JP2004500515A - 所定のチャージ形態のエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】所定のチャージ形態のエンジンが、内側ハウジングと外側ハウジングとが結合されていることによって形成されている環状のブラスト生成チャンバを有している。前記内側ハウジングの中央貫通孔が、排気ガスが流出することを可能にしている。前記外側ハウジングは、燃料の注入と点火とのための複数の貫通孔を有し、内側に円錐形状凹部を有しているほぼ円形のディスクである。前記ブラストチャンバは、好ましくは、テーパが形成されている円錐形状であり、底部で比較的広く、頂点部に上っていくにつれて断面積が徐々に減少している。この構造は、主要な圧縮ゾーンを形成する、前記頂点部に向かう喉部を形成している。第２の圧縮ゾーンが、前記喉部のすぐ後ろの、前記外側ハウジングの前記頂点部に形成され、極超音速排気ガスを与える。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス状の極超音速圧縮波に関し、特に、スラストを生成するようにパルス状の極超音速圧縮波を使用する所定のチャージ形態の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジェットエンジン及びロケットエンジンのような推進装置で、推進スラストは、高速排気流によって得られる。従来のジェットエンジンが、燃料及びエアの燃焼生成物によって、高速排気を得ている一方、ロケットエンジンが、燃料及び酸化剤の内部での燃焼生成物によって、高速排気を得ている。高圧の燃焼生成物は、高速排気流を生成するように、規定されているオリフィス又はノズルを通って推し進められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシステムは、幾つかの固有の問題を有している。ジェットエンジンとロケットエンジンとのどちらの燃焼でも、非常に大きな内圧を必然的に包含し、従って、構造材の強度によって制限される。内燃の圧力が、増大した場合、燃焼チャンバの壁は、圧力を支持するように厚さを増大されなければならず、これに比例して燃焼チャンバの重量が増大し、また、設計が、制限される。また、排気ノズルの直径が、排気スピードが増大されるように減少された場合、エンジン及びノズルの冷却の困難性が、増大する。加えて、パルスエンジンは、短時間で燃焼生成物を排出し得ず、従って、燃焼速度が、制限される。
【０００４】
その上、燃焼チャンバ内の内圧が、増大した場合、入口での燃料及び酸化剤の比較的大きな圧力が、これらを燃焼チャンバ内に導入するために必要とされ、よって、比較的大きな馬力で作動する比較的大きな重量のポンプが、必要とされる。現在のエンジンのこのような制限の一例が、二相の主要なスペースシャトル（ｐｈａｓｅ　ｔｗｏ　ｍａｉｎ　ｓｐａｃｅ　ｓｈｕｔｔｌｅ）のエンジンで観察されている。このエンジンは、燃料及び酸化剤のポンプを駆動するだけで、１０８，４００馬力を必要とする。燃焼チャンバとノズルとの比が７７対１である場合、燃焼チャンバの内圧が、３，２６０ｐｓｉに達するようにするだけでも、入口の圧力は、６，８００ｐｓｉを越える。
【０００５】
シャトル及び他のロケットからたなびく大量の火炎は、排気ノズルを出る前の燃料及び酸化剤の不完全燃焼が、原因である。エンジン外の燃料及び酸化剤の発火は、ほとんどスラストを生成せず、従って、浪費である。上述したスペースシャトルのエンジンは、例えば、海面で４１８，０００ｐｏｕｎｄのスラストを得るように毎秒２，０００ｐｏｕｎｄの燃料及び酸化剤を必要とする。さらに、現在のエンジンの連続的な点火は、エンジンの部品、特にノズルオリフィスへの大きな熱伝導を生じ、この大きな熱伝導のため、エンジン構造を保持するため、高価な珍しい材料と複雑な冷却スキームとを使用することが、必要である。
【０００６】
