JP2000008955A - Turbojet engine and compound engine provided therewith - Google Patents
Turbojet engine and compound engine provided therewithInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙往還機、高速
航空機、および打ち上げロケット等に適用できる推進用
エンジン、特に高圧力推力が得られるターボジェットエ
ンジン、及び該ターボジェットエンジンを備えた宇宙往
還用に好適な複合エンジンに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a propulsion engine applicable to a spacecraft, a high-speed aircraft, a launch vehicle, and the like, particularly a turbojet engine capable of obtaining a high pressure thrust, and a spacecraft equipped with the turbojet engine. The present invention relates to a composite engine suitable for use in
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、高速航空機及び宇宙往還機の推進
用エンジンとしては、ターボジェットエンジン(ターボ
ファンエンジン等を含む、以下単にターボジェットエン
ジンという)、ラムジェットエンジン(スクラムジェッ
トエンジン等を含む、以下単にラムジェットエンジンと
いう)、ロケットエンジンとその派生型、及びこれらの
エンジンの複合型がある。2. Description of the Related Art Conventionally, as a propulsion engine for a high-speed aircraft and a space shuttle, a turbojet engine (including a turbofan engine and the like, hereinafter simply referred to as a turbojet engine) and a ramjet engine (including a scramjet engine and the like) are known. (Hereinafter simply referred to as a ramjet engine), rocket engines and their derivatives, and composite types of these engines.
【0003】従来推進用エンジンのうち、単独で宇宙空
間まで作動できるのはロケットエンジンだけである。し
かし、ロケットエンジンは、大気中では他形式のエンジ
ンに比べて比推力が低いので燃料効率が悪く、燃料と酸
化剤の消費重量が過大となる欠点がある。一方、大気中
の空気を吸い込んで作動するターボジェットエンジン及
びラムジェットエンジンは、大気中を飛行するときに
は、ロケットエンジンと比べて高い比推力を発揮する
が、宇宙空間では使用不能である。従って、離着陸から
宇宙空間までの飛行領域全体の平均比推力を上げて、燃
料と酸化剤の消費重量を減らすためには、上記複数形式
のエンジンを搭載して、各エンジンの作動最適領域で各
エンジンを作動させることが有効であるが、各エンジン
をそのまま搭載すると、推進系の重量が過大及びエンジ
ン収納部の容積増加となってしまい、結局搭載重量があ
まり増やせなくなる問題点がある。[0003] Of the conventional propulsion engines, only rocket engines can operate independently into outer space. However, a rocket engine has a drawback that the specific impulse is lower in the atmosphere than that of other types of engines, so that the fuel efficiency is poor and the weight of fuel and oxidizer consumed is excessive. On the other hand, a turbojet engine and a ramjet engine that operate by inhaling air in the atmosphere exhibit higher specific thrust than a rocket engine when flying in the atmosphere, but cannot be used in space. Therefore, in order to increase the average specific thrust of the entire flight area from takeoff and landing to outer space and reduce the weight of fuel and oxidizer consumed, the above-mentioned plurality of types of engines are mounted, and It is effective to operate the engines. However, if each engine is mounted as it is, the weight of the propulsion system becomes excessively large and the volume of the engine storage part increases, so that there is a problem that the mounted weight cannot be increased so much.
【0004】そのため、従来複数形式のエンジン構成要
素の全部あるいは一部を共有化することによって推進系
の重量過大及び容積増加を防止するようにした複合エン
ジンが提案されている。従来提案されている複合エジン
としては、例えば、中央胴部内にロケットエンジンを配
置し、その周囲の環形気流管をターボジェットエンジン
及びラムジェットエンジンとして共用するようにしたタ
ーボジェット・ラムジェット・ロケット推進複合エンジ
ン(米国特許5052176)、あるいは、スクラムジ
ェットエンジンにロケットエンジン機能を付与し、離陸
時及び大気圏外飛行時にも使用できるようにした多機能
のスクラムジェットエンジン(特開平7−4314
号)、又は空気液化ロケットエンジン(LACE)とス
クラムジェットエンジンの2種類のエンジンを複合させ
たもの(特開平7−34969号)等がある。[0004] Therefore, a composite engine has been proposed in which a plurality of types of engine components are shared in whole or in part to prevent the propulsion system from becoming excessively heavy and increasing in volume. Conventionally proposed composite engines include, for example, a turbojet ramjet rocket propulsion in which a rocket engine is arranged in a central fuselage, and an annular airflow pipe around the rocket engine is used as a turbojet engine and a ramjet engine. A combined engine (US Pat. No. 5,052,176) or a multi-function scramjet engine in which a rocket engine function is added to a scramjet engine so that the scramjet engine can be used during takeoff and flight outside the atmosphere (Japanese Patent Laid-Open No. 7-4314).
Or a combination of two types of engines, an air liquefied rocket engine (LACE) and a scramjet engine (JP-A-7-34969).
【0005】一方、大気中でマッハ4程度までの高速推
進用エンジンとしてはターボジェットエンジンが知られ
ているが、従来のターボジェットエンジンは、ロケット
エンジンと比べて比推力は高いが、作動圧力が低いため
高圧力のロケットエンジンと同等の推力を得る為には、
エンジン自体を大型化する必要があり、推進系の重量が
過大となり、高推力を要する高速航空機への適用は困難
である。On the other hand, a turbojet engine is known as a high-speed propulsion engine up to about Mach 4 in the atmosphere. A conventional turbojet engine has a higher specific impulse than a rocket engine, but has a higher operating pressure. To get the same thrust as a high-pressure rocket engine because it is low,
It is necessary to increase the size of the engine itself, the weight of the propulsion system becomes excessive, and it is difficult to apply it to a high-speed aircraft requiring high thrust.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来提案されている宇
宙往還機用複合エンジンは、それぞれの速度域と高度域
で、ターボジェット推進、ラムジェット推進及びロケッ
ト推進に切り替え機能するものであり、離着陸及びマッ
ハ4程度までの低速度域の推進系としては、ロケットエ
ンジン又はターボジェットエンジンの何れかによってい
る。しかしながら、ロケットエンジンの場合、前述のよ
うに大気中では他形式のエンジンに比べて低い比推力で
作動させることになり燃料効率が悪く、燃料と酸化剤の
消費重量が過大となり、搭載重量があまり増やせないと
いう問題点がある。さらに、ロケットエンジンの場合、
離着陸時に低速動力飛行できる距離が短くなるため、飛
行場での離着陸が困難であるという問題点があり、有人
飛行を考慮すると望ましくない。一方、ターボジェット
エンジンは、作動圧力が低いため、高圧力のロケットエ
ンジンと同等の推力を生成するためには、大型で重量の
大きいエンジンを必要し、複合エンジンの重量及び表面
積を大きくさせるという問題点がある。The composite engine for a spacecraft which has been proposed so far has a function of switching between turbojet propulsion, ramjet propulsion and rocket propulsion in each speed range and altitude range. As a propulsion system in a low speed range up to about Mach 4, either a rocket engine or a turbojet engine is used. However, in the case of a rocket engine, as described above, it operates at a lower specific thrust in the atmosphere than in other types of engines, resulting in poor fuel efficiency, excessive consumption of fuel and oxidizer, and an excessively large loading weight. There is a problem that it cannot be increased. In addition, for rocket engines,
There is a problem that take-off and landing at an airfield is difficult because the distance at which low-speed power flight is possible during take-off and landing is short, which is not desirable when manned flight is considered. On the other hand, a turbojet engine has a low operating pressure, so a large and heavy engine is required to generate thrust equivalent to a high-pressure rocket engine, and the weight and surface area of a combined engine are increased. There is a point.
