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This master thesis deals with design of compression part of Braysson engine which is instrumental to energy producing. The first part addresses generally the problem of Braysson cycle and briefly sums the knowledge about compressors. The next part focuses on the projection of design itself. It contains proposals of various possibilities of solutions, choice of optimal variants. Individual parts of the machine are described and design and control computations are provided. The final part contains evaluation.

O conceito de um motor rotativo de palhetas é apresentado e o modelo que opera similar aos motores recíprocos dois tempos é analisado. Este motor é formado por estator cilíndrico, rotor descentralizado, palhetas radiais e tampas laterais, similar aos compressores de palhetas radiais. Parâmetros geométricos estão definidos para que o motor possua características similares a dois motores recíprocos comerciais igualmente modelados. Suas geometrias estão detalhadas, assim como a modelagem termodinâmica e suas hipóteses, as quais devido ao caráter comparativo do trabalho não têm grande influência no alcance dos objetivos. Em relação aos motores recíprocos, o novo conceito prospecta algumas vantagens: maior compacidade; menor nível de vibrações; maior facilidade de alteração da razão de compressão; possibilidade de produção e montagem em módulos; e devido a todas estas, as maiores possibilidades para o projeto, fabricação, montagem e operação dos motores. Para melhor entendimento de algumas tendências relativas a estas vantagens, a sensibilidade dos parâmetros geométricos é estudada, com variações nos diâmetros do estator e do rotor, na espessura do rotor e das palhetas, na excentricidade entre rotor e estator, e no número de palhetas do conceito. Este estudo demonstra características únicas do motor rotativo de palhetas, dentre elas, a variação da espessura do rotor se destaca por proporcionar a alteração do tamanho do motor sem modificar os demais aspectos. A excentricidade entre o rotor e estator demonstra grande potencial na capacidade de alterar a razão de compressão do equipamento, inclusive podendo ser modificada após a construção do motor ou até mesmo durante sua operação. Também se destaca o número de palhetas, o qual tem influência direta sobre a curva de torque do ciclo e a efetividade do posicionamento das janelas de admissão e exaustão. Com isto, é concluída a caracterização da geometria e do funcionamento do motor rotativo de palhetas, obtendo uma boa base para as próximas etapas de seu desenvolvimento. / The concept of a rotary vane engine is presented and the model that operates similar to twostroke reciprocating engines is analyzed. This engine is formed by a cylindrical stator, decentralized rotor, radial vanes and side housing plates, similar to the radial vane compressors. Geometrical parameters are defined so that the motor has similar characteristics to two commercial reciprocating engines also modeled. Their geometries are detailed, as well as the thermodynamic model and its assumptions, which due to the comparative nature of the work do not have significant influence in achieving the objectives. With respect to reciprocating engines, the new concept is prospecting some advantages: higher compactness; lowest level of vibration; ease of adjustment of compression ratio; possibility of manufacture and assembly in modules; and due to all these, the numerous possibilities to the design, manufacture, assembly and operation of the engines. For a better understanding of some these advantages trends, the sensitivity of geometric parameters are studied, with variations in the diameters of the stator and rotor, in the thickness of the rotor and the vanes, in the eccentricity between rotor and stator, and in the number of vanes of the concept. This study demonstrates unique rotary vane engine characteristics, among them, the range of rotor thickness stands out for providing a change in engine size without changing other aspects. The eccentricity between the rotor and stator shows great potential for the ability to change the compression ratio of the equipment and can be modified even after the construction or even during operation of the engine. It also highlights the number of vanes, which has a direct influence on the torque curve of the cycle and the effectiveness of the positioning of inlet and exhaust ports. Therewith, the characterization of rotary vane engine geometry and operational design is complete, obtaining a good basis for its next development stages.

