JP2003269254A - 燃料噴射器 - Google Patents

燃料噴射器

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JP2003269254A
JP2003269254A JP2002068182A JP2002068182A JP2003269254A JP 2003269254 A JP2003269254 A JP 2003269254A JP 2002068182 A JP2002068182 A JP 2002068182A JP 2002068182 A JP2002068182 A JP 2002068182A JP 2003269254 A JP2003269254 A JP 2003269254A
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hydrogen
lox
chamber
injection element
face plate
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Takao Kaneko
敬郎 金子
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、液体ロケットエンジン用の燃料噴
射器に関する。従来の燃料噴射器は、噴射エレメントが
LOxポストとLOxポスト外周を被覆した外筒からな
る水素エレメントで形成されていたため部品点数が多く
なり、またスリットの加工が困難になる不具合があっ
た。本発明はこのような不具合を解消できる燃料噴射器
の提供を課題とする。 【解決手段】 本発明の噴射エレメントは、断面が円形
の噴射エレメント取付孔を貫通させて水素室と燃焼室と
を仕切るフェイスプレート、後端部を酸素室と水素室と
を仕切る隔壁に固着し、先端部を噴射エレメント取付孔
内に挿入し、取付孔内周面を密着、被覆したリングを介
装してフェイスプレートに固着してLOx流路を軸心部
に設けたLOxポスト及びLOxポスト先端外周とリン
グとの間に水素流路を設けた水素エレメントからなる噴
射エレメントからなるものとした。これにより、上述の
不具合を解消し、製作コストを低減した燃料噴射器にで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体ロケットエン
ジン用の燃料噴射器に関する。
【0002】
【従来の技術】液体ロケットエンジンは、酸素、水素等
からなる推進剤を燃焼させる燃焼器、燃焼器で発生させ
た燃焼ガスを膨脹、加速させ推力を発生させるノズル、
タンク内の推進剤を燃焼器に送り込む推進剤供給系等か
らなる。また、推進剤供給系は、推進剤タンクから供給
された液体酸素(以下LOxという)、液体水素(以下
LH2 という)を加圧するターボポンプ、ターボポンプ
で加圧されたLOx及びターボポンプで加圧されノズル
を冷却したLH2 の一部を使用して、ターボポンプを駆
動させる燃焼ガスを発生させるガス発生器、並びにLO
x、LH2 及び燃焼ガスを混合して、燃焼器内に噴射す
る燃料噴射器等からなる。
【0003】このうち、燃料噴射器1は、図4に示すよ
うに断面が円形にされた噴射エレメント取付孔を貫通さ
せて、図示省略したノズルを冷却したLH2 が供給され
る水素室2と燃焼器内に画成された燃焼室4とを仕切る
フェイスプレート5と、同様に噴射エレメント取付孔を
貫通させて、ターボポンプで加圧されたLOxが供給さ
れる酸素室3と前述の水素室2とを仕切る隔壁6と、フ
ェイスプレート5の噴射エレメント取付孔に先端部が挿
入され固着されるとともに、隔壁6の噴射エレメント取
付孔に後端部が挿入され固着されて、フェイスプレート
5と隔壁6との間に架設された筒状の噴射エレメント7
等から構成されている。
【0004】また、噴射エレメント7は、図5、図6に
示すように、LOxオリフィス9aをLOx流路9c内
周面に嵌合した後端部外周面が隔壁6に固着され、径が
小さくされた先端部9bがフェイスプレート5の噴射エ
レメント取付孔10′の内部まで延設されて遊嵌され、
軸心部にLOxを酸素室3から燃焼室4に供給するLO
x流路9cが設けられたLOxポスト8と、先端に設け
たフランジ部12aがフェイスプーレト5前面の凹部に
嵌入され、外周面がフェイスプレート5の噴射エレメン
ト取付孔10′内周面に固着されるとともに、後端部内
周面が径を小さくしているLOxポスト8の段部9d後
方に溶着されて、LOxポスト8の先端部9b外周を被
