JPH01110867A - 炭素複合材燃焼器 - Google Patents
炭素複合材燃焼器Info
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- JPH01110867A JPH01110867A JP26523987A JP26523987A JPH01110867A JP H01110867 A JPH01110867 A JP H01110867A JP 26523987 A JP26523987 A JP 26523987A JP 26523987 A JP26523987 A JP 26523987A JP H01110867 A JPH01110867 A JP H01110867A
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- Japan
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- compound material
- carbon compound
- carbon
- silicon carbide
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、ロケットエンジンに用いて好適な炭素複合
材燃焼器、とくには、高圧燃焼ガスに対して十分なる気
密性を発揮することができるとともに、化学的浸食を有
効に防止することができる燃焼器に関するものである。
材燃焼器、とくには、高圧燃焼ガスに対して十分なる気
密性を発揮することができるとともに、化学的浸食を有
効に防止することができる燃焼器に関するものである。
（従来の技術）
金属製燃焼器を用いた従来既知のロケットエンジンとし
ては、例えばＭＢＢ （間ＳＳｆ！ＲＣＨＭＩＴＴ−Ｂ
ＯＬＫＯ讐−ＢＬＯＨＭ ＧＭＢＨ−３ｐａｃｅ Ｄｉ
ｖｉｓｉｏｎ）のカタログＢｉ−Ｐｒｏｐｅｌｌａｒｔ
Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ５ｐ
ａｃｅｃｒａｆｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎａｎｄ Ｃｏｎ
ｔｒｏｌ （Ｏｃｔｏｔｂｅｒ ３−６＋１９７７）に
紹介されたものがある。
ては、例えばＭＢＢ （間ＳＳｆ！ＲＣＨＭＩＴＴ−Ｂ
ＯＬＫＯ讐−ＢＬＯＨＭ ＧＭＢＨ−３ｐａｃｅ Ｄｉ
ｖｉｓｉｏｎ）のカタログＢｉ−Ｐｒｏｐｅｌｌａｒｔ
Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ５ｐ
ａｃｅｃｒａｆｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎａｎｄ Ｃｏｎ
ｔｒｏｌ （Ｏｃｔｏｔｂｅｒ ３−６＋１９７７）に
紹介されたものがある。
このロケットエンジンは、第５図に具体的に示すように
、燃焼室１と、この燃焼室１の一端に連続するノズル２
とを具える金属製燃焼器３の、ノズル２とは反対側の端
部分に、噴射器４を取り付けることにより構成されてお
り、ここでは、約３０００℃の高温ガスから金属製燃焼
器３を保護するために、再生冷却用の冷却ジャケット５
を、その燃焼器３に設けるとともに、膜面冷却用の噴孔
６を、噴射器４の周縁部分にリング状に形成している。
、燃焼室１と、この燃焼室１の一端に連続するノズル２
とを具える金属製燃焼器３の、ノズル２とは反対側の端
部分に、噴射器４を取り付けることにより構成されてお
り、ここでは、約３０００℃の高温ガスから金属製燃焼
器３を保護するために、再生冷却用の冷却ジャケット５
を、その燃焼器３に設けるとともに、膜面冷却用の噴孔
６を、噴射器４の周縁部分にリング状に形成している。
ここにおいて、再生冷却は、推進剤の一方、多くは燃料
を、冷却ジャケット４に循環させることにて、燃焼室１
およびノズル２の壁部の過熱を防止するとともに、その
燃料の加熱をもたらすことにより、また、膜面冷却は；
噴孔６から噴出されて、燃焼室１およびノズル２の内壁
面を覆う燃料膜を蒸発させることによって、それらの壁
面への過大なる熱伝達を防止することによりそれぞれ行
われる。
を、冷却ジャケット４に循環させることにて、燃焼室１
およびノズル２の壁部の過熱を防止するとともに、その
燃料の加熱をもたらすことにより、また、膜面冷却は；
噴孔６から噴出されて、燃焼室１およびノズル２の内壁
面を覆う燃料膜を蒸発させることによって、それらの壁
面への過大なる熱伝達を防止することによりそれぞれ行
われる。
ところで、再生冷却は、燃料が加熱されることによる熱
効率の向上をもたらすことができるも、燃焼停止・再着
火の機会の多い運転には不適当であるとともに、冷却ジ
