一倾斜冲击波178。超音速压缩斜坡件110的压缩区域126配置成造成第一倾斜冲击波178以从前缘120朝向相邻叶片46且进入流动通道86中的方式相对于流动路径88以倾斜角定向。当第一倾斜冲击波178与相邻的叶片46接触时，第二倾斜冲击波180从相邻的叶片46上相对于流动路径88以倾斜角并朝着超音速压缩斜坡件110的喉部区域114反射。超音速压缩斜坡件110配置成造成第一倾斜冲击波178和第二倾斜冲击波180均形成于压缩区域126内。当引导流体穿过喉部区域114而流向出口孔84时，在发散区域136内形成了法向冲击波182。法向冲击波182定向成垂直于流动路径88，并跨过流动路径88延伸。
当流体172穿过压缩区域126时，流体172的速度随着流体172穿过各个第一倾斜冲击波178和第二倾斜冲击波180而降低。另外，流体172的压力增加，且流体172的体积减少。当流体172穿过喉部区域114时，流体172的速度在喉部区域114下游朝着法向冲击波182增加。当流体穿过法向冲击波182时，流体172的速度相对于转子盘48被降低至亚音速。
图6-13是超音速压缩机转子40的各种备选实施例的横截面图。图6-13中所示的相同的构件由图5中使用的相同的标号来标识。参看图6，在一个实施例中，径向外表面58定向成造成在流动通道86内，以及在入口孔82和出口孔84之间形成等熵压缩波186的系统184。在这个实施例中，径向外表面58的过渡表面152定向成至少部分地限定了流动通道86的喉部区域114。当流体172穿过压缩区域126时，在压缩区域126内形成了多个等熵压缩波186。在这个备选实施例中，径向外表面58的定向防止在流动通道86中形成冲击波。
参看图7，在一个实施例中，出口表面150定向成相对于中心轴线54具有倾斜角188，使得流动通道86在出口孔84处限定了倾斜流动路径190。在这个实施例中，流动通道86配置成沿着径向方向64接收流体，并从出口孔84中以倾斜角188排出流体172。
参看图8，在一个实施例中，入口表面148定向成相对于中心轴线54具有倾斜角192，使得流动通道86在入口孔82处限定了倾斜流动路径194。在这个实施例中，流动通道86配置成从入口孔82中以倾斜角192接收流体，并沿着轴向方向72排出流体172穿过出口孔84。
参看图9，在一个实施例中，上游表面60包括第一径向宽度66，其小于下游表面62的第二径向宽度68。入口孔82的第一径向距离158小于出口孔84的第二径向距离160。入口表面148定向成基本上平行于中心轴线54，使得流动通道86在入口孔82处限定了以轴向方向72延伸的轴向流动路径196。出口表面150定向成基本上垂直于中心轴线54，使得流动通道86在出口孔84处限定了沿着径向方向64而延伸的径向流动路径198。过渡表面152定向成引导流体从轴向方向72通过流动通道86而流向径向方向64。
参看图10，在一个实施例中，出口表面150定向成相对于中心轴线54具有倾斜角200，使得流动通道86在出口孔84处限定了倾斜流动路径202。在这个实施例中，流动通道86配置成沿着轴向方向72接收流体，并从出口孔84中以倾斜角202排出流体172。
参看图11，在一个实施例中，入口表面148定向成相对于中心轴线54具有倾斜角204，使得流动通道86在入口孔82处限定了倾斜流动路径190。出口表面150定向成基本上垂直于中心轴线54，使得流动通道86在出口孔84处限定了径向流动路径198。在这个实施例中，流动通道86配置成从入口孔82中以倾斜角204接收流体，并沿着径向方向64排出流体172穿过出口孔84。
参看图12，在一个实施例中，入口表面148定向成相对于中心轴线54具有第一倾斜角206，使得流动通道86在入口孔82处限定了第一倾斜流动路径208。出口表面150定向成相对于中心轴线54具有第二倾斜角210，使得流动通道86在出口孔84处限定了第二倾斜流动路径212。在这个实施例中，流动通道86配置成从入口孔82中以第一倾斜角206接收流体，并以第二倾斜角210排出流体172通过出口孔84。
