CN107923309B - 复合循环发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明讨论了一种复合循环发动机，所述复合循环发动机具有：输出轴、各自限定出内燃发动机的至少两个旋转单元、第一级涡轮、和涡轮增压器。所述第一级涡轮包括在两个所述旋转单元之间的与所述输出轴驱动地接合的转子。每个旋转单元的排出口与其转子上游的所述第一级涡轮的流道流体连通。所述涡轮增压器的所述压缩机的所述出口与每个旋转单元的所述进入口流体连通。所述涡轮增压器的所述第二级涡轮的所述进口与其转子的所述第一级涡轮下游的所述流道流体连通。所述第一级涡轮的反动比低于所述第二级涡轮的反动比。还讨论了一种复合至少两个旋转发动机的方法。
Description
有关申请的交叉引用
本申请要求于2015年6月16日提交的美国申请第14/740,878号的优先权，该申请是于2012年7月20日提交的美国申请第13/554,564号的部分延续案，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请通常涉及一种复合循环发动机，并且更具体地涉及包括一个或多个旋转燃烧发动机的这种复合循环发动机。
背景技术
一些复合循环发动机包括旋转发动机，该旋转发动机由位于涡轮增压器涡轮下游的涡轮进行涡轮增压并形成复合。然而，已知复合的旋转发动机布置例如在涡轮增压器运转之前的启动时通常具有有限的用于涡轮复合的可用功率和/或有限的性能。
发明内容
在一个方面中，提供了一种复合循环发动机，该复合循环发动机包括：输出轴；至少两个旋转单元，该至少两个旋转单元各自限定出包括密封地且旋转地容纳在相应壳体内的发动机转子的内燃发动机，每个壳体限定出进入口和排出口，至少两个旋转单元中的每个旋转单元的发动机转子与输出轴驱动地接合；第一级涡轮，该第一级涡轮包括流道和具有延伸跨过该流道的叶片周向阵列的涡轮转子，第一级涡轮的涡轮转子与输出轴驱动地接合；以及涡轮增压器，该涡轮增压器包括彼此驱动地接合的压缩机和第二级涡轮；其中：该压缩机的出口与每个壳体的进入口流体连通；每个壳体的排出口与第一级涡轮的流道的第一部分流体连通，该流道的第一部分位于第一级涡轮的叶片周向阵列的上游；第二级涡轮的进口与第一级涡轮的流道的第二部分流体连通，该流道的第二部分位于第一级涡轮的叶片周向阵列的下游；第一级涡轮具有延伸穿过该第一级涡轮的输出轴，至少两个旋转单元包括沿着输出轴位于第一级涡轮前方的第一旋转单元和沿着输出轴位于第一级涡轮后方的第二旋转单元；并且第一级涡轮的反动比（reaction ratio）低于第二级涡轮的反动比。
在另一个方面中，提供了一种复合循环发动机，该复合循环发动机包括：第一级涡轮，该第一级涡轮具有驱动地接合至输出轴的第一涡轮转子；至少两个旋转发动机，该至少两个旋转发动机各自具有密封地且旋转地容纳在相应壳体内的发动机转子，该壳体具有进入口和排出口，至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机的发动机转子驱动地接合至输出轴，至少两个旋转发动机包括沿着输出轴位于第一级涡轮前方的第一旋转发动机和沿着输出轴位于第一级涡轮后方的第二旋转发动机；相应排出管，该相应排出管在每个排出口与第一级涡轮的进口之间提供流体连通；涡轮增压器，该涡轮增压器包括驱动地接合至彼此的压缩机和第二级涡轮；进入管道，该进入管道在压缩机的出口与至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机的进入口之间提供流体连通；以及涡轮管，该涡轮管在第一级涡轮的出口与第二级涡轮的进口之间提供流体连通；其中，第一级涡轮的反动比低于第二级涡轮的反动比。
在进一步的方面中，提供了一种复合至少两个旋转发动机的方法，该方法包括：驱动地接合第二级涡轮和涡轮增压器中的压缩机，以便利用第二级涡轮来驱动压缩机；通过沿着输出轴将第一级涡轮放置在至少两个旋转发动机中的两个旋转发动机之间来将至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机和第一级涡轮驱动地接合至输出轴，第一级涡轮的反动比低于第二级涡轮的反动比；将压缩机排气流从压缩机的出口循环进入至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机的进入口；将发动机排气流从至少两个旋转发动机中的每个排出口循环进入第一级涡轮的进口；以及将第一级涡轮排气流从第一级涡轮的出口循环进入涡轮增压器的第二级涡轮的进口。
附图说明
现在参照附图，在附图中：
图1是根据特定实施例的复合循环发动机的框图；
图2是根据特定实施例的可用于诸如图1所示的复合循环发动机中的汪克尔发动机的截面图；
图3是根据特定实施例的图1的复合循环发动机的示意图；
