(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形の端壁（６０）と、径方向内側の表面（５６）と、径方向外側の表面（５８）とを含むロータディスク（４８）であって、前記端壁が前記径方向内側の表面と前記径方向外側の表面との間に延在する構成のロータディスク（４８）と、
前記端壁に結合された複数のベーン（４６）であって、該ベーンが前記端壁から外側に延在し、隣接するベーンが対偶（７４）を形成し、周方向で隣接する前記各対のベーン間に流路（７６）が画成されるように周方向距離で離間され、前記流路が流入口（７８）と流出口（８０）との間に略径方向に延在する構成のベーン（４６）と、
前記端壁に結合され、前記流路内に少なくとも１つの圧縮波（１０２）が形成されることを促進するため前記流路内に配置される第１の超音速圧縮ランプ（１００）と、
前記ベーン（４６）に結合されたシュラウドアセンブリ（１０４）であって、前記ベーンは、前記シュラウドアセンブリの内表面（１１４）と前記端壁（６０）との間に延在する、シュラウドアセンブリ（１０４）と、
前記シュラウドアセンブリ（１０４）の前記内表面（１１４）に結合された第２の超音速圧縮ランプ（２０４）であって、前記第２の超音速圧縮ランプ（２０４）は前記シュラウドアセンブリ（１０４）の前記内表面（１１４）から前記端壁（６０）に向かって延在し、前記スロート領域（１２８）が前記第１の超音速圧縮ランプと第２の超音速圧縮ランプとの間に画成されるように、前記第２の超音速圧縮ランプ（２０４）が前記第１の超音速圧縮ランプ（２００）に対して位置する、第２の超音速圧縮ランプと、
を備え、
前記第１の超音速圧縮ランプ（１００）及び前記第２の超音速圧縮ランプ（２０４）の各々が、
前記端壁（６０）から外側に斜角をなして前記流路（７６）内に延在し、前縁部（１３４）と後縁部（１３６）とを含む圧縮面（１３０）と、
前記圧縮面（１３０）の前記後縁部（１３６）に結合され、前縁部と後縁部とを含む末広面（２０８）と、
を備え、
該末広面が前記圧縮面（１３０）の前記後縁部から斜角をなして前記端壁（６０）に向かって内側に延在し、
前記第１の超音速圧縮ランプ（１００）及び前記第２の超音速圧縮ランプ（２０４）の前記末広面（２０８）の前縁部から後縁部までの距離が等しい、
超音速圧縮機ロータ。
【請求項２】
前記後縁部が前記前縁部よりも前記流出口（８０）に近い位置にあり、前記後縁部が前記流路のスロート領域を画成し、前記スロート領域（１２８）が前記流路の最小断面領域（１２０、１２２、１２４、１２６）を有する、請求項１に記載の超音速圧縮機ロータ。
【請求項３】
前記圧縮面（１３０）が略平坦である、請求項２に記載の超音速圧縮機ロータ。
【請求項４】
前記圧縮面（１３０）が略アーチ状である、請求項２に記載の超音速圧縮機ロータ。
【請求項５】
前記圧縮面（１３０）が、前記端壁（６０）に対して約２°から約１０°の角度をなす方向を向く、請求項２から４のいずれかに記載の超音速圧縮機ロータ。
【請求項６】
前記圧縮ランプ（１００）の前記後縁部が、前記流路（７６）の前記流出口（８０）の近傍に位置する、請求項２から５のいずれかに記載の超音速圧縮機ロータ。
【請求項７】
前記末広面が前記後縁部から斜角をなして前記端壁（６０）に向かって内側に延在する、請求項２から６のいずれかに記載の超音速圧縮機ロータ。
【請求項８】
超音速圧縮機システム（１０）であって、
流入口と流出口との間に延在する空洞（３２）を画成する内表面（１１４）を備えるハウジング（２４）と、
駆動アセンブリ（１８）に回転可能に結合され、前記ハウジング内に配置されるロータ軸と、
前記ロータ軸に結合され、前記流入口から前記流出口へと流体を流すため、前記流入口と前記流出口との間に位置する超音速圧縮機ロータと、
を備え、
該超音速圧縮機ロータが、
略円筒形の端壁（６０）と、径方向内側の表面（５６）と、径方向外側の表面（５８）とを含むロータディスク（４８）であって、前記端壁が前記径方向内側の表面と前記径方向外側の表面との間に延在する構成のロータディスク（４８）と、
前記端壁に結合された複数のベーン（４６）であって、該ベーンが前記端壁から外側に延在し、隣接するベーンが対偶（７４）を形成し、周方向で隣接する前記各対のベーン間に流路（７６）が画成されるように、前記端壁から周方向距離で離間され、前記流路が流入口（７８）と流出口（８０）との間に略径方向に延在する構成のベーン（４６）と、
前記端壁に結合され、前記流路内に少なくとも１つの圧縮波（１０２）が形成されることを促進するため前記流路内に配置される第１の超音速圧縮ランプ（１００、２００）と、
