JP2004044395A

JP2004044395A - Active control mixer and liquid rocket engine having the mixer

Info

Publication number: JP2004044395A
Application number: JP2002199260A
Authority: JP
Inventors: Fumiya Iwasaki; 岩崎　文哉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-08
Also published as: JP4095848B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active control mixer capable of continuously adjusting the flow passage area of a mixer element and a liquid rocket engine equipped with the mixer. <P>SOLUTION: This active control mixer for mixing a first fluid with a second fluid by introducing the first fluid into a mixing chamber through the mixer element comprises a mixer case having the mixing chamber, a fluid outlet part, a second fluid inlet part, and a fluid inlet opening, a first tubular member fitted to the fluid inlet opening of the mixer case and having a tip extending in the mixing chamber, a second tubular member installed on the inner peripheral surface of the first tubular member so as to be axially moved and having a tip extending in the mixing chamber, a third tubular member fixed to the first tubular member, installed on the outer peripheral surface of the second tubular member so as to be axially moved, having a tip extending in the mixing chamber, and having a rear end forming the first fluid inlet part, and an axially moving actuator of the second tubular member. Any of these tubular members is closed at the tip thereof, has a porous part at the tip side thereof, and forms the mixer element to adjust an opening ratio by the width thereof overlapped with the other tubular member. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体ロケットの燃料系等に用いられる２流体を流しながら混合し下流側へ送るミキサにおいて、流量比が調整可能なアクティブコントロールミキサ、およびそれを備えた液体ロケットエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に基づき、従来のミキサを説明する。図６は液体ロケットの燃料系等に用いられる従来のミキサの縦断面図である。
【０００３】
ミキサは一般に２種の流体を混合し下流側へ送る機能を有する機器であり、従来液体ロケットの燃料系等に用いられるミキサ１は、図６に示すように、ミキサーケース２内に混合室３を有し、混合室３には第２流体ｂを導入する第２流体入口部４と混合後の流体ｃを導出する流体出口部５が設けられるとともに、流体出口部５に相対して流体入口開口６が設けられている。
【０００４】
流体入口開口６には入口導管７の先端７ａがボルトで固定され、入口導管７の後端７ｂは第１流体ａを導入する第１流体入口部８を形成している。入口導管７の先端７ａには、流体入口開口６に密に嵌装されたミキサエレメンメント９の後端９ｂが連通しており、ミキサエレメント９の先端９ａ側は混合室３内に延在している。
【０００５】
ミキサエレメント９は、先端９ａが塞がれ先端９ａより後方一定長さの範囲に多孔状部１０を有し、混合室３を二重管構造にしている。
【０００６】
多孔状部１０はシャワーヘッドとも呼ばれるように管壁に多数の小開口１０ａを設けたもので、第１流体入口部８から導入された第１流体ａを多数の小開口１０ａを介して混合室３に導入することにより、第２流体入口部４から混合室３に導入された第２流体ｂとの混合性能の向上が図られている。
【０００７】
上記のようなミキサ１は、例えば図示しない液体ロケットエンジンにおいて、低温水素と高温水素とを混合する場合などによく用いられている。
【０００８】
なお、本明細書において、「先端」とは流体流れ方向の下流側端を言い、図１〜図６中では右端である。「後端」とは流体流れ方向の上流側端を言い、図１〜図６中では左端である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ミキサ１においては、混合室３におけるミキサエレメント９の多孔状部１０（シャワーヘッド）の形状により、下流の温度分布や、混合による圧損が大きく変わるが、上記の図６に示したような従来のミキサ１の場合は、多孔状部１０の形状が一定であり、その流路面積（開口している小開口１０ａの合計開口面積）が固定されるため、汎用性、制御性に欠けるという問題があった。
【００１０】
また、特に液体水素と気体水素の混合のような異相混合では、設計段階で実際の混合特性を予測することが困難なため、多孔状部の形状の最適化には幾ケースもの試作試験が必要となる場合があり、液体ロケットエンジンの性能向上の障害要因となっていた。
【００１１】
本発明は、上記のような従来のミキサの問題を解消し、ミキサエレメントの多孔状部（シャワーヘッド）における流路面積を連続的に調整可能とし、流量、圧力等のミキサ性能を連続的に調整可能なアクティブコントロールミキサとそれを備えた液体ロケットエンジンを提供することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、その第１の手段として、第１の流体入口部から導入した第１の流体を多孔状部が形成されたミキサーエレメントを介して混合室に導入し、第２の流体入口部から同混合室に導入した第２の流体と混合して流体出口部から導出するミキサにおいて、内部に前記混合室を有し同混合室に前記流体出口部と第２の流体入口部および流体入口開口を設けたミキサーケースと、同ミキサーケースに固定され前記流体入口開口に密に嵌装され先端が前記混合室内に延在する第１の管状部材と、同第１の管状部材の内周に密に軸方向移動可能に装填され先端が前記混合室内に延在する第２の管状部材と、前記第１の管状部材に固定され前記第２の管状部材を外周に密に軸方向移動可能に装填し先端が前記混合室内に延在し後端が前記第１の流体入口部を形成する第３の管状部材と、前記第２の管状部材を軸方向に移動駆動するアクチュエータとを備え、前記第１ないし第３のいずれかの管状部材が、その先端を塞がれるとともに同先端より後方一定長さの範囲に多孔状部を有して前記ミキサーエレメントを形成し、前記第２の管状部材の軸方向の移動により前記多孔状部と他のいずれかの前記管状部材との重なり幅が変更され同多孔状部の開口率が調整されるように構成されてなることを特徴とするアクティブコントロールミキサを提供する。
【００１３】
上記の構成により、第１の手段によれば、第１の流体を多数の小開口を介して混合室に導入することにより、第２の流体との混合性能の向上が図られるほか、第２の管状部材を軸方向にアクチュエータによって移動させることで、多孔状部の開口率が変更されるので、アクティブコントロールミキサの流路面積を開口率０〜１００％に連続的に変化させミキサの混合特性を微妙に調整する事ができる。
【００１４】
（２）第２の手段としては、第１の手段のアクティブコントロールミキサにおいて、前記第２の管状部材が前記ミキサーエレメントを形成し、その軸方向の移動により前記多孔状部と前記第３の管状部材との重なり幅が変更され同多孔状部の開口率が調整されるように構成されてなることを特徴とするアクティブコントロールミキサを提供する。
【００１５】
第２の手段によれば、第１の手段の作用を、第２の管状部材をミキサーエレメントとして奏するものとなる。
【００１６】
（３）また、第３の手段として、第１の手段のアクティブコントロールミキサにおいて、前記第３の管状部材が前記ミキサーエレメントを形成し、前記第２の管状部材の軸方向の移動により前記多孔状部と同第２の管状部材との重なり幅が変更され同多孔状部の開口率が調整されるように構成されてなることを特徴とするアクティブコントロールミキサを提供する。