图4是根据特定实施例的诸如图3所示的复合循环发动机的示意性三维视图；
图5是根据另一个实施例的图1的复合循环发动机的示意图；
图6是根据特定实施例的诸如图5所示的复合循环发动机的示意性三维视图；
图7是根据再一实施例的图1的复合循环发动机的示意图；并且
图8是根据特定实施例的诸如图7所示的复合循环发动机的示意性三维视图。
具体实施方式
现在参照图1，示意性地示出了复合循环发动机10。复合循环发动机10包括旋转单元12，每个单元12由具有密封地接合在相应壳体中的转子的旋转内燃发动机限定。旋转单元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单元12的转子接合至输出轴16。
复合循环发动机10还包括涡轮增压器18，该涡轮增压器18由通过轴24驱动地互连的压缩机20和第二级涡轮22形成。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，并且可以是离心装置或轴向装置。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18的压缩机20在空气进入（多个）单元12之前压缩空气。
（多个）旋转单元12形成复合循环发动机10的核心并且每个旋转单元12都以排气脉冲的形式提供排气流。将来自（多个）单元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是速度型涡轮，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。
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；流体在叶片通道中没有明显压降的情况下偏转。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。纯冲动式涡轮的每个叶片因此都形成由排气流推动的水斗。典型的纯冲动式涡轮包括蒸汽涡轮和水力涡轮。
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。
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：
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%）。
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。
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）。
通过排气脉冲冲击叶片而施加在叶片上的力来使第一级涡轮26的转子旋转。因此，将由每个排气脉冲提供的动能用于驱动第一级涡轮26的转子，同时将最小的回压施加在（多个）旋转单元12上。
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。
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。
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。
第一级涡轮26通过适当类型的传动装置28（例如，行星齿轮***、星型齿轮***、偏移齿轮***或斜齿轮***）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。
尽管未示出，但是空气可以可选地循环通过在压缩机20与单元12之间的中间冷却器，并且复合循环发动机10还包括冷却***，该冷却***包括，例如，针对用于冷却每个单元12的壳体的冷却剂（例如，水-乙烯、油、空气）的循环***、单元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。
每个单元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）单元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。
在特定实施例中，每个单元12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，在复合循环发动机10中使用的单元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；可以用除了汪克尔发动机之外的旋转发动机来限定每个单元12。
如图2所示，在特定实施例中，每个单元12包括壳体32，该壳体32限定出转子腔，该转子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容纳在转子腔内。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。