【0007】そこで本発明は、ターボジェットエンジン
の単位重量当たりの推力をロケットエンジン並みに増加
させさせることにより、小型の高推力のターボジェット
エンジンを得ることを第1の目的とし、該小型化された
高推力のターボジェットエンジンを宇宙往還機用の複合
推進用エンジンに適用して、飛行領域全体の平均比推力
を上げることにより、推進系の重量及び設置容積を減少
させて、搭載重量を増大することができ、且つ飛行場で
の離着陸が可能となる宇宙往還機用に好適な複合エンジ
ンを得ることを第2の目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, a first object of the present invention is to obtain a small, high-thrust turbojet engine by increasing the thrust per unit weight of a turbojet engine to the same level as a rocket engine. High thrust turbojet engine applied to space propulsion complex propulsion engines to increase the average specific thrust of the entire flight area, thereby reducing the weight and installation volume of the propulsion system and increasing the installed weight It is a second object of the present invention to obtain a combined engine suitable for a spacecraft capable of taking off and landing at an airfield.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明では、ターボジェ
ットエンジンの単位重量あたりの推力をロケットエンジ
ン並みに増加させるために、空気に対して理論混合比以
上の過剰の極低温燃料を供給し、その燃料の冷熱を利用
した入口空気冷却を行うことにより、空気圧縮仕事を大
きく下げるとともに、過剰の燃料をすべて燃焼器に供給
することでタービンに流入する燃焼ガス流量を増加さ
せ、小さなタービン膨脹比で空気圧縮を行うことによ
り、排気ガスの圧力を向上させ、高推力のターボジェッ
トエンジンを得ることができたものである。According to the present invention, in order to increase the thrust per unit weight of a turbojet engine to the same level as a rocket engine, an excessive amount of cryogenic fuel having a stoichiometric mixture ratio or more is supplied to air. By performing inlet air cooling using the cold heat of the fuel, the air compression work is greatly reduced, and the excess gas is supplied to the combustor to increase the flow rate of the combustion gas flowing into the turbine. By performing the air compression by the above, the pressure of the exhaust gas is improved, and a high-thrust turbojet engine can be obtained.
【0009】即ち、上記問題点を解決する本発明のター
ボジェットエンジンは、圧縮機に流入する空気を燃料タ
ンクから供給される極低温燃料の冷熱により冷却する入
口空気冷却器、該入口空気冷却器に用いた極低温燃料を
燃焼器に供給する燃料管路を備え、前記入口空気冷却器
により前記圧縮機への流入空気の冷却を行うと共に、該
入口冷却器に用いた極低温燃料を燃焼器に供給して、タ
ービンに流入する燃焼ガス流量を増加させ、小さなター
ビン膨脹比で空気圧縮を行うことにより、排気ガスの圧
力を上げて推力を向上させたことを特徴とするものであ
る。That is, a turbojet engine according to the present invention which solves the above-mentioned problems has an inlet air cooler for cooling air flowing into a compressor by the cold heat of cryogenic fuel supplied from a fuel tank, and the inlet air cooler. A fuel line for supplying the cryogenic fuel used for the compressor to the combustor, cooling the air flowing into the compressor by the inlet air cooler, and supplying the cryogenic fuel used for the inlet cooler to the combustor. To increase the flow rate of the combustion gas flowing into the turbine and perform air compression at a small turbine expansion ratio, thereby increasing the pressure of the exhaust gas to improve the thrust.
【0010】前記タービンから流出する排気ガスに酸化
剤を噴射する酸化剤噴射器を備え、前記入口空気冷却器
に理論混合比以上の過剰な極低温燃料を供給し、該過剰
の燃料を燃焼器に供給することによって得られる高圧力
で燃料が過剰な排気ガスに、酸化剤を供給して排気ダク
ト内で燃焼させることで、ロケットエンジンと同様の高
圧力推力を得ることができる。一方、前記入口冷却器
に、理論混合比以下の燃料を供給して、該理論混合比以
下の希薄燃料を燃焼器に供給して燃焼させることで、高
比推力で作動させることができる。そして、前記燃焼器
の入口に燃焼ガスの逆流を防ぐ遮断弁を設け、該遮断弁
により燃焼器入口を遮断して燃料と酸化剤を排気ダクト
部分に供給することで、排気ダクト部分を高圧力推進の
ロケットエンジンとして作動させることができ、ロケッ
トエンジン機能を有するターボジェットエンジンを得る
ことができる。An oxidant injector for injecting oxidant into exhaust gas flowing out of the turbine is provided. An excessive cryogenic fuel having a stoichiometric ratio or more is supplied to the inlet air cooler, and the excess fuel is combusted. A high-pressure thrust similar to that of a rocket engine can be obtained by supplying an oxidizing agent to the exhaust gas with excess fuel at a high pressure obtained by supplying the fuel to the exhaust gas and burning the exhaust gas in an exhaust duct. On the other hand, by supplying a fuel having a stoichiometric mixture ratio or less to the inlet cooler and supplying a lean fuel having a stoichiometric mixture ratio or less to the combustor and burning it, it is possible to operate with a high specific thrust. A shut-off valve for preventing backflow of the combustion gas is provided at the inlet of the combustor, and the shut-off valve shuts off the combustor inlet to supply fuel and oxidant to the exhaust duct portion, so that the exhaust duct portion has a high pressure. It can be operated as a rocket engine for propulsion, and a turbojet engine having a rocket engine function can be obtained.
