JPH0196452A - 推進剤加熱部を有するエンジン - Google Patents
推進剤加熱部を有するエンジンInfo
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- JPH0196452A JPH0196452A JP25222187A JP25222187A JPH0196452A JP H0196452 A JPH0196452 A JP H0196452A JP 25222187 A JP25222187 A JP 25222187A JP 25222187 A JP25222187 A JP 25222187A JP H0196452 A JPH0196452 A JP H0196452A
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- JP
- Japan
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- propellant
- combustion chamber
- heat
- turbine
- pressure
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- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 10
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Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
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、噴流を利用するエンジンの性能の向上、特
にロケットエンジン、ラムジェット等の比推力番高めた
エンジンに関する。
にロケットエンジン、ラムジェット等の比推力番高めた
エンジンに関する。
（従来技術）
従来、ロケットエンジン等においては、液化燃料と酸化
剤とを積載し、同時に燃焼室に圧送し、燃焼させている
。ロケットエンジンの性能の向上のためには、比推力を
向上させることが必要であるが、この比推力は推進剤の
持つ内部エネルギーによって決定され、比推力を高める
ためには、専ら燃料と酸化剤の最適な組合せを求めるこ
とが行われている。しかし、その内部エネルギーは、燃
料と酸化剤の組合せによって一義的に決定され、それを
越えることは出来ない。更に、これらの推進剤は、液化
して積載されるために、この液化によって内部エネルギ
ーは一層減少することとなる。
剤とを積載し、同時に燃焼室に圧送し、燃焼させている
。ロケットエンジンの性能の向上のためには、比推力を
向上させることが必要であるが、この比推力は推進剤の
持つ内部エネルギーによって決定され、比推力を高める
ためには、専ら燃料と酸化剤の最適な組合せを求めるこ
とが行われている。しかし、その内部エネルギーは、燃
料と酸化剤の組合せによって一義的に決定され、それを
越えることは出来ない。更に、これらの推進剤は、液化
して積載されるために、この液化によって内部エネルギ
ーは一層減少することとなる。
（この発明が解決しようとする問題点）この発明は、燃
焼室に圧送される推進剤のエンタルピーを高め、上記の
制約を越えて比推力を向上させ、高性能のエンジンを得
ようとするものである。
焼室に圧送される推進剤のエンタルピーを高め、上記の
制約を越えて比推力を向上させ、高性能のエンジンを得
ようとするものである。
（問題を解決するための手段）
この発明のエンジンは、燃焼室に圧送される推進剤流路
中に熱交換器を配し、推進剤のエンタルピーを高めて燃
焼室に供給されるようにしたことを特徴とする。
中に熱交換器を配し、推進剤のエンタルピーを高めて燃
焼室に供給されるようにしたことを特徴とする。
この構成によって、燃焼室に圧送される推進剤は、その
流路中に配置された熱交換器により加熱されることによ
ってそのエンタルピーを高め、これによって推進剤の比
推力を高め、エンジン性能を向上させることができる。
流路中に配置された熱交換器により加熱されることによ
ってそのエンタルピーを高め、これによって推進剤の比
推力を高め、エンジン性能を向上させることができる。
熱交換器の高温側熱源としては適当なものでよいが、宇
宙空間等では太陽熱が、空気中の高速飛翔体では機体の
空力加熱等により発生する熱が有利に利用出来る。さら
に、上記熱交換器は、推進剤圧送用ポンプとその駆動タ
ービンの間に配置されるのが望ましい。
宙空間等では太陽熱が、空気中の高速飛翔体では機体の
空力加熱等により発生する熱が有利に利用出来る。さら
に、上記熱交換器は、推進剤圧送用ポンプとその駆動タ
ービンの間に配置されるのが望ましい。
（実施例）
以下、図面を参照してこの発明を実施例によって詳細に
説明する。
説明する。
この発明を実施したロケットエンジンの燃料サイクルを
第１図に示す。推進剤Ａは例えば液体水素であり、同Ｂ
は例えば液体酸素である。従来のロケットにおいては、
推進剤へは、タービン３しこよって駆動されるポンプ１
によって圧送され、ロケットノズル２を冷却し、上記の
タービン３を駆動して燃焼器５に送入される。一方、推
進剤Ｂ１よ、同じくタービン３によって駆動されるポン
プ４によって同時に燃焼室５に圧送され、推進剤Ａを燃
焼させる。
第１図に示す。推進剤Ａは例えば液体水素であり、同Ｂ
は例えば液体酸素である。従来のロケットにおいては、
推進剤へは、タービン３しこよって駆動されるポンプ１
によって圧送され、ロケットノズル２を冷却し、上記の
タービン３を駆動して燃焼器５に送入される。一方、推
進剤Ｂ１よ、同じくタービン３によって駆動されるポン
プ４によって同時に燃焼室５に圧送され、推進剤Ａを燃
