JPH0370108B2 - - Google Patents
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- JPH0370108B2 JPH0370108B2 JP16298784A JP16298784A JPH0370108B2 JP H0370108 B2 JPH0370108 B2 JP H0370108B2 JP 16298784 A JP16298784 A JP 16298784A JP 16298784 A JP16298784 A JP 16298784A JP H0370108 B2 JPH0370108 B2 JP H0370108B2
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- oxygen
- combustion chamber
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
- F02K9/44—Feeding propellants
- F02K9/56—Control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
- F02K9/44—Feeding propellants
- F02K9/46—Feeding propellants using pumps
- F02K9/48—Feeding propellants using pumps driven by a gas turbine fed by propellant combustion gases or fed by vaporized propellants or other gases
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、地上近く用のエンジンおよび高所用
のエンジンとして作動し、推進ノズルを設けた主
燃焼室と予燃焼室を有し、酸素を多量に含むガス
が予燃焼室で発生し、このガスが続いて主燃焼室
に流入し、この主燃焼室が地上近くでの運転のと
きに酸素を多くして運転され、高所運転のときに
水素を少しだけ多くして運転される、液体酸素と
液体水素で働くバイパス型ロケツトエンジンの運
転方法およびこの方法を実施するためのバイパス
型ロケツトエンジンに関する。
のエンジンとして作動し、推進ノズルを設けた主
燃焼室と予燃焼室を有し、酸素を多量に含むガス
が予燃焼室で発生し、このガスが続いて主燃焼室
に流入し、この主燃焼室が地上近くでの運転のと
きに酸素を多くして運転され、高所運転のときに
水素を少しだけ多くして運転される、液体酸素と
液体水素で働くバイパス型ロケツトエンジンの運
転方法およびこの方法を実施するためのバイパス
型ロケツトエンジンに関する。
実用搭載量を宇宙へ運ぶためのキヤリア航空機
の駆動用反動エンジンの運動理論によれば、地上
近くでの飛行および非常に高い所または真空空間
での飛行において最適の状態を得るために、地上
近くの運転では例えば酸素およびケロシンのよう
な密度の高い対をなす燃料を使用し、非常に高い
所では密度が小さく比出力が大きな対をなす燃料
を用いることが要求される。この燃料選択の理由
は次の点にある。すなわち、スタートおよび上昇
時には燃料タンク容量を比較的に小さくして多量
の燃料を供給する必要があり一方、真空空間での
運転の場合には空気抵抗がないので、タンク容量
は大切な問題ではなく、かつ水素がもたらす大き
な比推力の利点を不都合なく利用できるという点
にある。
の駆動用反動エンジンの運動理論によれば、地上
近くでの飛行および非常に高い所または真空空間
での飛行において最適の状態を得るために、地上
近くの運転では例えば酸素およびケロシンのよう
な密度の高い対をなす燃料を使用し、非常に高い