【００１７】
第３の手段によれば、第１の手段の作用を、第３の管状部材をミキサーエレメントとして奏するものとなる。
【００１８】
（４）第４の手段として、第１の手段のアクティブコントロールミキサにおいて、前記第１の管状部材が前記ミキサーエレメントを形成し、前記第２の管状部材の軸方向の移動により前記多孔状部と同第２の管状部材との重なり幅が変更され同多孔状部の開口率が調整されるように構成されてなることを特徴とするアクティブコントロールミキサを提供する。
【００１９】
第２の手段によれば、第１の手段の作用を、第１の管状部材をミキサーエレメントとして奏するものとなる。
【００２０】
（５）第５の手段として、第１の手段ないし第４の手段のいずれかのアクティブコントロールミキサにおいて、前記アクチュエータは駆動流体により駆動されるピストンを有してなることを特徴とするアクティブコントロールミキサを提供する。
【００２１】
第５の手段によれば、第１の手段ないし第４の手段の作用に加え、ピストン方式のアクチュエータにより、簡潔な構造で自動制御化が可能となる。
（６）第６の手段として、第１の手段ないし第４の手段のいずれかのアクティブコントロールミキサにおいて、前記アクチュエータは前記第２の管状部材と前期第１の管状部材との間に形成された螺合部とねじり回転駆動部からなることを特徴とするアクティブコントロールミキサを提供する。
【００２２】
第６の手段によれば、第１の手段ないし第４の手段の作用に加え、ネジ回転方式のアクチュエータにより、精度の高い自動制御化が可能である。
【００２３】
（７）第７の手段として、第１の手段ないし第６の手段のいずれかに記載のアクティブコントロールミキサを備えてなることを特徴とする液体ロケットエンジンを提供する。
【００２４】
第７の手段によれば、第１の手段ないし第６の手段のアクティブコントロールミキサの作用により、液体ロケットエンジンは、燃料の液体水素と気体水素の混合のような異相混合におけるミキサの設計が容易となり、試作試験、再設計の繰り返しが低減する。また、使用時のアクティブコントロールミキサ調整が可能である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１に基づき、本発明の実施の第１形態に係るアクティブコントロールミキサにつき説明する。図１は、本実施の形態のアクティブコントロールミキサの縦断面図である。
【００２６】
本実施の形態のアクティブコントールミキサ１０１は、図１に示すように、ミキサーケース１０２内に混合室１０３を有し、混合室１０３には第２流体ｂを導入する第２流体入口部１０４と混合後の流体ｃを導出する流体出口部１０５が設けられるとともに、流体出口部１０５に相対して流体入口開口１０６が設けられている。
【００２７】
流体入口開口１０６には、管状のガイド部材１２０（本発明の「第１の管状部材」）がその先端１２０ａを混合室１０３内に延在するように密に嵌装され、図示しないボルトで、あるいは溶接でミキサーケース１０２に固定されている。
【００２８】
ガイド部材１２０の内周には密に接して軸方向移動可能に可動管１２１（本発明の「第２の管状部材」）が装填され、その先端１２１ａが混合室１０３内に延在している。
【００２９】
ガイド部材１２０の後端１２０ｂには、可動管１２１を外周に密に接して軸方向移動可能に装填する入口導管１２２（本発明の「第３の管状部材」）の後端１２２ｂが図示しないボルトで固定されている。入口導管１２２の先端１２２ａは可動管１２１の内周面に沿って混合室１０３内に延在し、後端１２２ｂは第１流体ａを導入する第１流体入口部１０８を形成している。
【００３０】
すなわち、ガイド部材１２０の先端１２０ａ側、可動管１２１の先端１２１ａ側、入口導管１２２の先端１２２ａ側は混合室１０３内で３重に密に接して重なり、可動管１２１が軸方向に移動可能となっている。
【００３１】
また、ガイド部材１２０と入口導管１２２の間において、可動管１２１の後端１２１ｂに作用し可動管１２１を軸方向に移動駆動するアクチュエータ１２３が設けられている。
【００３２】
可動管１２１は、その先端１２１ａが塞がれるとともに先端１２１ａより後方一定長さの範囲に多孔状部１１０を有し、多孔状部１１０はシャワーヘッドとも呼ばれるように管壁に多数の小開口１１０ａを設けている。
【００３３】
すなわち、本実施の形態においては、可動管１２１がミキサーエレメントを形成し、アクチュエータ１２３によって可動管１２１が軸方向に移動すると、多孔状部１１０の流路面積（開口している小開口１１０ａの合計開口面積）が、入口導管１２２の先端１２２ａ側外周面との重なり幅により調整されるように構成されている。
【００３４】
上記のような本実施の形態のアクティブコントロールミキサ１０１においては、第１流体入口部１０８から導入された第１流体ａを多数の小開口１１０ａを介して混合室１０３に導入することにより、第２流体入口部１０４から混合室１０３に導入された第２流体ｂとの混合性能の向上が図られるほか、ミキサーエレメントとなる可動管１２１を軸方向にアクチュエータ１２３によって移動させることで、多孔状部１１０と入口導管１２２の先端１２２ａ側外周面との重なり幅を変更でき、その開口率が変更されるので、アクティブコントロールミキサ１０１の流路面積を連続的に変化させミキサの混合特性を微妙に調整する事ができる。
開口率は全流路面積に対して０〜１００％が連続的に調整可能である。特に本実施の形態は、ミキサーエレメントとなる可動管１２１の多孔状部１１０の内側に入口導管１２２の先端１２２ａ側外周面が重なるので、開口率０％時の密閉性に優れる。
【００３５】
その結果、アクティブコントロールミキサ１０１内を流れる流体に応じて最適な混合特性を得ることができるため、設計製作上のロスを低減し、使用時の条件に合わせた最適設定が可能となる。
【００３６】
図２に基づき、本発明の実施の第２形態に係るアクティブコントロールミキサにつき説明する。図２は、本実施の形態のアクティブコントロールミキサの縦断面図である。図２において、前述の実施の形態と同様の部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点を主に以下説明する。
【００３７】
本実施の形態のアクティブコントールミキサ２０１は、図２に示すように、ミキサーケース１０２の流体入口開口１０６に、管状のガイド部材１２０（本発明の「第１の管状部材」）がその先端１２０ａを混合室１０３内に延在するように密に嵌装され、図示しないボルトでミキサーケース１０２に固定されている。
【００３８】
ガイド部材１２０の内周には密に接して軸方向移動可能に可動管２２１（本発明の「第２の管状部材」）が装填され、その先端２２１ａが混合室１０３内に延在している。
【００３９】
ガイド部材１２０の後端１２０ｂには、可動管２２１を外周に密に接して軸方向移動可能に装填する入口導管２２２（本発明の「第３の管状部材）の後端２２２ｂが図示しないボルトで固定されている。入口導管２２２の先端２２２ａは可動管２２１の内周面に沿って混合室１０３内に延在し、後端２２２ｂは第１流体ａを導入する第１流体入口部２０８を形成している。
【００４０】
すなわち、ガイド部材１２０の先端１２０ａ側、可動管２２１の先端２２１ａ側、入口導管２２２の先端２２２ａ側は混合室１０３内で３重に密に接して重なり、可動管２２１が軸方向に移動可能となっている。
【００４１】
ガイド部材１２０と入口導管２２２の間において、可動管２２１の後端２２１ｂに作用し可動管２２１を軸方向に移動駆動するアクチュエータ１２３が設けられている。
【００４２】
入口導管２２２は、その先端２２２ａが塞がれるとともに先端２２２ａより後方一定長さの範囲に多孔状部２１０を有し、多孔状部２１０はシャワーヘッドとも呼ばれるように管壁に多数の小開口２１０ａを設けている。
【００４３】
すなわち、本実施の形態においては、入口導管２２２がミキサーエレメントを形成し、アクチュエータ１２３によって可動管２２１が軸方向に移動すると、多孔状部２１０の流路面積（開口している小開口２１０ａの合計開口面積）が可動管２２１の先端２２１ａ側内周面との重なり幅により調整されるように構成されている。
【００４４】
上記のような本実施の形態のアクティブコントロールミキサ２０１においては、第１流体入口部２０８から導入された第１流体ａを多数の小開口２１０ａを介して混合室１０３に導入することにより、第２流体入口部１０４から混合室１０３に導入された第２流体ｂとの混合性能の向上が図られるほか、可動管２２１を軸方向にアクチュエータ１２３によって移動させることで、入口導管２２２の多孔状部２１０と可動管２２１の先端２２１ａ側内周面との重なり幅を変更でき、その開口率が変更されるので、アクティブコントロールミキサ２０１の流路面積を連続的に変化させミキサの混合特性を微妙に調整する事ができる。開口率は全流路面積に対して０〜１００％が連続的に調整可能である。また、多孔状部２１０が最端部に取付けられ比較的構造の簡潔な固定部材である入口導管２２２に設けられるので、構造、取扱が簡明となる。
【００４５】
その結果、前述の実施の第１形態のアクティブコントロールミキサ１０１と同様に、アクティブコントロールミキサ２０１内を流れる流体に応じて最適な混合特性を得ることができるため、設計製作上のロスを低減し、使用時の条件に合わせた最適設定が可能となる。
【００４６】
