(57)【要約】  超音速圧縮機（１０）は、流体入口（２６）、流体出口（２８）、およびそれらの間に延びている流体導管であって、超音速圧縮機ロータ（４０）がその中に配置されている流体導管を含む。超音速圧縮機ロータは、第１の端壁（６０）およびそれに結合された複数の羽根（４６）を含む。羽根の各対は、流体流路（８０）を画定する。流体流路は、流路入口開口（７６）および流路出口開口（７８）を画定するとともに、スロート部分（１２４）を含む。超音速圧縮機ロータはまた、第２の端壁（９０）、およびロータに隣接して位置する少なくとも１つの軸平行移動可能な流体流制御装置（１７２）を含む。軸平行移動可能な流体制御装置は、スロート部分を遮断するように構成されているとともに、スロート部分の少なくとも一部分に挿入可能な、少なくとも１つの軸平行移動可能な突起（１７８）を含む。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音速圧縮機であって、
少なくとも１つの流体入口と、
少なくとも１つの流体出口と、
前記流体入口と前記流体出口の間に延びる流体導管と、
前記流体導管内部に配置された、少なくとも１つの超音速圧縮機ロータであって、
第１の端壁、
前記第１の端壁に結合された複数の羽根であって、前記複数の羽根の各対が、そこを通過して延びる流体流路を画定し、前記流体流路は、流路入口開口および流路出口開口を画定し、かつ前記流体流路はスロート部分を含む、複数の羽根、および
第２の端壁を含む、少なくとも１つの超音速圧縮機ロータと、
前記スロート部分を少なくとも部分的に遮断するように構成された、前記ロータに隣接して位置する少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置であって、
前記スロート部分の少なくとも一部分に挿入可能な、少なくとも１つの軸平行移動可能な突起を備える、少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置と
を備える、超音速圧縮機。
【請求項２】
前記軸平行移動可能な流体制御装置は、前記超音速圧縮機の第１の動作モードの間の第１の位置から、前記超音速圧縮機の第２の動作モードの間の第２の位置まで移動可能である、請求項１記載の超音速圧縮機。
【請求項３】
前記第１の位置が、前記超音速圧縮機の始動動作モードの間に、前記軸平行移動可能な流体制御装置の、前記流体流路に対して完全に後退した位置を含む、請求項２記載の超音速圧縮装置。
【請求項４】
前記第２の位置が、前記超音速圧縮機の始動後動作モードの間に、前記流体流路に対して部分的に後退した、前記軸平行移動可能な流体制御装置の位置を含む、請求項２記載の超音速圧縮装置。
【請求項５】
前記軸平行移動可能な流体制御装置が、前記軸平行移動可能な突起に結合された軸方向位置決め装置をさらに備える、請求項１記載の超音速圧縮装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの軸平行移動可能な突起が、
前記第１の端壁を通過して延びることのできる第１の突起、および
前記第２の端壁を通過して延びることのできる第２の突起
の少なくとも一方を含む、請求項１記載の超音速圧縮装置。
【請求項７】
少なくとも２つの反対回転する超音速圧縮機ロータを備える、請求項１記載の超音速圧縮装置。
【請求項８】
超音速圧縮機用の始動支援システムであって、
前記超音速圧縮機が、少なくとも１つの流体入口、少なくとも１つの流体出口、その間に延びる流体導管、前記流体導管内部に配置された少なくとも１つの超音速圧縮機ロータ、ならびに流路入口開口および流路出口開口およびその間のスロート部分を含む、始動支援システムにおいて、
前記ロータに隣接して位置して、前記スロート部分を通過する流体流を少なくとも部分的に遮断するように構成された、少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置であって、
前記スロート部分の少なくとも一部分に挿入可能な、少なくとも１つの軸平行移動可能な突起を含む、少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置
を備える、始動支援システム。
【請求項９】
前記軸平行移動可能な流体制御装置は、前記超音速圧縮機の第１の動作モードの間の第１の位置から、前記超音速圧縮機の第２の動作モードの間の第２の位置まで移動可能である、請求項８記載の始動支援システム。
【請求項１０】
前記超音速圧縮機の第１の動作モードの間の前記第１の位置が、前記超音速圧縮機の始動動作モードの間に、前記軸平行移動可能な流体制御装置の完全に後退した位置を含む、請求項９記載の始動支援システム。
【請求項１１】
前記第２の位置が、前記超音速圧縮機の始動後動作モードの間に、部分的に後退した前記軸平行移動可能な流体制御装置の位置を含む、請求項９記載の始動支援システム。
【請求項１２】
前記軸平行移動可能な流体制御装置が、前記軸平行移動可能な突起に結合された軸方向位置決め装置をさらに備える、請求項８記載の始動支援システム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの軸平行移動可能な突起が、
第１の端壁を通過して延びることのできる第１の突起、および
第２の端壁を通過して延びることのできる第２の突起
の少なくとも一方を含む、請求項８記載の始動支援システム。
【請求項１４】
前記超音速圧縮機システムが、少なくとも２つの反対回転する超音速圧縮機ロータを備える、請求項８記載の始動支援システム。
【請求項１５】
超音速圧縮機を始動する方法であって、
超音速圧縮機を準備するステップであって、前記超音速圧縮機が、
少なくとも１つの流体源と流体連通して結合された流体入口と、
流体出口と、
少なくとも１つの超音速圧縮機ロータであって、
第１の端壁と、
前記第１の端壁に結合された複数の羽根であって、該複数の羽根の各対が、そこを通過して延びる流体流路を画定しており、前記流体流路は流路入口開口および流路出口開口を画定しており、前記流体流路がスロート部分を含む、前記複数の羽根と、
第２の端壁と、
前記スロート部分を少なくとも部分的に遮断するように構成された、前記少なくとも１つの超音速圧縮機ロータに隣接して位置する、少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置であって、
前記スロート部分の少なくとも一部分に挿入可能な、少なくとも１つの軸平行移動可能な突起を含む、少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置とを含む、少なくとも１つの超音速圧縮機ロータと
を含む、超音速圧縮機を準備するステップと、
前記超音速圧縮機の始動動作モードの間に、前記スロート部分を実質的に開放する第１の位置まで、前記少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置を、軸方向に移動させるステップと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置を第１の位置まで軸方向に移動させるステップは、
前記第１の端壁を通過して延びる第１の突起を、前記複数の羽根の対の間に画定された前記流体流路から引き抜いて、前記スロート部分を開放するステップ、および
前記第２の端壁を通過して延びる第２の突起を、前記複数の羽根の対の間に画定された前記流体流路から引き抜いて、前記スロート部分を開放するステップ
の少なくとも一方を含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの超音速圧縮機ロータを含む、超音速圧縮機を準備するステップが、