ャケット４が、構造の複雑化に加えて、重量およびコス
トの増加をもたらすことになり、また、膜面冷却は、推
進剤の壁面流下に起因する燃焼効率の低下をもたらすこ
とになることから、耐熱性にすぐれた炭素複合材にて燃
焼器を構成することにより、再生冷却を全く不要ならし
めることともに、膜面冷却によって消費される推進剤の
量を極力少なくしようとの提案がなされている。
効率の向上をもたらすことができるも、燃焼停止・再着
火の機会の多い運転には不適当であるとともに、冷却ジ
ャケット４が、構造の複雑化に加えて、重量およびコス
トの増加をもたらすことになり、また、膜面冷却は、推
進剤の壁面流下に起因する燃焼効率の低下をもたらすこ
とになることから、耐熱性にすぐれた炭素複合材にて燃
焼器を構成することにより、再生冷却を全く不要ならし
めることともに、膜面冷却によって消費される推進剤の
量を極力少なくしようとの提案がなされている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、炭素複合材は多孔質構造であることから
、それにてロケットエンジンの燃焼器を構成した場合に
は、高圧の内部燃焼ガスが、燃焼器の器壁を透過すると
いう問題があった他、燃焼器が、高温の酸化性もしくは
還元性ガスによって化学的浸食を受けるという問題があ
った。
、それにてロケットエンジンの燃焼器を構成した場合に
は、高圧の内部燃焼ガスが、燃焼器の器壁を透過すると
いう問題があった他、燃焼器が、高温の酸化性もしくは
還元性ガスによって化学的浸食を受けるという問題があ
った。
この発明は、炭素複合材燃焼器に固有のかかる問題を解
決するものであり、このことにより、金属製燃焼器によ
ってもたらされる構造の複雑化、重量およびコストの増
加ならびに燃焼効率の低下を極めて有効に防止すること
ができる炭素複合材燃焼器を提供するものである。
決するものであり、このことにより、金属製燃焼器によ
ってもたらされる構造の複雑化、重量およびコストの増
加ならびに燃焼効率の低下を極めて有効に防止すること
ができる炭素複合材燃焼器を提供するものである。
（問題点を解決するための手段）
この発明は、炭素マトリックスを、炭素繊維もしくは黒
鉛繊維で補強した炭素複合材を主体とする燃焼器におい
て、炭素複合材の内表面に、炭化珪素被覆層を設けると
ともに、その炭素複合材の外表面に、炭素の化学的蒸着
膜を設けたものであり、より好ましくは、炭化珪素被覆
層が、そのクラック内に含浸させたテトラエチルオルト
シリケートを有するものである。
鉛繊維で補強した炭素複合材を主体とする燃焼器におい
て、炭素複合材の内表面に、炭化珪素被覆層を設けると
ともに、その炭素複合材の外表面に、炭素の化学的蒸着
膜を設けたものであり、より好ましくは、炭化珪素被覆
層が、そのクラック内に含浸させたテトラエチルオルト
シリケートを有するものである。
（作 用）
一般的な炭素複合材は、比重が１．７前後の多孔質材料
であり、物性的には、延性に乏しく、セラミックに近い
脆性材料であるため、微細なりラックや表面傷によって
極めて破損され易い性質を有しており、加えて、硬度も
それほど高くなく、表面傷が発生し易いことから、その
表面傷が破壊の原因となるおそれを常に有するものであ
る。
であり、物性的には、延性に乏しく、セラミックに近い
脆性材料であるため、微細なりラックや表面傷によって
極めて破損され易い性質を有しており、加えて、硬度も
それほど高くなく、表面傷が発生し易いことから、その
表面傷が破壊の原因となるおそれを常に有するものであ
る。
ところが、この発明では、燃焼器の主体をなす炭素複合
材の内表面に炭化珪素被覆層を、そして、その外表面に
、炭素の化学的蒸着膜をそれぞれ設けることにより、そ
の炭素複合材に十分なる気密性を付与して、高圧ガスの
そこへの透過を確実に阻止するとともに、それの耐食性
を著しく向上させることができ、また、炭素複合材の内
外表面を、緻密で硬質な被覆層および化学的蒸着膜によ
ってそれぞれカバーすることにより、そこへの既存の表
面傷を完全に埋め込むことができるとともに、新たな表
面傷の発生を十分に防止することができ、さらには、炭
素複合材、ひいては燃焼器の強度および耐久性をもまた
著しく向上させることができる。
材の内表面に炭化珪素被覆層を、そして、その外表面に
、炭素の化学的蒸着膜をそれぞれ設けることにより、そ
の炭素複合材に十分なる気密性を付与して、高圧ガスの
そこへの透過を確実に阻止するとともに、それの耐食性
を著しく向上させることができ、また、炭素複合材の内
外表面を、緻密で硬質な被覆層および化学的蒸着膜によ
ってそれぞれカバーすることにより、そこへの既存の表
面傷を完全に埋め込むことができるとともに、新たな表