エンジンの設計を改良するような従来の努力は、ノズルを含む、様々な構成部材に焦点を当ててきた。例えば、Ｂｒａｔｋｏｖｉｃｈ等の米国特許Ｎｏ．６，００３，３０１、名称「Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｎｏｚｚｌｅ　ｆｏｒ　Ｍｕｌｔｉ−Ｔｕｂｅ　Ｄｅｔｏｎａｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｓ」は、複数の燃焼室チューブと、これら燃焼室チューブと接続している共通のプレナムとを有しているエンジンにおける、ノズルの使用を教示している。そして、Ｂｒａｔｋｏｖｉｃｈ等は、前記共通プレナムと、複合流（ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｆｌｏｗ）の喉部とが、拡張セクションにおける下流の圧力にかかわらず、上流の燃焼室の所定の圧力を維持するように共同することを教示している。
【０００７】
従来技術は、推進装置の多くの態様に向けられているが、ジェット又はロケットエンジンにおける、所定のチャージ形態の使用は、教示されていない。所定のチャージ形態は、特定の方向に爆発の力を集中するようなチャージ形態によって通常定義されている。所定のチャージ形態の背景となる一般的な理論は、長年知られているが、従来技術では、所定のチャージ形態の使用は、弾頭及び所定の他の消耗品の爆燃装置に限定されている。典型的な弾頭で、所定のチャージ形態は、衝撃の前に又はほぼ同時に点火することによって、弾頭が移動する方向かつ前方に爆発の力を向ける。充分集中された力は、安価で軽量な徹甲弾装置を形成するように使用され得る。所定のチャージ形態の装置の例が、Ｇｒｏｓｓｗｅｎｄｔ等の米国特許Ｎｏ．５，２７５，３５５、名称「Ａｎｔｉｔａｎｋ　Ｗｅａｐｏｎ　Ｆｏｒ　Ｃｏｍｂａｔｉｎｇ　ａ　Ｔａｎｋ　Ｆｒｏｍ　Ｔｈｅ　Ｔｏｐ」、及び、Ｂｒａｎｄｏｎ等の米国特許Ｎｏ．５，３６３，７６６、名称「Ｒａｍｊｅｔ　Ｐｏｗｅｒｅｄ，Ａｒｍｏｒ　Ｐｉｅｒｃｉｎｇ，Ｈｉｇｈ　Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ」で示されている。これら装置で、所定のチャージ形態は、推進を与えるようには使用されない。
【０００８】
同様に、タービンを駆動するように配置されている現在のエンジンは、所定のチャージ形態を利用していない。パルスタービンエンジンの一例が、Ｓｃｒａｇｇの米国特許Ｎｏ．６，０００，２１４、名称「Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ　Ｃｙｃｌｅ　Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｈａｖｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ　Ｆｕｅｌ　ａｎｄ　Ａｉｒ　Ｄｅｌｉｖｅｒｙ」で開示されている。Ｓｃｒａｇｇは、ハウジング内にタービン回転子を有している爆燃サイクルガスタービンエンジンを教示している。燃焼ガスが、タービンブレードの方を向くように、バルブのない燃焼チャンバが、回転子の両側に配置されている。周期的にタービンを駆動するように、２つの燃焼チャンバ内で、交互に、燃料と酸化剤との混合物が点火される。Ｓｃｒａｇｇが、有用なエンジンを開示しているのに対して、効率、エンジン重量の単位毎の馬力、並びに、他の性能パラメータが、大いに改善され得る。例えば、２００ｈｐを供給するように構成されているＳｃｒａｇｇの装置は、５６０立方インチの燃焼チャンバを必要とし、２６２ｐｏｕｎｄの重量を有しているのに対して、本発明の所定のチャージ形態を使用しているエンジンは、１８立方インチのみの燃焼チャンバを必要とし、７０ｌｂｓのみの重量を有するだろう。
【０００９】
従って、従来技術の装置よりも充分に改良されている性能を与える所定のチャージ形態の推進装置が、必要である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来技術の多くの制約を克服する所定のチャージ形態のエンジンを提供する。この装置は、ブラスト生成チャンバを有しており、このチャンバは、環状の内側チャージ形成ハウジングで形成されており、この内側ハウジングは、前記ブラスト生成チャンバの内壁を形成している円錐形状の突出部を有している。中央貫通孔が、排気ガスが流出し得るように与えられている。外側ハウジングが、燃料の注入と点火とのための複数の貫通孔を有し、内側に円錐形状の凹部を有しているほぼ半球状のディスクである。これら２つのハウジングは、溶接又はボルトのような従来の手段で結合されている。２つの前記ハウジングの結合の結果形成されている前記チャンバは、テーパが形成されている円錐形状であり、底部で比較的広く、頂点部に上っていくにつれて、断面積が徐々に減少している。この構成は、前記頂点部に向かって、環状のピンチポイント（ｐｉｎｃｈ　ｐｏｉｎｔ）即ち喉部を形成しており、この喉部は、主な又は第１の段階の圧縮領域を形成する。第２の圧縮ゾーンは、前記喉部のすぐ後方の、前記外側ハウジングの前記頂点部に形成される。極超音速ガスが、前記内側ハウジングの前記貫通孔から流出する。