２つの反対方向に回転する超音速圧縮機ロータを含む、超音速圧縮機を準備するステップを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記超音速圧縮機の始動後動作モードの間に、前記スロート部分を少なくとも部分的に遮断する第２の位置まで、前記少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置を軸方向に移動させるステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置を第２の位置まで軸方向に移動させるステップが、
第１の突起を、前記第１の端壁を通過して、前記複数の羽根の対の間に画定された流体流路中に少なくとも部分的に挿入して、少なくとも部分的に前記スロート部分を遮断するステップと、
第２の突起を、前記第２の端壁を通過して、前記複数の羽根の対の間に画定された流体流路中に少なくとも部分的に挿入して、少なくとも部分的に前記スロート部分を遮断するステップ
の少なくとも一方を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
気体混合物および気体・液体混合物の少なくとも一方を、流体源からスロート部分に導くステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される主題は、一般的には超音速圧縮機システムに関し、より詳細には超音速圧縮機システムに使用する超音速圧縮機ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の知られている超音速圧縮機システムは、駆動アセンブリ、駆動シャフト、および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を含む。駆動アセンブリは、駆動シャフトによって超音速圧縮機ロータに結合されており、駆動シャフトと超音速圧縮機ロータを回転させる。
【０００３】
既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、複数の羽根を含む。各羽根は、ロータディスクの回りに円周方向に配向されて、隣接する羽根同士の間に流路（flow channel）を画定する。少なくとも一部の既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、超音速圧縮ランプ（supersonic compression ramp）を含む。既知の超音速圧縮ランプは、流れ経路内に位置して、スロート領域を形成して、流れ経路内部に圧縮波を形成するように構成されている。
【０００４】
既知の超音速圧縮機システムの始動動作中に、駆動アセンブリは、超音速圧縮機ロータを最初に低速度で回転させるとともに、ロータを高回転速度まで加速する。流路入口において超音速圧縮機ロータに対して流体の速度が最初に亜音速であることが特徴であり、次いで、ロータが加速するにつれて、流路入口において超音速圧縮機ロータに対して流体の速度が超音速となることが特徴となるように、流体が超音速圧縮機ロータに流される。既知の超音速圧縮機ロータにおいて、流体が流路を通って流されると、超音速圧縮機ランプによって、流路の集束部分の内部の斜め衝撃波（oblique shockwaves）、および流路の発散部分の内部の垂直衝撃波の系が形成される。スロート領域は、集束部分と発散部分の間の流路の最も狭い部分として定義される。スロート領域の幅が広くなると、始動時にスロート領域内で超音速流を確立するのが容易になるが、定常状態での性能は低下する。領域の幅が狭くなると、定常状態性能を助長するが、スロート領域内での超音速流の確立の困難さは増大する。さらに、多くの既知の超音速圧縮機は、固定されたスロート形状寸法を有する。既知の超音速圧縮機システムは、例えば、２００５年３月２８日および２００５年３月２３日にそれぞれ出願された、米国特許第７３３４９９０号および第７２９３９５５号、ならびに２００９年１月１６日に出願された米国特許出願第２００９／０１９６７３１号に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０９４９３６号
【発明の概要】
【０００６】
一観点では、超音速圧縮機が提供される。この超音速圧縮機は、流体入口と、流体出口と、その間に延びる流体導管とを含み、超音速圧縮機ロータが流体導管の中に配置されている。超音速圧縮機ロータは、第１の側壁と、それに結合された複数の羽根とを含む。羽根の各対が、流体流路を画定している。流体流路は、流路入口開口と流路出口開口と画定するとともに、スロート部分を含む。超音速圧縮機ロータはまた、第２の端壁、およびロータに隣接して位置する、少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置を含む。この軸平行移動可能な流体制御装置は、スロート部分を遮断するように構成されており、そのスロート部分の少なくとも一部分に挿入可能な、少なくとも１つの軸平行移動可能な突起を含む。
【０００７】
別の観点においては、超音速圧縮機用の始動支援システムが提供される。超音速圧縮機は、少なくとも１つの流体入口、少なくとも１つの流体出口、それらの間に延びる流体導管、流体導管内部に配置された少なくとも１つの超音速圧縮機ロータ、ならびにスロート部分をその間に備える、流路入口開口および流路出口開口を含む。始動支援システムは、ロータに隣接して位置する、少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置を含む。軸平行移動可能な流体制御装置は、スロート部分を通過する流体流を少なくとも部分的に遮断するように構成されている。少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置は、スロート部分の少なくとも一部分に挿入可能な、少なくとも１つの軸平行移動可能な突起を含む。
【０００８】
さらに別の観点においては、超音速圧縮機を始動させる方法が提供される。この方法は、超音速圧縮機を準備するステップを含む。超音速圧縮機は、少なくとも１つの流体源と流体連通して結合された流体入口、流体出口、および少なくとも１つの超音速圧縮機ロータを含む。少なくとも１つの超音速圧縮機ロータは、第１の端壁、および第１の端壁に結合された複数の羽根を含む。複数の羽根の各対は、そこを通過して延びる流体流路を画定している。流体流路は、流路入口開口および流路出口開口を画定する。流体流路は、スロート部分を含む。少なくとも１つの超音速圧縮機ロータはまた、第２の端壁、およびロータに隣接して位置する、少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置を含む。軸平行移動可能な流体制御装置は、スロート部分を少なくとも部分的に遮断するように構成されている。少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置は、スロート部分の少なくとも一部分に挿入可能な、少なくとも１つの軸平行移動可能な突起を含む。この方法はまた、少なくとも１つの軸平行移動可能な流体制御装置を、超音速圧縮機の始動動作モードの間に、スロート部分を実質的に開放する第１の位置まで、軸方向に移動させることを含む。
【０００９】
本発明の、これらおよびその他の特徴、観点、および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読めば、より詳細に理解されるであろう。なお、図面を通して、同一の記号は、同一の部品を示す。