覆した外筒12bを設け、外筒12b内周面とLOxポ
スト8の先端部9b外周面との間に水素流路12cを設
け、噴射エレメント取付孔10′内周面との固着部12
d後方の外筒12bに穿設されたスリット12eから、
LH2 を水素室2から燃焼室4に供給する水素エレメン
ト11とからなる。
【0005】このように、噴射エレメント7は、大きく
区分するとLOxポスト8、水素エレメント11及びL
Oxオリフィス9aから構成され、LOx流路9c、水
素流路12cとをそれぞれ形成する二重管構造にされ
て、酸素室3からのLOxと水素室2からスリット12
eを通って流入したLH2 とを、噴射エレメント7の先
端で混合して燃焼室4へ供給するようにしている。
【0006】しかしながら、従来の噴射エレメント7の
水素エレメント11を構成する外筒12bは曲率を持っ
た曲面にされており、この曲面に開口面積を所定の大き
さにする必要のあるスリット12eの加工を、外筒12
bの途中に行うには困難が伴う不具合がある。即ち、円
筒体からなる外筒12bの途中に長円形のスリット12
eを周方向に等ピッチにして複数個設ける必要があり、
しかも外筒12bの中間部の曲面に穿設するためには、
加工具の支持等が難しく加工が困難になる。また、水素
エレメント11の外筒12bがLOxポスト8と別体に
して製作され、後端部をLOxポスト8の段部9dに固
着して、LOxポスト8の先端部9b外周面との間に水
素流路12cを形成するようにしているために、噴射エ
レメントの部品点数が多くなり、さらには組み立てに時
間を要する等、噴射エレメントの製作コストの嵩む不具
合がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の噴射
エレメントが有する上述した不具合を解決するために、
LOxポストに設けられたLOxオリフィスにより流量
が制御されて、燃焼室に供給されるLOxとの混合比を
エンジンの作動に最適にする、水素室から燃焼室に供給
されるLH2 の流量にするために、精度の高い開口面積
にして、しかも極めて容易にスリット加工ができ、また
部品点数が少なく、精度を高くする必要のある溶接箇所
を少なくして組み立てを容易にして、製作コストを低減
できる噴射エレメントの提供を課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このため、第1番目の本
発明の燃料噴射器は、次の手段とした。 (1)液体ロケットエンジンの燃料噴射器において、断
面が円形の噴射エレメント取付孔を貫通させて水素室と
燃焼室とを仕切るフェイスプレートと、後端部外周が酸
素室と水素室とを仕切る隔壁に固着され、先端部が噴射
エレメント取付孔内に挿入され、噴射エレメント取付孔
内周面を密着、被覆した薄肉円筒状のリングを介装して
フェイスプレートに固着され、酸素室と燃焼室とを連通
するLOx流路を軸心部に設けたLOxポスト及びLO
xポストの先端部外周とリングとの間に水素室と燃焼室
とを連通する水素流路を設けた水素エレメントからなる
筒状の噴射エレメントとを設けたものとした。
【0009】また、第2番目の本発明の燃料噴射器は、
次の手段とした。 (2)噴射エレメントが、内周面をリングで被覆したフ
ェイスプレート取付孔内に挿入され、リングを介装して
フェイスプレートに固着された大径段部と、フェイスプ
レート取付孔内に遊嵌されて大径段部の前方に設けられ
た小径段部とを先端部に設けて、LOx流路を軸心部に
形成したLOxポスト及び大径段部後方周方向に等ピッ
チに間隔を設けて削成され、水素室に開口するスリット
を設けた溝と、大径段部の外周面に削成されリング内周
面との間に形成された溝と、小径段部外周面とリングと
の間に形成された円環状の流路とを設けLOxポスト外
周に水素流路を形成する水素エレメントを設けたものと
した。
【0010】本発明の噴射エレメントは、上述の手段に
したことにより、従来、精度を高めるとともに、曲面に
された円筒体の中間部に孔加工を行うために加工作業が
困難であった、スリット加工が円筒体のLOxポストの
端部で行われるため極めて容易になる。また、水素流路
を設ける従来の水素エレメントの外筒を、フェイスプレ
ート取付孔内に嵌入、固着されるリングに代えたため
に、部品点数を少なくできるとともに、フェイスプレー
トの加工、フェイスプレート取付孔内への固着が容易に
なり、さらには外筒をLOxポストへ固着する作業が不
要になる等により製作工数を低減できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の噴射エレメントの