参看图13，在一个实施例中，入口表面148定向成基本上平行于中心轴线54，使得流动通道86在入口孔82处限定了第一轴向流动路径214。出口表面150定向成基本上平行于中心轴线54，使得流动通道86在出口孔84处限定了第二轴向流动路径216。在这个实施例中，流动通道86配置成沿着轴向方向72接收流体172，并沿着轴向方向72排出流体172。
上述超音速压缩机转子提供了一种成本有效且可靠的方法，以用于引导流体从轴向方向流向径向方向，或引导流体从径向方向流向轴向方向。更具体地说，超音速压缩机转子包括流动通道，其包括过渡表面，该过渡表面调整通过流动通道的流动路径的定向。此外，本文所述的实施例包括一种超音速压缩机转子，其包括入口表面和与入口表面不平行的出口表面。另外，通过提供一种带有流动通道(该流动通道引导流体从轴向方向流向径向方向)的超音速压缩机转子，超音速压缩机转子可使超音速压缩机系统设计成包括各种轴向进入定向、径向进入定向、轴向排出定向和/或径向排出定向。结果，本文所述的超音速压缩机转子克服了已知的超音速压缩机组件的流动路径定向限制。因此，可减少制造和维护超音速压缩机系统的成本。
上面详细地描述了用于组装超音速压缩机转子的系统和方法的典型实施例。该系统和方法并不局限于本文所述的特定的实施例，相反，该系统的构件和/或该方法的步骤可与本文所述的其它构件和/或步骤独立地和分开地进行利用。例如，该系统和方法还可结合其它旋转式发动机系统和方法来使用，并且并不只局限于与如本文所述的超音速压缩机系统一起实践。相反，典型的实施例可在结合许多其它旋转式系统应用的情况下加以实施和利用。
虽然在某些图中可能显示了而在其它图中没有显示本发明各种实施例的具体特征，但这仅仅出于方便的目的。此外，对在以上说明书中的“一个实施例”的引用不应理解为排除也包含所陈述的特征的其它实施例的存在。根据本发明的原理，任何附图特征都可与任何其它附图的任何特征结合起来进行参照和/或要求保护。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还可使本领域中的技术人员实践本发明，包括制造和利用任何装置或系统，并执行任何结合的方法。本发明可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有并非不同于权利要求的字面语言的结构元件，或者如果这些其它示例包括与权利要求的字面语言无实质差异的等效的结构元件，那么这些其它示例都意在处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种超音速压缩机转子包括：
转子盘(48)，其包括上游表面(60)、下游表面(62)以及在所述上游表面和所述下游表面之间延伸的径向外表面(58)，所述径向外表面包括入口表面(148)、出口表面(150)以及在所述入口表面和所述出口表面之间延伸的过渡表面(152)，所述转子盘限定了中心轴线(54)；
联接在所述径向外表面上的多个叶片(46)，相邻的所述叶片形成对，并定向成使得在各个所述对相邻的叶片之间限定了流动通道(86)，所述流动通道在入口孔和出口孔之间延伸，所述入口表面限定了在所述入口孔和所述过渡表面之间延伸的入口平面(154)，所述出口表面限定了在所述出口孔和所述过渡表面之间延伸的出口平面(156)，所述出口平面不平行于所述入口平面；以及
至少一个超音速压缩斜坡件(110)，其定位在所述流动通道内，以有利于在所述流动通道内形成至少一个压缩波(112)。
2.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相对于所述中心轴线(54)基本平行，使得所述流动通道(86)限定了从所述入口孔(82)通向所述过渡表面(152)的轴向流动路径(164)，所述出口表面(150)定向成相对于所述中心轴线具有倾斜角，使得所述流动通道限定了从所述过渡表面通向所述出口孔(184)的倾斜流动路径。
3.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相对于所述中心轴线(54)基本平行，使得所述流动通道(86)限定了从所述入口孔(82)通向所述过渡表面(152)的轴向流动路径(164)，所述出口表面(150)定向成相对于所述中心轴线基本垂直，使得所述流动通道限定了从所述过渡表面通向所述出口孔(84)的径向流动路径。