【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に示す超音速圧縮機ロータに使用してもよい、例示的な超音速圧縮機ロータの斜視図である。
【図３】図２に示す超音速圧縮機ロータの分解斜視図である。
【図４】図２に示し、切断線４−４に沿って切った、超音速圧縮機ロータの横断面図である。
【図５】図４に示し、範囲５に沿って切った、超音速圧縮機ロータの一部分の拡大横断面図である。
【図６】図１に示す超音速圧縮機に使用してもよい、代替的な超音速圧縮機ロータの一部分の斜視図である。
【図７】図６に示す超音速圧縮機ロータに使用してもよい、軸平行移動可能な流体流制御装置および第１の位置決め装置を含む、超音速圧縮機始動支援システムの側面図である。
【図８】図６に示す超音速圧縮機ロータに使用してもよい、軸平行移動可能な流体流制御装置および第２の位置決め装置の側面図である。
【図９】図７および８に示す、軸平行移動可能な流体流制御装置の一部分、および超音速圧縮機ロータの一部分の横断面斜視図である。
【図１０】図９に示し、線１０−１０に沿って切った、軸平行移動可能な流体流制御装置の一部分、および超音速圧縮機ロータの一部分の横断面図である。
【図１１】図９に示す線１１−１１に沿って切った、軸平行移動可能な流体流制御装置の一部分、および超音速圧縮機ロータの一部分の横断面図である。
【図１２】図１０に示す線１２−１２に沿って切った、軸平行移動可能な流体流制御装置の一部分、および超音速圧縮機ロータの一部分の横断面図である。
【図１３】図１１に示す線１３−１３に沿って切った、軸平行移動可能な流体流制御装置の一部分、および超音速圧縮機ロータの一部分の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
特に断らない限りは、本明細書において提示する図面は、本発明の重要な創意のある特徴を例証するためのものである。これらの重要な創意のある特徴は、１つまたは２つ以上の実施形態を含む、多種多様なシステムにおいて応用可能であると考えられる。したがって、図面は、本発明を実施するために必要となる、当業者には知られている、従来型の特徴のすべてを含めることを意図するものではない。
【００１２】
以下に示す、明細書および特許請求の範囲において、ある数の用語に言及するが、それらは以下の意味を有するものと定義する。
【００１３】
単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈からそうでないことが明確にならない限り、複数の参照物を含む。
【００１４】
「任意選択の」または「任意選択で」とは、その後に記述される事象または状況が発生するか、またはしないこと、およびその記述が、その事象が発生する場合の事例、およびそれが発生しない場合の事例を含むことを意味する。
【００１５】
本明細書および特許請求の範囲を通して使用される場合には、近似を行う言語は、それが関係する基本機能における変化を生ずることなく変わり得る、任意の定量的表現を修飾するのに適用してもよい。したがって、「約」および「実質的に」などの用語（単数または複数）によって修飾される値は、指定された正確な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの事例においては、近似を行う言語は、値を測定するための機器の精度に対応することがある。ここで、および本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲限定は組合せおよび／または置換を行ってもよく、文脈または言語がそうではないことを示さない限り、そのような範囲が同定されて、その中に包含されるすべての小範囲を含む。
【００１６】
本明細書において使用する場合には、用語「超音速圧縮機ロータ」は、超音速圧縮機ロータの流体流路の内部に配置された超音速圧縮ランプを備える、圧縮機ロータを指すものである。さらに、超音速圧縮機ロータが「超音速」である理由は、ロータの流路内部に配置された超音速圧縮ランプにおいて、回転する超音速圧縮機ロータにぶつかる移動流体、例えば、移動気体が、超音速である相対流体速度を有すると言われるように、高速で回転軸のまわりを回転するように設計されているからである。相対流体速度は、超音速圧縮ランプにおけるロータ速度と、超音速圧縮ランプにぶつかる直前の流体速度のベクトル和によって定義することができる。この相対流体速度は、ときには「局所超音速入口速度」と呼ばれ、これは、特定の実施形態においては、入口気体速度と、超音速圧縮機ロータの流路内部に配置された超音速圧縮ランプの接線速度との組合せである。超音速圧縮機ロータは、非常に高い接線速度、例えば、３００ｍ／ｓｅｃから８００ｍ／ｓｅｃの範囲の接線速度において使用するために考案されている。
【００１７】
本明細書において記述する例示的なシステムおよび方法は、流体流路内部の適正な位置における垂直衝撃波の形成および維持を促進する、可変スロート幾何形状（variable throat geometry）を有する超音速圧縮機ロータを提供することによって、既知の超音速圧縮機の短所を克服する。より具体的には、本明細書において記述する実施形態は、始動動作の間にスロート面積の大きさを変調する流体制御装置を備える、超音速圧縮機ロータを含む。
【００１８】
図１は、例示的な超音速圧縮機システム１０の概略図である。この例示的な実施形態において、超音速圧縮機システム１０は、吸入区間１２、吸入区間１２から下流に結合された圧縮機区間１４、圧縮機区間１４から下流に結合された排出区間１６、および駆動アセンブリ１８を含む。圧縮機区間１４は、駆動シャフト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に結合されている。この例示的実施形態においては、吸入区間１２、圧縮機区間１４、および排出区間１６のそれぞれは、圧縮機ハウジング２４の内部に位置している。より具体的には、圧縮機ハウジング２４は、流体入口２６、流体出口２８、および空隙３２を画定する内表面３０を含む。空隙３２は、流体入口２６と流体出口２８の間に延びて、流体入口２６から流体出口２８まで流体を導くように構成されている。吸入区間１２、圧縮機区間１４、および排出区間１６のそれぞれは、空隙３２内部に位置している。代替的に、吸入区間１２および／または排出区間１６は、圧縮機ハウジング２４の内部に位置していなくてもよい。
【００１９】
この例示的実施形態においては、流体入口２６は、流体源３４から吸入区間１２まで流体の流れを導くように構成されている。流体は、例えば、気体、気体混合物、および／または液体・気体混合物などの、任意の流体でよい。吸入区間１２は、流体入口２６から圧縮機区間１４まで流体を導くために、圧縮機区間１４と流体連通して結合されている。吸入区間１２は、速度、質量流量、圧力、温度、および／または任意好適な流動パラメータなどの、１つまたは２つ以上の所定のパラメータを有する、流体流動を調節するように構成されている。この例示的実施形態においては、吸入区間１２は、流体入口２６から圧縮機区間１４まで流体を導くために、流体入口２６と圧縮機区間１４の間に結合された、入口案内羽根アセンブリ３６を含む。入口案内羽根アセンブリ３６は、圧縮機ハウジング２４に結合されて、圧縮機区間１４に対して静止している、１つまたは２つ以上の入口案内羽根３８を含む。
【００２０】