面傷の発生を十分に防止することができ、さらには、炭
素複合材、ひいては燃焼器の強度および耐久性をもまた
著しく向上させることができる。
なおここにおいて、炭化珪素被覆層は、炭化珪素のコー
ティングの他、拡散、転化などによっても形成すること
ができる。
ティングの他、拡散、転化などによっても形成すること
ができる。
（実施例）
以下にこの発明の実施例を図示例に基づいて説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示す図であり、図中１１
は炭素複合材燃焼器を示す。
は炭素複合材燃焼器を示す。
この炭素複合材燃焼器１１は、燃焼室１２と、この燃焼
室１２の一端に連続するノズル１３とを具える他、燃焼
室１２の他端に連続する連結部１４を具えており、かか
る炭素複合材燃焼器１１は、その連結部１４に、リテー
ナ１５の作用によって噴射器１６を組み付けることによ
ってロケットエンジンを構成する。
室１２の一端に連続するノズル１３とを具える他、燃焼
室１２の他端に連続する連結部１４を具えており、かか
る炭素複合材燃焼器１１は、その連結部１４に、リテー
ナ１５の作用によって噴射器１６を組み付けることによ
ってロケットエンジンを構成する。
ここで、噴射器１６は、燃料の一例としてのモノメチル
ヒドラジンの供給通路１７および酸化剤の一例としての
ナイトロゲンテトラオキサイドの供給通路１８を具える
とともに、それらの推進剤を、燃焼室１２内へ噴射する
それぞれの噴射穴１９．２０を具え、さらに、膜面冷却
のための噴口２１を具える。
ヒドラジンの供給通路１７および酸化剤の一例としての
ナイトロゲンテトラオキサイドの供給通路１８を具える
とともに、それらの推進剤を、燃焼室１２内へ噴射する
それぞれの噴射穴１９．２０を具え、さらに、膜面冷却
のための噴口２１を具える。
なお図中２２は、噴射器１６の冷却のために、燃料を循
環させる冷却ジャケットを示す。
環させる冷却ジャケットを示す。
またここでは、炭素マトリックスを炭素繊維もしくは黒
鉛繊維にて補強してなる炭素複合材２３を主体とし、そ
の内表面には、炭化珪素被覆層、たとえば炭化珪素コー
ティング層２４を、また、その外表面には、炭素の化学
的蒸着膜２５をそれぞれ設けることによって、炭素複合
材燃焼器１１を構成する。
鉛繊維にて補強してなる炭素複合材２３を主体とし、そ
の内表面には、炭化珪素被覆層、たとえば炭化珪素コー
ティング層２４を、また、その外表面には、炭素の化学
的蒸着膜２５をそれぞれ設けることによって、炭素複合
材燃焼器１１を構成する。
このことにより、炭化珪素コーティング層２４は、燃焼
器１１内の酸化性もしくは還元性の高温燃焼ガスによる
化学的浸食から、炭素複合材２３を保護すべ（、また、
炭素の化学的蒸着膜２５は、その複合材２３ひいては燃
焼器１１への高圧ガスの透過を防止すべくそれぞれ機能
する他、それらの両者はいずれも、緻密で硬質な層をも
って、炭素複合材表面の既存の傷を完全に埋め込むとと
もに、そこへの新たな傷の発生を極めて有効に防止する
。そしてさらに、炭素複合材２３の内外表面に設けた炭
化珪素コーティング２４と、炭素の化学的蒸着膜２５と
が相俟って、燃焼器１１の強度および耐久性の著しい向
上をもたらす。
器１１内の酸化性もしくは還元性の高温燃焼ガスによる
化学的浸食から、炭素複合材２３を保護すべ（、また、
炭素の化学的蒸着膜２５は、その複合材２３ひいては燃
焼器１１への高圧ガスの透過を防止すべくそれぞれ機能
する他、それらの両者はいずれも、緻密で硬質な層をも
って、炭素複合材表面の既存の傷を完全に埋め込むとと
もに、そこへの新たな傷の発生を極めて有効に防止する
。そしてさらに、炭素複合材２３の内外表面に設けた炭
化珪素コーティング２４と、炭素の化学的蒸着膜２５と
が相俟って、燃焼器１１の強度および耐久性の著しい向
上をもたらす。
第２．３図はそれぞれ、炭化珪素コーティング層の、炭
素複合材保護機能を示すグラフであり、炭素複合材の内
表面に炭化珪素コーティング層を形成してなる５０φの
サンプルを、１６５０℃の高温空気に曝した酸化試験の
結果を示す第２図によれば、そのサンプルの質量損失は
、図に実線で示すように、炭化珪素コーティング層を設
けない炭素複合材の質量損失（図の破線参照）に比して
１７１０以下に低減されることが明らかである。
素複合材保護機能を示すグラフであり、炭素複合材の内
表面に炭化珪素コーティング層を形成してなる５０φの
サンプルを、１６５０℃の高温空気に曝した酸化試験の
結果を示す第２図によれば、そのサンプルの質量損失は
、図に実線で示すように、炭化珪素コーティング層を設
けない炭素複合材の質量損失（図の破線参照）に比して
１７１０以下に低減されることが明らかである。
そしてまた、アンモニアアタック面温度を１２００℃と
