JPH076455B2 - 組合せ式駆動装置 - Google Patents
組合せ式駆動装置Info
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- JPH076455B2 JPH076455B2 JP2064473A JP6447390A JPH076455B2 JP H076455 B2 JPH076455 B2 JP H076455B2 JP 2064473 A JP2064473 A JP 2064473A JP 6447390 A JP6447390 A JP 6447390A JP H076455 B2 JPH076455 B2 JP H076455B2
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- turbine
- rocket
- compressor
- drive
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- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
- F02C3/06—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages
- F02C3/073—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages the compressor and turbine stages being concentric
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K3/00—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
- F02K3/02—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber
- F02K3/04—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type
- F02K3/072—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type with counter-rotating, e.g. fan rotors
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/4005—Air-breathing propulsion
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外気に依存しないロケットエンジン、このロ
ケットエンジンを同軸に取り囲み、圧縮機が外気に依存
しない少なくとも一つのタービンによって駆動されるタ
ーボジェットエンジン、および場合によっては燃焼室と
推進ノズルの入口範囲と圧縮機範囲がターボジェットエ
ンジンと同一であるラムジェットエンジンを備えてい
る、特に液体水素と液体酸素で運転される、亜音速から
極超音速までの飛行速度のための組合せ式駆動装置に関
する。
ケットエンジンを同軸に取り囲み、圧縮機が外気に依存
しない少なくとも一つのタービンによって駆動されるタ
ーボジェットエンジン、および場合によっては燃焼室と
推進ノズルの入口範囲と圧縮機範囲がターボジェットエ
ンジンと同一であるラムジェットエンジンを備えてい
る、特に液体水素と液体酸素で運転される、亜音速から
極超音速までの飛行速度のための組合せ式駆動装置に関
する。
例えばゼンゲル(Saenger)プロジェクトのような極超
音速飛行装置の場合の主たる問題は適切な駆動装置の選
択にある。その際、普通の軍事用飛行機や旅客機に比べ
て、周囲条件(圧力、温度等)の対応する変化のため
に、特に飛行速度範囲と飛行高度範囲が大幅に広いとい
うことを考慮すべきである。航続距離が長いということ
に関連して当然、駆動装置の効率が重要である。
音速飛行装置の場合の主たる問題は適切な駆動装置の選
択にある。その際、普通の軍事用飛行機や旅客機に比べ
て、周囲条件(圧力、温度等)の対応する変化のため
に、特に飛行速度範囲と飛行高度範囲が大幅に広いとい
うことを考慮すべきである。航続距離が長いということ
に関連して当然、駆動装置の効率が重要である。
所定の要求を充分に満たすためには、1種類のエンジン
では充分でないということが判った。従って、二つまた
はそれ以上の種類のエンジンからなる組合せ式駆動装置
を使用することが強制された。
では充分でないということが判った。従って、二つまた
はそれ以上の種類のエンジンからなる組合せ式駆動装置
を使用することが強制された。
周囲空気圧が充分である低い飛行高度から中間の飛行高
度までの場合には、空気吸込型エンジンを使用すること
が有利である。このエンジンは酸化剤として空気中の酸
素を使用することができる。亜音速から超音速までの速
度範囲には、ターボジェットエンジンが考えられる。運