【0011】本発明の宇宙往還機用複合エンジンは、複
数形式の比推力の高いエンジンの作動を最小限の重量増
加で実現するため、上記のロケットエンジンと兼用の高
推力のターボジェットエンジンを複数採用し、該ターボ
ジェットエンジン間の空間部をラムジェットエンジンと
して作動させることによって、単位推力当たりの推進系
重量と表面積を低減し、且つ離着陸時の滑走路での動力
飛行を可能にすることができたものである。In order to realize the operation of a plurality of types of engines having a high specific thrust with a minimum increase in weight, the composite engine for a spacecraft of the present invention is provided with a plurality of high thrust turbojet engines which are also used as the rocket engine. By adopting and operating the space between the turbojet engines as a ramjet engine, it is possible to reduce the weight and surface area of the propulsion system per unit thrust and enable powered flight on the runway during takeoff and landing. It was done.
【0012】即ち、本発明の宇宙往還用複合エンジン
は、少なくともインテーク切替ドア、入口空気冷却器、
圧縮機、遮断弁、燃焼器、タービン、酸化剤噴射器、排
気ダクト、ノズル切替ドアを備えてなるターボジェット
エンジンを複数個間隔をおいて配列し、該ターボジェッ
トエンジンの外壁間にラムジェット用燃料噴射器を設け
て前記外壁間空間部にラムジェットエンジンを形成して
なり、前記インテーク切替ドア、前記ノズル切替ドア及
び前記遮断弁を開閉制御し、且つ前記燃焼器又はラムジ
ェット用燃料噴射器への燃料供給制御及び前記酸化剤噴
射器への酸化剤供給制御することにより、ターボジェッ
ト推進、ラムジェット推進又はロケット推進の何れかの
推進機構に切替可能になっていることを特徴とするもの
である。That is, the spacecraft composite engine of the present invention comprises at least an intake switching door, an inlet air cooler,
A plurality of turbojet engines each including a compressor, a shutoff valve, a combustor, a turbine, an oxidizer injector, an exhaust duct, and a nozzle switching door are arranged at intervals, and a ramjet is provided between outer walls of the turbojet engine. A ramjet engine is formed in the space between the outer walls by providing a fuel injector, controls opening and closing of the intake switching door, the nozzle switching door, and the shutoff valve, and the combustor or the ramjet fuel injector By controlling the fuel supply to the oxidizer and the oxidizer to the oxidizer injector to switch to any one of turbojet propulsion, ramjet propulsion, and rocket propulsion. It is.
【0013】前記ターボジェット推進機構は、前記燃焼
器に理論混合比以下の燃料を供給して燃焼させて高比推
力を得る機構と、前記排気ダクト部分に高圧力で燃料が
過剰の排気ガスを供給して前記酸化剤噴射器により酸化
剤を供給し、燃焼させることにより高圧力の推進を得る
機構とに切り替え可能となっている。[0013] The turbojet propulsion mechanism is configured to supply a fuel having a stoichiometric ratio or less to the combustor and burn it to obtain a high specific thrust, and to supply a high pressure excess exhaust gas to the exhaust duct portion at a high pressure. It is possible to switch to a mechanism for supplying high-pressure propulsion by supplying and burning the oxidant by the oxidant injector.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を詳細に
説明する。図1は、本発明のターボジェットエンジンの
実施形態を示し、図2はそのエンジン系統図を示してい
る。図中、1は入口空気冷却器、2は圧縮機、3は燃焼
器、4はタービン、5は酸化剤噴射器、6は排気ダク
ト、7はインテーク切替ドア、9は遮断弁、10はノズ
ル切替ドアである。前記インテーク切替ドア7は、空気
取入口を開状態と閉状態に切替可能及び飛行状態に応じ
てエンジン性能が最適となる開位置に開くことができる
ようになっている。また、同様にノズル切替ドア10も
飛行形態に応じて、排気ダクト6からの排気ガスのノズ
ルを開閉切替及び飛行状態に応じてエンジン性能が最適
となる開位置に開くことができるようになっている。排
気ダクト6は、該排気ダクト部分をロケットエンジンと
して作動させることができるように、高圧力用に設計さ
れている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows an embodiment of a turbojet engine of the present invention, and FIG. 2 shows an engine system diagram thereof. In the figure, 1 is an inlet air cooler, 2 is a compressor, 3 is a combustor, 4 is a turbine, 5 is an oxidizer injector, 6 is an exhaust duct, 7 is an intake switching door, 9 is a shutoff valve, and 10 is a nozzle. It is a switching door. The intake switching door 7 can switch the air intake between an open state and a closed state, and can be opened to an open position where the engine performance is optimal according to the flight state. Similarly, the nozzle switching door 10 can also open and close the nozzle of the exhaust gas from the exhaust duct 6 to an open position where the engine performance is optimal according to the flight mode, according to the flight status. I have. The exhaust duct 6 is designed for high pressure so that the exhaust duct part can be operated as a rocket engine.
【0015】なお、図1に示すターボジェットエンジン
では、排気ダクト部をロケットエンジンとして機能させ
ることによってロケットエンジンと兼用できるようにし
てあるが、ロケットエンジンと兼用せずに、単に高比推
力のターボジェットエンジン及び高推力のターボジェッ
トエンジンとしてのみ使用する場合は、遮断弁9は不要
である。In the turbojet engine shown in FIG. 1, the exhaust duct portion is made to function as a rocket engine so that it can also be used as a rocket engine. When used only as a jet engine and a high-thrust turbojet engine, the shut-off valve 9 is unnecessary.
【0016】図2に示すターボジェットエンジン系統図
では、実線矢印は気流又は排気ガスの流れ方向を示し、
破線矢印は燃料又は酸化剤の流れを示している。上記タ
ーボジェットエンジンは、図2のエンジン系統図に示す
ように、極低温燃料(例えば液体水素)が充填されてい
る燃料タンク20から燃料ポンプ21により入口空気冷
却器1に供給し、該入口空気冷却器1を循環した燃料を
管路28を介してすべて燃焼器3に供給する。また、タ
ーボジェットエンジンを高推力で作動させる場合、及び
ロケットエンジンとして作動させる場合は、酸化剤(例
えば液体酸素)が貯留されている酸化剤タンク30から
酸化剤ポンプ31により排気ダクト6の入口側に設けて
ある酸化剤噴射器5に酸化剤を供給するようになってい
る。In the turbo-jet engine system diagram shown in FIG. 2, solid arrows indicate the direction of air flow or exhaust gas flow.
Dashed arrows indicate the flow of fuel or oxidant. As shown in the engine system diagram of FIG. 2, the turbojet engine supplies an inlet air cooler 1 from a fuel tank 20 filled with a cryogenic fuel (for example, liquid hydrogen) by a fuel pump 21 to the inlet air cooler 1. All of the fuel circulated through the cooler 1 is supplied to the combustor 3 via the line 28. When the turbojet engine is operated at a high thrust or as a rocket engine, the oxidant tank 30 storing the oxidant (for example, liquid oxygen) is supplied from the oxidant tank 30 by the oxidant pump 31 to the inlet side of the exhaust duct 6. The oxidizing agent is supplied to the oxidizing agent injector 5 provided in the above.
