全球内的各个国家对于石油的增长的需求导致较高的能源价格，其可 能会增加通货膨胀以及竞争同样有限的石油储备的国家之间的地缘政治 紧张。即使石油供应可能会增加来满足需要，这样做也可能会进一步产生 更多的CO2排放以及具有更快的全球气候变暖的可能性。
当今许多运输、石油、以及能源公司和政府正在为与氢相关的研究及 开发项目投入上亿美元来生产一种将会逐渐代替化石燃料的燃料资源。例 如，许多汽车公司已经开发了氢燃料电池汽车。然而，燃料电池的持久力、 效率、燃料纯度要求、氢储存、及成本限制是主要的实现障碍。
汽车制造商也开发了混合电气/内燃发动机推进系统作为现今内燃发 动机汽车和未来燃料电池汽车之间的过渡阶段。然而，并不明确混合电气 推进系统是否能够为用户提供足够高的效率增加值来证明其较高的花费 是正确的。
将已有内燃发动机系统转变为用氢来运行也不是没有问题。氢的燃烧 温度比汽油的燃烧温度高得多，这就导致形成了大量的NOX排放。使用稀 氢燃料混合物来减少可能的NOX排放，但是也极大地减少了动力输出性能 水平。直接的氢喷射能够改进此问题，但是喷射器是极其昂贵的并且需要 高的压力和耐力。喷射脉冲提供了有限量的氢燃料使得其对于较大动力应 用是不够的。氢气的干燥也使得脉冲喷射器的工作更困难并增加了喷射器 磨损。而且，氢气的高扩散能力经常引起氢气经过发动机密封系统进入曲 轴区，引起能够损伤发动机和/或点燃油类润滑剂的非常不期望的燃烧。

高效的氢G循环、旋转叶片内燃发动机最大化了热动力学能量优势以 提供改进的热制动效率，用于较高燃料经济性，较高的功率密度与发动机 质量和体积比，并具有较低的NOX。发动机也被优化以最大化旋转叶片发 动机的机械优势来为G循环的运行补充改进的密封、转子以及壳体系统来 最小化热损失、可用能能量损耗以及减少摩擦来改进可靠性、运行寿命和 噪音、振动与舒适性(NVH)。
通过去除热和使用钠蒸汽室、室水喷射以及几何结构室过量膨胀将热 再次插入来控制G循环和旋转叶片内燃发动机中的热动力热损失，从而利 用否则将会浪费到冷却系统和大气中的热和排气热焓。主动水冷却系统俘 获来自壳体和排气的热，并且将其喷射回发动机循环。组合所有这些热传 递流产生了具有非常高的功率密度和处于65％到80％的总制动热效率的发 动机，其理想地适合于功率产生和推进应用。
本发明的氢发动机实现了上述目的，其使用一种来自改进的燃烧过 程、改进的热传递冷却以及较低的排热损失的氢高效率热动力G循环，利 用改进的氢燃料传输，可变水压缩率，较宽的燃料/空气等效操作范围，改 进的氢点燃，扩大的燃烧/膨胀室，较长的燃烧持续时间，具有早期和后期 水喷射的能量可逆的钠蒸汽室热传递系统。
本发明的氢发动机具有一种改进的密封系统，包括分离叶片密封件 (split vane seal)、狮子鼻形尖端(snub nose tip)、动态轴向分离叶片密封件、 叶片密封气体通道、动态转子轴向密封件、叶片叶面密封件、叶片结构、 叶片热管槽冷却/热传递，及叶片反离心传动带系统(belting system)。发动 机具有使用水蒸汽室冷却/热传递的转子热控制的改进的转子结构以及减少 的来自改进的叶片切向轴承系统的叶片摩擦。发动机具有使用扭曲的椭圆 形内壳体定子尺寸的改进的壳体，用于较大膨胀，较高壳体运行温度、固 体润滑剂、主动水冷却/热传递减少氢泄漏、外部水蒸汽室、及绝缘盖。
本发明还提供了一种改进的来自位于钠蒸汽室的碱金属热电转换器 (AMTEC)的直接电功率。
本发明的进一步目的是提供一种改进的具有较低的排热损失、冷却系 统热损失、及较低的摩擦热损失的热动力循环，产生在已有的内燃发动机 上的增加的总热制动效率。
根据热动力学第二定律，任何热与功的转变由卡诺循环效率最大化， 并且一定量的热需要被送至冷却散热器。然而，卡诺循环效率仅仅在单室 反应时有效。G循环通过使用多室反映循环克服了卡诺循环效率的限制， 其使用整个发动机的联合热动力学和机械系统作为反应热动力循环。钠蒸 汽室将多个室反映沿着燃烧/膨胀区连接或交迭在一起。钠蒸汽室允许来自 燃烧区的过量的热量沿着膨胀区被传递回燃烧室。
G循环发动机是在燃烧/膨胀循环中控制和保持热动力热传递特性来 实现最大化功率和节能性能的自动的，动态平衡系统。发动机使用比进气 /压缩区较大的燃烧/膨胀区，其中燃烧气体能够膨胀，并且产生最大的功 直到室压力等于旋转摩擦损失为止。沿着燃烧/膨胀区定位的钠蒸汽室被用 来点燃氢/水预混和料，并且去除来自燃烧区的过量的的燃烧热以及沿着过 量膨胀的膨胀区将该热传递回旋转室的燃烧腔中。沿着燃烧/膨胀路径进入 燃烧室的早期水喷射进一步吸收了过量的燃烧热和沿着扩大的燃烧/膨胀 区的来自钠蒸汽室的热。沿着燃烧/膨胀的后期水喷射降低了燃烧气体温度 来最小化排热损失和冷却用于下一步进气循环的燃烧室表面。
来自主动冷却系统的水被用在早期和后期进入燃烧腔内的水喷射。主 动冷却系统所吸收的热将水的温度提高至大约250℃到350℃或523K到 623K。该温度正好低于水蒸汽的沸点，并且允许水在高压下作为液压油被 抽吸到燃烧腔中。由于燃烧温度大约在1800K，喷射水显著地降低了燃烧 气体的温度。这加速了将来自钠蒸汽室的热传递回燃烧室，直到达到温度 平衡时停止传递。
G循环发动机具有很大可能来改进燃料经济性并且减少已有技术的 内燃发动机(ICE)的废气排放。对于燃料经济性改进的极大可能来自 使用来自汽缸壁的另外的废热和排气来产生加热的水并且将其喷入汽 缸，在此加热的水从液相变为气相以用于另外的膨胀功率。G循环发动 机的循环效率不限于卡诺循环效率，这是因为这样一个事实，在G循环 中，产生膨胀功率的工作介质的质量在循环中增加，并且具有比压缩率 (消耗功率)较高的膨胀比(产生功率)的额外优势，而在卡诺循环中， 工作介质的质量和压缩比/膨胀比是固定的。同样，在G循环发动机中的 高循环效率没有依赖高燃烧温度(如卡诺循环推荐的)，但是依赖在循环 中的转移或传递热。这样就突破了在常规ICE中的NOX/烟/发动机循环 效率折中的障碍。
G循环不仅利用整个燃烧发动机热，而且其亦利用冷却系统中俘获的 并且传递回燃烧室的机械摩擦热，产生了一种可逆的能量系统。
以下是主要的G循环处理事件，如图71所描述的：
1.转子室旋转经过进气端口，在进气端口其吸满自然送气的或优选 涡轮推进的新鲜空气。
2.一旦转子室已经经过进气端口并且到达其最大进气量，壳体几何 结构将开始压缩吸进的气体。来自主动冷却系统的大约在250℃到350℃ 或523K到623K的可变量的加热水在压缩阶段被喷入室腔内。这是第一次 可变水喷射。加热的水在燃烧室中沿着转子室的侧面和后半部被分层，增 加了有效的室压缩比。加热的水被看作一种不可压缩的流体，并且加热的 水的量能够变化来控制和调节室压缩比。转子室用前半部中的新鲜空气和 后半部中的喷入的水分层。
3.加热的氢气在压缩后期被直接喷入转子室腔内。通过利用将氢直 接喷入转子室腔，消除了预点火锁定的问题。氢的密度比空气和水的密度 小并且趋向于在转子室的前部附近分层，保持容易与新鲜的进入空气混合 的氢的相对同质的浓度，其中新鲜的进入空气也朝向室的前半部分层。产 生的同质的氢/空气浓度混合物容易被点燃。
4.火花塞能够点燃氢，或，取决于有效的压缩比，受控的自燃能够 发生。氢自燃温度是585℃或585K。
5.当转子室旋转经过上止点(TDC)时，高于600℃或873K的燃烧 热经过在外部定子壳体的内表面上的钙钛矿热障涂层(TBC)保护，并且 被传递至钠蒸汽室(SVC)。该钙钛矿TBC保护壳体免受在1800K的持续 的燃烧点燃。SVC中的钠从液相变为气相并且流经膨胀通道。
6.钙钛矿TBC的表面温度能够匹配1800K的峰值气体温度。这个高 温表面区域充分高于氢的自燃温度585℃或858K，并且将进一步改进整个 燃烧反应。
7.大约在250℃到350℃或523K到623K的来自主动冷却系统的加 热的水的第二次水喷射被喷入早期燃烧/膨胀反应中，来部分地熄灭或冷却 燃烧反应，以控制大约1800K的峰值温度，并且将室气体和水的温度降低 至大约600℃或783K温度，来加速沿着膨胀通道从较高温度钠蒸汽室返 回至转子室的热传递。加热的水将从液相变为极大膨胀的过热蒸汽，增加 了室的平均有效压力(MEP)来执行工作。
8.钠蒸汽室将继续将热传递回旋转室，以使室温保持在大约600℃ 或873K。当转子室气体和水冷却时，离心力将会促使较冷的和较重的水滴 压在外部壳体表面壁上，这将会有助于吸收来自SVC的热，并且加速热从 SVC传递回转子室，而且进一步保持用于执行工作的高蒸汽压力和MEP。
9.在第三次水喷射中，来自主动冷却系统的在30℃或303K的较冷 的水正好在排气端口之前被喷入后期燃烧/膨胀，以冷却燃烧反应和燃烧室 转子、叶片和密封部件，以及防止下一次进气时的热节流(thermal throttling)。冷却水帮助增加了室蒸汽压力和密度。冷却水也有助于冷凝水 蒸气，使其更容易复原。
10.高压、高速度、较低的温度以及水密集的排气然后通过可变几何 结构的增压器涡轮(turbo charger turbine)，并且驱动进气压缩机。
11.来自排气的水是被冷凝的、过滤的、并且再循环回至主动冷却系统中。
低热损失热管理
在G循环发动机中，散发的热通过早期和后期水喷射被送至钠蒸汽室 以及主动冷却系统。这些系统是可逆的以及能够将热流再循环回至发动机 室来改进热动力效率。通常没有可用能值或做功能力的来自主动冷却系统 的水被喷回至发动机室，在发动机室中，其能够执行正的(positive)可用 能做功。被吸入SVC的热量被排出或传递回发动机室来执行可用能做功。 来自主动水冷却系统和SVC的热将协同地互相作用，并且能够将热传递至 每一个另外的系统或传递来自每一个另外的系统的热。这允许大部分热被 通过发动机连续地传递回来，以提供正的可用能做功的优势。但是，会在 每一次传递中损失一部分的热。
通过调节被喷回至转子燃烧室的水量来降低燃烧气体温度是非常容 易的。关键在于平衡水喷射以同时最大化在室中和发动机系统内的发动机 的功和焓。如果加入太多的水，反应会太早的熄灭或冷却，并且没有足够 的焓来完全排放气流。如果喷入太少的水，则将不能复原所有可能的热， 并且可能具有高的排气热损失和/或冷却热损失。
钠蒸汽室和热传递
在G循环发动机中，钠蒸汽室(SVC)的工作类似两相热管，吸收来 自燃烧热区域的热，并且在膨胀行程中将其传递回旋转室。
SVC使用钠作为工作流体。由发动机燃烧释放的热被传递至SVC的 蒸发器区域，在该蒸发器区域中，流体钠吸收所传递的热，并且从液相变 为气相蒸汽。钠气体蒸汽然后以音速沿着SVC向冷凝器区域移动，在该冷 凝器区域中钠气体将其热沿着膨胀区域传递回旋转燃烧室中，并且钠从气 相蒸汽变为液相。一系列的通过毛细作用传送的网提供毛细作用来均匀地 通过毛细作用向上朝向SVC蒸发器区域传送回液相钠，在SVC蒸发器区 域，钠被再次蒸发并且该循环被重复。
在热被吸入主动冷却系统和钠蒸汽室系统时以及热被传递回发动机 的膨胀循环时，存在热流延迟。然而，因为连续的热流，该延迟对工作G 循环的意义不大。延迟仅仅在启动中当燃烧热主要被进入SVC和主动冷却 系统来使其增加至其工作温度范围时明显。
当发动机改变rpm速度时，瞬时热负载按比例地变化。这改变了旋转 室的热传递延迟比。然而，SVC是一个自平衡系统，其自动地适应较高负 载的情况。当rpm速度增加时，载入SVC的热传递增加，并且转子运动 也增加了对于将热传递回转子室的可能延迟。SVC钠温度越高，热的钠蒸 发器区域与冷凝器区域的温差越大。这增加了SVC内部的热传递。当燃烧 热加载继续时，蒸发器和冷凝器区域的SVC平均工作温度会增加。这引起 了一种状况，在SVC和旋转室之间沿着膨胀通道的较大的温差，从而更多 的热被以更高的速率传递回来。同样在较高的rpm下，具有较短地传递至 以及来自SVC的热传递持续时间。这将限制过量的热加载进入SVC。
钠是极易与水反应的，并且会产生能够点燃的加热的氢气。为了减少 钠和水的互相作用和反应：首先，甚至对于非常大体积的发动机，钠的量 被保持的相对少来产生有限的损伤；第二，发动机盖由非常坚固的高温合 金材料制成以使其不易破裂；第三，SVC盖几何结构设计的曲率也提供了 极大的强度来传递碰撞力以防止破裂；第四，外部盖由同时保护钠蒸汽室 免于碰撞的一层非常厚的金属绝缘泡沫或地毯材料进一步保护；第五，内 部SVC压力调节系统用来帮助优化内部钠运行热流，吸收高碰撞压力，以 及减少破裂的机会；及第六，在破裂的情况下，钠与水的互相反应通常非 常局部化，并且反应速度慢，所以可能会有一些火，但是一定不存在将会 引起金属崩飞(flying)的爆炸。
外部SVC绝缘盖
外部SVC表面用一种绝缘盖盖住，有助于减少通过SVC到周围环境 的热损失。绝缘盖亦有助于显著减少G循环发动机的噪音水平。绝缘盖可 以由一种陶瓷材料或泡沫金属或陶瓷材料的绝缘毯制成。这些材料也极大 地保护SVC免受来自可能破裂SVC的意外事件的碰撞损伤。
碱金属热电转换器
本发明的又一目的是提供一种直流电源。本发明提供了用于去除来自 沿着燃烧区域的过量的热并且将其沿着膨胀区域传递的钠蒸汽室系统。钠 工作流体的循环热传递轮廓对于使用碱金属热电转换器(AMTEC)来产 生电流是同等的。AMTEC使用钠作为一种加热的并且加压在β氧化铝固 体电极上的工作流体，其中钠从液相转变为气相并且钠离子经过BASE产 生电流。
转子冷却
转子表面覆盖一种能够在高到1400℃运行的一种缺陷簇TBC。该TBC 有助于保护转子免受燃烧热损伤，并且最小化传递至转子的表面热。来自 转子室经过转子的TBC的热将会被吸进位于转子表面下的水蒸汽室。转子 的顶部水蒸汽室是蒸发器区域，其中水工作流体从液相变为气相，并且将 水蒸汽室内部的热传递至位于转子两边的冷凝器。当转子旋转吸收冷凝器 热时，主动水冷却系统在转子冷凝器上泼溅水，从而转子蒸汽室水冷却， 并且从气相变为液相，然后其由高G离心力朝着蒸汽器区域再循环回。转 子水蒸汽室也有助于在整个转子表面上进行等温热分布。这有助于改进贯 穿室中的均匀燃烧，并且防止在转子结构中的热点和变形。
高制动热动力效率
由于其钠蒸汽热传递、水喷射以及延长的膨胀行程，G循环发动机能 够实现较高的制动热动力效率。可能会损失到壳体和冷却系统的热从钠蒸 汽室系统中恢复。被传递至主动冷却系统的热被再循环回燃烧/膨胀循环中。 具有水喷射的膨胀的燃烧/膨胀室允许最大量的燃烧热可以被转变为MEP 和做功，减少了排放温度损失。来自压缩冲程的摩擦损失以及来自滑动叶 片和转子的热被主动冷却系统的水俘获，并且喷射回燃烧室和运行循环中。 使用整个发动机作为循环减少了来自燃烧、热传递冷却、排放以及摩擦的 总的热损失，这推进最大化功率和制动热动力效率到达65-80％的水平。
G循环能够适用于汪克尔(Wankel)发动机和其他转子发动机，但是 优选实施方式是特别为本发明的G循环发动机设计的，其具有许多被设计 为优化G循环的热动力学和机械运行的独特的机械系统。
高度平衡的功率密度
本发明的进一步目的是提供更好的平衡的功率分布，同时也具有较高 发动机功率与体积和质量之比的性能。
该发动机的目的是优化四个发动机循环冲程的每一个，并且将其运行 综合成一个完全集成的发动机系统实现高发动机效率，以及高的功率与发 动机体积和质量密度之比。优选的发动机配置是旋转叶片类发动机，其中 转子位于传动轴中部。旋转类发动机是理想的，因为其能够将四个发动机 循环的每一个独立分开。其也允许所有的燃烧和机械力连续工作，并且被 对齐仅仅在一个与往复式发动机相反的方向旋转。这建立了更平稳、更平 衡的具有更少振动和应力的旋转。在本发明的发动机内使用的室相对较 小，其允许燃烧反应更好地得到控制，以使发动机能够用仅仅一个转子平 稳运行。
发动机也能够具有连接到相同传动轴上的可变数量的转子来增加发 动机系统的总功率能力。转子的数量限于传动轴的长度和强度来处理所有 转子的运行负载。本发明的发动机也能够具有6、8、9或12个燃烧室。 然而，优选实施方式是8室的发动机。具有6、8、9、12或更多室，取决 于发动机每360度CA旋转的范围(scale)，发动机能够在一个小发动机体 积和质量内产生非常高的位移功率和转矩。
例如，对于在转子中具有8个燃烧室的发动机，发动机将会提供每360 度曲轴转动的8功率脉冲(power pulse)。
可变水喷射压缩率
尽管在氢G循环发动机中使用SVC将允许从发动机中完全去除燃烧 腔，但是这样的腔确实帮助控制氢和水的分层特性来改进点燃并且对产生 用于增强的燃烧反应混和的湍流。然而，燃烧腔凹槽的使用产生了更多的 室体积，基于转子几何结构与外部壳体定子表面相互作用，通过增加不易 被压缩的室体积负面影响了室压缩比。在G循环发动机中，水喷射与燃料 喷射几何地分开。两个水喷射处于压缩冲程的早期，处于当牵引的(trailing) 转子室叶片通过进气端口时。这允许在水喷射发生前吸满新鲜进气空气。 在此时刻，来自主动冷却系统的加热的水由在转子定子壳体侧面的两个水 喷射被喷入转子室。水喷射被以转子旋转的方向向前引导，并且每个喷射 器在轴向密封附近的转子和转子室的每个侧面喷水。水温在250℃到350℃ 接近蒸汽点。当转子绕着内壳体定子旋转时，被喷入的水受离心力和惯性 力分层进入转子室的后半部。转子室然后在前半部用新鲜空气分层，并且 在后半部被喷入水。在此时刻，水被认为是一种不可压缩流体，并且极大 地减少了有效室体积。氢燃料然后被直接喷入转子室的中间前半部。增加 的水有助于控制峰值燃烧温度，同时也增加了有效压缩比来帮助点燃燃 料。在室中的水和燃料的分层也有助于燃料在没有水的稀释下被更快地点 燃，改进了燃烧性能。水和燃料的分层也保持了在转子室的前部的燃烧反 应。这进一步改进了燃烧力的前向杠杆作用。如果没有这个分层，燃料将 也会在室中趋向于向着转子室后半部分层，最小化所期望的燃烧矢量力。 一旦氢燃料被点燃，则需要非常小量的燃烧热量来将水蒸发为过热蒸汽。 这个过热蒸汽迅速以旋转的方向向前传递，伴有非常强的爆炸运动产生极 大的室湍流来与燃烧燃料混合。这个过热的非常剧烈的燃料/水反应然后在 钠蒸汽室的燃烧表面传递，表面温度为1800K或1526℃。G循环发动机的 这个几何结构部分具有非常高的壳体表面面积与室体积之比，并且有助于 改进燃烧率和燃料的完全燃烧。被喷入压缩冲程的水量能够变化来改变有 效压缩比以优化发动机在不同rpm情况下的性能和效率。
例如一个400cc的几何结构进气体积能够被压缩至40cc，具有压缩比 为10∶1。然而，如果20cc的不可压缩的水被喷射，有效气体压缩体积是 20cc，具有20∶1的压缩比。水量能够被调节来将有效压缩比调节至理想 发动机运行情况。
逆转的燃烧损失
