JPH06330765A - ジェットエンジンの保炎装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ジェットエンジンの保炎装置に係り、燃料と
空気との混合性を向上し、燃料を有効に燃焼させて推力
の向上を図る。 【構成】 気流を挿通させる燃焼ダクト６内に配される
燃料ノズル９と点火栓１０との間に、燃焼ダクト６の軸
線と平行に配され周方向に複数の凹凸部を並列して波板
状筒体に形成されてなるミキサ２３を設けるとともに、
ミキサ２３の凹凸部を、燃焼ダクト６の軸線方向下流に
向けて高低差を漸次増大させるように形成し、燃焼器４
において発生させられた燃焼ガス流Ｂとその外方に流通
させられる空気流Ａとの合流位置直前に燃焼ガス流Ｂと
空気流Ａとを隔離するように配置し、ミキサ２３の隣合
う凹凸部内に燃焼ガス流Ｂと空気流Ａとを交互に流通さ
せることにより、該燃焼ガス流Ｂと空気流Ａとを効率良
く混合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ジェットエンジンの保
炎装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】機体に使用されるジェットエンジンとし
て、主として亜音速域において使用されるガスタービン
エンジンと、超音速域において使用されるラムジェット
エンジンとがある。

【０００３】図４は、ガスタービンエンジン１の従来例
を示している。このガスタービンエンジン１は、空気を
取り入れるファン２と、取り入れられた空気を圧縮する
圧縮機３と、圧縮させられた空気に燃料を混合して燃焼
させる燃焼器４と、該燃焼器４によって発生させられた
燃焼ガスによって前記ファン２・圧縮機３を駆動する出
力タービン５とを具備し、燃焼ガスを排気管６を通して
後方に噴出することにより推力を得るようになってい
る。そして、排気管６内の燃焼ガスを再度燃焼させ燃焼
ガスの噴出速度を増加させることにより推力の向上を図
り得ることが知られており、この推力向上の方法とし
て、アフタバーナ７を排気管６内に配設することが行わ
れる。

【０００４】該アフタバーナ７は、前記出力タービン５
の下流に配される排気管６内に、例えば、三角形断面を
有する円環状の保炎器８を、一頂角を上流側に向けて複
数配設するとともに、該保炎器８の上流側に燃料ノズル
９を配し、該保炎器８の下流側に点火栓１０を配設する
ことにより構成されている。燃焼ガスが保炎器８の周囲
を流通させられると、該保炎器８の後流に乱流域Ｘが形
成され、燃焼ガスと燃料との混合が促進されて点火栓１
０による着火性、保炎性が向上されることになる。

【０００５】一方、超音速で飛行する機体に使用される
ジェットエンジンとして注目されているラムジェットエ
ンジンは、空気がエンジン内に高速で流入する際のラム
圧力によって空気を圧縮するようになっている。したが
って、圧縮機が不要で構造が極めて簡単であり、しか
も、流入空気の速度が高まるほど、すなわち、機体の航
行速度が高くなるほど、その燃焼効率を向上することが
できるので、将来の超音速機用エンジンとして研究が進
められている。

