JP2689331B2 - 予燃焼式空気吸い込みロケットエンジン - Google Patents
予燃焼式空気吸い込みロケットエンジンInfo
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Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、保炎が容易で且つ真空中及び低速時の推
力の発生の容易な予燃焼式空気吸い込みロケットエンジ
ンに関する。
力の発生の容易な予燃焼式空気吸い込みロケットエンジ
ンに関する。
一般に、超高速あるいは宇宙用空気吸い込みエンジン
は、吸入した空気をターボ圧縮機又はラム圧効果で圧縮
し、あるいはまた液化装置で液化し、その圧縮空気又は
液化空気と燃料とを混合して燃焼させ、ノズルより燃焼
ガスを噴射して推力を得るように構成されている。
は、吸入した空気をターボ圧縮機又はラム圧効果で圧縮
し、あるいはまた液化装置で液化し、その圧縮空気又は
液化空気と燃料とを混合して燃焼させ、ノズルより燃焼
ガスを噴射して推力を得るように構成されている。
ところで上記構成の超高速あるいは宇宙用空気吸い込
みエンジンのうち、圧縮空気と燃料を混合して燃焼させ
る方式のものは、高速空気流中に液体燃料を直接噴射す
る方式であるため、液体燃料の霧化→蒸発→混合→化学
結合という一連の燃焼反応時間に比べ空気流の流速が速
すぎて、吹き消えなどの現象により、燃焼を安定に保つ
ことが難しく、エンジン開発上の問題点となっている。
みエンジンのうち、圧縮空気と燃料を混合して燃焼させ
る方式のものは、高速空気流中に液体燃料を直接噴射す
る方式であるため、液体燃料の霧化→蒸発→混合→化学
結合という一連の燃焼反応時間に比べ空気流の流速が速
すぎて、吹き消えなどの現象により、燃焼を安定に保つ
ことが難しく、エンジン開発上の問題点となっている。
このため、従来は、第３図（Ａ）に示すように、燃焼
室101中の高速気流中に保炎器102を設け、該保炎器102
により第３図（Ｂ）に示すように、燃焼室101中に停留
熱ガス領域103を形成して保炎する方法や、あるいはシ
ラン等の反応性の強い薬剤を燃焼室101に噴射し保炎す
る方式などの複雑な構成がとられている。なお第３図
（Ａ），（Ｂ）において、104は空気取込口、105は燃料
噴射ノズル、106はノズル、107は保炎器102の膨出部、1
08はフレームフロントを示している。
室101中の高速気流中に保炎器102を設け、該保炎器102
により第３図（Ｂ）に示すように、燃焼室101中に停留
熱ガス領域103を形成して保炎する方法や、あるいはシ
ラン等の反応性の強い薬剤を燃焼室101に噴射し保炎す
る方式などの複雑な構成がとられている。なお第３図
（Ａ），（Ｂ）において、104は空気取込口、105は燃料
噴射ノズル、106はノズル、107は保炎器102の膨出部、1
08はフレームフロントを示している。
また通常の空気吸い込み式のエンジンは、真空中では
推力を発生することができないし、また静止時あるいは
低速時には、ターボ圧縮器等を設けて空気を吸入して推
力を発生させねばならないという問題点がある。
推力を発生することができないし、また静止時あるいは
低速時には、ターボ圧縮器等を設けて空気を吸入して推
力を発生させねばならないという問題点がある。
本発明は、従来の空気吸い込みエンジンにおける上記
問題点を解決するためになされたもので、保炎が容易で
且つ真空中及び低速時の推力の発生の容易な予燃焼式空
気吸い込みロケットエンジンを提供することを目的とす
る。
問題点を解決するためになされたもので、保炎が容易で
且つ真空中及び低速時の推力の発生の容易な予燃焼式空
気吸い込みロケットエンジンを提供することを目的とす
る。
上記課題を解決するため、本発明は、空気を吸い込み
圧縮して高速空気流を形成する空気吸い込み・圧縮部
と、噴射燃料を少量の酸化剤で燃焼させて燃料過剰の高
温燃料ガスを生成する予燃焼室と、該予燃焼室で発生し
た高温燃料ガスと前記空気吸い込み・圧縮部から供給さ
れた高速空気流とを、前記高温燃料ガスを前記高速空気
流の流入方向に対して逆向きの成分を有しない方向に噴
射して混合し、前記空気流を高速に保ったまま燃焼させ
燃焼ガスを生成しノズルより噴射をさせる主燃焼室とで
予燃焼式空気吸い込みロケットエンジンを構成するもの
である。
圧縮して高速空気流を形成する空気吸い込み・圧縮部
と、噴射燃料を少量の酸化剤で燃焼させて燃料過剰の高
温燃料ガスを生成する予燃焼室と、該予燃焼室で発生し
た高温燃料ガスと前記空気吸い込み・圧縮部から供給さ
れた高速空気流とを、前記高温燃料ガスを前記高速空気
流の流入方向に対して逆向きの成分を有しない方向に噴
射して混合し、前記空気流を高速に保ったまま燃焼させ
燃焼ガスを生成しノズルより噴射をさせる主燃焼室とで
予燃焼式空気吸い込みロケットエンジンを構成するもの
である。
このように構成することにより、予燃焼室において、