所では密度が小さく比出力が大きな対をなす燃料
を用いることが要求される。この燃料選択の理由
は次の点にある。すなわち、スタートおよび上昇
時には燃料タンク容量を比較的に小さくして多量
の燃料を供給する必要があり一方、真空空間での
運転の場合には空気抵抗がないので、タンク容量
は大切な問題ではなく、かつ水素がもたらす大き
な比推力の利点を不都合なく利用できるという点
にある。
ロケツトエンジンを地上近く用エンジンおよび
高所用エンジンとして使用できるようにするため
に、例えば1978年７月25日〜27日のATAA／
SAE 14 TH−Paper〓Joint Propulsion
Conference”の特に第３頁に示されているよう
に、このようなエンジンを両運転相において液体
水素と液体酸素で運転することが知られている。
このロケツトエンジンは推進ノズルを取付けた１
つの主燃焼室と３つの予燃焼室を備え、この予燃
焼室の２つは酸素に富むプロペラントを発生し、
他の１つは水素に富むプロペラントを発生する。
このロケツトエンジンは地上近くの領域では３つ
すべての予燃焼室のプロペラントを酸素過剰の主
燃焼室に搬入することによつて作動する。この場
合、比推力は小さいが燃料密度は大である。従つ
て、キヤリア航空機の構造容積は全体として小さ
くなる。非常に高い所または真空空間ではこのロ
ケツトエンジンは酸素に富む状態で運転される予
燃室を遮断することによつて水素を少しだけ多く
して、すなわち最適の推力状態で作動する。
高所用エンジンとして使用できるようにするため
に、例えば1978年７月25日〜27日のATAA／
SAE 14 TH−Paper〓Joint Propulsion
Conference”の特に第３頁に示されているよう
に、このようなエンジンを両運転相において液体
水素と液体酸素で運転することが知られている。
このロケツトエンジンは推進ノズルを取付けた１
つの主燃焼室と３つの予燃焼室を備え、この予燃
焼室の２つは酸素に富むプロペラントを発生し、
他の１つは水素に富むプロペラントを発生する。
このロケツトエンジンは地上近くの領域では３つ
すべての予燃焼室のプロペラントを酸素過剰の主
燃焼室に搬入することによつて作動する。この場
合、比推力は小さいが燃料密度は大である。従つ
て、キヤリア航空機の構造容積は全体として小さ
くなる。非常に高い所または真空空間ではこのロ
ケツトエンジンは酸素に富む状態で運転される予
燃室を遮断することによつて水素を少しだけ多く
して、すなわち最適の推力状態で作動する。
両運転相のための前記公知ロケツトエンジンは
構造的な質および量に関するコストが大であり、
これによつて高価でありかつスタート時の重量が
比較的に大である。
構造的な質および量に関するコストが大であり、
これによつて高価でありかつスタート時の重量が
比較的に大である。
本発明の課題は、概念的に簡単であり、それに
よつて公知の比較し得るエンジン装置よりも製作
コストが安くかつ軽量であり、その際その欠点を
除去しかつ前記の利点を持ち続ける、冒頭に述べ
た種のバイパス型ロケツトエンジンの運転方法お
よびこの方法を実施するためのエンジンを提供す
ることである。
よつて公知の比較し得るエンジン装置よりも製作
コストが安くかつ軽量であり、その際その欠点を
除去しかつ前記の利点を持ち続ける、冒頭に述べ
た種のバイパス型ロケツトエンジンの運転方法お
よびこの方法を実施するためのエンジンを提供す
ることである。
この課題は地上近く用のエンジンおよび高所用
のエンジンとして作動し、推進ノズルを設けた主
燃焼室と予燃焼室を有し、酸素を多量に含むがガ
ス予燃焼室で発生し、このガスが続いて主燃焼室
に流入し、この主燃焼室が地上近くでの運転のと
きに酸素を多くして運転され、高所運転のときに
水素を少しだけ多くして運転される、液体酸素と
液体水素で動くバイパス型ロケツトエンジンの運