【０００６】ラムジェットエンジンに関する問題の１つ
として、燃焼ダクト内に流通させられる気流が超音速で
あるために、燃料ノズルから噴射される燃料と空気との
混合が難しく、着火性、保炎性が低いという点がある。
これを解決するために、図５に示すように、円筒状の燃
焼ダクト１１内に配されるセンタボディ１２の周囲に、
下流に向けて開口するＶ字またはＵ字状の縦断面を有す
る円環状のガッタ１３（保炎器）を複数配設するととも
に、該ガッタ１３の上流に燃料ノズル９、下流側に点火
栓１０を配置したものが考案されている。そして、前記
ガッタ１３の下流に、気流が亜音速で循環させられる再
循環域Ｙを形成することにより、該再循環域Ｙにおいて
燃料と空気との混合を実施し、該再循環域Ｙに点火栓１
０を配して燃焼状態を保持することができるようになっ
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成の
ガスタービンエンジン１であると、アフタバーナ７によ
る燃焼を促進するために、ファン２によって取り入れた
空気の一部を燃焼器４を通さずに直接排気管６内に導く
ことが行われる。しかしながら、この空気の流れＡ（フ
ァン流）は、燃焼ガスの流れＢ（コア流）に対して外方
に形成され、かつ、コア流Ｂと平行に流通させられるた
めに、保炎器８によって形成される乱流域がファン流Ａ
とコア流Ｂとについてそれぞれ形成されるに過ぎず、該
ファン流Ａとコア流Ｂとの相互の混合性を向上すること
が困難である。このため、燃焼ガスの酸素量を増大させ
ることができず、燃焼効率を向上することができないと
いう問題がある。

【０００８】また、上記構成のラムジェットエンジン１
４であると、ガッタ１３によって再循環域Ｙが形成され
るものの、その領域は極めて小さく、燃料と空気との混
合性、燃料の燃焼によって発生させられる推力の向上を
図ることが困難であるという問題点がある。

【０００９】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、燃料と空気との混合性を向上し、燃料を
有効に燃焼させて高推力を得ることができるジェットエ
ンジンの保炎装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、次の３つの手段を提案している。第１の
手段は、気流を挿通させる燃焼ダクト内に、気流に乗せ
て燃料を噴射する燃料ノズルと、該燃料ノズルの下流に
間隔を空けて配され燃料と空気流との混合気流に着火さ
せる点火栓とを具備するジェットエンジンにおいて、前
記燃料ノズルと前記点火栓との間に、前記燃焼ダクトの
軸線と平行に配されその周方向に複数の凹凸部を並列し
て波板状筒体に形成されてなるミキサを設けるととも
に、該ミキサの凹凸部を、燃焼ダクトの軸線方向下流に
向けて高低差を漸次増大させるように形成したジェット
エンジンの保炎装置を提案している。第２の手段は、燃
焼ダクトが燃焼器の下流に配置されたジェットエンジン
において、ミキサが、燃焼器において発生させられた燃
焼ガス流とその外方に流通させられる空気流との合流位
置直前に該燃焼ガス流と空気流とを隔離するように配置
されているジェットエンジンの保炎装置を提案してい
る。第３の手段は、ミキサの凹凸部が、燃焼ダクトの軸
線方向に沿って軸線回りに一方向に漸次変位させられる
螺旋状に形成されているジェットエンジンの保炎装置を
提案している。

【００１１】

【作用】本発明の第１の手段に係るジェットエンジンの
保炎装置によれば、ミキサの周囲に気流が流通させられ
ると、該ミキサの内外に配される気流が、ミキサの表面
に沿って流通させられる。これらの気流はミキサ内外に
並列して形成された凹凸部に交互に流通させられる間
に、凹凸部の高低差の増大によって同一の半径方向位置
に流通させられることになる。そして、ミキサの下流に
おいて合流されることにより、気流が攪拌され、ミキサ
の上流において噴出された燃料との混合が促進されるこ
とになる。また、本発明の第２の手段に係るジェットエ
ンジンの保炎装置によれば、燃焼ガス流と空気流とがミ
キサの内外にそれぞれ流通させられ、隣り合う凹凸部に
交互に流通させられた後にミキサの下流において合流さ
せられる。これにより、燃焼ガス流と空気流との混合、
および、ミキサの上流において噴出された燃料と燃料ガ
ス流、空気流との混合が促進されることになる。また、
本発明の第３の手段に係るジェットエンジンの保炎装置
によれば、ミキサによって気流が攪拌され燃料と気流と
の混合が促進されるとともに、ミキサの凹凸部が螺旋状
に形成されていることによって、ミキサの後流に旋回流
が発生させられ、燃焼速度が向上させられることにな
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係るジェットエンジンの保炎
装置の第１実施例について、図１および図２を参照して
説明する。なお、本実施例において、図４に示す従来例
と共通する箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。