圧縮機区間１４は、吸入区間１２から排出区間１６まで流体の少なくとも一部分を導くために、吸入区間１２と排出区間１６の間に結合されている。この例示的実施形態において、圧縮機区間１４は、駆動シャフト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。図示された実施形態においては、駆動シャフト２２を含む、一対の同心駆動シャフト（図示せず）を使用して、超音速圧縮機ロータ４０（１５８）を駆動することが可能であり、同心駆動シャフトは、反対向きに示されている一対の超音速圧縮機ロータを駆動する（すなわち、動作に際して、超音速圧縮機ロータが反対方向に回転する）ように構成されている。代替的に、超音速圧縮機１０には、少なくとも１つの代替的な超音速圧縮機ロータ１５８（以下でさらに考察する）を含めてもよい。超音速圧縮機ロータ４０は、流体の圧力を増大させ、流体の体積を減少させ、かつ／または排出区間１６に導かれる流体の温度を上昇させるように構成されている。排出区間１６は、超音速圧縮機ロータ４０（１５８）から流体出口２８まで流体を導くために、圧縮機区間１４と流体出口２８の間に結合された、出口案内羽根アセンブリ４２を含む。出口案内羽根アセンブリ４２は、圧縮機ハウジング２４に結合されて、圧縮機区間１４に対して静止している、１つまたは２つ以上の出口案内羽根４３を含む。流体出口２８は、出口案内羽根４２および／または超音速圧縮機１０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、および／または流体貯蔵システムなどの、出力システム４４まで、流体を導くように構成されている。駆動アセンブリ１８は、駆動シャフト２２を回転させて、超音速圧縮機ロータ４０を回転させるように構成されている。上記のように、図１に描かれた構成において、一対の同心駆動シャフトを使用して、一対の超音速圧縮機ロータ、例えば、直列に配列された一対の超音速圧縮機ロータを反対回転させてもよい。
【００２１】
動作中に、吸入区間１２は、流体源３４から圧縮機区間１４に向かって流体を導く。圧縮機区間１４は、流体を圧縮して、圧縮された流体を排出区間１６の方向に排出する。排出区間１６は、圧縮機区間１４から出力システム４４まで流体出口２８を通って、圧縮された流体を導く。
【００２２】
図２は、例示的な超音速圧縮機ロータ４０の斜視図である。図３は、超音速圧縮機ロータ４０の分解斜視図である。図４は、図２における切断線４−４に沿って切った、超音速圧縮機ロータ４０の横断面図である。図３および４に示す同一の構成要素には、図２において使用するのと同じ参照番号を付けてある。分かりやすくする目的で、図４は、第１の半径方向寸法を示すのにｘ軸、ｘ軸と垂直の第２の半径方向寸法を示すのにｙ軸、ｘ軸およびｙ軸に垂直な軸方向寸法を示すのにｚ軸を示す。以後、これらの基準軸を使用する。図４において、ｚ軸は、ページから出る方向に向いている。この例示的実施形態において、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羽根４６を含む。より具体的には、超音速圧縮機ロータ４０は、分かりやすくするために、この例示的実施形態に示すような６つの羽根４６を含む。代替的に、超音速圧縮機ロータ４０は、本明細書に記載の超音速圧縮機１０の動作を可能にする、任意の数の羽根４６を含む。
【００２３】
ロータディスク４８は、ディスク本体５０を通り中心線軸５４に沿って、概して軸方向に延びる、内部空隙５２を画定する、環状のディスク本体５０を含む。このディスク本体５０は、半径方向内表面５６、半径方向外表面５８、および端壁６０を含む。半径方向内表面５６は、内部空隙５２を画定する。内部空隙５２は、実質的に円筒形状を有し、中心軸５４のまわりに配向されている。駆動シャフト２２は、複数のロータ支持ストラット５１を介して、ロータディスク４８に回転可能に結合され、ロータ支持ストラットは、駆動シャフト２２がそれを通して挿入されるアパーチャ５３を画定している。端壁６０は、内部空隙５２から半径方向外向きに、かつ半径方向内表面５６と半径方向外表面５８との間に延びている。端壁６０は、中心線軸５４に垂直に向いた半径方向６４に画定された、幅６２を有する。
【００２４】
この例示的実施形態において、各羽根４６は、端壁６０に結合されて、端壁６０から外向きに、中心線５４に概して平行な軸方向６６に延びている。各羽根４６は、入口縁６８および出口縁７０を含む。入口縁６８は、半径方向内表面５６に隣接して位置する。出口縁７０は、半径方向外表面５８に隣接して位置する。この例示実施形態においては、超音速圧縮機ロータ４０は、一対７４の羽根４６を含む。各羽根４６は、隣接する羽根４６の各対７４の間に、入口開口７６、出口開口７８、および流路８０を画定するように配向されている。流路８０は、入口開口７６と出口開口７８の間に延びて、入口開口７６から出口開口７８まで、矢印８２で表わされる（図４に示す）、流れ経路を画定している。流れ経路８２は、羽根４６に概して平行に配向されている。流路８０は、半径方向６４に入口開口７６から出口開口７８まで流れ経路８２に沿って流体を導くように大きさ、形状、および配向が決められている。入口開口７６は、入口縁６８と隣接する羽根４６の間に画定されている。出口開口７８は、出口縁７０と隣接する羽根４６の間に画定されている。各羽根４６は、羽根４６が半径方向内表面５６と半径方向外表面５８の間に延びるように、入口縁６８と出口縁７０の間に半径方向に延びている。また、各羽根４６は、外表面８４、および反対側内表面８６を含む。羽根４６は、外表面８４と内表面８６の間に延びて、流路８０の軸方向高さ８８を画定する。
【００２５】
図２および３を参照すると、この例示的実施形態においては、（図４に示す）流路８０がシュラウドアセンブリ９０と端壁６０の間で画定されるように、シュラウドアセンブリ９０が、各羽根４６の外表面８４に結合されている。シュラウドアセンブリ９０は、内縁９２および外縁９４を含む。内縁９２は、実質的に円筒形の開口９６を画定する。シュラウドアセンブリ９０は、内部円筒形空隙５２が開口９６と同心になるように、ロータディスク４８と同軸に配向されている。シュラウンドアセンブリ９０は、羽根４６の入口縁６８がシュラウドアセンブリ９０の内縁９２と隣接して位置し、羽根４６の出口縁７０がシュラウドアセンブリ９０の外縁９４と隣接して位置するように、各羽根４６に結合されている。
【００２６】
また、この例示的実施形態において、シュラウドアセンブリ９０は、複数の穿孔（perforations）または貫通孔９７（penetrations）を画定する。各貫通孔９７は、シュラウドアセンブリ９０を通過して、関連する流路８０のスロート部分１２４まで延びている。スロート部分１２４について、以下にさらに詳細に説明する。したがって、貫通孔９７の数は、流路８０の数および関連するスロート領域１２４の数と等しい、羽根４６の数と等しい。
【００２７】
図４を参照すると、この例示的実施形態において、少なくとも１つの超音速圧縮ランプ９８が、流路８０内部に位置している。超音速圧縮ランプ９８は、入口開口７６と出口開口７８の間に位置して、１つまたは２つ以上の圧縮波１００を流路８０内部に形成させるように、大きさ、形状、および配向を決められている。
【００２８】
超音速圧縮機ロータ４０の動作中に、（図１に示す）吸入区間１２は、流路８０の入口開口７６に向かって流体１０２を導く。流体１０２は、入口開口７６に進入する直前で、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８０に進入する流体１０２が、第３の速度、すなわち羽根４６に対して超音速である入口速度を有するように、方向矢印１０４で表わされた第２の速度、すなわち回転速度で、中心線軸のまわりに回転させられる。流体１０２が流路８０を通過して超音速で導かれると、超音速圧縮ランプ９８は、流体１０２の圧力および温度が上昇し、かつ／または出口開口７８における体積が低下するように、圧縮波１００が流路８０内部で形成されるのを可能にして、流体１０２の圧縮を促進する。