前記ベーン（４６）に結合されたシュラウドアセンブリ（１０４）であって、前記ベーンは、前記シュラウドアセンブリの内表面（１１４）と前記端壁（６０）との間に延在する、シュラウドアセンブリ（１０４）と、
前記シュラウドアセンブリ（１０４）の前記内表面（１１４）に結合された第２の超音速圧縮ランプ（２０４）であって、前記第２の超音速圧縮ランプ（２０４）は前記シュラウドアセンブリ（１０４）の前記内表面（１１４）から前記端壁（６０）に向かって延在し、前記スロート領域（１２８）が前記第１の超音速圧縮ランプと第２の超音速圧縮ランプとの間に画成されるように、前記第２の超音速圧縮ランプ（２０４）が前記第１の超音速圧縮ランプ（２００）に対して位置する、第２の超音速圧縮ランプと、
を備え、
前記第１の超音速圧縮ランプ（２００）及び前記第２の超音速圧縮ランプ（２０４）の各々が、
前記端壁（６０）から外側に斜角をなして前記流路（７６）内に延在し、前縁部（１３４）と後縁部（１３６）とを含む圧縮面（１３０）と、
前記圧縮面（１３０）の前記後縁部（１３６）に結合され、前縁部と後縁部とを含む末広面（２０８）と、
を備え、
該末広面が前記圧縮面（１３０）の前記後縁部から斜角をなして前記端壁（６０）に向かって内側に延在し、
前記第１の超音速圧縮ランプ（２００）及び前記第２の超音速圧縮ランプ（２０４）の前記末広面（２０８）の前縁部から後縁部までの距離が等しい、
超音速圧縮機システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して超音速圧縮機システムに関し、特に超音速圧縮機システムで使用される超音速圧縮機ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の超音速圧縮機システムの少なくとも幾つかは、駆動アセンブリと、駆動軸と、流体を圧縮するための少なくとも１つの超音速圧縮機ロータとを含む。駆動アセンブリは、駆動軸と超音速圧縮機ロータとを回転させるため、駆動軸で超音速圧縮機ロータに結合される。
【０００３】
公知の超音速圧縮機ロータは、ロータディスクに結合された複数のストレークを含む。各ストレークはロータディスクの周りに周方向に配向され、隣接するストレーク間に軸方向流路を画成する。公知の超音速圧縮機ロータの少なくとも幾つかは、ロータディスクに結合された超音速圧縮ランプを含む。公知の超音速圧縮ランプは軸方向流路内に配置され、流路内に圧縮波を形成するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７３３７６０６Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
公知の超音速圧縮機システムの動作中、駆動アセンブリは高い回転速度で超音速圧縮機ロータを回転させる。流体は、流路で超音速圧縮機ロータに対して超音速であることが特徴となるように超音速圧縮機ロータへと流れる。公知の超音速圧縮機ロータの少なくとも幾つかは、流路から軸方向に流体を流出する。流体が軸方向に流れる際に、超音速圧縮機ロータの下流の超音速圧縮機システムの構成部品は、軸方向の流れを受けるように設計される必要がある。従って、公知の超音速圧縮機システムは、流体を軸方向に流出するための追加の構成部品を必要とした。公知の超音速圧縮機システムは、例えば２００５年３月２８日、及び２００５年３月２３日にそれぞれ出願された米国特許第７，３３４，９９０号、及び７，２９３，９５５号、及び２００９年１月１６日に出願された米国特許出願公開第２００９／０１９６７３１号に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、超音速圧縮機ロータを提供する。超音速圧縮機ロータは、略円筒形の端壁と、径方向内側の表面と、径方向外側の表面とを含むローラディスクを含む。端壁は、径方向内側の表面と径方向外側の表面との間に延在する。複数のベーンが端壁に結合される。ベーンは端壁から外側に延在する。隣接するベーンは対偶を形成し、周方向で隣接する各対のベーン間に流路が画成されるように周方向距離で離間される。流路は流入口と流出口との間に略径方向に延在する。第１の超音速圧縮ランプが端壁に結合される。流路内に少なくとも１つの圧縮波が形成されることを促進するため、第１の超音速圧縮ランプは流路内に配置される。
【０００７】
