JP2003201914A - 低減利得推力制御弁 - Google Patents

低減利得推力制御弁

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JP2003201914A
JP2003201914A JP2002369251A JP2002369251A JP2003201914A JP 2003201914 A JP2003201914 A JP 2003201914A JP 2002369251 A JP2002369251 A JP 2002369251A JP 2002369251 A JP2002369251 A JP 2002369251A JP 2003201914 A JP2003201914 A JP 2003201914A
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JP
Japan
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control valve
thrust control
reduced gain
cylinder
gain thrust
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Pending
Application number
JP2002369251A
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English (en)
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Tim Joseph Avampato
ジョセフ アバンパト ティム
Beth Ellen Tepper
エレン テッパー ベス
Antony Bautista
バウティスタ アントニー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Technologies Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44Feeding propellants
    • F02K9/56Control
    • F02K9/58Propellant feed valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K3/00Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing
    • F16K3/30Details
    • F16K3/32Means for additional adjustment of the rate of flow

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロケットエンジンに使用する低減利得推力制
御弁を提供する。 【解決手段】 低減利得推力制御弁10は、流体入口2
2を有するハウジング12と、制御弁10の流体出力を
制御するピストン・シリンダユニット14と、を備え
る。シリンダ15は、その内部に形成された少なくとも
1つの計量要素30を含む。この少なくとも1つの計量
要素30は、向上した制御安定性を実現する矩形部分3
2、エンジン始動の過渡段階において推力を制御するT
字形・スロット部分34、類別保持器38を収容する固
定タービンバイパス部分36、を備える。類別保持器3
8は、再現性のある固定されたバイパス流れの計量を実
現する制御オリフィス40を組み込んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高出力エキスパン
ダーサイクルロケットエンジンにおいて使用するための
低減利得推力制御弁(reduced gain th
rust control valve)に関する。
【0002】
【従来の技術】ロケットエンジンに使用される現在の推
力制御弁は、全ての作動条件において振動特性を示す。
さらに、これらの推力制御弁は、タービンに固定された
(fixed)バイパス流れの計量の制御に再現性がな
いことを示す。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような既存の推力
制御弁を使用するロケットエンジンは、制御振動の振幅
が大きい、1E振動レベル(1E vibration
level)が高い、さらには、固定された(fix
ed)タービンバイパスの流量の調整を意図してハード
ウェアを変更すると結果が首尾一貫しない、などによっ
て不合格になりやすい。
【0004】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的
は、ロケットエンジンに使用するための改良された低減
利得推力制御弁を提供することである。
【0005】本発明のさらなる目的は、制御振動を除去
し、1E振動レベルを低減し、さらに、内部ターボ機械
装置機構の苛酷さを低減する、低減利得推力制御弁を提
供することである。
【0006】上述した目的は、本発明の低減利得推力制
御弁によって達成される。
【0007】本発明に従って、ロケットエンジンに使用
するための低減利得推力制御弁は、大まかに、流体入口
を有するハウジングと、制御弁からの流体出力を制御す
るピストン・シリンダユニットと、を備える。シリンダ
は、その内部に形成された少なくとも1つの計量要素を
含む。各計量要素は、向上した制御安定性を実現する第
1の手段、エンジン始動の過渡段階において推力を制御
する第2の手段、類別保持器(classed ret
ainer)を収容する第3の手段を備える。
【0008】本発明の低減利得推力制御弁の他の詳細、
他の目的およびそれに付随する利点は、以下の詳細な説
明、同様の参照番号が同様の構成要素を示している付随
する図面、において述べられる。
【0009】
【発明の実施の形態】図面を参照すると、図1〜図3
は、本発明に従う低減利得推力制御弁10を例示する。
推力制御弁10は、ハウジング12と、このハウジング
の内壁16から離間したピストン・シリンダユニット1
4と、を有する。内壁16とシリンダ15の壁18と