4.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相对于所述中心轴线(54)基本垂直，使得所述流动通道(86)限定了从所述入口孔(82)通向所述过渡表面(152)的径向流动路径(162)，所述出口表面(150)定向成相对于所述中心轴线(54)基本平行，使得所述流动通道限定了从所述过渡表面通向所述出口孔(84)的轴向流动路径(164)。
5.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相对于所述中心轴线(54)基本垂直，使得所述流动通道(86)限定了从所述入口孔(82)通向所述过渡表面(152)的径向流动路径(162)，所述出口表面(150)定向成相对于所述中心轴线具有倾斜角，使得所述流动通道限定了从所述过渡表面通向所述出口孔(84)的倾斜流动路径(164)。
6.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相对于所述中心轴线(54)具有倾斜角，使得所述流动通道(86)限定了从所述入口孔(82)通向所述过渡表面(152)的倾斜流动路径(164)，所述出口表面(150)定向成相对于所述中心轴线基本平行，使得所述流动通道限定了从所述过渡表面通向所述出口孔(84)的轴向流动路径(164)。
7.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相对于所述中心轴线(54)具有倾斜角，使得所述流动通道(86)限定了从所述入口孔(82)通向所述过渡表面(152)的倾斜流动路径(164)，所述出口表面(150)定向成相对于所述中心轴线基本垂直，使得所述流动通道限定了从所述过渡表面通向所述出口孔(84)的径向流动路径(162)。
8.根据权利要求1所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相对于所述中心轴线(54)具有倾斜角，使得所述流动通道(86)限定了从所述入口孔通向所述过渡表面(152)的倾斜流动路径(164)，所述出口表面(150)定向成相对于所述中心轴线具有倾斜角，使得所述流动通道限定了从所述过渡表面通向所述出口孔(84)的倾斜流动路径。
9.一种超音速压缩机系统(10)包括：
壳体，其限定了在流体入口(26)和流体出口(28)之间延伸的空腔；
驱动轴(22)，其定位在所述壳体中，并限定了中心轴线(54)，所述驱动轴(22)可旋转地联接在驱动组件(18)上；以及
联接在所述驱动轴上的超音速压缩机转子，所述超音速压缩机转子定位在所述流体入口(26)和所述流体出口(28)之间，以用于引导流体从所述流体入口流向所述流体出口，所述超音速压缩机转子包括：
转子盘(48)，其包括上游表面(60)、下游表面(62)、以及在所述上游表面(148)和所述下游表面(150)之间延伸的径向外表面(58)，所述径向外表面包括入口表面、出口表面、以及在所述入口表面和所述出口表面之间延伸的过渡表面(152)；
联接在所述径向外表面上的多个叶片(46)，相邻的所述叶片形成对，并定向成使得在各个所述对相邻的叶片之间限定了流动通道(86)，所述流动通道在入口孔和出口孔之间延伸，所述入口表面限定了在所述入口孔和所述过渡表面之间延伸的入口平面(154)，所述出口表面限定了在所述出口孔和所述过渡表面之间延伸的出口平面(156)，所述出口平面不平行于所述入口平面；以及
至少一个超音速压缩斜坡件(110)，其定位在所述流动通道内，以有利于在所述流动通道内形成至少一个压缩波(112)。
10.根据权利要求9所述的超音速压缩机转子，其特征在于，所述入口表面(148)定向成相对于所述中心轴线(54)基本平行，使得所述流动通道(86)限定了从所述入口孔(82)通向所述过渡表面(152)的轴向流动路径(162)，所述出口表面(150)定向成相对于所述中心轴线具有倾斜角，使得所述流动通道限定了从所述过渡表面通向所述出口孔(84)的倾斜流动路径(164)。
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