焼させる。
この発明のロケットにおいては、ポンプ１で送出された
推進剤Ａは、途中に配置された熱交換器６を通り、加熱
された後、ノズル２の冷却回路し二流入する。
推進剤Ａは、途中に配置された熱交換器６を通り、加熱
された後、ノズル２の冷却回路し二流入する。
このようなロケットエンジンにおいて、例え４１宇宙空
間で太陽熱によって熱交換器６番こ熱を供給する場合を
考える６推進剤として水素と酸素を用い、ノズル開口比
を２００とした場合に、熱の供給量による比推力の変化
の関係を第２図番こ示す。
間で太陽熱によって熱交換器６番こ熱を供給する場合を
考える６推進剤として水素と酸素を用い、ノズル開口比
を２００とした場合に、熱の供給量による比推力の変化
の関係を第２図番こ示す。
図中ｚｓｐは比推力、Ｐｏは燃焼室圧力を示す。例えば
・４０ｏＯｋＪ−ｋｇ−”の熱量が供給された場合、８
〜９秒の比推力の上昇が見られる。
・４０ｏＯｋＪ−ｋｇ−”の熱量が供給された場合、８
〜９秒の比推力の上昇が見られる。
この熱量の供給を太陽熱で行おうとする場合、どの程度
の集熱面積を必要とするかを試算した結果を第３図に示
す。図中ＡＰは集熱面積を示す。
の集熱面積を必要とするかを試算した結果を第３図に示
す。図中ＡＰは集熱面積を示す。
上記のように供給熱量を４０００ ｋＪ−ｋｇ−”とし
た場合、燃焼室圧力ＰＣ＝５ＭＰａでは約６５Ｏｒ／の
集熱面積を必要とするが、ＰＣ＝ＩＭＰａ程度の小型ロ
ケットでは約１３０背程度の集熱面積で実現可能である
。
た場合、燃焼室圧力ＰＣ＝５ＭＰａでは約６５Ｏｒ／の
集熱面積を必要とするが、ＰＣ＝ＩＭＰａ程度の小型ロ
ケットでは約１３０背程度の集熱面積で実現可能である
。
第４図は、水素／酸素の混合比を変化させた場合の比推
カニ３Ｐの変化を示す。燃焼条件は燃焼室圧力Ｐ ｃ
＝ ＩＭＰａ、ノズル開口比２００である。供給熱量の
増加に伴い、最大比推力を示す混合比は化学当量から遠
ざかり、推進剤の効率が推進剤の燃焼のみによる場合よ
りも向上することが判る。
カニ３Ｐの変化を示す。燃焼条件は燃焼室圧力Ｐ ｃ
＝ ＩＭＰａ、ノズル開口比２００である。供給熱量の
増加に伴い、最大比推力を示す混合比は化学当量から遠
ざかり、推進剤の効率が推進剤の燃焼のみによる場合よ
りも向上することが判る。
さらに、この実施例として示したエンジンにおいては、
サイクル全体の圧力が従来よりも低くなるという効果も
生じる。すなわち、推進剤の加熱により、推進剤のエン
タルピー・レベルが上昇する。そのためにエキスパンダ
ーサイクルのようなトッピング・サイクルでは、再生冷
却後の推進剤温度、即ちタービン入口温度が高くなり、
タービン駆動に必要な圧力比が従来よりも小さくて済む
。
サイクル全体の圧力が従来よりも低くなるという効果も
生じる。すなわち、推進剤の加熱により、推進剤のエン
タルピー・レベルが上昇する。そのためにエキスパンダ
ーサイクルのようなトッピング・サイクルでは、再生冷
却後の推進剤温度、即ちタービン入口温度が高くなり、
タービン駆動に必要な圧力比が従来よりも小さくて済む
。
このためタービン駆動側の推進剤ポンプ出口の圧力とし
て現れるサイクル最高圧力が従来よりも低くなり、サイ
クル全体の圧力も従来より低くなる。
て現れるサイクル最高圧力が従来よりも低くなり、サイ
クル全体の圧力も従来より低くなる。
第５図は、この効果をしめす。即ち、第１図に示すエン
ジンにおいて、タービン３の駆動流体を水素とし、その
サイクル最高圧力となるポンプ１の出口圧力Ｐｆｕの熱
供給量に対する変化を示してν）る。燃焼室圧力Ｐ。が
小さいときは、この効果は顕著ではないけれども、燃焼
室圧力Ｐｃが大となれば、図からも明らかな通り、目だ
った圧力の低下を表す、 上記の実施例は、燃料を液体水素、酸化剤を液体酸素と
して試算した結果を示すが、勿論、他の推進剤でも同様
の効果を生ずるし、熱の供給源も太陽熱に限らず、超音
速機等においては、機体の空力加熱による熱等、適宜の
熱源を利用することが出来る。また、実施例は、タービ
ンの駆動に使う液体水素の流路中に熱交換器を配置した
ものとして説明したが、酸化剤を加熱しても推進剤のエ
ンタルピー向上の効果は同じである。
ジンにおいて、タービン３の駆動流体を水素とし、その
サイクル最高圧力となるポンプ１の出口圧力Ｐｆｕの熱
供給量に対する変化を示してν）る。燃焼室圧力Ｐ。が
小さいときは、この効果は顕著ではないけれども、燃焼
室圧力Ｐｃが大となれば、図からも明らかな通り、目だ
った圧力の低下を表す、 上記の実施例は、燃料を液体水素、酸化剤を液体酸素と
して試算した結果を示すが、勿論、他の推進剤でも同様
の効果を生ずるし、熱の供給源も太陽熱に限らず、超音
速機等においては、機体の空力加熱による熱等、適宜の
熱源を利用することが出来る。また、実施例は、タービ
ンの駆動に使う液体水素の流路中に熱交換器を配置した
ものとして説明したが、酸化剤を加熱しても推進剤のエ
ンタルピー向上の効果は同じである。
（発明の効果）
この発明のロケットエンジンは、上記のように推進剤通
路に熱を供給するための熱交換器を配置するという簡単
な構成によって、推進剤が本来持っている限界を越えて
比推力を向上させるだけでなく、燃料サイクルの圧力を
下げ、エンジン構造の軽量化にも寄与し得るものである
。
路に熱を供給するための熱交換器を配置するという簡単
な構成によって、推進剤が本来持っている限界を越えて
比推力を向上させるだけでなく、燃料サイクルの圧力を
下げ、エンジン構造の軽量化にも寄与し得るものである
。
なお、この技術は、ロケットに限らず、スクラムジェッ
ト、ラムジェット等にも応用可能である。
ト、ラムジェット等にも応用可能である。
第１図はこの発明を実施したロケットエンジンの燃料サ
イクルの１実施例を示す作動系統概念図、第２図は推進
剤に対する熱の供給量と比推力の関係を示すグラフ、第
