JPH03194158A - タービンラムジェットエンジン - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はタービンラムジェットエンジンの改良に関す
るものである。

［従来の技術］ 近年、離陸時の低速度から大高度（最高的３０ｋｍ）に
おける超音速の範囲まで速度調整を可能とし、極めて用
途が広い「極超音速飛行計画」と呼ばれる分野において
、複合タービンラムジェットエンジンが再び重要視され
ている。極超音速飛行計画は、特に次の２段階からなる
宇宙飛行装置計画（ゼンガー・プロジェクト）を含む。

第１段階は、大気圏内のみで使用される第１の飛行装置
によって実行され、第２段階は前記第１の飛行装置によ
って例えばスペースシャトルのように背中に乗せて運搬
される第２の飛行装置によって実行される。このような
第２の飛行装置においては、大気圏上方における宇宙飛
行を目的として、適当なロケット推進システムにより所
定の飛行軌道を自刃で推進できる。したがって、第１段
階に使用される飛行装置は帰還および再使用が可能とな
るように構成され、従来の飛行機同様に離着陸できるも
のでなければならない。

たとえば、このような飛行装置に使用される複合タービ
ンラムジェットエンジンにおいては、般に、飛行速度が
マツハ約３に達するとターボエンジンが持続的に遮断さ
れる一方、ラムジェット推進が持続的に作動し、後者だ
けで最高マツハ４〜５以上の所期の超音速または極超音
速に達する。

その際、マツハ約２以上の飛行速度は「アフタバーナを
投入したジェットエンジン」の複合運転において達成す
ることができる。アフターバーナは、シェツトエンジン
後部に接続され、場合により圧縮機空気もしくは送風機
空気とエンジン排気とを組み合わせて噴射するように構
成され、ターボシェツトエンジンを遮断して専ら適当量
の外気を供給し、特別の燃料噴射手段および燃焼安定装
置を作動させることにより、ラムジェットエンジン推進
系を構成することかできる。インテークノズルおよび推
進用ノズルの形状を適当に調整することにより、そのよ
うなエンジンの極超音速運転において、ターボエンジン
は遮断もしくは停止する。その際、外側の圧縮空気ダク
トに必要な圧縮空気が流入し、たとえばターボエンジン
端部の下流側でラムジェット運転時の補助燃焼室に送ら
れる。

この場合、ターボエンジンの必要な遮断装置は特別重要
である。すなわち、ラムジェット運転時にはターボエン
ジンの遮断位置または閉鎖位置において、比較的高温（
約１．７００°Ｃ）の圧縮空気によるターボエンジンの
損傷は最小限にとどまるからである。これは遮断装置自
体にも該当する。

遮断装置は十分頑丈にかつ安全性を重視して形成される
と同時に、たとえば亜音速運転においてエンジン入口か
らターボエンジンへの空気力学的に最適な空気流入を保
証しなければならない。

ターボエンジンが給気側で時に応して隠蔽または露出さ
れるようにするため、エンジン軸方向に移動自在な流線
型の中心体か、たとえば軸方向に移動可能な環状スライ
ドバルブと組み合わせて設けられる。環状スライドバル
ブは、中心対の移動に合わせて圧縮空気の圧縮空気ダク
トへの供給を時に応じて解除または遮断する。このよう
なコンセプトでは、全推進装置の外径がかなり大きくな
ってしまう。すなわち、い、時に応じて必要な圧縮空気
ダクト、特にターボエンジンの圧縮機への給気面積およ
び給気経路を、中心体の最大直径の下流側で、特に要求
されて流速およびマツハ数との関連で確保しなければな
らない。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記の外周拡張は、空気力学的な効力と
重量の点で欠点がある。しかも、中心体を設けること自
体、重量増加という欠点が生じる。

このような中心体は、軸方向に移動自在であるか静止し
ているかにかかわらず常時存在し、空気力学損失を伴う
障害物となる。これはとりわけ、エンジンの圧縮機への
給気を解除する場合に問題となる。