別の実施形態では、超音速圧縮機システムを提供する。超音速圧縮機システムは、流入口と流出口との間に延在する空洞を画成する内表面を含む。ロータ軸はハウジング内に配置される。ロータ軸は駆動アセンブリに回転可能に結合される。超音速圧縮機ロータはロータ軸に結合される。超音速圧縮機ロータは、流体を流入口から流出口へと流すために流入口と流出口との間に配置される。超音速圧縮機ロータは、略円筒形の端壁と、径方向内側の表面と、径方向外側の表面とを含むロータディスクを含む。端壁は、径方向内側の表面と径方向外側の表面との間に延在する。複数のベーンが端壁に結合される。ベーンは端壁から外側に延在する。隣接するベーンは対偶を形成し、周方向で隣接する各対のベーン間に流路が画成されるように周方向距離で離間される。流路は流入口と流出口との間に略径方向に延在する。第１の超音速圧縮ランプが端壁に結合される。流路内に少なくとも１つの圧縮波が形成されることを促進するため、第１の超音速圧縮ランプは流路内に配置される。
【０００８】
更に別の実施形態では、超音速圧縮機ロータの組み立て方法を提供する。方法は、端壁と、径方向内側の表面と、径方向外側の表面とを含むロータディスクを備えるステップを含む。端壁は径方向内側の表面と径方向外側の表面との間に延在する。複数のベーンが端壁に結合される。隣接するベーンは対偶を形成し、周方向で隣接する各対のベーン間に流路が画成されるように周方向距離で離間される。流路は流入口と流出口との間に略径方向に延在する。第１の超音速圧縮ランプが端壁に結合される。第１の超音速圧縮ランプは、流路内に少なくとも１つの圧縮波を形成できるように構成される。
【０００９】
本発明の上記及びその他の特徴、態様、及び利点は、全図面を通して同様の参照符号が同様の部品を示す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによってより明確に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な超音速圧縮機システムの概略図である。
【図２】図１の超音速圧縮機システムに使用し得る例示的な超音速圧縮機ロータの分解斜視図である。
【図３】図２の超音速圧縮機ロータの断面図である。
【図４】図２の超音速圧縮機ロータの別の断面図である。
【図５】図４の超音速圧縮機ロータの代替実施形態の断面図である。
【図６】図４の超音速圧縮機ロータの別の代替実施形態の断面図である。
【００１１】
別途指示がない限り、本明細書に記載の図面は、本発明の重要な発明的特徴を示すことを意味する。これらの重要な発明的特徴は、本発明の１つ又は複数の実施形態を含む多様なシステムに応用できると思われる。従って、図面は、当業者には公知の本発明を実施するために必要な従来の特徴の全てを含むことを意味するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の明細書、及びその後の請求項で、以下の意味を有するものと定義される幾つかの用語を参照する。
【００１３】
単数形の「ａ」「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が別段の明確な指示をしない限り複数の指示対象を含む。
【００１４】
「任意の」又は「任意に」は、以下に記載の事象又は環境が生じても生じなくてもよく、且つ記載は事象が生じる例と、生じない例とを含むことを意味する。
【００１５】
明細書と請求項を通して本明細書で用いる近似的用語は、それが関連する基本的機能を変えることなく変化できる任意の量的表現を修飾するために用いることができる。従って、「約」及び「実質的に」などの１つ又は複数の用語で修飾された値は、指定された厳密な値に限定されるものではない。少なくとも幾つかの場合は、近似的用語は数値を測定する計器の精密度に対応することがある。ここで、及び明細書及び請求項を通して、範囲の限定性を組み合わせ、且つ／又は入れ替えてもよく、このような範囲は、文脈又は用語が別段の指示をしない限り、そこに含まれる部分範囲として特定され、且つ部分範囲を含み得る。
【００１６】
本明細書で用いる「超音速圧縮機ロータ」は、超音速圧縮機ロータの流体流路内に配置される超音速圧縮ランプ備える圧縮ロータを指す。超音速圧縮機ロータは、回転軸を中心に高速度で回転するように設計されるので「超音速」と言われ、従って、ロータの流路内に配置された超音速圧縮ランプで回転する超音速圧縮機ロータに遭遇する、例えば移動ガスなどの移動流体は、超音速である相対流速を有するものと言われる。相対流速は超音速圧縮ランプでのロータ速度と、超音速圧縮ランプに遭遇する直前の流体速度とのベクトル和として定義することができる。この相対流速は、場合によっては「局部超音速流入口速度」と呼ばれ、これはある実施形態では、流入ガス速度と、超音速圧縮機ロータの流路内に配置された超音速圧縮ランプの接線速度との組み合わせである。超音速圧縮機ロータは、例えば３００メートル／秒〜８００メートル／秒の範囲の接線速度などの極めて高速の接線速度用に稼働するように設計される。