【００２９】
図５は、図４に示し、範囲５に沿って切った、超音速圧縮機ロータ４０の一部分の拡大横断面図である。図５に示す同一の構成要素には、図２および図４で使用するのと同じ参照番号を付けてある。分かりやすくする目的で、図５では、第１の半径方向寸法を示すのにｘ軸を、ｘ軸に垂直である第２の半径方向寸法を示すのにｙ軸を、ｘ軸およびｙ軸に垂直な軸方向寸法を示すのにｚ軸を示す。図５において、ｚ軸は、ページの外に向かっている。この例示的実施形態において、各羽根４６は、第１の側、すなわち圧力側１０６、および反対の第２の側、すなわち吸引側１０８を含む。圧力側１０６および吸引側１０８はそれぞれ、入口縁６８と出口縁７０の間に延びている。
【００３０】
この例示的実施形態においては、流路８０が、入口開口７６と出口開口７８の間で、概して半径方向に配向されるように、各羽根４６は、内部円筒状空隙５２のまわりに円周方向に間隔を空けて配置されている。各入口開口７６は、入口縁６８において、羽根４６の圧力側１０６と、隣接する吸引側１０８の間に延びている。流れ経路８２が、半径方向６４に半径方向内表面５６から半径方向外表面５８まで、半径方向外向きに画定されるように、各出口開口７８は、出口縁７０において圧力側１０６と隣接する吸引側１０８との間に延びている。代替的に、流れ経路８２が、半径方向外表面５８から半径方向内表面５６まで半径方向内向きに画定されるように、隣接する羽根４６は、入口開口７６が半径方向外表面５８において画定され、出口開口７８が半径方向内表面５６において画定されるように配向してもよい。この例示的実施形態において、流路８０は、圧力側１０６と隣接する吸引側１０８の間で画定されて、流れ経路８２に垂直な、円周方向幅１１０を有する。入口開口７６は、出口開口７８の第２の円周方向幅１１４よりも大きい、第１の円周方向幅１１２を有する。代替的に、入口開口７６の第１の円周方向幅１１２は、出口開口７８の第２の円周方向幅１１４よりも小さいか、それに等しくしてもよい。この例示的実施形態において、各羽根４６は、弓形に形成されるとともに、流路８０が螺旋状形状で画定され、入口開口７６と出口開口７８の間で内側方向に概して集束するように、配向されている。
【００３１】
この例示的実施形態においては、流路８０は、流れ経路８２に沿って変化する横断面積１１６を画定する。流路８０の横断面積１１６は、流れ経路８２に垂直に画定され、流路の円周方向幅１１０に、流路８０の（図３に示す）軸方向高さ８８を乗じたものに等しい。流路８０は、第１の面積、すなわち入口開口７６における入口横断面積１１８、第２の面積、すなわち出口開口７８における出口横断面積１２０、および第３の面積、すなわち入口開口７６と出口開口７８の間に画定される最小横断面積１２２を含む。この例示的実施形態においては、最少横断面積１２２は、入口横断面積１１８および出口横断面積１２０よりも小さい。一実施形態においては、最少横断面積１２２は、出口横断面積１２０に等しく、この場合に出口横断面積１２０および最小横断面積１２２のそれぞれが入口横断面積１１８よりも小さい。
【００３２】
この例示的実施形態においては、超音速圧縮ランプ９８は、羽根４６の圧力側１０６に結合されて、流路８０のスロート領域１２４を画定する。スロート領域１２４は、流路８０の最小横断面積１２２を画定する。代替的な実施形態においては、超音速圧縮ランプ９８は、羽根４６の吸引側１０８、端壁６０、および／またはシュラウドアセンブリ９０に結合してもよい。さらに別の代替的実施形態においては、超音速圧縮機ロータ４０は、それぞれ圧力側１０６、吸引側１０８、端壁６０、および／またはシュラウドアセンブリ９０に結合された、複数の超音速圧縮ランプ９８を含む。そのような実施形態においては、各超音速圧縮ランプ９８は、スロート領域１２４を画定してもよい。代替的に、２つ以上の超音速圧縮ランプは、超音速圧縮機ロータの流路内部のスロート領域を画定してもよい。
【００３３】
この例示的実施形態においては、流路８０が、約１．１０から１．１０の間の、入口横断面積１１８を最小横断面積１２２で除した比として定義される面積比を有するように、スロート領域１２４は、入口横断面積１１８よりも小さい最少横断面積１２２を画定する。一実施形態においては、面積比は約１．０７から１．０８の間である。
【００３４】
この例示的実施形態においては、超音速圧縮ランプ９８は、圧縮表面１２６および発散表面１２８を含む。圧縮表面１２６は、第１の縁、または前縁１３０および第２の縁、または後縁１３２を含む。前縁１３０は、後縁１３２よりも入口開口７６により近く位置している。圧縮表面１２６は、前縁１３０と後縁１３２の間に延びており、半径方向内表面５６と圧縮表面１２６の間に画定される斜角１３４で配向されている。圧縮表面１２６は、圧縮領域１３６が前縁１３０と後縁１３２の間に画定されるように、隣接する吸引側１０８に向かって集束している。圧縮領域１３６は、前縁１３０から後縁１３２へと流れ経路８２に沿って減少する、横断面積１３８の流路８０を含む。圧縮表面の１２６の後縁１３２は、スロート領域１２４を画定する。
【００３５】
発散表面１２８は、圧縮表面１２６に結合されて、圧縮表面１２６から出口開口７８に向かって下流に延びている。発散表面１２８は、第１の端１４０、および第１の端よりも出口開口７８に近い、第２の端１４２を含む。発散表面１２８の第１の端１４０は、圧縮表面１２６の後縁１３２に結合されている。発散表面１２８は、第１の端１４０と第２の端１４２の間に延びている。発散表面１２８は、発散横断面積１４８を含む、拡散領域１４６を画定し、発散横断面積１４８は、圧縮表面１２６の第２の端１４２から出口開口７８へと増大する。拡散領域１４６は、スロート領域１２４から出口開口７８まで延びている。代替的な一実施形態においては、超音速圧縮ランプは発散表面１２８を含まない。この代替的実施形態においては、スロート領域１２４が出口開口７８に隣接して画定されるように、圧縮表面１２６の後縁１３２は、羽根４６の出口縁７０に隣接して位置している。
【００３６】
超音速圧縮機ロータ４０の動作の間に、流体１０２は、ロータディスク４８に対して超音速で、内部円筒状空隙５２から入口開口７６へと導かれる。内部円筒状空隙５２から流路８０に進入する流体１０２は、超音速圧縮ランプ９８の前縁１３０と接触して、第１の斜め衝撃波１５２を形成する。超音速圧縮ランプ９８の圧縮領域１３６は、前縁１３０から隣接する羽根４６に向かって流路８０中へと、流れ経路８２に対して斜角に、第１の斜め衝撃波１５２を配向させるように構成されている。第１の斜め衝撃波１５２は、隣接する羽根４６と接触するので、第２の斜め衝撃波１５４は、流れ経路８２に対して斜角で、さらに超音速圧縮ランプ９８のスロート領域１２４に向かって、隣接する羽根４６から反射される。一実施形態においては、圧縮表面１２６は、隣接する羽根４６における第１の斜め衝撃波１５２からスロート領域１２４を画定する後縁１３２へと、第２の斜め衝撃波１５４を拡張させるように、配向されている。超音速圧縮ランプ９８は、第１の斜め衝撃波１５２および第２の斜め衝撃波１５４のそれぞれを、圧縮領域１３６内部で形成させるように構成されている。
【００３７】
流体１０２が圧縮領域１３６を通過するので、流体１０２が第１の斜め衝撃波１５２および第２の斜め衝撃波１５４のそれぞれを通過するときに、流体１０２の速度は低下する。さらに、流体１０２の圧力は増大し、流体１０２の体積は減少する。一実施形態において、超音速圧縮ランプ９８は、流体１０２を、ロータディスク４８に対して超音速である、出口開口７８における出口速度を有するように調整するように構成されている。代替的な実施形態において、超音速圧縮ランプ９８は、スロート領域１２４の下流、および流路８０の内部において、垂直衝撃波１５６を形成させるように構成されている。垂直衝撃波１５６は、流れ経路８２に垂直に配向された衝撃波であり、流れ経路８２は、流体が垂直衝撃波１５６を通過するときに、流体１０２の速度を、ロータディスク４８に対して亜音速まで低下させる。