【0017】本実施形態のターボジェットエンジンは以
上のように構成され、ターボジェットエンジンとして作
動させるときは、インテーク切替ドア7とノズル切替ド
ア10は飛行状態に合わせて、エンジン性能が最適にな
る位置に開けておく。ターボジェットエンジン作動状態
では、燃料タンクから空気に対して理論混合比以上の過
剰の極低温燃料を入口空気冷却器1に供給し、極低温燃
料の冷熱により空気を冷却する。流入する空気を冷却す
ることにより、圧縮機2における空気圧縮仕事を大きく
下げるとともに、空気の密度が上がって、同じ大きさの
圧縮機2に、多くの重量流量の空気が供給できるように
なり、ガスタービンの効率と動作性能を向上させること
ができる。また、空気冷却に用いた過剰の極低温燃料
は、すべて管路28を通って燃焼器3に供給し、タービ
ン4に流入する燃焼ガス流量を増加させる。すると、小
さなタービン膨張比でも、空気圧縮を行うのに十分な動
力を取ることができる。これにより、排気ダクト6内の
排気ガスの圧力が上がり、空気流量が増えた効果と合わ
せて、ターボジェットエンジンの推力を向上させること
ができる。The turbojet engine according to the present embodiment is configured as described above. When the turbojet engine is operated as a turbojet engine, the intake switching door 7 and the nozzle switching door 10 are located at positions where the engine performance is optimized in accordance with the flight condition. Keep it open. In the operating state of the turbojet engine, excess cryogenic fuel exceeding the stoichiometric ratio with respect to air is supplied from the fuel tank to the inlet air cooler 1, and the air is cooled by the cold heat of the cryogenic fuel. By cooling the inflowing air, the air compression work in the compressor 2 is greatly reduced, and the density of the air is increased, so that a large weight of air can be supplied to the compressor 2 of the same size. The efficiency and operating performance of the gas turbine can be improved. In addition, the excess cryogenic fuel used for cooling the air is all supplied to the combustor 3 through the pipe 28 to increase the flow rate of the combustion gas flowing into the turbine 4. Then, even with a small turbine expansion ratio, sufficient power can be taken to perform air compression. Thereby, the pressure of the exhaust gas in the exhaust duct 6 increases, and the thrust of the turbojet engine can be improved in addition to the effect of increasing the air flow rate.
【0018】その際、排気ダクト6には、高圧力で燃料
が過剰の排気ガスが供給されるため、ここに酸化剤タン
ク30から酸化剤噴射器5を通して酸化剤を供給し燃焼
させることで、高圧力のロケットエンジンと同様の作動
ができるようになる。それにより、推進系の単位重量当
たりの推力を飛躍的に向上させることができ、エンジン
の小型化を図ることができる。且つマッハ6程度までの
高速航空機用エンジンとして採用可能なターボジェット
エンジンが得られる。なお、離着陸時の低速動力飛行を
する場合は、理論混合比以下の燃料を入口空気冷却器1
を通して燃焼器3に供給して燃焼させることで、高比推
力の作動をすることができる。その際は、排気ダクトへ
の酸化剤の供給は行わない。At that time, since the exhaust duct 6 is supplied with exhaust gas at a high pressure and excess fuel, the oxidant is supplied from the oxidant tank 30 through the oxidant injector 5 and burned. The same operation as a high-pressure rocket engine can be performed. As a result, the thrust per unit weight of the propulsion system can be significantly improved, and the size of the engine can be reduced. In addition, a turbojet engine that can be adopted as a high-speed aircraft engine up to about Mach 6 is obtained. In the case of low-speed power flight during takeoff and landing, fuel having a stoichiometric ratio or less should be supplied to the inlet air cooler 1.
By supplying the fuel to the combustor 3 and burning it, it is possible to operate with a high specific thrust. At this time, no oxidant is supplied to the exhaust duct.
【0019】上記ターボジェットエンジンをロケットエ
ンジンとして作動させる場合は、燃焼器3の入口に設け
られた遮蔽弁9を閉にして燃焼ガスが逆流しないように
する。燃料は、ターボジェットエンジンと同様に、燃焼
器3に供給し、タービン4を通過して排気ダクト6に供
給される。酸化剤は酸化剤噴射器5を通して排気ダクト
6に供給される。そのとき、インテーク切替ドア7はタ
ーボジェットエンジン側に閉じ、ノズル切替ドア10は
ロケットエンジンの燃焼ガスを排出するために開く。When the turbojet engine is operated as a rocket engine, the shut-off valve 9 provided at the inlet of the combustor 3 is closed to prevent the combustion gas from flowing back. Fuel is supplied to the combustor 3, passes through the turbine 4, and is supplied to the exhaust duct 6, similarly to the turbojet engine. The oxidant is supplied to the exhaust duct 6 through the oxidant injector 5. At that time, the intake switching door 7 closes to the turbojet engine side, and the nozzle switching door 10 opens to discharge the combustion gas of the rocket engine.
【0020】次に、以上のように構成されたターボジェ
ットエンジンを採用して構成された宇宙往還用複合エン
ジンの実施形態を図3により説明する。図3は、宇宙往
還機13の推進系としての宇宙往還用複合エンジンの概
念図を示している。本発明の宇宙往還用複合エンジン
は、上記のようにロケットエンジンと複合したターボジ
ェットエンジンを小型化できるので、複数のターボジェ
ットエンジンの外壁間の空間をラムジェットエンジンと
して使用することができ、且つ飛行領域全体の平均比推
力をあげて、推進系の小型化と表面積の減少を図ること
ができたものである。図3に示す例では、前記実施形態
に示す同じ原理に基づくターボジェットエンジン14が
上下に2列配列したエンジンを1組として、それを図5
に示すように横方向に間隔をおいて5組配列してあり、
該横方向間隔の空間16がラムジェットエンジン15を
構成している。なお、同図において、図1に示すターボ
ジェットエンジンの構成部材と同様な部材については、
同じ符号を付し詳細な説明を省略する。Next, a description will be given of an embodiment of a space shuttle composite engine constituted by employing the turbojet engine constituted as described above with reference to FIG. FIG. 3 is a conceptual diagram of a spacecraft composite engine as a propulsion system of the spacecraft 13. The space shuttle composite engine of the present invention can reduce the size of the turbojet engine combined with the rocket engine as described above, so that the space between the outer walls of a plurality of turbojet engines can be used as a ramjet engine, and By increasing the average specific thrust of the entire flight area, the propulsion system could be made smaller and the surface area reduced. In the example shown in FIG. 3, the turbojet engine 14 based on the same principle shown in the above embodiment is arranged as a set of two vertically arranged engines,
As shown in the figure, five sets are arranged at intervals in the horizontal direction.