した場合の、アンモニア浸食試験の結果を示す第３図に
よれば、炭化珪素コーティング層を設けた炭素複合材の
質量損失は、図に実線で示すように、炭化珪素コーティ
ング層を設けないそれの質量損失（図の破線参照）に比
し、これもまた著しく低減されることが解かる。
した場合の、アンモニア浸食試験の結果を示す第３図に
よれば、炭化珪素コーティング層を設けた炭素複合材の
質量損失は、図に実線で示すように、炭化珪素コーティ
ング層を設けないそれの質量損失（図の破線参照）に比
し、これもまた著しく低減されることが解かる。
この一方において、炭素の化学的蒸着膜膜２５は、その
厚さを約１４０ μＩ１１とした場合に、１５０ ｋｇ
ｆ／ｃｔｘ”程度の圧力まで、気密性を十分に維持し得
ることが確認されている。
厚さを約１４０ μＩ１１とした場合に、１５０ ｋｇ
ｆ／ｃｔｘ”程度の圧力まで、気密性を十分に維持し得
ることが確認されている。
なおここにおいて、炭化珪素コーティング層２４は、そ
れの硬化に際し、または硬化後に、それと炭素複合材２
３との熱膨張差その他に起因して、そこに微細なりラン
クを生じることが多く、そのクラックは、燃焼器１１の
気密性の低下および化学的浸食の原因になり易いことか
ら、好ましくは、第１図に拡大断面図で示すように、そ
のクラック内へ、テトラエチルオルトシリケー）２６（
以下ＴＥＯＳという）を含浸させ、適当温度でそれの熱
処理を行うことにより、気密性および耐食性の低下を十
分に防止する。
れの硬化に際し、または硬化後に、それと炭素複合材２
３との熱膨張差その他に起因して、そこに微細なりラン
クを生じることが多く、そのクラックは、燃焼器１１の
気密性の低下および化学的浸食の原因になり易いことか
ら、好ましくは、第１図に拡大断面図で示すように、そ
のクラック内へ、テトラエチルオルトシリケー）２６（
以下ＴＥＯＳという）を含浸させ、適当温度でそれの熱
処理を行うことにより、気密性および耐食性の低下を十
分に防止する。
ここで、このＴＥＯＳの熱処理は、たとえば、１４００
〜２０００″Ｃの温度で４時間加熱することによって行
うことができる。
〜２０００″Ｃの温度で４時間加熱することによって行
うことができる。
ちなみに、このようなＴＥＯ５処理を施した炭素複合材
２３の、アンモニアアタックに対する耐食性は、第３図
に一点鎖線で示すところから明らかなように、炭化珪素
コーティング層２４だけを形成した場合に比して一層向
上されることになり、加えて、ＴＥＯＳ処理を施したそ
の炭素複合材２３の、高温空気に対する耐食性は、第４
図に一点鎖線で示すように、これもまた、炭化珪素コー
ティングＭ２４だけを形成した場合に比し、長時間にわ
たって著しく向上されることになる。
２３の、アンモニアアタックに対する耐食性は、第３図
に一点鎖線で示すところから明らかなように、炭化珪素
コーティング層２４だけを形成した場合に比して一層向
上されることになり、加えて、ＴＥＯＳ処理を施したそ
の炭素複合材２３の、高温空気に対する耐食性は、第４
図に一点鎖線で示すように、これもまた、炭化珪素コー
ティングＭ２４だけを形成した場合に比し、長時間にわ
たって著しく向上されることになる。
以上この発明を図示例に基づいて説明したが、前述した
ように、炭化珪素被覆層を、拡散、転化などによって形
成することもでき、これらによっても、コーティング層
とほぼ同様の作用効果をもたらすことができる。
ように、炭化珪素被覆層を、拡散、転化などによって形
成することもでき、これらによっても、コーティング層
とほぼ同様の作用効果をもたらすことができる。
（発明の効果）
かくして、この発明によれば、炭素複合材の内表面に、
炭化珪素被覆層を設けるとともに、その炭素複合材の外
表面に、炭素の化学的蒸着膜を設けることにより、酸化
性もしくは還元性の高温反応性ガスによる化学的浸食か
ら、炭素複合材を十分に保護することができるとともに
、圧力容器としての燃焼器の気密性を十分に確保するこ
とができる。また、炭化珪素被覆層、および炭素の化学
的蒸着膜のそれぞれは、炭素複合材の既存の傷を完全に
埋め込むとともに、そこへの新たな傷の発生を十分に防
止することができ、この故に、燃焼器の破損の原因が有
効に除去されることになる。
炭化珪素被覆層を設けるとともに、その炭素複合材の外
表面に、炭素の化学的蒸着膜を設けることにより、酸化
性もしくは還元性の高温反応性ガスによる化学的浸食か
ら、炭素複合材を十分に保護することができるとともに
、圧力容器としての燃焼器の気密性を十分に確保するこ
とができる。また、炭化珪素被覆層、および炭素の化学
的蒸着膜のそれぞれは、炭素複合材の既存の傷を完全に
埋め込むとともに、そこへの新たな傷の発生を十分に防