実施の一形態を図面に基づき説明する。図1は本発明の
噴射エレメントの実施の第1形態を示す図で、一点鎖線
の右側が噴射エレメントの先端部の外周面図、左側が中
心線に沿って切断した縦断面図、図2は中心線に沿って
切断した全体縦断面図、図3は図2に示す矢視における
横断面図で、図3(a)は矢視A−Aにおける図、図3
(b)は矢視B−Bにおける図、図3(c)は矢視C−
Cにおける図である。なお、説明を簡単にするために、
これらの図において、図4〜図6に示す部材と同一又は
類似の部材には、同一符号を付して説明は省略する。
【0012】図4〜図6に基づき説明したように、内周
面にLOxオリフィス9aを嵌入させた後端部外周を、
酸素室3と水素室2とを仕切る隔壁6に固着し、酸素室
3と燃焼室4を連通するLOx流路9cを軸心部に設け
るようにした、断面が円形にされた従来のLOxポスト
8に代えて、本実施の形態のLOxポスト19は、図
1、図2に示すように、先端部をフェイスプレート5に
穿設され断面が円形にされた噴射エレメント取付孔1
0′内に挿入できるようにするため、小径段部22と大
径段部21とからなる縮径された段部20が2段にわた
って設けられているものとした。
【0013】このLOxポスト19先端部に設けられて
いる段部20のすぐ後方には、図2に示すように軸心方
向と平行にして、所定長さにわたって削成され、外周面
に開口するスリット25を形成して、水素室2に連通す
る第1の溝としての溝26が、図3(a)に示すように
周方向に等ピッチに複数設けられている。また、段部2
0のうち大径段部21には、図3(b)に示すように、
溝26のそれぞれ連通させるようにした第2の溝として
の溝27が周方向に等ピッチに削成され、さらに、その
外周面に嵌入して被覆したリング23を噴射エレメント
取付孔10′との間に介装するようにしている。
【0014】このリング23は、フェイスプレート5と
同様なSUS321等で製作されて、外周面を噴射エレ
メント取付孔10′内周面に溶着してフェイスプレート
5に取り付けられ、水素室2と燃焼室4とを仕切り前述
した素材を多孔質にして製作されたフェイスプレート5
に、水素室2から滲み込み溝27及び後述する流路28
に流出して、燃焼室4に供給されるLOxとLH2 との
混合比をずらし、エンジンの作動点の予測を困難にする
水素室2からのLH2 の流出を防止するためのものであ
る。
【0015】さらに、LOxポスト8の先端部が噴射エ
レメント取付孔10′に挿入されたとき、フェイスプレ
ート5の後端面とこの後端面に当接する大径段部21の
後方に形成される縮径部との間は、ろう付けした固着部
31が設けられ、LOxポスト19の先端部をフェイス
プレート5に固着するとともに、フェイスプレート5に
滲み込んだ水素室2からのLH2 の溝26内への流出を
防止するようにしている。
【0016】また、小径段部22の外周面とリング23
の内周面との間には、溝27に連通させた円環状の流路
28が形成されている。この流路28は、スリット25
を設けた溝26、溝26に連通させた溝27とともに、
従来の外筒12bとLOxポスト19の先端部9bとの
間に形成される、水素流路12cに代わる水素室2と燃
焼室4とを連通する水素流路29を形成している。さら
に、この流路28内には、小径段部22の外周面とリン
グ23の内周面とに両端が固着されたステー24が架設
され、小径段部22をリング23を介してフェイスプレ
ート5で支持し、LOxポスト19の先端部9bを強固
に固定できるようにしている。
【0017】このように、本実施の形態の噴射エレメン
トは、後端部を固着した隔壁6、先端部を固着したリン
グ23、及びステー24に支持されて水素室2内に架け
渡され、先端部外周に水素流路29を形成するようにし
たLOxポスト19で形成するようにしたので、従来の
水素流路12cを形成するためにLOxポスト8の外周
を被覆して設けるようにした外筒12bをなくすること
ができるとともに、従来の外筒12bの先端部に穿設す
るようにしていたスリット12eに比較して、加工が極
めて容易なスリット25にでき、部品点数を少なくでき
組み立てが容易になり、製作コストを低減することがで
きる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の噴射エレ
メントは、断面が円形の噴射エレメント取付孔を貫通さ
せて水素室と燃焼室とを仕切るフェイスプレート、後端
部を酸素室と水素室とを仕切る隔壁に固着し、先端部を
噴射エレメント取付孔内に挿入し、取付孔内周面を密