The laterally spaced spaces 16 constitute a ramjet engine 15. Note that, in the figure, the same members as those of the turbojet engine shown in FIG.
The same reference numerals are given and the detailed description is omitted.
【0021】次に、上記に示す宇宙往還機用複合エンジ
ンの要部を図4〜図6により詳細に説明する。図4はタ
ーボジェットエンジン作動状態、図5はラムジェットエ
ンジン作動状態(仮想線はターボジェットエンジン作動
状態)、図6はロケットエンジン作動状態をそれぞれ示
している。宇宙往還機用複合エンジンの要部が、図1の
ターボジェットエンジンと相違しているところは、ラム
ジェット用燃料噴射を有していることである。Next, the main part of the composite engine for spacecraft shown above will be described in detail with reference to FIGS. 4 shows the operating state of the turbojet engine, FIG. 5 shows the operating state of the ramjet engine (the virtual line indicates the operating state of the turbojet engine), and FIG. 6 shows the operating state of the rocket engine. The main part of the composite engine for spacecraft differs from the turbojet engine of FIG. 1 in that it has a fuel injection for ramjet.
【0022】上記複合エンジンの燃料及び酸化剤系統
は、その概略図が図4に示されており、極低温燃料(液
体水素)が充填されている燃料タンク20から燃料ポン
プ21により所定位置に所定流量の燃料を供給する。本
実施形態では、燃料ポンプから下流側が第1〜第3の3
つの燃料管路22〜24に分岐され、それぞれにバルブ
24〜26が設けられ、飛行状態に応じて燃料管路を切
替制御できるようになっている。第1燃料管路22は、
ポンプ21から入口空気冷却器1に供給し、該入口空気
冷却器1を循環した燃料をすべて燃焼器3に供給する管
路からなる。また、第2燃料管路23は、ポンプから直
接ラムジェット用燃料噴射器8に燃料を供給する管路で
ある。また、第3燃料管路24は、ポンプから直接燃焼
器3の燃料噴射器に燃料を供給する管路である。なお、
本実施形態では、ロケット推進機構を作動させる場合
は、バルブ27のみを開いて第3燃料管路により直接燃
焼器に燃料を供給するようにしてあるが、第3燃料管路
を設けずに、ロケット推進機構を作動させる場合も、第
1燃料管路により燃焼器に燃料を供給するようにしても
良い。また、図示されていないが、前記ポンプ及び各バ
ルブは、燃料制御ユニットによって制御され、それぞれ
の飛行状態に応じて、ポンプによる燃料流量及びバルブ
の開閉制御等が行われる。FIG. 4 is a schematic diagram showing the fuel and oxidizer system of the above-mentioned combined engine. The fuel and oxidizer system is moved to a predetermined position by a fuel pump 21 from a fuel tank 20 filled with cryogenic fuel (liquid hydrogen). Supply a flow of fuel. In the present embodiment, the first to third 3
The fuel lines are branched into two fuel lines 22 to 24, and valves 24 to 26 are provided respectively, so that the fuel lines can be switched and controlled according to the flight state. The first fuel line 22 is
A pipe is supplied from the pump 21 to the inlet air cooler 1 and supplies all the fuel circulated through the inlet air cooler 1 to the combustor 3. The second fuel line 23 is a line that supplies fuel directly from the pump to the ramjet fuel injector 8. The third fuel line 24 is a line for supplying fuel directly from the pump to the fuel injector of the combustor 3. In addition,
In this embodiment, when operating the rocket propulsion mechanism, only the valve 27 is opened to supply the fuel directly to the combustor through the third fuel line, but without providing the third fuel line, When operating the rocket propulsion mechanism, fuel may be supplied to the combustor through the first fuel line. Although not shown, the pump and each valve are controlled by a fuel control unit, and the fuel flow and the opening / closing control of the valve are performed by the pump according to the respective flight conditions.
【0023】酸化剤系統は、酸化剤(例えば液体酸素)
が貯留されている酸化剤タンク30から酸化剤ポンプ3
1、バルブ32を介して酸化剤管路33を介して排気ダ
クト入口側に設けてある酸化剤噴射器5に酸化剤を供給
するようになっている。酸化剤は、ターボジェット推進
機構による高推力飛行の場合と、ロケットエンジン機構
作動時に酸化剤噴射器に供給される。The oxidizing agent system includes an oxidizing agent (for example, liquid oxygen).
From the oxidizer tank 30 where the oxidizer pump 30 is stored.
1. The oxidizing agent is supplied to the oxidizing agent injector 5 provided on the exhaust duct inlet side via the oxidizing agent line 33 via the valve 32. The oxidizer is supplied to the oxidizer injector during high thrust flight by the turbojet propulsion mechanism and when the rocket engine mechanism is operating.
【0024】本実施形態の宇宙往還用機複合エンジン
は、以上のように構成され、起動から略マッハ6に達す
るまでは、ターボジェットエンジン作動で飛行し、略マ
ッハ6〜12の間はスクラムジェットエンジン作動状態
で、マッハ12以上及び宇宙空間ではロケット作動状態
で飛行する。ターボジェットエンジンとして作動させる
ときは、インテーク切替ドア7とノズル切替ドア10は
飛行状態に合わせて、エンジン性能が最適になる位置に
開けておく。このときは、ラムジェット用燃料噴射器8
は使用せず、遮蔽弁9は取り入れた空気通過させるため
に開にし、先に説明したと同様にしてターボジェット推
進を行う。The spacecraft composite engine according to the present embodiment is constructed as described above, and is operated by a turbojet engine from the start until it reaches approximately Mach 6, and the scramjet is operated between approximately Mach 6 and 12. When the engine is in operation, it flies with a rocket operating in Mach 12 or higher and in space. When operating as a turbojet engine, the intake switching door 7 and the nozzle switching door 10 are opened at positions where the engine performance is optimal according to the flight conditions. At this time, the ram jet fuel injector 8
Is not used, the shut-off valve 9 is opened to allow the intake air to pass, and turbojet propulsion is performed in the same manner as described above.
【0025】飛行速度が上がると、ターボジェットエン
ジンよりも、ラムジェットエンジンの比推力が高くな
る。そのため、本実施形態では、マッハ6〜マッハ12
の速度域ではラムジェットエンジン作動状態に切り替え
る。このときは、図2に示すように、インテーク切替ド
ア7とノズル切替ドア10をターボジェットエンジン側
に閉じ、且つバルブ26のみ開状態にする。それによ
り、複数のターボジェットエンジンの外壁間の空間に設
けられたラムジェット用燃料噴射器8から燃料が噴射さ
れ、その空間をラムジェットエンジンとして使用する。As the flight speed increases, the specific impulse of the ramjet engine becomes higher than that of the turbojet engine. Therefore, in the present embodiment, Mach 6 to Mach 12
In the speed range, the ramjet engine is switched to the operating state. At this time, as shown in FIG. 2, the intake switching door 7 and the nozzle switching door 10 are closed on the turbojet engine side, and only the valve 26 is opened. Thereby, fuel is injected from the ramjet fuel injector 8 provided in the space between the outer walls of the plurality of turbojet engines, and the space is used as a ramjet engine.