図３に基づき、本発明の実施の第３形態に係るアクティブコントロールミキサにつき説明する。図３は、本実施の形態のアクティブコントロールミキサの縦断面図である。図３において、前述の実施の形態と同様の部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点を主に以下説明する。
【００４７】
本実施の形態のアクティブコントールミキサ３０１は、図３に示すように、ミキサーケース１０２の流体入口開口１０６に、管状のガイド部材３２０（本発明の「第１の管状部材」）がその先端３２０ａを混合室１０３内に延在するように密に嵌装され、図示しないボルトでミキサーケース１０２に固定されている。
【００４８】
ガイド部材３２０の内周には密に接して軸方向移動可能に可動管２２１（本発明の「第２の管状部材」）が装填され、その先端２２１ａがガイド部材３２０の内周面に沿って混合室１０３内に延在している。
【００４９】
ガイド部材３２０の後端３２０ｂには、可動管２２１を外周に密に接して軸方向移動可能に装填する入口導管１２２（本発明の「第３の管状部材）の後端１２２ｂが図示しないボルトで固定されている。入口導管１２２の先端１２２ａは可動管２２１の内周面に沿って混合室１０３内に延在し、後端１２２ｂは第１流体ａを導入する第１流体入口部１０８を形成している。
【００５０】
すなわち、ガイド部材３２０の先端３２０ａ側、可動管２２１の先端２２１ａ側、入口導管１２２の先端１２２ａ側は混合室１０３内で３重に密に接して重なり、可動管２２１が軸方向に移動可能となっている。
【００５１】
ガイド部材３２０と入口導管１２２の間において、可動管２２１の後端２２１ｂに作用し可動管２２１を軸方向に移動駆動するアクチュエータ１２３が設けられている。
【００５２】
ガイド部材３２０は、その先端３２０ａが塞がれるとともに先端３２０ａより後方一定長さの範囲に多孔状部３１０を有し、多孔状部３１０はシャワーヘッドとも呼ばれるように管壁に多数の小開口３１０ａを設けている。
【００５３】
すなわち、本実施の形態においては、ガイド部材３２０がミキサーエレメントを形成し、アクチュエータ１２３によって可動管２２１が軸方向に移動すると、多孔状部３１０の流路面積（開口している小開口３１０ａの合計開口面積）が可動管２２１の先端２２１ａ側外周面との重なり幅により調整されるように構成されている。
【００５４】
上記のような本実施の形態のアクティブコントロールミキサ３０１においては、第１流体入口部１０８から導入された第１流体ａを多数の小開口３１０ａを介して混合室１０３に導入することにより、第２流体入口部１０４から混合室１０３に導入された第２流体ｂとの混合性能の向上が図られるほか、可動管２２１を軸方向にアクチュエータ１２３によって移動させることで、ガイド部材３２０の多孔状部３１０と可動管２２１の先端２２１ａ側外周面との重なり幅を変更でき、その開口率が変更されるので、アクティブコントロールミキサ３０１の流路面積を連続的に変化させミキサの混合特性を微妙に調整する事ができる。開口率は全流路面積に対して０〜１００％が連続的に調整可能である。特に本実施の形態は、ミキサーエレメントとなるガイド部材３２０の多孔状部３１０の内側に可動管２２１の先端２２１ａ側外周面が重なるので、開口率０％時の密閉性に優れる。
【００５５】
その結果、前述の実施の第１形態のアクティブコントロールミキサ１０１と同様に、アクティブコントロールミキサ３０１内を流れる流体に応じて最適な混合特性を得ることができるため、設計製作上のロスを低減し、使用時の条件に合わせた最適設定が可能となる。
【００５６】
なお、以上の各実施の形態において、アクチュエータ１２３は使用条件に合致した適宜のものを採用できるが、例えば、駆動流体ｄにより駆動されるピストンを有するピストン方式のアクチュエータ１２３Ａ、または、可動管１２１または２２１と入口導管１２２または２２２との間に形成された螺合部とねじり回転駆動部を有するネジ回転方式のアクチュエータ１２３Ｂが好ましい。
【００５７】
図４に基づき、ピストン方式のアクチュエータ１２３Ａを説明すると、図４において４０１は、ガイド部材１２０、３２０と入口導管１２２、２２２の間において、可動管１２１、２２１の後端１２１ｂ、２２１ｂと入口導管１２２、２２２の後端１２２ｂ、２２２ｂとの間に形成されるピストン室である。
【００５８】
ピストン方式のアクチュエータ１２３Ａのピストンを形成する可動管１２１、２２１の後端１２１ｂ、２２１ｂと、ガイド部材１２０、３２０内面の段部４０２の間にはスプリング４０３が装填され、可動管１２１、２２１を後方（図４において左方）に付勢している。すなわち、ピストン室４０１を狭めるように付勢している。
【００５９】
ガイド部材１２０、３２０には、ピストン室４０１に連通する駆動流体供給ポート４０４、駆動流体排出ポート４０５が設けられ、駆動流体供給ポート４０４には図示しない駆動流体供給装置が供給バルブ４０６を介して接続し、駆動流体排出ポート４０５は排出バルブ４０７を介して開放されるうように構成されている。駆動流体ｄとしては、例えば高圧Ｈｅガスを用いる。
【００６０】
上記のようなピストンとスプリングとを有してその併用によるピストン方式のアクチュエータ１２３Ａによれば、通常状態では供給バルブ４０６、排出バルブ４０７ともに閉じており、可動管１２１、２２１はスプリング４０３のスプリング力により後方に移動され、実施の第１形態では開度０の位置に、実施の第２形態と第３形態では開度最大の位置に固定される。
【００６１】
供給バルブ４０６を開、排出バルブ４０７を閉として高圧の駆動流体ｄをピストン室４０１に導くことにより、ピストン室４０１内圧が上昇し、これがスプリング４０３のスプリング力を上回ったとき、可動管１２１、２２１は前方（図４において右方）にスライド移動し、実施の第１形態では開度が増大し、実施の第２形態と第３形態では開度が減少する。
【００６２】
一方、供給バルブ４０６を閉、排出バルブ４０７を開としてピストン室４０１内の駆動流体を排出ｄ’し、ピストン室４０１内圧を下げれば、ピストン圧よりもスプリング力が上回り、可動管１２１、２２１は後方にスライド移動し、実施の第１形態では開度が減少し、実施の第２形態と第３形態では開度が増大する。
【００６３】
したがってピストン方式のアクチュエータ１２３Ａを用いれば、簡潔な構造で自動制御化が可能である。
【００６４】
なお、上記の例はスプリング４０３を設けたが、ピストン室を可動管１２１、２２１の後端１２１ｂ、２２１ｂの両側に設け双方に駆動流体ｄを制御して供給すれば、駆動流体ｄのみで操作できスプリング４０３を省くことが可能である。
【００６５】
図５に基づき、ネジ回転方式のアクチュエータ１２３Ｂを説明すると、図５において５０１は、ガイド部材１２０、３２０と入口導管１２２、２２２の間において、可動管１２１、２２１の後端１２１ｂ、２２１ｂに接して装填された筒状の可動管駆動ギアであり、その内周面に設けられた雌ネジ５０１ａは、入口導管１２２、２２２の外周面に設けられた雄ネジ５０２と螺合している。可動管駆動ギア５０１の外周面には外歯歯車５０１ｂが形成されている。
【００６６】
また、可動管１２１、２２１の後端１２１ｂ、２２１ｂと、ガイド部材１２０、３２０内面の段部５０３の間にはスプリング５０４が接して装填され、可動管１２１、２２１を後方（図５において左方）に付勢している。
【００６７】
一方、ガイド部材１２０、３２０には、可動管駆動ギア５０１の外歯歯車５０１ｂと噛み合う第２ギア５０５、第２ギア５０５と噛み合う第１ギア５０６が回転自在に軸支され、第１ギア５０６の回転シャフト５０７は電動モータ５０８により回転駆動される。
【００６８】
上記のような螺合部とねじり回転駆動部とスプリングとを有してその併用によるネジ回転方式のアクチュエータ１２３Ｂによれば、電動モータ５０８を回転駆動させることで、回転シャフト５０７、第１ギア５０６、第２ギア５０５を介して可動管駆動ギア５０１が回転し、可動管駆動ギア５０１が回転すると、その内周面の雌ネジ５０１ａと入口導管１２２、２２２の雄ネジ５０２との螺合により、可動管駆動ギア５０１がスプリング５０４との間に可動管１２１、２２１の後端１２１ｂ、２２１ｂを挟んだ状態で移動し、可動管１２１、２２１がスライド移動する。
【００６９】
通常状態では、可動管１２１、２２１はスプリング５０４のスプリング力で可動管駆動ギア５０１との間にその後端１２１ｂ、２２１ｂが挟まれて固定されているが、電動モータ５０８を順、逆回転駆動させて、可動管１２１、２２１を前方（図５において右方）または後方へスライドさせ、ピストン方式のアクチュエータ１２３Ａの場合と同様に、開度を増減制御できる。
【００７０】
したがって、ネジ回転方式のアクチュエータ１２３Ｂを用いれば、精度の高い自動制御化が可能である。
【００７１】
なお、上記の例はスプリング５０４を設けたが、可動管駆動ギア５０１を可動管１２１、２２１の後端１２１ｂ、２２１ｂから延在するように固定したものにすれば電動モータ５０８のみで操作できスプリング５０４を省くことが可能である。
【００７２】
以上、各実施の形態のアクティブコントロールミキサ１０１、２０１、３０１を説明したが、上記実施の形態のアクティブコントロールミキサを備えた液体ロケットエンジンは、燃料の液体水素と気体水素の混合のような異相混合におけるミキサの設計が容易となり、試作試験、再設計の繰り返しが低減し製造コストが低下する。
【００７３】
また、使用時のアクティブコントロールミキサ調整が可能であり、アクティブコントロールミキサの微調整によりエンジン品質、性能が均一化し、性能が向上する。