燃料噴射後の一連の燃焼過程である酸化→蒸発→混合→
化学結合のうち、霧化→蒸発過程が行われ、未燃燃料を
多量に含む高温の還元性の強いガスが発生され、該予燃
焼室で得られた燃料ガスは主燃焼室において高速空気流
中に混合して空気流を高速に保ったまま燃焼される。そ
れにより主燃焼室の空気流中における燃焼反応時間が短
縮され、吹き消えなどの現象の発生が防止されて、複雑
な構成の保炎機構なしで安定した燃焼が得られる。
燃料噴射後の一連の燃焼過程である酸化→蒸発→混合→
化学結合のうち、霧化→蒸発過程が行われ、未燃燃料を
多量に含む高温の還元性の強いガスが発生され、該予燃
焼室で得られた燃料ガスは主燃焼室において高速空気流
中に混合して空気流を高速に保ったまま燃焼される。そ
れにより主燃焼室の空気流中における燃焼反応時間が短
縮され、吹き消えなどの現象の発生が防止されて、複雑
な構成の保炎機構なしで安定した燃焼が得られる。
また予燃焼室の噴射ガスのみで、ある程度の推力を発
生することができるので、真空中において他のロケット
エンジンを組み合わせて使用する必要がなく、また低速
時においてもターボ圧縮器等を必要としないという利点
が得られる。
生することができるので、真空中において他のロケット
エンジンを組み合わせて使用する必要がなく、また低速
時においてもターボ圧縮器等を必要としないという利点
が得られる。
以下実施例について説明する。第１図は、本発明に係
る予燃焼式空気吸い込みロケットエンジンの一実施例を
示す概略図で、第２図は、その予燃焼器の構成例を示す
図である。第１図において、１はロケットエンジン本体
で、該本体１は空気吸い込み・圧縮部2,主燃焼室3,ノズ
ル４とで構成されており、空気吸い込み・圧縮部２には
予燃焼器５が配置されている。予燃焼器５は、第２図に
示すように、その先端部６は流入空気を圧縮するために
くさび形をなしており、中央部には燃料供給路７と酸化
剤供給路８が形成されている。そして燃料供給路７には
供給機構９を介して燃料タンク10より、液体水素，ケロ
シン，炭化水素，ガソリン，アルコール，ヒドラジン等
の燃料が供給されるようになっており、また酸化剤供給
路８には供給機構11を介して酸化剤タンク12より、液体
酸素，硝酸，四二酸化窒素，フッ素等の酸化剤が供給さ
れるように構成されている。
る予燃焼式空気吸い込みロケットエンジンの一実施例を
示す概略図で、第２図は、その予燃焼器の構成例を示す
図である。第１図において、１はロケットエンジン本体
で、該本体１は空気吸い込み・圧縮部2,主燃焼室3,ノズ
ル４とで構成されており、空気吸い込み・圧縮部２には
予燃焼器５が配置されている。予燃焼器５は、第２図に
示すように、その先端部６は流入空気を圧縮するために
くさび形をなしており、中央部には燃料供給路７と酸化
剤供給路８が形成されている。そして燃料供給路７には
供給機構９を介して燃料タンク10より、液体水素，ケロ
シン，炭化水素，ガソリン，アルコール，ヒドラジン等
の燃料が供給されるようになっており、また酸化剤供給
路８には供給機構11を介して酸化剤タンク12より、液体
酸素，硝酸，四二酸化窒素，フッ素等の酸化剤が供給さ
れるように構成されている。
予燃焼器５の後部には予燃焼室13が形成されている。
そして酸化剤供給路８からは予燃焼室13に向けて酸化剤
噴射ノズル15が配置されており、また燃料供給路７から
予燃焼室13へ向けて燃料噴射ノズル14が、前記酸化剤噴
射ノズル15と同心的に配置されている。予燃焼器５の後
端には、予燃焼室13と連通した多段の噴射器16を、空気
流との混合を良好にするため噴射方向が交互に食い違う
ように配置している。なお17は予燃焼器用の点火装置で
ある。
そして酸化剤供給路８からは予燃焼室13に向けて酸化剤
噴射ノズル15が配置されており、また燃料供給路７から
予燃焼室13へ向けて燃料噴射ノズル14が、前記酸化剤噴
射ノズル15と同心的に配置されている。予燃焼器５の後
端には、予燃焼室13と連通した多段の噴射器16を、空気
流との混合を良好にするため噴射方向が交互に食い違う
ように配置している。なお17は予燃焼器用の点火装置で
ある。
次のこのように構成した予燃焼式空気吸い込みロケッ
トエンジンの動作について説明する。燃料タンク10及び
酸化剤タンク12より予燃焼器５に燃料と酸化剤とを供給
し、それぞれ燃料噴射ノズル14及び酸化剤噴射ノズル15
より大量の燃料と少量の酸化剤とを予燃焼室13に噴射し
て燃焼させ、燃料過剰の高温燃料ガスを生成させる。そ
してこの生成された高温燃料ガスを噴射器16を介して主
燃焼室３へ噴射し、空気吸い込み・圧縮部２から供給さ
れた高速圧縮空気流とを混合して主たる燃焼を行わせ
る。これにより更に高温の燃焼ガスを生成し、これのノ
ズル４より噴射して推力を得るようになっている。
トエンジンの動作について説明する。燃料タンク10及び
酸化剤タンク12より予燃焼器５に燃料と酸化剤とを供給
し、それぞれ燃料噴射ノズル14及び酸化剤噴射ノズル15