着、被覆したリングを介装してフェイスプレートに固着
して、LOx流路を軸心部に設けたLOxポスト及びL
Oxポスト先端外周とリングとの間に水素流路を設けた
水素エレメントからなる噴射エレメントからなるものと
した。
【0019】また、本発明の燃料噴射器は、噴射エレメ
ントが、内周面をフェイスプレート取付孔内に挿入さ
れ、リングを介装してフェイスプレートに固着された大
径段部、取付孔内に遊嵌され大径段部の前方に設けられ
た小径段部を先端部に設けて、軸心部にLOx流路を形
成したLOxポスト及び大径段部後方に削成され水素室
と連通するスリットを設けた溝、大径段部外周面に削成
されリング内周面との間に形成された溝、小径段部外周
面とリングとの間に形成された環状の流路を設け、LO
xポスト外周に水素流路を形成した水素エレメントから
なるものとした。
【0020】これにより、スリット加工が極めて容易に
なり、部品点数を少なくできるとともに、フェイスプレ
ートの加工、フェイスプレート取付孔内への固着が容易
になり、製作コストを大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態の噴射エレメントの先
端部を示す図で、一点鎖線の右側が噴射エレメントの先
端部の外周面図、左側が中心線に沿って切断した縦断面
図、
【図2】図1に示す噴射エレメントの先端部を中心線に
沿って切断した全体縦断面図、
【図3】図2に示す矢視における横断面図で、図3
(a)は図2の矢視A−Aにおける図、図3(b)は図
2の矢視B−Bにおける図、図3(c)は図2の矢視C
−Cにおける図、
【図4】燃料噴射器の断面図、
【図5】従来の噴射エレメントの燃料噴射器への取り付
け状態を一部破断面で示す図、
【図6】図5に示す噴射エレメントの先端部の拡大図
で、一点鎖線の右側が噴射エレメントの先端部の外周面
図、左側が中心線に沿って切断した縦断面図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射器 2 水素室 3 酸素室 4 燃焼室 5 フェイスプレート 6 隔壁 7 噴射エレメント 8 LOxポスト 9a LOxオリフィス 9b 先端部 9c LOx流路 9d 段部 10,10′ 噴射エレメント取付孔 11 水素エレメント 12a フランジ部 12b 外筒 12c 水素流路 12d 固着部 12e スリット 19 LOxポスト 20 段部 21 大径段部 22 小径段部 23 リング 24 ステー 25 スリット 26,27 溝 28 流路 29 水素流路 31 固着部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体ロケットエンジンの燃料噴射器にお
    いて、断面が円形の噴射エレメント取付孔を貫通させて
    水素室と燃焼室とを仕切るフェイスプレートと、後端部
    が酸素室と前記水素室とを仕切る隔壁に固着され、先端
    部が前記噴射エレメント取付孔内に挿入され、前記噴射
    エレメント取付孔内周面を密着、被覆した薄肉円筒状の
    リングを介装して前記フェイスプレートに固着され、前
    記酸素室と前記燃焼室とを連通するLOx流路を軸心部
    に設けたLOxポスト及び前記LOxポストの先端部外
    周と前記リングとの間に前記水素室と前記燃焼室とを連
    通する水素流路を設けた水素エレメントからなる筒状の
    噴射エレメントとを設けたことを特徴とする燃料噴射
    器。
  2. 【請求項2】 前記噴射エレメントが、前記フェイスプ
    レート取付孔内に挿入されて前記フェイスプレートに固
    着された大径段部と前記フェイスプレート取付孔内に遊
    嵌され前記大径段部の前方に設けられた小径段部とを先
    端部に設けた前記LOxポストと、前記大径段部後方周
    方向に等ピッチに間隔を設けて削成され、前記水素室に
    開口するスリットを設けた第1の溝と、前記大径段部の
    外周面に削成され、前記リング内周面との間に前記第1
    の溝のそれぞれを連通させた第2の溝と、前記小径段部
    外周面と前記リングとの間に形成された円環状の流路と
    を設けた前記水素エレメントとからなることを特徴とす
    る請求項1の燃料噴射器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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