JP2000503365A - ラムジェット燃焼室の空気取り入れ開口用の封止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、消耗ブースタロケット（１４）を備えたラムジェットの燃焼空気取り入れ開口用の封止装置に関する。この封止装置は、シャッタフラップ（２０Ａ、２０Ｂ）に連結された弾性装置（２８、２９、３１、３２）と、初期ロケット機能段階中に弾性装置を緊張状態に維持する保持部材（３３）とを備え、保持部材は、消耗ブースタロケット（１４）から放出される高温ガスに感応して、それの燃焼完了時に保持部材（３３）が弾性装置を解放することによって、弾性装置が緊張状態から弛緩状態へ自発的に切り換わって、シャッタフラップを封止位置から開放位置へ移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】 ラムジェット燃焼室の空気取り入れ開口用の封止装置 本発明はラムジェット、及びこの種のラムジェットによって推進されるミサイ ル等の航空機に関し、特に、空気をラムジェットの燃焼室へ導入するオリフィス 用のシャットオフ装置に関する。 ラムジェットは、本質的に、ジェットパイプで終端をなす燃焼室からなり、こ の燃焼室の中に（固体燃料から生成し得る）液体または気体燃料と燃焼空気とが 導入される。この燃焼空気は、燃焼室の壁に設けられて、ラムジェット（または ラムジェットを支持している航空機）が周囲空気に対して移動している時に空気 を集める（すなわち空気取り入れダクトを介して空気を受け取る）少なくとも１ つのオリフィスを介して燃焼室に導入される。 このため、ラムジェットを作動させるために、まずラムジェットを周囲空気に 対して一定速度に引き上げなければならない。 これを達成するために、ラムジェットを所定速度に引き上げる段階に相当する 初期作動段階では、燃焼室内に収容されている消耗補助モータによってこのラム ジェットをロケットのように作動させ、次にこのラムジェットが所定速度に達し 、消耗補助モータが完全に消耗した時、実際のラムジェット作動に切り換えて、 燃料及び燃焼空気を燃焼室内へ噴射するのが一般的なやり方である。 そのような二重方式の作動（ロケット方式及びそれに続くラムジェット方式） は、ロケット作動中に空気入ロオリフィスを締め切って、消耗補助モータによっ て生成したガスがこのオリフィスを介して漏出しないようにする一方、実際のラ ムジェット方式の作動では、空気入口オリフィスを開くことができるシャットオ フ装置を設ける必要があることを意味している。 ３つの型のシャットオフ装置が知られている。すなわち、 −第１の型は、少なくとも１つの突出式シャッタを備え、該シャッタの２面に それぞれ加えられた圧力、すなわち一面側では集められた空気の圧力と、他面側 では燃焼室の内部の補助モータから出たガスの圧力との差の作用を受けて、該シ ャッタの自然突出が起こる。そのようなシャッタの突出は、燃焼室を介して起き るため、該燃焼室及びジェットパイプの両方またはいずれか一方の壁に、一般的 に設けられている断熱層が損傷を受ける可能性があることに注意されたい。さら に、そのような自然突出は、十分な圧力差があるものと仮定しているので、この 第１の型のシャットオフ装置は、低または中高度で作動する予定のラムジェット に制限されている。 −第２の型は、少なくとも１つの制御開放式回動フラップを備えている。従っ て、これにより、第１の型の装置の欠点は回避できるが、非常に高性能な制御シ ステムを設けて、消耗補助モータの早期着火を引き起こし、従ってラムジェット を装備したミサイルの搬送体（例えば航空機）に損傷を与える可能性があるフラ ップの偶発的開放を防止することが必要である。 −最後になるが、第３の型は、シャッタとして燃焼室自体の壁を使用しており 、ロケット作動の終了時に、壁がオリフィスの形に切断される。