压缩比被调节以使氢/水/空气预混温度非常接近585℃，即，自燃温度。 氢是非常易于扩散的燃料，并且快速形成与水的均匀充满。来自钠蒸汽室 的热点燃氢/水/空气混和物。通过使用壳体表面区域来点燃此混合物，整 个燃烧室被同时点燃。由于氢/水/空气预混温度与自燃温度相等，因此损 失了很少的燃烧能量。因为整个壳体被用来点燃混合物，有非常少量的来 自火焰前锋与非反应的燃料和空气交换的燃烧能量损失。因为燃烧混合物 仅仅是氢、水和空气，产物和反应物仅仅限于这些成分。这减少了与制动 较大碳氢化合物链燃料的分子键有关的燃烧动能损失。在均匀的氢/水/空 气混和物中，水非常接近氢，并且将有助于限制燃烧反应，将热能量转变 为高蒸汽压力赋能的能量来执行工作。在燃烧反应中加热水蒸汽是一个更 可逆的反应，其中燃烧热量能够在其他水分子之间被传递或传导，具有很 少能量损耗。
改进的氢燃料传输
本发明的进一步目的是对已有的发动机提供改进的氢燃料运输和点 燃性能。G循环发动机不仅使用和再循环所有的燃烧反应热，而且其也使 用俘获来自发动机的机械摩擦、循环压缩和排气流中的热的主动水冷却系 统。来自主动冷却系统的加热的水被用来在喷射，早期和后期水喷入燃烧 /膨胀区域之前与氢气预混。压缩的氢存储系统使用能够承受10,000psi到 15,000psi压力的容器。G循环发动机使用调解器来将氢加压喷射进正在旋 转的燃烧腔。当压缩的气体从高压变为低压时，有来自气体膨胀被吸入的 热。如果压差和气体使用率足够高，其能够引起结冰以及调节器和系统失 效。G循环发动机使用来自主动冷却系统的在氢气进入发动机的燃烧室以 前与氢气预混的加热的水，并且提供气体膨胀所需的热量来防止调节器结 冰。由于氢具有高的自燃温度585℃，快速升高其温度到较高对于适当燃 烧是非常重要的。
高度压缩
本发明的进一步目的是提供具有较高运行进气压缩的发动机。氢能具有 非常高的压缩率，能够高至33∶1。通过将氢与水预混，本发明的发动机能 产生较高的压缩率，大于14∶1，暴震或预点燃发生的可能降低。本发明使 用将氢/水/空气预混物带至接近585摄氏温度，在自燃温度附近的温度的压 缩比。这个燃烧平衡有助于减少动力学燃烧反应热量损失来点燃预混燃料。
较宽燃料/空气等值运行范围
本发明的进一步目的是提供能够在Phi燃料与空气混和物之比的较宽 范围成功运行的氢发动机，其能够被从非常稀薄调节到化学剂量 (stoichiometric)或(从＞＝0.4到＜＝1.0)来优化燃烧反应以达到高燃料效 率或高功率性能。氢和进气空气被集中到一起，以甚至在低当量比时也能 极好的点燃。水喷射能够产生改进点燃性能的高度压缩。内部定子表面的 高温将进一步改进稀薄的燃料混合物点燃和完全燃烧。
较低NOX排放
本发明的进一步目的是对已有内燃发动机提供改进的具有较高功率 输出性能的较低NOX排放。将氢与水预混稀释了燃料混合物，并且将峰值 温度减少和控制至大约1800K，此时形成了很少NOX排放。
氢点燃、燃烧持续时间、及平均有效压力
本发明的另一目的是为已有发动机系统提供使用较少电能，并且提供 更多瞬时和完全燃烧的点燃系统。
本发明的进一步目的是为已有内燃发动机提供改进完全燃烧性能、改 进燃烧反应湍流、改进燃烧反应速率以及改进燃烧持续时间的燃烧反应。
本发明的进一步目的是为已有发动机系统提供具有较高平均有效压 力(MEP)的燃烧循环。
氢具有低熄灭阈值，并且当氢通过壳体表面区域损失太多的热时，燃烧 反应将会熄灭或结束。本发明的旋转叶片发动机设计有膨胀的燃烧/膨胀区 域，其产生具有高表面与体积比的燃烧腔。在典型发动机中，这将产生通过 壳体表面的高度燃烧燃料损失，引起未完全燃烧的燃烧反应熄灭、差的燃料 性能以及纯燃料排放。在本发明的发动机中，由于钠蒸汽室沿着燃烧/膨胀 区域的集成，高的表面面积与体积比是一个很大的优势。一个或两个火花塞 在启动过程中点燃氢/空气/水预混物。一旦发动机表面到达运行温度，火花 塞关闭来节省电量，同时通过内部壳体表面来自钠蒸汽室的热被用来点燃燃 料混合物。氢具有585℃的自燃温度，并且钠蒸汽室具有600℃的运行温度。 一旦氢/空气/水预混物旋转进入钠蒸汽室所在的燃烧/膨胀区域，其将立刻点 燃燃料混合物。由于内部壳体定子表面的剪切力，这种高的表面积与体积之 比也造成强气体湍流。这引起进一步改进的钠蒸汽室的完全燃烧性能和热传 递。水蒸汽具有比空气更高的密度，并且在高旋转离心力作用下趋向于沿着 钠蒸汽室所在的内部壳体定子的表面移动。沿着内部壳体定子的高表面区域 的水移动改进了从钠蒸汽室至燃烧腔的热传递。这也继续保持了在膨胀的燃 烧/膨胀区域的整个长度上的高的水蒸汽压力和MEP工作。高水蒸汽压力也 有助于防止氢在密封系统后渗透至发动机的内部隔间中。
燃烧室密封系统
本发明的又一目的是提供一种用于密封旋转叶片内燃发动机的燃烧 室的装置，其实现了相对于已有密封的增加的密封性能、减少的摩擦磨损、 减少的摩擦热积累以及增加的强度和耐久性。
本发明的进一步目的是提供一种燃烧室密封件，其对内部壳体定子的 热变形尺寸变化起作用，使用燃烧室气体来保持密封力，快速对空气/气体 压力起作用，并且在不同动态的燃烧室力下独立保持理想的前部和后部燃 烧室密封，以提供相对于已有密封的改进的密封性能。
本发明的进一步目的是提供一种改进的燃烧室密封接口系统，其提供 相对于已有密封的改进的在滑动分离叶片密封件、轴向密封件及叶片叶面 密封件之间的密封接口。
本发明的进一步目的是提供一种改进的燃烧室密封件，其对已有密封 件减少了叶片挠曲变形。
本发明的进一步目的是提供一种改进的燃烧室密封件，其对已有密封 件最小化了对内部壳体定子表面的密封颤动痕迹损伤，并且减少了运行振 动和不适的压力(harshness stress)。
本发明的进一步目的是提供一种改进的燃烧室密封件，其产生燃烧室 气体湍流来对已有密封件改进燃烧反应。
燃烧室密封件是本发明的重要的一方面。滑动叶片必须维持高压缩和 燃烧压力来防止通过所有循环的通过其前向和后向挠曲变形的泄漏。密封 摩擦在本发明的发动机效率中起了非常关键的作用。然而，生成更多密封 力通常也产生较高的摩擦能量损失和磨损。燃烧室密封件的设计解决了与 持续变化的室体积有关的复杂几何结构表面接口的问题。燃烧室密封系统 由3个主要密封子系统组成：滑动叶片和发动机壳体之间的密封、滑动叶 片和转子之间的密封以及转子和发动机壳体之间的密封。这个密封系统的 质量对于发动机功率、效率、耐久性及排放很重要。
G循环发动机系统使用特别的叶片分离密封系统，其中每一个叶片包 括两个分离密封件。旋转离心力和气体压力有助于将密封压在内部壳体的 定子表面上。每一个叶片分离密封件具有气体通道穿孔，其允许少量气体 在密封下渗透来将密封件向外压在内部壳体定子表面上。叶片密封件的气 体填充允许来自每一个室的密封力去平衡密封力，而不产生过量的磨擦。 每一个叶片使用两个密封件提供了进一步减少室窜漏损失的双密封系统。 然而，在室之间的室窜漏对于发动机循环是非寄生的。任何发生的气体窜 漏将依旧肯定被使用在那个室中。
叶片分离密封件被在叶片叶面表面和转子之间密封的叶片叶面弯曲 的密封件以及在转子和侧面壳体之间密封的侧面轴向密封件连接。叶片分 离密封件、叶面密封件和轴向密封件共同密封每一个转子室。
叶片叶面和轴向密封件也用波形弹簧(corrugated spring)预先加载。 一旦发动机开始运行，室气体将也会对密封件施压。叶片叶面和轴向密封 件也包括沿着其密封表面的小密封条。任何强烈的振动这些封条的燃烧振 动会引起气体泄漏。这些小的封条将提供额外的密封保护。
分离叶片密封件
进一步根据上述的目的，本发明提供了沿着旋转叶片内燃发动机内部 的通常半圆U形滑动叶片的外围，可滑动地固定的分离叶片密封件。每一 个分离叶片密封件包括两个叶片密封件，其具有最大化与发动机的定子壳 体的内部表面接触的表面面积的轮廓。每一个密封环的大轮廓表面提供了 比已有的薄边定点密封系统更大的接触密封的表面面积。因此，其在高燃 烧压力和旋转速度下提供了更好的密封性能。当分离叶片密封件在定子的 内部表面扫过时，每一个叶片密封件的大轮廓表面也将密封接触力分布在 每一个叶片密封件的整个前表面、顶表面和后表面。密封接触力的这种分 布最小化了在任何一个点上的持续磨损，并且有助于极大地延长叶片密封 件的使用寿命、耐久性以及密封性能。
本发明的进一步目的是提供叶片密封件，其做来回的肘节运动，以提 供与内部壳体定子的不断变化的表面接触角的最优化的密封接触。
每一个叶片密封件的肘节运动由位于叶片轴承槽内部的滚子轴承推 动，其夹在每一个分离叶片密封件内部的两个叶片密封件之间，也夹在每 一个叶片密封件和其相邻的转子部分之间。当这些嵌在叶片密封件内部表 面和外部表面中的小的滚子轴承在定子内部旋转时，其有助于使叶片密封 件做来回的肘节运动。
狮子鼻形密封尖端
叶片密封件尖端包括狮子鼻形尖端，其在叶片密封件的顶部提供小轮 廓的圆形的尖端，其能够在内部壳体定子表面轮廓平稳滑动。小狮子鼻形 尖端是更集中的类似活塞环，来最小化额外的表面密封接触。在燃烧中引 起大应力和振动力。密封气体通道将有助于吸收和补偿这些力。然而，狮 子鼻形密封件可能会从内部壳体定子表面上被震掉。这一动作会引起对定 子表面的颤动痕迹损伤。然而，通过使鼻子尖密封稍宽，碰撞力将会分布 在稍大的表面面积上，并且将更少可能引起颤动痕迹损伤。狮子鼻形尖端 也使用氧化物润滑剂涂层，而且在扩大的密封尖端表面的其他地方使用热 障涂料涂层。狮子鼻形密封尖端的优势是其能够从叶片的顶部中心转移到 叶片部分的下部分的外部侧面上，有利于与轴向密封件和叶片叶面密封件 的理想的平坦的接触连接表面。
扩大的尖端边缘
除此之外，每一个叶片分离密封边缘的侧面表面在顶部附近张开(flare out)或扩大，为燃烧气体提供了表面来朝着定子的内部表面向外推动每一 个叶片密封件。该扩大的尖端将作为一种I形钢梁叶片尖端结构加强件， 以当其在内部壳体轮廓四周旋转并且受到燃烧力的影响时来帮助防止叶 片密封件扭曲或变形。
叶片密封气体通道
每一个叶片密封件将跨在叶片脊的顶部，当其在内部壳体定子表面上 移动时有助于防止每一个叶片密封件扭转离开原位。每一个叶片密封件也 能够垂直于转子的轴线沿着每一个滑动叶片的侧面以肘节运动移进或移 出。当其在内部壳体定子表面四周移动具有变化的接触点时，这就提供了 改进的与内部壳体定子表面的表面接触。当叶片密封件在每一个滑动叶片 的顶部上肘节运动地移进和移出的时候，位于每一个叶片密封件内部的气 体通道槽允许来自燃烧室的气体在叶片脊上的每一个叶片密封部分的下 面流动，从而促使每一个叶片密封件与定子的内部表面较近地接触，同时， 用燃烧室的气体压力平衡所需的密封力。叶片脊弹簧密封件将会被布置在 下部密封侧面部分的底部附近，来帮助保持适当的气体通道压力，并且防 止气体从叶片密封件底部泄漏。
动态轴向分离叶片密封件
叶片密封件的另一个动态方面是其被分成上部半圆形的中心部分和 两个下部直的侧面段，并且每一个侧面段具有在特定方向上运动的自由以 使燃烧室保持紧紧地密封。两个段都可以沿着转子的旋转平面自由地快速 移进或移出。下部侧面段也可以轴向的自由移进或移出，在与转子的轴线 稍微平行的方向。一个小气体槽贯穿(run down)每一个下部侧面段的内 部。气体槽与气体通道在上部半圆中心部分连接。来自燃烧室的气体通过 叶片密封气体通道来帮助径向地沿着内部壳体表面的压力平衡密封。气体 然后沿着下部侧面的气体槽流动，以径向地沿着侧面内部壳体定子表面压 力平衡密封。气体槽弹簧密封件有助于保持适当的气体槽压力，并且防止 气体从叶片密封件的底部泄漏。中心和侧面叶片密封段的动态运动提供了 额外的运动密封范围以及对热非对称壳体轮廓的热膨胀变化反应的能力。 这些新颖的设计提供了有效密封每一个燃烧室的方法。
动态转子轴向密封件
动态转子轴向密封件沿着转子的侧面以及内部壳体定子表面密封。每 一个动态转子轴向密封件包括主要轴向密封件和次要密封条，其位于沿着 与内部壳体定子接触的密封接触表面的主要轴向密封件内的小凹槽中。主 要轴向密封件分成中心部分和两个末端部分。这两个部分沿着有角度的表 面对接在一起，其中中心轴向密封部分使用舌状延伸，并且末端轴向部分 使用有槽的凹进部分。中心轴向密封部分由燃烧室气体压力和波形弹簧从 转子向外偏置，来构成与内部壳体定子表面的密封接触。由于气体压力和 波形弹簧使主要密封件向外偏置，其也将轴向末端部分向外偏置或同径向 偏置来将密封压力施加到内部壳体定子表面以及滑动叶片密封件的下部 分。小的次要密封条适合于在主要轴向的中心和末端部分延伸的小凹槽。 次要密封条在主要轴向密封段上提供了连续的密封表面，并且有助于防止 在主要轴向密封件四周的任何气体窜漏。主要轴向密封件的密封面表面用 固态润滑剂涂层来减少摩擦和密封磨损。
叶片叶面密封件
进一步根据上述的目的，本发明提供了叶片叶面密封件，其在转子和 每一个滑动叶片的叶面之间建立了紧密的密封，同时提供了对于主要轴向 末端密封件的支承。叶片叶面密封件构成为一个两级结合的主要密封件和 次要密封条。主要叶片叶面密封件由燃烧室气体压力和位于该封条后的波 形弹簧向外偏置反向于叶片叶面表面来使主要密封受压。次要密封条提供 了主要叶片叶面密封段上的连续密封表面，并且帮助防止经过主要叶片叶 面密封件的任何气体窜漏。主要叶片叶面密封件的密封叶面表面用固态润 滑剂涂层来减少摩擦和密封磨损。
叶片结构
本发明的进一步目的是提供较轻和更强的叶片结构，其更不易受热应 力和机械变形的影响。
径向内部壳体定子、转子及叶片使用半圆形的几何结构轮廓代替典型 的方形几何结构轮廓。这允许叶片从转子延伸，并且能够使转子提供对叶 片中心强有力的支撑，匹配叶片半圆形的弯曲轮廓。这对叶片的周边提供 了极好地支撑，其中密封件被压在内部壳体定子表面。在叶片上的这个转 子支撑有助于最小化燃烧力和密封力造成的叶片和密封件变形。
减少叶片的质量极大地减少了沿着内部壳体定子的能够引起变形的 离心滑动力。叶片的形状是具有半圆型的顶部边缘的倒转的U形结构，其 中的叶片密封件存在以沿着内部壳体定子表面密封。叶片的中心用仅仅垂 直和水平对接的支撑横杆取代(cut out)。大的孔布置在水平的支撑杆部分 中来进一步减少叶片的材料质量。
叶片优选由高强度轻质量也耐高温的材料制成，例如Haynes 230。叶 片的前部和后部叶面优选用热障涂料涂层，来防止能够引起过量热膨胀或 变形的对叶片结构的热损伤。
叶片热管冷却/热传递
叶片也包括热管槽系统，其在周边密封表面下面。热管槽优选是倒置 的U形的叶片轮廓，并且优选使用水作为工作流体。热管主要通过高G离 心力运行。离心力引起水向着在蒸发器区域内部的密封件下面的叶片尖端 移动。来自密封件的热被传递至热管槽中，同时水被加热，并且从液相变 为气相。气体然后通过热管槽流至两个侧面末端之一，其中其将热传递至 冷凝器，并且再次从气相变为液相。液体然后循环回叶片的尖端或蒸发器 区域来再次启动循环。主动冷却系统将水泼溅至转子和外部叶片冷凝器 上，来将叶片的热传递至主动冷却系统的水中。加热的水然后被喷射，并 且再循环回发动机循环中。多孔倒置的U形毛细结构优选在热管槽中，来 有助于毛细作用或传递热管内的水和气体，并且也为水膨胀提供了冷温保 护来防止结冰。叶片热管槽极大地减少了叶片和密封结构的温度，以便其 保持其结构完整和最优性能。
叶片反离心传动带系统
进一步根据上述的目标，本发明提供了叶片反离心系统来减少在滑动 叶片上的分离叶片密封件和定子的内部表面之间产生的摩擦。叶片向心力 系统包括叶片传动带系统，其施加向心力来抵消由快速旋转的滑动叶片产 生的离心力。弓形的叶片传动带板可以被用来减少叶片传动带上的应力。
本发明的进一步目的是对已有的叶片向心系统提供改进的滑动叶片 反离心力传动带系统，其具有增加的运行移动范围和增加的运行rpm速度 范围。
本发明的进一步目的是对已有的滑动叶片向心系统提供改进的滑动 叶片反离心力传动带系统，其具有减少的摩擦磨损、减少的摩擦热累积， 以及减少的运行振动，以及改进的强度和耐久性。
当叶片在内部壳体定子周围旋转时，离心力将叶片和密封件压在内部 壳体定子表面上。当rpm速度增加时，离心力增加并且引起高摩擦力，此 摩擦力非常大，以至于摩擦力可以等于或变得大于驱动发动机的燃烧室压 力。这种情况极大地限制了发动机的功率密度和制动热效率。有多种方式 来抵消叶片离心摩擦。一种方式是减少叶片和密封件的大质量。这减少了 离心力的总的力载荷。另一种方式是使用环和将叶片连接到主要传动轴的 连接杆。这允许叶片在离内部壳体定子表面固定的或恒定的距离处旋转。 这种方法有助于解决叶片和密封件离心摩擦的问题，但是仅仅对椭圆形的 内部壳体定子几何结构轮廓起作用。这将燃烧/膨胀持续时间限制到从TDC 点燃仅仅90度CA旋转。另外一种方法使用连接到叶片底部的菱形连接。 菱形连接系统的优势是叶片和密封件离心力通过该连接被转换为向心力 来平衡或抵消离心力。菱形连接类似剪切系统运行，当叶片在内部壳体定 子轮廓周围旋转时自动地调节。当两个相对的叶片流过轮廓，并且向外扩 张时，其引起另外两个叶片向内缩进。菱形连接的问题再次在于内部壳体 定子必须具有椭圆形轮廓引起仅仅90度燃烧/膨胀持续时间。菱形连接也 使用易于磨擦和磨损的大量的销和铰链。当磨损发生时，销和铰链也不能 被调节或再拉紧而引起系统失效。另一种方法是在叶片的底部增加大量凸 轮，并且在内部壳体切出遵循旋转轮廓的凸轮凹槽。离心摩擦从叶片和密 封的尖端传递至凸轮槽中的凸轮上。叶片凸轮和凸轮槽用油类润滑剂充分 润滑，并且甚至能够使用精细的滚子轴承系统。这便于叶片使用扩大的几 何结构轮廓，具有大于从TDC的90度CA的燃烧/膨胀持续时间。这个系 统的问题在于其难于密封和给凸轮槽上油。由于系统磨损，这个凸轮槽系 统也不允许任何类型的调节。其通过将载荷力传递至设计来降低高摩擦负 载的凸轮和凸轮槽，而仅仅稍微地改进了离心摩擦问题。叶片凸轮将大质 量加到叶片并增加凸轮槽内的额外摩擦，抵消其尝试去减少的摩擦水平。