より大量の燃料と少量の酸化剤とを予燃焼室13に噴射し
て燃焼させ、燃料過剰の高温燃料ガスを生成させる。そ
してこの生成された高温燃料ガスを噴射器16を介して主
燃焼室３へ噴射し、空気吸い込み・圧縮部２から供給さ
れた高速圧縮空気流とを混合して主たる燃焼を行わせ
る。これにより更に高温の燃焼ガスを生成し、これのノ
ズル４より噴射して推力を得るようになっている。
なお上記予燃焼器５に供給される燃料と酸化剤の混合
比は、燃焼を維持できる下限の混合比以上で、且つ未燃
燃料の気化に必要な熱量を発生できる量であればよい。
例えば液体水素（LH2）と液体酸素（LOX）の場合、完全
燃焼のためには質量流量比で液体水素１に対し液体酸素
８の比率（混合比MR＝８）であるが、その下限の混合比
は実験によると0.8程度である。そして混合比を0.6程度
に下げると、不着火，吹き消え等が発生し、液体水素の
気化も不十分となる。したがって液体水素と液体酸素の
組み合わせの場合、予燃焼器に供給する液体酸素量は、
完全燃焼に要する量の10％程度が適当となる。
比は、燃焼を維持できる下限の混合比以上で、且つ未燃
燃料の気化に必要な熱量を発生できる量であればよい。
例えば液体水素（LH2）と液体酸素（LOX）の場合、完全
燃焼のためには質量流量比で液体水素１に対し液体酸素
８の比率（混合比MR＝８）であるが、その下限の混合比
は実験によると0.8程度である。そして混合比を0.6程度
に下げると、不着火，吹き消え等が発生し、液体水素の
気化も不十分となる。したがって液体水素と液体酸素の
組み合わせの場合、予燃焼器に供給する液体酸素量は、
完全燃焼に要する量の10％程度が適当となる。
上記のように本発明においては、燃料噴射後の一連の
燃焼過程である霧化→蒸発→混合→化学結合のうち、霧
化→蒸発過程を予燃焼器５で行い、得られたガス化した
燃料を、主燃焼室３において高速空気流中に噴射して２
段階的に燃焼させるものであるが、予燃焼器５から得ら
れる燃料ガスは未燃燃料を多量に含む高温の還元性の強
いガスであるので、霧化→蒸発の過程がなく、主燃焼室
において空気と混合すると直ちに燃焼するため、燃焼反
応時間が短縮され、吹き消え等が阻止されて安定した燃
焼が得られる。また真空中及び低速時においては、予燃
焼室13に噴射する酸素量を増大して高温燃料ガスの成分
を調整することにより推力の増大を計ることができ、飛
翔体の離昇や軌道投入が容易とにり、燃料消費も効率的
となる。
燃焼過程である霧化→蒸発→混合→化学結合のうち、霧
化→蒸発過程を予燃焼器５で行い、得られたガス化した
燃料を、主燃焼室３において高速空気流中に噴射して２
段階的に燃焼させるものであるが、予燃焼器５から得ら
れる燃料ガスは未燃燃料を多量に含む高温の還元性の強
いガスであるので、霧化→蒸発の過程がなく、主燃焼室
において空気と混合すると直ちに燃焼するため、燃焼反
応時間が短縮され、吹き消え等が阻止されて安定した燃
焼が得られる。また真空中及び低速時においては、予燃
焼室13に噴射する酸素量を増大して高温燃料ガスの成分
を調整することにより推力の増大を計ることができ、飛
翔体の離昇や軌道投入が容易とにり、燃料消費も効率的
となる。
以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれ
ば、予燃焼室を設け燃料噴射後の一連の燃焼過程のうち
霧化→蒸発過程を行わせ、予燃焼室で得られた高温燃料
ガスを主燃焼室で高速空気流中と混合燃焼させるように
したので、主燃焼室における燃焼反応時間を短縮し、保
炎機構を設けることなく吹き消え等の現象を防止して安
定した燃焼が得られる。
ば、予燃焼室を設け燃料噴射後の一連の燃焼過程のうち
霧化→蒸発過程を行わせ、予燃焼室で得られた高温燃料
ガスを主燃焼室で高速空気流中と混合燃焼させるように
したので、主燃焼室における燃焼反応時間を短縮し、保
炎機構を設けることなく吹き消え等の現象を防止して安
定した燃焼が得られる。
また予燃焼室の噴射ガスのみで、ある程度の推力を発
生することができるので、真空中において他のロケット
エンジンを組み合わせて使用する必要がなく、また低速
時においてもターボ圧縮器等を必要とせず酸化剤の調整
により推力の増大を計ることができる等の降下が得られ
る。
生することができるので、真空中において他のロケット
エンジンを組み合わせて使用する必要がなく、また低速
時においてもターボ圧縮器等を必要とせず酸化剤の調整
により推力の増大を計ることができる等の降下が得られ
る。
第１図は、本発明に係る予燃焼式空気吸い込みロケット
エンジンの実施例を示す概略断面図、第２図は、その予
燃焼器の構成例を示す概略斜視図、第３図（Ａ）は、従
来の保炎器を備えた空気吸い込みエンジンを示す断面
図、第３図（Ｂ）は、保炎器の原理を示す説明図であ
る。 図において、１はロケットエンジン本体、２は空気吸い
込み・圧縮部、３は主燃焼室、４はノズル、５は予燃焼