止することができ、この故に、燃焼器の破損の原因が有
効に除去されることになる。
しかもここでは、炭素複合材のそれぞれの表面に、被覆
層および化学的蒸着膜を設けることにより、それら両者
の相乗効果により、燃焼器の強度および耐久性を大きく
向上させることができる。
層および化学的蒸着膜を設けることにより、それら両者
の相乗効果により、燃焼器の強度および耐久性を大きく
向上させることができる。
そしてさらに、炭化珪素被覆層のクラックに、Ｔｌ！Ｏ
Ｓを含浸・保持させた場合には、燃焼器の、気密性およ
び耐食性のより一層の向上をもたらすことができる。
Ｓを含浸・保持させた場合には、燃焼器の、気密性およ
び耐食性のより一層の向上をもたらすことができる。
第１図はこの発明の一実施例を示す部分断面図、第２〜
４図のそれぞれはこの発明の燃焼器の耐食性を示すグラ
フ、 第５図は従来例を示す断面図である。 １１・・・炭素複合材燃焼器 ２３・・・炭素複合材２
４・・・炭化珪素被覆層 ２５・・・炭素の化学的蒸着膜 ２６・・・テトラエチルオルトシリケート特許出願人
航空宇宙技術研究所長 岡 出 願 人 日産自動車株式会社第２図 時間（値ｎ） 第３図 （１７七二丁了ゲックノ
４図のそれぞれはこの発明の燃焼器の耐食性を示すグラ
フ、 第５図は従来例を示す断面図である。 １１・・・炭素複合材燃焼器 ２３・・・炭素複合材２
４・・・炭化珪素被覆層 ２５・・・炭素の化学的蒸着膜 ２６・・・テトラエチルオルトシリケート特許出願人
航空宇宙技術研究所長 岡 出 願 人 日産自動車株式会社第２図 時間（値ｎ） 第３図 （１７七二丁了ゲックノ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、炭素マトリックスを炭素繊維もしくは黒鉛繊維で補
強した炭素複合材を主体としてなる燃焼器において、 炭素複合材（２３）の内表面に、炭化珪素被覆層（２４
）を設けるとともに、その炭素複合材の外表面に、炭素
の化学的蒸着膜（２５）を設けてなる炭素複合材燃焼器
。 ２、前記炭化珪素被覆層（２４）が、そのクラック内へ
含浸させたテトラエチルオルトシリケート（２６）を有
してなる特許請求の範囲第１項記載の燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26523987A JPH076454B2 (ja) | 1987-10-22 | 1987-10-22 | 炭素複合材燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26523987A JPH076454B2 (ja) | 1987-10-22 | 1987-10-22 | 炭素複合材燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01110867A true JPH01110867A (ja) | 1989-04-27 |
| JPH076454B2 JPH076454B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=17414457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26523987A Expired - Lifetime JPH076454B2 (ja) | 1987-10-22 | 1987-10-22 | 炭素複合材燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH076454B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0658723A3 (de) * | 1993-12-17 | 1996-04-10 | Abb Patent Gmbh | Thermische Isolation. |
-
1987
- 1987-10-22 JP JP26523987A patent/JPH076454B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0658723A3 (de) * | 1993-12-17 | 1996-04-10 | Abb Patent Gmbh | Thermische Isolation. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH076454B2 (ja) | 1995-01-30 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
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