【００１３】本実施例は、ガスタービンエンジン２０
（ジェットエンジン）に係るものであり、図１に示すよ
うに、空気を取り入れるファン２と、取り入れられた空
気の一部を圧縮する圧縮機３と、圧縮させられた空気に
燃料を混合して燃焼させる燃焼器４と、該燃焼器４によ
って発生させられた燃焼ガスによって前記ファン２・圧
縮機４を駆動する出力タービン５とを具備し、排気管６
（燃焼ダクト）内にアフタバーナ２１が配設されている
点において図４に示す従来例と共通している。また、本
実施例のガスタービンエンジン２０においても、ファン
２によって取り入れられた空気流が燃焼器４を挿通させ
られるコア流Ｂと、該コア流Ｂの半径方向外方の筒状流
路２２を挿通させられるファン流Ａとに分流され、排気
管６において合流される構造とされている。しかし、本
実施例のガスタービンエンジン２０は、アフタバーナ２
１の構造において従来例と相違している。

【００１４】本実施例のガスタービンエンジン２０の保
炎装置において採用されているアフタバーナ２１は、フ
ァン流Ａを流通させる筒状流路２２内壁２２ａの後端
に、該内壁２２ａの一部として筒状のミキサ２３を配設
することにより構成されている。燃料ノズル９は、例え
ば、ミキサ２３の上流に位置する筒状流路２２内に配置
され、点火栓１０は、ミキサ２３の下流位置に配置され
ている。

【００１５】前記ミキサ２３は、図２に示すように、排
気管６の半径方向内方に間隔を空けて同心に配される円
筒状部材であって、その壁面に周方向に間隔をおいて半
径方向内方に複数の突出部２３ａ（凹凸部）を配設する
ことにより、その間に形成される凹部２３ｂ（凹凸部）
とともに全体として波板状筒体に形成されている。前記
突出部２３ａは、ミキサ２３の上流側に配される端部か
ら長手方向下流に向かって突出高さを漸次増大させると
ともに、ミキサ２３の軸心回りに一方向に漸次変位させ
られることにより螺旋状に捩られた形状に形成されてい
る。なお、図２において、符号２３ｃは該ミキサ２３を
排気管６に取り付けるためのフランジ部である。

【００１６】このように構成されたガスタービンエンジ
ン２０の保炎装置の作用について説明すると、ファン２
によって取り入れられた気流が圧縮機３の上流において
ファン流Ａとコア流Ｂとに分流され、ファン流Ａは筒状
流路２２に流通させられ、コア流Ｂは、圧縮機３に投入
される。圧縮機３によって圧縮されたコア流Ｂは、燃焼
器４において燃焼させられた後に出力タービン５を挿通
させられて排気管６内に噴出される。また、ファン流Ａ
は、筒状流路２２を挿通させられて直接排気管６内に噴
出される。

【００１７】ここで、筒状流路２２の後端に配されるミ
キサ２３は、半径方向内方に複数の突出部２３ａを突出
させる波板状筒体に形成されているので、コア流Ｂはミ
キサ２３の内面に沿って、ファン流Ａはミキサ２３の外
面に沿ってそれぞれ流通させられる間に、ミキサ２３を
介して隣接する凹凸部２３ａ・２３ｂ内に交互に流通さ
せられるようになり、ミキサ２３の後端において合流さ
せられる。これにより、コア流Ｂとファン流Ａとが効率
良く混合されることになる。コア流Ｂは、燃焼器４によ
って発生させられた高圧の燃焼ガスであって、少量の未
燃酸素を含有しており、ファン流Ａは、未燃焼の空気流
であるため、該コア流Ｂとファン流Ａとがミキサ２３に
よって混合されることにより、酸素を多量に含んだ高圧
の混合気を合成することができ、その結果、排気管６内
の燃焼が促進されることになる。