が、弁10が閉のとき流体が通って流れることができる
環状空間20を形成する。ハウジング12は、環状空間
20に流体を流入させるための3つの等間隔の単一スロ
ット(single slot)入口ポート22を有す
る。
【0010】ここで、図2を参照すると、ピストン・シ
リンダユニット14は、軸方向に移動可能なピストン2
4とシリンダ15とを含む。シリンダ15は、壁18内
に機械加工または形成された3つの計量要素(計量部
材)30を備える。図3に示すように、各計量要素30
は、入口ポート22の1つから60度の角度ずれてい
る。
【0011】ここで、図4を参照すると、各計量要素3
0は、制御安定性の向上を実現するための矩形部分32
を含む。矩形部分32は、全ての型式の高出力ロケット
エンジンのための十分な定常状態作動範囲(stead
y state operating range)
と、制御安定性の限界(control stabil
ity margin)とを与えるような、設計、寸法
とされている。
【0012】各計量要素30は、さらに、T字形・スロ
ット部分34を備える。この部分は、エンジン始動の過
渡的な間に、推力を制御する。また、各計量要素30
は、類別保持器38を収容する固定タービンバイパス部
分36を有し、この保持器38は、制御オリフィス40
を組み込んでいて、それによって、再現性のある固定さ
れた(すなわち一定の)バイパス流れの計量を実現す
る。
【0013】推力制御弁10に使用される保持器38
は、図5に例示される。保持器38は、その側壁42内
に機械加工された複数の制御オリフィス40を備える。
保持器38内に存在する制御オリフィス40の数は、シ
リンダ壁18内の計量要素30の数に等しい。各オリフ
ィス40は、それぞれの固定タービンバイパス部分36
と協同する。保持器38は、当業技術内で知られるどの
ような適切な手段を用いても、ハウジング12に取り付
けることができる。例えば、保持器38は、固定された
差し込みピン方法(fixed bayonet ap
proach)を用いてハウジング12に取り付けるこ
とができ、この方法では、保持器38は、ハウジング1
2内の位置内にばね付勢されかつ捩り込まれる。さまざ
まな大きさの開口部40を有するさまざまな保持器38
を、さまざまな種類のロケットエンジンのために使用す
ることができ、よって、類別保持器の名がある。
【0014】作動中、ピストン24は、空気により駆動
され、ピストン24が計量要素30のそれぞれを完全に
覆う初期位置と、ピストン24が計量要素30の全てま
たは一部を覆わない他の位置と、の間を移動する。ピス
トン24が初期位置にあり、計量要素30の全てを覆う
とき、流体は、シリンダ15の内部に流入できない。そ
の結果、ハウジング12に流入する流体は、環状空間2
0内に流入し、開口部50を介して弁10から流出す
る。
【0015】弁10が開のとき、弁10は、それが取り
付けてあるタービン(図示せず)周りに流れ(出力(p
ower))を迂回させる。弁10が完全に閉のとき、
最大推力が発生する。100%の出力(power)に
おいて、ピストン24の位置は、計量要素30の垂直の
矩形部分内に調整される。計量要素30のT字形部分の
最上部は、始動時にのみ覆われず、この非常に速い過渡
的条件を制御する非常に大きな制御権限(author
ity)を与える。スロットは、通常覆われず、エンジ
ンの変動に対してエンジンを補償するのに使用される。
【0016】上述した説明から理解できるように、本発
明の推力制御弁は、多数の計量要素の特徴を組み込んで
いて、これらの特徴によって、高出力エキスパンダーサ
イクルロケットエンジンの制御および作動特性が大幅に
改善することになる。各計量要素30の設計によって、
作動条件の全ての組み合わせにおける安定した制御作
動、固定されたタービンバイパス流れの計量の正確な制
御、全ての作動条件における許容される始動過渡制御、
が得られる。本発明の計量要素は、制御振動を除去し、
1E振動レベルを低減し、さらに、内部ターボ機械装置
機構の苛酷さを低減し、それによって、エキスパンダー
サイクル制御、エンジン品質、生産性が向上する。
【0017】弁ハウジング12は、3つの入口ポート2
2を備えるのが好ましいが、必要ならば、2つ以下ある
いは4つ以上の入口ポートを、ハウジング12に設ける
ことができる。さらに、シリンダ壁18内に3つの計量
要素30があるのが好ましいが、必要ならば、2つ以下
または4つ以上の計量要素30があってもよい。
【0018】本発明に従って、上述した目的、手段、利
点を十分に満足する低減利得推力制御弁が提供されたこ
とは、明らかである。本発明は、その具体的実施態様の
文脈において説明されたが、上述した説明を読んだ当業
者には、他の代替物、変形物、変更物も明らかとなるで
あろう。従って、特許請求の範囲の広い範囲内に含まれ
るようなそのような、代替物、変形物、変更物が包含さ
れることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う推力制御弁の側面図である。
【図2】本発明に従う推力制御弁の断面図である。
【図3】本発明に従う推力制御弁の端面図である。
【図4】少なくとも1つの計量要素を有する図1の推力
制御弁に使用されるシリンダの一部の側面図である。
【図5】図1の推力制御弁に使用される保持器の側面図
である。
【符号の説明】
10…低減利得推力制御弁 12…ハウジング 14…ピストン・シリンダユニット 15…シリンダ 16…内壁 18…壁 20…環状空間 22…入口ポート 24…ピストン 30…計量要素 32…矩形部分 34…T字形・スロット部分 36…タービンバイパス部分 38…保持器 40…制御オリフィス 42…側壁 50…開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティム ジョセフ アバンパト アメリカ合衆国,コネチカット,サウス ウィンドソー,アイデント ロード 129 (72)発明者 ベス エレン テッパー アメリカ合衆国,フロリダ,リビエラ ビ ーチ,ヨット ハーバー ドライブ 1243 (72)発明者 アントニー バウティスタ アメリカ合衆国,アラバマ,ハーベスト, バイン クリフ ドライブ 264