【００１７】
本明細書に記載の例示的システム及び方法は、流体が略径方向の流路を流れ易くする超音速圧縮機ロータを設けることによって、公知の圧縮機アセンブリの欠点を克服する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、ロータディスクの端壁に結合されて径方向の流路を画成する超音速圧縮ランプを含む。加えて、超音速圧縮機ロータに径方向流路を設けることによって、径方向吐出口を有するように超音速圧縮機システムを設計することが可能になる。
【００１８】
図１は、例示的超音速圧縮機システム１０の概略図である。例示的実施形態では、超音速圧縮機システム１０は吸込部１２と、吸込部１２の下流に結合された圧縮部１４と、圧縮部１４の下流に結合された吐出部１６と、駆動アセンブリ１８とを含む。圧縮部１４は、駆動軸２２を含むロータアセンブリ２０によって駆動アセンブリ１８に結合される。例示的実施形態では、吸込部１２、圧縮部１４、及び吐出部１６は各々、圧縮機ハウジン部２４内に位置する。より具体的には、圧縮機ハウジング２４は、流入口２６、流出口２８、及び空洞３２を画成する内表面３０を含む。空洞３２は流入口２６と流出口２８との間に延在し、流体を流入口２６から流出口２８へと流すように構成される。吸込部１２、圧縮部１４、及び吐出部１６の各々は空洞３２内に位置する。あるいは、吸込部１２及び／又は吐出部１６は、圧縮機ハウジング２４内に位置しなくてもよい。
【００１９】
例示的実施形態では、流入口２６は、流体の流れを流体源３４から吸込部１２へと流すように構成される。流体は、例えば液体、ガス、ガス混合物、及び／又は液体−ガス混合物などの任意の流体である。吸込部１２は、流体を流入口２６から圧縮部１４に流すために圧縮部１４と流体連通するようにこれに結合される。吸込部１２は、速度、質量流量、圧力、温度、及び／又は任意の適宜の流れパラメータなどの１つ又は複数の所定のパラメータを有する流体の流れ状態を調節するように構成される。例示的実施形態では、吸込部１２は、流体を流入口２６から圧縮部１４に流すように流入口２６と圧縮部１４との間に結合された流入口ガイドベーンアセンブリ３６を含む。流入口ガイドベーンアセンブリ３６は、圧縮機ハウジング２４に結合され、圧縮部１４に対して静置された１つ又は複数の流入口ガイドベーン３８を含む。
【００２０】
圧縮部１４は、流体の少なくとも一部を吸込部１２から吐出部１６に流すために吸込部１２と吐出部１６との間に結合される。圧縮部１４は、駆動軸２２に回転可能に結合された少なくとも１つの超音速圧縮機ロータ４０を含む。超音速圧縮機ロータ４０は、流体の圧力を高め、流体の容積を低減し、且つ／又は吐出部１６に流れる流体の温度を高めるように構成される。吐出部１６は、流体を超音速圧縮機ロータ４０から流出口２８に流すために超音速圧縮機ロータ４０と流出口２８との間に結合された流出口ガイドベーンアセンブリ４２を含む。流出口２８は、流体を流出口ガイドベーンアセンブリ４２及び／又は超音速圧縮機ロータ４０から、例えばタービンエンジンシステム、流体処理システム、及び／又は流体貯蔵システムなどの出力システム４４に流すように構成される。
【００２１】
動作中、吸込部１２は流体を流体源３４から圧縮部１４の方向に流す。圧縮部１４は流体を圧縮し、圧縮された流体を吐出部１６の方向に吐出する。吐出部１６は圧縮された流体を圧縮部１４から流出口２８を通って出力システム４４へと流す。
【００２２】
図２は、超音速圧縮機ロータ４０の分解斜視図である。図３は、超音速圧縮機ロータ４０の断面図である。図４は、超音速圧縮機ロータ４０の一部の別の断面図である。例示的実施形態では、超音速圧縮機ロータ４０は、ロータディスク４８に結合された複数のベーン４６を含む。ロータディスク４８は、中心線軸５４に沿ってディスク本体５０を通って略軸方向に延在する円筒形の内部空洞５２を画成する環状ディスク本体５０を含む。ディスク本体５０は、径方向内側の表面５６と、径方向外側の表面５８と、端壁６０とを含む。径方向内側の表面５６は円筒形の内部空洞５２を画成する。円筒形の内部空洞５２は略円筒形の形状を有し、中心線軸５４を中心に配向される。円筒形の内部空洞５２は、これを貫通する（図１に示す）駆動軸２２を受けるようなサイズである。端壁６０は円筒形の内部空洞５２から外側に、且つ径方向内側の表面５６と径方向外側の表面５８との間に延在する。端壁６０は、中心線軸５４に対して垂直方向の径方向６４に画成された幅６２を含む。
【００２３】