本发明的叶片和密封件反离心系统使用一系列连接到肘节系统的传 动带，肘节系统连接到每一个叶片的底部。两组传动带在交替的叶片之间 的两个传动带分开的位置形成。一个传动带沿着发动机的径向中心以及围 绕传动轴延伸，同时另外一个传动带被分成两半，并且在中心传动带外面 延伸。每一个外部传动带是中心传动带的宽度的一半。传动带系统的运行 工作类似于细绳/手指猫的摇篮游戏(string/finger cat’s cradle game)，其中 玩家通过使用其手指扭曲绳环来利用绳环做出创新的绳的形状。为了保持 该创新的绳的形状，玩家必须使用两只手并且将其拉开来对绳施加拉紧 力。玩家通过用手指调节绳能够改变绳的形状或位置，但是必须用所有的 手指保持对绳的持续的拉紧力。本发明以一种类似的方式运行。在八叶片 发动机系统中，四个交替的叶片被连接到中心传动带系统，同时四个叶片 被连接到外部传动带系统。在每一个传动带系统中，当两个叶片遵循内部 定子轮廓，并且开始从转子的中心延伸时，其将另外两个叶片拉回至转子 中。这个系统的运行通过平衡离心叶片和密封力和其他叶片和密封的向心 力也非常类似菱形连接系统。本发明的优势在于其也使用叶片传动带肘节 系统和异型带，允许叶片和密封遵循对称的内部壳体轮廓，其中燃烧/膨胀 比从TDC的90度CA大。肘节允许叶片段扩大或缩短来适应内部壳体轮 廓扭曲。异型带系统是第三种传动带系统，包括两个较小的传动带，所述 较小的传动带在两个内部传动带系统的外围运转。该异型带系统将中心和 外部传动带系统连接到一起作为一个统一的系统，并且类似于动态凸轮槽 作用，以当其围绕对称的或扭曲的椭圆内部壳体定子轮廓旋转时，有助于 保持叶片和密封件在对于内部壳体定子表面的合适的位置。所提出的发明 的另外一个优势是每一个叶片肘节系统被连接到可调拉杆，可调拉杆能够 调节来自任何系统磨损或拉紧的传动带的传动带拉力。
通过使用主动冷却系统来将水泼溅到转子中心，在传动带系统周围的 温度能够被保持在大约100℃或212F。在这个温度，多种不同的材料能 够被用作传动带材料。这些材料包括编织的Nextel 610和AGY的933-S2 玻璃、玻璃纤维、碳纤维或不锈钢金属丝。优选的传动带材料是高拉力强 度纤维，其被编入平坦的传动带段并且连接到叶片肘节。叶片传动带将跨 在位于两个连接的叶片之间的传动带拱形结构上。传动带拱形结构将包括 滚子轴承，来进一步协助传动带在叶片拱形结构上的运转。滚子轴承也被 连接到弹簧系统，其在高于1000rpm的高rpm速度时压缩。在这些速度时， 滚子轴承断开与叶片传动带的接触，并且该传动带在已经用固体润滑剂涂 层的传动带拱形结构的较小的圆形表面上滑过。固体润滑剂允许在传动带 拱形结构上的具有非常低的摩擦和磨损的非常高速的叶片传动带运动。
转子结构
本发明的进一步目的是提供比其他转子系统更质轻并且强度更高的 改进的转子结构。
发动机转子由八个或六个段组成，数量取决于发动机转子的体积和发 动机配置。传动轴优选是八边形或六边形的，来分别地匹配八个或六个转 子段。每一个转子段的底部优选放置在传动轴的平坦表面之一上。圆形锁 板在传动轴的每一个末端上滑动，并且将所有不同的转子段锁在一起来形 成单个转子。转子优选具有匹配内部壳体轮廓的顶部半圆形的形状。转子 顶部被连接到使得转子进入反置的U形叶片，并且来自在转子表面下的大 的开放空间的两个侧板。顶部半圆形的形状类似坚固的弧形结构作用，并 且对转子提供极大地强度，同时允许在下面有大的开放空间。这减少了发 动机的重量以及制造转子的材料成本。其也提供了用于叶片反离心传动带 系统运行的空间。
燃烧腔涡流湍流
燃烧腔形成了一种月牙形状，并且比通常的燃烧室窄。氢具有比汽油 和柴油燃料更高的火焰速度。这产生了室气体和水对于外部壳体表面的表 面剪切，来产生混合湍流来改进贯穿整个室的火焰前锋传播。在高的内部 壳体表面温度下，跨过这个加热表面的烧灼(sear)湍流将进一步加速燃 烧和火焰前锋传播。
燃烧凹槽主要将氢和水稍微分层。这有助于提供从水分离的将会在侧 面或后部的稍微氢均匀的燃烧部分。燃烧槽的弯曲也有助于产生室湍流来 改进氢燃烧，并且然后与水混合。
一旦在室前部的氢被点燃，水朝着室的后部分分层。当转子旋转通过 90CA度TDC时，燃烧槽的弯曲允许水被更容易和平稳地被压入，并且通 过这个压缩点喷出，而不在室后部的压缩锁定的位置。水也高速向前传播 来改进气体湍流，并且与燃烧室的氢混合。
转子热控制和水蒸气室冷却/热传递
本发明的进一步目的是最小化渗透到转子中的热，并且来提供改进的 转子冷却系统来去除任何这样的热渗透。转子的顶部表面以及三个燃烧腔 槽的表面优选用类似钇稳定锆(YSZ)的热障涂层(TBC)。TBC防止热 由于燃烧渗透到转子表面并且进入内部转子部件。位于转子表面以下的水 蒸汽室俘获任何经过表面TBC并且渗透到转子中的热。转子水蒸汽室有助 于使表面与转子等温，并且在表面上提供更均匀的热分布，来帮助稳定燃 烧反应。转子蒸汽室的运行类似于叶片热管系统。转子蒸汽室使用水作为 工作流体升高到202℃。水蒸汽室是重力循环系统，其使用高G转动力来 使水在转子外部燃烧腔表面之下的蒸发器部分和两个侧面冷凝器之间循 环。转子蒸汽室也优选使用细的和粗糙的毛细网层来改进在转子整个表面 区域的水分布，并且改进在蒸发器和冷凝器之间的水循环。两个多孔的毛 细管也被布置在转子蒸发器室中，来改进工作流体循环，并且有助于防止 对于转子和/或水蒸汽室的水的冷冻膨胀损伤。一个多孔的毛细结构从一侧 冷凝器到另一侧冷凝器轴向地缠绕在转子的半圆形部分上。另一个多孔的 毛细部分径向地穿过水蒸汽室的中心。来自主动冷却系统的水从发动机壳 体的两侧，并且跨过转子侧面冷凝器被泼溅到发动机壳体中。来自转子水 蒸汽室的热被传递通过来自主动冷却系统的水中的冷凝器。加热的水然后 被循环出发动机的壳体，并且被喷回燃烧腔中或与氢混合作为预混物。
叶片切向的轴承系统
本发明的进一步目的是相对于已有的滑动叶片切向的轴承系统提供 一种具有增加的运行速度、减少的摩擦磨损、减少的摩擦热量积累以及改 进的强度和耐久性的改进的滑动叶片切线的轴承系统。
在沿着转子面表面的转子叶片通道中，稍微凸起的优选用氧化润滑剂 涂层的Z字型表面被用来帮助叶片相对滑动(slide against)，并且将其俘 获的燃烧力传递至转子。凸起的Z字型表面最小化了接触表面面积，并且 氧化润滑剂最小化了滑动摩擦。凸起的Z字型表面也作为小的蒸汽槽。来 自内部转子冷却系统的水进入Z字型槽，并且当其通过叶片通道被伸缩回 转子时被转变为来自叶片的高压蒸汽。蒸汽建立了压力，这种压力促使一 些叶片卸下凸起的表面，来最小化叶片滑动摩擦。伴随蒸汽在所有的方向 等同施加压力，其也将一些叶片的燃烧力传递至转子来驱动发动机。位于 旋转叶片通道内的槽中的小的滚子轴承将叶片的燃烧力传递至转子中，并 最小化叶片滑动摩擦。滚子轴承主要在处于或低于1000rpm的较低rpm运 行中使用。在较高的rpm速度时，滚子轴承被连接到由于旋转离心力而压 缩的小的轴承弹簧，将滚子轴承缩回至转子轴承通道中。此时，叶片从转 子扩张，并且缩回如此之快以致于滚子轴承将仅被增加惯性摩擦，并且降 低发动机的效率。当发动机的rpm速度低于1000rpm时，滚子轴承弹簧不 被压缩，并且压住滚子轴承，来使其与滑动叶片表面直接接触，并且产生 积极有效的优势来减少滑动叶片摩擦，并且将叶片燃烧力传递到转子中。
本发明的进一步目的是相对于已有滑动叶片切向轴承阻尼系统提供 一种具有改进的振动吸收能力的改进的滑动叶片切向轴承阻尼系统。
凸起的Z字型水/蒸汽槽和滚子轴承的组合不仅减少了叶片滑动摩擦， 并且将叶片燃烧力传递至转子，其也极大地减少了来自燃烧脉冲的不适 (harsh)振动和叶片的扩张(extension)和收缩运动。这最小化了对所有 其他发动机部件的NVH应力，并且改进了发动机的运行和耐久性。
发动机壳体
因为本发明的发动机在比标准发动机高的多的温度下运行，其并入了 以下部件的独特组合来最小化在关键区域的热积累：氧化润滑剂、热障涂 层、蒸汽室系统以及主动水冷却系统来有效地传输过量的热，以使外部发 动机壳体等温。发动机壳体和部件使用抗热应力和抗变形的高温合金和热 障涂层制造。外部发动机壳体优选用厚的热毯覆盖，来最小化热损失和减 少发动机噪音。
扭曲的椭圆内部壳体定子几何结构
本发明的进一步目的是提供一种最大化或过度膨胀燃烧/膨胀区域和 最小化进气/压缩区域的几何结构轮廓，同时实现相对于已有发动机系统的 最优的热动力循环性能。
本发明的进一步目的是相对于已有发动机系统提供一种最小化叶片 和密封件变形的改进的内部壳体定子几何结构。
本发明使用一种内部壳体定子几何轮廓，其中燃烧/膨胀区域在从TDC 大约145曲柄角从TDC逐渐膨胀至最大体积，也是膨胀点末端。这相对 于已有旋转叶片发动机提供了61％更多的燃烧/膨胀持续时间，并且允许更 多的热动力学热被转变为机械功。当室的后部叶片到达膨胀点末端时，排 气端口将位于同样室的前部滑动叶片附近。通过使燃烧/膨胀区域逐渐膨 胀，其极大地减少了在叶片和密封部件上的燃烧应力。就在TDC位置之 后，燃烧力和压力处于其最高值。在这个位置，叶片和密封被凹进转子中， 以使其不会极大地受到能够引起叶片和密封件变形和损伤的强力的影响。 当叶片在燃烧/膨胀区域附近旋转时，其从转子沿着内部壳体定子表面逐渐 延伸到密封件。叶片当其到达膨胀点末端时达到其从转子开始的最大伸 展。在该点，燃烧室压力非常小，并且叶片和密封件变形的风险也非常低。 在膨胀点末端之后，内部壳体几何结构迅速收缩来改进排气排出。排气端 口沿着发动机的轴径向地定位，来允许旋转离心力被用于通过排气端口容 易地和完全地排放较重的水蒸汽气体。在排气端口附近的室的后部叶片和 进气端口附近的前部叶片之间有单个燃烧室长度间隙。进气端口也沿着发 动机的轴径向地定位，来允许新鲜进气直接进入旋转的燃烧室。在进气冲 程，当室的后部叶片完成了经过进气端口时同样的室的前部叶片将到达其 最大进气膨胀点。一旦达到这个点，内部壳体定子轮廓沿着压缩区域就被 快速地减少。当压缩冲程启动，以及燃烧室压力开始升高时，叶片开始收 缩回转子。这有助于最小化来自压缩力的叶片和密封件变形。
较高壳体运行温度
本发明的又一目的是相对于已有内燃发动机提供一种运行在较高燃 烧运行温度的燃烧反应。尽管不同发动机的燃烧气体温度可能类似于本发 明的发动机的燃烧气体温度，但是使用的发动机材料需要被冷却到350至 450F的温度。这个冷却引起大约27％来自燃烧的热动力热损失到冷却系 统中。柴油发动机由于较大的汽缸体积与表面积比仅仅将大约20％的燃烧 热损失到冷却系统，并且更多的燃烧热能被转变为功。本发明的发动机使 用抗高温合金，例如Haynes 230，允许峰值壳体温度升到900℃。然而， 大约600℃的壳体膨胀运行温度被用来优化钠蒸汽室的热动力循环性能。 在温度高于600℃时，更多的热被传递通过外部壳体和钠蒸汽室，并且可 能损失到外围环境中。也有更多的热应力被施加到发动机壳体和机械部件 中，其能够引起热动力变形、磨损以及损伤。
固体氧化物和超硬纳米复合材料滑润剂
本发明的又一目标是消除油类润滑剂的使用，并且完全利用固体润滑 剂。二元氧化物润滑剂、自润滑的固体润滑剂、钻石状涂层以及几乎无摩 擦的碳涂层将被用在各种发动机部件上，来相对于使用油润滑的发动机减 少摩擦、改进部件耐久性以及减少HC排放。
G循环发动机不用油类润滑剂。所有的密封接触表面优选用氧化物润 滑剂涂层，例如由NASA Glemn开发的Plasma Spray PS 304。PS 304氧化 物润滑剂提供了与上油表面同水平的摩擦系数以用于升到900℃的温度。 可选择地，可以使用由阿贡国家实验室(Argonne national laboratory)开发 的超硬纳米复合材料(SHNC)润滑剂涂层。PS 304和SHNC都提供了低 的摩擦系数、加上数百万次滑动循环的优秀的耐久性。
或是PS 304或是SHNC的层优选等离子喷涂在所有的密封接触表面 上。对于叶片分离密封件，一个特别厚的PS 304或SHNC层优选地被形 成来建立圆形狮子鼻形密封表面。叶片分离密封件的外部表面遭到最高的 密封力和摩擦力。这个较厚的圆形狮子鼻形密封件提供了最小化摩擦的集 中的密封表面和抵抗密封磨损的较长时间的密封运行性能。
主动水冷却/热传递
本发明的进一步目的是提供相对于已有内燃发动机改进的下部外部 壳体热损失。
本发明的进一步目的是提供相对于已有内燃发动机转子冷却/热传递 系统改进的转子和叶片冷却/热传递。
主动水冷却/热传递系统被用来冷却压缩冲程的外部壳体、主要传动轴 轴承区域、以及用于转子和叶片的发动机壳体内部。来自压缩和摩擦的热 从这些系统传递至循环的水中。加热的水将热喷回反应循环用于与氢预 混，以及早期和晚期燃烧/膨胀区域喷射。将会损失到冷却系统和摩擦中的 热大约分别在20％和10％，其被水俘获并且在回到发动机循环中再次使用。 这不仅极大地改进了发动机的制动热效率大约30％，而且通过将热转变为 赋能的水蒸汽，水增加了大量的燃烧室压力来改进MEP功。被喷射的水 也有助于减少了大约30％的排放热损失，冷却来自燃烧腔内部的燃烧反应 引起低排放温度，但是具有非常高的速度和高的压力。排放中的水能够被 冷凝并且循环回发动机的主动冷却系统中。
氢泄漏
本发明的进一步目的是减少室密封后在内部转子部件位置或通过发 动机向外排放的氢气的点燃。来自主动冷却系统的水被泼溅至发动机的中 心来冷却转子和叶片。这个水的大部分通过Z字型冷却槽和在转子密封下 面发送。水有助于改进密封性能和防止任何氢通过密封。任何通过密封的 氢被水稀释，并且由主动冷却系统收集，并且从闭环系统的发动机中去除。 任何收集的氢气通过将其喷回具有水喷射的室中被再次使用。
减少的NVH
本发明的进一步目标是提供相对于已有内燃发动机的减少燃烧功率 脉冲振动的燃烧反应。
通过用水预混氢，并且将水喷入燃烧腔，峰值燃烧温度被降低。其使峰 值压力轮廓变形，以至于其峰值压力水平更低，并且平稳地分布在更多曲柄 角，从而增加了平均有效压力来实现做功(MEP)。这减少了引起对发动机部 件的强烈震动和应力的高功率脉冲尖峰，并且产生了更平稳的发动机运行。
钠蒸汽室通过吸收在燃烧区域中的峰值燃烧温度，并且将热沿着膨胀 区域传递回燃烧室使得燃烧/膨胀区域等温。这也稳定了壳体温度，从而最 小化了壳体变形。
本发明的进一步目的是提供相对于已有内燃发动机的改进的外部壳 体降噪系统。
沿着燃烧/膨胀区域在钠蒸汽室上的外部发动机壳体将用厚的隔热毯 或泡沫金属覆盖，来最小化热损失，并且有助于减少发动机噪音。
具有叶片密封件支撑肋的进气/排气端口
本发明的进一步目的是当叶片和密封件经过进气和排气端口时最小 化叶片和密封件变形。
进气和排气端口关于转子的旋转和叶片和密封件径向地定位。端口开 口轴向地缠绕在半圆形壳体上。这对气体交换提供了最好的方向，并且考 虑到大端口尺寸的开口。端口被发动机两个半部分的螺栓紧固部分沿着中 心径向地分离。额外的支撑肋横跨每个半个端口的中间，并且在端口开口 稍微成一角度。中心螺栓紧固部分和两个支撑肋当其经过端口开口时，对 叶片和密封件提供了支撑来防止变形。在端口中使支撑肋成角度在较大的 区域上分布了与叶片和密封件的接触点，所以其不经常在相同位置发生。 端口开口被稍微成角度以至于叶片和密封剪切(scissor over)端口边缘。 如果叶片和密封件与端口开口一致，这就防止了任何损伤和发生的任何变 形以及叶片和密封与端口开口边缘的碰撞。转动速度引起了进一步改进气 体排放的离心气体力。当其经过排气端口时，内部壳体定子几何结构轮廓 窄的几乎没有空间。这有助于改进完全的排出，并且确保所有的燃烧室气 体通过排气端口排放。内部壳体定子几何结构轮廓在进气端口后充分打 开。这提供了文丘里(venturri)吸力效应，其极大地有助于将进入的新鲜 空气通过进气端口引至燃烧室。
壳体水蒸汽室
本发明的进一步目标是相对于已有系统来最小化壳体热变形。
钠蒸汽室稳定了燃烧/膨胀区域附近的壳体温度，并且主动水冷却系统 有助于稳定其他主要壳体部分的温度。在这两个系统之间有大的温度间 隙。钠蒸汽室运行在600℃，并且主动冷却系统运行在25℃到98℃。这 个温差可能引起损伤内部转子、密封件和叶片部件的壳体热变形。具有低 热膨胀系数的抗高温合金例如Haynes 230优选用于钠蒸汽室部分。抗较低 温度的水和氢的合金例如不锈钢316L或330优选用于发动机壳体的其他 部分。热障涂层也是在两个螺栓紧固部分之间的等离子喷涂，来最小化从 钠蒸汽室部分到发动机壳体的其他部分的热传递。水蒸汽室也用在主要壳 体部分桥接两个温度区域之间的间隙。水蒸汽室运行在202℃，并且有助 于壳体温度的等温或稳定，来最小化在钠蒸汽室和具有主动冷却系统的主 要壳体区域之间的壳体热变形。钠蒸汽室和主要壳体部分的稳定的等温允 许精确的热膨胀模型来计算对钠蒸汽室和主要壳体几何结构的调节，其能 够将这些热膨胀考虑在内来最小化在发动机运行中的壳体变形。
轻重量材料、耐久性和成本
本发明的又一目标是提供一种功率强大的、轻重量的、耐久的和可靠 的能够经济制造的氢旋转叶片内燃发动机。
随着发动机体积和质量的显著减小，G循环发动机能够使用更高级的 和更昂贵的合金。G循环发动机优选使用基于钴/镍的合金，例如Haynes 230用于高温区域部件。不锈钢合金例如316L、330，以及铝优选用于较 低温度部件。这些高级合金的使用进一步降低了发动机质量，并且极大地 改进了发动机强度、耐久性以及最小化了热变形。这些合金也是抗氢渗透 和脆化的。通过聪明地和战略上地使这些合金的优势适用于G循环发动机 的特定的关键结构区域和部件，进一步减少了这些合金的使用量，最小化 了成本，并且最大化了其对于发动机的材料特性优点。
发动机耐久性与高级材料的使用和部件设计有关。超合金例如Haynes 230，能够对付高温和高压，具有大约30,000小时的寿命。其通过在关键 区域的热障涂层保护。氧化物润滑剂能够应付数百万次滑动，实质上没有 磨损。密封件被设计为使其考虑润滑剂磨损和动态调节，以保持密封性能。 热机械分析和失效分析是研究的重要方面。对这些合金和氧化物的纳米材 料的额外研究将进一步该进其性能和耐久性。
碱金属热电转换器
本发明的进一步目标是提供直流电源。本发明提供了钠蒸汽室系统以 用于去除来自沿着燃烧区域的过量的热，并且将其沿着膨胀区域传递。钠 工作流体的循环热传递轮廓对于使用碱金属热电转换器(AMTEC)来产 生电流是相同的。AMTEC使用钠作为工作流体，其被加热的和对着β氧 化铝固体电极(BASE)加压，其中钠从液相转变为气相，并且钠离子经 过BASE产生电流。
附图说明
根据下述详细的说明书、随附的权利要求，以及附图的研究，将会理 解实施方式的特征和优势，以及操作方法和相关部分的功能，所有这些附 图形成本申请的一部分。在附图中：
图1是氢G循环发动机的侧面正视图。
图2是氢G循环发动机的顶部透视图。
图3是氢G循环发动机的局部剖面透视图。
图4是显示曲柄角度附近的转子和发动机室的G循环发动机壳体的侧 面横截面视图。
图5描述了具有分解的水返回部件的内部发动机壳体水返回通道。
图6描述了氢G循环发动机的剖面平面视图。
图7描述了燃烧室密封件的透视图。
图8至10描述了燃烧室密封件的详细的侧面、顶部、和底部透视图。
图11至13描述了连接有分离叶片密封件的前部、底部、和后部滑动 叶片组件。
图14描述了分离叶片密封件、滑动叶片、和叶片叶面密封件的侧面 详细的横截面剖面。
图15至17描述了滑动叶片和具有两个分解的叶片密封件的分离叶片 密封件的前部、侧面和顶部透视图。
图18至21描述了滑动叶片和分离叶片密封件组件的前部、顶部、底 部、和侧面透视图。