【００７４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてもよいことは言うまでもない。
【００７５】
たとえば、上記実施の形態のアクティブコントロールミキサは液体ロケットエンジンの燃料系に適用されるものを念頭に説明したが、勿論適用範囲はそれに限られることはなく、液体ロケットエンジンの他の系や、広く一般的な２流体ミキサとしても適用できる。
【００７６】
また、開口率が全流路面積に対して０〜１００％まで連続的に調整可能である上記実施形態はバルブへの応用も可能であり、特に推薬流量コントロールが必要な推力可変ロケットエンジン等へアクティブコントロールバルブとして適用し得るものである。
【００７７】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、アクティブコントロールミキサを、第１の流体入口部から導入した第１の流体を多孔状部が形成されたミキサーエレメントを介して混合室に導入し、第２の流体入口部から同混合室に導入した第２の流体と混合して流体出口部から導出するミキサにおいて、内部に前記混合室を有し同混合室に前記流体出口部と第２の流体入口部および流体入口開口を設けたミキサーケースと、同ミキサーケースに固定され前記流体入口開口に密に嵌装され先端が前記混合室内に延在する第１の管状部材と、同第１の管状部材の内周に密に軸方向移動可能に装填され先端が前記混合室内に延在する第２の管状部材と、前記第１の管状部材に固定され前記第２の管状部材を外周に密に軸方向移動可能に装填し先端が前記混合室内に延在し後端が前記第１の流体入口部を形成する第３の管状部材と、前記第２の管状部材を軸方向に移動駆動するアクチュエータとを備え、前記第１ないし第３のいずれかの管状部材が、その先端を塞がれるとともに同先端より後方一定長さの範囲に多孔状部を有して前記ミキサーエレメントを形成し、前記第２の管状部材の軸方向の移動により前記多孔状部と他のいずれかの前記管状部材との重なり幅が変更され同多孔状部の開口率が調整されるように構成したので、第１の流体を多数の小開口を介して混合室に導入することにより、第２の流体との混合性能の向上が図られるほか、第２の管状部材を軸方向にアクチュエータによって移動させることで、多孔状部の開口率が変更されるため、アクティブコントロールミキサの流路面積を開口率０〜１００％に連続的に変化させミキサの混合特性を微妙に調整することができ、その結果、アクティブコントロールミキサ内を流れる流体に応じて最適な混合特性を得ることができるため、設計製作上のロスを低減し、使用時の条件に合わせた最適設定が可能となる。
【００７８】
（２）請求項２の発明によれば、請求項１に記載のアクティブコントロールミキサにおいて、第１の手段のアクティブコントロールミキサにおいて、前記第２の管状部材が前記ミキサーエレメントを形成し、その軸方向の移動により前記多孔状部と前記第３の管状部材との重なり幅が変更され同多孔状部の開口率が調整されるように構成したので、請求項１の発明の効果を、第２の管状部材をミキサーエレメントとして奏するものとなり、第２の管状部材の多孔状部の内側に第３の管状部材の先端側外周面が重なるので、特に開口率０％時の密閉性に優れる。
【００７９】
（３）請求項３の発明によれば、請求項１に記載のアクティブコントロールミキサにおいて、前記第３の管状部材が前記ミキサーエレメントを形成し、前記第２の管状部材の軸方向の移動により前記多孔状部と同第２の管状部材との重なり幅が変更され同多孔状部の開口率が調整されるように構成したので、請求項１の発明の効果を、第３の管状部材をミキサーエレメントとして奏するものとなり、また最端部に取付けられ比較的構造の簡潔な固定部材である第３の管状部材に多孔状部が設けられるため、構造、取扱が簡明となる。
【００８０】
（４）請求項４の発明によれば、請求項１に記載のアクティブコントロールミキサにおいて、前記第１の管状部材が前記ミキサーエレメントを形成し、前記第２の管状部材の軸方向の移動により前記多孔状部と同第２の管状部材との重なり幅が変更され同多孔状部の開口率が調整されるように構成したので、請求項１の発明の効果を、第１の管状部材をミキサーエレメントとして奏するものとなり、第１の管状部材の多孔状部の内側に第２の管状部材の先端側外周面が重なるため、特に開口率０％時の密閉性に優れる。
【００８１】
（５）請求項５の発明によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアクティブコントロールミキサにおいて、前記アクチュエータは駆動流体により駆動されるピストンを有してなるように構成したので、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明の効果に加え、ピストン方式のアクチュエータにより、簡潔な構造で自動制御化が可能となる。
【００８２】
（６）請求項６の発明によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアクティブコントロールミキサにおいて、前記アクチュエータは前記第２の管状部材と前期第１の管状部材との間に形成された螺合部とねじり回転駆動部からなるように構成したので、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明の効果に加え、ネジ回転方式のアクチュエータにより、精度の高い自動制御化が可能である。
【００８３】
（７）請求項７の発明によれば、液体ロケットエンジンを、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアクティブコントロールミキサを備えてなるように構成したので、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明の効果により、液体ロケットエンジンは、燃料の液体水素と気体水素の混合のような異相混合におけるミキサの設計が容易となり、試作試験、再設計の繰り返しが低減し製造コストが低下する。また、使用時のアクティブコントロールミキサ調整が可能であり、アクティブコントロールミキサの微調整によりエンジン品質、性能が均一化し、性能が向上する。
【００８４】
また、本アクティブコントロールミキサを開口率０〜１００％のバルブとして応用して備えれば、推薬流量コントロールが必要な推力可変ロケットエンジンにおけるアクティブコントロールバルブとして適用でき上記効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るアクティブコントロールミキサの縦断面図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係るアクティブコントロールミキサの縦断面図である。
【図３】本発明の実施の第３形態に係るアクティブコントロールミキサの縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るピストン方式のアクチュエータの縦断面拡大説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るネジ回転方式のアクチュエータの縦断面拡大説明図である。
【図６】従来のミキサの例の縦断面図である。
【符号の説明】
１０１　　　　　　　アクティブコントロールミキサ
１０２　　　　　　　ミキサーケース
１０３　　　　　　　混合室
１０４　　　　　　　第２流体入口
１０５　　　　　　　流体出口部
１０６　　　　　　　流体入口開口
１０８　　　　　　　第１流体入口部
１１０　　　　　　　多孔状部
１１０ａ　　　　　　小開口
１２０　　　　　　　ガイド部材
１２１　　　　　　　可動管
１２２　　　　　　　入口導管
１２３　　　　　　　アクチュエータ
１２３Ａ　　　　　　ピストン方式のアクチュエータ
１２３Ｂ　　　　　　ネジ回転方式のアクチュエータ
２０１　　　　　　　アクティブコントロールミキサ
２０８　　　　　　　第１流体入口部
２１０　　　　　　　多孔状部
２１０ａ　　　　　　小開口
２２１　　　　　　　可動管
２２２　　　　　　　入口導管
３０１　　　　　　　アクティブコントロールミキサ
３１０　　　　　　　多孔状部
３１０ａ　　　　　　小開口
３２０　　　　　　　ガイド部材
４０１　　　　　　　ピストン室
４０２　　　　　　　段部
４０３　　　　　　　スプリング
４０４　　　　　　　駆動流体供給ポート
４０５　　　　　　　駆動流体排出ポート
４０６　　　　　　　供給バルブ
４０７　　　　　　　排出バルブ
５０１　　　　　　　可動管駆動ギア
５０１ａ　　　　　　雌ネジ
５０１ｂ　　　　　　外歯歯車
５０２　　　　　　　雄ネジ
５０３　　　　　　　段部
５０４　　　　　　　スプリング
５０５　　　　　　　第２ギア
５０６　　　　　　　第１ギア
５０７　　　　　　　回転シャフト
５０８　　　　　　　電動モータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active control mixer in which two fluids used in a fuel system of a liquid rocket are mixed while flowing and sent downstream, and an active control mixer capable of adjusting a flow ratio, and a liquid rocket engine including the same.