例示的実施形態では、各ベーン４６は端壁６０に結合され、端壁６０から外側に、中心線軸５４に略平行な軸方向６６に延在する。各ベーン４６は、流入口縁部６８と、流出口縁部７０と、流入口縁部６８と流出口縁部７０との間に延在する側壁７２とを含む。流出口縁部６８は、径方向内側の表面５６の近傍に位置する。流出口縁部７０は径方向外側の表面５８の近傍に位置する。例示的実施形態では、隣接するベーン４６はベーン４６の対偶７４を形成する。各対偶７４は、隣接するベーン４６の間に流路７６と、流入口７８と、流出口８０とを画成するような向きに配置される。流路７６は流入口７８と流出口８０との間に延在し、流入口７８から流出口８０までの（図３に示す）流れ経路８２を画成する。流れ経路８２は、側壁７２に略平行の方向を向いている。例示的実施形態では、流れ経路８２は径方向のベクトル成分と接線方向のベクトルとを含む。流路７６は、流体が流れ経路８２を通る矢印８３で示す接線方向の流動ベクトルと、矢印８５で示す径方向の流動ベクトルとを有することが特徴となるように、流体を流れ経路８２に沿って流入口７６から流出口７８へと流すようなサイズ、形状、向きとされる。流入口７８は、隣接するベーン４６の隣接する流入口縁部６８の間に画成される。流出口８０は、隣接するベーン４６の隣接する流出口縁部７０の間に画成される。側壁７２は、ベーン４６が径方向内側の表面５６と径方向外側の表面５８との間に延在するように、流入口縁部６８と流出口縁部７０との間に径方向に延在する。側壁７２は、外表面８４と反対側の内表面８６を含む。側壁７２は外表面８４と内表面８６との間に延在し、外表面８４から内表面８６までの流路７６の軸方向高さ８８を画成する。
【００２４】
各側壁７２は第１の側面、すなわち圧力側９０と、反対側の第２の側面、すなわち吸込側９２とを含む。圧力側９０と吸込側９２とは各々、流入口縁部６８と流出口縁部７０との間に延在する。各ベーン４６は、流路７６が流入口７８と流出口８０との間で略径方向を向くように、円筒形の内部空洞５２の周りで周方向に離間される。各流入口７８は、流入口縁部６８でベーン４６の圧力側９０と隣接の吸込側９２との間に延在する。各流出口８０は、流れ経路８２が径方向内側の表面５６から径方向外側の表面５８へと径方向６４の径方向外側に画成されるように、流出口縁部７０で圧力側９０と吸込側９２との間に延在する。あるいは、隣接するベーン４６は、流入口７８が径方向外側の表面５８に画成され、流出口８０が径方向内側の表面５６に画成されることによって、流れ経路８２が径方向外側の表面５８から径方向内側の表面５６へと径方向内側に画成されるような向きに配置されてもよい。
【００２５】
例示的実施形態では、流路７６は、圧力側９０と隣接の吸込側９２との間に画成され、流れ経路８２に対して垂直な幅９４を含む。流入口７８は、流出口８０の第２の周方向幅９８よりも広い第１の周方向幅９６を有する。あるいは、流入口７８の第１の周方向幅９６は、流出口８０の第２の周方向幅９８より狭くてもよく、又はこれに等しくてもよい。
【００２６】
例示的実施形態では、少なくとも１つの超音速圧縮ランプ１００が端壁６０に結合され、端壁６０から外側に軸方向６６に延在する。超音速圧縮ランプ１００は流入口７８と流出口８０との間に位置し、端壁６０から少なくとも部分的に流路７６内に延在する。超音速圧縮ランプ１００は、１つ又は複数の圧縮波を流路７６内に形成できるようなサイズ、形状、及び向きとされる。
【００２７】
シュラウドアセンブリ１０４は、流路７６がシュラウドアセンブリ１０４と端壁６０との間に画成されるように各ベーン４６の外表面８４に結合される。シュラウドアセンブリ１０４は、内縁部１０６と、外縁部１０８と、内縁部１０６と外縁部１０８との間に径方向に延在するシュラウドプレート１１０とを含む。内縁部１０６は略円筒形の開口１１２を画成する。シュラウドアセンブリ１０４は、円筒形の内部空洞５２が開口１１２と同心になるように、ロータディスク４８に対して同軸の向きに配置される。シュラウドアセンブリ１０４は、ベーン４６の内縁部６８がシュラウドアセンブリ１０４の内縁部１０６に隣接する位置にあり、ベーン４６の外縁部７０がシュラウドアセンブリ１０４の外縁部１０８に隣接する位置にあるように各ベーン４６に結合される。各ベーン４６はシュラウドプレート１１０の内表面１１４と端壁６０との間に軸方向に延在する。あるいは、超音速圧縮機ロータ４０はシュラウドアセンブリ１０４を含まない。このような実施形態では、ダイアフラムアセンブリ（図示せず）が流路７６を少なくとも部分的に画成するように、ダイアフラムアセンブリがベーン４６の各外表面に隣接して配置される。
【００２８】
超音速圧縮機ロータ４０の動作中、（図１に示す）吸込部１２は流体１１６を流路７６の