［発明の目的］ この発明は、特に比較的小さいエンジン外周（直径）に
おいて遮断手段の形成および配置を改良したものであっ
て、ターボエンジンの遮断時には圧縮空気ダクトへ、お
よび圧縮空気ダクトの遮断時にはターボエンジン（圧縮
機）へ空気力学的に最適な給気を行う冒頭に記載した種
類のエンジンを得ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明のタービンラムジェットエンジンは、圧縮空気
ダクトを、上流側軸延長上でターボエンジンの圧縮機側
の端部の手前入口側で終了させ、ジャケットを、圧縮空
気ダクトの人口側端部方向で多角形に拡張した空気シャ
フトを形成するとともに、圧縮空気ダクトの入口側端部
において貫通口を有するように構成し、遮断手段を、貫
通口において旋回自在に配置されたフラップとし、この
フラップがラムジェットエンジン駆動時に貫通口を開放
し、圧縮空気流に対して鋭角かつ対称形に折り畳んだ流
入空気シャフトの遮断体を形成するように構成したもの
である。

［作用］ 上記構成のタービンラムジェットエンジンの長所は、フ
ラップが同時にターボエンジンと圧縮空気ダクトの遮断
手段をなしていることである。ターボエンジンの単独運
転においてフラップが貫通口に進入したとき、流入空気
ダクトにおいて軸方向にいかなる内部品によっても妨害
されない貫流断面が形成される。ラムジェット運転時に
はターボエンジンか、エンジンの対称面延長上で鋭角も
しくは屋根形に折り畳んだ２枚の正方形または長方形フ
ラップによって遮断され、圧縮空気は開放された貫通口
方向に均等に分配される。この場合、たとえば、圧縮空
気ダクトの部分的に設けた入口側端部を介して該圧縮空
気ダクトの全周に延びる輪郭と接触した左右対向する２
個の貫通口の存在を前提としている。２枚のフラップの
外縁は、四角形ジャケットの直線壁面に沿って気密かつ
可動に配置されなければならない。

また、本発明では、三角形フラップを使用するため、圧
縮空気ダクト入り口側端部と連通ずる貫通口を、ジャケ
ットの外周に概ね全面に同形に設けることが可能である
。

さらに本発明においては、圧縮空気ダクトはターボエン
ジン領域では円形に形成されている。その際、空気シャ
フトを形成するジャケット部分は、圧縮空気ダクトの入
口側端への移行部で初めて四角形または多角形断面に移
行する。これは、空気シャフトと幾何学的に一致した圧
縮空気ダクトの外壁端部にも該当する。換言すれば、遮
断手段と貫通口の配置との関連で、エンジンは最初の完
全な円形エンジン断面（ターボエンジン）から、圧縮空
気ダクトの上流側端部方向において多角形に拡張するの
である。本発明では、貫通口およびフラップは軸方向お
よび周方向において、シャケ。

トの多角形平面に配置もしくは対向している。

［実施例］ 以下に図面を参照しながら本発明の一実施例について詳
細に説明する。

第１図に図式的に示すタービンラムジェットエンジンは
、左から右に見て、多断軸流圧縮機１、環状燃焼室２お
よび該環状燃焼室の後方に接続した１段タービン３から
なる軸中心に配置したターボエンジンを包含する。その
限りで、これは「通常の」単サイクル「ガス発生器」で
ある。その際、タービン３の回転羽根４は軸側で軸流圧
縮機１のドラム状ロータ５と連結して一体的に回転する
。

軸流圧縮機１への入口前方には、静止した円錐体７とタ
ーボエンジンのケーシング状ジャケット８の間に配置し
た支持翼６が接続されている。ジャケット８は、上流側
延長上で空気シャフト９を形成している。空気シャフト
９は前方で全エンジンの可変空気入口部（図示せず）と
連通している。

この実施例では、ダクト外壁１０とターボエンジンのケ
ーシング状ジャケット８の間に包囲された圧縮空気ダク
ト１１およびその入口側端部１１がターボエンジンの前
端部の前方に位置している。