转子34与输出轴16的偏心部42接合以在定子腔内执行公转。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，并且围绕定子腔移动以经历进入、压缩、膨胀和排出四个阶段。
通过周壁38来提供进入口48，以使压缩的空气能够进入其中一个工作室40。还通过周壁38来提供排出口50，以从工作室40排出排气。还通过周壁38来提供用于火花塞或其它点火机构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。
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。
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***，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***，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。在特定实施例中，汪克尔发动机的相对较长的排气脉冲可以有助于驱动第一级涡轮26。
可以由以下公式来限定跨过具有一个或多个旋转发动机或单元的复合循环发动机的压力比：
PC=PRPPTPTT
其中，PC是涡轮增压器压缩机的压力比，PR是旋转发动机的进口与出口的压力比，PPT是复合涡轮的压力比，并且PTT是涡轮增压器涡轮的压力比。
发明人已经发现，在包括一个或多个旋转发动机的现有技术复合发动机中，其中，复合涡轮是位于涡轮增压器涡轮下游的压力涡轮，并且其中，每个旋转发动机都具有相等的体积膨胀和压缩比，相对较高的（多个）旋转发动机的体积压缩比通常会导致相对较低的涡轮增压器的压缩机的可能的压力比（PC），这受限于（多个）旋转发动机的峰值压力能力。因此，跨过涡轮的压力比（PPTPTT）是受限的，这限制了复合涡轮的可用功率。
在一些复合发动机中，诸如发布于2010年8月17日并通过引用并入本文的美国专利第7,775,044号所示，每个旋转发动机的体积压缩比小于其膨胀比。较低的体积压缩比通常会导致较大的涡轮增压器的压缩机的可能的压力比（PC），这又增加了跨过涡轮的压力比（PPTPTT）。然而，较低的体积压缩比通常会导致（多个）旋转发动机的进口与出口的压力比PR降低，这可以增加（多个）旋转发动机的回压和热负载，因为清除排气的难度增加了。在涡轮增压器运转之前，这种配置也通常在启动时在旋转发动机上提供低压缩，这可能限制复合循环发动机的性能。
相比之下，在复合循环发动机10的至少一些实施例中，由于第一级涡轮26是速度型涡轮或冲动式涡轮，所以跨过第一级涡轮26的压力比PPT接近于1或大约为1。因此，压缩机的相同压力比PC（以符合峰值压力能力）和（多个）旋转单元的相同的进口与出口的压力比PR（以使每个旋转单元上的回压和热负载最小化）使涡轮增压器18的涡轮22可用的压力比PTT能够大于复合循环发动机，在该复合循环发动机中，复合涡轮是压力涡轮，即，压力比PPT大于1并且大于复合循环发动机10的第一级涡轮26的压力比。因此，将速度型涡轮或冲动式涡轮用作第一级涡轮26可以使涡轮复合的可用功率增加。
另外，不需要降低（多个）旋转单元12的体积压缩比以实现涡轮增压器18的涡轮22的可用功率的这种增加。因此，在特定实施例中，可以使每个旋转单元的体积效率最大化并且使其热负载最小化，并且可用功率的增加不会有损复合循环发动机10在启动时的性能。
而且，将速度型涡轮或冲动式涡轮用作第一级涡轮26消除了在旋转（多个）发动机与压力第一级涡轮之间通常需要的大体积排气收集器的需要。这使复合涡轮26能够位于涡轮增压器涡轮22上游，而不是位于其下游。
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，每个旋转单元12都是具有从6:1到8:1的体积压缩比的汪克尔发动机。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。
参照图3至4，示意性地示出了根据特定实施例的复合循环发动机10。在该实施例中，包括有采用汪克尔发动机形式的两个旋转单元12，输出轴16的两个偏心部42彼此成角度地偏移180o，以平衡复合循环发动机10。
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。相应的排出管68从每个单元12的排出口50（还见图2）延伸至如图3所示的流道66的位于转子叶片64上游的部分，例如以将排气流从排出口50循环到第一级涡轮26。排出管68独立于彼此延伸。