流入口７８に向かって流す。流体１１６は、流入口７８に流入する直前に第１の速度、すなわち接近速度を有する。超音速圧縮機ロータ４０は、流路７６に流入する流体１１６が流入口７８で第３の速度、すなわちベーン４６に対する超音速である流入速度を含むように、矢印１１８で表される第２の速度、すなわち回転速度で中心線軸５４の周囲を回転する。流体１１６が超音速で流路７６を通って流れると、超音速圧縮ランプ１００は流路７６内に圧縮波１０２を形成させて流体１１６の圧縮を促進し、流体１１６が流出口８０で上昇した圧力と温度とを含み、且つ／又は低減した容積を含むようにする。
【００２９】
例示的実施形態では、超音速圧縮ランプ１００は、端壁６０に結合されて、流れ経路８２に沿って変化する断面領域１２０を有する流路７６を画成する。流路７６の断面領域１２０は流れ経路８２に垂直に画成され、流路７６の幅９４と流路７６の軸方向高さ８８との積に等しい。流路７６は第１の領域、すなわち流入口７８の流入断面領域１２２と、第２の領域、すなわち流出口８０の流出断面領域１２４と、第３の領域、すなわち流入口７８と流出口８０との間に画成される最小断面領域１２６とを含む。例示的実施形態では、超音速圧縮ランプ１００は流路７６のスロート領域１２８を画成する。スロート領域１２８は流路７６の最小断面領域１２６を含む。最小断面領域１２６は流入断面領域１２２及び流出断面領域１２４よりも小さい。一実施形態では、最小断面領域１２６は流出断面領域１２４に等しく、流出断面領域１２４及び最小断面領域１２６はそれぞれ、流入断面領域１２２よりも小さい。
【００３０】
例示的実施形態では、超音速圧縮ランプ１００は圧縮面１３０と末広面１３２とを含む。圧縮面１３０は第１の縁部、すなわち前縁部１３４と、第２の縁部、すなわち後縁部１３６とを含む。前縁部１３４は後縁部１３６よりも流入口７８に近い位置にある。圧縮面１３０は前縁部１３４と後縁部１３６との間に延在し、端壁６０から流路７６へと斜角α1をなす方向を向いている。例示的実施形態では、圧縮面１３０は、端壁６０と圧縮面１３０との間で計測して角度α1が約２°から約１０°の間で画成されるように端壁６０から流路７６へと外側に延在する。あるいは、圧縮面１３０は、角度α1が、超音速圧縮ランプ１００が本明細書に記載の機能を果たすのに十分な適宜の角度になるように、端壁６０に対して配置されてもよい。例示的実施形態では、圧縮面１３０は、前縁部１３４と後縁部１３６との間に延在する略平坦な表面１３８を含む。代替実施形態では、圧縮面１３０は、前縁部１３４と後縁部１３６との間に延在する（鎖線で示す）アーチ状の表面１４０を含む。
【００３１】
例示的実施形態では、圧縮面１３０は、圧縮領域１４２が前縁部１３４と後縁部１３６との間に画成されるようにシュラウドプレート１１０に向かって先細になっている。圧縮領域１４２は、流れ経路８２に沿って前縁部１３４から後縁部１３６へと縮小する流路７６の断面領域１４４を含む。圧縮面１３０の後縁部１３６はスロート領域１２８を画成する。末広面１３２は圧縮面１３０に結合され、圧縮面１３０から下流側に流出口８０へと延在する。末広面１３２は第１の端部１４６と、第１の端部１４６よりも流出口８０に近い第２の端部１４８とを含む。末広面１３２の第１の端部１４６は、圧縮面１３０の後縁部１３６に結合される。末広面１３２は第１の端部１４６と第２の端部１４８との間に延在し、端壁６０に対して斜角α2をなす方向を向いている。末広面１３２は、圧縮面１３０の後縁部１３６から流出口８０へと増大する末広の断面領域１５２を含む末広領域１５０を画成する。末広領域１５０は、スロート領域１２８から流出口８０へと延在する。
【００３２】
超音速圧縮機ロータ４０の動作中、流体１１６はロータディスク４８に対して超音速である速度で円筒形の内部空洞５２から流入口７８へと流れる。円筒形の内部空洞５２から流路７６に流入する流体１１６は圧縮領域１４２を通って流れ、超音速圧縮ランプ１００に接触する。超音速圧縮ランプ１００は、圧縮波１０２のシステム１５４を流路７６内に形成させるようなサイズ、形状、向きとされる。システム１５４は、流体１１６が超音速圧縮ランプ１００を横切り、圧縮領域１４２を通って流れると形成される第１の斜め衝撃波１５６を含む。圧縮面１３０は、圧縮面１３０の前縁部１３４に第１の斜め衝撃波１５６を形成させる。第１の斜め衝撃波１５６は、流れ経路８２を横切って前縁部１３４からシュラウドプレート１１０へと延在し、流れ経路８２に対して斜角をなす方向を向いている。第１の斜め衝撃波１５６はシュラウドプレート１１０に接触し、流れ経路８２に対して斜角をなしてシュラウドプレート１１０から圧縮面１３０の後縁部１３６へと反射される第２の斜め衝撃波１５８を形成する。超音速圧縮ランプ１００は、第１の斜め衝撃波１５６と第２の斜め衝撃波１５８とを圧縮領域１４２内に形成させるように構成される。流体がスロート領域１２８を通って流出口８０に向かって流れると、末広領域１５０内に垂直衝撃波１６０が形成される。垂直衝撃波１６０は流れ経路８２に対して垂直方向を向き、流れ経路８２を横切って延在する。