器、７は燃料供給路、８は酸化剤供給路、13は予燃焼
室、14は燃料噴射ノズル、15は酸化剤噴射ノズル、16は
噴射器を示す。
エンジンの実施例を示す概略断面図、第２図は、その予
燃焼器の構成例を示す概略斜視図、第３図（Ａ）は、従
来の保炎器を備えた空気吸い込みエンジンを示す断面
図、第３図（Ｂ）は、保炎器の原理を示す説明図であ
る。 図において、１はロケットエンジン本体、２は空気吸い
込み・圧縮部、３は主燃焼室、４はノズル、５は予燃焼
器、７は燃料供給路、８は酸化剤供給路、13は予燃焼
室、14は燃料噴射ノズル、15は酸化剤噴射ノズル、16は
噴射器を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】空気を吸い込み圧縮して高速空気流を形成
する空気吸い込み・圧縮部と、噴射燃料を少量の酸化剤
で燃焼させて燃料過剰の高温燃料ガスを生成する予燃焼
室と、該予燃焼室で発生した高温燃料ガスと前記空気吸
い込み・圧縮部から供給された高速空気流とを、前記高
温燃料ガスを前記高速空気流の流入方向に対して逆向き
の成分を有しない方向に噴射して混合し、前記空気流を
高速に保ったまま燃焼させ、燃焼ガスを生成しノズルよ
り噴射させる主燃焼室とからなることを特徴とする予燃
焼式空気吸い込みロケットエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63069283A JP2689331B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 予燃焼式空気吸い込みロケットエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63069283A JP2689331B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 予燃焼式空気吸い込みロケットエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01244153A JPH01244153A (ja) | 1989-09-28 |
| JP2689331B2 true JP2689331B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=13398140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63069283A Expired - Fee Related JP2689331B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 予燃焼式空気吸い込みロケットエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2689331B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3626698A (en) | 1969-05-24 | 1971-12-14 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Combustion chamber construction and method of operating a combustion chamber |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5824616A (ja) * | 1982-07-24 | 1983-02-14 | Nippon Seiko Kk | 動圧形流体軸受装置 |
| JPS62237068A (ja) * | 1986-04-07 | 1987-10-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 空気液化サイクルロケツトエンジン |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP63069283A patent/JP2689331B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3626698A (en) | 1969-05-24 | 1971-12-14 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Combustion chamber construction and method of operating a combustion chamber |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01244153A (ja) | 1989-09-28 |
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