転状態が周囲条件に対して比較的に無関係である特別な
構造は、“エア−ターボ−ロケット”である。このエン
ジンの場合には、圧縮機の駆動が外気に依存しないター
ビンによって行われ、このタービンはロケット燃焼室か
らの駆動ガスによって動かされる。従って、このエア−
ターボ−ロケットは従来のガスタービンエンジンと比べ
て、広い飛行速度範囲と飛行高度範囲に適している。こ
の場合、エア−ターボ−ロケットは亜音速範囲において
効率が悪い。
度までの場合には、空気吸込型エンジンを使用すること
が有利である。このエンジンは酸化剤として空気中の酸
素を使用することができる。亜音速から超音速までの速
度範囲には、ターボジェットエンジンが考えられる。運
転状態が周囲条件に対して比較的に無関係である特別な
構造は、“エア−ターボ−ロケット”である。このエン
ジンの場合には、圧縮機の駆動が外気に依存しないター
ビンによって行われ、このタービンはロケット燃焼室か
らの駆動ガスによって動かされる。従って、このエア−
ターボ−ロケットは従来のガスタービンエンジンと比べ
て、広い飛行速度範囲と飛行高度範囲に適している。こ
の場合、エア−ターボ−ロケットは亜音速範囲において
効率が悪い。
充分に酸素を含む大気中での一層速い飛行速度には、亜
音速燃焼または超音速燃焼のラムジェットエンジンが適
している(ラムジェットまたスクラムジェット)。
音速燃焼または超音速燃焼のラムジェットエンジンが適
している(ラムジェットまたスクラムジェット)。
最も速い飛行速度と外気に依存しない運転には、主また
は副エンジンとしてのロケットエンジンが適している。
この場合バラストとして酸化剤を飛行装置で一緒に運ば
なければならないので、このロケットエンジンは高い飛
行高度または空気の薄い空間でのみ働かせることが有効
である。
は副エンジンとしてのロケットエンジンが適している。
この場合バラストとして酸化剤を飛行装置で一緒に運ば
なければならないので、このロケットエンジンは高い飛
行高度または空気の薄い空間でのみ働かせることが有効
である。
西独国特許第36 17 915号公報によって組合せ式駆動装
置が知られている。この駆動装置は、ロケットエンジ
ン、ラムジェットエンジンおよびエア−ターボ−ロケッ
トの形をしたターボジェットエンジンからなっている。
置が知られている。この駆動装置は、ロケットエンジ
ン、ラムジェットエンジンおよびエア−ターボ−ロケッ
トの形をしたターボジェットエンジンからなっている。
エア−ターボ−ロケットの圧縮機の駆動タービンはロケ
ットエンジンの推進剤ポンプの駆動装置としての働きも
する。この理由から、タービンと圧縮機の間にクラッチ
を設ける必要がある。このクラッチはロケット運転時に
圧縮機への出力伝達を中断する。ターボジェットエンジ
ンとラムジェットエンジンは一つの一体化されたジェッ
トエンジンとしてまとめられ、流入外気のための共通の
流路を備えている。ラムジェット運転では、アキシャル
低圧圧縮機がその駆動タービンから連結解除され、ター
ビンの羽根は抵抗の弱い位置に揺動させられる(滑空位
置)。すなわち、圧縮機は調節可能な回転羽根を備え、
高い出力、大きな寸法、高い回転数等に基づいて、製作
や構造的にきわめて困難な部品である。この部品は調節
可能な構造であるため、調節不可能な構造よりも製作が
はるかに困難である。伝達すべき出力が大きいので、ク
ラッチも重い部品である。従って、クラッチを備えた調
節可能な圧縮機構造はコスト(製作、保守)、重量、ひ
いては有効荷重、および信頼性に対して不利に作用す
る。
ットエンジンの推進剤ポンプの駆動装置としての働きも
する。この理由から、タービンと圧縮機の間にクラッチ
を設ける必要がある。このクラッチはロケット運転時に
圧縮機への出力伝達を中断する。ターボジェットエンジ
ンとラムジェットエンジンは一つの一体化されたジェッ
トエンジンとしてまとめられ、流入外気のための共通の
流路を備えている。ラムジェット運転では、アキシャル
低圧圧縮機がその駆動タービンから連結解除され、ター
ビンの羽根は抵抗の弱い位置に揺動させられる(滑空位
置)。すなわち、圧縮機は調節可能な回転羽根を備え、
高い出力、大きな寸法、高い回転数等に基づいて、製作
や構造的にきわめて困難な部品である。この部品は調節
可能な構造であるため、調節不可能な構造よりも製作が
はるかに困難である。伝達すべき出力が大きいので、ク
ラッチも重い部品である。従って、クラッチを備えた調
節可能な圧縮機構造はコスト(製作、保守)、重量、ひ
いては有効荷重、および信頼性に対して不利に作用す
る。
西独国特許出願公開第37 38 703号公報により、二系統
型ガスタービンジェットエンジンとラムジェットエンジ
ンからなる組合せ式駆動装置が知られている。この場
合、ガスタービンジェットエンジンの外側の流路はラム
ジェットエンジンの流路と同一である。ターボジェット
運転では、空気は外側の流路内で、互いに反対方向に作
動する、案内羽根のない2個のロータを備えたファンに