图22和23描述了滑动叶片、分离叶片密封件和叶片传动带肘节组件 的顶部横截面视图。
图24描述了滑动叶片和分离叶片密封件的底部横截面视图。
图25和26描述了滑动叶片和分离叶片密封件的侧面横截面视图。
图27描述了滑动叶片和分离叶片密封件的前部横截面视图。
图28描述了滑动叶片和分离叶片密封件组件的分解视图。
图29描述了具有滑动叶片和反离心传动带系统的发动机壳体的剖面 透视图。
图30和31描述了转子和滑动叶片反离心传动带系统的侧面透视图。
图32至37描述了滑动叶片反离心传动带和传动带拱形结构系统的详 细的透视图。
图38和39描述了单一的和双重的传动带拱形结构组件的侧面透视图。
图40描述了组装的转子段的侧视图。
图41和42描述了转子段组件的侧面和正面视图。
图43描述了转子段组件的正面横截面视图。
图44描述了偏心的转子段组件的横截面正视图。
图45描述了转子段组件的侧面横截面视图。
图46描述了叶片异型带限位弹簧(vane profile belt limit spring)的详 细视图。
图47描述显示叶片切线滚子轴承组件的转子段组件的侧面横截面视图。
图48和49描述了转子段组件的底部横截面视图。
图50和51描述了转子段组件的顶部和底部分解视图。
图52描述了钠蒸汽室和AMTEC的顶部外部透视图。
图53至55描述了钠蒸汽室和碱金属热电转换器组件的内部顶部和侧 面视图。
图56至61描述了钠蒸汽室和碱金属热电转换器组件的外部侧面、侧 面横截面、和正面横截面视图。
图62至64描述了钠蒸汽室和碱金属热电转换器组件的侧面、底部、 顶部分解视图。
图65至67描述了具有分解的水蒸气室部件的下部发动机壳体的顶 部、侧面、和底部视图。
图68描述了具有钠蒸汽室和分解的碱金属热电转换器绝缘盖的发动 机组件的侧面透视图。
图69和70描述了整个发动机组件的侧面和正面横截面视图。
图71描述了G循环旋转叶片发动机的处理过程。

发动机运行概述
G循环发动机1包括外部壳体2，具有扭曲的椭圆形形状的内部壳体 表面37，在内部壳体表面37内，转子组件183顺时针旋转。见图3和4。 壳体2包括钠蒸汽室229，与分别是发动机1的压缩、燃烧和膨胀区域31、 32和33分离并且不相通。从而壳体2的内部表面37朝着传动轴18弯曲 地向内倾斜，转子183围绕该传动轴18从处于大约0°曲柄角的进气端口 6旋转约105°至邻近钠蒸汽室229起点的圆周位置。壳体2的邻近钠蒸汽 室229的起点以及邻近膨胀区域33的起点的内部表面37弯曲地向外移动 远离传动轴18，以在超过膨胀区域33起点的约147°处获得离传动轴18 中心的最大几何距离。从距离传动轴18的中心最大距离的点开始，壳体2 的内部表面37逐渐朝着传动轴18的中心弯曲地向内延伸通过剩余的曲柄 角，即，通过压缩区域31。因此，壳体2的内部形状形成扭曲的椭圆形或 圆环面，并且钠蒸汽室229放置在燃烧腔34的膨胀区域33上。
如图3所示，转子183包括八个可径向向内和向外移动的的转子叶片 116，用于与壳体2的内部表面37密封接触。叶片116圆周地互相间隔，并 且转子叶片段310在相邻叶片116之间延伸。叶片116具有双叶片密封件 80，以用于紧靠壳体2的内部表面37密封，贯穿分别为31和33的压缩区 域和膨胀区域，并且侧面叶片叶面密封件111用于紧靠转子段310密封。
钠蒸汽室229是闭合的室，包括钠、钾或硫磺，但是钠是优选的，因 为其最大化了热传递能力。在室229内分别是精细的、中等的和粗糙的毛 细网230、231和232(图3)。从钠蒸汽室的起点至膨胀区域33的最大膨 胀点，即，邻近钠蒸汽室的末端，钠蒸汽室229位于燃烧区域和膨胀区域 32和33之上。当发动机运行时，钠蒸汽室229流动来自转子燃烧腔186 的热，并且当钠持续地从接近燃点的液相变为蒸汽时，将热充分均匀地分 布在蒸汽室229中。在进气端口6，空气被提供至发动机1中。当转子燃 烧腔186处于邻近上面的钠蒸汽室229的起点的燃烧区域32中时，在转 子燃烧腔186中，空气、水和氢燃料被快速地压缩和自燃。因为在增加的 曲柄角下，燃烧区域的体积增加，所以在离心力下，叶片116紧靠壳体2 的内部表面37接合和密封。因此，钠蒸汽室229吸收在燃烧后经过钠蒸 汽室229和燃烧区域32之间的内部壳体传递至钠蒸发器区域379和膨胀 区域33的燃烧热，而实质上没有热损失，即，热沿着钠蒸汽室冷凝器区 域380被送回到燃烧腔34系统中。通过这个等温过程，热被持续地传递 至钠蒸汽室229，并且被传递回燃烧膨胀反应中。
叶片传动带系统被用来减少离心力，并且因此减少在叶片116和壳体 2的内部表面37之间的密封磨损，也被用来当两个叶片在延伸，而其他叶 片在缩短或收缩时平衡叶片116。由于壳体2的扭曲的椭圆形本质，叶片 密封件80紧靠壳体表面37的不均匀的压力通过传动带系统的使用而被最 终得到平衡。
参考图32和34，认识到转子183优选具有八个叶片116，单叶片传动 带系统(图32)被用来使第一组四个正交相关的叶片的离心力最小化，而 如图34所示，双叶片传动带系统被用于剩余的第二组四个正交相关的叶 片。参考图32和11，以及单叶片传动带系统，每一个叶片116包括一对 末端叶片传动带杆固定器(vane belt rod holder)151，沿着其分叉的内部末端 安装一单肘节棒系统(toggle bar system)142，该单肘节棒系统142被枢 轴地安装在固定器151之间。肘节142包括一对叶片传动带棒146(图11)， 其安装在枢轴地安装到固定器151的叶片传动带杆145上。如图32所示， 单叶片传动带拱形轴承156由转子端板枢轴地支撑在固定到转子段的转子 183的相对面。四个单叶片传动带137在相对端被固定到相邻叶片116的 叶片传动带棒146，并且沿着在那些叶片之间的拱形轴承156的内部表面 延伸。因此，正交相关的叶片能够延伸或收缩，以使内部壳体表面的扭曲 的椭圆形几何结构与扭曲的椭圆形几何结构的偏心率相匹配，该偏心率由 枢轴的肘节和拱形轴承调节。
参考图34，双叶片传动带系统被用于其余四个正交相关的叶片116。 每一个双传动带叶片包括双肘节棒系统143，其安装在由叶片116的固定 器151枢轴地运载的传动带杆上。一对拱形轴承158(图34)轴向地相互 间隔，并且被安装来用于到转子端板的枢轴运动。一对叶片传动带138被 固定在相邻叶片肘节的叶片传动带棒143的相对端，并且沿着拱形轴承158 的内部延伸。关于这四个叶片，实现与用于使叶片与内部壳体定子壁表面 的扭曲的椭圆形轮廓匹配的单叶片传动带系统相同的动作。注意到，单组 或双组叶片传动带系统的叶片传动带被轴向地互相间隔，各个肘节和拱形 轴承也一样。
参考图29和36，在单叶片传动带系统和双叶片传动带系统的轴向相 对侧，单叶片传动带系统和双叶片传动带系统通过一对异型带139连接在 一起。正如在图36中最佳所示，一对轴向间隔的异型带139被围绕单叶 片传动带系统中的传动带销365安装，其安装了拱形轴承156、和销159， 其在双叶片传动带系统中安装了一对拱形轴承158。如图36所示的，此对 异型带139围绕销365和159的末端部分在限端板157(limit end plate) 内延伸。板157固定到叶片116之间的转子段310。
将在下文中以及在参考以下描述的附图中公开发动机的细节，包括钠 蒸汽室和燃烧室之间的相互作用，以及使得叶片能够径向延伸和收缩的同 时保持密封紧靠壳体的内部表面的传动带系统。
氢G循环发动机1使用加热的水和氢气喷射。参考图1、2和3，两个 水喷射调节器57将把加热的水提供至处于压缩区域31的起点处的发动机 转子燃烧腔34。两个氢喷射调节器26将氢提供至处于压缩区域31中的发 动机转子燃烧腔34。两个火花塞29点燃氢/空气/水的混合物。主动冷却系 统使去离子的水从冷水储存容器中循环通过发动机1的下部壳体2、进气 端口30和压缩区域31、传动轴轴承/膨胀区域19以及内部转子183和滑 动叶片52，并且进入热水储存容器中(未显示)。在早期燃烧/膨胀室喷射 60期间，在压缩区域31的起点处，加热的水被用水喷射器57喷入到发动 机中，而冷水在后期燃烧/膨胀室冷却水喷射61期间喷射。转子燃烧室34 中的所有水蒸汽从发动机1通过排气端口9和排气管10排出，并且进入 排放水冷凝器(未显示)，在排放水冷凝器中，水蒸汽从气体冷凝为液体， 并被返回到冷水储存容器中，并且空气被排出冷凝器排放管。为了防止对 发动机1和其所有部件造成水冷冻膨胀损伤，在发动机关闭期间，当温度 低于32F时，存储在乙醇存储容器(未显示)中的乙醇以水/乙醇混合物 而在发动机1中循环。电子控制单元(ECU)(未显示)控制所有的调节 器和可变速度泵(未显示)。ECU还监控许多温度和水位传感器来帮助控 制所有的调节器和可变速度泵，来确保发动机1总是适当运行。
氢/水喷射
在G循环发动机1的运行中，水通过水喷射调节器57和水管308喷 入发动机1的燃烧腔34。氢气通过氢喷射调节器293和氢管294喷入发动 机1的燃烧腔34，并且进入氢调节器280。从调节器280，氢气经过氢管 28和27进入氢/水喷射调节器26，并且在压缩区域31的喷射位置38进入 燃烧室34。
当氢气从高压膨胀到较低喷射压力时，其吸收热能量，这能够引起对氢 喷射调节器293、氢管294及氢调节器280的冷冻损伤。为了抵消可能的由 热造成的冷冻，加热的去离子的水被泵入在氢调节器280附近，围绕氢管 294缠绕的管中。由水吸收的热被释放，并且传递到氢管中的膨胀的氢气中， 来帮助防止对氢调节器280及氢喷射调节器26的冷冻损伤。氢调节器适当 地平衡氢的混合物并且将氢的混合物通过氢管28和27喷射并进入到氢喷射 调节器26中，并且在压缩区域31的喷射位置38喷入到燃烧腔34中。
主动水冷却系统
存储在冷水存储容器(未显示)中的去离子的水被用来冷却处于进气 /压缩区域2中的发动机外部壳体、传动轴轴承和膨胀区域19以及内部转 子183和滑动叶片116。使用去离子的水是因为其是一种较纯的水的形式， 没有能够进入发动机1的部件的污染物，并且因为其具有低的表面张力， 当其通过管被抽吸时，在内部转子腔363的内部并且沿着壳体定子2和4 的内部壳体定子表面37移动时，来最小化摩擦力。对于发动机1外部壳 体2、进气30和压缩区域31，冷却的去离子冷却液的水被可变速度水泵 从冷水存储容器中抽吸，通过水冷却液管321和T型管路接头56和分离 水冷却液管48以及壳体90度接头5(housing 90-degree fitting)4进入壳 体进气/压缩区域冷却液入口62，并且通过进气/压缩区域冷却液通道63和 通过进气/压缩出口64，然后通过壳体90度接头54，然后通过分离返回冷 却液管49，通过T型管路接头56，以及通过单返回冷却液管322，然后通 过热水过滤器接着进入热水存储容器。
为了冷却发动机1的转子传动轴轴承19和膨胀区域31，去离子的 冷却液水由可变速度泵从冷水存储容器抽吸通过水冷却液管323和T型 管路接头56，然后通过分离水冷却液管50和壳体直通接头55，进入传 动轴轴承/膨胀区域水冷却液入口65，并且通过传动轴轴承/膨胀区域水 冷却液通道66和通过传动轴轴承/膨胀区域水冷却液通道出口67，然后 通过壳体直通接头55，然后通过分离返回冷却液管51，通过T型管路 接头56以及接着通过单个返回冷却液管324接着通过热水过滤器，进入 热水存储容器中。
为了冷却内部转子组件183和滑动叶片116，去离子的冷却液水由可 变速度泵从冷水存储容器中抽吸，通过水冷却液管325和T型接头56以 及然后通过分离水冷却液喷射管52并且进入壳体90度接头54，以及通过 内部转子/叶片水喷射入口334，跨过外部转子冷凝器302和滑动叶片冷凝 器132。水被移动滑动的叶片116沿着内部壳体定子表面37的侧面收集， 并且被促使经过内部壳体水返回凹槽44和在水返回盖45上的水返回槽 47，水返回盖45由水返回盖螺丝钉46旋进水返回盖凹槽276中，如图5 所显示。
水然后返回通过内部转子/叶片水出口335进入壳体90度接头56中， 以及通过分离水冷却液返回管53和通过T型管路接头56并且然后通过单 个返回冷却液管326，以及然后通过热水过滤器进入热水存储容器中。
后期燃烧/膨胀室水喷射61使用去离子的水320，去离子的水320被 存储在冷水存储容器中，并且由高压水泵抽吸通过高冷水压管328进入高 压T型管路接头59，并且进入高压分离管279和进入高压90度壳体接头 58，并且在后期压缩/膨胀喷射位置61排出后期冷水泼溅喷嘴337，进入 转子燃烧腔34。
在主动水冷却系统中使用的所有可变速度泵是被电控制的，并且被调 节来使用所需的最小量的电能来抽吸水。
热水喷射
在发动机1的运行中，热水被喷入具有热水喷射调节器57和早期燃 烧/膨胀燃烧室喷射60的压缩区域31的起点处。对于热水压缩区域喷射， 加热的去离子水320由高压水泵从热水存储容器中抽吸，通过热水喷射管 308进入水喷射调节器57中。水喷射调节器57调节将被喷入在压缩区域 31的转子燃烧腔34中的加热的水量。喷入压缩区域31的去离子的水320 将调节有效压缩比率，并且与喷入的氢气336部分混合。对于早期燃烧/ 膨胀热水喷射，加热的去离子的水由另一个高压水泵从热水存储容器抽 吸，进入热水高压管接头59，并且进入高压分离管278和高压90度壳体 接头58，以及通过壳体热水喷射通道42和连接管43，以及在早期压缩/ 膨胀喷射位置60排出早期热水泼溅喷嘴40进入转子燃烧室34。在早期 60、转子燃烧室34内的燃烧/膨胀热水喷射与氢燃烧互相作用来帮助调节 峰值燃烧温度。被喷射的去离子水也互相作用和吸收来自钠蒸汽室沿着钠 蒸汽室壳体定子表面4的热，并且当其移动越过内部壳体定子表面37时， 也对滑动叶片116和分离叶片密封件79提供一些润滑和密封性质。
去离子的水蒸汽比其他燃烧室34的气体具有较重的质量。转子183 的旋转速度和离心力迫使较重的去离子的水蒸汽沿着内部壳体定子表面 37径向地向外，并且向外经过径向排气端口9以及经过排气管10。这有 助于去离子的水与钠蒸汽室定子4的良好接触和热传递，同时也对通过排 气端口9和排气管10完全排放所有去离子的水蒸汽非常有利。
扭曲的椭圆壳体定子几何结构
图4显示了本发明的旋转叶片发动机1的侧面横截面视图。图3描述 了发动机1的剖面透视图。发动机1包括定子37、转子183和多个滑动叶 片116，滑动叶片116从旋转叶片通道184延伸和收缩。下部定子壳体2 和上部钠蒸汽室定子4形成扭曲的椭圆形几何结构，其具有通常光滑的内 部表面37。下部定子壳体2和上部蒸汽室定子壳体4由金属垫圈5分离， 来帮助确保在不同发动机壳体段之间均匀地配合和密封。滑动叶片116使 用包括前部和后部叶片密封件80的分离叶片密封件79来沿着内部定子表 面37密封滑动叶片116。燃烧室34由两个相邻的滑动叶片116和两个转 子轴向密封件102界定。发动机1也包括用于空气进气供应的进气端口6。 当前部燃烧室叶片116的后部叶片密封件80开始经过位于0度曲柄角的进 气端口30时，进气区域30开始，并且沿着旋转轴线继续，直到前部叶片 密封件80完成经过进气端口30为止，在大约60度的进气曲柄旋转角处。 在大约60度曲柄角处，内部定子壳体37处于其离转子表面185的进气最 远距离并且朝着转子表面185急剧地向内向后倾斜来形成压缩区域31。压 缩区域31提供大约总共45度的旋转曲柄角直到在105度曲柄角处的火花 塞29的位置。上死点(TDC)位于110度曲柄角处。燃烧区域32从火花 塞位置29开始延伸，直到在大约145度曲柄角处的早期水喷射60。膨胀 区域33从该点继续，直到前部滑动叶片115的后部叶片密封件80开始经 过在270度曲柄角处的最大膨胀点，提供总共大约160度曲柄角的燃烧和 膨胀位移。内部壳体定子37逐渐沿着燃烧区域32和膨胀区域33远离定 子表面185向外倾斜，直到其达到其在大约270度曲柄角处的最远距离。 在该点，内部壳体定子表面37朝着定子表面185急剧地向后倾斜至在338 度曲柄角处的下死点(BDC)。后期水喷射61也发生在大约275度曲柄角 处，其中内部壳体定子表面37处于距离转子表面185的最远距离。燃烧 室34的排气发生在前部燃烧室滑动叶片116的后部叶片密封件80开始经 过在大约280度曲柄角处的排气端口9时，并且继续直到后部燃烧室叶片 116的前部叶片密封80完成经过在大约360度曲柄角处的排气端口9，其 对于燃烧室34的排气提供总共80度曲柄角。一旦燃烧室34完成排放室 气体，前部燃烧室叶片116的后部叶片密封件80就能够穿过进气端口7， 并且开始下一个循环。
上部钠蒸汽室定子4沿着燃烧区域32和膨胀区域33定位，从110 度曲柄角处的TDC点开始，并且继续直到225度曲柄角处。热障涂层 36从正好在85度曲柄角处的氢/水喷射位置之前被应用至内部壳体定子 表面37，并且继续仅仅经过在大约60度曲柄角处的早期水喷射60的 位置。
具有转子和叶片的内部壳体定子
图3描述了壳体定子2的底部的一半部分。钠蒸汽室定子4的顶部横 截面的一半，底部定子2的一半的镜像，被去除来显示位于壳体定子2和 4内的部分。转子183具有通常的圆形盘的形状，其具有外部表面185和 沿着其周边垂直切开的多个叶片槽184(图4)。每个滑动叶片116安装在 叶片槽184内。转子183能够具有六、八、九或十二个叶片槽184和滑动 叶片116，取决于发动机1的尺寸。优选的实施方式具有八个叶片槽184， 其固定住八个相应的滑动叶片116。这样的配置建立了八个独立的燃烧室 34，这些燃烧室34由转子183的外部转子表面185、壳体定子2和4的内 部表面37以及滑动叶片116界定。每个滑动叶片116具有一般的变平的前 部和后部表面，具有对应于定子2和4的内部表面37的形状的外部半椭 圆形。在运行中，转子183围绕传动轴18旋转，迫使滑动叶片116沿着定 子2和4的内部表面37以持续的圆周运动扫过。该运动持续地使燃烧室 34围绕转子183旋转。滑动叶片116肘节运动地移进和移出叶片槽184来 保持在通常环形布置的滑动叶片116和通常椭圆形的壳体定子2和4的内 部表面37之间的持续的表面接触。
燃烧室密封件
为了发动机1能有效地和有效率地运行，燃烧室34必须保持转子183 和侧面壳体定子37之间、转子183和滑动叶片116之间，以及滑动叶片和 内部壳体定子表面37之间的密封。图7显示了用于隔离每个单独的燃烧 室34并且帮助在每个燃烧腔34内保持适当的燃烧气体压力的燃烧室密封 件78。燃烧室密封件78包括轴向密封件102、叶片叶面密封件111以及分 离叶片密封件79。
轴向密封件