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロケットエンジンに使用する低減利得推
    力制御弁であって、 流体入口を有するハウジングと、 制御弁の流体出力を制御するピストン・シリンダユニッ
    トと、を備え、 シリンダは、その内部に形成された少なくとも1つの計
    量要素を含み、 この少なくとも1つの計量要素は、向上した制御安定性
    を実現する第1の手段、エンジン始動の過渡段階におい
    て推力を制御する第2の手段、類別保持器を収容する第
    3の手段、を備えることを特徴とする低減利得推力制御
    弁。
  2. 【請求項2】 前記少なくとも1つの計量要素は、前記
    シリンダ内に機械加工されることを特徴とする請求項1
    記載の低減利得推力制御弁。
  3. 【請求項3】 前記シリンダは、その内部に機械加工さ
    れた複数の前記計量要素を備えることを特徴とする請求
    項1記載の低減利得推力制御弁。
  4. 【請求項4】 前記第1の手段は、矩形部分を含むこと
    を特徴とする請求項1記載の低減利得推力制御弁。
  5. 【請求項5】 前記第2の手段は、T字形・スロット部
    分を含むことを特徴とする請求項1記載の低減利得推力
    制御弁。
  6. 【請求項6】 前記第3の手段は、固定タービンバイパ
    ス部分を含むことを特徴とする請求項1記載の低減利得
    推力制御弁。
  7. 【請求項7】 前記類別保持器は、その内部に少なくと
    も1つの制御オリフィスを有することを特徴とする請求
    項1記載の低減利得推力制御弁。
  8. 【請求項8】 前記類別保持器は、前記計量要素の数に
    等しい数の複数のオリフィスを有することを特徴とする
    請求項1記載の低減利得推力制御弁。
  9. 【請求項9】 前記シリンダは、前記ハウジングの内壁
    から離間しており、前記ピストンが前記少なくとも1つ
    の計量要素を覆う第1の位置に前記ピストンがあると
    き、前記弁に流入する流体が、前記シリンダと前記内壁
    との間の環状空間内に流入することを特徴とする請求項
    1記載の低減利得推力制御弁。
  10. 【請求項10】 前記ピストンが、前記第1の位置から
    後退(retracted)位置の方へと移動するにつ
    れ、流体が、前記少なくとも1つの計量要素を通って前
    記シリンダの内部へ流入し、さらに、前記シリンダの端
    部を通って流出することを特徴とする請求項9記載の低
    減利得推力制御弁。
  11. 【請求項11】 エンジン用の低減利得推力制御弁に使
    用する計量要素であって、 前記エンジンのための定常状態作動範囲と、制御安定性
    の限界と、を与える矩形部分と、 エンジン始動の過渡的な間に推力を制御するT字形・ス
    ロット部分と、 類別保持器を収容する固定タービンバイパス部分と、 を備え、前記保持器は、再現性のある固定されたバイパ
    ス流れの計量を実現する制御オリフィスを組み込んでい
    ることを特徴とする計量要素。
JP2002369251A 2001-12-21 2002-12-20 低減利得推力制御弁 Pending JP2003201914A (ja)

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US2632201A 2001-12-21 2001-12-21
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