【００３３】
流体１１６が圧縮領域１４２を通過する際、流体１１６が第１の斜め衝撃波１５６と第２の斜め衝撃波１５８の各々を通過すると、流体１１６の速度は低下する。加えて、流体１１６の圧力が高まり、流体１１６の容積が低減する。流体１１６がスロート領域１２８を通過すると、流体１１６の速度はスロート領域１２８の下流側の垂直衝撃波１６０に向かって上昇する。流体が垂直衝撃波１６０を通過すると、流体１１６の速度はベーン４６に対して亜音速まで低下する。
【００３４】
図５は、代替形態の超音速圧縮ランプ２００を含む超音速圧縮機ロータ４０の代替実施形態の断面図である。代替実施形態では、超音速圧縮ランプ２００は、（図４に示す）垂直衝撃波１６０が流路７６内に形成されることを防止するように構成される。超音速圧縮ランプ２００は、スロート領域１２８が流出口８０の近傍に画成されるように流路７６内に位置する圧縮面１３０を含む。更に、圧縮面１３０の後縁部１３６は、超音速圧縮ランプ２００が末広面１３２を含まないように流出口８０の近傍に位置する。動作中、流体１１６が流路７６を通って流れると、超音速圧縮ランプ２００は、スロート領域１２８を通って流れる流体１１６を、ロータディスク４８に対して超音速である流出口８０での速度を含むように調節する。
【００３５】
図６は、超音速圧縮機ロータ４０の別の代替実施形態の断面図である。この代替実施形態では、超音速圧縮機ロータ４０は、第１の超音速圧縮ランプ２０２と、第２の超音速圧縮ランプ２０４とを含む。第１の超音速圧縮ランプ２０２は端壁６０に結合され、流路７６内の流入口７８と流出口８０との間に位置する。第２の超音速圧縮ランプ２０４は、シュラウドプレート１１０の内表面１１４に結合され、シュラウドプレート１１０から端壁６０の方向に流路７６内に延在する。第２の超音速圧縮ランプ２０４は、スロート領域１２８が第１の超音速圧縮ランプ２０２と第２の超音速圧縮ランプ２０４との間に画成されるように第１の超音速圧縮ランプ２０２に対して位置する。第１の超音速圧縮ランプ２０２は、第１の圧縮面２０６と、第１の末広面２０８とを含む。第２の超音速圧縮ランプ２０４は、第２の圧縮面２１０と第２の末広面２１２とを含む。第１の圧縮面２０６と第２の圧縮面２１０は各々、前縁部１３４と後縁部１３６とを含む。スロート領域１２８は各後縁部１３６の間に画成される。圧縮領域１４２は、第１の圧縮面２０６と第２の圧縮面２１０との間に画成される。末広領域１５０は、第１の末広面２０８と第２の末広面２１２との間に画成される。
【００３６】
代替実施形態では、動作中、流体１１６が流路７６を通って流れると、第１の超音速圧縮ランプ２０２は圧縮波１０２の第１のシステム２１４を流路７６の圧縮領域１４２内に形成させる。第２の超音速圧縮領域１４２は、圧縮波１０２の第２のシステム２１６を第１のシステム２１４とは概ね反対側の圧縮領域１４２内に形成させる。第１のシステム２１４は、流れ経路８２を横切って第１の圧縮面２０６の前縁部１３４から第２の圧縮面２１０へと延在する第１の斜め衝撃波２１８を含む。第１の斜め衝撃波２１８は第２の圧縮面２１０に接触し、第２の圧縮面２１０から第１の圧縮面２０６の後縁部１３６に向かって反射される第２の斜め衝撃波２２０を形成する。第２のシステム２１６は、流れ経路８２を横切って第２の圧縮面２１０の前縁部１３４から第１の圧縮面２０６へと延在する第３の斜め衝撃波２２２を含む。第１の圧縮面２０６は第３の斜め衝撃波２２２を反射して、第１の圧縮面２０６から第２の圧縮面２１０の後縁部１３６に向かって延在する第４の斜め衝撃波２２４を形成する。第１の超音速圧縮ランプ２０２と第２の超音速圧縮ランプ２０４は各々、スロート領域１２８の下流の末広領域１５０内に垂直衝撃波１６０を形成させるように構成される。
【００３７】
上記の超音速圧縮機ロータは、超音速圧縮機システムを通って径方向に流体を流すためのコスト効率の高い信頼できる方法を提供する。より具体的には、本明細書に記載の超音速圧縮機ロータは、ロータディスクの端壁に結合されて径方向の流路を画成する超音速圧縮ランプを含む。超音速圧縮機ロータに径方向の流路を設けることによって、径方向吐出口を有するように超音速圧縮機システムを設計できる。その結果、この超音速圧縮機ロータは、軸方向の流れ方向を径方向の流れ方向に調整する必要がある、公知の超音速圧縮機アセンブリの構成部品数を低減する。従って、超音速圧縮機システムを補修するコストを節減できる。