[0002]
[Prior art]
A conventional mixer will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a conventional mixer used for a fuel system or the like of a liquid rocket.
[0003]
The mixer is generally a device having a function of mixing two kinds of fluids and sending the mixture to the downstream side. A mixer 1 conventionally used for a fuel system of a liquid rocket or the like includes a mixing chamber 3 in a mixer case 2 as shown in FIG. The mixing chamber 3 is provided with a second fluid inlet 4 for introducing the second fluid b and a fluid outlet 5 for leading out the fluid c after mixing. An opening 6 is provided.
[0004]
A front end 7a of an inlet conduit 7 is fixed to the fluid inlet opening 6 with a bolt, and a rear end 7b of the inlet conduit 7 forms a first fluid inlet portion 8 for introducing the first fluid a. The rear end 9b of the mixer element 9 closely fitted to the fluid inlet opening 6 communicates with the front end 7a of the inlet conduit 7, and the front end 9a side of the mixer element 9 extends into the mixing chamber 3. ing.
[0005]
The mixer element 9 has a porous portion 10 in a range of a fixed length behind the distal end 9a and the distal end 9a, and the mixing chamber 3 has a double tube structure.
[0006]
The porous portion 10 is provided with a large number of small openings 10a in a tube wall so as to be called a shower head. The first fluid a introduced from the first fluid inlet 8 is mixed into the mixing chamber through the small openings 10a. 3, the mixing performance with the second fluid b introduced from the second fluid inlet 4 into the mixing chamber 3 is improved.
[0007]
The mixer 1 as described above is often used, for example, when mixing low-temperature hydrogen and high-temperature hydrogen in a liquid rocket engine (not shown).
[0008]
In this specification, the “tip” refers to a downstream end in a fluid flow direction, and is a right end in FIGS. 1 to 6. The “rear end” refers to the upstream end in the fluid flow direction, and is the left end in FIGS. 1 to 6.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the mixer 1, the downstream temperature distribution and the pressure loss due to mixing greatly change depending on the shape of the porous portion 10 (shower head) of the mixer element 9 in the mixing chamber 3, but as shown in FIG. In the case of the conventional mixer 1, the shape of the porous portion 10 is constant, and its flow path area (the total opening area of the small openings 10a that are open) is fixed, so that it lacks versatility and controllability. There was a problem.
[0010]
In addition, it is difficult to predict the actual mixing characteristics at the design stage, especially in heterophasic mixing such as the mixing of liquid hydrogen and gaseous hydrogen, so several prototype tests are required to optimize the shape of the porous part. This has been an obstacle to improving the performance of liquid rocket engines.
[0011]
The present invention solves the above-mentioned problems of the conventional mixer, enables continuous adjustment of the flow path area in the porous portion (shower head) of the mixer element, and continuously adjusts the mixer performance such as flow rate and pressure. It is an object of the present invention to provide an adjustable active control mixer and a liquid rocket engine having the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(1) The present invention has been made to solve the above problems, and as a first means thereof, a mixer having a porous portion formed with a first fluid introduced from a first fluid inlet portion. A mixer which is introduced into the mixing chamber via an element, mixed with the second fluid introduced into the mixing chamber from the second fluid inlet, and is derived from the fluid outlet, the mixer having the mixing chamber therein and having the same mixing A mixer case provided with the fluid outlet portion, the second fluid inlet portion, and the fluid inlet opening in the chamber; and a mixer case fixed to the mixer case, closely fitted to the fluid inlet opening, and having a tip extending into the mixing chamber. A first tubular member, a second tubular member which is densely mounted on the inner periphery of the first tubular member so as to be movable in the axial direction, and a tip of which extends into the mixing chamber; and which is fixed to the first tubular member. The second tubular member is mounted on the outer periphery so as to be densely movable in the axial direction. A third tubular member having a leading end extending into the mixing chamber and a trailing end forming the first fluid inlet portion; and an actuator for driving the second tubular member to move in the axial direction. Any one of the first to third tubular members is closed at its tip and has a porous portion in a range of a fixed length behind the tip to form the mixer element, and the second tubular member is An active control mixer, wherein an overlap width of the porous portion and any of the other tubular members is changed by axial movement to adjust an aperture ratio of the porous portion. I will provide a.
[0013]
According to the above configuration, according to the first means, by introducing the first fluid into the mixing chamber through a number of small openings, the mixing performance with the second fluid can be improved. By moving the tubular member in the axial direction by the actuator, the aperture ratio of the porous portion is changed, so that the flow area of the active control mixer is continuously changed to the aperture ratio of 0 to 100%, and the mixing characteristics of the mixer are changed. Can be finely adjusted.
[0014]
(2) As a second means, in the active control mixer of the first means, the second tubular member forms the mixer element, and the porous portion and the third tubular member are moved by an axial movement thereof. Provided is an active control mixer, wherein an overlap width with a member is changed and an aperture ratio of the porous portion is adjusted.
[0015]
According to the second means, the action of the first means is achieved by using the second tubular member as a mixer element.
[0016]
(3) As a third means, in the active control mixer of the first means, the third tubular member forms the mixer element, and the porous member is formed by the axial movement of the second tubular member. An active control mixer is provided, wherein an overlap width of the portion and the second tubular member is changed so that an aperture ratio of the porous portion is adjusted.
[0017]
According to the third means, the function of the first means is achieved by using the third tubular member as a mixer element.
[0018]
(4) As a fourth means, in the active control mixer according to the first means, the first tubular member forms the mixer element, and the second tubular member moves in the axial direction to form the mixer element. An active control mixer is provided, wherein an overlap width with the second tubular member is changed and an aperture ratio of the porous portion is adjusted.
[0019]
According to the second means, the action of the first means is achieved by using the first tubular member as a mixer element.
[0020]
(5) As the fifth means, in the active control mixer according to any one of the first means to the fourth means, the actuator has a piston driven by a driving fluid. I will provide a.
[0021]
According to the fifth means, in addition to the functions of the first to fourth means, automatic control can be achieved with a simple structure by a piston-type actuator.
(6) As a sixth means, in the active control mixer according to any one of the first means to the fourth means, the actuator is formed between the second tubular member and the first tubular member. Provided is an active control mixer comprising a screw portion and a torsional rotation drive portion.
[0022]
According to the sixth means, in addition to the actions of the first to fourth means, highly accurate automatic control can be performed by a screw-rotation type actuator.
[0023]
(7) As a seventh means, there is provided a liquid rocket engine comprising the active control mixer according to any one of the first means to the sixth means.
[0024]
According to the seventh means, by the operation of the active control mixer of the first means to the sixth means, the liquid rocket engine can easily design the mixer in a heterogeneous mixture such as a mixture of liquid hydrogen and gaseous hydrogen of fuel. , Which reduces the repetition of prototype testing and redesign. Further, active control mixer adjustment during use is possible.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An active control mixer according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the active control mixer of the present embodiment.