【0026】さらに、空気の無い宇宙空間を飛行する場
合は、ロケットエンジン作動状態に切り替える。ロケッ
トエンジン作動状態では、図6に示すように、インテー
ク切替ドア7はターボジェットエンジン側に閉じ、ノズ
ル切替ドア10はロケットエンジンの燃焼ガスを排出す
るために開くと共に、燃焼器の入口に設けられた遮蔽弁
9を閉にして燃焼ガスが逆流しないようにする。燃料系
統は弁25、26は閉じて、弁27を開き燃焼器に燃料
を供給すると共に、酸化剤タンク30から酸化剤を酸化
剤噴射器により排気ダクトに噴射することで高圧力のロ
ケットエンジンとして作動する。Further, when flying in space without air, the state is switched to the rocket engine operating state. In the rocket engine operating state, as shown in FIG. 6, the intake switching door 7 is closed to the turbojet engine side, the nozzle switching door 10 is opened to discharge the combustion gas of the rocket engine, and is provided at the inlet of the combustor. The closing valve 9 is closed to prevent the combustion gas from flowing back. In the fuel system, the valves 25 and 26 are closed, the valve 27 is opened to supply fuel to the combustor, and the oxidizer is injected from the oxidizer tank 30 to the exhaust duct by the oxidizer injector to form a high-pressure rocket engine. Operate.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のターボジ
ェットエンジンは、単位重量当たりの推力をロケットエ
ンジン並みに増加させることができ、小型化できると共
に高推力を得ることができる。従って、本発明のターボ
ジェットエンジン及びそれを採用した複合エンジンは、
大きな重量増加を伴わずに、地上から宇宙空間まで良好
な比推力を発揮することができる。それ故本発明のエン
ジンを、宇宙往還機、高速航空機、及び打ち上げロケッ
ト等に採用することによって、従来より搭載重量を増加
させることができる。As described above, the turbojet engine of the present invention can increase the thrust per unit weight to the same level as a rocket engine, and can reduce the size and obtain high thrust. Therefore, the turbojet engine of the present invention and the combined engine employing the same are:
It can exhibit good specific thrust from the ground to outer space without a large increase in weight. Therefore, by employing the engine of the present invention for a spacecraft, a high-speed aircraft, a launch vehicle, and the like, the mounting weight can be increased as compared with the conventional case.
【0028】また、離着陸時の低速動力飛行をする場合
に、高比推力の作動ができるため、宇宙往還機等におい
て安全な有人飛行を実現することができる。In addition, when performing low-speed power flight during takeoff and landing, since high specific thrust can be operated, safe manned flight can be realized in a space shuttle vehicle or the like.
【図1】本発明の実施形態に係るターボジェットエンジ
ンの断面概念図である。FIG. 1 is a conceptual sectional view of a turbojet engine according to an embodiment of the present invention.
【図2】そのエンジン系統図である。FIG. 2 is an engine system diagram.
【図3】宇宙往還機用複合エンジンの斜視概念図であ
る。FIG. 3 is a conceptual perspective view of a composite engine for a spacecraft.
【図4】ターボジェットエンジン推進時の要部断面概念
図である。FIG. 4 is a conceptual cross-sectional view of a main part when a turbojet engine is propelled.
【図5】ラムジェットエンジン推進時の要部断面概念図
である。FIG. 5 is a conceptual sectional view of a main part when the ramjet engine is propelled.
【図6】ロケットエンジン推進時の要部断面概念図であ
る。FIG. 6 is a conceptual cross-sectional view of a main part when the rocket engine is propelled.
1 入口空気冷却器 2 圧縮機 3 燃焼器 4 タービン 5 酸化剤噴射器 6 排気ダクト 7 インテーク切替ドア 8 ラムジェット
用燃料噴射器 9 遮断弁 10 ノズル切替ド
ア 13 宇宙往還機 14 ターボジェ
ットエンジン 15 ラムジェットエンジン 16 空間 20 燃料タンク 21 燃料ポンプ 22〜24,28,33 管路 25〜27,32 弁 30 酸化剤タンク 31 酸化剤ポン
プDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inlet air cooler 2 Compressor 3 Combustor 4 Turbine 5 Oxidizer injector 6 Exhaust duct 7 Intake switching door 8 Fuel injector for ramjet 9 Shutoff valve 10 Nozzle switching door 13 Space shuttle 14 Turbojet engine 15 Ramjet Engine 16 Space 20 Fuel tank 21 Fuel pump 22 to 24, 28, 33 Pipeline 25 to 27, 32 Valve 30 Oxidant tank 31 Oxidant pump
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成11年5月24日(1999.5.2
4)[Submission date] May 24, 1999 (1999.5.2
4)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
【請求項2】 少なくともインテーク切替ドア、入口空
気冷却器、圧縮機、遮断弁、燃焼器、タービン、酸化剤
噴射器、排気ダクト、ノズル切替ドアを備えてなるター
ボジェットエンジンを複数個間隔をおいて配列し、該タ
ーボジェットエンジンの外壁間にラムジェット用燃料噴
射器を設けて前記外壁間空間部にラムジェットエンジン
を形成してなり、前記インテーク切替ドア、前記ノズル
切替ドア及び前記遮断弁を開閉制御し、且つ前記燃焼器
又はラムジエット用燃料噴射器への燃料供給制御及び前
記酸化剤噴射器への酸化剤供給制御することにより、タ
ーボジェット推進、ラムジェット推進又はロケット推進
の何れかの推進機構に切替可能になっていることを特徴
とする複合エンジン。 2. A turbojet engine comprising at least a plurality of intake switching doors, an inlet air cooler, a compressor, a shutoff valve, a combustor, a turbine, an oxidizer injector, an exhaust duct, and a nozzle switching door. And a ramjet engine is formed in the space between the outer walls by providing a ramjet fuel injector between outer walls of the turbojet engine, and the intake switching door, the nozzle switching door, and the shutoff valve are provided. Propulsion of turbojet propulsion, ramjet propulsion or rocket propulsion by controlling opening / closing and controlling fuel supply to the combustor or ramjet fuel injector and oxidant supply to the oxidant injector A composite engine characterized by being switchable to a mechanism.