これに使用され る（一般的に火工式の）切断装置は、第２の型式の装置の回動フラップを制御す るシステムに求められるものと同じ安全性を示す必要があると共に、第３の型の そのような装置には、壁の切断片が燃焼室内に放出される点で、第１の型の装置 の欠点を有することは、言うまでもない。 本発明の目的は、以上に挙げた欠点を解決することであり、本発明は、ラムジ ェットが、 −制限を受けないで高高度で作動でき、 −消耗補助モータの作動の終了時に、外部制御システムに依存する必要なくオ リフィスを自然に開放させることができ、 −燃焼室内へ放出される部品を含まないようにすることができる、ラムジェッ トの空気入ロオリフィスを閉止する装置に関する。 この目的のため、本発明によれば、所定速度に引き上げる段階に相当する初期 作動段階では、燃焼室内に収容されている消耗補助モータによってロケットとし て作動し、所定速度に達した時、実際の作動を行って、燃料及び燃焼空気を燃焼 室内へ噴射するようにしたラムジェットの燃焼室内へ燃焼空気を導入するオリフ ィス用のシャットオフ装置であって、初期ロケット作動段階中にオリフィスを締 め切る閉止位置か、ラムジェット作動のためにオリフィスを開放する開放位置の いずれかを取ることができるように燃焼室上で移動可能に取り付けられた少なく とも１つのフラップを備えたシャットオフ装置は、 −フラップに連結されており、フラップの閉止位置に相当して、このフラップ を開放しようとしている緊張状態か、フラップが開放位置にある弛緩状態のいず れかを取る弾性装置と、 −初期ロケット作動段階中は、弾性装置を緊張状態に保持する保持部材とを備 えており、該保持部材は、消耗補助モータから放出される高温ガスに感応して、 消耗補助モータの燃焼完了時に、保持部材が弾性装置を解放することによって、 弾性装置は緊張状態から弛緩状態へ自発的に切り換わって、フラップを閉止位置 から開放位置へ移動させる点で注目に値する。 このように、フラップは、弾性装置の自発的作用の影響で、閉止位置から開放 位置へ移動することができ、補助制御システムを必要としない。弾性装置の作用 は、フラップの２面に加えられる圧力差の方向と同じ方向であることに注意され たい。そのため、ラムジェットが低または中高度で飛行中のミサイルに取り付け られている場合、弾性装置と圧力差との結合作用の影響を受けてフラップが開く が、ミサイルが超高高度を飛行中である場合、実質的に弾性装置の作用でのみフ ラップが開く。 フラップは、燃焼室上で回転することができるように取り付けられた軸と共に 回動及び回転することができるのが好ましい。 その場合、弾性装置は、フラップの回転軸と係合したトーションバーを有する ことが特に好都合である。この軸とトーションバーとは、燃焼室の軸線と平行に 配置してもよい。それらは、さらに同軸的でもよい。 好ましくは、回転軸は、回動フラップに対して偏心しており、フラップが閉止 位置から開放位置へ移動する時、その偏心軸線に対して最も偏心の大きいフラッ プの部分が燃焼室に向かう方向へ回動する。このため、補助モータで生成された ガスは、フラップに対して、このフラップを閉止位置へ押し付けようとする作用 を加えることができる。 好適な実施例では、空気入口オリフィスは、燃焼室の外側に向かって突出した ネックによって取り囲まれており、回動フラップ及びその回転軸は、該ネック内 に配設されている。 保持部材は、鋼線等の破壊可能な繋ぎ材（destructible tie）にすることがで きるが、フラップの燃焼室と反対側に配設することができ、消耗補助モータで生 成されたガスの作用を保持部材に加えるために、フラップを直角に貫通した少な くとも１つの通路を設けることが可能である。このため、このモータで生成され 且つその通路を通過する高温ガスが繋ぎ材を破壊して、それによってトーション バーが弛緩して、回転軸を回転させ、またフラップが閉止位置から開放位置へ移 動することができる。 もちろん、消耗補助モータによって例えば２５００゜Ｃの温度で生成された燃 焼ガスは、モータの燃焼の終了時まで、繋ぎ材に作用することができない。