[0026]
As shown in FIG. 1, the active control mixer 101 of the present embodiment has a mixing chamber 103 in a mixer case 102, and the mixing chamber 103 is mixed with a second fluid inlet 104 for introducing a second fluid b. A fluid outlet 105 for leading out the fluid c is provided, and a fluid inlet opening 106 is provided opposite the fluid outlet 105.
[0027]
A tubular guide member 120 (the “first tubular member” of the present invention) is tightly fitted in the fluid inlet opening 106 so that its distal end 120 a extends into the mixing chamber 103. Alternatively, it is fixed to the mixer case 102 by welding.
[0028]
A movable tube 121 (the “second tubular member” of the present invention) is mounted on the inner periphery of the guide member 120 so as to be able to move in the axial direction in close contact with the guide member 120. .
[0029]
At the rear end 120b of the guide member 120, a rear end 122b of an inlet conduit 122 (the "third tubular member" of the present invention) for loading the movable tube 121 in close contact with the outer periphery so as to be movable in the axial direction is provided with a bolt (not shown). It is fixed at. The front end 122a of the inlet conduit 122 extends into the mixing chamber 103 along the inner peripheral surface of the movable tube 121, and the rear end 122b forms a first fluid inlet 108 for introducing the first fluid a.
[0030]
That is, the distal end 120a side of the guide member 120, the distal end 121a side of the movable pipe 121, and the distal end 122a side of the inlet conduit 122 are in close contact with each other and triple in the mixing chamber 103, and the movable pipe 121 can move in the axial direction. Has become.
[0031]
Further, between the guide member 120 and the inlet conduit 122, an actuator 123 is provided which acts on the rear end 121b of the movable tube 121 and drives the movable tube 121 to move in the axial direction.
[0032]
The movable tube 121 has a porous portion 110 whose front end 121a is closed and has a fixed length behind the front end 121a. The porous portion 110 has a large number of small openings 110a in a tube wall so as to be called a shower head. Is provided.
[0033]
That is, in the present embodiment, when the movable tube 121 forms a mixer element and the movable tube 121 moves in the axial direction by the actuator 123, the flow path area of the porous portion 110 (the total of the small openings 110a that are open) (The opening area) is configured to be adjusted by the overlap width with the outer peripheral surface on the tip 122a side of the inlet conduit 122.
[0034]
In the active control mixer 101 of the present embodiment as described above, the first fluid a introduced from the first fluid inlet 108 is introduced into the mixing chamber 103 through a number of small openings 110a, whereby the second fluid The mixing performance with the second fluid b introduced into the mixing chamber 103 from the fluid inlet 104 is improved, and the movable section 121 serving as a mixer element is moved in the axial direction by the actuator 123 so that the porous section 110 is moved. The width of the overlap between the outer peripheral surface of the inlet conduit 122 and the tip 122a side can be changed, and the opening ratio is changed. Therefore, the flow area of the active control mixer 101 is continuously changed to finely adjust the mixing characteristics of the mixer. Can do things.
The aperture ratio can be continuously adjusted from 0 to 100% with respect to the entire channel area. In particular, in the present embodiment, since the outer peripheral surface on the tip 122a side of the inlet conduit 122 overlaps the inside of the porous portion 110 of the movable tube 121 serving as a mixer element, the sealing performance at an opening ratio of 0% is excellent.
[0035]
As a result, an optimal mixing characteristic can be obtained according to the fluid flowing through the active control mixer 101, so that a loss in designing and manufacturing can be reduced, and an optimal setting according to the conditions at the time of use can be made.
[0036]
An active control mixer according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the active control mixer of the present embodiment. In FIG. 2, the same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Differences will be mainly described below.
[0037]
In the active control mixer 201 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, a tubular guide member 120 (the “first tubular member” of the present invention) has a distal end 120 a at the fluid inlet opening 106 of the mixer case 102. It is closely fitted so as to extend into the mixing chamber 103, and is fixed to the mixer case 102 with bolts (not shown).
[0038]
A movable tube 221 (the “second tubular member” of the present invention) is mounted on the inner periphery of the guide member 120 so as to be able to move in the axial direction in close contact with the guide member 120, and the tip 221 a extends into the mixing chamber 103. .
[0039]
At the rear end 120b of the guide member 120, the rear end 222b of the inlet conduit 222 (the "third tubular member" of the present invention) for loading the movable tube 221 in close contact with the outer periphery so as to be movable in the axial direction is bolted (not shown). The front end 222a of the inlet conduit 222 extends into the mixing chamber 103 along the inner peripheral surface of the movable tube 221 and the rear end 222b forms a first fluid inlet 208 for introducing the first fluid a. are doing.
[0040]
That is, the distal end 120a side of the guide member 120, the distal end 221a side of the movable tube 221 and the distal end 222a side of the inlet conduit 222 are in close contact with each other in the mixing chamber 103 in a triple manner, and the movable tube 221 is movable in the axial direction. Has become.
[0041]
An actuator 123 that acts on the rear end 221b of the movable tube 221 and drives the movable tube 221 to move in the axial direction is provided between the guide member 120 and the inlet conduit 222.
[0042]
The inlet conduit 222 has a porous portion 210 in a range of a fixed length behind the distal end 222a and the distal end 222a, and the porous portion 210 has a large number of small openings 210a in a pipe wall so as to be called a shower head. Is provided.
[0043]
That is, in the present embodiment, when the inlet conduit 222 forms a mixer element and the movable pipe 221 moves in the axial direction by the actuator 123, the flow path area of the porous portion 210 (total of the small openings 210a that are open) The opening area of the movable tube 221 is adjusted according to the overlapping width with the inner peripheral surface of the movable tube 221 on the tip 221a side.
[0044]
In the active control mixer 201 of the present embodiment as described above, the second fluid a introduced from the first fluid inlet 208 is introduced into the mixing chamber 103 through a large number of small openings 210a, whereby the second fluid a is introduced. The mixing performance with the second fluid b introduced into the mixing chamber 103 from the fluid inlet portion 104 is improved, and the movable portion 221 is moved in the axial direction by the actuator 123 so that the porous portion 210 of the inlet conduit 222 is moved. Width of the movable pipe 221 and the inner peripheral surface on the tip 221a side of the movable tube 221 can be changed, and the opening ratio is changed. Therefore, the flow area of the active control mixer 201 is continuously changed to finely adjust the mixing characteristics of the mixer. You can do it. The aperture ratio can be continuously adjusted from 0 to 100% with respect to the entire channel area. Further, since the porous portion 210 is attached to the end portion and is provided in the inlet conduit 222 which is a fixing member having a relatively simple structure, the structure and handling are simplified.
[0045]
As a result, as in the case of the active control mixer 101 of the first embodiment described above, it is possible to obtain an optimal mixing characteristic according to the fluid flowing in the active control mixer 201, thereby reducing design and manufacturing losses. Optimal settings can be made according to the conditions at the time of use.
[0046]
An active control mixer according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the active control mixer according to the present embodiment. In FIG. 3, the same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Differences will mainly be described below.
[0047]
In the active control mixer 301 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, a tubular guide member 320 (the “first tubular member” of the present invention) has a distal end 320 a at the fluid inlet opening 106 of the mixer case 102. It is closely fitted so as to extend into the mixing chamber 103, and is fixed to the mixer case 102 with bolts (not shown).
[0048]
A movable tube 221 (the “second tubular member” of the present invention) is mounted on the inner periphery of the guide member 320 so as to be able to move in the axial direction in close contact with the guide member 320. It extends into the mixing chamber 103.
[0049]
At the rear end 320b of the guide member 320, the rear end 122b of the inlet conduit 122 (the "third tubular member" of the present invention) for loading the movable tube 221 in close contact with the outer periphery so as to be movable in the axial direction is bolted (not shown). The front end 122a of the inlet conduit 122 extends along the inner peripheral surface of the movable tube 221 into the mixing chamber 103, and the rear end 122b forms the first fluid inlet 108 for introducing the first fluid a. are doing.
[0050]
That is, the distal end 320a side of the guide member 320, the distal end 221a side of the movable pipe 221 and the distal end 122a side of the inlet conduit 122 are in close contact with each other and triple in the mixing chamber 103, and the movable pipe 221 is movable in the axial direction. Has become.
[0051]
An actuator 123 is provided between the guide member 320 and the inlet conduit 122 to act on the rear end 221b of the movable tube 221 to move the movable tube 221 in the axial direction.