【請求項3】 前記ターボジェット推進機構が、前記燃
焼器に理論混合比以下の燃料を供給して燃焼させて高比
推力を得る機構と、前記排気ダクト部分に高圧力で燃料
が過剰の排気ガスを供給して前記酸化剤噴射器により酸
化剤を供給し、燃焼させることにより高圧力の推進を得
る機構とに切り替え可能となっている請求項5記載の複
合エンジン。 3. The turbojet propulsion mechanism supplies a fuel having a stoichiometric ratio or less to the combustor and burns the combustor to obtain a high specific thrust. 6. The combined engine according to claim 5, wherein the combined engine is switchable to a mechanism that obtains high-pressure propulsion by supplying gas and supplying oxidant by the oxidant injector and burning the oxidant.
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明では、ターボジェ
ットエンジンの単位重量あたりの推力をロケットエンジ
ン並みに増加させるために、空気に対して理論混合比以
上の過剰の極低温燃料を供給し、その燃料の冷熱を利用
した入口空気冷却を行うことにより、空気圧縮仕事を大
きく下げるとともに、過剰の燃料をすべて燃焼器に供給
することでタービンに流入する燃焼ガス流量を増加さ
せ、小さなタービン膨脹比で空気圧縮を行うことによ
り、排気ガスの圧力を向上させ、高推力のターボジェッ
トエンジンを得ることができた。即ち、本発明のターボ
ジェットエンジンは、圧縮機に流入する空気を燃料タン
クから供給される極低温燃料の冷熱により冷却する入口
空気冷却器、該入口空気冷却器に用いた極低温燃料を燃
焼器に供給する燃料管路を備え、前記入口空気冷却器に
より前記圧縮機への流入空気の冷却を行うと共に、該入
口冷却器に用いた極低温燃料を燃焼器に供給して、ター
ビンに流入する燃焼ガス流量を増加させ、小さなタービ
ン膨脹比で空気圧縮を行うことにより、排気ガスの圧力
を上げて推力を向上させた。 According to the present invention, in order to increase the thrust per unit weight of a turbojet engine to the same level as a rocket engine, an excessive amount of cryogenic fuel having a stoichiometric mixture ratio or more is supplied to air. By performing inlet air cooling using the cold heat of the fuel, the air compression work is greatly reduced, and the excess gas is supplied to the combustor to increase the flow rate of the combustion gas flowing into the turbine. By performing the air compression, the pressure of the exhaust gas was improved, and a high-thrust turbojet engine was obtained . That is, the turbo of the present invention
The jet engine converts the air flowing into the compressor into a fuel tank.
Inlet cooled by the cryogenic fuel supplied from
The air cooler cools the cryogenic fuel used for the inlet air cooler.
A fuel line for supplying to the kiln;
Cooling the air flowing into the compressor and
The cryogenic fuel used for the mouth cooler is supplied to the combustor,
Increases the flow of combustion gas into the bin and reduces
By compressing air at the expansion ratio, the pressure of exhaust gas
To increase thrust.
【手続補正3】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0009】前記タービンから流出する排気ガスに酸化
剤を噴射する酸化剤噴射器を備え、前記入口空気冷却器
に理論混合比以上の過剰な極低温燃料を供給し、該過剰
の燃料を燃焼器に供給することによって得られる高圧力
で燃料が過剰な排気ガスに、酸化剤を供給して排気ダク
ト内で燃焼させることで、ロケットエンジンと同様の高
圧力推力を得ることができる。一方、前記入口冷却器
に、理論混合比以下の燃料を供給して、該理論混合比以
下の希薄燃料を燃焼器に供給して燃焼させることで、高
比推力で作動させることができる。そして、空気取入口
を開状態と閉状態に切換可能及び飛行状態に応じてエン
ジン性能が最適となる開位置に開くことができるインテ
ーク切替ドアと、排気ダクトからの排気ガスのノズルを
開閉切替及び飛行状態に応じてエンジン性能が最適とな
る開位置に開くことができるノズル切替ドアとを設け、
且つ前記燃焼器の入口に燃焼ガスの逆流を防ぐ遮断弁を
設け、該遮断弁により燃焼器入口を遮断して燃料と酸化
剤を排気ダクト部分に供給することで、排気ダクト部分
を高圧力推進のロケットエンジンとして作動させること
ができ、ロケットエンジン機能を有するターボジェット
エンジンを得ることができる。 The exhaust gas flowing out of the turbine is oxidized.
An oxidant injector for injecting an agent, wherein the inlet air cooler
To the cryogenic fuel in excess of the theoretical mixing ratio.
High pressure obtained by supplying the fuel to the combustor
Supply oxidant to exhaust gas with excess fuel
Combustion inside the rocket makes it as high as a rocket engine.
Pressure thrust can be obtained. Meanwhile, the inlet cooler
To the stoichiometric mixture, and supply
By supplying the lean fuel below to the combustor and burning it,
It can be operated with specific thrust. And the air intake
Can be switched between open and closed states, and
An opening that can be opened to the open position for optimal gin performance
Work door and exhaust gas nozzle from the exhaust duct.
Optimum engine performance depending on opening / closing switching and flight conditions
Nozzle switching door that can be opened to the open position
And a shut-off valve at the inlet of the combustor for preventing backflow of the combustion gas.
And shut off the combustor inlet with the shut-off valve to oxidize fuel and fuel.
By supplying the agent to the exhaust duct, the exhaust duct
To operate as a high-pressure propelled rocket engine
Turbojet with rocket engine function
You can get an engine.
【手続補正4】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0010[Correction target item name] 0010
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0010】即ち、上記問題点を解決する本発明のター
ボジェットエンジンは、少なくとも空気取入口を開状態
と閉状態に切換可能及び飛行状態に応じてエンジン性能
が最適となる開位置に開くことができるインテーク切替
ドア、圧縮機、該圧縮機に流入する空気を燃料タンクか
ら供給される極低温燃料の冷熱により冷却する入口空気
冷却器、燃焼器、前記入口空気冷却器に用いた極低温燃
料を前記燃焼器に供給する燃料管路、閉状態で前記燃焼
器の入口に燃焼ガスの逆流を防ぐ遮断弁、タービン、酸
化剤噴射機、排気ダクト、該排気ダクトからの排気ガス
のノズルを開閉切替及び飛行状態に応じてエンジン性能
が最適となる開位置に開くことができるノズル切替ドア
を有し、前記インテーク切替ドアと前記ノズル切替ド
ア、前記酸化剤噴射器、及び前記遮断弁を制御すること
で、高推力のターボジェットエンジン又は高圧力のロケ
ットエンジンとして切替作動させることができることを
特徴とするものである。 That is, the present invention solves the above problems.