これ は、従来通りに、ガスが中心から外側へ半径方向に燃焼する固体燃料のブロック から生成されるからである。最初は、フラップの通路が厚い固体燃料で締め切ら れているため、ガスがその通路を通過して流れることができない。非常に薄い固 体燃料層のみが残っているだけで、まだ十分な圧力が燃焼室内に存在するブロッ クの燃焼の終了時に初めて、超高温ガスが通路を流れて繋ぎ材を溶かすことがで きる。 本発明は、また、燃焼空気を導入するための少なくとも１つのオリフィスを備 えた燃焼室と、上述した特殊な特徴を備えたオリフィス用シャットオフ装置とを 備えるラムジェットに関する。また、本発明は、このようなラムジェットを備え たミサイルに関する。 添付の図面は、本発明がどのように形成されているかを理解し易くするであろ う。これらの図面において、同一の参照番号は、同様な部材を表している。 第１図は、空気入口オリフィスに可動シャッタを設けた既知の型のラムジェッ トを装備したミサイルを長手方向部分断面図で概略的に示している。 第２図は、本発明に従った空気入口オリフィスを閉止する装置を、第１図のＩ Ｉ−ＩＩ線に対応した断面図で示している。 第３図は、第２図のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 第４図、第５図及び第６図は、本発明に従ったシャットオフ装置のフラップの 様々な位置を、第３図と同様な図で示している。 第１図は、既知の型のラムジェット２によって推進される、長手方向軸線Ｘ− Ｘを有するミサイル１を説明のために概略的に示している。 ミサイル１は、特に、慣用的な機器及び燃料を収容した本体３（これらは本発 明に含まれないために説明を省略する）と、ラムジェット２に供給するために本 体３の後部に固定された燃料タンク４とを備えている。 ラムジェット２は、ジェットパイプ６において後方が終端をなす燃焼室５を備 え、この燃焼室５は、前方において多数の空気ダクト７に連結されている。 空気ダクト７は、本体３の外周に配設され、且つ本体３に固定されている。空 気ダクトの各々は、前方に向かって、対応する空気入口８を備えており、後方で 、対応するオリフィス１０を介して燃焼室５の前部９に開放している。 本体３の外壁に取り付けられた各空気ダクト７の部分を、燃焼室５の対応する オリフィス１０に連結するために、各空気ダクト７にエルボ１１が設けられてい る。 燃焼室５の前部９付近に、燃料を噴射する装置１２が設けられている。この装 置１２は、本体３によって支持され且つタンク４に接続された燃料供給／調整装 置（図示せず）によって制御される。 燃焼室５の内壁に，断熱コーティング１３がなされている。 ミサイル１は、以下のように作動する。 まず、ラムジェット２を作動させない状態でミサイル１をその搬送体から落と すと、ミサイル１は、燃焼室５内に収容されている消耗補助モータ１４（例えば 粉末燃料）で推進される。 消耗補助モータ１４が作動している時、空気ダクト７は、燃焼室５への入口位 置におけるオリフィス１０を締め切る可動シャッタ１５（第１図に示されている 位置）によって締め切られる。 モータ１４の作動の終了時で、モータ１４が完全に消耗すると、シャッタ１５ が開いて、開口８から空気ダクト７に流入した空気（矢印Ｆ）が、シャッタ１５ により覆われなかった（この位置は示されていない）オリフィス１０を通って燃 焼室５内へ搬送される。 また、消耗補助モータ１４の作動終了時に、供給／調整装置が燃料噴射装置１ ２に燃料を供給し、燃料が点火される。この時、ラムジェットが作動し始めて、 モータ１４（消失している）から引き継いでミサイル１を推進する。 第２図乃至第６図は、オリフィス１０を締め切る装置の一例を示しており、こ れは本発明に従った装置であり、第１図の各可動シャッタ１５と交換することが できる。 本発明に従うこのシャットオフ装置は、空気ダクト７の基部において、燃焼室 ５の外側に向かって突出してオリフィス１０を包囲しているネック２１内に収容 された回動フラップ２０を含む。 