よって加速される。ロータの駆動はガスタービンジェッ
トエンジンの内側流路に内に設けた2個のタービンによ
って行われる。ラムジェット運転では、内側の流路が閉
鎖され、ファンの羽根が滑空位置へ揺動させられる。
型ガスタービンジェットエンジンとラムジェットエンジ
ンからなる組合せ式駆動装置が知られている。この場
合、ガスタービンジェットエンジンの外側の流路はラム
ジェットエンジンの流路と同一である。ターボジェット
運転では、空気は外側の流路内で、互いに反対方向に作
動する、案内羽根のない2個のロータを備えたファンに
よって加速される。ロータの駆動はガスタービンジェッ
トエンジンの内側流路に内に設けた2個のタービンによ
って行われる。ラムジェット運転では、内側の流路が閉
鎖され、ファンの羽根が滑空位置へ揺動させられる。
西独国特許第36 17 915号公報と比較して、タービンと
ファンの間にクラッチが必要でないが、両ファンロータ
は調節可能な羽根を備えている。これは同様に、前述の
欠点につながる。更に、二系統型ガスタービンジェット
エンジンはエアーターボロケットよりもはるかに高価で
あり、重く、故障しやすい。外気に依存しない運転は最
後に述べた解決策では(ターボジェットとラムジェット
運転だけしか)不可能である。
ファンの間にクラッチが必要でないが、両ファンロータ
は調節可能な羽根を備えている。これは同様に、前述の
欠点につながる。更に、二系統型ガスタービンジェット
エンジンはエアーターボロケットよりもはるかに高価で
あり、重く、故障しやすい。外気に依存しない運転は最
後に述べた解決策では(ターボジェットとラムジェット
運転だけしか)不可能である。
上記の公知解決策に対して、本発明の課題は、スペース
や重量が節約され、簡単で信頼性がある、ラーボジェッ
トエンジン、外気に依存しないロケットエンジンおよび
場合によってはラムジェットエンジンからなる亜音速か
ら極超音速までの飛行速度のための組合せ式駆動装置を
提供することである。
や重量が節約され、簡単で信頼性がある、ラーボジェッ
トエンジン、外気に依存しないロケットエンジンおよび
場合によってはラムジェットエンジンからなる亜音速か
ら極超音速までの飛行速度のための組合せ式駆動装置を
提供することである。
この課題は、2個の閉鎖装置を備えた余剰燃料で運転さ
れるガス発生器がロケットエンジンに設けられ、このガ
ス発生器がロケット燃焼室またはターボジェットエンジ
ンのタービン群に対して、選択して流れ技術的に連結さ
れ、タービン群と圧縮機群が、中間に接続配置される案
内ホイールを備えていない、反対方向に作動する複数の
ロータからなり、各タービンロータがターボジェットエ
ンジンの各々一つの圧縮機ロータと共に、自由に回転す
るロータを形成し、タービン羽根が圧縮機羽根の半径方
向内側または外側に設けられ、ターボジェットエンジン
の燃焼室に至るタービン群の出口通路が、タービン駆動
ガスを流入外気と混合するための装置として形成されて
いることによって解決される。
れるガス発生器がロケットエンジンに設けられ、このガ
ス発生器がロケット燃焼室またはターボジェットエンジ
ンのタービン群に対して、選択して流れ技術的に連結さ
れ、タービン群と圧縮機群が、中間に接続配置される案
内ホイールを備えていない、反対方向に作動する複数の
ロータからなり、各タービンロータがターボジェットエ
ンジンの各々一つの圧縮機ロータと共に、自由に回転す
るロータを形成し、タービン羽根が圧縮機羽根の半径方
向内側または外側に設けられ、ターボジェットエンジン
の燃焼室に至るタービン群の出口通路が、タービン駆動
ガスを流入外気と混合するための装置として形成されて
いることによって解決される。
ロケットエンジンには余剰燃料で運転されるガス発生器
が設けられている。このガス発生器はターボジェット運
転のときに、ターボジェットエンジン(エア−ターボ−
ロケット)のタービン群のための駆動ガスを発生し、そ
してロケット運転のときにはロケットエンジンの予燃焼
室として作動する。そのために、ガス発生器は選択的に
操作可能な二つの閉鎖装置を備えている。
が設けられている。このガス発生器はターボジェット運
転のときに、ターボジェットエンジン(エア−ターボ−
ロケット)のタービン群のための駆動ガスを発生し、そ
してロケット運転のときにはロケットエンジンの予燃焼
室として作動する。そのために、ガス発生器は選択的に
操作可能な二つの閉鎖装置を備えている。
ターボジェットエンジンのタービン群と圧縮機群は、互
いに反対方向に作動する同じ数のロータからなり、中間
に接続配置されたロータを備えていない。各タービンロ
ータはそれぞれ一つの圧縮機ロータと共に、自由に回転
する統合されたロータを形成する。この場合、タービン
羽根は圧縮機羽根の半径方向内側または外側に設けるこ
とができる。この構造により、駆動軸と軸受個所が省略
され、重量、必要スペースおよび構造的なコストが最小
となる。ロータが反対方向に回転し、案内羽根を備えて
いないので、ラムジェット運転時に圧縮機を小さな流れ
損失でもって“ウインドミリング”で、すなわち自由回