転方法において、地上近くでの運転および非常に
高い所での運転のときにそれぞれ同じ量の液体酸
素および液体水素が主燃焼室に直接的に供給さ
れ、その際酸素と水素の質量比が約６：１であ
り、地上近くでの運転のときだけ、予燃焼室内で
発生した、酸素と水素の質量比が約20：１の酸素
に富むガスが付加的に主燃焼室１に供給され、そ
れによつて地上近くでの運転のときに主燃焼室が
約13：１の酸素と水素の質量比で作動し、非常に
高い所での運転では予燃焼室が遮断されることに
よつて解決される。
のエンジンとして作動し、推進ノズルを設けた主
燃焼室と予燃焼室を有し、酸素を多量に含むがガ
ス予燃焼室で発生し、このガスが続いて主燃焼室
に流入し、この主燃焼室が地上近くでの運転のと
きに酸素を多くして運転され、高所運転のときに
水素を少しだけ多くして運転される、液体酸素と
液体水素で動くバイパス型ロケツトエンジンの運
転方法において、地上近くでの運転および非常に
高い所での運転のときにそれぞれ同じ量の液体酸
素および液体水素が主燃焼室に直接的に供給さ
れ、その際酸素と水素の質量比が約６：１であ
り、地上近くでの運転のときだけ、予燃焼室内で
発生した、酸素と水素の質量比が約20：１の酸素
に富むガスが付加的に主燃焼室１に供給され、そ
れによつて地上近くでの運転のときに主燃焼室が
約13：１の酸素と水素の質量比で作動し、非常に
高い所での運転では予燃焼室が遮断されることに
よつて解決される。
本発明によるこの方法を実施するために、酸素
ポンプと水素ポンプを備え、この酸素ポンプが貯
蔵容器から圧力管路を経て主燃焼室の噴射ヘツド
へ直接的に酸素を搬送し、水素ポンプが貯蔵容器
から圧力管路を経て推進ノズルおよびその壁およ
び主燃焼室の壁内を通つてその噴射ヘツドへ搬送
するバイパス型ロケツトエンジンにおいて、予燃
焼室に通じる酸素バイパス管路が主燃焼室の噴射
ヘツドへ延びる酸素圧力管路から分岐し、予燃焼
室に通じる水素バイパス管路が推進ノズル壁へ延
びる水素圧力管路から分岐し、この両バイパス管
路内にそれぞれ１個の遮断弁が設けられ、この両
遮断弁が地上近くでの運転のときに開放し、非常
に高い所での運転のときに閉じていることが提案
される。
ポンプと水素ポンプを備え、この酸素ポンプが貯
蔵容器から圧力管路を経て主燃焼室の噴射ヘツド
へ直接的に酸素を搬送し、水素ポンプが貯蔵容器
から圧力管路を経て推進ノズルおよびその壁およ
び主燃焼室の壁内を通つてその噴射ヘツドへ搬送
するバイパス型ロケツトエンジンにおいて、予燃
焼室に通じる酸素バイパス管路が主燃焼室の噴射
ヘツドへ延びる酸素圧力管路から分岐し、予燃焼
室に通じる水素バイパス管路が推進ノズル壁へ延
びる水素圧力管路から分岐し、この両バイパス管
路内にそれぞれ１個の遮断弁が設けられ、この両
遮断弁が地上近くでの運転のときに開放し、非常
に高い所での運転のときに閉じていることが提案
される。
本発明による方法とこの方法を実施するために
用いられる装置によつて、従来のバイパス型ロケ
ツトエンジンを地上近く用エンジンおよび高所用
エンジンとして作動させることができる。その
際、もとのエンジンまたは基礎とするエンジンに
おける、地上相と高所相での冷却状態と噴射状態
は変らない。なぜなら、前記両運転相のときにそ
れぞれ同じ量の液体酸素および液体水素が主燃焼
室に供給されるからである。この場合、酸素対水
素の質量比が６：１であるので、主燃焼室の冷却
システムと噴射システムを両運転範囲にわたつて
最適に設計することができる。更に、きわめて大
きな水素の冷却能力が地上近くの運転のときに推
進ノズル壁と燃焼室壁の充分な冷却を保証する。
この地上近くの運転のときには主燃焼室で最大出
力が発生し、たとえ主燃焼室で処理される水素の
半分しか冷却に用いられなくても、推進ノズル壁
と燃焼室壁からの熱放出が増大する。
用いられる装置によつて、従来のバイパス型ロケ