ターボエンジンと圧縮空気ダクト１１の下流側端部には
、噴流管路（図示せず）が接続されている。噴流管路内
には超音速運転（アフターバーナ）と極超音速運転およ
びラムジェット運転（補助バーナ）のための複合燃焼装
置を取り付けることができる。さらに、離陸から犬高度
飛行（極超音速運転）に至る種々の飛行課題に応じて形
状を調整できる調節推進ノズルを噴流管路半部に設ける
ことが可能である。ラムジェット運転時には、停止した
ターボエンジンを、タービン３の下流で燃焼ガス出口側
においても、圧縮空気ダクト１１を通過する圧縮空気流
に対して遮断しなければならない（バルブ構成Ｓ）。

さらに本発明では、少なくともジャケット８は、圧縮空
気ダクト１１の入り口側端部１１′方向において多角形
断面、本実施例では四角形または正方形断面を有しく第
２図参照）、空気シャフト９の輪郭もそれに応じて拡張
している。さらにこの実施例では、ターボエンジンまた
はラムジットエンジンを時に応じて入り口側で遮断する
ための遮断手段は、等面積の４枚の三角形フラップから
なっている。図面には上下フラップをそれぞれ１２．１
３（第１図、第２図）、左右フラップをそれぞれ１４．
１５（第２図）で示す。第２図に、等面積の三角形フラ
ップと寸法が等しい貫通口（１６１７□　１８，１．９
）を示す。これらのフラップは、縁端部がエンジン軸Ａ
に対し直角方向に配置した旋回軸、たとえば２０もしく
は２１　（第３図のフラップ１２．］３）中心に貫通口
（例：１．６．１７）に旋回自在に配置されている。フ
ラップは第１図でたとえば貫通口１４．１５に進入した
閉鎖位置（実線で示す）において、入口側端部１ビで圧
縮空気ダクト１１を遮断する。この方法により、ターボ
エンジン単独運転において、流入空気（矢印Ｆ）が空気
シャフト９内を軸流圧縮機１方向に完全に自由に貫流で
きる。さらに、４枚のフラップ１２．　１３．　１．４
．、　１．５　（第１図、第２図）は、貫通口１．６．
１７，１．８．１９の端部に旋回自在に配置され、破線
で示す他の所定位置において、圧縮空気流Ｓｔ（第１図
）に対して鋭角に折り畳んた空気シャフト９のピラミッ
ド形遮断体を形成し、同時に貫通口１６〜１９（第２図
）を開放する。その際、４個のフラップ外端部によって
形成される遮断体の「先端」は、エンジン軸Ａ上に位置
し、圧縮空気流Ｓｔに向いている。４枚のフラップから
形成されたピラミッド形遮断体は、同時に圧縮空気Ｓｔ
の分配器の働きをし、圧縮空気を貫通ロ０例：第２図の
１７．１６）方向に均等に分割する（例：第１図の矢印
Ｔｉ　Ｔ２）。

第３図に三角形フラップ１２．１３．１４．１５の互い
に接する縁端部を破線て示すが、フラップはピラミッド
形の遮断体を形成することにより、圧縮空気の高圧によ
って互いに密に押し付けられる。このとき、左右に隣接
するフラップの縁端部は、折り畳んだ状態（「ピラミッ
ド」）で互いに全面的に密着するように形成される。こ
の場合において、連接する縁端部を重畳構造とすること
も可能である。

さらに、第３図に示すとおり、フラ・ツブ１２〜１５は
貫通口の下流側の直線端面にヒンジ状（こ旋回自在に取
り付けることができる。した力くって、たとえばフラ・
ノブ１３に対応して端面２１′（よ中白方向に突き出し
た鼻状突出部２２を有する。この突出部２２は、ピボ・
ソト状の旋回軸受番こよりフラ・ツブの対応する縁端部
の開口部に嵌入できる。

さらに本発明では、３個またはそれ以上の等しい三角形
フラップを、シャケ・ノド内の面状貫通部に対応して設
け（この場合、適宜多角形ζこ拡張できる）、圧縮空気
流に対して鋭角１こ折り畳んだ空気シャフトのビラミ・
ノド形遮断体を形成でキル。