O conceito de um motor rotativo de palhetas é apresentado e o modelo que opera similar aos motores recíprocos dois tempos é analisado. Este motor é formado por estator cilíndrico, rotor descentralizado, palhetas radiais e tampas laterais, similar aos compressores de palhetas radiais. Parâmetros geométricos estão definidos para que o motor possua características similares a dois motores recíprocos comerciais igualmente modelados. Suas geometrias estão detalhadas, assim como a modelagem termodinâmica e suas hipóteses, as quais devido ao caráter comparativo do trabalho não têm grande influência no alcance dos objetivos. Em relação aos motores recíprocos, o novo conceito prospecta algumas vantagens: maior compacidade; menor nível de vibrações; maior facilidade de alteração da razão de compressão; possibilidade de produção e montagem em módulos; e devido a todas estas, as maiores possibilidades para o projeto, fabricação, montagem e operação dos motores. Para melhor entendimento de algumas tendências relativas a estas vantagens, a sensibilidade dos parâmetros geométricos é estudada, com variações nos diâmetros do estator e do rotor, na espessura do rotor e das palhetas, na excentricidade entre rotor e estator, e no número de palhetas do conceito. Este estudo demonstra características únicas do motor rotativo de palhetas, dentre elas, a variação da espessura do rotor se destaca por proporcionar a alteração do tamanho do motor sem modificar os demais aspectos. A excentricidade entre o rotor e estator demonstra grande potencial na capacidade de alterar a razão de compressão do equipamento, inclusive podendo ser modificada após a construção do motor ou até mesmo durante sua operação. Também se destaca o número de palhetas, o qual tem influência direta sobre a curva de torque do ciclo e a efetividade do posicionamento das janelas de admissão e exaustão. Com isto, é concluída a caracterização da geometria e do funcionamento do motor rotativo de palhetas, obtendo uma boa base para as próximas etapas de seu desenvolvimento. / The concept of a rotary vane engine is presented and the model that operates similar to twostroke reciprocating engines is analyzed. This engine is formed by a cylindrical stator, decentralized rotor, radial vanes and side housing plates, similar to the radial vane compressors. Geometrical parameters are defined so that the motor has similar characteristics to two commercial reciprocating engines also modeled. Their geometries are detailed, as well as the thermodynamic model and its assumptions, which due to the comparative nature of the work do not have significant influence in achieving the objectives. With respect to reciprocating engines, the new concept is prospecting some advantages: higher compactness; lowest level of vibration; ease of adjustment of compression ratio; possibility of manufacture and assembly in modules; and due to all these, the numerous possibilities to the design, manufacture, assembly and operation of the engines. For a better understanding of some these advantages trends, the sensitivity of geometric parameters are studied, with variations in the diameters of the stator and rotor, in the thickness of the rotor and the vanes, in the eccentricity between rotor and stator, and in the number of vanes of the concept. This study demonstrates unique rotary vane engine characteristics, among them, the range of rotor thickness stands out for providing a change in engine size without changing other aspects. The eccentricity between the rotor and stator shows great potential for the ability to change the compression ratio of the equipment and can be modified even after the construction or even during operation of the engine. It also highlights the number of vanes, which has a direct influence on the torque curve of the cycle and the effectiveness of the positioning of inlet and exhaust ports. Therewith, the characterization of rotary vane engine geometry and operational design is complete, obtaining a good basis for its next development stages.