ツトエンジンを地上近く用エンジンおよび高所用
エンジンとして作動させることができる。その
際、もとのエンジンまたは基礎とするエンジンに
おける、地上相と高所相での冷却状態と噴射状態
は変らない。なぜなら、前記両運転相のときにそ
れぞれ同じ量の液体酸素および液体水素が主燃焼
室に供給されるからである。この場合、酸素対水
素の質量比が６：１であるので、主燃焼室の冷却
システムと噴射システムを両運転範囲にわたつて
最適に設計することができる。更に、きわめて大
きな水素の冷却能力が地上近くの運転のときに推
進ノズル壁と燃焼室壁の充分な冷却を保証する。
この地上近くの運転のときには主燃焼室で最大出
力が発生し、たとえ主燃焼室で処理される水素の
半分しか冷却に用いられなくても、推進ノズル壁
と燃焼室壁からの熱放出が増大する。
地上近くの運転相と高所の運転相のときに噴射
ヘツドが同じ構造的噴射状態で作動し得るように
するために、本発明の実施態様では、噴射ヘツド
が、地上近くの運転のときに予燃焼室で発生する
ガスを主燃焼室に搬入するための特殊な吹込み装
置を備えている。この吹込み装置は本発明の他の
実施態様に従つて噴射ヘツドの中央に設けられて
いる。
ヘツドが同じ構造的噴射状態で作動し得るように
するために、本発明の実施態様では、噴射ヘツド
が、地上近くの運転のときに予燃焼室で発生する
ガスを主燃焼室に搬入するための特殊な吹込み装
置を備えている。この吹込み装置は本発明の他の
実施態様に従つて噴射ヘツドの中央に設けられて
いる。
図には本発明による実施例が示されている。
図示のバイパス型ロケツトエンジンは実質的
に、前方に設けた噴射ヘツド２と後方に設けた推
進ノズル３を有する主燃焼室１、予燃焼室４、酸
素ポンプ５、水素ポンプ６、ポンプ駆動タービン
７、酸素貯蔵容器８、水素貯蔵容器９、バイパス
推進ノズル１０、酸素供給管路１１、水素供給管
路１２、酸素圧力管路１３、水素圧力管路１４、
予燃焼室４から噴射ヘツド２に至るガス管路１
５、遮断弁１７を備えかつ予燃焼室４に通じる酸
素分岐管１６、遮断弁１９を備えかつ予燃焼室４
に通じる水素管路１８、推進ノズル３の端部から
ポンプ駆動タービン７まで延びているバイパスプ
ロペラント管路20およびバイパスノズル１０まで
延びているタービン排ガス管路２１からなつてい
る。
に、前方に設けた噴射ヘツド２と後方に設けた推
進ノズル３を有する主燃焼室１、予燃焼室４、酸
素ポンプ５、水素ポンプ６、ポンプ駆動タービン
７、酸素貯蔵容器８、水素貯蔵容器９、バイパス
推進ノズル１０、酸素供給管路１１、水素供給管
路１２、酸素圧力管路１３、水素圧力管路１４、
予燃焼室４から噴射ヘツド２に至るガス管路１
５、遮断弁１７を備えかつ予燃焼室４に通じる酸
素分岐管１６、遮断弁１９を備えかつ予燃焼室４
に通じる水素管路１８、推進ノズル３の端部から
ポンプ駆動タービン７まで延びているバイパスプ
ロペラント管路20およびバイパスノズル１０まで
延びているタービン排ガス管路２１からなつてい
る。
特に第２、４図に示すように、噴射ヘツド２
は、予燃焼室４内で発生した酸素に富むガスGV
のための中央の吹込み装置２２と、酸素分配室２
３と、水素分配室２５を含んでいる。酸素OHは
酸素分配室２３から多数の噴射ノズル24を通つて
主燃焼室１内に達する。水素HHは水素分配室２
５から多数の噴射孔２６を通つて主燃焼室１の中
へ噴射される。
は、予燃焼室４内で発生した酸素に富むガスGV
のための中央の吹込み装置２２と、酸素分配室２
３と、水素分配室２５を含んでいる。酸素OHは
酸素分配室２３から多数の噴射ノズル24を通つて
主燃焼室１内に達する。水素HHは水素分配室２
５から多数の噴射孔２６を通つて主燃焼室１の中
へ噴射される。
本発明によるバイパス型ロケツトエンジンは次
の如く作用する。
の如く作用する。
スタート時および地面に近い位置での運転のと