【００１８】また、ミキサ２３が螺旋状に形成されてい
るために、ミキサ２３を挿通させられたファン流Ａおよ
びコア流Ｂは、旋回力を付与されて排気管６内で旋回さ
せられるので、燃焼速度が増大させられることになる。
これにより、所望の燃焼を実施するための排気管６の長
さを短縮することが可能となり、ジェットエンジン２０
の軽量化を図ることができる。

【００１９】次に、本発明に係るジェットエンジンの保
炎装置の第２実施例について、図３を参照して説明す
る。本実施例のジェットエンジンの保炎装置は、図３に
示すように、超音速飛行に使用されるラムジェットエン
ジン３０に使用されるものであって、長手方向に沿って
空気流を挿通させる円筒状の燃焼ダクト１１内に、空気
流を分流するセンタボディ１２と、空気流に乗せて燃料
を噴出する燃料ノズル９と、空気流を攪拌する前記第１
の実施例と同等のミキサ２３と、攪拌されることにより
混合された燃料と空気との混合気に着火させる点火栓１
０とを配設することにより構成されている。

【００２０】このように構成されたラムジェットエンジ
ン３０の保炎装置を使用すると、燃焼ダクト１１内に形
成された空気流が燃焼ダクト１１内に配されたミキサ２
３を挿通するときに、該ミキサ２３の上流端において、
該ミキサ２３の内外の気流（内部気流Ｂ・外部気流Ａ）
に一旦分流されるとともに、ミキサ２３の下流端におい
て再度合流されることになる。この場合にあって、ミキ
サ２３の上流端によって分流された気流Ａ・Ｂは、ミキ
サ２３の内外面に沿って流通させられることになるが、
ミキサ２３は、半径方向内方に突出する突出部２３ａに
よって波板形状に形成されているので、内部気流Ｂと外
部気流Ａとは、ミキサ２３を挟んで隣接する凹凸部２３
ａ・２３ｂ内に交互に流通させられることになる。ま
た、ミキサ２３は螺旋状に形成されているので、両気流
Ａ・Ｂはともに旋回力を付与されて偏向されることにな
る。そして、両気流Ａ・Ｂがミキサ２３の下流端を通過
すると、内部気流Ｂと外部気流Ａとを仕切っていた仕切
板としてのミキサ２３が取り払われた状態となり、内部
気流Ｂと外部気流Ａとが再度合流される。このとき、分
離されたことによって発生させられた流通速度・流通方
向の相違によって、両気流Ａ・Ｂが相互に攪拌されるこ
とになる。

【００２１】これにより、ミキサ２３の上流において噴
射され気流Ａ・Ｂに乗せられた燃料は、ミキサ２３によ
る気流の攪拌によって気流Ａ・Ｂ内への混合性を向上さ
れ、ミキサ２３の下流に配される点火栓１０の作動によ
って効率良く燃焼させられることになる。また、旋回力
を付与された気流Ａ・Ｂの燃焼はその燃焼速度が増大さ
せられるので、ミキサ２３の下流の短距離において燃焼
を実施することができる。これにより、燃焼ダクト１１
の長さを短縮して、エンジン３０の軽量化を図ることが
できるという利点がある。