第２図乃至第６図の特定の実施例では、オリフィス１０は、軸線Ｘ−Ｘに平行 に延びた矩形である、すなわち突出ネック２１は平行六面体であり、回動フラッ プ２０は複式で且つ矩形であり、２つの矩形部材２０Ａ及び２０Ｂで構成されて いる。 このため、突出ネック２１は、２つの長手方向壁２１Ａ及び２１Ｂと、２つの 横方向壁２１Ｃ及び２１Ｄとを有する。また、突出ネック２１の内部に、横方向 壁２１Ｃ及び２１Ｄに平行な中間壁２１Ｅが設けられている。 横方向壁２１Ｃ及び２１Ｄと中間壁２１Ｅには、軸線Ｘ−Ｘに平行な軸線Ｙ− Ｙを有する軸２２用の軸受が設けられており、この軸２２に２つのフラップ部材 ２０Ａ及び２０Ｂが固着されている。突出ネック２１内において、フラップ部材 ２０Ａは、壁２１Ｃ及び２１Ｅの間に収容されているのに対して、フラップ部材 ２０Ｂは、壁２１Ｅ及び２１Ｄの間に収容されている。 軸２２は、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂの各々に対して偏心している、すな わちこの軸に対し、これらフラップ部材は、それそれ大ウィング２３と小ウィン グ２４とを備えている。 各フラップ部材２０Ａまたは２０Ｂの大ウィング２３には、フラップ部材２０ Ａ及び２０Ｂの各々の２側部を気体連通させる少なくとも１つの貫通路２５が設 けられている。軸２２を回転させることによって、フラップ部材２０Ａ及び２０ Ｂは、オリフィス１０を締め切る位置（第２図乃至第４図を参照）か、オリフィ スを開く位置（第６図を参照）のいずれかを取ることができる。図示の実施例で は、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂは、第２図、第４図乃至第６図において、反 時計回り方向に回転することによって、閉止位置から開放位置へ移動する。 閉止位置では、フラップ部材２０Ａ、２０Ｂのウィング２３及び２４の直線状 縁部２３Ａ及び２４Ａが、それぞれ壁２１Ａの部分２６及び壁２１Ｂの部分２７ に押し付けられているのに対して、これらのフラップ部材２０Ａ、２０Ｂの横縁 部は、それぞれ横方向壁２１Ｃ及び２１Ｅと、２１Ｄ及び２１Ｅとに近接してい る。これらのフラップ部材２０Ａ、２０Ｂが閉止位置から開放位置へ移動する時 、それらのフラップ部材の大ウィング２３は、燃焼室５に近づく方向へ進み、そ れらのフラップ部材の小ウィング２４は、そこから離れる方向へ移動する。 軸２２は、一方の端部で、軸２２に対して同軸的で、燃焼室５の外壁３０によ って担持された軸受２９内に支持されている円筒形のトーションバー２８と回転 係合している。トーションバー２８の端部３１に平坦部を設けて、グリッパ等で それを把持できるようにしている。 このため、フラップ部材２０Ａ、２０Ｂを例えば手動式に閉止位置へ移動させ てその位置に保持する場合（第２図及び第３図を参照）、端部３１に作用してフ ラップ部材を開放する方向に、所定の捩じり応力をトーションバー２８に与える と共に、例えば、軸受２９に取り付けられるねじ、またはピン３２を使用する等 の方法で、トーションバーをこの緊張状態にロックすることができる。開放方向 へのトーションバー２８の作用に対抗するため、繋ぎ材３３がフラップ部材２０ Ａ、２０Ｂの燃焼室５と反対の側部に配置されており、繋ぎ材３３は、通路２５ に固定されて、それらの通路を横切るように進み、そして中間壁２１Ｅの上を越 える。 このため、閉止位置では、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂは、トーションバー ２８によって開放方向へ付勢されているが、繋ぎ材３３によって回動が阻止され ている。 また、第２図に示されているこの閉止位置では、例えば、シリコーン製のパッ ド３４がフラップ部材２０Ａ及び２０Ｂの下側に配置されている。