[0052]
The guide member 320 is closed at its tip 320a and has a porous portion 310 within a certain length behind the tip 320a. The porous portion 310 has a large number of small openings 310a formed in a tube wall so as to be called a shower head. Is provided.
[0053]
That is, in the present embodiment, when the guide member 320 forms a mixer element and the movable tube 221 is moved in the axial direction by the actuator 123, the flow path area of the porous portion 310 (the sum of the small openings 310a that are open The opening area of the movable tube 221 is adjusted by the overlapping width with the outer peripheral surface on the tip 221a side of the movable tube 221.
[0054]
In the active control mixer 301 of the present embodiment as described above, the first fluid a introduced from the first fluid inlet 108 is introduced into the mixing chamber 103 through a number of small openings 310a, so that the second fluid a The mixing performance with the second fluid b introduced into the mixing chamber 103 from the fluid inlet portion 104 is improved, and the movable portion 221 is moved in the axial direction by the actuator 123 so that the porous portion 310 of the guide member 320 is moved. The width of overlap between the movable pipe 221 and the outer peripheral surface on the tip 221a side of the movable tube 221 can be changed, and the aperture ratio is changed. Therefore, the flow area of the active control mixer 301 is continuously changed to finely adjust the mixing characteristics of the mixer. Can do things. The aperture ratio can be continuously adjusted from 0 to 100% with respect to the entire channel area. In particular, in the present embodiment, since the outer peripheral surface on the tip 221a side of the movable tube 221 overlaps the inside of the porous portion 310 of the guide member 320 serving as a mixer element, the sealing performance at an opening ratio of 0% is excellent.
[0055]
As a result, as in the case of the active control mixer 101 of the first embodiment described above, an optimal mixing characteristic can be obtained according to the fluid flowing in the active control mixer 301. Optimal settings can be made according to the conditions at the time of use.
[0056]
In each of the above-described embodiments, an actuator 123 that is suitable for use conditions can be used. For example, a piston-type actuator 123A having a piston driven by a drive fluid d, or a movable tube 121 or A screw rotation type actuator 123B having a screw portion and a torsional rotation drive portion formed between the 221 and the inlet conduit 122 or 222 is preferable.
[0057]
Referring to FIG. 4, the piston type actuator 123A will be described. In FIG. 4, reference numeral 401 denotes a rear end 121b, 221b of the movable pipe 121, 221 and an inlet conduit 122 between the guide members 120, 320 and the inlet conduits 122, 222. , 222 and the rear end 122b, 222b.
[0058]
A spring 403 is loaded between the rear ends 121b and 221b of the movable tubes 121 and 221 forming the piston of the piston type actuator 123A and the step portions 402 on the inner surfaces of the guide members 120 and 320, and the movable tubes 121 and 221 are moved backward. (Left side in FIG. 4). That is, the piston chamber 401 is urged to be narrow.
[0059]
The guide members 120 and 320 are provided with a drive fluid supply port 404 and a drive fluid discharge port 405 communicating with the piston chamber 401, and a drive fluid supply device (not shown) is connected to the drive fluid supply port 404 via a supply valve 406. The drive fluid discharge port 405 is configured to be opened via a discharge valve 407. As the driving fluid d, for example, high-pressure He gas is used.
[0060]
According to the piston type actuator 123A having the piston and the spring as described above and using both, the supply valve 406 and the discharge valve 407 are both closed in the normal state, and the movable pipes 121 and 221 apply the spring force of the spring 403. , And is fixed at the position of the opening degree 0 in the first embodiment, and is fixed at the position of the maximum opening degree in the second and third embodiments.
[0061]
By opening the supply valve 406 and closing the discharge valve 407 to guide the high-pressure drive fluid d to the piston chamber 401, the internal pressure of the piston chamber 401 increases, and when this exceeds the spring force of the spring 403, the movable pipes 121, 221 Slides forward (to the right in FIG. 4), the opening increases in the first embodiment, and decreases in the second and third embodiments.
[0062]
On the other hand, when the supply valve 406 is closed and the discharge valve 407 is opened to discharge the drive fluid in the piston chamber 401 d ′ and the internal pressure of the piston chamber 401 is reduced, the spring force exceeds the piston pressure, and the movable pipes 121 and 221 Sliding backward, the opening decreases in the first embodiment, and increases in the second and third embodiments.
[0063]
Therefore, if the piston type actuator 123A is used, automatic control can be performed with a simple structure.
[0064]
In the above example, the spring 403 is provided. However, if the piston chamber is provided on both sides of the rear ends 121b and 221b of the movable pipes 121 and 221 and the drive fluid d is controlled and supplied to both, the operation is performed only with the drive fluid d. The spring 403 can be omitted.
[0065]
Referring to FIG. 5, the screw rotation type actuator 123B will be described. In FIG. 5, reference numeral 501 denotes a contact between the guide members 120, 320 and the inlet conduits 122, 222 in contact with the rear ends 121b, 221b of the movable tubes 121, 221. The drive gear is a loaded tubular movable tube drive gear, and a female screw 501a provided on an inner peripheral surface thereof is screwed with a male screw 502 provided on an outer peripheral surface of the inlet conduits 122 and 222. An external gear 501b is formed on the outer peripheral surface of the movable tube driving gear 501.
[0066]
A spring 504 is mounted between the rear ends 121b and 221b of the movable tubes 121 and 221 and the step portion 503 on the inner surfaces of the guide members 120 and 320, and the movable tubes 121 and 221 are moved rearward (leftward in FIG. 5). ).
[0067]
On the other hand, a second gear 505 meshing with the external gear 501b of the movable tube driving gear 501 and a first gear 506 meshing with the second gear 505 are rotatably supported by the guide members 120 and 320, and are rotatably supported. The rotation shaft 507 is driven to rotate by an electric motor 508.
[0068]
According to the screw-rotation-type actuator 123B having the screw portion, the torsional rotation driving portion, and the spring as described above and using them in combination, the electric motor 508 is driven to rotate, so that the rotation shaft 507 and the first gear 506 are driven. When the movable tube driving gear 501 rotates via the second gear 505 and the movable tube driving gear 501 rotates, the female screw 501a on the inner peripheral surface thereof and the male screw 502 of the inlet conduits 122 and 222 are screwed together. The movable tube drive gear 501 moves with the rear ends 121b, 221b of the movable tubes 121, 221 sandwiched between the movable tube 121 and the spring 504, and the movable tubes 121, 221 slide.
[0069]
In the normal state, the rear ends 121b and 221b of the movable pipes 121 and 221 are fixed between the movable pipe drive gear 501 and the movable pipe driving gear 501 by the spring force of the spring 504. Then, the movable pipes 121 and 221 can be slid forward (to the right in FIG. 5) or backward, and the opening can be increased or decreased in the same manner as in the case of the piston type actuator 123A.
[0070]
Therefore, if the screw rotation type actuator 123B is used, highly accurate automatic control is possible.
[0071]
In the above example, the spring 504 is provided. However, if the movable tube driving gear 501 is fixed so as to extend from the rear ends 121b and 221b of the movable tubes 121 and 221, the spring can be operated only by the electric motor 508. 504 can be omitted.
[0072]
The active control mixers 101, 201, and 301 according to the embodiments have been described above. However, the liquid rocket engine including the active control mixer according to the above-described embodiments can perform different phase mixing such as mixing of liquid hydrogen and gaseous hydrogen as fuel. In this case, the design of the mixer becomes easy, and the repetition of the trial production test and the redesign is reduced, and the manufacturing cost is reduced.
[0073]
In addition, the active control mixer can be adjusted during use, and fine adjustment of the active control mixer makes the engine quality and performance uniform and improves the performance.
[0074]
Although the embodiment of the present invention has been described above, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes may be made to the specific structure within the scope of the present invention.
[0075]
For example, while the active control mixer of the above embodiment has been described with a mind that it is applied to the fuel system of a liquid rocket engine, the scope of application is, of course, not limited to that, and other systems of the liquid rocket engine and widely It can also be applied as a general two-fluid mixer.
[0076]
The above-described embodiment in which the opening ratio can be continuously adjusted from 0 to 100% with respect to the entire flow passage area can be applied to a valve, and in particular, a thrust variable rocket engine or the like that requires a propellant flow rate control. This can be applied as an active control valve.