このようなピラミッド遮断体は、シャケ・ソト、すなわ
ち空気シャフトの長方形断面の拡張をイテう構成に用い
ることも可能である。この場合、遮断体は長さの等しい
同型の４この三角形フラ・ノブである。そのうち、第１
の対向するフラ・ツブ（ま各々等面積であるが、第２の
対向する各々等面積のフラップより大きい。

本発明では、旋回自在のフラ・ノブを２枚だζすとして
も所望の効果を奏する。したがって、第１図の場合にお
いて、短形断面の２枚のフラップ１２゜１３はジャケラ
ｌ−８における貫通口、この場合は短形貫通口の開放時
に遮断対をなす。これは「屋根形」とよふこともできる
。２枚のフラップ１２゜１３の外側の直線自由端は折り
畳まれて先端部を形成し、エンジン軸Ａにおいて圧縮空
気Ｓｔ内にある。その際、旋回時には２枚のフラップお
よび外側縁端部はジャケット８の直線壁部分に沿って移
動自在であるか、または可動に案内される。

第３図、特に第１図および第２図でも明らかなように、
ジャケット８、したがって空気シャフト９は、ターボエ
ンジン領域に置ける円筒形断面から四角形もしくは正方
形断面に拡張している。同様に、圧縮空気ダクト１１の
外壁１０にもあてはまる。

第１図、および第２図の詳細図において、シャフト９を
形成するジャケット８の上流方向に四角形もしくは正方
形に拡張した部分２３は、エンジンに接続した二重ケー
シング（第１図）の構成部分である。さらに、二重ケー
シングＧは、（Ｅから前方に見て）ダクト外壁１０から
続（壁部分２４を包含する。壁部分２４は最初は部分２
３に対応して拡張し、次にフラップ１２．１３の旋回軸
を包含する面から、再び上流方向に一定距離同形に縮小
する。この方法で、ターボエンジンとエンジン全体の空
気入口の間で取り外し可能な遮断手段を含むエンジンモ
ジュールが形成される。

第４図によると、各々のフラップ、たとえばフラップ１
３は、空気圧または油圧で作動する固有の調整シリンダ
２５、伸縮部材２６、および伸縮部材２６とフラップ１
３と可動に結合したトグルリンク２７を介して旋回でき
る。この場合、全ての調整プリンタを同時に作動するこ
とが前提である。前記トグルリンク２７は伸縮部材２６
と結合する内側端部で、ピン２８を介してリンク軌道２
９において旋回自在であり、かつ、縦方向に移動できる
。圧縮空気流の外側に調整系（リンク、調整シリンダ）
の配置構成を設けることも可能である。

