在前/后边缘504中形成并且具有带有顶点524的曲线的或抛物线的形状并且包括上腿部526和下腿部528，每个具有端部530和532。被控制轮廓的表面502向叶片500提供可以改进振动性能的另外的结构。此外，叶片500还可以具有在叶片的基部或顶部中的一个或多个处的圆角半径600 (在图6中最好地看到的)，并且还可以具有合适的厚度分布以增加振动性能。
[0052]在该示例性的实施方案中，被控制轮廓的表面502是大体上对称的，使顶点524大体上位于毂表面540和护罩表面542之间的中点处，并且上腿部526和下腿部528的端部530和532位于距顶点524大体上相同的距离处。在可选择的实施方案中，CCFG可以包括多种可选择的被控制轮廓的表面形状，包括不对称的形状。例如，顶点的位置可以在毂表面540和护罩表面542之间的相对距离上以及此外在距端部530和532的距离上变化。例如，示例性的被控制轮廓的表面包括位于耦合避免地带中的顶点，以及被控制轮廓的表面是顶点位于耦合避免地带外并且被控制轮廓的表面的腿部中的一个或二者延伸到耦合避免地带中。可选择的被控制轮廓的表面包括其他的几何形状，包括三角形的以及没有顶点的形状。如在下文在示例性的实施方案中描述和图示的，腿部可以在长度上变化，使例如上腿部比下腿部长，并且具有非平面的被控制轮廓的表面例如扭曲的被控制轮廓的表面。
[0053]图6-10图示了当从图6中的箭头600示出的视角察看时的被控制轮廓的表面502的各种横截面。更具体地，图7图示了在被控制轮廓的表面502的开始处的叶片500的横截面，并且图8-10图示了在沿着叶片500和被控制轮廓的表面502更远的位置处的横截面。如示出的，被控制轮廓的表面502的前/后边缘504变窄至叶片500的厚度中的中点1000(图10)，形成可以改进流动性能的尖锐的空气动力学形状。这种V形或前边缘变薄或成锥形可以位于任一轮叶侧或两侧上，或从一侧至另一侧不同地变化。
[0054]图11-13图示了可选择的具有以扭曲的被控制轮廓的表面1102的形式的CCFG的叶片1100。如同被控制轮廓的表面502，扭曲的被控制轮廓的表面1102在可以位于多种不同的机器中的叶片1100的前边缘或后边缘1104中形成。不同于被控制轮廓的表面502，扭曲的被控制轮廓的表面1102具有扭曲的形状，使得上腿部1106在一个方向远离叶片1100地弯曲，并且下腿部1108在大体上相反的方向远离叶片地弯曲。在该所图示的实施方案中，仅叶片1100的前/后部分1110被扭曲，并且叶片1100的其余部分是大体上平面的。在可选择的实施方案中，叶片1100的包括叶片1100的整个的长度的较大的部分可以具有扭曲的构型。图13图示了扭曲的被控制轮廓的表面1102的示例性的应用，该被控制轮廓的表面1102位于定位在有叶片元件1306(例如有叶片元件104和108中的一个(图1))的护罩表面1302和毂表面1304之间的叶片1300的前边缘上。
[0055]因此，如在图5-13中图示的并且在伴随的描述中描述的，以被控制轮廓的表面的形式的CCFG向涡轮机械设计者提供大量的自由度以用于优化对于给定的应用的几何学，包括被控制轮廓的表面的形状、腿部的相对长度和被控制轮廓的表面的扭曲，以及被控制轮廓的表面在其中形成的叶片。
[0056]图14-16图示了利用各种形式的CCFG的以径向流动压缩机/泵1402的扩散器1400的形式的有叶片元件的示例性的实施方案。为了容易比较，径向流动压缩机/泵1402是示例性的涡轮机100 (图1)并且扩散器1400是示例性的有叶片元件104或108 (图1)。压缩机/泵1402包括护罩1404和毂1406和在护罩1404和毂1406之间延伸的多个叶片1408，形成扩散器1400。在该示例性的实施方案中，叶片1408形成低坚固性的行，并且定位在从叶片的常规设计前边缘1410径向地向外延伸的叶片区中。叶片1408具有以具有与被控制轮廓的表面502相似的构型的被控制轮廓的表面1412的形式的CCFG (图3)。如在图15中最好地看到的，不同于被控制轮廓的表面502，被控制轮廓的表面1412的上腿部1414径向地向内地延伸至比下腿部1416大的程度，并且沿着护罩表面1418延伸，重叠叶轮叶片1600(图16)。因此，上腿部1414形成护罩表面1418中的肋部，并且还形成在肋部之间延伸的凹槽1420。因此，不同于常规的涡轮机设计，叶片1408的前边缘包括以被控制轮廓的表面1412的形式的CCFG，被控制轮廓的表面1412不仅延伸到传统的耦合避免地带中，而且被控制轮廓的表面1412的一部分实际上重叠叶轮叶片1600的后边缘1602(图16)。所图示的构型因此导致小于1.0的rc/r2比率，而常规设计将禁止小于约1.08的比率。这样的构型允许利用凹槽1420和上腿部1414使扩散器1400在流动仍然在叶轮1604中的同时开始导向流动(图16)，并且继续把流动高效率地引导到扩散器1400的伪通路中，产生转子和定子流场之间的紧密耦合。