転するよう作動させることができ、圧縮機羽根を調節す
る必要がない。調節不可能なこの構造は重量、製作、信
頼性および組立費用に関して大きな利点があり、このこ
とは特にコストの節約につながる。
いに反対方向に作動する同じ数のロータからなり、中間
に接続配置されたロータを備えていない。各タービンロ
ータはそれぞれ一つの圧縮機ロータと共に、自由に回転
する統合されたロータを形成する。この場合、タービン
羽根は圧縮機羽根の半径方向内側または外側に設けるこ
とができる。この構造により、駆動軸と軸受個所が省略
され、重量、必要スペースおよび構造的なコストが最小
となる。ロータが反対方向に回転し、案内羽根を備えて
いないので、ラムジェット運転時に圧縮機を小さな流れ
損失でもって“ウインドミリング”で、すなわち自由回
転するよう作動させることができ、圧縮機羽根を調節す
る必要がない。調節不可能なこの構造は重量、製作、信
頼性および組立費用に関して大きな利点があり、このこ
とは特にコストの節約につながる。
タービン群の出口通路はターボジェットエンジンの燃焼
室の側が混合装置として形成されている。この混合装置
は燃料に富むタービン駆動ガスを外気と混合させる。ガ
スと空気の混合気を添加した後で、出口通路は炎保持器
の機能も有する。
室の側が混合装置として形成されている。この混合装置
は燃料に富むタービン駆動ガスを外気と混合させる。ガ
スと空気の混合気を添加した後で、出口通路は炎保持器
の機能も有する。
請求項2〜6は請求項1の組合せ式駆動装置の好ましい
実施形を含んでいる。
実施形を含んでいる。
以下、図に示した実施例に基づいて本発明を詳しく説明
する。
する。
本発明による組合せ式駆動装置は少なくとも、外気に依
存しないロケットエンジンと、ターボジェットエンジン
とからなっている。この場合、ターボジェットエンジン
はエア−ターボ−ロケットとして形成されている。必要
な場合には、第3のエンジンとしてラムジェットエンジ
ンを統合することができる。このラムジェットエンジン
はターボジェットエンジンと同じ流路を使用する。それ
によって、両空気吸込エンジンは、入口範囲または圧縮
範囲、燃焼質および推進ノズルに関して同一である。ラ
ムジェットエンジンは勿論、空気入口を超音速ディフュ
ーザ/亜音速ディフューザとして特別に形成することを
前提としている。広い限界内で調節可能な入口が望まし
い。この入口は両運転態様の要件に適合可能である。更
に、ラムジェット運転で自由回転するターボ圧縮機は、
大きな流れ損失、ひいては圧力損失を生じないとうこと
で重要である。ラムジェット運転の他の前提として当
然、共通のターボジェット燃焼室/ラムジェット燃焼室
の範囲に燃料供給装置を設けなければならない。
存しないロケットエンジンと、ターボジェットエンジン
とからなっている。この場合、ターボジェットエンジン
はエア−ターボ−ロケットとして形成されている。必要
な場合には、第3のエンジンとしてラムジェットエンジ
ンを統合することができる。このラムジェットエンジン
はターボジェットエンジンと同じ流路を使用する。それ
によって、両空気吸込エンジンは、入口範囲または圧縮
範囲、燃焼質および推進ノズルに関して同一である。ラ
ムジェットエンジンは勿論、空気入口を超音速ディフュ
ーザ/亜音速ディフューザとして特別に形成することを
前提としている。広い限界内で調節可能な入口が望まし
い。この入口は両運転態様の要件に適合可能である。更
に、ラムジェット運転で自由回転するターボ圧縮機は、
大きな流れ損失、ひいては圧力損失を生じないとうこと
で重要である。ラムジェット運転の他の前提として当
然、共通のターボジェット燃焼室/ラムジェット燃焼室
の範囲に燃料供給装置を設けなければならない。
第1図の組合せ式駆動装置は、主エンジンとして形成さ
れたロケットエンジンを使用している。これは、推測剤
ポンプ18,19の駆動にとって必要なタービン駆動ガスが
ロケット燃焼室3と推進ノズル16を通って流れ、それに
よって推進力発生のために直接寄与することを意味す
る。本例では、二軸のタービン構造体/ポンプ構造体が
示してある。両タービン20,41に代わりに、1個のター
ビンで両ポンプを駆動してもよい。ガス発生器4は本発
明に従って二つの機能を有する。中心線の下側に示して
あるロケット運転では、ガス発生器はロケットエンジン
2の予燃焼室として働きをし、タービン20,41のための
駆動ガスを供給する。このタービンは液体酸素(LOX)
と液体水素(LH2)のための推進剤ポンプ18,19を駆動す
る。ガス発生器4は余剰燃料(LH2)で作動するので、
化学量論的な燃焼のために、LOXをロケット燃料室3に
噴射しなければならない。ガス発生器4は前端部と後端
部にそれぞれ一つの閉鎖装置を備えている。この閉鎖装
置は開口付仕切り5または6と回転弁7,8とからなって
いる。回転弁の角度運動によって、開口付仕切りの周方
向に間隔をおいて分配配置された開口が開放されるかま
たは閉鎖される。開口仕切りと回転弁は、ウェブと開口
が周方向で交互に設けられた比較可能な輪郭を有する。
当然、他の閉鎖装置を使用してもよい。例えば、調節可
能な案内羽根格子のように、半径方向軸線の周りに揺動
可能なフラップで作動するような閉鎖装置を使用するこ
とができる。このフラップは流れ方向およびそれに対し
て横方向に調節可能である。
れたロケットエンジンを使用している。これは、推測剤
ポンプ18,19の駆動にとって必要なタービン駆動ガスが
ロケット燃焼室3と推進ノズル16を通って流れ、それに
よって推進力発生のために直接寄与することを意味す
る。本例では、二軸のタービン構造体/ポンプ構造体が
示してある。両タービン20,41に代わりに、1個のター
ビンで両ポンプを駆動してもよい。ガス発生器4は本発
明に従って二つの機能を有する。中心線の下側に示して
あるロケット運転では、ガス発生器はロケットエンジン
2の予燃焼室として働きをし、タービン20,41のための
駆動ガスを供給する。このタービンは液体酸素(LOX)
と液体水素(LH2)のための推進剤ポンプ18,19を駆動す
る。ガス発生器4は余剰燃料(LH2)で作動するので、
化学量論的な燃焼のために、LOXをロケット燃料室3に
噴射しなければならない。ガス発生器4は前端部と後端
部にそれぞれ一つの閉鎖装置を備えている。この閉鎖装
置は開口付仕切り5または6と回転弁7,8とからなって
いる。回転弁の角度運動によって、開口付仕切りの周方
向に間隔をおいて分配配置された開口が開放されるかま
たは閉鎖される。開口仕切りと回転弁は、ウェブと開口
が周方向で交互に設けられた比較可能な輪郭を有する。
当然、他の閉鎖装置を使用してもよい。例えば、調節可
能な案内羽根格子のように、半径方向軸線の周りに揺動
可能なフラップで作動するような閉鎖装置を使用するこ
とができる。このフラップは流れ方向およびそれに対し
て横方向に調節可能である。
ロケット運転では、前側の閉鎖装置が閉鎖され、駆動ガ
スは後方へのみ出る。
スは後方へのみ出る。
中心線の上側に示したターボ運転では、後側の閉鎖装置
が閉鎖され、燃料に富む駆動ガスはガス発生器4から前
方へ出る。駆動ガスはほぼ180゜偏向され、そしてター
ビン群9に流入する。このタービン群は圧縮機群10の中
で半径方向に設けられている。各タービンローラは圧縮
機ロータと共に、一つの回転自在のロータにまとめられ
ている。この場合、図示では例示的3個のローラ11,12,
13が設けられている。このロータはころがり軸受42上で
回転する。ブレートは固定され、ロータが反対方向に作
動するように向けられている。ロータ11,12,13の間に
は、案内羽根リムは設けられていない。しかし、例えば
タービン群9の手前およびまたは圧縮機群10の後方に案
内羽根を設けると有効である。本発明によるタービン構
造/圧縮機構造(一体、反対回転、案内羽根なし)の主
たる利点は、その重量が軽いということ、コンパクトで
あるということ、機械的な損失が小さいということ、お
よび“ウインドミリング”運転、すなわち空転時に流れ
損失が比較的に小さいということにある。
が閉鎖され、燃料に富む駆動ガスはガス発生器4から前
方へ出る。駆動ガスはほぼ180゜偏向され、そしてター
ビン群9に流入する。このタービン群は圧縮機群10の中
で半径方向に設けられている。各タービンローラは圧縮
機ロータと共に、一つの回転自在のロータにまとめられ
ている。この場合、図示では例示的3個のローラ11,12,
13が設けられている。このロータはころがり軸受42上で
回転する。ブレートは固定され、ロータが反対方向に作
動するように向けられている。ロータ11,12,13の間に
は、案内羽根リムは設けられていない。しかし、例えば
タービン群9の手前およびまたは圧縮機群10の後方に案
内羽根を設けると有効である。本発明によるタービン構
造/圧縮機構造(一体、反対回転、案内羽根なし)の主
たる利点は、その重量が軽いということ、コンパクトで
あるということ、機械的な損失が小さいということ、お
よび“ウインドミリング”運転、すなわち空転時に流れ
損失が比較的に小さいということにある。
燃料に富む駆動ガスはタービン群9を出た後で、扇形ガ
ス分配器(ガス分配器部分)14に達する。このガス分配
器の役割は、燃焼室15内で完全な化学量論的な燃焼を可
能にするために、流入する外気と駆動ガスを混合するこ
とである。扇形ガス分配器14は円形のタービン出口に接
続し、後方へ開放しかつ周方向において波形の壁構造体
からなっている。その際、流路内へ半径方向深く達して
いる範囲が、半径方向内側へずれた範囲と規則的に交互
に設けられているので、軸方向に見た場合、扇形ガス分
配器14の外側輪郭は歯車または花に似ている。扇形分配
器は混合器としての機能のほかに、同時に炎保持器とし
ての役目を有し、燃焼室15の前側の境界をなす。燃焼室
15の排気は収縮−拡散した推進ノズル17を経て外部へ出
る。推進ノズル17の拡散部分44は横断面が変化するよう
に形成され、例えばノズル後端部の周りに揺動可能な多
数のノズルセグメントからなっている。飛行高さが高い
場合、すなわち外圧が高く、ジェット膨張が強い場合の
ロケット運転では、部分44がロケットエンジン2の推進
ノズル16に添えられ、これによってこの部分は第1図の
下側の半分に示してあるように、推進ノズルを流れ技術
的に延長している。
ス分配器(ガス分配器部分)14に達する。このガス分配
器の役割は、燃焼室15内で完全な化学量論的な燃焼を可
能にするために、流入する外気と駆動ガスを混合するこ
とである。扇形ガス分配器14は円形のタービン出口に接
続し、後方へ開放しかつ周方向において波形の壁構造体
からなっている。その際、流路内へ半径方向深く達して
いる範囲が、半径方向内側へずれた範囲と規則的に交互
に設けられているので、軸方向に見た場合、扇形ガス分
配器14の外側輪郭は歯車または花に似ている。扇形分配
器は混合器としての機能のほかに、同時に炎保持器とし
ての役目を有し、燃焼室15の前側の境界をなす。燃焼室
15の排気は収縮−拡散した推進ノズル17を経て外部へ出
る。推進ノズル17の拡散部分44は横断面が変化するよう
に形成され、例えばノズル後端部の周りに揺動可能な多
数のノズルセグメントからなっている。飛行高さが高い
場合、すなわち外圧が高く、ジェット膨張が強い場合の
ロケット運転では、部分44がロケットエンジン2の推進
ノズル16に添えられ、これによってこの部分は第1図の
下側の半分に示してあるように、推進ノズルを流れ技術
的に延長している。
周囲空気圧が高い中間の飛行高さでロケットを運転する
場合には、推進ノズル16が充分なガス膨張にとって充分
である。この場合、外気をロケットジェットにエゼクタ
状に混合するために、推進ノズル17は、ターボジェット
運転またはラムジェット運転と同様に、首範囲が開放し
たままである。
場合には、推進ノズル16が充分なガス膨張にとって充分
である。この場合、外気をロケットジェットにエゼクタ
状に混合するために、推進ノズル17は、ターボジェット
運転またはラムジェット運転と同様に、首範囲が開放し
たままである。
ラムジェット運転では、ガス発生器4が接続解除され、
ロータ11,12,13はウインドミリング運転で回転する。扇
形ガス分配器14の範囲において、燃料にガス状燃料が供
給され、ラム空気と共に燃焼室15内で燃焼する。
ロータ11,12,13はウインドミリング運転で回転する。扇
形ガス分配器14の範囲において、燃料にガス状燃料が供
給され、ラム空気と共に燃焼室15内で燃焼する。
ロケット運転だけでしかターピン20,41が回転しないの
で、ターボジェット運転とラムジェット運転のために付
加的な推進剤供給装置を設けなければならない。その
際,既存の推進剤ポンプ18,19がフリーホイールと付加
的な駆動部を備えていることで充分である。
で、ターボジェット運転とラムジェット運転のために付
加的な推進剤供給装置を設けなければならない。その
際,既存の推進剤ポンプ18,19がフリーホイールと付加
的な駆動部を備えていることで充分である。
空気冷却器43の中を少なくとも、低温推進剤LOX、LH2の
部分量が流れる。空気冷却器は流入する外気を冷却によ
って一層密度を高くし、その流量を多くするという役割
を有する。加熱された推進剤流は直接ガス発生器4また
は他の消費部に供給することができる。
部分量が流れる。空気冷却器は流入する外気を冷却によ
って一層密度を高くし、その流量を多くするという役割
を有する。加熱された推進剤流は直接ガス発生器4また
は他の消費部に供給することができる。
空気流は両図において、一点鎖線の矢印によって示して
ある。
ある。
第2図による組合せ式駆動装置は第1図の駆動装置に対
して、重要な二つの特徴、すなわちロケットエンジンの
構造と圧縮機群/タービン群の構造が異なっている。
して、重要な二つの特徴、すなわちロケットエンジンの
構造と圧縮機群/タービン群の構造が異なっている。
この場合にも、本発明に従ってガス発生器24が設けられ
ている。このガス発生器は一方では、ロケットエンジン
22を予燃焼室として、他方ではエア−ターボ−ロケット
のタービン群29のための駆動ガス発生器として作動す
る。
ている。このガス発生器は一方では、ロケットエンジン
22を予燃焼室として、他方ではエア−ターボ−ロケット
のタービン群29のための駆動ガス発生器として作動す
る。
閉鎖装置はこの場合にも、開口付仕切り25,26と回転弁2
7,28とからなっている。第1図に関連して既に述べたよ
うに、他の構造体を使用することもできる。ターボ運転
(図の上側半分参照)では、駆動ガスがガス発生器24か
ら複数のガス案内管を経てロータ31の外周部まで案内さ
れる。すなわち、タービン群29は圧縮機群30の半径方向
外側にある。この場合にも、タービン羽根と圧縮機羽根
が本発明に従って一体的に連結されている。従って、
“チップ取付け型タービン”の原理が適用される。この
原理により、駆動ガスエネルギーが制限される場合に、
タービントルクを増大させることができる。この場合、
ロータ31,32,33は反対方向に作動し、中間に案内羽根リ
ムを接続配置する必要がない。ロータはそれぞれ自由に
回転できるように軸承されている。
7,28とからなっている。第1図に関連して既に述べたよ
うに、他の構造体を使用することもできる。ターボ運転
(図の上側半分参照)では、駆動ガスがガス発生器24か
ら複数のガス案内管を経てロータ31の外周部まで案内さ
れる。すなわち、タービン群29は圧縮機群30の半径方向
外側にある。この場合にも、タービン羽根と圧縮機羽根
が本発明に従って一体的に連結されている。従って、
“チップ取付け型タービン”の原理が適用される。この
原理により、駆動ガスエネルギーが制限される場合に、
タービントルクを増大させることができる。この場合、
ロータ31,32,33は反対方向に作動し、中間に案内羽根リ
ムを接続配置する必要がない。ロータはそれぞれ自由に
回転できるように軸承されている。
円環状タービン出口に接続された扇経ガス分配器34はこ
の構造では、周方向において波形の内側輪郭を有する。
この内側輪郭は規則的な角度をおいて空気流横断面を大
きくおよび小さく内方へ狭窄している。ガス分配器は燃
焼室35の上流側の端部を形成している。この燃焼室には
収縮−拡散した推進ノズル37が接続している。
の構造では、周方向において波形の内側輪郭を有する。
この内側輪郭は規則的な角度をおいて空気流横断面を大
きくおよび小さく内方へ狭窄している。ガス分配器は燃
焼室35の上流側の端部を形成している。この燃焼室には
収縮−拡散した推進ノズル37が接続している。
ラムジェット運転のために、あるいはターボジェット運
転のときに付加的な燃料を供給するために、扇形ガス分
配器34の範囲には、複数の燃料ノズル48が設けられてい
る。この燃料ノズルのうちの一つが図に示してある。略
語“GH2"は、燃料、ここでは水素を特にガス状状態で添
加混合することを意味する。このような燃料は当然、第
1図の装置にも設けることができる。
転のときに付加的な燃料を供給するために、扇形ガス分
配器34の範囲には、複数の燃料ノズル48が設けられてい
る。この燃料ノズルのうちの一つが図に示してある。略
語“GH2"は、燃料、ここでは水素を特にガス状状態で添
加混合することを意味する。このような燃料は当然、第
1図の装置にも設けることができる。
第2図に示した推進剤分配は、ロケットエンジン22とタ
ージェットエンジンの平行運転を可能にする。その際、
ガス発生器24はロケット燃焼室23の側が閉鎖され、ター
ビン群29のための駆動ガスだけを供給する。ロケット燃
焼室23には、LOXとLH2が化学量論比で噴射され、そのと
きロケットエンジンは予燃焼室なしに作動する。
ージェットエンジンの平行運転を可能にする。その際、
ガス発生器24はロケット燃焼室23の側が閉鎖され、ター
ビン群29のための駆動ガスだけを供給する。ロケット燃
焼室23には、LOXとLH2が化学量論比で噴射され、そのと
きロケットエンジンは予燃焼室なしに作動する。
第1図と第2図の実施例において、扇形ガス分配器14ま
たは34の範囲に燃料供給装置が設けられている場合に
は、ラムジェットとロケットの平行運転が可能である。
その際、ロケットエンジンは予燃焼室で作動する。
たは34の範囲に燃料供給装置が設けられている場合に
は、ラムジェットとロケットの平行運転が可能である。
その際、ロケットエンジンは予燃焼室で作動する。
更に、第2図の実施例の場合にも、一つまたは複数の空
気冷却器を設けることができる。
気冷却器を設けることができる。
更に、両タービン構造体/圧縮機構造体は両ロケットエ
ンジン構造体と組合せることができる。
ンジン構造体と組合せることができる。
第1図は中心線の上側に、組合せ式駆動装置のターボジ
ェット運転時の作動態様を、そして中心線の下側にロケ
ット運転時の作動態様を示す図、第2図は他の構造の組
合せ式駆動装置のターボジェット運転とロケット運転時
の作動態様を示す図である。 1……組合せ式駆動装置、2,22……ロケットエンジン、
3,23……ロケット燃焼室、4,24……ガス発生器、5,6,2
5,26……開口付仕切り、7,8,27,28……回転弁、9,29…
…タービン群、10,30……圧縮機群、11,12,13,31,32,33
……ロータ、14,34……扇形ガス分配器、15,35……燃焼
室
ェット運転時の作動態様を、そして中心線の下側にロケ
ット運転時の作動態様を示す図、第2図は他の構造の組
合せ式駆動装置のターボジェット運転とロケット運転時
の作動態様を示す図である。 1……組合せ式駆動装置、2,22……ロケットエンジン、
3,23……ロケット燃焼室、4,24……ガス発生器、5,6,2
5,26……開口付仕切り、7,8,27,28……回転弁、9,29…
…タービン群、10,30……圧縮機群、11,12,13,31,32,33
……ロータ、14,34……扇形ガス分配器、15,35……燃焼
室
Claims (6)
- 【請求項1】外気に依存しないロケットエンジン、 このロケットエンジンを同軸に取り囲み、圧縮機が外気
に依存しない少なくとも一つのタービンによって駆動さ
れるターボジェットエンジン、および場合によっては 燃焼室と推進ノズルの入口範囲と圧縮機範囲がターボジ
ェットエンジンと同一であるラムジェットエンジンを備
えている、 特に液体水素(LH2)と液体酸素(LOX)で運転される、
亜音速から極超音速までの飛行速度のための組合せ式駆
動装置において、 2個の閉鎖装置(5,6,25,26;7,8,27,28)を備えた余剰
燃料で運転されるガス発生器(4,24)がロケットエンジ
ン(2,22)に設けられ、このガス発生器がロケット燃焼
室(3,23)またはターボジェットエンジンのタービン群
(9,29)に対して、選択して流れ技術的に連結され、 タービン群(9,29)と圧縮機群(10,30)が、中間に接
続配置される案内ホイールを備えていない、反対方向に
作動する複数のロータからなり、 各タービンロータがターボジェットエンジンの各々一つ
の圧縮機ロータ(10,30)と共に、自由に回転するロー
タ(11,12,13,31,32,33)を形成し、 タービン羽根が圧縮機羽根の半径方向内側(9)または
外側(29)に設けられ、 ターボジェットエンジンの燃焼室(15,35)に至るター
ビン群(9,29)の出口通路が、タービン駆動ガスを流入
外気と混合するための装置(14,34)として形成されて
いることを特徴とする組合せ式駆動装置。 - 【請求項2】外気に依存しないロケットエンジンを使用
して高い飛行高度で選択的に運転するための、請求の項
1記載の組合せ式駆動装置において、 ターボジェットエンジンの収縮−拡散した推進ノズル
(17)の拡散部分(44)が少なくとも入口範囲におい
て、横断面が変化するように形成され、かつ最小の入口
直径のときに、拡散部分がロケットエンジン(2)の推
進ノズル(16)を流れ技術的に延長するように、拡散部
分をこの推進ノズルの出口横断面を添えることが可能で
あることを特徴とする組合せ式駆動装置。 - 【請求項3】ラムジェット運転にも適している、請求項
1または請求項2記載の組合せ式駆動装置において、 タービン駆動ガスと外気の混合範囲内、またはタービン
群(34)の出口通路内に、燃料を供給するための少なく
とも一つの装置(48)が設けられていることを特徴とす
る組合せ式駆動装置。 - 【請求項4】少なくとも一つの低温推進剤で運転され
る、請求項1から請求項3までのいずれか一つに記載の
組合せ式駆動装置において、ターボジェットエンジンの
圧縮機群(10)の上流側に、少なくとも一つの空気冷却
器(43)が設けられ、前記の一つまたは複数の低温推進
剤が空気冷却器を流通することを特徴とする組合せ式駆
動装置。 - 【請求項5】ロケットエンジン(2)が主エンジンとし
て形成され、ガス発生器(4)からロケット燃焼室
(3)に至る流路内に、ロケット運転のための推進剤ポ
ンプ(18,19)を駆動するための少なくとも1つのター
ビン(20,41)が設けられていることを特徴とする、請
求項1から請求項4までのいずれか一つに記載の組合せ
式駆動装置。 - 【請求項6】ロケットエンジン(22)が副エンジンとし
て形成され、推進剤ポンプ(38,39)のための一つ(4
0)または複数のタービンを運転するために、推進剤の
部分流で運転される付加的なガス発生器(46)が設けら
れていることを特徴とする、請求項1から請求項4まで
のいずれか一つに記載の組合せ式駆動装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3909050.7 | 1989-03-18 | ||
| DE3909050A DE3909050C1 (ja) | 1989-03-18 | 1989-03-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02283846A JPH02283846A (ja) | 1990-11-21 |
| JPH076455B2 true JPH076455B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=6376739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2064473A Expired - Lifetime JPH076455B2 (ja) | 1989-03-18 | 1990-03-16 | 組合せ式駆動装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5014508A (ja) |
| EP (1) | EP0388613B1 (ja) |
| JP (1) | JPH076455B2 (ja) |
| DE (2) | DE3909050C1 (ja) |
Families Citing this family (121)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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