【００３８】
図６は、（図１に示す）超音速圧縮機システム１０に使用してもよい、代替的な超音速圧縮機ロータ１５８の一部分の斜視図である。分かりやすくするために、図６は、第１の半径方向寸法を示すのにｘ軸を、ｘ軸に垂直な第２の半径方向寸法を示すのにｙ軸を、ｘ軸およびｙ軸に垂直な軸方向寸法を示すのにｚ軸を示す。また、図６においては、ロータ支持ストラット５１、アパーチャ５３、およびシャフト２２（すべて図３に示す）は、分かりやすくするために示していない。さらに、図６および本明細書において、シュラウドアセンブリ９０は、第１の端壁１６０と呼び、端壁６０を第２の端壁１６２と呼ぶ。特に断らない限りは、図６に示す同一の構成要素には、図１〜５で使用するのと同じ参照番号を付けてある。
【００３９】
この例示的実施形態においては、超音速圧縮機ロータ１５８は、（図２、３、および４に示す）ロータ４０の６個の羽根４６と比較して、少なくとも２０個の羽根４６を含む。超音速圧縮機ロータ１５８には、本明細書に記載の超音速圧縮機システム１０の動作を可能にする、任意の数の羽根４６を含めてもよい。羽根４６は、第１および第２の端壁１６０、１６２の両方にそれぞれ結合されている。第１の端壁１６０は、（図３に示す）外縁９４によって円周方向に画定された第１の外周１６４、および（図３に示す）内縁９２によって円周方向に画定された第１の内周１６６を含む。第２の端壁１６２は、（図３に示す）外表面５８によって円周方向に画定された第２の外周１６８、および（図３に示す）内表面５６によって円周方向に画定された第２の内周１７０と含む。超音速圧縮機ロータ１５８は、方向矢印１０４によって示されるように回転される。
【００４０】
図７は、超音速圧縮機始動支援システム１７１の側面図である。この例示的実施形態において、システム１７１は、超音速圧縮機ロータ１５８に使用してもよい、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２および第１の位置決め装置１７４を含む。分かりやすくするために、図７は、ページの中を向いたｘ軸を示しており、すなわち、図６に示す超音速圧縮機ロータ１５８がｙ軸のまわりに観察者の方向に約４５度、回転されている。この例示的実施形態においては、第１の位置決め装置１７４は、本明細書に記載の軸平行移動可能な流体流制御装置１７２の動作を可能にする、それに限定はされないが、圧力板クラッチ、磁気クラッチ、および油圧クラッチを含む、任意のクラッチ型機構である。第１の位置決め装置１７４は、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２を超音速圧縮機ロータ１５８から離れる方向に移動させるように付勢されており、そのような付勢力を克服して、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２を超音速圧縮機ロータ１５８の方向に移動させるものであり、ロータ１５８に接近および離脱する両方の動きが、軸平行移動矢印１７６によって示されている。
【００４１】
また、この例示的実施形態においては、第１の位置決め装置１７４は、駆動シャフト２２に回転可能に結合されている。軸平行移動可能な流体流制御装置１７２は、第１の位置決め装置１７４に動作可能に結合されるとともに、駆動シャフト２２に回転式に結合されている。
【００４２】
第１の位置決め装置１７４は、超音速圧縮機始動支援システム１７１内部の制御システム１７５に動作可能に結合されている。制御システム１７５は、アルゴリズムを含む、十分なアナログ式および離散型の論理でプログラムされて、本明細書に記載の、第１の位置決め装置１７４を含む、（図１に示す）超音速圧縮機システム１０の動作を助長するように、実装されている。この例示的実施形態において、制御システム１７５は、非限定で、パーソナルコンピュータ、リモートサーバ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、および分散制御システム（ＤＣＳ）キャビネットに常駐するプロセッサを含む、少なくとも１つのプロセッサを含む。
【００４３】
動作中に、駆動シャフト２２は、方向矢印１０４によって指示されているように回転し、第１の位置決め装置１７４および流体流制御装置１７２が、超音速圧縮機ロータ１５８と同期して回転している。第１の位置決め装置１７４を連結させると、第１の位置決め装置１７４は、流体流制御装置１７２を、超音速圧縮機ロータ１５８に向かって軸平行移動させる。第１の位置決め装置１７４が切断されると、第１の位置決め装置１７４は、流体流制御装置１７２を、超音速圧縮機ロータ１５８から離れる方向に軸平行移動させる。
【００４４】
さらに、この例示的実証形態においては、流体流制御装置１７２は、少なくとも１つの軸平行移動可能な部材または突起１７８を含む。それぞれの軸平行移動可能な突起１７８は、流路８０中に、より具体的にはスロート領域１２４中に、少なくとも部分的に挿入できるように大きさ、構成、および配向が決められている。また、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２は第２の端壁１６２に直接的に結合されており、この第２の端壁１６２は、超音速圧縮機ロータ１５８の動作中に軸平行移動可能な突起１７８を受け入れるように大きさ、配向、および構成が決められている複数の開口（図示せず）を画定する。流体流制御装置１７２および軸平行移動可能な突起１７８について、以下にさらに説明する。
【００４５】
さらに、この例示的実施形態においては、単一の流体流制御装置１７２が、第２の端壁１６２に隣接している。代替的に、流体流制御装置１７２および関連する第１の位置決め装置１７４は、第１の端壁１６０に隣接して位置している。また、代替的に、流体流制御装置１７２および関連する第１の位置決め装置１７４は、第１の端壁１６０および第２の端壁１６２のそれぞれに隣接して位置している。この代替的実施形態においては、流体流制御装置１７２および関連する第１の位置決め装置１７２の両方を同調して、または個別に動作させてもよい。
【００４６】
図８は、超音速圧縮機ロータ１５８に使用してもよい、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２および第２の位置決め装置１８０の側面図である。図７と同様に、図８は、ページの中を向いたｘ軸を示す。第２の位置決め装置１８０は、少なくとも１つの油圧ピストン型機構であり、この例示的実施形態においては、２つの第２の位置決め装置１８０が示されている。第２の位置決め装置１８０の両方は、同調して動作するか、または個別に動作してもよく、第２の位置決め装置１８０の一方を冗長装置、またはバックアップ装置として使用してもよい。
【００４７】