为了使第一级涡轮26与每个旋转单元12之间的距离以及排出管68的长度最小化，第一级涡轮26及其传动装置28沿着输出轴16位于两个旋转单元12之间。在所示实施例中并且更具体地参照图3，输出轴16，例如，由两个互连件构成，延伸穿过第一级涡轮26和旋转单元12，偏心部42从输出轴16的剩余部分延伸出来作为其一体件或作为附接到其的单独制造的元件。
在特定实施例中并且如图4所示，第一级涡轮26周围的套管84直接附接到每个旋转单元12的壳体32。这种配置可以实现相对较短的排出管68，因此有助于使每个旋转单元12与第一级涡轮26之间的排气脉冲的动能损失最小化。可以是共轨燃料喷射器的燃料喷射器49与每个单元12连通。
将流道66和/或每个排出管68的出口的形状设计为将排气脉冲引导到叶片64上以使排气脉冲能够驱动第一级涡轮26的转子的旋转。每个排出管68都在围绕第一级涡轮26的圆周的不同位置处与流道66连通。在所示实施例中，旋转单元12的壳体32彼此成角度地偏移180o，例如，以减少壳体32的热偏转。因此，两个排出口50和排出管68位于复合循环发动机10的相对侧。在特定实施例中，每个排出管68都轴向地或大致轴向地延伸以进一步地使其长度最小化。
仍然参照图3至4，管道70从压缩机20的出口延伸出来，并且***为两个进入管72，这两个进入管72分别连接至旋转单元12的进入口48（还见图2）以将排气流从压缩机20循环到每个进入口48。在该实施例中，压缩机20包括单个径向叶轮74。可替代地，压缩机20可以包括具有径流叶片、轴流叶片或混流叶片的一个或多个转子。
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和旋转单元12的操作最优化。
涡轮管80从流道66的位于转子叶片64的下游的部分（如图3所示）延伸至第二级涡轮22的进口，以便将排气流从第一级涡轮26循环到第二级涡轮22。在该实施例中，第二级涡轮22包括单个径向叶轮82。可替代地，第二级涡轮22可以包括具有径流叶片、轴流叶片或混流叶片的一个或多个转子。
在所示实施例中，涡轮增压器轴24沿着与输出轴16的轴线不同的轴线延伸。在图4所示的特定实施例中，涡轮增压器轴24横向于输出轴16延伸。如果有必要的话，涡轮增压器轴24还可以通过变速箱连接至与输出轴16的负载不同的负载。
参照图5至6，示意性地示出了根据另一个实施例的复合循环发动机110，其中，与之前描述的复合循环发动机10的这些元件类似的元件由相同的附图标记标识并且将不在这里进一步描述。
在该实施例中，提供了3个旋转单元12a、12b、12c，例如，诸如图2所示的汪克尔发动机。第一级涡轮26及其传动装置28位于单元12中的两个之间，即，在第一级涡轮26和传动装置28前方提供两个单元12a、12b，并且沿着输出轴16在第一级涡轮26和传动装置28后方提供另一个单元12c（图5），或者在第一级涡轮26和传动装置28后方提供两个单元12a、12b，并且沿着输出轴16在第一级涡轮26和传动装置28前方提供另一个单元12c（图6）。在所示实施例中，输出轴16的偏心部42彼此成角度地偏移120o以平衡复合循环发动机10。
每个排出管68独立地从其相应单元12a、12b、12c的排出口50延伸至位于转子叶片64上游的流道66。在图6所示的实施例中，两个相邻单元12a、12b的壳体32具有相同的定向，即，排出口50和排出管68位于复合循环发动机110的相同侧，并且剩余的单元12c的壳体32设置为与其它单元形成180o，排出口50和排出管68位于复合循环发动机110的相对侧。每个排出管68都在围绕第一级涡轮26的圆周的不同位置处与流道66连通。
从压缩机20的出口延伸出来的管道70***为三个进入管72a、72b、72c，这三个进入管72a、72b、72c分别连接至相应旋转单元12a、12b、12c的进入口48。在复合循环发动机110的主体的相同侧上的进入管72a、72b在靠近进口48处***为独立管道72a、72b之前共享共同部分。
参照图7至8，示意性地示出了根据另一个实施例的复合循环发动机210，其中，与之前描述的复合循环发动机10、110的这些元件类似的元件由相同的附图标记标识并且将不在这里进一步描述。
在该实施例中，提供了4个旋转单元12d、12e、12f、12g，例如，诸如图2所示的汪克尔发动机。第一级涡轮26及其传动装置28位于单元12中的两个的两个区块之间，即，两个单元12d、12e位于第一级涡轮26和传动装置28前方，并且另外的两个单元12f、12g沿着输出轴16位于第一级涡轮26和传动装置28后方。在所示实施例中，输出轴16的偏心部42彼此成角度地偏移90o以平衡复合循环发动机10。
每个排出管68独立地从其相应单元12d、12e、12f、12g的排出口50延伸至位于转子叶片64上游的流道66。排出管68轴向地或大致轴向地延伸以有助于使其长度最小化。在图8所示的实施例中，相邻单元12d、12e的第一区块的壳体32具有相同的定向，排出口50和排出管68位于复合循环发动机110的相同侧。相邻单元12f、12g的第二区块的壳体32相对于第一区块呈180o定向，排出口50和排出管68位于复合循环发动机110的相对侧。每个排出管68都在围绕第一级涡轮26的圆周的不同位置处与流道66连通。