この種のパッ ド３４は、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂの形状を補助モータ１４の形状に合わ せることができるようにしており、また、フラップ部材に一致した位置にある断 熱被膜１３の部分１３Ａの支持体として作用する。この閉止位置では、パッド３ ４と断熱被膜１３、１３Ａとによって、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂが、燃焼 室５と空気ダクト７の間を気体連通させる貫通路２５を除いて、気体を透過しな いようにすることができる。 この閉止位置は、補助モータ１４の燃焼終了時まで維持される。補助モータ１ ４から加圧ガスが放出される限り、これらの加圧ガスは、大ウィング２３に作用 して、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂを閉止位置に維持しようとする。 この燃焼の終了時に、補助モータ１４から生成されて通路２５を通った高温ガ スジェット３５は、繋ぎ材３３を破壊する。その後、トーションバー２８が弛緩 して、フラップ部材２０Ａ、２０Ｂが閉止位置（第２図及び第４図）から開放位 置（第６図）へ移動するように、軸２２を回転させることができる。フラップ部 材２０Ａ及び２０Ｂの回動は、おそらくは空気ダクト７によって収集された空気 の圧力の援助を受けて、フラップ部材に一致した位置にある断熱被膜１３Ａの一 部分を切断して、パッド３４を除去する（第５図）。 第６図は、開放位置にあるフラップ２０を示している。好ましくは、このフラ ップの形状は、オリフィス１０を通過した空気流が空気／燃料の十分な混合に役 立つ回転効果を与えることによって、燃焼室５内の燃焼効率に、最善に関与でき るように設計される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 所定速度に引き上げる段階に相当する初期作動段階では、燃焼室（５）内 に収容されている消耗補助モータ（１４）によってロケットとして作動し、所定 速度に達した時、実際の作動を行って、燃料及び燃焼空気を前記燃焼室（５）内 へ噴射するようにしたラムジェット（２）の前記燃焼室（５）内へ前記燃焼空気 を導入するオリフィス（１０）用のシャットオフ装置であって、前記初期ロケッ ト作動段階中に前記オリフィス（１０）を締め切る閉止位置か、ラムジェット作 動のために前記オリフィス（１０）を開放する開放位置のいずれかを取ることが できるように前記燃焼室上で移動可能に取り付けられた少なくとも１つのフラッ プ（２０Ａ、２０Ｂ）を備えたシャットオフ装置において、 前記フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）に連結されており、前記フラップの前記閉止 位置に相当して、前記フラップを開放しようとしている緊張状態か、前記フラッ プが前記開放位置にある弛緩状態のいずれかを取る弾性装置（２８、２９、３１ 、３２）と、 前記初期ロケット作動段階中は前記弾性装置を前記緊張状態に保持する保持部 材（３３）とを備え、該保持部材は、前記消耗補助モータ（１４）から放出され る高温ガスに感応して、前記消耗補助モータの燃焼完了時に、前記保持部材（３ ３）が前記弾性装置を解放することによって、前記弾性装置は前記緊張状態から 前記弛緩状態へ自発的に切り換わって、前記フラップを前記閉止位置から前記開 放位置へ移動させるようにしたことを特徴とするシャットオフ装置。 ２． 前記フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）は、前記燃焼室（５）上で回転すること ができるように取り付けられた軸（２２）と共に回動及び回転することができる ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のシャットオフ装置。 ３． 