在图3和7中显示的轴向密封件102确保在转子183和侧面壳体定子 37之间的紧密的密封。轴向密封件102通常是拱形的段。轴向密封件102 也确保在沿着叶片密封件的轴向密封接触表面95的下部叶片分离密封段 82和转子183之间的紧密的密封。轴向密封件102包括中心轴向密封部分 103和两个轴向密封件末端部分104，其沿着轴向中心和末端密封件连接 部分105连接到一起，其中轴向中心部分103包括舌状连接件106，并且 轴向末端部分104包括有槽连接件107。轴向中心和末端密封件连接部分 105与前部密封表面成角度。这允许轴向中心段103和轴向末端段104沿 着连接部分105自由移动，并且仍然保持与内部定子表面37的接触密封。 轴向末端段104的连接槽107与轴向中心段103的舌状连接表面106相接， 而舌状连接表面106由包括用于高温润滑和耐久性的氧化物的固体润滑剂 35涂层，来最小化沿着轴向中心和末端段连接部分105的滑动摩擦，并且 增加其密封运动的速度。
轴向密封件102的顶部表面358是轻微锥形的，因为其从轴向密封件 的前部密封表面返回。这允许燃烧室34受压的气体沿着这个顶部锥形表 面358移动，来帮助使轴向密封件向外偏置，产生与内部壳体定子表面37 的密封接触。
波形弹簧110位于轴向密封件102的中心轴向段103之后。波形弹簧 110最初被用于将压力施加到中心轴向密封段103，其沿着中心和末端轴向 密封连接部分105施加滑动力，来促使轴向密封末端段104轴向向外紧靠 内部壳体定子表面37，并且径向紧靠下部分离叶片密封件82的下部叶片密 封段表面95。波形弹簧110施加仅仅有限数量的力来在主要轴向密封件102 之间建立初始密封。燃烧室34气体压力是决定其密封性能的主要的力，来 平衡轴102的轴向中心密封件103和轴向末端密封段104的所必须的力， 以保持紧靠内部壳体定子2和4的内部壳体定子表面37的适当的密封条件。
小轴向密封条102位于穿越轴向中心段103和轴向末端密封件104的 密封表面的全部长度的轴向密封条槽108中。轴向密封条109有助于密封 任何经过轴向密封条槽107上方的顶部轴向密封唇口的燃烧室气体。轴向 密封条109的顶部后边缘具有在轴向密封条109的整个长度上延伸的小的 斜面109，其将有助于将轴向密封条109向外偏置紧靠内部壳体定子表面 37。轴向密封件102和轴向密封条109接触密封表面用包括用于高温运行 和耐久性的氧化物的固体润滑剂涂层。
轴向密封件103的轴向中心段103和轴向末端段104、密封条109和 波形弹簧110被弯曲来匹配转子183的轮廓。
叶片叶面密封件
图8显示了具有分解的叶片叶面密封条113的燃烧室密封系统78的燃 烧室密封系统的侧面透视图。
叶片叶面密封件111位于旋转叶片通道184内来确保转子183和滑动 叶片116之间的紧密密封。叶片叶面密封件111通常是半椭圆反置U形， 大致地对应于滑动叶片116的尖端的弯曲的形状轮廓。因此在优选实施方 式中，有十六个叶片叶面密封件111，每一个邻近于八个滑动叶片116的 叶片叶面349的每一侧。叶片叶面密封件111具延伸到密封件111的后边 缘的轻微锥形的顶部表面359。这允许燃烧室34的气体压力有助于将叶片 叶面密封件111向外偏置，从而紧靠叶片叶面表面349密封。
叶片叶面密封件111也由位于旋转叶片叶面密封弹簧槽189内的波形 弹簧114向外偏置。叶片叶面密封件111也包括密封条113，其位于穿过 叶片叶面密封表面111的整个长度延伸的小密封条槽112内，来帮助提供 沿着叶片叶面表面349的额外的密封。叶片叶面密封条113的顶部后边缘 具有在叶片叶面密封条113的整个长度上延伸的小斜面352，其有助于向 外偏置叶片叶面密封条113紧靠叶片叶面表面349。叶片叶面密封件111 的接触密封表面和叶片叶面密封条113用包括用于高温润滑和耐久性的润 滑氧化物的固体润滑剂35涂层。叶片叶面密封件115的末端从主要叶片叶 面密封件111以90度向外延伸，来帮助连接和密封跨过下部分离叶片轴向 密封段82，与表面95进行密封接触，并且套在轴向密封段件104上和有 助于支撑轴向密封段件104。
叶片叶面密封件111、叶片叶面密封条113和叶片叶面密封波形弹簧114 通常是半椭圆反置U形，大致地对应于每个滑动叶片116的尖端的形状。
分离叶片密封件
参考图8和11，一个分离叶片密封件79沿着每个滑动叶片116的外 部边界350可滑动地固定。分离叶片密封件79确保在滑动叶片116和壳体 定子2和4的内部定子表面37之间的紧密地密封。分离叶片密封件79通 常是半椭圆反置U形，类似于叶片叶面密封件111的整体形状，但是稍微 大于叶片叶面密封件111。每个分离叶片密封件79具有两个互相镜像的叶 片密封件80。因此在优选实施方式中，有十六个叶片密封件80，八个滑 动叶片116的每个有两个叶片密封件80。通过对每个滑动叶片116使用两 个叶片密封件80，提供了对于燃烧室34的双重密封性能，并且最小化了 叶片密封件80的窜漏。这也允许两个邻近于每个滑动叶片116的燃烧室 34具有其最优化的和平衡的密封力，以用于每个室的特定密封要求来最大 化发动机1的性能和最小化过量的摩擦和磨损。
分段的叶片密封件
参考图11至18，每个分离叶片密封件87内的两个叶片密封件80中 的每一个在滑动叶片116的顶部上做来回的肘节运动，来匹配壳体定子2 和4的内部表面37的轮廓，以保持适当的密封条件。然而，由于具有持 续的较冷进气-压缩区域和较热的燃烧-膨胀区域的两极的发动机热轮廓， 下部叶片密封段82或每个分离叶片密封件87的侧面直部分需要向外膨胀 来保持沿着滑动叶片116的轴向侧的适当的密封条件。为了实现这个目的， 每个分离叶片密封件87被分段为顶部中心段81和两个侧面下部段82。顶 部中心叶片密封部分在每个末端具有两个倾斜成角度的梯形失真连接槽 (slant angled keystone interface groove)84。每个下部段82具有匹配的倾斜 成角度的梯形失真形状的舌状连接延伸部分85。每个叶片密封件80的顶 部叶片密封中心段81和两个下部段82用倾斜成角度的梯形失真舌状和槽 连接部分83交织在一起。这个倾斜成角度的叶片密封段接口83允许下部 段82沿着倾斜有角度的叶片密封连接部分83稍微地滑进和滑出，从而密 封稍微收缩的和膨胀的内部定子表面37，当其旋转时，由滑动叶片116掠 过(swept out)。下部叶片密封段82的侧面气体槽97使用燃烧室34气体 压力来将每一个下部叶片密封段82压在内部定子表面37上。将叶片密封 80分段不仅有助于改进滑动叶片82防止内部定子表面37的轮廓中的振 动、燃烧振动的密封性能，其也改进了叶片密封件80由于磨损的运行耐 久性。因为下部叶片密封段的外部表面可能会由于与内部壳体定子表面37 的滑动摩擦而磨损，所以下部叶片密封段82能够沿着叶片密封段连接部 分83向外滑动，来继续与内部壳体定子表面37进行密封接触。这极大地 增加了叶片密封件的运行耐久性，并且减少了密封失效的可能性。
成型的(contoured)狮子鼻形叶片密封件尖端
参考图9和14，叶片密封件80尖端包括狮子鼻形尖端90，其提供了 能够在内部壳体定子表面的轮廓上平稳滑动的小的成型的圆形尖端。小狮 子鼻形尖端90是更集中的来最小化过量的表面密封接触件。在燃烧中， 产生了大应力和振动力。然而，狮子鼻形密封件可能会从内部壳体定子表 面震掉。这个行为将引起对于内部壳体定子表面37的颤动痕迹损伤。然 而，通过使狮子鼻形密封件90稍微变宽，碰撞力被分布在稍微较大的表 面区域上，并且更不易于引起颤动痕迹损伤。当滑动叶片116和转子183 围绕内部壳体定子2和4旋转时，狮子鼻形尖端90的被弯曲的轮廓与内 部壳体定子表面37的变化的角度进行良好的接触。这也将接触密封点分 布在狮子鼻形尖端90的被弯曲的成型表面上，这就有助于延长叶片密封 件80的运行耐久性，并且最小化密封失效。狮子鼻形密封尖端90围绕叶 片密封件80的中心叶片密封段81的顶部中心轮廓弯曲，并且沿着叶片密 封件80的下部叶片密封部分82转移到外部叶片密封侧面92。侧面狮子鼻 形密封件92提供了下部叶片密封段82和定子壳体2和4的侧面内部定子 表面37的良好的轴向密封。其也允许叶片密封件80与轴向密封件102和 叶片叶面密封件111产生密封连接。平坦的下部叶片密封段叶面表面95 提供了与轴向密封件末端段104和叶片叶面密封连接延伸部分115的平面 接触连接表面。为了防止气体从狮子鼻形密封尖端90窜漏以及在两个叶 片密封80之间流通来防止进入转子183的内部部分，狮子鼻形密封表面 将继续缠绕在叶片密封件80的底部边缘93上。狮子鼻形密封表面90然 后也沿着内部叶片密封边缘94返回向上缠绕，这里两个叶片密封件80接 触并一起滑动。这个短的内部狮子鼻形密封边缘94是足够长的，以至于 当叶片密封件80肘节运动时，其仍然互相交叠来防止任何内部叶片密封 气体从叶片密封件80的底部的间隙中漏出。来自主动冷却系统和水喷射 的水在狮子鼻形密封尖端90之间移动，并且有助于对狮子鼻形密封件和 内部壳体定子表面2和4提供滑动润滑。一部分水也转变为蒸汽，其填充 和加压两个狮子鼻形密封件90之间的空间。这有助于防止在相邻燃烧室 34之间的窜漏。
狮子鼻形叶片顶部密封尖端90、侧面边缘92、底部边缘93、内部边 缘94，以及叶片密封件80的平坦面表面95用包括用于高温润滑和耐久性 的氧化物的固体润滑剂35涂层。
叶片密封气体偏置
参考图14，在发动机1的运行中，在燃烧室34中的燃烧气体趋向于 推进至在叶片密封80和内部定子表面37之间的气体间隙355中，促使叶 片密封件80远离内部表面37，从而危害燃烧室34的密封。为了有效地抵 消这些非常强的燃烧力，每个叶片密封件80优选是气体偏置的 (gas-biased)，用于快速利用燃烧气体来平衡使叶片密封件80从内部定子 表面37分离的力。在优选的实施方式中，这个气体偏置以两种方式实现， 通过使用具有成角度的表面256和底部257的延伸的叶片密封件尖端91， 以及通过使用叶片密封件80的叶片密封气体通道96。
成角度的延伸的叶片密封件尖端
再次参考图14，用于抵消在气体间隙355中的气体力的第一种气体偏 置方法使用在每个叶片密封件80上具有成角度的外部侧面356和底部表面 357的延伸的叶片密封尖端91。当每个叶片密封件80移动更接近内部定子 表面37时，成角度的外部侧面356增加了每个叶片密封件80的宽度。延 伸的叶片密封件尖端91与外部侧面356和底部表面357成角度，从而提供 向外成角度的表面区域，以使膨胀的燃烧气体趋向于将叶片密封件80朝着 定子2和4的内部定子表面37推动，从而更有效地密封每个燃烧室34。
热障涂层(TBC)36被应用于延伸的叶片密封件尖端91的顶部表面 和叶片密封件80的成角的外部侧面356上，来最小化分离叶片密封件79 的热应力和变形，以改进分离叶片密封件79与内部壳体定子表面37的密 封性能，并且延伸其运行耐久寿命。
叶片密封气体通道
进一步参考图14，用于抵消在气体间隙355中的燃烧气体力的第二种 方法是使用气体通道96。多个气体通道96从叶片密封件成角度的表面356 穿通每个叶片密封件80，至叶片密封件80接触滑动叶片116的支承脊118 上方的内部叶片密封表面354的位置。气体通道96滑动叶片116的支承突 出部分(ledge)118，因此建立用于燃烧气体朝着内部定子表面37向上偏 置叶片密封件80的表面，并且从而更有效地密封燃烧室34。气体通道96 沿着叶片密封件80的整个弯曲的中心叶片密封部分81分布，如图11至 13所显示。可以使用这些气体偏置方法的之一或全部。
轴向气体槽97插进叶片密封件80，来引导燃烧气体通过在滑动叶片 116的下部叶片密封段82之后的叶片支承脊118的侧面的顶部。这促使下 部叶片密封段82向外紧靠内部壳体定子表面37的侧面，产生滑动叶片116 的叶片密封件82和壳体定子2和4的内部定子表面37之间的更紧密的密 封接触。该更紧密的密封接触有助于最小化通过分离叶片密封件87的燃 烧气体泄漏。其也建立了少量的摩擦力，有助于减少分离叶片密封件87 由于来自燃烧气体的快速、高能量爆发引起的突然移动。
使用具有气体通道96和侧面气体槽97的分离叶片密封件87的优势 在于其不仅提供出众的密封性能，而且其允许在分离叶片密封件87内的 每个叶片密封件80与每个邻近的燃烧室34隔离，并且基于单独燃烧室34 的压力状况提供密封力。因此，每个滑动叶片116前面的和后面的燃烧室 34可以有不同的压力和密封要求，并且具有气体通道96和侧面气体槽97 的分离叶片密封件87自动地调节密封力来匹配那些压力和密封要求。将 室密封力与燃烧室34气压平衡确保了恰好对内部壳体定子表面37施加足 够的密封力，来适当地密封燃烧室34，但是不能施加太大的力，因为会引 起能够减少发动机1的可能性能并且增加叶片密封件80和内部壳体定子 表面37磨损的过量密封力。叶片密封件80气体通道96和轴向气体槽97 将有助于吸收和补偿剧烈的燃烧点燃力，这种力能够引起在内部壳体定子 表面37上的颤动痕迹也能够损伤叶片密封件80。叶片密封件80的气体偏 置有助于最优化燃烧室34密封性能与平稳滑动运行，这就延长了叶片密 封件80以及壳体定子2和4的内部壳体定子表面37的耐久性。
叶片密封肘节运动
在运行中，当每个分离叶片密封件79内的两个叶片密封件80在通常 盘型转子183的平面内相对于转子183侧向地肘节进出时，这两个叶片密 封件80关于彼此以往复运动紧靠彼此滑动。这个肘节运动补充了滑动叶 片116自身的肘节运动，通过更好地匹配内部表面37的几何轮廓来提供额 外的燃烧室34的密封能力。
分离叶片滚子轴承
图15显示了具有分解的分离叶片密封件79的叶片密封件80的滑动 叶片组件116，从而显示了内部叶片密封组件351和外部叶片密封组件352。 为了有助于促进分离叶片密封件79的叶片80的肘节运动，使用了内部叶 片密封轴承组件351和外部叶片密封组件352。对于内部轴承，组件351 包括小的滚子轴承98，其位于沿着内部叶片密封表面353嵌在分离叶片密 封79内的内部叶片密封滚子轴承槽99内，其中在每个分离叶片密封件79 内的两个叶片密封件80接触并且一起肘节运动。外部叶片密封轴承组件 352包括小的滚子轴承100，其比内部滚子轴承98小，并且位于沿着外部 叶片密封表面354的分离叶片密封件79内的外部叶片密封轴承槽101内， 与滑动叶片116的内部叶片有槽表面117进行接触。
内部滚子轴承98和内部滚子轴承槽99的位置从叶片密封件80上的 外部滚子轴承100和外部滚子轴承槽101偏移，以便不削弱叶片密封件80 的结构强度。
叶片密封件80的内部叶片密封表面353用包括用于高温润滑和耐久性 的氧化物的固体润滑剂35涂层。固体润滑剂35通过减少沿着其内部叶片密 封接触表面353的摩擦，也有助于叶片密封件80的肘节运动。固体润滑剂 35包括氧化物，其也被应用于滑动叶片116和分离叶片密封支承脊118的外 部侧面表面，来进一步减少叶片密封件80和滑动叶片116之间的摩擦。
叶片密封支承脊
如图14、15和16所显示，两个叶片密封支承脊118由分离叶片密封 槽117分离，该两个叶片密封支承脊118沿着每个滑动叶片116的外部边 界350定位。支承脊118沿着每个滑动叶片116的细长的半椭圆U型外部 边界350的整个长度，有助于保持每个分离叶片密封件79沿着每个滑动 叶片116的外部边界350可滑动地固定。如果没有支承脊118，当分离叶 片密封件79沿着定子壳体2和4的内部定子表面37扫过时，分离叶片密 封件79将会趋于扭转而不在适当的位置。
叶片密封槽和脊弹簧密封
参考图22、24和27，在运行中，叶片密封件80的下部叶片密封段 82的底部边缘必须被封闭，来防止位于分离叶片槽117内的叶片密封件80 下和叶片密封脊118的顶部的任何燃烧气体较深地渗透到发动机1中。因 此，下部叶片密封段82的底部内部边缘包括弹簧密封件86，其嵌在弹簧 密封凹槽87中。弹簧密封件86朝着滑动叶片116向内压入来帮助密封底 部分离叶片槽117。叶片槽弹簧密封件86的前部密封表面用包括用于高温 润滑和耐久性的氧化物的固体润滑剂35涂层。滑动叶片116的底部叶片密 封支承脊118用嵌在位于叶片密封支承脊118的底部附近的脊弹簧凹槽 120内的脊弹簧密封件119密封。脊弹簧密封件119从靠近下部叶片密封 件82的内部表面密封的叶片脊118向外推，封闭轴向气体槽97来防止来 自气体槽97的燃烧气体从下部叶片密封件82的底部出来并且进入转子 183的内部部分。脊弹簧密封件119的密封表面也用包括用于高温运行和 耐久性的氧化物的固体润滑剂35涂层。
排水通道
参考图18，分离叶片密封件79的滑动叶片80的底部边缘朝着滑动叶 片116向后成角度。这有助于确保滑动叶片密封件80保持固定在滑动叶片 116上并且不延伸超出滑动叶片116的顶部。这也建立了排水通道125，其 中来自内部定子和主动冷却系统362的叶片冷却区域361的少量的去离子 的水320可以沿着叶片支承脊118到达叶片密封80的底部下方，直到其到 达叶片脊弹簧密封119为止，其中叶片脊弹簧密封件119密封顶部表面上 的燃烧气体和来自底部的去离子水320。来自排水通道125内的主动冷却 系统362的去离子水320也有助于消除由于燃烧力的分离叶片密封件79 的叶片密封件80内的冲击和振动，并且当叶片密封件做来回的肘节运动 时，与壳体定子2和4的内部壳体定子表面37滑动接触。这引起更平稳 的发动机运行，并且改进叶片密封件80的密封性能和耐久性。
固体润滑剂
参考图8至28，基于氧化物材料的固体润滑剂被应用于所有燃烧室密 封78的载荷接触表面。这有助于减少在有所移动部件之间的摩擦，从而 减少热积累。其也提供了一种不会混合或污染燃烧室34内部的燃烧反应 的润滑系统。在阿贡国家实验室开发的特殊二元氧化物和超硬纳米复合材 料(SHNC)润滑剂涂层可以用于本发明。优选的一种等离子喷涂氧化物 PS 304的氧化物固体润滑剂可以被使用，该润滑剂具有最大900℃的运行 范围。
滑动叶片结构
参考图18至27，滑动叶片116通常是半椭圆反置U型，类似于内部 壳体定子2和3的内部壳体定子表面37的几何结构轮廓的整体形状。滑 动叶片具有分离叶片槽117，来容纳分离叶片密封件79的密封叶片80以 及支承叶片密封件的支承脊118，以帮助防止分离叶片密封件79的叶片密 封件80扭曲和/或变形而离开与壳体定子2和4的内部壳体定子表面37的 适当密封接触位置。
反置U型中心部分