从压缩机20的出口延伸出来的管道70***为四个进入管72d、72e、72f、72g，这四个进入管72d、72e、72f、72g分别连接至相应单元12d、12e、12f、12g的进入口48。连接至相邻进口48的进入管72d、72e和72f、72g在靠近进口48处***为独立管道之前共享共同部分。
在未示出的其它实施例中，涡轮增压器18还例如通过使涡轮增压器18的压力涡轮22直接接合至第一级涡轮26或通过相应传动装置接合至输出轴16，来驱动输出轴16。在未示出的其它实施例中，涡轮增压器和（多个）旋转单元是同轴的，但是输出轴和涡轮增压器轴独立于彼此旋转，例如，输出轴是中空的并且围绕延伸穿过该输出轴的涡轮增压器轴。
尽管已经示出了具有2个、3个和4个旋转单元的实施例，但是，在其它实施例中，可以提供多于4个的旋转单元。在特定实施例中，将旋转单元布置为：针对偶数数量的旋转单元，沿着输出轴在第一级涡轮前方和后方具有相同数量的旋转单元，或者针对奇数数量的旋转单元，沿着输出轴在第一级涡轮前方的旋转单元的数量比第一级涡轮后方的旋转单元的数量多出一个或少一个。这种布置可以使排出管68的长度最小化并且因此可以有助于使旋转单元与第一级涡轮之间的功率损失最小化。
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、可变涡轮喷嘴等可变几何元件来获得期望的***可操作性。
尽管未示出，但是可以按照偏移的方式，而不是按照与旋转单元12同轴的方式，来安装第一级涡轮26。第一级涡轮26可以通过角传动***（例如垂直传动***，例如包括变速箱和塔轴）来驱动地接合至输出轴。
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。
Claims (22)
1.一种复合循环发动机，所述复合循环发动机包括：
输出轴；
至少两个旋转单元，所述至少两个旋转单元各自限定出包括密封地且旋转地容纳在相应壳体内的发动机转子的内燃发动机，每个壳体限定出进入口和排出口，所述至少两个旋转单元中的每个旋转单元的所述发动机转子与所述输出轴驱动地接合；
第一级涡轮，所述第一级涡轮包括流道和具有延伸跨过所述流道的叶片周向阵列的涡轮转子，所述涡轮转子与所述输出轴驱动地接合；以及
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；其中：
所述压缩机的出口与每个壳体的所述进入口流体连通；
每个壳体的所述排出口与所述第一级涡轮的所述流道的第一部分流体连通，所述流道的所述第一部分位于所述第一级涡轮的所述叶片周向阵列的上游；
所述第二级涡轮的进口与所述第一级涡轮的所述流道的第二部分流体连通，所述流道的所述第二部分位于所述第一级涡轮的所述叶片周向阵列的下游；
所述第一级涡轮具有延伸穿过所述第一级涡轮的所述输出轴，所述至少两个旋转单元包括沿着所述输出轴位于所述第一级涡轮前方的第一旋转单元和沿着所述输出轴位于所述第一级涡轮后方的第二旋转单元；
所述第一级涡轮具有至多为0.2的反动比；并且
所述第二级涡轮具有至少为0.25的反动比。
2.如权利要求1所述的复合循环发动机，其中，所述第一级涡轮的所述反动比是具有至多为0.2的值的基于压力的反动比。
3.如权利要求1所述的复合循环发动机，其中，所述第一级涡轮的所述反动比是具有至多为0.1的值的基于压力的反动比并且所述第二级涡轮的所述反动比是具有至少为0.25的值的基于压力的反动比。
4.如权利要求1所述的复合循环发动机，其中，所述第一级涡轮的所述反动比是具有至多为0.1的值的基于温度的反动比并且所述第二级涡轮的所述反动比是具有至少为0.25的值的基于温度的反动比。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的复合循环发动机，其中，所述至少两个旋转单元中的每个旋转单元是汪克尔发动机。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的复合循环发动机，其中，所述压缩机和所述第二级涡轮通过能够独立于所述输出轴旋转的涡轮增压器轴与彼此驱动地接合。
7.如权利要求6所述的复合循环发动机，其中，所述涡轮增压器轴和所述输出轴按照非平行的方式延伸。
8.如权利要求1至4中的任一项所述的复合循环发动机，所述复合循环发动机进一步包括用于所述至少两个旋转单元中的每个旋转单元的共轨燃料喷射器、以及与所述燃料喷射器连通的重质燃料源。
9.如权利要求1至4中的任一项所述的复合循环发动机，其中，所述至少两个旋转单元包括所述第一旋转单元、所述第二旋转单元、和附加旋转单元，所述附加旋转单元的位置设计为使得相同数量的所述旋转单元沿着所述输出轴被布置在所述第一级涡轮前方和后方。