きには、第１、２図から判るように、予燃焼室４
も稼働している。すなわち、両遮断弁１７，１９
が開放しているので、多量の酸素OVと水素HV
がバイパス管路１６，１８を通つて予燃焼室４に
達し、そこで互いに反応する。このようにして発
生した酸素に富むガスGVは吹込み装置２２を通
つて主燃焼室１の中に流入する。主燃焼室１には
更に、酸素OHが圧力管路１３と分配室２３と噴
射ノズル２４を経て直接的に供給され、かつ水素
HHが圧力管路１４と分配室２５と噴射ノズル２
６を経て主燃焼室１に流入する。
きには、第１、２図から判るように、予燃焼室４
も稼働している。すなわち、両遮断弁１７，１９
が開放しているので、多量の酸素OVと水素HV
がバイパス管路１６，１８を通つて予燃焼室４に
達し、そこで互いに反応する。このようにして発
生した酸素に富むガスGVは吹込み装置２２を通
つて主燃焼室１の中に流入する。主燃焼室１には
更に、酸素OHが圧力管路１３と分配室２３と噴
射ノズル２４を経て直接的に供給され、かつ水素
HHが圧力管路１４と分配室２５と噴射ノズル２
６を経て主燃焼室１に流入する。
圧力管路１４は末拡がりの推進ノズル領域で環
状通路２７に注いでいる。この環状通路から水素
の一部HHhが後方へ流れ、その際後方の推進ノ
ズル壁部分を冷却し、そして後方の環状通路２８
に集められる。この後方環状通路にはプロペラン
ト管路２０が接続されている。水素の他の部分
HHvは推進ノズル３壁の前方領域と燃焼室１の
壁を流通し、そして分配室２５に達する。
状通路２７に注いでいる。この環状通路から水素
の一部HHhが後方へ流れ、その際後方の推進ノ
ズル壁部分を冷却し、そして後方の環状通路２８
に集められる。この後方環状通路にはプロペラン
ト管路２０が接続されている。水素の他の部分
HHvは推進ノズル３壁の前方領域と燃焼室１の
壁を流通し、そして分配室２５に達する。
バイパス型ロケツトエンジンの高所運転への切
換えは弁１７，１９を用いて両管路１６，１８を
遮断することによつて行われる。この運転相は第
３、４図に示されている。この場合、予燃焼室４
は稼働しない。
換えは弁１７，１９を用いて両管路１６，１８を
遮断することによつて行われる。この運転相は第
３、４図に示されている。この場合、予燃焼室４
は稼働しない。
第１図はバイパス型ロケツトエンジンの地上近
くでの運転状態を示す図、第２図は噴射ヘツドの
地上近くでの運転状態を示す図、第３図はバイパ
ス型ロケツトエンジンの高所運転状態を示す拡大
図、第４図は噴射ヘツドの高所運転状態を示す拡
大図である。 １……主燃焼室、２……噴射ヘツド、４……予
燃焼室、１３……酸素圧力管路、１４……水素圧
力管路、１６……酸素バイパス管路、１７，１９
……遮断弁、１８……水素バイパス管、２２……
吹込み装置、GV……ガス、HH，HV……水素、
OH，OV……酸素。
くでの運転状態を示す図、第２図は噴射ヘツドの
地上近くでの運転状態を示す図、第３図はバイパ
ス型ロケツトエンジンの高所運転状態を示す拡大
図、第４図は噴射ヘツドの高所運転状態を示す拡
大図である。 １……主燃焼室、２……噴射ヘツド、４……予
燃焼室、１３……酸素圧力管路、１４……水素圧
力管路、１６……酸素バイパス管路、１７，１９
……遮断弁、１８……水素バイパス管、２２……
吹込み装置、GV……ガス、HH，HV……水素、
OH，OV……酸素。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 地上近く用のエンジンおよび高所用のエンジ
ンとして作動し、推進ノズルを設けた主燃焼室と
予燃焼室を有し、酸素を多量に含むガスが予燃焼
室で発生し、このガスが続いて主燃焼室に流入
し、この主燃焼室が地上近くでの運転のときに酸
素を多くして運転され、高所運転のときに水素を
少しだけ多くして運転される、液体酸素と液体水
素で動くバイパス型ロケツトエンジンの運転方法