参考图18，滑动叶片116的中心反置或颠倒的U型部分360被切除来 减轻滑动叶片的材料质量。当滑动叶片116绕着内部壳体定子表面37旋转 时，滑动叶片的质量能够对分离叶片密封79和内部壳体定子表面37施加 相当大的离心力，这种离心力能够引起过量的摩擦力，造成发动机1的性 能下降，滑动叶片116的变形以及分离叶片密封件78的磨损。去除滑动叶 片116的这个中心颠倒的U型部分360极大地减少了不必要的滑动叶片 116的大的质量以及过量的摩擦力，以改进发动机1的性能、叶片116的 耐久性以及分离叶片密封件78的密封性能和耐久性。为了确保滑动叶片 结构116将不会由于大的颠倒的U型段360的去除而变形，小的垂直支承 棒121和水平支承棒122被布置在滑动叶片结构116的颠倒的U型开口360 上。滑动叶片116的水平支承棒122具有多个钻通其表面的孔123，来减 少水平支承结构123的大的质量，并且也允许内部转子和主动水冷却系统 362的滑动叶片区域361的去离子的水320自由移动。滑动叶片的底部末 端表面126从滑动叶片116的中心朝着侧面定子壳体2和4向外成角度或 倾斜，这允许来自转子183的内部中心的主动冷却系统362的去离子的水 320朝着侧面内部壳体水返回凹槽44向外转移，并且然后进入热水存储容 器300中，其中水返回凹槽44位于下部内部壳体定子2的两侧。
热障涂层
参考图18至28，热障涂层(TBC)36被应用于滑动叶片116的前部 和后部叶面349。TBC 36保护滑动叶片免受来自燃烧室34的高温燃烧气 体的影响，该气体能够损伤或软化滑动叶片116并且引起热变形。由于来 自燃烧室34的燃烧力以及来自滑动叶片与壳体定子2和4的内部壳体定 子表面37的接触的燃烧力，滑动叶片116的热变形可能会更严重。这能够 引起叶片密封件80与内部壳体表面37不对准，并且引起对叶片密封件80 和/或内部壳体定子表面37的损伤，或密封失效。TBC 36有助于保护滑动 叶片116免受可能会引起热变形的高温燃烧气体的影响。这有助于改进燃 烧室34沿着壳体定子2和4的内部壳体定子表面37的滑动叶片116的密 封分离叶片密封件79的叶片密封件80的密封性能。
热障涂层36也有助于防止基底材料的氧化。选择由钇稳定锆(YSZ) 制成的掺杂额外氧化物的低热传导系数热障涂层，以建立热动力学稳定 的、具有定制范围的缺陷簇尺寸的高度偏斜的(deflective)格子结构，来 减少热传导系数，并且改进与转子表面的结合附着(bonding adhesion)。 缺陷簇YSZ TBC在400℃和1400℃之间具有1.55至1.65瓦每米摄氏度 的热传导系数。
热管槽
参考图18至27，每个滑动叶片116包括内部热管槽127，其是颠倒的 U型，并且类似于滑动叶片的周边350，并且正好位于叶片密封槽117的 下面。叶片内部热管槽127稍微填充了水作为工作流体，该工作流体将来 自叶片热管蒸发器区域129的热从滑动叶片的周边350附近传递到叶片热 管内部冷凝器130中。通过允许工作流体水连续的从液体变为气体并且然 后再次变回液体来允许大量的热可以按音速传递。叶片热管槽127在24℃ 和202℃之间，或75K和397K之间运行，并且在叶片热管蒸发器区域129 和内部冷凝器130之间的温度差越大，热传递的速率就越快。
热管蒸发器区域有助于吸收和传递来自燃烧室34的热，该热影响滑 动叶片116的滑动叶片周边350、分离叶片密封件79的叶片密封件80、叶 片密封脊118，以及叶片分离密封槽117。其也有助于传递沿着滑动叶片 116的前部和后部叶面表面349经过TBC 36的热。使热传递远离这些部件 有助于防止能够损伤滑动叶片116和分离叶片密封件78、内部壳体定子表 面37，并且引起密封和部件失效的热损伤和变形。
在叶片热管槽127的运行中，来自燃烧室34的热被沿着滑动叶片116 的弯曲的叶片周边350部分的顶部的热管室蒸发器区域129吸收，其中来 自滑动叶片116前部和后部叶面表面349、分离叶片密封件79、叶片支承 脊118，以及分离叶片密封槽117的热被传递至热管槽127，以使水工作流 体沿着叶片热管蒸发器区域129的表面从液相变为气相。加热的气体蒸汽 通过叶片热管槽传递至位于滑动叶片116的底部拐角的两个内部冷凝器 126之一，其中来自气体的热被传递至内部热管冷凝器，并且气体变回液 相，并且循环回到热管蒸发器区域129。在内部叶片热管冷凝器中的热通 过传导传递至外部叶片热管冷凝器，其中其将热通过传导传递至从主动冷 却系统362泼溅到内部转子和叶片区域361的去离子的水320。加热的水 320在内部壳体水返回槽44中被收集，并且通过内部转子和叶片返回管 326循环至热水存储容器300中。
去离子的水320是优选用于叶片热管槽127的内部的工作材料。热管 通常通过利用引力或毛细系统运行。在引力系统中，热在底部叶片热管槽 蒸发器中被吸收，引起内部工作材料从固体或液体变为气体蒸气，该气体 蒸气通过对流升高到顶部叶片热管槽蒸发器，从而传递和释放其热。然而， 在本发明的滑动叶片116中，叶片热管槽127在转子183中旋转，这就产 生很强的离心力，从而产生颠倒在叶片热管槽127中的热传递的引力运行 方向的高G力，以使理想的热传递方向能够从滑动叶片116的外部周边或 顶部表面350沿着叶片热管蒸发器区域129并且朝向滑动叶片116的内部 侧面底部末端，朝向叶片热管槽内部冷凝器130，也朝向在传动轴18上方 的转子183的中心发生。
叶片热管槽127缠绕在滑动叶片116的周边表面349上，其中来自燃 烧和与内部定子表面37接触的很强的力能够引起沿着这个周边表面349 的热应力和机械应力。叶片热管槽不仅有助于通过冷却滑动叶片116来控 制热应力，而且还对叶片热管槽127加压来对滑动叶片116增加结构强度。 当在叶片热管内部的水被加热时，其将相态改变为较高压力的气体，这升 高了叶片热管槽127的内部压力来更好的匹配外部燃烧室压力34。这允许 通过包括叶片热管槽而不损失任何结构完整性地进一步减少滑动叶片116 的额外质量。
内部和外部叶片热管槽冷凝器
参考图27，内部叶片槽冷凝器130优选由高热传导系数的材料制成， 比如铝，其也抗水和氢氧化并且在叶片热管槽的末端被蒸(braise)来完全 密封和包围叶片热管槽系统127。内部叶片槽冷凝器130将热通过传导传 递至外部叶片热管冷凝器132。外部叶片热管槽冷凝器132的前部叶面表 面用成角度的脊和槽134覆盖。热然后被传递至主动冷却系统362的去离 子的水320中。
外部叶片热管槽冷凝器也优选由高传导系数的材料制成，例如铝，其 被蒸到内部叶片热管冷凝器的脊和槽部分131。外部叶片冷凝器132的底 部表面朝着内部壳体定子2和4的侧面向外成角度或倾斜。这有助于将来 自转子183的内部中心部分内的主动冷却系统362的去离子的水320朝着 内部定子2和4的两个侧面转向，以由位于下部内部壳体定子2上的壳体 水返回凹槽44收集。这个叶片热管外部冷凝器的底部成角度的表面匹配 滑动叶片116的底部成角度的表面126，以使去离子的水320能够在两个 表面上平稳地连续地转向至两个侧面内部壳体定子2和4。
叶片热管槽多孔毛细/冻结管
再次参考图27，置于在叶片热管槽127内部的是多孔毛细/冻结管128， 其围绕叶片热管槽127的整个长度缠绕，从一个内部热管冷凝器130到另 一个热管冷凝器130。多孔毛细/冻结管128由不锈钢网制成，或优选由铜 锌铝(CuZnAl)合金制成的成形金属合金(SMA)制成，该合金被编织在 一起并且被蒸或点焊为管形。因为叶片热管槽127用其内部的工作流体水 完全密封，当发动机1被暴露在32F温度或更低时其倾于受到寒冷天气水 冷冻膨胀损伤。为了抵消水冷冻膨胀，多孔管隔离多孔毛细/冻结管128的 中心内部的一些水工作流体。当工作流体开始冻结和膨胀时，在多孔毛细 /冻结管中心的未冻结的水工作流体沿着多孔毛细/冻结管128通过毛细作 用上升。这允许水工作流体由于内爆向内膨胀，而不是向外膨胀，并且消 除能够引起对叶片热管槽127或滑动叶片116的损伤的膨胀压力。通过对 多孔毛细/冻结管128使用SMA，当水工作流体膨胀并且内爆多孔毛细/冻 结管127时，多孔毛细/冻结管128的下部部分可能变形。一旦叶片热管室 127的温度上升至大约32F，并且工作流体从冰相变回液相时，多孔毛细/ 冻结管重新变回其原来的形状。
当转子183处于停止的位置时，滑动叶片116指向不同角度，将水工 作流体汇聚在两个位置之一中。第一个位置沿着底部两个叶片内部热管冷 凝器130而另外一个位置沿着热管蒸发器区域129的表面。通过使多孔毛 细/冻结管129围绕叶片热管槽127的整个长度缠绕，多孔毛细/冻结管的 末端控制由两个内部叶片热管冷凝器汇聚的任何冻结的工作流体。当多孔 毛细管围绕叶片热管槽127缠绕，其与热管蒸发器区域129的中间的顶部 或外部表面进行直接接触。这控制了沿着热管蒸发器区域129汇聚的任何 冻结的工作流体从多孔毛细/冻结管128的中心朝向两个多孔毛细/冻结管 128的末端在两个方向被通过毛细作用吸走。这允许由多孔毛细/冻结管 128控制在转子183上的任何方向角汇聚的冻结的工作流体水。
叶片传动带肘节系统
参考图18、25、27、以及29，在滑动叶片116上的底部部分的U型 开口包括叶片传动带肘节棒系统363，其可以或是用于叶片传动带系统136 的单中心叶片传动带137的单传动带肘节棒系统142，或是用于叶片传动 带系统136的两个外部叶片传动带138的双传动带肘节棒系统143。单传 动带肘节棒系统142或双传动带肘节棒系统143将叶片传动带系统136的 单叶片传动带137和双叶片传动带138连接到滑动叶片。单肘节棒系统142 和双肘节棒系统143的肘节运动为叶片传动带系统136提供了更宽范围的 单传动带142和双传动带143的延伸和收缩，来更好地匹配壳体定子2和 4的内部壳体表面轮廓37的内部几何结构扭曲的椭圆形状。叶片传动带肘 节棒系统363包括中心支承传动带杆145，其通过中心肘节棒孔144固定 单组或是双组传动带肘节连接器(toggle link)147。肘节连接器通过位于 每个肘节棒连接器147末端的叶片传动带棒孔148固定连接到肘节连接器 147的两个较小的叶片传动带棒146。肘节棒衬套149在叶片传动带棒146 上滑动。金属棒衬套149，而不是单叶片传动带136和双叶片传动带138 的传动带环形连接367，承受了大部分肘节动作磨损。中心肘节棒孔144 以及较小的叶片传动带棒146用固体润滑剂涂层，其优选包括几乎无摩擦 的碳或金刚石型碳润滑剂，来进一步改进高速肘节运动，并且减少叶片传 动带连接器147的磨损以及金属叶片棒衬套148的旋转运动。
将单叶片传动带段140和双叶片传动带段141连接到交替的滑动叶片 116的叶片传动带棒衬套148上，就将其连接到一起来建立单传动带闭环 传动带系统137或双叶片传动带闭环传动带系统138，以在滑动叶片116 与内部定子表面37内的转子183旋转时，有助于控制滑动叶片116的位置。 单叶片传动带肘节系统142和双叶片传动带肘节系统143允许叶片传动带 段的末端连接为连续的传动带系统，而不需要传动带构造为仅仅一个传动 带段。这将要求单叶片传动带137和双叶片传动带138在窄的旋转叶片通 道184内部的每个滑动叶片116的下面产生非常绷紧的弯曲，这可能会引 起传动带应力和破损。
叶片传动带张力调节系统
再次参考图18、27和29，为了保持叶片传动带系统136的单叶片传 动带137或双叶片传动带138的适当地张力，在滑动叶片116内部颠倒U 型开口360上的底部侧面部分包括叶片传动带张力调节系统150，其能够 调节主要传动带杆的位置，并且从而调节连接的单叶片传动带136或双叶 片传动带138的张力。主要叶片传动带杆145通过支承叶片传动带杆孔152 连接到两个末端支承叶片传动带杆固定器151。两个叶片传动带杆固定器 151被固定在位于滑动叶片116的内部底部中心倒转U型开口360的两侧 的叶片传动带张力调节槽的底部。两个张力调节螺丝钉153通过张力调节 螺孔154插在滑动叶片116、叶片传动带杆，以及末端叶片传动带杆固定 器的底部。叶片张力调节螺丝钉155在没有螺纹的滑动叶片116螺孔154 内自由转动，但是使用在叶片传动带杆145以及末端叶片传动带杆固定器 151中的有螺纹的螺孔154来向上或向下调节其在叶片传动带张力调节槽 124内部的位置。一旦设置适当的传动带张力，用张力螺丝钉防松螺帽155 将张力调节螺丝钉153锁定在适当位置。一种可替代叶片传动带张力调节 系统将会使用不同组的具有不同设置的叶片传动带杆145张力位置的末端 叶片传动带杆固定器151。小的薄垫片能够放置在传动带杆固定器151的 下面来进一步将张力锁定在适当位置。
叶片反离心系统
叶片传动带系统
参考图29，反离心叶片传动带传动系统136提供了能够绕着内部壳体 定子表面37的不对称的或扭曲的椭圆形几何结构轮廓旋转并且最小化过 量的滑动叶片116密封离心力的能力。与发动机1的rpm速度无关，滑动 叶片116紧靠内部壳体定子表面37的密封力围绕整个周边上保持相对恒 定。
此叶片传动带系统136包括单中心传动带137、双外部传动带138， 以及异型带139系统。参考图44，单中心叶片传动带137连接到四个交替 的滑动叶片116的单传动带肘节系统142的叶片传动带棒衬套148。参考 图46，双外部叶片传动带138是单中心叶片传动带137宽度的一半，并且 连接到其它四个交替的滑动叶片116的叶片双传动带肘节系统143的叶片 传动带棒衬套148。在叶片传动带系统136的运行中，单中心叶片传动带 137在转子138径向旋转的中心延伸，并且外部两个叶片传动带138在内 部中心叶片传动带137的两个侧面外部运行，以使单中心叶片传动带137 和双外部叶片传动带138不相互干扰并且保持适当的平衡。
叶片传动带系统136在匹配内部壳体定子表面37几何结构旋转扭曲 的椭圆形轮廓上变化很快。叶片单传动带肘节142以及叶片双传动带肘节 143分别地允许单叶片传动带137和双叶片传动带138具有从转子开始的 较宽运行范围的传动带延伸，并且有助于将叶片收缩回至转子，减少滑动 叶片116的应力。
参考图29至36，在单中心传动带系统137或外部双传动带系统138 的运行中，当连接滑动叶片116的四个传动带中的一个或更多从转子183 的中心向外延伸时，连接滑动叶片116的其它传动带被朝着转子183的中 心向内拉回，平衡滑动叶片116的外部离心力和向内向心力，来获得相对 恒定的紧靠内部壳体定子表面37的向外密封力。然而，高峰值离心力仍 然会在滑动叶片116延伸到离转子183最远的点产生，发生在最大膨胀位 置33。为了有助于最小化这个峰值力点，两个小的异型带139被连接到异 型带轴承175，异型带轴承175连接在交替的单叶片传动带137和双叶片 传动带138的拱形支承棒159的外部侧面末端，如图41和48所显示。两 个异型带139将单叶片传动带137和双叶片传动带138系统连接到一起， 作为一个统一的叶片传动带系统136。其仍然允许两个传动带独立运行， 通过延伸和收缩滑动叶片116来匹配内部壳体定子表面37，但是是以一个 更平稳匹配内部壳体定子表面37轮廓的扭曲的椭圆形的更受限制的或更 平均的方式。代替使用仅仅四个交替的滑动叶片116来匹配内部壳体定子 表面37，异型带139能够连接和使用单传动带系统173和双传动带系统 138的所有的八个滑动叶片116，来更好地匹配内部壳体定子表面37轮廓。 这极大地减少了在最远的延伸位置的峰值离心力。然而，峰值离心力可能 仍然足够强来拉或扭曲整个传动带系统136至其最远的延伸位置。参考图 29，为了控制这个问题，传动带拱形限位弹簧212嵌在与异型带侧面拱形 部分176排在一起的内部转子腔363中，异型带侧面拱形部分176连接在 每个传动带拱形支承棒159的末端。当滑动叶片116在内部壳体定子表面 37上旋转和滑动时，传动带拱形限位弹簧169处于相应于滑动叶片116的 最大延伸点的一个固定的位置。每个异型带侧面拱形部分176在每个传动 带拱形支承棒159上具有两个传动带拱形限位弹簧212，对于每个传动带 拱形支承棒159总共有四个传动带拱形限位弹簧212。在每个滑动叶片116 的下面有一个导向的传动带拱形支承棒159。当旋转的滑动叶片116到达 膨胀区域33内的最远的延伸点时，两个异型带侧面拱形部分176压缩匹 配的四个传动带拱形限位弹簧212，来限制传动带拱形支承棒159以及相 应的滑动叶片116的延伸。这保持了在整个转子183旋转中，所有的滑动 叶片116与沿着壳体定子2和4的内部壳体定子表面37均匀施加的恒定的 离心力的平衡，而不考虑发动机的rpm速度。这个恒定的离心力显著地减 少了滑动叶片116关于内部壳体定子表面37的总的滑动摩擦，这在后期的 燃烧膨胀中，当气体压力下降并且滑动叶片116向外延伸到离转子183最 远，离心力处于其最高水平时，特别有用。
传动带拱形限位弹簧212也有助于吸收并且消除在叶片滑动叶片116 和叶片传动带系统136中的剧烈的振动力。
拱形的叶片传动带支承
参考图32和34，将交替的滑动叶片116连接到一起，单叶片传动带 137和双叶片传动带138必须在两个邻近连接的滑动叶片116之间弯曲90 度。与叶片传动带概念有关的问题之一是传动带材料需要在高速时在拐角 附近弯曲。为了实现这个目的，单拱形轴承系统156和双拱形轴承系统157 被分别地用于单叶片传动带系统137和双叶片传动带系统138。
参考图38和39，单拱形的叶片传动带轴承系统137和双拱形的叶片 传动带轴承系统138优选包括中心拱形的叶片传动带支承158、一系列的 多叶片传动带滚子轴承178和滑动脊161。
中心拱形支承
每个单和双叶片传动带拱形支承158的顶部表面弯曲具有一个大的弧 形，其具有最小化单叶片传动带137和双叶片传动带138在交替的滑动叶 片116之间的90度角上的急剧弯曲的角度。每个拱形支承也包括三个滚子 轴承凹槽160以及排水孔，该滚子轴承凹槽160固定传动带滚子轴承178 和在每个滚子轴承178之间的四个叶片传动带滑动脊161，来排出来自主 动冷却系统362的内部转子腔363的去离子的水320，来防止水在滚子轴 承凹槽160中的积累。去离子的水320对叶片传动带系统136和叶片传动 带滚子轴承提供了一些润滑和冷却。这有助于减少传动带摩擦并且增加传 动带的耐久性和强度。
侧面拱形锁板
每个叶片传动带拱形支承158具有通过四个贯穿叶片传动带拱形支承 158的铆钉166固定至叶片传动带拱形支承158两个侧面拱形锁板163。 侧面拱形锁板163和铆钉166对支承拱形部分158增加了结构强度。侧面 拱形锁板163的顶部边缘延伸的比叶片传动带拱形支承表面158更高，来 形成圆形的叶片传动带齿尖164，以帮助保持移动的单叶片传动带137和 双叶片传动带138当其在叶片传动带支承拱形部分158上移动时处于适当 的对准位置。
叶片传动带拱形滚子轴承