また、本発明においては、軸方向および周方向に直壁の
フラップを製造および使用できる。これらのフラップは
、運転時に比較的高温の圧縮空気が当たる側に耐熱セラ
ミック被覆を施すことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明においては、ターボエンジン
の遮断時には圧縮空気ダクトへ、圧縮空気ダクトの遮断
時にはターボエンジン（圧縮機）へ空気力学的に最適な
給気を行うことができ、比較的小さいエンジン外周（直
径）で遮断手段を構成することができるという優れた効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示し、第１図
は流入空気シャフトに対し上流側軸方向延長状で拡張し
た二重ケーシング構造と、これに組み込まれた２種類の
所定位置におけるフラップからなる遮断システムとを有
するタービン・ラムジェットエンジンの中心縦断面図、
第２図はターボエンジンの前面端部から」二流方向に長
方形もしくは正方形に拡張したダクト外壁の断面形状と
、流入空気シャフトを包囲するジャケット及びこれに包
含された４個の等しい三角形の貫通口とを示すタービン
ラムジェットエンジンの」二流側斜視図、第３図は第１
図のＢ−Ｂ線断面図、第４図は第１図に示すフラップの
調節機構とエンジン部分の拡大図である。 ８・・・・・・ジャケット、９・・・・・空気シャフト
、１０・・・・　ダクト外壁、１１・・・・・圧縮空気
ダクト、１１″　・・・入口側端部、＋２．１３，１４
，１．５フラツプ、 １６．１．７．１．８．１９・・・・・・貫通口。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダクト外壁（１０）とターボエンジンのケーシン
   グ状ジャケット（８）の間に形成された圧縮空気ダクト
   （１１）と、ターボエンジン駆動およびラムジェットエ
   ンジン遮断時にターボエンジンへの流入空気を解除して
   圧縮空気ダクト（１１）を給気側で遮断する遮断手段と
   を有するタービンラムジェットエンジンにおいて、 上記圧縮空気ダクト（１１）は、上流側軸延長上でター
   ボエンジンの圧縮機側の端部の手前入口側で終了し、上
   記ジャケット（８）は、圧縮空気ダクト（１１）の入口
   側端部（１１’）方向で多角形に拡張した空気シャフト
   を形成するとともに、圧縮空気ダクト（１１）の入口側
   端部（１１’）において貫通口（１６、１７、１８、１
   ９）を有し、 上記遮断手段は、貫通口において旋回自在に配置された
   フラップ（１２、１３、１４、１５）であり、該フラッ
   プがラムジェットエンジン駆動時に前記貫通口を開放し
   、圧縮空気流に対して鋭角かつ対称形に折り畳んだ流入
   空気シャフト（９）の遮断体を形成することを特徴とす
   るタービンラムジェットエンジン。
2. （２）前記ジャケットおよびターボエンジンの空気流入
   シャフトの断面形状が、ターボエンジンから出発して最
   初の円筒形から四角形または正方形に拡張していること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のタービンラ
   ムジェットエンジン。
3. （３）前記フラップは、少なくとも２枚が各々前記貫通
   口の上流側端部において横軸中心に旋回自在に配置され
   、遮断位置において前記フラップと形状の等しい貫通口
   に進入し、該貫通口を空気力学的に同一面で閉鎖するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記
   載のタービンラムジェットエンジン。
4. （４）前記フラップは（１３）、貫通口の対応する直線
   縁端部（２１）にヒンジ結合されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   のタービンラムジェットエンジン。
5. （５）前記遮断手段は、少なくとも３枚の等面積および
   同形の三角形フラップであり、このフラップがラムジェ
   ットエンジン投入時に貫通口を開放する所定位置におい
   て、圧縮空気流に対し鋭角に折り畳んだ流入空気シャフ
   トのピラミッド形遮断体を形成することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のタ
   ービンラムジェットエンジン。
6. （６）ジャケットおよびターボエンジンの流入空気シャ
   フトの断面形状が長方形に拡張し、前記遮断手段が長さ
   の等しい４枚の三角形フラップで構成されるとともに、
   第１の相対向するフラップがそれぞれ等面積であり、第
   ２の相対向する等面積のフラップより大きく、すべての
   フラップがラムジェットエンジン投入時に貫通口を開放
   する所定位置において、圧縮空気流に対して鋭角に折り
   畳んだ流入空気シャフトのピラミッド形遮断体を形成す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項
   のいずれかに記載のタービンラムジェットエンジン。
7. （７）上流方向において多角形に拡張した流入空気シャ
   フト（９）のジャケット（８）の部分（２３）が、ター
   ボエンジンの前方に接続し、圧縮空気ダクト（１１）の
   入口側端部を包囲する二重ケーシング（Ｇ）の一部をな
   すことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項
   のいずれかに記載のタービンラムジェットエンジン。
8. （８）前記二重ケーシング（Ｇ）における圧縮空気ダク
   ト（１１）のダクト外壁（１０）に続く壁部分（２４）
   が、ジャケット（８）の部分（２３）に対応して立体幾
   何学的に拡張し、フラップ（１２、１３）の各々の旋回
   軸を包含する横断面から上流方向に一定区間だけ均一に
   縮小していることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第７項のいずれかに記載のタービンラムジェットエ
   ンジン。
9. （９）前記各々のフラップは、固有の空気圧または油圧
   式調整シリンダおよび伸縮部材ならびにこの伸縮部材と
   フラップとに可動に結合するトグルリンクを介して旋回
   自在であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第８項のいずれかに記載のタービンラムジェットエン
   ジン。
10. （１０）前記トグルリンクは、内側端部でピンを介して
    リンク軌道において旋回自在であり、かつ、縦方向に移
    動自在に配置されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第９項に記載のタービンラムジェットエンジン。