この例示的実施形態においては、それぞれの第２の位置決め装置１８０は、油圧流体源、または貯留槽１８２を含む。それぞれの第２の位置決め装置１８０も、油圧シリンダ１８４を含み、この油圧シリンダは、少なくとも１つの油圧流体導管１８６および少なくとも１つの油圧流体流制御弁１８８（それぞれの第２の位置決め装置１８０に対して、それぞれの一方だけが示されている）を介して、貯留槽１８２と流体連通して結合されている。貯留槽１８２は、所定の圧力で、所定の体積の油圧流体（図示せず）を充填される。それぞれの第２の位置決め装置１８０は、油圧シリンダ１８４内部に位置する油圧ピストン１９０をさらに含む。さらに、各油圧ピストン１９０は、位置制御部材またはロッド１９２を介して軸平行移動可能な流体流制御装置１７２に動作可能に結合されている。また、この例示的実施形態においては、各油圧流体流制御弁１８８は、制御システム１７５に動作可能に結合されており、制御システム１７５は、油圧流体を貯留槽１８２および油圧シリンダ１８４へ往復して導くための、弁１８８の位置決めを可能にする。各油圧シリンダ１８４はまた、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２を超音速圧縮機ロータ１５８から離れる方向に移動させるように、第２の位置決め装置１８０に付勢する、ばねのような付勢機構１９６を含む。油圧シリンダ１８４に導かれた油圧流体は、そのような付勢力を克服して、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２を超音速圧縮機ロータ１５８の方向に移動させる。両方の動きが、軸平行移動矢印１７６によって示されている。
【００４８】
さらに、この例示的実施形態において、それぞれの第２の位置決め装置１８０は、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２に動作可能に結合されている。軸平行移動可能な流体流制御装置１７２は、駆動シャフト２２に回転式に結合される。したがって、それぞれの第２の位置決め装置１８０は、流体流制御装置１７２とともに回転するように構成されている。
【００４９】
動作中に、駆動シャフト２２は、方向矢印１０４によって指示されているように回転し、第２の位置決め装置１８０は、超音速圧縮機ロータ１５８および軸平行移動可能な流体流制御装置１７２と同期して回転する。第２の位置決め装置１８０を作動させると、油圧流体が、チャンネル１８６を介して、貯留槽１８２から油圧シリンダ１８４へと導かれて、所定の流速および圧力において、油圧流体流制御弁１８８を少なくとも部分的に開放する。そのような流体流が、油圧流矢印１９８によって示されている。油圧ピストン１９０に対して圧力が増大するにつれて、力がその上に誘起されて、付勢機構１９６によって誘起された付勢力を克服すると、油圧ピストン１９０および位置制御ロッド１９２は、流体流制御装置１７２を超音速圧縮機ロータ１５８に向かって軸平行移動させる。第２の位置決め装置１８０を停止すると、油圧流体流制御弁１８８が少なくとも部分的に閉じて、それによって、付勢機構１９６が、油圧ピストン１９０上に十分な力を誘起して、油圧流体を貯留槽１８２へ導きもどすとともに（そのような流体流は、油圧流動矢印１９８によっても示されている）、流体流制御装置１７２を超音速圧縮機ロータ１５８から離れる方向に軸平行移動させるように、油圧ピストン１９０上に誘起された力を減少させる。
【００５０】
さらに、この例示的実施形態においては、単一の流体流制御装置１７２は、第２の端壁１６２に隣接している。代替的に、流体流制御装置１７２および関連する第２の位置決め装置１７４は、第１の端壁１６０に隣接して位置する。また、代替的に、流体流制御装置１７２および関連する第２の位置決め装置１７４は、第１の端壁１６０および第２の端壁１６２のそれぞれに隣接して位置している。これらの代替的実施形態においては、流体流制御装置１７２および関連する第２の位置決め装置１８０の両方を、同調して、または個別に動作させてもよい。
【００５１】
図９は、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２の一部分、および超音速圧縮機ロータ１５８の一部分の横断面斜視図である。分かりやすくするために、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２の一部分だけを、図９に示してある。この例示的実施形態においては、軸平行移動可能な部材、または突起１７８が、少なくとも部分的に第２の端壁１６２を通過して延びるとともに、２つの隣接する羽根４６の間で、流路８０中に少なくとも部分的に挿入されているのが示されている。より具体的には、突起１７８は、貫通孔９７を通過してスロート領域１２４中に、少なくとも部分的に延ばされているのが示されている。圧縮ランプ９８、第２の端壁１６２の第２の内周１７０、および端壁１６２の第２の外周１６８を含む、羽根４６の任意の部分との接触を緩和しながら、少なくとも部分的に、流路８０のスロート領域１２４において、流れのさらなる制限、または遮断を促進するように、突起１７８は、大きさおよび形状が実質的に決められている。突起１７８は、本明細書に記載の軸平行移動可能な流体流制御装置１７２の動作を可能にする、任意の材料で製作される。
【００５２】
図１０は、図９に示すように、線１０−１０に沿って切った、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２の一部分、および超音速圧縮機ロータ１５８の一部分の横断面図である。より具体的には、図１０は、第２の端壁１６２の貫通孔９７を通過して完全に後退させられるともに、流路８０のスロート領域１２４から完全に引き抜かれている、軸平行移動可能な突起１７８を示す。分かりやすくするために、図１０は、ページの中に入る方向のｘ軸を示し、圧縮ランプ９８は示されていない。
【００５３】
図１１は、図９に示す線１１−１１に沿って切った、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２の一部分、および超音速圧縮機ロータ１５８の一部分の横断面図である。より具体的には、図１１は、第２の端壁１６２の貫通孔９７を通過して少なくとも部分的に延ばされるとともに、流路８０のスロート領域１２４中に少なくとも部分的に挿入されている、軸平行移動可能な突起１７８を示す。分かりやすくするために、図１１は、ページの中に入るｘ軸を示し、圧縮ランプ９８は示されていない。
【００５４】
図１２は、図１０に示す線１２−１２に沿って切った、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２の一部分、および超音速圧縮機ロータ１５８の一部分の横断面図である。より具体的には、図１２は、第２の端壁１６２の貫通孔９７を通過して完全に後退させられるともに、流路８０のスロート領域１２４から完全に引き抜かれている、軸平行移動可能な突起１７８を示す。分かりやすくするために、図１２は、ページの中に入る方向を向いたｙ軸を示し、圧縮ランプ９８は示されていない。
【００５５】
図１３は、図１１に示す線１３−１３に沿って切った、軸平行移動可能な流体流制御装置１７２の一部分、および超音速圧縮機ロータ１５８の一部分の横断面図である。より具体的には、図１３は、第２の端壁１６２の貫通孔９７を通過して、流路８０のスロート領域１２４の中に部分的に挿入されている、軸平行移動可能な突起１７８を示す。分かりやすくするために、図１３は、ページの中に入る方向を向いたｙ軸を示し、圧縮ランプ９８は示されていない。
【００５６】
図１０〜１３は、図示と説明を容易にするために、実質的に平面状の羽根４６、および実質的に平面状／長方形の軸平行移動可能な突起１７８を示す。羽根４６および軸平行移動可能な突起１７８は、本明細書に記載の超音速圧縮機ロータ１５８の動作を可能にする、任意の寸法、形状、構成、および配向を有している。さらに、貫通孔９７も、本明細書に記載の超音速圧縮機ロータ１５８の動作を可能にする、任意の寸法、形状、構成、および配向を有することになる。さらに、本明細書に記載の超音速圧縮機ロータ１５８の動作を可能にする、そのような貫通孔を通過する流体損失を緩和するための任意の密封構造が使用される。