O conceito de um motor rotativo de palhetas é apresentado e o modelo que opera similar aos motores recíprocos dois tempos é analisado. Este motor é formado por estator cilíndrico, rotor descentralizado, palhetas radiais e tampas laterais, similar aos compressores de palhetas radiais. Parâmetros geométricos estão definidos para que o motor possua características similares a dois motores recíprocos comerciais igualmente modelados. Suas geometrias estão detalhadas, assim como a modelagem termodinâmica e suas hipóteses, as quais devido ao caráter comparativo do trabalho não têm grande influência no alcance dos objetivos. Em relação aos motores recíprocos, o novo conceito prospecta algumas vantagens: maior compacidade; menor nível de vibrações; maior facilidade de alteração da razão de compressão; possibilidade de produção e montagem em módulos; e devido a todas estas, as maiores possibilidades para o projeto, fabricação, montagem e operação dos motores. Para melhor entendimento de algumas tendências relativas a estas vantagens, a sensibilidade dos parâmetros geométricos é estudada, com variações nos diâmetros do estator e do rotor, na espessura do rotor e das palhetas, na excentricidade entre rotor e estator, e no número de palhetas do conceito. Este estudo demonstra características únicas do motor rotativo de palhetas, dentre elas, a variação da espessura do rotor se destaca por proporcionar a alteração do tamanho do motor sem modificar os demais aspectos. A excentricidade entre o rotor e estator demonstra grande potencial na capacidade de alterar a razão de compressão do equipamento, inclusive podendo ser modificada após a construção do motor ou até mesmo durante sua operação. Também se destaca o número de palhetas, o qual tem influência direta sobre a curva de torque do ciclo e a efetividade do posicionamento das janelas de admissão e exaustão. Com isto, é concluída a caracterização da geometria e do funcionamento do motor rotativo de palhetas, obtendo uma boa base para as próximas etapas de seu desenvolvimento. / The concept of a rotary vane engine is presented and the model that operates similar to twostroke reciprocating engines is analyzed. This engine is formed by a cylindrical stator, decentralized rotor, radial vanes and side housing plates, similar to the radial vane compressors. Geometrical parameters are defined so that the motor has similar characteristics to two commercial reciprocating engines also modeled. Their geometries are detailed, as well as the thermodynamic model and its assumptions, which due to the comparative nature of the work do not have significant influence in achieving the objectives. With respect to reciprocating engines, the new concept is prospecting some advantages: higher compactness; lowest level of vibration; ease of adjustment of compression ratio; possibility of manufacture and assembly in modules; and due to all these, the numerous possibilities to the design, manufacture, assembly and operation of the engines. For a better understanding of some these advantages trends, the sensitivity of geometric parameters are studied, with variations in the diameters of the stator and rotor, in the thickness of the rotor and the vanes, in the eccentricity between rotor and stator, and in the number of vanes of the concept. This study demonstrates unique rotary vane engine characteristics, among them, the range of rotor thickness stands out for providing a change in engine size without changing other aspects. The eccentricity between the rotor and stator shows great potential for the ability to change the compression ratio of the equipment and can be modified even after the construction or even during operation of the engine. It also highlights the number of vanes, which has a direct influence on the torque curve of the cycle and the effectiveness of the positioning of inlet and exhaust ports. Therewith, the characterization of rotary vane engine geometry and operational design is complete, obtaining a good basis for its next development stages.

The thesis proposes an overall performance estimation procedure for a new turbo-rotary compound engine (TURC) and an associated novel thermodynamic cycle. In this engine, two or multiple spools are lined up in series within the engine. In the front spool, positive displacement rotary vane type turbines drive axial compressor the performance of which were estimated using stage stacking calculations. In the back spool, axial turbine stages drive positive displacement rotary vane type compressors, the performance of axial turbine was predicted by series matching of turbine stages. Two air streams feed separately the customary turbo components and the rotary vane components, respectively. Accordingly, the primary high mass flow through the axial compressors and turbines undergoes Bryton cycle, where as the secondary, low mass flow through the positive displacement rotary components is mainly undergoes Akmandor cycle, which is a novel thermodynamic cycle. The energy consumed internally by the engine is minimized because less input shaft power is needed for the rotary vane compressors and higher inlet temperatures and less cooling can be tolerated by the intermittent combustion rotary vane turbines. The result is a radical improvement in both efficiency and net power output. But this result can be estimated, since the novel engine is the combination of a high efficiency internal combustion engine and high performance gas turbine engine. Aerothermodynamics and spool matching calculations comparing a T56-A14 core with a TURC of similar size and compression ratio show that the new engine provides superior performance characteristics by increasing the net output work by 100% and decreasing the specific fuel consumption by 20%.