【００２２】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の第１の
手段に係るジェットエンジンの保炎装置は、気流を挿通
させる燃焼ダクト内に配される燃料ノズルと点火栓との
間に、燃焼ダクトの軸線と平行に配され周方向に複数の
凹凸部を並列して波板状筒体に形成されてなるミキサを
設けるとともに、ミキサの凹凸部を、燃焼ダクトの軸線
方向下流に向けて高低差を漸次増大させるように形成し
たので、以下の効果を奏する。 ミキサの内外に配される気流が、ミキサの長手方向
に流通する際に、ミキサを隔てて隣接する凹凸部内を流
通させられ、ミキサの下流において合流されることによ
り効率良く混合されるため、燃焼ダクト内における着火
性、保炎性を向上することができる。 その結果、燃料の燃焼による推力を効率良く引き出
し得て、高推力のジェットエンジンを構成することがで
きる。 また、第２の手段に係るジェットエンジンの保炎装置
は、燃焼ダクトが燃焼器の下流に配置されるジェットエ
ンジンにおいて、ミキサが、燃焼器において発生させら
れた燃焼ガス流とその外方に流通させられる空気流との
合流位置直前に燃焼ガス流と空気流とを隔離するように
配置されているので、ミキサの隣接する凹凸内に燃焼ガ
ス流と空気流とが流通させられて、ミキサの下流におい
て合流されることにより、燃焼ガス流と空気流とを効率
良く混合して燃焼ダクト内における着火性、保炎性を向
上することができるとともに、燃焼ガスの再燃焼を促進
することができるという効果を奏する。また、第３の手
段に係るジェットエンジンの保炎装置は、ミキサの凹凸
部が、燃焼ダクトの軸線方向に沿って軸線回りに一方向
に漸次変位させられる螺旋状に形成されているので、上
記効果に加えて、燃料の燃焼速度を増大させて燃焼ダク
トの短縮化を図り、ジェットエンジンの軽量化を図るこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るジェットエンジンの
保炎装置を示す縦断面図である。

【図２】図１の保炎装置のミキサを示す斜視図である。

【図３】本発明の第２実施例に係るラムジェットエンジ
ンの保炎装置を示す縦断面図である。

【図４】ジェットエンジンの保炎装置の第１の従来例と
してのガスタービンエンジンにおけるものを示す縦断面
図である。

【図５】ジェットエンジンの保炎装置の第２の従来例と
してのラムジェットエンジンにおけるものを示す縦断面
図である。

【符号の説明】

２ ファン ３ 圧縮機 ４ 燃焼器 ５ 出力タービン ６ 排気管（燃焼ダクト） ９ 燃料ノズル １０ 点火栓 １１ 燃焼ダクト ２０ ガスタービンエンジン（ジェットエンジン） ２１ アフタバーナ ２２ 筒状流路 ２２ａ 内壁 ２３ ミキサ ２３ａ 突出部（凹凸部） ２３ｂ 凹部（凹凸部） ２３ｃ フランジ部 ３０ ラムジェットエンジン（ジェットエンジン） Ａ ファン流（空気流） Ｂ コア流（燃焼ガス流）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気流を挿通させる燃焼ダクト内に、気流
   に乗せて燃料を噴射する燃料ノズルと、該燃料ノズルの
   下流に間隔を空けて配され燃料と空気流との混合気流に
   着火させる点火栓とを具備するジェットエンジンにおい
   て、前記燃料ノズルと前記点火栓との間に、前記燃焼ダ
   クトの軸線と平行に配されその周方向に複数の凹凸部を
   並列して波板状筒体に形成されてなるミキサを設けると
   ともに、該ミキサの凹凸部を、燃焼ダクトの軸線方向下
   流に向けて高低差を漸次増大させるように形成したこと
   を特徴とするジェットエンジンの保炎装置。
2. 【請求項２】 燃焼ダクトが燃焼器の下流に配置された
   ジェットエンジンにおいて、ミキサが、燃焼器において
   発生させられた燃焼ガス流とその外方に流通させられる
   空気流との合流位置直前に該燃焼ガス流と空気流とを隔
   離するように配置されていることを特徴とする請求項１
   記載のジェットエンジンの保炎装置。
3. 【請求項３】 ミキサの凹凸部が、燃焼ダクトの軸線方
   向に沿って軸線回りに一方向に漸次変位させられる螺旋
   状に形成されていることを特徴とする請求項１または請
   求項２記載のジェットエンジンの保炎装置。