10.如权利要求1至4中的任一项所述的复合循环发动机，其中，所述至少两个旋转单元包括所述第一旋转单元、所述第二旋转单元、和附加旋转单元，所述附加旋转单元的位置设计为使得沿着所述输出轴被布置在所述第一级涡轮前方的所述旋转单元的数量比被布置在所述第一级涡轮后方的所述旋转单元的数量多出一个或少一个。
11.一种复合循环发动机，所述复合循环发动机包括：
第一级涡轮，所述第一级涡轮具有驱动地接合至输出轴的第一涡轮转子；
至少两个旋转发动机，所述至少两个旋转发动机各自具有密封地且旋转地容纳在相应壳体内的发动机转子，所述壳体具有进入口和排出口，所述至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机的所述发动机转子驱动地接合至所述输出轴，所述至少两个旋转发动机包括沿着所述输出轴位于所述第一级涡轮前方的第一旋转发动机和沿着所述输出轴位于所述第一级涡轮后方的第二旋转发动机；
相应排出管，所述相应排出管在每个排出口与所述第一级涡轮的进口之间提供流体连通；
涡轮增压器，所述涡轮增压器包括驱动地接合至彼此的压缩机和第二级涡轮；
进入管，所述进入管在所述压缩机的出口与所述至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机的所述进入口之间提供流体连通；以及
涡轮管，所述涡轮管在所述第一级涡轮的出口与所述第二级涡轮的进口之间提供流体连通；
其中，所述第一级涡轮具有至多为0.2的反动比；并且
所述第二级涡轮具有至少为0.25的反动比。
12.如权利要求11所述的复合循环发动机，其中，所述第一级涡轮的所述反动比是具有至多为0.2的值的基于压力的反动比。
13.如权利要求11所述的复合循环发动机，其中，所述第一级涡轮的所述反动比是具有至多为0.1的值的基于压力的反动比并且所述第二级涡轮的所述反动比是具有至少为0.25的值的基于压力的反动比。
14.如权利要求11所述的复合循环发动机，其中，所述第一级涡轮的所述反动比是具有至多为0.1的值的基于温度的反动比并且所述第二级涡轮的所述反动比是具有至少为0.25的值的基于温度的反动比。
15.如权利要求11至14中的任一项所述的复合循环发动机，其中，每个排出管轴向地或大致轴向地延伸。
16.如权利要求11至14中的任一项所述的复合循环发动机，其中，所述至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机是汪克尔发动机。
17.如权利要求11至14中的任一项所述的复合循环发动机，其中，所述第一级涡轮具有延伸穿过所述第一级涡轮的所述输出轴并且通过传动装置来与所述输出轴驱动地接合，所述传动装置位于所述第一和第二旋转发动机之间。
18.如权利要求11至14中的任一项所述的复合循环发动机，所述复合循环发动机进一步包括用于所述至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机的共轨燃料喷射器、以及与所述燃料喷射器连通的重质燃料源。
19.如权利要求11至14中的任一项所述的复合循环发动机，其中，所述至少两个旋转发动机的位置设计为使得相同数量的所述至少两个旋转发动机沿着所述输出轴被布置在所述第一级涡轮前方和后方。
20.如权利要求11至14中的任一项所述的复合循环发动机，其中，所述至少两个旋转发动机的位置设计为使得沿着所述输出轴被布置在所述第一级涡轮前方的所述至少两个旋转发动机的数量比被布置在所述第一级涡轮后方的所述至少两个旋转发动机的数量多出一个或少一个。
21.一种复合至少两个旋转发动机的方法，所述方法包括：
驱动地接合涡轮增压器中的压缩机和第二级涡轮，以便利用所述第二级涡轮来驱动所述压缩机；
通过沿着输出轴将第一级涡轮放置在所述至少两个旋转发动机中的两个旋转发动机之间来将所述至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机和第一级涡轮驱动地接合至所述输出轴，所述第一级涡轮具有至多为0.2的反动比，所述第二级涡轮具有至少为0.25的反动比；
将压缩机排气流从所述压缩机的出口循环进入所述至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机的进入口；
将发动机排气流从所述至少两个旋转发动机中的每个的排出口循环进入所述第一级涡轮的进口；以及
将第一级涡轮排气流从所述第一级涡轮的出口循环进入所述涡轮增压器的所述第二级涡轮的进口。
22.如权利要求21所述的方法，所述方法进一步包括在重质燃料源与所述至少两个旋转发动机中的每个旋转发动机之间提供流体连通。
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