【００３８】
超音速圧縮機ロータを組み立てるシステムと方法の例示的実施形態を詳細に記載してきた。システム及び方法は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、システムの構成部品及び／又は方法のステップを本明細書に記載の別の構成部品及び／又はステップとは独立して別個に利用してもよい。例えば、システム及び方法を別のロータリーエンジンシステムと組み合わせて使用してもよく、本明細書に記載の超音速圧縮機システムだけと共に実施することに限定されない。むしろ、多くの別のロータリーシステムの用途と共に例示的実施形態を実装し、利用することができる。
【００３９】
本発明の様々な実施形態の特定の特徴をある図面では示し、他の図面では示さないことがあるが、単に便宜的なものである。更に、上記の記載での「一実施形態」は、言及した特徴をも組み入れた追加の実施形態の存在を排除するものと解釈されることを意図するものではない。本発明の原理に基づいて、図面のどの特徴も別のいずれかの図面のいずれかの特徴と組み合わせて参照及び／又は特許請求されてもよい。
【００４０】
本明細書は、実施例を使用して、最良の形態を含めた本発明を開示し、当業者がデバイス又はシステムを製造し、使用すること、及び組み込まれたいずれかの方法を実行することを含めて本発明を実施できるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する別の実施例を含んでもよい。このような別の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字言語と相違しない構成要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文字言語と非実質的な相違を有する等価な構成要素を含む場合は、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図するものである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  超音速圧縮機システム
１２  吸込部
１４  圧縮部
１６  吐出部
１８  駆動アセンブリ
２０  ロータアセンブリ
２２  駆動軸
２４  圧縮機ハウジング
２６  流入口
２８  流出口
３０  内表面
３２  空洞
３４  流体源
３６  流入口ガイドベーンアセンブリ
３８  流入口ガイドベーン
４０  超音速圧縮機ロータ
４２  流出口ガイドベーンアセンブリ
４４  出力システム
４６  ベーン
４８  ロータディスク
５０  ディスク本体
５２  円筒形の内部空洞
５４  中心線軸
５６  径方向内側の表面
５８  径方向外側の表面
６０  端壁
６２  幅
６４  径方向
６６  軸方向
６８  流入口縁部
７０  流出口縁部
７２  側壁
７４  対偶
７６  流路
７８  流入口
８０  流出口
８２  流れ経路
８３  矢印
８４  外表面
８５  矢印
８６  内表面
８８  軸方向高さ
９０  圧力側
９２  吸込側
９４  幅
９６  第１の周方向幅
９８  第２の周方向幅
１００  超音速圧縮ランプ
１０２  圧縮波
１０４  シュラウドアセンブリ
１０６  内縁部
１０８  外縁部
１１０  シュラウドプレート
１１２  円筒形の開口
１１４  内表面
１１６  流体
１１８  矢印
１２０  断面領域
１２２  断面領域
１２４  断面領域
１２６  断面領域
１２８  スロート領域
１３０  圧縮面
１３２  末広面
１３４  前縁部
１３６  後縁部
１３８  平坦な表面
１４０  アーチ状の表面
１４２  第２の超音速圧縮領域
１４４  断面領域
１４６  第１の端部
１４８  第２の端部
１５０  末広領域
１５２  断面領域
１５４  システム
１５６  第１の斜め衝撃波
１５８  第２の斜め衝撃波
１６０  垂直衝撃波
２００  超音速圧縮ランプ
２０２  第１の超音速圧縮ランプ
２０４  第２の超音速圧縮ランプ
２０６  第１の圧縮面
２０８  第１の末広面
２１０  第２の圧縮面
２１２  第２の末広面
２１４  第１のシステム
２１６  第２のシステム
２１８  第１の斜め衝撃波
２２０  第２の斜め衝撃波
２２２  第３の斜め衝撃波
２２４  第４の斜め衝撃波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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