において、地上近くでの運転および非常に高い所
での運転のときにそれぞれ同じ量の液体酸素OH
および液体水素HHが主燃焼室１に直接的に供給
され、その際酸素OHと水素HHの質量比が約
６：１であり、地上近くでの運転のときにだけ、
予燃焼室４内で発生した、酸素OVと水素HVの
質量比が約20：１の酸素に富むガスGVが付加的
に主燃焼室１に供給され、それによつて地上近く
での運転のときに主燃焼室１が約13：１の酸素
OH＋OVと水素HH＋HVの質量比で作動し、非
常に高い所での運転では予燃焼室４が遮断される
ことを特徴とする運転方法。 ２ 地上近く用のエンジンおよび高所用のエンジ
ンとして作動し、推進ノズルを設けた主燃焼室と
予燃焼室を有し、酸素を多量に含むガスが予燃焼
室で発生し、このガスが続いて主燃焼室に流入
し、この主燃焼室が地上近くでの運転のときに酸
素を多くして運転され、高所運転のときに水素を
少しだけ多くして運転される、液体酸素と液体水
素で動くバイパス型ロケツトエンジンの運転方法
にして、地上近くでの運転および非常に高い所で
の運転のときにそれぞれ同じ量の液体酸素OHお
よび液体水素HHが主燃焼室１に直接的に供給さ
れ、その際酸素OHと水素HHの質量比が約６：
１であり、地上近くでの運転のときにだけ、予燃
焼室４内で発生した、酸素OVと水素HVの質量
比が約20：１の酸素に富むガスGVが付加的に主
燃焼室１に供給され、それによつて地上近くでの
運転のときに主燃焼室１が約13：１の酸素OH＋
OVと水素HH＋HVの質量比で作動し、非常に
高い所での運転では予燃焼室４が遮断される運転
方法を実施するためのバイパス型ロケツトエンジ
ンであつて、酸素ポンプと水素ポンプを備え、こ
の酸素ポンプが貯蔵容器から圧力管路を経て主燃
焼室の噴射ヘツドへ直接的に酸素を搬送し、水素
ポンプが貯蔵容器から圧力管路を経て推進ノズル
およびその壁および主燃焼室の壁内を通つてその
噴射ヘツドへ搬送するバイパス型ロケツトエンジ
ンにおいて、予燃焼室４に通じる酸素バイパス管
路１６が主燃焼室１の噴射ヘツド２へ延びる酸素
圧力管路１３から分岐し、予燃焼室４に通じる水
素バイパス管路１８が推進ノズル壁へ延びる水素
圧力管路１４から分岐し、この両バイパス管路１
６，１８内にそれぞれ１個の遮断弁（１７または
１９）が設けられ、この両遮断弁が地上近くでの
運転のときに開放し、非常に高い所での運転のと
きに閉じていることを特徴とするバイパス型ロケ
ツトエンジン。 ３ 地上近くでの運転時に予燃焼室４内で発生す
るガスGVを主燃焼室１へ搬入するために、噴射
ヘツド２が特殊な吹込み装置２２を備えているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のバイ
パス型ロケツトエンジン。 ４ 予燃焼室４内で発生したガスGVのための特
殊な吹込み装置２２が噴射ヘツド２の中で中央に
設けられていることを特徴とする特許請求の範囲
第３項記載のバイパス型ロケツトエンジン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19833328117 DE3328117A1 (de) | 1983-08-04 | 1983-08-04 | Verfahren zum betreiben eines nebenstrom-raketentriebwerkes |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6053650A JPS6053650A (ja) | 1985-03-27 |
| JPH0370108B2 true JPH0370108B2 (ja) | 1991-11-06 |
Family
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