[0077]
【The invention's effect】
(1) According to the first aspect of the present invention, the active control mixer introduces the first fluid introduced from the first fluid inlet into the mixing chamber through the mixer element having the porous portion formed therein. A mixer mixed with the second fluid introduced into the mixing chamber from the fluid inlet of the second fluid and discharged from the fluid outlet, wherein the mixing chamber is provided therein, and the fluid outlet and the second fluid are provided in the mixing chamber. A mixer case provided with an inlet portion and a fluid inlet opening, a first tubular member fixed to the mixer case, closely fitted to the fluid inlet opening, and having a tip extending into the mixing chamber; A second tubular member which is densely mounted on the inner periphery of the member so as to be movable in the axial direction, and whose tip extends into the mixing chamber; and a second tubular member fixed to the first tubular member and closely attached to the outer periphery. Loaded axially movably and the tip is in the mixing chamber A third tubular member that extends and has a rear end forming the first fluid inlet portion; and an actuator that drives the second tubular member to move in the axial direction, wherein any of the first to third members is provided. The tubular member is closed at the tip and has a porous portion in a range of a fixed length behind the tip to form the mixer element, and the porous member is moved by the axial movement of the second tubular member. The overlapping width of the tubular portion and any of the other tubular members is changed so that the opening ratio of the porous portion is adjusted, so that the first fluid is supplied to the mixing chamber through a number of small openings. The introduction improves the mixing performance with the second fluid, and the opening ratio of the porous portion is changed by moving the second tubular member in the axial direction by the actuator. Open the flow area of the mixer The mixing characteristics of the mixer can be finely adjusted by continuously changing the mixing ratio from 0 to 100%. As a result, the optimum mixing characteristics can be obtained according to the fluid flowing in the active control mixer. The above loss is reduced, and the optimum setting according to the conditions at the time of use becomes possible.
[0078]
(2) According to the invention of claim 2, in the active control mixer according to claim 1, in the active control mixer of the first means, the second tubular member forms the mixer element, and the axial direction of the second tubular member forms the mixer element. Is moved so that the overlapping width of the porous portion and the third tubular member is changed and the aperture ratio of the porous portion is adjusted. Since the tubular member serves as a mixer element, and the outer peripheral surface on the distal end side of the third tubular member overlaps the inside of the porous portion of the second tubular member, the sealing performance is particularly excellent when the opening ratio is 0%.
[0079]
(3) According to the third aspect of the present invention, in the active control mixer according to the first aspect, the third tubular member forms the mixer element, and the second tubular member moves in the axial direction. Since the overlapping width of the porous portion and the second tubular member is changed so as to adjust the aperture ratio of the porous portion, the effect of the invention of claim 1 can be obtained by adding the third tubular member to the mixer. Since the third tubular member which is attached to the outermost end and which is a fixing member having a relatively simple structure is provided with the porous portion, the structure and handling are simplified.
[0080]
(4) According to the fourth aspect of the present invention, in the active control mixer according to the first aspect, the first tubular member forms the mixer element, and the second tubular member is moved by an axial direction. Since the overlap width between the porous portion and the second tubular member is changed and the aperture ratio of the porous portion is adjusted, the effect of the invention of claim 1 can be obtained by combining the first tubular member with the mixer. Since the outer peripheral surface of the second tubular member overlaps the inside of the porous portion of the first tubular member, the airtightness is particularly excellent at an opening ratio of 0%.
[0081]
(5) According to the fifth aspect of the present invention, in the active control mixer according to any one of the first to fourth aspects, the actuator is configured to have a piston driven by a driving fluid. In addition to the effects of any one of the first to fourth aspects of the present invention, the piston type actuator enables automatic control with a simple structure.
[0082]
(6) According to the invention of claim 6, in the active control mixer according to any one of claims 1 to 4, the actuator is disposed between the second tubular member and the first tubular member. Since it is configured to include the formed screw portion and the torsional rotation drive portion, in addition to the effects of any one of the first to fourth aspects, highly accurate automatic control can be achieved by the screw rotation type actuator. It is possible.
[0083]
(7) According to the seventh aspect of the invention, the liquid rocket engine is configured to include the active control mixer according to any one of the first to sixth aspects. In the liquid rocket engine, the design of the mixer in the heterogeneous mixture such as the mixture of the liquid hydrogen and the gaseous hydrogen of the fuel can be easily designed, and the repetition of the prototype test and the redesign can be reduced, thereby reducing the manufacturing cost. I do. In addition, the active control mixer can be adjusted during use, and fine adjustment of the active control mixer makes the engine quality and performance uniform and improves the performance.
[0084]
Further, if the present active control mixer is applied as a valve having an opening ratio of 0 to 100%, the active control mixer can be applied as an active control valve in a thrust variable rocket engine requiring a propellant flow rate control, and the above effects can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an active control mixer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an active control mixer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an active control mixer according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged vertical cross-sectional explanatory view of a piston-type actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged vertical cross-sectional explanatory view of a screw rotation type actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an example of a conventional mixer.
[Explanation of symbols]
101 Active Control Mixer
102 mixer case
103 mixing room
104 second fluid inlet
105 Fluid outlet
106 Fluid inlet opening
108 first fluid inlet
110 porous part
110a Small opening
120 Guide member
121 movable tube
122 Inlet conduit
123 Actuator
123A piston type actuator
123B Screw rotation type actuator
201 Active Control Mixer
208 First fluid inlet
210 Porous part
210a Small opening
221 Movable tube
222 inlet conduit
301 Active Control Mixer
310 porous part
310a Small opening
320 Guide member
401 piston chamber
402 step
403 Spring
404 Drive fluid supply port
405 Driving fluid discharge port
406 Supply valve
407 Discharge valve
501 Movable tube drive gear
501a female screw
501b External gear
502 Male screw
503 step
504 spring
505 2nd gear
506 1st gear
507 rotating shaft
508 Electric motor

Claims

The first fluid introduced from the first fluid inlet is introduced into the mixing chamber through the mixer element having the porous portion formed therein, and the second fluid introduced into the mixing chamber through the second fluid inlet is In a mixer that mixes and is derived from a fluid outlet, a mixer case having the mixing chamber therein and having the fluid outlet, a second fluid inlet, and a fluid inlet opening in the mixing chamber; A first tubular member fixedly fitted in the fluid inlet opening and having a tip extending into the mixing chamber; and a tip which is densely loaded on the inner periphery of the first tubular member so as to be axially movable and has the tip. A second tubular member extending into the mixing chamber; and a second tubular member fixed to the first tubular member, the second tubular member being densely loaded on the outer periphery so as to be axially movable, and having a tip extending into the mixing chamber. A third tubular member having an end forming the first fluid inlet; An actuator for driving the second tubular member to move in the axial direction, wherein any one of the first to third tubular members is closed at its tip and is porous within a certain length behind the tip. Forming the mixer element having a portion, the overlap width of the porous portion and any of the other tubular members is changed by axial movement of the second tubular member, An active control mixer characterized in that the aperture ratio is adjusted.

2. The active control mixer according to claim 1, wherein the second tubular member forms the mixer element, and the axial width of the mixer element changes an overlap width between the porous portion and the third tubular member. 3. An active control mixer characterized in that the aperture ratio of the porous portion is adjusted.

The active control mixer according to claim 1, wherein the third tubular member forms the mixer element, and the porous portion and the second tubular member are moved by an axial movement of the second tubular member. An active control mixer, wherein an overlap width is changed and an aperture ratio of the porous portion is adjusted.

2. The active control mixer according to claim 1, wherein the first tubular member forms the mixer element, and the porous portion and the second tubular member are moved by an axial movement of the second tubular member. An active control mixer, wherein an overlap width is changed and an aperture ratio of the porous portion is adjusted.

5. The active control mixer according to claim 1, wherein the actuator has a piston driven by a driving fluid.

5. The active control mixer according to claim 1, wherein the actuator comprises a screw portion formed between the second tubular member and the first tubular member, and a torsional rotation drive portion. 6. An active control mixer characterized in that:

A liquid rocket engine comprising the active control mixer according to any one of claims 1 to 6.