前記弾性装置は、前記フラップの前記回転軸（２２）と係合したトーショ ンバー（２８）を有することを特徴とする請求の範囲第２項に記載のシャットオ フ装置。 ４． 前記回転軸（２２）は、前記回動フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）に対して偏 心しており、前記消耗補助モータ（１４）で生成されたガスは、前記フラップに 対して該フラップを前記閉止位置へ押し付けようとする作用を加えることを特徴 とする請求の範囲第２項または第３項に記載のシャットオフ装置。 ５． 前記回動フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）及び前記回転軸（２２）は、前記空 気入ロオリフィス（１０）を取り囲むと共に前記燃焼室（５）の外側に向かって 突出しているネック（２１）内に配置されていることを特徴とする請求の範囲第 ２項乃至第４項の内のいずれか１項に記載のシャットオフ装置。 ６． 前記回転軸（２２）及び前記トーションバー（２８）は、前記燃焼室（５ ）の軸線（Ｘ−Ｘ）に平行に配置されていることを特徴とする請求の範囲第３項 乃至第５項の内のいずれか１項に記載のシャットオフ装置。 ７． 前記保持部材（３３）は、前記フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）の前記燃焼室 （５）と反対の側部に配置されており、前記消耗補助モータ（１４）で生成され た前記ガスの作用を前記保持部材（３３）に加えるために、少なくとも１つの通 路（２５）が前記フラップを直角に貫通していることを特徴とする請求の範囲第 １項乃至第６項の内のいずれか１項に記載のシャットオフ装置。 ８． 前記保持部材は、前記消耗補助モータ（１４）により生成された前記ガス の作用を受けて破壊可能である繋ぎ材（３３）であることを特徴とする請求の範 囲第１項乃至第７項の内のいずれか１項に記載のシャットオフ装置。 ９． 燃焼空気を導入するための少なくとも１つのオリフィス（１０）を備えた 燃焼室（５）と、該燃焼空気入ロオリフィス用のシャットオフ装置とを含むラム ジェット（２）であって、該ラムジェットは、該ラムジェットを所定速度に引き 上げる段階に相当する初期作動段階では、前記燃焼室（５）内に収容されている 消耗補助モータ（１４）によってロケットとして作動し、前記ラムジェットが所 定速度に達した時には、実際の前記ラムジェットとして作動して、燃料及び燃焼 空気を前記燃焼室内へ噴射することができるようになっていると共に、前記シャ ットオフ装置は、前記初期ロケット作動段階中に前記オリフィス（１０）を締め 切る閉止位置か、ラムジェット作動のために前記オリフィスを開放する開放位置 のいずれかを取ることができるように前記燃焼室（５）上で移動可能に取り付け られた少なくとも１つのフラップ（２０Ａ、２０Ｂ）を備えており、前記シャッ トオフ装置は、 前記フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）に連結されており、前記フラップの前記閉止 位置に相当して、前記フラップを開放しようとしている緊張状態か、前記フラッ プが前記開放位置にある弛緩状態のいずれかを取る弾性装置（２８、２９、３１ 、３２）と、 前記初期ロケット作動段階中は前記弾性装置を前記緊張状態に保持する保持部 材（３３）とを備え、該保持部材は、前記消耗補助モータから放出される高温ガ スに感応して、前記補助モータの燃焼完了時に、前記保持部材が前記弾性装置を 解放することによって、前記弾性装置は前記緊張状態から前記弛緩状態へ自発的 に切り換わって、前記フラップを前記閉止位置から前記開放位置へ移動させるよ うにしたことを特徴とするラムジェット。 １０． 前記シャットオフ装置は、請求の範囲第２項乃至第８項の内のいずれか １項の特徴を備えることを特徴とする請求の範囲第９項に記載のラムジェット。 １１． 請求の範囲第９項または第１０項に従ったラムジェットを備えることを 特徴とするミサイル。