在传动带拱形支承158的顶部使用叶片传动带滚子轴承178将会改进 叶片传动带136的运动。叶片传动带滚子轴承178包括滚子轴承180，其 具有小的直径，减少了质量加速度和减速惯性力来帮助改进在传动带拱形 支承158上的传动带运动。外部滚子轴承180具有钻通轴承的小孔181来 允许去离子的水320帮助润滑和冷却叶片传动带滚子轴承180以及滚子轴 承心轴179。心轴179也使用类似几乎无摩擦的碳或金刚石型碳润滑剂的 固体润滑剂35涂层。心轴179末端被旋进滚子轴承弹性支承182，滚子轴 承弹性支承182固定在位于叶片传动带拱形支承158的每个侧面上的侧面 拱形锁板163上的轴承弹簧支承开口165内。轴承弹簧支承开口165被定 位在侧面拱形锁板163上，来适当地定向滚子轴承180在滚子轴承凹槽160 内，并且与单叶片传动带137和双叶片传动带138进行良好接触。
在发动机运行中，在低于或等于大约1000rpm的低rpm速度下，叶片 传动带系统136的单叶片传动带137和双叶片传动带138与叶片传动带滚 子轴承180进行接触，来有助与改进运动速度并且减少单叶片传动带137 和双叶片传动带138在叶片传动带拱形轴承支承158上的向前向后的运动 摩擦。叶片传动带轴承心轴弹簧支承182也有助于消除在单叶片传动带137 或双叶片传动带138上的任何振动，以用于平稳的运转运动。
在高于约1000rpm的较高的运行速度下，滚子轴承的质量引起大的加 速度以及惯性力，这限制了单叶片传动带137和双8叶片传动带13的运 动。然而，在较高的发动机运行速度期间，叶片传动带滚子轴承心轴弹簧 支承由于转子183较高的离心旋转力而压缩，并且允许单叶片传动带137 和双叶片传动带138在叶片传动带拱形支承158上移动，而不与滚子轴承 180进行任何接触。在高速运行中，叶片传动带滚子轴承180保持在拱形 支承158滚子轴承凹槽160内压缩，直到发动机的运行速度降低到低于或 等于大约1000rpm，其中叶片传动带滚子轴承重新获得与移动的叶片传动 带系统136的单叶片传动带137和双叶片传动带138的有力接触。为了继 续改进单叶片传动带137和双叶片传动带138的运动并且减少在叶片传动 带拱形支承158上的摩擦，使用了叶片传动带滑动脊161。
叶片传动带滑动脊
参考图38和39，当单叶片传动带137和双叶片传动带在叶片传动带 拱形支承158的顶部高速运转时，叶片传动带滚子轴承80在滚子轴承凹 槽160中被压缩并且单叶片传动带137和双叶片传动带138在滑动脊161 上移动。滑动脊161用包括几乎无摩擦的碳或金刚石型碳的固体润滑剂涂 层以用于润滑，或可以优选使用在阿贡国家实验室开发的超硬纳米复合材 料(SHNC)润滑剂涂层。滑动脊161和滚子轴承凹槽产生了湍流的气流， 其又在单叶片传动带137和双叶片传动带138和拱形支承158的顶部表面 之间产生了空气垫。这允许叶片单叶片传动带137和双叶片传动带138以 甚至更高的速度和非常低的接触摩擦在叶片传动带滑动脊161上移动。
动态拱形支承棒
拱形支承棒159固定单叶片传动带拱形轴承156或双叶片传动带拱形 轴承157。单叶片传动带拱形轴承156和双叶片传动带拱形轴承157通过 拱形夹凹槽173内的拱形支承夹172固定在拱形支承棒159上的适当位置， 拱形夹凹槽173位于单叶片传动带拱形轴承支承156或双叶片传动带拱形 轴承支承157的两侧。
每个拱形支承棒159的末端固定一个异型带垫圈174，来帮助在沿着 异型带轴承175的内部边缘的位置固定异型带139，其允许异型带139在 异型带轴承表面175上径向地自由移动。异型带拱形176在沿着异型带轴 承175的外部边缘的位置固定异型带139。
在发动机1的高速运行中，其中转子183的rpm等于或大于大约1000 rpm，传动带拱形支承弹簧169压缩并且拱形支承棒158在侧面拱形支承 板163的拱形支承棒开口168中和拱形支承棒槽368内向下移动，允许单 叶片传动带拱形支承156和双叶片传动带拱形支承157向外延伸，来允许 叶片传动带滑动脊161保持与单叶片传动带137和双叶片传动带138的适 当接触。当发动机1的运行速度低至大约1000rpm或更低时，传动带拱形 支承弹簧169拉长，叶片传动带滚子轴承支承弹簧182也拉长，并且拱形 支承棒159在侧面拱形支承板163的拱形支承棒开口168内和拱形支承棒 槽368内向上移动，允许叶片传动带滚子轴承180与单叶片传动带137和 双叶片传动带138进行初步接触。传动带拱形支承弹簧169也有助于消除 剧烈的运行振动并且有助于提供叶片传动带系统136的平稳运行。
叶片传动带材料
参考图36，叶片传动带137和138优选地由织入传动带的纤细的高抗 拉强度的纤维制成。Nextel 610和AGY的933-S2玻璃是可能被使用的纤 维。纤维被织入平坦光滑表面的传动带，并且在每个末端367具有两个环， 来与单传动带142和双传动带143肘节系统的分离叶片116肘节叶片传动 带衬套148连接。伴随着主动冷却系统262将去离子的水320循环至内部 转子腔363中，叶片传动带系统136具有大约250F的峰值运行温度。这 有助于保持纤维强度并且最小化纤维热膨胀。可选择性的，纤维玻璃或 Kevlar纤维能够被织入叶片传动带系统136的传动带。这些材料是轻质量 的并且具有高抗拉强度、低伸长率，以及最大450K的持续运行温度。
为了改进传动带的性能和耐久性，叶片传动带137和138优选用多层 纤维构成，并且然后被缝制在一起。主要顶部层是强度层169，其包括较 大尺寸的纤维，并且因此具有较粗糙的填充和缠绕编织纹理。当该纹理在 支承拱形脊结构161上滑动时，产生较大量的摩擦、振动和磨损。为了改 进滑动性能，材料的底部精细(sheer)层171优选与顶部强度层缝制在一 起。这个底部精细层优选具有较细的纤维尺寸，并且因此具有较细的填充 和缠绕编织纹理。
传动带纤维也能够用固体润滑剂涂层，例如聚四氟乙烯(Teflon)或 几乎无摩擦的碳，来进一步减少其摩擦和磨损。聚四氟乙烯PTFE涂层具 有0.06的摩擦系数。几乎无摩擦的碳具有0.02的摩擦系数。
叶片传动带销铰接合(pin hinge seam)
参考图32至36，拱形叶片传动带轴承158产生了大的平坦的弧形表 面，用于单叶片传动带137或双叶片传动带138在其上的行进。这极大地 减少了叶片传动带传动带材料上的弯曲应力。为了进一步改进单叶片传动 带137和双叶片传动带138以及异型带的弹性，具有铰链接合366的连杆 销(link pin)365能够被布置在单140和双141，以及异型364叶片传动带段 中。连接销365能够是不锈钢或非金属的材料。销能够用聚四氟乙烯、几 乎无摩擦的碳、或金刚石型碳的固体润滑剂涂层，来减少销365的磨损， 并且改进铰链366的移动速度同时减少磨损。为了改进额外的耐久性，销 铰铰链366可以优选由不锈钢制成。
参考图33、35、和37，当传动带包括销铰铰链366时，其增加了不 与传动带齐平的小的连接表面。这个连接表面能够引起不平滑的传动带运 行。为了解决这个误差，可以增加与销铰铰链366的厚度匹配的另一个精 细填充层170。该层170可以位于顶部强度层169和底部精细层171之间， 并且所有三个层能够被缝制在一起。这便于底部精细层在拱形支承脊161 上非常平稳地运行。
传动带和肘节衬套连接
为了将单叶片传动带137和双叶片传动带138连接到单肘节142和双 肘节143上，复合材料传动带围绕金属滚子衬套149缠绕，并且借助于传 动带衬套锁盖369固定在适当位置。为了最小化传动带围绕传动带衬套149 的弯曲，小的三角形传动带衬套楔370(未显示)被插入来使传动带连接 角度更缓和，并且在传动带上具有更少的应力。
转子结构
参考图3，转子组件183包括六个或八个转子段组件310，数量取决 于发动机1的配置。发动机1的优选实施方式是采用八个转子段组件310。 滑动叶片116位于每个转子段组件310之间，并且形成用于滑动叶片116 进入的叶片通道184。所有的转子段组件310由侧面锁板215固定在一起 来形成转子183。
转子段组件
参考图40，每个转子段组件310包括顶部转子燃烧段311、转子热控 制系统、转子侧板209、锁定片(lock tab)208、内部板盖210、滑动叶片 116切向轴承223、叶片叶面密封件111、转子轴向密封件102，以及叶片 异型带限位弹簧212。
转子燃烧段
转子185的外部表面和转子燃烧凹槽186也涂以热障涂层。热障涂层 有助于防止来自燃烧的热渗透到转子燃烧段311、转子水蒸汽室190，以及 内部转子腔363中，防止引起对转子183、滑动叶片116，或滑动叶片传动 带系统136的热损伤和变形。
转子轴向和叶片叶面密封件
参考图40和50，转子燃烧段311也包括轴向叶片密封凹槽187和轴 向弹簧凹槽378，轴向弹簧凹槽378沿着转子燃烧段311的侧面表面弯曲 来固定轴向密封件102和轴向密封弹簧110。叶片叶面密封凹槽188和叶 片密封弹簧凹槽189位于转子燃烧段311的前部和后部转子滑动叶片叶面 371上，固定叶片叶面密封件111和叶片叶面密封弹簧114。
滑动叶片切向轴承系统
参考图40和47，为了改进滑动叶片116从转子183的滑进和滑出运 动，贯穿转子燃烧段311的前部和后部转子滑动叶片叶面371嵌入小的滚 子轴承223，来形成转子滑动叶片槽184。每个滚子轴承223包括滚子轴 承心轴227，其由用于高温润滑和耐久性的氧化物制成的固体润滑剂涂层。 外部滚子轴承225是中空的，而且被布置在轴承心轴227上来进行直接接 触，并且伴随着滑动叶片116向前向后移动的叶面表面349旋转。外部滚 子轴承也具有贯穿其表面的小孔226，以使来自主动冷却系统362的水/蒸 汽320能够有助于润滑和冷却外部切向轴承225和内部轴承心轴227。心 轴227优选由高强度合金制成，并且使用氧化物润滑剂涂层。滚子轴承心 轴弹簧支承228连接到滚子轴承心轴227的每个末端。
滚子轴承223被定向在转子183旋转的45至90度之间，但是优选45 度，并且滚子轴承223能够被用于帮助滑动叶片116在转子183的滑动叶 片通道184中向前向后移动。在发动机运行中，当转子183rpm低于或等 于大约1000rpm时，外部滚子轴承225将与滑动叶片116的前部和后部叶 面表面349直接接触，以当其在旋转叶片通道184内向前向后移动时来减 少其滑动摩擦和磨损。在发动机的高速运行中，当转子183rpm高于大约 1000rpm时，滚子轴承225的加速度和旋转惯性力更加显著并且对移动的 滑动叶片116增加了更多的摩擦。然而，在该点，叶片切向滚子轴承弹簧 支承压缩和收缩叶片切向滚子轴承223进入叶片切向滚子轴承凹槽224 中，断开了外部叶片切向滚子轴承225表面与滑动叶片116的移动叶面表 面349的接触。这允许滑动叶片116以高得多的速度和更低的摩擦，沿着 凸起的Z字形叶片滑动脊221在旋转叶片通道184内移动。
Z字形叶片滑动脊
再次参考图40，为了进一步改进滑动叶片116在叶片槽184内的滑进 和滑出运动，Z字形脊221垂直地贯穿前部和后部旋转叶片滑动叶面表面 371延伸。这些Z字形脊的顶部用包括用于高温润滑和耐久性的氧化物的 固体润滑剂涂层。可选择性的，可以使用超硬纳米复合材料(SHNC)润 滑剂涂层。氧化物润滑剂产生低于或等于0.2的摩擦系数，并且具有非常 低的磨损率。
水/蒸汽槽
进一步参考图40，在Z字形脊之间的是水/蒸汽槽222。当滑动叶片 116在转子183的滑动叶片通道184内移进和移出时，Z字形脊221在水/ 蒸汽槽222内部建立了强湍流，这又在接触表面之间产生了空气垫。这进 一步提高了滑动叶片116的运动，并且减少了其摩擦。当来自主动冷却系 统362的内部转子和滑动叶片区域361的去离子的水320进入并且流经水 /蒸汽槽222时，其也紧靠滑动叶片116的前部和后部叶面表面349流动， 该滑动叶片116由于暴露在燃烧室34的燃烧中而已经被加热，从而将去离 子的水320变为蒸汽。当去离子的水320帮助冷却滑动叶片116的热的前 部和后部叶面表面349时，去离子的水320相变至高压蒸汽。该高压蒸汽 进一步在水/蒸汽槽222中膨胀，来轻微地提升滑动叶片116的前部和后部 叶面表面349离开Z字形滑动脊221，允许其在滑动叶片通道184内部更 自由地移动，并且具有减少的摩擦和磨损。水蒸汽320也有助于吸收剧烈 振动来进一步减少损伤和磨损，提供了发动机1的更平稳地运行。加热的 蒸汽和/或冷凝的蒸汽水将被循环至转子183的外部侧面，沿着内部壳体定 子侧面2和4，并且被迫使通过水/蒸汽返回凹槽44而进入主动冷却系统 362的热水储存容器。
转子热控制系统
在燃烧过程中，热经过转子表面183，并且渗透至转子的燃烧段311， 并且进入转子中心腔363中，这能够引起对叶片传动带系统136和转子组 件段310部件的热损伤。为了有效地去除来自燃烧转子段311和内部转子 腔363的过量的热，与主动水冷却系统362一同使用转子蒸汽室系统190。
转子高温合金
抗高温合金材料，例如Haynes 230或180，优选使用在燃烧转子段311 的构造中。这些材料在高温下和在600摄氏度时长期暴露于燃烧环境时， 保留了其强度特性。这些合金具有大约8.2*10-6每华氏温度的低的热膨胀 系数。这有助于最小化热变形和热失效。
转子热障涂层
热障涂层36也有助于防止衬底材料的氧化。低热量传导热障涂层由 掺杂额外氧化物的YSZ制成，氧化物被选择用于建立热动力学稳定、具有 定制的缺陷簇尺寸范围的高度偏斜的格子结构，来减少热量传导并且改进 与转子表面的结合附着。
钇稳定锆(YSZ)的缺陷簇TBC在400℃和1400℃之间具有1.55至 1.65瓦每米摄氏度的热传导率。
转子蒸汽室系统
参考图43、44、45、47、48、49、50和51，使用高温合金构造直接 暴露于高燃烧温度的发动机1的部件，如转子燃烧段311，并且用热障涂 层36对其进行涂层，这极大地减少了热损伤，同时减慢了热渗透至内部 转子腔363。然而，仍然有必要来去除最终渗透转子表面183并且导入转 子段组件310的内部转子腔363中的过量的热。转子水蒸发室190用在转 子183的每个转子段内部。转子水蒸汽室190正好位于顶部转子表面185 和转子燃烧段311的燃烧腔凹槽186的下方。渗透这些表面的热沿着顶部 或外部蒸发表面191加热转子水蒸汽室190内部的水，该蒸发表面径向地 和轴向地匹配顶部转子表面183轮廓弯曲形状。当水沿着转子蒸汽室蒸发 器表面191加热时，其从液相变为气相，吸收了来自蒸发器表面191的大 量热，并且将其传递至水蒸汽中。内部室压力将加热的水蒸汽循环至位于 转子段组件310的两个轴向侧面的内部转子冷凝器，其中加热的水蒸汽将 热传递至内部冷凝器200，并且变回液相，而且被循环回至转子蒸汽室蒸 发器表面191。
去离子的水320是用于转子蒸汽室190内部优选的工作材料。通过允 许工作流体水连续地从液相变为气相，并且然后再次变回液相，就允许大 量的热量被以音速传递。转子水蒸汽室190运行在24℃和202℃，或75 华氏度和397华氏度之间，并且转子蒸汽室蒸发器区域191和转子内部冷 凝器200之间的温差越大，热传递的速度越快。
转子水蒸汽室的运行正好类似热管，其中引力或毛细系统被用来循环 工作流体。在引力系统中，热沿着蒸发室的底部蒸发器表面被吸收，使得 内部工作材料从固体或液体变为气体蒸汽，该气体蒸汽通过对流上升至顶 部蒸气室冷凝器以传递和释放其热。然而，在本发明的转子183中，转子 蒸汽室190在转子183内部旋转，这就产生了引起高G-力的强的离心力， 该高G-力使水蒸汽室190内的热传递的引力运行方向倒向。该热传递倒向 的方向对于本发明的发动机1是理想的，允许理想热传递从转子蒸发室190 顶部蒸发器表面191开始刚好在转子外部表面185下进行，并且将所吸收 的热朝着转子蒸汽室190的下部侧面底部末端传递到达转子内部冷凝器 200。在转子蒸汽室内部冷凝器200，当内部工作水蒸汽将热传递至转子内 部冷凝器200时，其从气相变为液相。水液体然后朝着转子蒸汽室蒸发器 表面191向外循回以再次重新循环。
参考图44和50，为了改进水工作流体在转子水蒸汽室190的外部蒸 发器表面区域191附近的毛细流动，优选使用精细的毛细网层192。这允 许高压的小的液体水滴沿着外部转子蒸发器表面191容易地流动，并且从 液相变为气相。从末端转子内部冷凝器200沿着转子蒸汽室190的侧面使 用粗糙的毛细网层193，来与精细的毛细网层193连接。这允许低压的较 大的液体水滴容易地流动至工作流体的外部精细的毛细网层193，并且沿 着外部蒸发器表面区域191流动到转子蒸汽室190内的任何位置。粗糙的 毛细网193在精细的毛细网192下在网连接369处稍微地延伸。这允许较 大的水滴移动更接近转子蒸汽室蒸发器表面191。其也允许较小的水滴被 向上通过毛细作用返回到更接近转子蒸汽室内部冷凝器200。精细的毛细 网192和粗糙的毛细网193由精细的边界网194围绕。边界毛细网194有 助于在转子水蒸汽室190的所有表面上分布工作流体。其也有助于沿着转 子段组件310的前部和后部叶面表面保留工作流体，来帮助冷却在滑动叶 片通道184内传递的以及来自叶片叶面密封111的热。
为了改进工作流体气体循环，在底部转子蒸汽室盖195的内部表面侧 面中的蒸汽室延伸脊196固定精细的192和粗糙的193毛细网层，并且将 其压在一起。其也在延伸脊196之间建立了大的转子蒸汽室空穴或凹槽 197，以便工作流体气体易于流动。
转子水蒸汽室有助于将转子表面183和燃烧腔184保持在良好的运行 温度下。其也有助于使这些表面温度等温来最小化任何热点，最小化热损 伤，并且稳定燃烧室134内的燃烧反应状况。
内部和外部转子蒸汽室冷凝器
参考图41、43、和50，内部转子蒸汽室冷凝器200优选由高热传导 材料，例如铝构成，并且在转子燃烧段311的末端被蒸来完全地密封和封 闭转子水蒸汽室系统190。内部转子蒸汽室冷凝器200的外部表面也优选 由高度热传导的材料例如铝构成，并且包括垂直脊和凹槽201，其被用来 与外部转子蒸汽室冷凝器202的脊和凹槽203连接。外部转子蒸汽室冷凝 器202的前部叶面表面也用弯曲的脊和凹槽204和径向直的脊和凹槽205 的组合覆盖。弯曲的脊和凹槽204和径向直的脊和凹槽205增加了与去离 子的水320接触的用于热传递的表面区域，来吸收来自外部转子蒸汽室冷 凝器202的热。
转子水蒸汽室多孔毛细/冻结管