【００５７】
一般に、超音速圧縮機の始動動作中には、超音速圧縮機ロータの低回転速度において、低い初期流体流動速度を助長するために、第１の所定のスロート開口が使用される。超音速圧縮機の回転が加速されるとき、ロータ速度が徐々に増大するにつれて、流体の入口マッハ数が徐々に上昇する。また、流体流の入口マッハ数が増大するにつれて、斜め衝撃波および垂直衝撃波を適切に形成して維持するのを促進する、所定のスロート面積が減少する。したがって、低超音速において必要とされる、理想的なスロート面積は、高超音速において必要とされる理想的なスロート面積よりも大きい。
【００５８】
図１０〜１３を一緒に参照すると、超音速圧縮機ロータ１５８の始動動作中に、超音速圧縮機始動支援システム１７１の軸平行移動可能な突起１７８は、図１０および１２に示されるように、スロート領域１２４から完全に後退させられて、スロート領域１２４は、完全に開放されて、第１の所定のスロート面積を有する。超音速圧縮機ロータ１５８が加速されるとき、軸平行移動可能な突起１７８は、図１１および１３に示されるように、スロート領域１２４中に部分的に挿入されて、スロート領域１２４の面積は、第１のスロート面積と比較して減少し、それによって可変スロート面積が得られる。軸平行移動可能な突起１７８は、限定はされないが、ロータ速度、質量流体流量、流体排出圧力、および温度パラメータを含む、複数のパラメータに基づいて、（図７および８に示す）制御システム１７５によって、挿入および引き抜きを行ってもよい。
【００５９】
この例証的実施形態において、軸平行移動可能な突起１７８は、流路８０の全体にわたり、所定の空気流特性を助長するのに十分な半径方向長さを有する。代替的に、軸平行移動可能な突起１７８は、本明細書に記載の超音速圧縮機ロータ１５８の動作を可能にする任意の長さを有する。
【００６０】
この例証的実施形態においては、本明細書に記載のような可変スロート幾何形状構成を有するスロート面積を減少させると、スロート面積値を調節することによって、スロート面積／入口面積比の値を調整するのが容易になる。したがって、超音速流体流の所与のマッハ数に対して、所定の効率および所定の圧力損失に対する所定の比を、スロート面積を相応に調節することによって達成してもよい。
【００６１】
上記の超音速圧縮機ロータは、始動動作中の超音速圧縮機システムの性能における効率を増大させるための、コスト効率がよく信頼性のある方法を提供する。さらに、この超音速圧縮機ロータは、垂直衝撃波の全体にわたっての圧力損失を低減することによって、超音速圧縮機システムの動作効率の増大を助長する。より具体的には、この超音速圧縮機ロータは、流体流路内部での適正な位置における垂直衝撃波の形成と維持を助長する、可変スロート幾何形状を含む。また、より具体的には、上記の超音速圧縮機ロータは、始動動作中、および状況により必要となるその他のときにおいて、スロート面積の大きさを変えるように調整される、流体制御装置を含む。
【００６２】
超音速圧縮機ロータを始動するためのシステムおよび方法の例示的実施形態を上記において詳細に説明した。このシステムおよび方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、このシステムの構成要素、および／またはこの方法のステップは、本明細書に記載のその他の構成要素および／またはステップとは独立して、または別個に使用してもよい。例えば、このシステムおよび方法はまた、その他の回転式エンジンシステムおよび方法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に対する実施には限定されない。そうではなく、この例示的実施形態は、その他の多数の回転式システム用途と関係して実現し、使用することができる。
【００６３】
本発明の様々な実施形態の具体的な特徴を、一部の図面では示し、その他では示さなかったが、これは簡便のためだけである。さらに、上記の説明においての「１つの実施形態」への言及は、記載された特徴を同様に組み入れた、さらなる実施形態の存在を排除すると解釈することを意図するものではない。本発明の原理によれば、１つの図面の任意の特徴は、その他の図面の任意の特徴と組み合わせて、参照および／または特許請求を行ってもよい。
【００６４】
書面による説明は、最良の形態を含む、本発明を開示するための例、および、任意の装置またはシステムを作成または使用すること、およびいずれかの組み込まれた方法を実行することを含み、当業者が本発明を実施することを可能にするための例を使用する。本発明の特許取得可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が思い付くその他の例も含めることができる。そのような他の例は、それらが、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有している場合に、またはそれらが特許請求の範囲の文言と非実質的な相違を有する、等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００６５】
１０  超音速圧縮機システム
１２  吸入区間
１４  圧縮機区間
１６  排出区間
１８  駆動アセンブリ
２０  ロータアセンブリ
２２  駆動シャフト
２４  圧縮機ハウジング
２６  流体入口
２８  流体出口
３０  内表面
３２  空隙
３４  流体源
３６  入口案内羽根アセンブリ
３８  入口案内羽根
４０  超音速圧縮機ロータ
４２  出口案内羽根アセンブリ
４３  出口案内羽根
４４  出力システム
４６  羽根
４８  ロータディスク
５０  ディスク本体
５２  内部円筒状空隙
５３  アパーチャ
５４  中心軸
５６  半径方向内表面
５８  半径方向外表面
６０  端壁
６２  幅
６４  半径方向
６６  軸方向
６８  入口縁
７０  出口縁
７６  入口開口
７８  出口開口
８０  流路
８２  流れ経路
８４  外表面
８６  内表面
９０  シュラウドアセンブリ
９２  内縁
９４  外縁
９６  開口
９７  貫通孔
９８  超音速圧縮ランプ
１００  圧縮波
１０２  流体
１０４  方向矢印
１０６  圧力側
１０８  吸引側
１１０  円周方向幅
１１２  第１の円周方向幅
１１４  第２の円周方向幅
１１６  横断面積
１１８  入口横断面積
１２０  出口横断面積
１２２  最少横断面積
１２４  スロート領域
１２６  圧縮表面
１２８  発散表面
１３０  前縁
１３２  後縁
１３４  斜角
１３６  圧縮領域
１３８  横断面積
１４０  第１の端
１４２  第２の端
１４６  拡散領域
１４８  発散横断面積
１５２  第１の斜め衝撃波
１５４  第２の斜め衝撃波
１５６  垂直衝撃波
１５８  超音速圧縮機ロータ
１６０  第１の端壁
１６２  第２の端壁
１６４  第１の外周
１６６  第１の内周
１６８  第２の外周
１７０  第２の内周
１７１  超音速圧縮機始動支援システム
１７２  軸平行移動可能な流体流制御装置
１７４  第１の位置決め装置
１７５  制御システム
１７８  突起
１８０  第２の位置決め装置
１８２  貯留槽
１８４  油圧シリンダ
１８６  油圧流体導管
１８８  油圧流体流制御弁
１９０  油圧ピストン
１９２  位置制御ロッド
１９６  付勢機構
１９８  油圧流矢印
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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