Bodget engine with at least air intake open
Switchable to closed and engine performance depending on flight status
Switching that can be opened to the optimal open position
Doors, compressors, and air flowing into the compressors
Air cooled by the cryogenic fuel supplied from
Cryogenic cooler, combustor, cryogenic fuel used for the inlet air cooler
Fuel line for supplying fuel to the combustor, the combustion in a closed state
Shut-off valve, turbine, acid to prevent backflow of combustion gas
Agent injector, exhaust duct, exhaust gas from the exhaust duct
Switching the nozzles between open and closed and engine performance according to flight conditions
Nozzle switching door that can be opened to the optimal open position
The intake switching door and the nozzle switching door
A) controlling the oxidizer injector and the shut-off valve;
High thrust turbojet engine or high pressure location
That the engine can be switched
It is a feature.
【手続補正5】[Procedure amendment 5]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図1[Correction target item name] Fig. 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図1】 FIG.
【手続補正6】[Procedure amendment 6]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図4[Correction target item name] Fig. 4
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図4】 FIG. 4
【手続補正7】[Procedure amendment 7]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図6[Correction target item name] Fig. 6
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図6】 ─────────────────────────────────────────────────────
FIG. 6 ────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成11年8月16日(1999.8.1
6)[Submission date] August 16, 1999 (1999.8.1
6)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項3[Correction target item name] Claim 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
Claims (6)
機に流入する空気を燃料タンクから供給される極低温燃
料の冷熱により冷却する入口空気冷却器、該入口空気冷
却器に用いた極低温燃料を燃焼器に供給する燃料管路を
備え、前記入口空気冷却器により前記圧縮機への流入空
気の冷却を行うと共に、該入口冷却器に用いた極低温燃
料を燃焼器に供給して、タービンに流入する燃焼ガス流
量を増加させ、小さなタービン膨脹比で空気圧縮を行う
ことにより、排気ガスの圧力を上げて推力を向上させた
ことを特徴とするターボジェットエンジン。In a turbojet engine, an inlet air cooler for cooling air flowing into a compressor by the cold heat of a cryogenic fuel supplied from a fuel tank, and a cryogenic fuel used for the inlet air cooler is combusted by a combustor. A fuel line is provided for supplying air to the compressor, the inlet air cooler cools the air flowing into the compressor, and the cryogenic fuel used for the inlet cooler is supplied to the combustor and flows into the turbine. A turbojet engine characterized by increasing the flow rate of combustion gas and performing air compression at a small turbine expansion ratio to increase the pressure of exhaust gas to improve thrust.
化剤を噴射する酸化剤噴射器を備え、前記入口空気冷却
器に理論混合比以上の過剰な極低温燃料を供給し、該過
剰の燃料を燃焼器に供給することによって得られる高圧
力で燃料が過剰な排気ガスに、酸化剤を供給して排気ダ
クト内で燃焼させることで、ロケットエンジンと同様の
高推力を得ることができるようにした請求項1記載のタ
ーボジェットエンジン。2. An oxidant injector for injecting oxidant into exhaust gas flowing out of the turbine is provided, and an excessive cryogenic fuel having a stoichiometric ratio or more is supplied to the inlet air cooler. A high thrust similar to that of a rocket engine can be obtained by supplying an oxidizing agent to the exhaust gas that is excessively fueled at a high pressure obtained by supplying it to the combustor and burning it in the exhaust duct. The turbojet engine according to claim 1.
料を供給して、該理論混合比以下の希薄燃料を前記燃焼
器に供給して燃焼させることで、高比推力で作動させる
ことができる請求項1記載のターボジェットエンジン。3. A high specific thrust operation by supplying a fuel having a stoichiometric ratio or less to the inlet cooler and supplying and burning a lean fuel having a stoichiometric ratio or less to the combustor. The turbojet engine according to claim 1, wherein:
ぐ遮断弁を設け、該遮断弁で燃焼器入口を遮断して燃料
と酸化剤を排気ダクト部分に供給することで、高圧力の
ロケットエンジンとして作動できるようにした請求項1
記載のターボジェットエンジン。4. A shut-off valve for preventing backflow of combustion gas is provided at the inlet of the combustor, and the shut-off valve shuts off the combustor inlet to supply fuel and oxidant to an exhaust duct, thereby providing a high pressure Claim 1 which can operate as a rocket engine.
The turbojet engine described.
気冷却器、圧縮機、遮断弁、燃焼器、タービン、酸化剤
噴射器、排気ダクト、ノズル切替ドアを備えてなるター
ボジェットエンジンを複数個間隔をおいて配列し、該タ
ーボジェットエンジンの外壁間にラムジェット用燃料噴
射器を設けて前記外壁間空間部にラムジェットエンジン
を形成してなり、前記インテーク切替ドア、前記ノズル
切替ドア及び前記遮断弁を開閉制御し、且つ前記燃焼器
又はラムジエット用燃料噴射器への燃料供給制御及び前
記酸化剤噴射器への酸化剤供給制御することにより、タ
ーボジェット推進、ラムジェット推進又はロケット推進
の何れかの推進機構に切替可能になっていることを特徴
とする複合エンジン。5. A turbo-jet engine comprising at least a plurality of intake switching doors, an inlet air cooler, a compressor, a shutoff valve, a combustor, a turbine, an oxidizer injector, an exhaust duct, and a nozzle switching door. And a ramjet engine is formed in the space between the outer walls by providing a ramjet fuel injector between outer walls of the turbojet engine, and the intake switching door, the nozzle switching door, and the shutoff valve are provided. Propulsion of turbojet propulsion, ramjet propulsion or rocket propulsion by controlling opening / closing and controlling fuel supply to the combustor or ramjet fuel injector and oxidant supply to the oxidant injector A composite engine characterized by being switchable to a mechanism.
焼器に理論混合比以下の燃料を供給して燃焼させて高比
推力を得る機構と、前記排気ダクト部分に高圧力で燃料
が過剰の排気ガスを供給して前記酸化剤噴射器により酸
化剤を供給し、燃焼させることにより高圧力の推進を得
る機構とに切り替え可能となっている請求項5記載の複
合エンジン。6. The turbojet propulsion mechanism supplies a fuel having a stoichiometric ratio or less to the combustor and burns the fuel to obtain a high specific thrust. 6. The combined engine according to claim 5, wherein the combined engine is switchable to a mechanism that obtains high-pressure propulsion by supplying gas and supplying oxidant by the oxidant injector and burning the oxidant.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10196457A JP3005676B2 (en) | 1998-06-29 | 1998-06-29 | Turbojet engine and combined engine equipped with the turbojet engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10196457A JP3005676B2 (en) | 1998-06-29 | 1998-06-29 | Turbojet engine and combined engine equipped with the turbojet engine |
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JP10196457A Expired - Lifetime JP3005676B2 (en) | 1998-06-29 | 1998-06-29 | Turbojet engine and combined engine equipped with the turbojet engine |
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