３図は推進剤に対する熱の供給量とそれに必要な太陽熱
集熱面積を示すグラフ、第４図は水素／酸素の混合比を
変化させた場合の比推力ＴＳＰの変化を示すグラフ、第
５図は推進剤に対する熱の供給ｈ（とサイクルの最高圧
力の関係を示すグラフであり１図中の符号はそれぞれ１
．４：ポンプ ２：ロケットノズル ３：タービン ５：燃焼器 ６：熱交換器を示す。 第 １ 図 Ａ Ｂ 第 ２ 図 供給熱量ｋＪ−ｋｇ−１ 第３図 供給熱量ｋＪ−ｋｇ−’ 第 ４ 図 水素／酸素
イクルの１実施例を示す作動系統概念図、第２図は推進
剤に対する熱の供給量と比推力の関係を示すグラフ、第
３図は推進剤に対する熱の供給量とそれに必要な太陽熱
集熱面積を示すグラフ、第４図は水素／酸素の混合比を
変化させた場合の比推力ＴＳＰの変化を示すグラフ、第
５図は推進剤に対する熱の供給ｈ（とサイクルの最高圧
力の関係を示すグラフであり１図中の符号はそれぞれ１
．４：ポンプ ２：ロケットノズル ３：タービン ５：燃焼器 ６：熱交換器を示す。 第 １ 図 Ａ Ｂ 第 ２ 図 供給熱量ｋＪ−ｋｇ−１ 第３図 供給熱量ｋＪ−ｋｇ−’ 第 ４ 図 水素／酸素
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）燃焼室に圧送される推進剤流路中に熱交換器を配し
、推進剤のエンタルピーを高めて燃焼室に供給されるよ
うにしたことを特徴とする推進剤加熱部を有するエンジ
ン ２）上記熱交換器の高温側は太陽熱を供給されるように
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の推進
剤加熱部を有するエンジン ３）上記熱交換器は、推進剤圧送ポンプ用タービンを駆
動するための推進剤流路中に配置されたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の推進剤加熱部を有するエ
ンジン ４）上記熱交換器は、推進剤圧送用ポンプとその駆動タ
ービンの間に配置されたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の推進剤加熱部を有するエンジン
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62252221A JPH0823336B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 推進剤加熱部を有するエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62252221A JPH0823336B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 推進剤加熱部を有するエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0196452A true JPH0196452A (ja) | 1989-04-14 |
| JPH0823336B2 JPH0823336B2 (ja) | 1996-03-06 |
Family
ID=17234196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62252221A Expired - Lifetime JPH0823336B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 推進剤加熱部を有するエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0823336B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010540830A (ja) * | 2007-10-08 | 2010-12-24 | アストリウム・エス・エー・エス | 慣性円盤を使用してロケットエンジンのポンプに動力供給するためのデバイス |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61201871A (ja) * | 1985-02-27 | 1986-09-06 | メツセルシユミツト‐ベルコウ‐ブローム・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング | 液体ロケツトを作動させるための方法およびこの方法を実施するためのロケツト推進機構 |
-
1987
- 1987-10-06 JP JP62252221A patent/JPH0823336B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61201871A (ja) * | 1985-02-27 | 1986-09-06 | メツセルシユミツト‐ベルコウ‐ブローム・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング | 液体ロケツトを作動させるための方法およびこの方法を実施するためのロケツト推進機構 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010540830A (ja) * | 2007-10-08 | 2010-12-24 | アストリウム・エス・エー・エス | 慣性円盤を使用してロケットエンジンのポンプに動力供給するためのデバイス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0823336B2 (ja) | 1996-03-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |