JPH11229963A - 液体ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構造 - Google Patents
液体ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構造Info
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- JPH11229963A JPH11229963A JP10046269A JP4626998A JPH11229963A JP H11229963 A JPH11229963 A JP H11229963A JP 10046269 A JP10046269 A JP 10046269A JP 4626998 A JP4626998 A JP 4626998A JP H11229963 A JPH11229963 A JP H11229963A
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Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料ターボポンプの吐出圧の高圧化によって燃
料ターボポンプの重量増大と耐久性の低下を来すことが
なく、大形で高燃焼圧のエンジンにも適用可能な液体ロ
ケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構造を提
供する。 【解決手段】液体ロケットエンジン１０は、その燃料供
給ライン２０が再生冷却流路２１を通過した後、燃料タ
ーボポンプ側ライン２０Ａと酸化剤ターボポンプ側ライ
ン２０Ｂの分岐して各々燃料ターボポンプ３０又は酸化
剤ターボポンプ５０のタービン３１，５１に接続されて
おり、燃料ターボポンプ３０又は酸化剤ターボポンプ５
０は燃料供給ライン２０内に並列に設けられて構成され
ている。
料ターボポンプの重量増大と耐久性の低下を来すことが
なく、大形で高燃焼圧のエンジンにも適用可能な液体ロ
ケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構造を提
供する。 【解決手段】液体ロケットエンジン１０は、その燃料供
給ライン２０が再生冷却流路２１を通過した後、燃料タ
ーボポンプ側ライン２０Ａと酸化剤ターボポンプ側ライ
ン２０Ｂの分岐して各々燃料ターボポンプ３０又は酸化
剤ターボポンプ５０のタービン３１，５１に接続されて
おり、燃料ターボポンプ３０又は酸化剤ターボポンプ５
０は燃料供給ライン２０内に並列に設けられて構成され
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二液推進剤の液体
ロケットエンジンにおいて、燃焼室・ノズルの再生冷却
によって燃料をガス化させ、その膨張エネルギーでター
ボポンプを駆動して、推進剤を燃焼器に供給するエキス
パンダサイクル構造に関する。
ロケットエンジンにおいて、燃焼室・ノズルの再生冷却
によって燃料をガス化させ、その膨張エネルギーでター
ボポンプを駆動して、推進剤を燃焼器に供給するエキス
パンダサイクル構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料と酸化剤を用いる二液推進剤の液体
ロケットエンジンにおいて、ポンプによって推進剤（液
体水素及び液体酸素）を燃焼器に圧送するエンジンサイ
クル方式の一つにエキスパンダサイクルと呼ばれる方式
のものがある。
ロケットエンジンにおいて、ポンプによって推進剤（液
体水素及び液体酸素）を燃焼器に圧送するエンジンサイ
クル方式の一つにエキスパンダサイクルと呼ばれる方式
のものがある。
【０００３】エキスパンダサイクルは、燃焼室及び又は
ノズルの再生冷却によって燃料である液体水素をガス化
させ、その膨張エネルギーでターボポンプを駆動して、
液体水素及び液体酸素を燃焼室に圧送するものである。
ノズルの再生冷却によって燃料である液体水素をガス化
させ、その膨張エネルギーでターボポンプを駆動して、
液体水素及び液体酸素を燃焼室に圧送するものである。
【０００４】燃料として液体水素を、酸化剤として液体
酸素を用いる二液推進剤の場合では、図２に概念構成を
示すように、再生冷却流路２１によってガス化された作
動ガス（水素ガス）の供給経路２０に液体水素用のター
ボポンプ（燃料ターボポンプ３０）と液体酸素用のター
ボポンプ（酸化剤ターボポンプ５０）のタービン３１，
５１が直列に配設され、水素ガスによって密度が高く従
って高出力が必要な液体水素用の燃料ターボポンプ３０
を先に駆動し、その後に液体酸素用の酸化剤ターボポン
プ５０を駆動するように構成されている。
酸素を用いる二液推進剤の場合では、図２に概念構成を
示すように、再生冷却流路２１によってガス化された作
動ガス（水素ガス）の供給経路２０に液体水素用のター
ボポンプ（燃料ターボポンプ３０）と液体酸素用のター
ボポンプ（酸化剤ターボポンプ５０）のタービン３１，
５１が直列に配設され、水素ガスによって密度が高く従
って高出力が必要な液体水素用の燃料ターボポンプ３０
を先に駆動し、その後に液体酸素用の酸化剤ターボポン
プ５０を駆動するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ごとく燃料ターボポンプ３０と酸化剤ターボポンプ５０
のタービン３１，５１が直列に配設されて成るエキスパ
ンダサイクル構成は、構造が簡単で上段用の低出力エン
ジンには多く用いられるが、タービンの出力を大きくす
ることが困難であるために大形（高出力）で高燃焼圧の
エンジンには適さないものであった。
ごとく燃料ターボポンプ３０と酸化剤ターボポンプ５０
のタービン３１，５１が直列に配設されて成るエキスパ
ンダサイクル構成は、構造が簡単で上段用の低出力エン
ジンには多く用いられるが、タービンの出力を大きくす
ることが困難であるために大形（高出力）で高燃焼圧の
エンジンには適さないものであった。
【０００６】即ち、作動ガスである水素ガスの圧力降下
が燃料ターボポンプ３０と酸化剤ターボポンプ５０の二
段階で行われるため、燃焼圧を高くするためには燃料タ
ーボポンプ３０の吐出圧を非常に高く設定せざるを得
ず、その結果、燃料ターボポンプ３０の重量の増大と耐
久性の低下を来すという問題を有するものであった。
が燃料ターボポンプ３０と酸化剤ターボポンプ５０の二
段階で行われるため、燃焼圧を高くするためには燃料タ
ーボポンプ３０の吐出圧を非常に高く設定せざるを得
ず、その結果、燃料ターボポンプ３０の重量の増大と耐
久性の低下を来すという問題を有するものであった。
【０００７】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であって、燃料ターボポンプの吐出圧の高圧化によって
燃料ターボポンプの重量増大と耐久性の低下を来すこと
がなく、大形で高燃焼圧のエンジンにも適用可能な液体
ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構造を
提供することを目的とする。
であって、燃料ターボポンプの吐出圧の高圧化によって
燃料ターボポンプの重量増大と耐久性の低下を来すこと
がなく、大形で高燃焼圧のエンジンにも適用可能な液体
ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構造を
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の液体ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイク
ル構造は、二液推進剤の液体ロケットエンジンにおい
て、再生冷却によって燃料をガス化させ、その膨張エネ
ルギーで燃料及び酸化剤を燃焼室に圧送するターボポン
プを駆動するエキスパンダサイクル構造であって、前記
ガス化した燃料を、分岐経路を介して燃料ターボポンプ
と酸化剤ターボポンプのタービンにそれぞれ供給し、そ
れぞれ独立して駆動するように構成されていることを特
徴とする。
明の液体ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイク
ル構造は、二液推進剤の液体ロケットエンジンにおい
て、再生冷却によって燃料をガス化させ、その膨張エネ
ルギーで燃料及び酸化剤を燃焼室に圧送するターボポン
プを駆動するエキスパンダサイクル構造であって、前記
ガス化した燃料を、分岐経路を介して燃料ターボポンプ
と酸化剤ターボポンプのタービンにそれぞれ供給し、そ
れぞれ独立して駆動するように構成されていることを特
徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本願発
明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る
液体ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構
造を適用した液体ロケットエンジンの概念図である。
明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る
液体ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構
造を適用した液体ロケットエンジンの概念図である。
【００１０】図示液体ロケットエンジン１０は、燃料と
して液体水素を、酸化剤として液体酸素を用いる二液推
進剤のロケットエンジンであり、燃料供給ライン２０を
介して供給される液体水素を燃料ターボポンプ３０によ
って燃焼室６０に圧送すると共に酸化剤供給ライン４０
を介して供給される液体酸素を酸化剤ターボポンプ５０
によって燃焼室６０に圧送し、燃焼室６０内で燃焼させ
て推力を得るように構成されている。
して液体水素を、酸化剤として液体酸素を用いる二液推
進剤のロケットエンジンであり、燃料供給ライン２０を
介して供給される液体水素を燃料ターボポンプ３０によ
って燃焼室６０に圧送すると共に酸化剤供給ライン４０
を介して供給される液体酸素を酸化剤ターボポンプ５０
によって燃焼室６０に圧送し、燃焼室６０内で燃焼させ
て推力を得るように構成されている。
【００１１】燃料供給ライン２０は、燃料ターボポンプ
３０のポンプ３２を介して燃焼室６０及びノズル７０の
周囲に配設された再生冷却流路２１に入り、該再生冷却
流路２１を経過した後、燃料ターボポンプ側ライン２０
Ａと、酸化剤ターボポンプ側ライン２０Ｂに分岐する。
３０のポンプ３２を介して燃焼室６０及びノズル７０の
周囲に配設された再生冷却流路２１に入り、該再生冷却
流路２１を経過した後、燃料ターボポンプ側ライン２０
Ａと、酸化剤ターボポンプ側ライン２０Ｂに分岐する。
【００１２】燃料ターボポンプ側ライン２０Ａは、燃料
ターボポンプ３０のタービン３１の吸気側に接続され、
排気側から燃焼室６０に接続されている。
ターボポンプ３０のタービン３１の吸気側に接続され、
排気側から燃焼室６０に接続されている。
【００１３】酸化剤ターボポンプ側ライン２０Ｂは、酸
化剤ターボポンプ５０のタービン５１に接続され、排気
側から燃焼室６０に接続されている。
化剤ターボポンプ５０のタービン５１に接続され、排気
側から燃焼室６０に接続されている。
【００１４】酸化剤供給ライン４０は、酸化剤ターボポ
ンプ５０のポンプ５２を介して燃焼室６０に接続されて
いる。
ンプ５０のポンプ５２を介して燃焼室６０に接続されて
いる。
【００１５】上記構成では、燃料供給ライン２０は再生
冷却流路２１を通過した後、燃料ターボポンプ側ライン
２０Ａと酸化剤ターボポンプ側ライン２０Ｂの分岐して
各々燃料ターボポンプ３０又は酸化剤ターボポンプ５０
のタービン３１，５１に接続されており、従って、燃料
ターボポンプ３０又は酸化剤ターボポンプ５０は燃料供
給ライン２０内に並列に設けられているものである。
冷却流路２１を通過した後、燃料ターボポンプ側ライン
２０Ａと酸化剤ターボポンプ側ライン２０Ｂの分岐して
各々燃料ターボポンプ３０又は酸化剤ターボポンプ５０
のタービン３１，５１に接続されており、従って、燃料
ターボポンプ３０又は酸化剤ターボポンプ５０は燃料供
給ライン２０内に並列に設けられているものである。
【００１６】ここで、燃料ターボポンプ３０と酸化剤タ
ーボポンプ５０とでは、燃料（水素）と酸化剤（酸素）
の密度差に起因して所要出力が異なるが、この出力差は
燃料ターボポンプ３０及び酸化剤ターボポンプ５０のタ
ービンノズルの開口面積を変えることで適宜に設定すれ
ば良い。また、酸化剤ターボポンプ側ライン４０内にオ
リフィスを設けて流量を調節するように構成しても良い
ものである。
ーボポンプ５０とでは、燃料（水素）と酸化剤（酸素）
の密度差に起因して所要出力が異なるが、この出力差は
燃料ターボポンプ３０及び酸化剤ターボポンプ５０のタ
ービンノズルの開口面積を変えることで適宜に設定すれ
ば良い。また、酸化剤ターボポンプ側ライン４０内にオ
リフィスを設けて流量を調節するように構成しても良い
ものである。
【００１７】而して、上記のごとく構成されたロケット
エンジン１０のエキスパンダサイクル構造では、燃料供
給ライン２０を介して供給されて燃料ターボポンプ３０
によって圧送される液体水素が、燃焼室６０及びノズル
７０の再生冷却流路２１を流れる際の熱交換によってガ
ス化され、その水素ガスが燃料ターボポンプ側ライン２
０Ａ及び酸化剤ターボポンプ側ライン２０Ｂを介して燃
料ターボポンプ３０のタービン３１及び酸化剤ターボポ
ンプ５０のタービン５１に供給されてその膨張エネルギ
ーでそれぞれを並列に駆動し、燃料ターボポンプ３０で
水素を、酸化剤ターボポンプ５０で酸素を、所定の比率
でそれぞれ燃焼器６０に圧送するものである。
エンジン１０のエキスパンダサイクル構造では、燃料供
給ライン２０を介して供給されて燃料ターボポンプ３０
によって圧送される液体水素が、燃焼室６０及びノズル
７０の再生冷却流路２１を流れる際の熱交換によってガ
ス化され、その水素ガスが燃料ターボポンプ側ライン２
０Ａ及び酸化剤ターボポンプ側ライン２０Ｂを介して燃
料ターボポンプ３０のタービン３１及び酸化剤ターボポ
ンプ５０のタービン５１に供給されてその膨張エネルギ
ーでそれぞれを並列に駆動し、燃料ターボポンプ３０で
水素を、酸化剤ターボポンプ５０で酸素を、所定の比率
でそれぞれ燃焼器６０に圧送するものである。
【００１８】これにより、作動ガスである水素ガスのタ
ービン駆動による圧力降下は、燃料ターボポンプ３０と
酸化剤ターボポンプ５０でそれぞれ独立して生ずるた
め、燃料ターボポンプ３０と酸化剤ターボポンプ５０と
による二重の圧力降下を考慮して燃料用ターボポンプ３
０の吐出圧を設定する必要がなく、従って、燃料用ター
ボポンプ３０の吐出圧を極めて高く設定することなく高
燃焼圧のエンジンにも対応可能となるものである。
ービン駆動による圧力降下は、燃料ターボポンプ３０と
酸化剤ターボポンプ５０でそれぞれ独立して生ずるた
め、燃料ターボポンプ３０と酸化剤ターボポンプ５０と
による二重の圧力降下を考慮して燃料用ターボポンプ３
０の吐出圧を設定する必要がなく、従って、燃料用ター
ボポンプ３０の吐出圧を極めて高く設定することなく高
燃焼圧のエンジンにも対応可能となるものである。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、ガス化した燃料を、
分岐経路を介して燃料ターボポンプと酸化剤ターボポン
プのタービンにそれぞれ供給し、それぞれ独立して駆動
するように構成されていることにより、ガス化燃料の圧
力降下は燃料ターボポンプと酸化剤ターボポンプでそれ
ぞれ独立して行われるため、燃料ターボポンプと酸化剤
ターボポンプとによる二重の圧力降下を考慮して燃料用
ターボポンプの吐出圧を設定する必要がなく、その結
果、燃料用ターボポンプの吐出圧の高圧化による燃料用
ターボポンプの重量増大と耐久性の低下を来すことなく
エンジンの大型化・高燃焼圧化が可能となるものであ
る。
分岐経路を介して燃料ターボポンプと酸化剤ターボポン
プのタービンにそれぞれ供給し、それぞれ独立して駆動
するように構成されていることにより、ガス化燃料の圧
力降下は燃料ターボポンプと酸化剤ターボポンプでそれ
ぞれ独立して行われるため、燃料ターボポンプと酸化剤
ターボポンプとによる二重の圧力降下を考慮して燃料用
ターボポンプの吐出圧を設定する必要がなく、その結
果、燃料用ターボポンプの吐出圧の高圧化による燃料用
ターボポンプの重量増大と耐久性の低下を来すことなく
エンジンの大型化・高燃焼圧化が可能となるものであ
る。
【図１】本発明に係る液体ロケットエンジンにおけるエ
キスパンダサイクル構造を適用した液体ロケットエンジ
ンの概念図である。
キスパンダサイクル構造を適用した液体ロケットエンジ
ンの概念図である。
【図２】従来例としてのエキスパンダサイクルの液体ロ
ケットエンジンの概念図である。
ケットエンジンの概念図である。
１０ 液体ロケットエンジン ２０ 燃料供給ライン ２０Ａ 燃料ターボポンプ側ライン（分岐経路） ２０Ｂ 酸化剤ターボポンプ側ライン（分岐経路） ３０ 燃料ターボポンプ ３１ タービン ５０ 酸化剤ターボポンプ ５１ タービン ６０ 燃焼室
Claims (1)
- 【請求項１】 二液推進剤の液体ロケットエンジンにお
いて、再生冷却によって燃料をガス化させ、その膨張エ
ネルギーで燃料及び酸化剤を燃焼室に圧送するターボポ
ンプを駆動するエキスパンダサイクル構造であって、 前記ガス化した燃料を、分岐経路を介して燃料ターボポ
ンプと酸化剤ターボポンプのタービンにそれぞれ供給
し、それぞれ独立して駆動するように構成されているこ
とを特徴とする液体ロケットエンジンにおけるエキスパ
ンダサイクル構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10046269A JPH11229963A (ja) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | 液体ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10046269A JPH11229963A (ja) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | 液体ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11229963A true JPH11229963A (ja) | 1999-08-24 |
Family
ID=12742515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10046269A Pending JPH11229963A (ja) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | 液体ロケットエンジンにおけるエキスパンダサイクル構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11229963A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011030719A1 (ja) | 2009-09-08 | 2011-03-17 | 株式会社Ihi | 高速応答性を実現するロケットエンジンシステム |
| RU2506444C1 (ru) * | 2012-05-22 | 2014-02-10 | Александр Фролович Ефимочкин | Жидкостный ракетный двигатель |
| US10605203B2 (en) | 2014-09-25 | 2020-03-31 | Patched Conics, LLC. | Device, system, and method for pressurizing and supplying fluid |
| CN114838385A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-08-02 | 西安航天动力研究所 | 一种自分流复合冷却燃烧室 |
-
1998
- 1998-02-12 JP JP10046269A patent/JPH11229963A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011030719A1 (ja) | 2009-09-08 | 2011-03-17 | 株式会社Ihi | 高速応答性を実現するロケットエンジンシステム |
| JP5582145B2 (ja) * | 2009-09-08 | 2014-09-03 | 株式会社Ｉｈｉ | 高速応答性を実現するロケットエンジンシステム |
| US8943795B2 (en) | 2009-09-08 | 2015-02-03 | Ihi Corporation | Rocket engine system for realizing high-speed response |
| RU2506444C1 (ru) * | 2012-05-22 | 2014-02-10 | Александр Фролович Ефимочкин | Жидкостный ракетный двигатель |
| US10605203B2 (en) | 2014-09-25 | 2020-03-31 | Patched Conics, LLC. | Device, system, and method for pressurizing and supplying fluid |
| CN114838385A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-08-02 | 西安航天动力研究所 | 一种自分流复合冷却燃烧室 |
| CN114838385B (zh) * | 2022-03-21 | 2023-09-19 | 西安航天动力研究所 | 一种自分流复合冷却燃烧室 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
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