参考图43和45，轴向定向的多孔毛细/冻结管198和径向定向的多孔 毛细/冻结管199将被布置在转子水蒸汽室190的内部。轴向多孔毛细/冻 结管缠绕在转子水蒸汽室190的整个长度上，从一个内部转子蒸汽室冷凝 器200至另一侧的内部转子蒸汽室冷凝器200。径向多孔毛细/冻结管199 在内部转子水蒸汽室190的顶部中心部分径向地延伸。轴向多孔毛细/冻结 管198和径向多孔毛细/冻结管199由不锈钢金属丝网制成，或优选由铜锌 铝(CuZnAl)合金制成的成型金属合金(SMA)制成，其被编织在一起并 且蒸或点焊为管的形状。径向多孔管199有助于在转子水蒸汽室190的顶 部表面上径向地毛细吸收水。更重要的是，因为转子水蒸汽室190被完全 地用内部的工作流体水密封，当发动机1被暴露在32华氏度的温度或更 低温度时其易于水冷冻膨胀损伤。为了抵消水冷冻膨胀，多孔管隔离了在 轴向多孔毛细/冻结管198和径向多孔毛细/冻结管199内部的一些水工作 流体。当工作流体开始冻结和膨胀时，在多孔毛细/冻结管中心的未冻结的 水工作流体沿着轴向多孔毛细/冻结管198和径向多孔毛细/冻结管199通 过毛细作用向上。这允许水工作流体通过在多孔毛细/冻结管上的向内内爆 而不是向外外爆而膨胀，这产生了能够对转子水蒸汽室190或转子183的 转子组件310引起损伤的膨胀压力。通过对轴向多孔毛细/冻结管198和径 向多孔毛细/冻结管199使用SMA，当水工作流体冻结并且膨胀内爆轴向 多孔毛细/冻结管198和径向多孔毛细/冻结管199中时，其较低的部分可 能会变形。一旦转子水蒸汽室的温度上升到大约32华氏度，并且工作流 体从冰变回为液相，轴向多孔毛细/冻结管198和径向多孔毛细/冻结管199 变回其原来的形状。
轴向多孔毛细/冻结管198和径向多孔毛细/冻结管199被布置在精细 的毛细网192、粗糙的毛细网193以及边界毛细网194的槽轴向开口和穿 孔264和径向开口和穿孔265中。这有助于在发动机1的运行中将所有不 同的毛细材料和管固定在其适当的位置。其也允许轴向管198和径向管199 一直进入水工作流体将在此汇集的底部拐角和表面中。
转子水蒸汽室盖
参考图50，转子水蒸汽室盖195适合转子燃烧段311的底部。转子的 内部表面包括脊延伸部分196，其形成允许转子水蒸汽室190内部的水蒸 汽快速移动的转子水蒸汽室空穴197。内部表面脊也有助于在发动机1的 运行中将内部精细的毛细网192和粗糙的毛细网193固定在适当的位置。
转子水蒸汽室盖195的转子水蒸汽室脊196和槽197的内部表面被涂 以热障涂层36。热障涂层36有助于将热保持在转子水蒸汽室190内部， 并且限制热通过水蒸汽室盖195传递并进入内部转子腔区域363。
内部转子盖板
参考图42、45、和69，内部转子盖板210被焊接至燃烧腔段311的底 部，该燃烧腔段311在锁定片208上的转子水蒸汽室197盖上延伸，并且 内部转子盖板210沿着转子侧面板209的内部表面焊接。转子盖210对转 子段组件310增加了一些结构强度。其也被用来建立热隔离空穴来防止来 自转子表面185和转子水蒸汽室190的热渗透到内部转子腔363中。其也 被用于封闭内部转子腔363内部的大的开口区域。这有助于限制来自主动 冷却系统362的去离子的水沿着滑动叶片通道184的前部和后部转子滑动 叶片叶面371流动至水/蒸汽槽222的关键区域。其也由移动的滑动叶片 116和叶片传动带系统136的运动在转子腔363内部中建立强湍流槽。该 强湍流槽有助于将来自主动冷却系统362的去离子的水320和蒸汽平均地 分布在转子腔363的整个内部。
内部转子盖板210的外部表面211将从内部转子腔363中心向外部转 子183的侧面成角度。
叶片异型带限位弹簧
参考图42、48、和46，叶片异型带限位弹簧212具有适合于梯形失 真凹槽214的梯形失真延伸部分213，其中梯形失真凹槽214位于内部转 子腔363区域内的内部转子侧板209的表面上。叶片异型带限位弹簧梯形 失真延伸部分213被平头焊接(tack-welded)在适当的位置，来将其牢固 地固定在内部转子侧板209的梯形失真凹槽214中。叶片传动带限位弹簧 212限制了侧面轮廓叶片传动带拱形部分176的最大延伸，来帮助保持异 型带139以及叶片传动带系统136的其余部分和滑动叶片116与壳体定子 2和4的内部壳体定子表面37的适当地对准。
钠蒸汽室系统
参考图3、6和71，发动机1使用钠蒸汽室热传递系统229来将来自 高温燃烧区32的热传递至膨胀区33的中期和后期。钠蒸汽室229使用钠 作为工作流体，并且运行在600℃至1000℃之间，但是优选是900℃。对 于发动机1，钠蒸汽室229使燃烧区32和膨胀区33内的钠蒸汽室定子4 上的温度等温至大约600℃的运行温度。在燃烧中，氢/水/空气混合物在 燃烧室32中点燃并且达到大约1800K或1526℃的最大温度。热障涂层36 沿着钠蒸汽室定子4的前部内部定子37的表面被应用于热障涂层凹槽 277，来保护钠蒸汽室免受持续的过热加载温度的影响。一部分燃烧热将 经过热障涂层36和钠蒸汽室定子4沿着蒸发器部分379渗透至钠蒸汽室 229，在这里钠工作流体从液相变为气相。在膨胀室33区域的中期和后期 燃烧-膨胀过程中，膨胀时的气体温度能够变得低于钠蒸汽室229的温度， 同时钠工作流体从气相变为液相，将其热从钠蒸汽室229沿着冷凝区域380 通过钠蒸汽室定子4传递，并且传递回燃烧室34中来帮助保持高的后期 气体压力。钠液体然后通过毛细作用和毛细压力被返回蒸发器区域379。
钠蒸汽室毛细网
参考图57至62，钠蒸汽室系统229使用一系列的毛细网来帮助移动 钠工作流体。为了改进钠工作流体在钠蒸汽室229的外部蒸发器表面区域 379附近的毛细作用流动，使用了200目精细的毛细网层230。这允许高 压的小的液体钠滴沿着外部钠蒸汽室蒸发器表面379容易地的流动，并且 从液相变为气相。在沿着冷凝区域380的钠蒸汽室229的另一端使用了100 目的粗糙毛细网层232。这允许低压的较大的液体钠滴朝着蒸发器区域379 容易地流回。为了进一步改进钠工作流体的毛细作用，中等的150目毛细 网层231被布置在精细的230和粗糙的232毛细网段之间来对中等大小的 液体钠滴提供过渡毛细网。
所有三个网部分，即精细的毛细网230、中等的毛细网231以及粗糙 的毛细网232由中等的150目外围毛细网234围绕。外围毛细网234有助 于在钠蒸汽室229的所有表面上分布工作流体。其也有助于通过在蒸发器 区域379中提供液钠的小量汇集而改进钠冻结启动条件。蒸汽室启动问题 和损伤可能会因为在蒸发器区域没有足够的工作流体而发生，这引起可能 过热的干燥点。在发动机1中，钠蒸汽室229的弯曲的形状将钠工作流体 汇集在钠蒸汽室229的两端附近，朝着蒸发器末端379以及冷凝器末端 380。这允许一些钠在启动中在蒸发器区域379中随时可用，并且通过使 用中等的外围毛细网就允许将一些钠工作流体分布在钠蒸汽室蒸发器区 域379的周围，而且与钠蒸汽室定子4直接接触。
参考图图57、61、和62，为了改进钠工作流体气体循环，钠蒸汽室 脊252从外部钠蒸汽室盖251的内部表面侧面延伸。钠蒸汽室脊延伸部分 252也有助于将精细的毛细网部分230、中等的毛细网部分231以及粗糙 的毛细网部分232固定在钠蒸汽室229内的适当的位置。脊延伸部分252 也在脊延伸部分252之间建立了大的钠蒸汽室空穴或槽253，以便于钠工 作流体气体容易地流动。
参考图52和59至64，钠蒸汽室盖251的外部表面具有一系列的轴向 和径向支承肋257，支承肋257对外部钠蒸汽室盖251增加了结构加强强 度。加强脊257也在钠蒸汽室盖251和外部隔离材料258之间建立了空穴 空间，来进一步帮助建立热封闭来防止通过钠蒸汽室系统229的外部蒸汽 室盖251的热损失。
钠蒸汽室压力调节破裂室
参考图52、57、60、以及62至64，钠与水剧烈反应，并且当由于发 动机1的运行而被加热时，其将在钠蒸汽室229内部产生高压。为了帮助 防止钠蒸汽室由于意外事故产生的大的撞击，或由于钠蒸汽室229内部的 太大的压力而破裂，钠蒸汽室盖251的外部表面包括破裂室系统245。这 提供了一个安全的系统来释放钠蒸汽室内部的压力，并且防止钠蒸汽室 229破裂和释放钠。钠蒸汽室破裂系统245包括破裂汽缸246、气室248、 钠压力调节盘247、破裂信号盘249以及破裂信号旗(flag)250。压力调 节破裂汽缸246被旋进顶部钠蒸汽室盖251中，其中压力调节盘247被暴 露在内部工作钠蒸汽室229中。破裂汽缸246的顶部由破裂信号盘249封 闭，在压力调节盘和破裂信号盘249之间建立了气体空间248。气体空间 248充满可压缩的惰性气体例如氩或优选氪。如果外部钠蒸汽室229表面 具有高的冲击，或者内部压力变得非常高，其将把压力调节盘压入气体空 间248中并且压缩气体。钠蒸汽也将进入破裂汽缸246的压力调节室248 中，降低整个内部钠蒸汽室229的压力来防止通过钠蒸汽室的外部盖251 的钠破裂。如果气体压力变得很高，其将在中期促使破裂信号盘249向外， 这将迫使破裂信号旗250通过在外部隔离材料258中的破裂信号孔267， 作为破裂盘247已经损坏并且需要被替换的信号。由于钠接近破裂室系统 245的真空室248的增加的体积，因此钠蒸汽室将仍然运行，但是在较安 全的较低的压力下运行。
钠蒸汽室压力调节系统245将通过调节内部钠蒸汽室压力，来帮助保 持理想的内部蒸汽室运行状况。因为热被传递至钠蒸汽室229，温度和压 力将会上升。为了保持理想的蒸汽流，较低的压力会更有利。为了实现该 目的，压力调节盘247将延伸至破裂汽缸246中，并且压缩气体248，从 而减少钠蒸汽室229的相对的内部工作压力。
碱金属热电转换器(AMTEC)
参考图62至64，在钠蒸汽室229内部的钠工作流体、运行温度以及 钠循环轮廓对于碱金属热电转换器(AMTEC)235所需的运行是同等重要 的。钠是一种能够在钠蒸汽室229内部从液相变为气相并且再变回液相的 液态金属。钠也能够传递其离子经过β氧化铝固体电解质(BASE)236来 产生电。BASE 236是一个具有波形表面的马铃薯块(potato chip)U型结 构，以增加BASE 236的表面面积以及其产生电的能力。BASE 236的末端 被沿着外部表面381封闭，以帮助在BASE 236下包括高的钠气体压力， 来帮助钠离子经过BASE 236的正的底部阴极表面237到达BASE 236的 顶部阳极表面238。BASE 236通过BASE螺丝钉241连接到钠蒸汽室盖 251的内部表面，螺丝钉241旋转穿过BASE 236，并且进入钠蒸汽室盖 251内的螺孔241。
为了电气地和电离地绝缘BSAE 236，BASE螺丝钉241由例如锆的电 气和电离惰性的材料组成，防止短路BASE 236。钠蒸汽室的内部表面也用 例如钇稳定氧化锆(YSZ)的TBC 36覆盖，也有助于电气地和电离地绝缘 BASE 236的顶部阳极238表面。为了电气地和电离地绝缘BASE 236的底 部阴极237，由石英纤维233制成的类似薄的毛细网被直接布置在BASE 236 下面以及精细的毛细网部分230和中等的毛细网部分231上方。外部外围 毛细网234也由类似石英纤维或毡制品的电气和电离惰性的材料制成，来 绝缘BASE 236。通过电气地和电离地绝缘BASE 236，可以产生最高数量 的电能，而不会由于接触电气的或电离的传导材料表面损失或短路。
参考图53、54和59，内部电气连接器242滑入在BASE 236的外部 边缘381上的槽244。底部阴极238和顶部阳极237的层进入槽244，内 部电气连接器242的底部边缘将进行与阴极层238的接触，以及内部电气 连接器242的上部部分与阳极层237接触，产生与BASE 236的电气电路。 内部电气连接器通过在钠蒸汽室盖251内的BASE连接器孔239，并且在 适当位置被焊入或蒸来密封钠蒸汽室229。外部BASE电气连接器244与 内部BASE电气连接器244连接。外部BASE电气连接器244然后通过在 外部钠蒸汽室隔离(insulation)258内的连接器孔266。金属丝然后连接到 外部BASE电气连接器，连接到电功率转换器370来产生BASE的电路， 并且调节由碱金属热电转换器系统235的BASE 236产生的电功率。
外部钠蒸汽室盖和隔离
参考图56至64，为了进一步减少来自钠蒸汽室229的可能的热损失 到外围大气中，钠蒸汽室盖251的内部表面与脊延伸部分252和槽253一 起用YSZ热障涂层35来涂层。锆也将提供氢获取操作，以吸收任何可能 从壳体定子4或经过壳体定子4分离的自由氢。另外，钠蒸汽室盖251的 外部用厚的热隔离材料258覆盖，例如隔热毯、金属或陶瓷泡沫、或由外 部壳体包括的绝缘球或小球。该隔离材料也有助于吸收任何可能经过钠蒸 汽室盖251的噪音和振动。
参考图53至64，外部钠蒸汽室盖251被焊接至钠蒸汽室定子4上。 小的金属垫圈254配合在钠蒸汽室229的外部周边延伸的金属垫圈槽255 中。金属垫圈有助于防止任何来自钠蒸汽室盖251的钠泄漏。
外部壳体水蒸汽室
参考图67和70，由于分段的进气-压缩和燃烧-膨胀区域，存在一个贯 穿发动机1的两极的热/冷热梯度，其可能会引起壳体定子2和4的严重的 热变形。上部钠蒸汽室定子4的温度运行在大约600℃至900℃。下部定 子壳体2由主动冷却系统冷却，并且运行在最大温度为98℃。热障涂层被 沿着上部钠蒸汽室定子4的闩住表面布置，来最小化传递到下部壳体定子 2的热。为了帮助最小化下部壳体定子2的热变形，两个壳体水蒸汽室系 统68被沿着与上部钠蒸汽室定子4的连接表面布置在下部定子壳体2中。
水蒸汽室有助于使下部壳体定子2的表面沿着与上部钠蒸汽室定子4 的闩住部分等温。这有助于沿着闩住表面保持一致的温度，最小化能够引 起热变形的任何可能热点。
在壳体水蒸汽室68内的水工作流体吸收来自沿着顶部蒸发器表面69 的热，该热从邻近钠蒸汽室定子4沿着闩住表面渗透穿过TBC 36，并且将 其传递至其底部侧面冷凝器表面77，该表面77邻近主动冷却水循环系统 262的进气/压缩63和转子轴承/膨胀66水循环通道。当水被沿着壳体蒸汽 室蒸发器表面69加热时，其从液相变为气相，吸收来自蒸发器表面69的 大量的热，并且将其传递至水蒸汽。内部室压力将加热的水蒸汽循环至壳 体水蒸汽室冷凝器表面77。在加热的水蒸汽将热传递至冷凝器表面区域 77的地点，其变回液相，并且循环回壳体水蒸汽室蒸发器表面69。壳体 水蒸汽室68运行在24℃和202℃之间，或75华氏度和397华氏度之间。 在沿着钠蒸汽室定子4的水蒸汽室蒸发器表面69和沿着主动水冷却系统 262的进气/压缩63及转子轴承/膨胀66水循环通道之间的温差越大，热传 递的速率越快。
壳体水蒸汽室69具有相对长的和窄的形状。尽管其对于将来自在窄 壳体水蒸汽室上的蒸发器表面区域69的热传递至冷凝器表面区域77很 重要，但是其对于沿着壳体水蒸汽室68的长度传递热来等温下部壳体定 子2来保持均匀的下部壳体定子2并且防止热点和热变形也很重要。为 了改进水工作流体的毛细流动，U型外围毛细网72包围精细的毛细网层 71和粗糙的毛细网层72。U型外围毛细网被布置为与壳体水蒸汽室蒸发 器表面区域69直接接触，并且沿着壳体水蒸汽室68的两侧末端表面。 U型外围毛细网由精细的网制成来允许高压小的液态水滴沿着壳体水蒸 汽室蒸发器表面69的长度容易地流动，以允许水工作流体从液相变为气 相。精细的毛细网层71沿着壳体水蒸汽室凹槽270的底部表面使用。这 允许高压小的液态水滴沿着壳体水蒸汽室68的长度容易地流动，并且流 动至外部转子蒸发器表面69来允许水工作流体从液相变为气相。粗糙毛 细网层70被布置在精细的毛细网层71的上方。这允许低压的较大的液 态水滴沿着壳体水蒸汽室68的长度容易地流动并且流动至底部精细的 毛细网层71。
参考图67，为了改进工作流体气体循环，在壳体蒸汽盖73的内部表 面侧面的壳体水蒸汽室延伸脊74在延伸脊74之间建立壳体水蒸汽空穴或 槽75，用于工作流体气体容易地流动。壳体蒸汽室脊74也将精细的毛细 网层71和粗糙的毛细网层70一起固定和压在适当的位置。壳体延伸脊74 具有朝着壳体水蒸汽室冷凝器表面侧面的较大的脊延伸边缘382，造成轻 微的L型的整体脊延伸部分。这个较大的脊延伸边缘382也在精细的毛细 网层71和粗糙的毛细网层70以及壳体水蒸汽室冷凝器表面77之后建立 了空穴区域。这允许加热的水蒸汽与壳体水蒸汽室冷凝器表面区域77容 易地接触，并且释放其热量以及从气相变为液相。
壳体水蒸汽室毛细/冻结管
参考图65至67，因为水蒸气室76被内部工作流体水完全密封，当发 动机1被布置在32F以及更低的温度时，其倾向于受到水冷冻膨胀损伤。 为了抵抗水冷冻膨胀，多孔毛细/冻结管76被布置在壳体水蒸汽室68的内 部。多孔毛细/冻结管76由成型金属合金(SMA)制成，其被织在一起、 缠绕为管型和蒸或点焊在一起。多孔管隔离了多孔毛细/冻结76的中心内 部的一部分水工作流体，以使当工作流体开始冻结和膨胀时，在多孔毛细 /冻结管中心的未冻结的水工作流体被沿着多孔毛细/冻结管76通过毛细作 用上升。这允许水工作流体通过向内内爆而不是向外外爆来膨胀，从而消 除了可能会引起对壳体水蒸汽室68或下部壳体定子2的损伤的膨胀压力。 通过使用用于多孔毛细/冻结管76的SMA，当水工作流体膨胀和内爆多孔 毛细/冻结管76时，多孔毛细/冻结管76的下部部分可能会变形。一旦壳 体水蒸汽室68的温度升高到大约32F并且水工作流体从冰变回液相，则 多孔毛细/冻结管76变回其原来的形状而没有受到任何损伤。
多孔毛细/冻结管被固定在粗糙毛细网70的槽开口268中。粗糙毛细 网70更可能包括将冻结和膨胀的大的水滴。多孔毛细/冻结管的末端也渗 透在孔穿孔269内的外围毛细网，来更接近于水工作流体将在此汇集的壳 体水蒸汽室268的底部表面边缘。
内部壳体热障涂层
再次参考图67，由于在燃烧室34内的高的运行温度，热障涂层36被 沿着燃烧区域32和膨胀区域33的边缘用在下部壳体定子2的内部定子表 面37上，来最小化传递到下部壳体定子2以及壳体水蒸汽室系统68内的 过量的热。外部热绝缘盖258在其外围260附近具有小的槽开口，来适合 (fit over)壳体定子2和4连接螺栓13、螺帽14以及垫圈15的顶部。外 部热隔离盖258通过一系列的六角形螺丝钉16固定至发动机1，该六角形 螺丝钉16经过外部隔离盖258内的螺孔262，并且沿着两个下部壳体定子 2边缘的外围进入螺孔17中。在外部绝缘盖258内的螺丝钉凹槽261允许 六角形螺丝钉16与外部隔离盖表面齐平。
尽管已经结合现在被认为是最实际而且最优选的实施方式一起描述 了本发明，但是应理解本发明并不限于所公开的实施方式，而相反地，本 发明旨在覆盖被包括在随附的权利要求的精神和范围内的各种修改和等 同的布置。
本申请要求于2005年9月29日递交的美国临时申请序列号60/721,521 的利益，其全部内容在此以引用方式并入。