[0057]在可选择的实施方案中，位于扩散器叶片之间的而非从叶片的前边缘延伸的分离的肋部或通道可以代替图14-16中图示的CCFG来使用或与图14-16中图示的CCFG组合地利用。肋部和通道的大小和形状也可以变化。例如，虽然在该所图示的实施方案中凹槽1420具有由从叶片1408延伸的上腿部1414界定的宽度，但是除了凹槽1420之外或作为对凹槽1420的替代形式，可以使用更窄的通道。此外，凹槽或通道可以在叶片1408的下游使用以进一步增强流动引导和耦合。另外的结构例如湍流器或升高的肋部或小肋部也可以被加入至毂和护罩表面1422和1418中的一个或多个以产生湍流并且由此通过增强局部的混合来稳定化流动。
[0058]CCFG的各种自由度可以被设计者利用以确保CCFG不导致不利的振动性能。例如，凹槽1420的大小可以配置为抵消被上腿部1414和被控制轮廓的表面1412占据的增加的空间。此外，如在图14和图16中最好地看到的，毂和护罩表面1422和1418可以成锥形，具有在扩散器1400的入口处的较大的高度1606和在扩散器出口处的较小的高度1608。在扩散器入口处降低毂表面1422可以在某些设计中改进流动耦合。此外，在扩散器入口处增加高度1606可以与凹槽1420共同地用以平衡被加入至流动通路的另外的CCFG结构并且最小化轮叶堵塞。此外，如上文描述的，被控制轮廓的表面1412的形状可以对于具体的应用优化。
[0059]图17图示了可选择的压缩机/泵扩散器1700，除了毂表面1702不成锥形而护罩表面1704相似于护罩表面1418(图14-15)成锥形之外，该压缩机/泵扩散器1700相似于扩散器1400。在可选择的实施方案中，毂表面1702可以代替护罩表面1704成锥形。因此，护罩和毂表面1702和1704的角度可以被变化以与另外的CCFG组合地细微调节流动通路的大小和轮廓，以优化流动。
[0060]图18和图19图示了可选择的CCFG配置。压缩机/泵1800和1900包括具有多个叶片1804和1904的低坚固性扩散器1802和1902。不同于压缩机/泵1402，叶片1804和1904具有可选择的被控制轮廓的表面1806和1906，每个具有比被控制轮廓的表面1412浅的曲率。此外，不同于压缩机/泵1402，叶片1804和1904具有在前边缘1808、1908和后边缘1810、1910 二者上的被控制轮廓的表面。此外，上腿部1812、1912比上腿部1414短并且不沿着护罩表面1814、1914向上延伸。在可选择的实施方案中，被控制轮廓的表面1806或1906可以与本文公开的其他的CCFG中的任何一个组合，包括凹槽、通道、形成肋部的延伸的上腿部，以及在其他的位置中的肋部。叶片1804和1904还包括沿着叶片的顶部和底部的周边延伸的圆角半径1816和1916。圆角半径1816和1916向叶片1804和1904提供增加的结构完整性并且提供在叶片的前边缘和后边缘1808、1908和1810、1910处的小的角板 1818,1918 和 1820,1920ο
[0061]被控制轮廓的表面1806和1906还包括可选择的前边缘设计，其可以被用于差异性的入射控制。更具体地，如上文描述的并且在图8-10中最好地图示的，被控制轮廓的表面502包括在叶片500的中点1000处汇聚的尖锐的前边缘。相比之下，被控制轮廓的表面1806的前边缘1808包括在叶片1804的压力侧上的有倒角的表面1822，并且被控制轮廓的表面1906的前边缘1908包括在叶片1904的吸入侧上的有倒角的表面1922。因此，本文公开的CCFG被控制轮廓的表面的前边缘可以变化，包括通过有倒角的表面的选择性的定位以把差异性的入射控制结合在叶片设计中来变化。
[0062]图20和图21图示了另外的可选择的被控制轮廓的表面2000和2100。如在图20中示出的，被控制轮廓的表面2000由在顶部和底部上由圆角2004和2006划界的大体上笔直的中部部分2002形成，该圆角2004和2006向叶片2008的前边缘提供成锥形的上部分和下部分。如同叶片1804和1904，叶片2008具有在前边缘和后边缘二者上的被控制轮廓的表面2000。图21图示了包括以平板的形式并且具有被控制轮廓的表面2100的叶片2104的扩散器2102。被控制轮廓的表面2100具有圆拱形的形状，并且包括上腿部2106和下腿部2108。上腿部和下腿部2106和2108 二者都具有曲率并且远离叶片2104的吸入侧2110地弯曲。上腿部2106具有比下腿部2108长的长度，并且沿着护罩表面2112延伸，形成凹槽 2114。
[0063]图22图示了具有延伸的叶轮2202的可选择的压缩机/泵2200。如