【００１１】
本発明の別の態様で、底部の周縁領域で始まり、頂点部の近くに主圧縮領域を形成しているテーパが形成されている円錐形状内で所定の方向に向けられる、内燃を使用して、所定の方向のスラストが、パルス状に生成される。圧縮燃焼は、前記テーパが形成されている円錐形状の頂点部まで継続し、排気される前に、高速の収束即ち第２の圧縮ゾーンを生成する。この構成は、チャンバ内の比較的完全な燃焼を与え、エンジンを離れる前に比較的多くの燃料を捕らえることによって効率を高めている。この構成は、また、燃焼生成物が、主燃焼チャンバから比較的素早く流出することを可能にし、そして、排気生成物が最終速度まで内部で圧縮されないために、高圧縮排気流を維持しながら、比較的高速な燃焼のパルス速度を生じるのを可能にしている。
【００１２】
本発明の別の態様で、前記エンジンは、周囲のエアの密度を決定するセンサを有しており、このセンサは、エンジンが、適切に、エアあるいは酸化剤を選択的に消費することを可能にしている。
【００１３】
本発明の別の態様で、ガソリン、アセチレン、ブタン、プロパン、天然ガス、並びに、ディーゼルオイルのような安価な従来の燃料が、エア又は酸化剤と共に混合され、可燃性混合物となり、そして、一連の誘導サイクル（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｙｃｌｅ）間の正のシャットオフ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｓｈｕｔｏｆｆ）が、点火のサイクルに適合され得るように、正の圧力（ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ）で中空のブラスト生成チャンバ内に注入される。
【００１４】
本発明の別の態様で、イグナイタは、可燃性混合物に点火し、前記中空のブラスト生成チャンバの底部でブラスト波（ｂｌａｓｔ　ｗａｖｅ）又はパルスを生じる。ブラスト波又はパルスが、徐々に圧縮されているブラスト形成チャンバ内で進行しているとき、追加のマス（ｍａｓｓ）が、前記ブラストチャンバ内に注入され得、従って、ブラストの運動量を増大する。爆発生成物は、前記ブラスト生成チャンバの徐々に減少していく断面積によって圧縮される。増大していく圧力は、中央の円錐形状の突出部の切頭端部と、これに向かい合っている前記外側ハウジングの切頭半球状の又はドーム形状の内面との間の環状領域で形成されている主圧縮ゾーン内にブラスト波を進行させる。
【００１５】
ブラスト波のこの環状領域内への圧縮は、前記切頭半球状の又はドーム状の表面に向かう径方向の爆発生成物の高速流を生じる。向かい合う径方向の爆発生成物の高速流は、前記切頭半球状の又はドーム状の表面の中心で収束し、爆発生成物を更に圧縮する第２のゾーンを形成する。この第２の圧縮ゾーン内の質量及び運動エネルギーの合流が、爆発生成物から極超音速ガスを形成し、この極超音速ガスは、所定の方向の制御されたブラストの形態で、前記中央の円錐形状の突出部の頂点部で中央に配置されている排気ポートを通り流出する。生成された高圧の極超音速排気は、出口ノズルを必要とせずに排気ポートから所定の方向のブラストの形態で射出される。
【００１６】
本発明の別の態様で、燃焼生成物及び噴出物の出口での速度は、前記ブラストチャンバのサイズ、長さ、直径、並びに、深さの角度（ｄｅｐｔｈ　ａｎｇｌｅ）を増減することと、燃料と酸化剤との混合を調節することとによって制御される。
【００１７】
本発明の別の態様で、前記ブラスト生成チャンバ内で形成された制御されているブラストは、可燃性混合物の追加されるチャージの連続的な注入と点火とによって反復可能である。さらに、パルスモードが反復される場合、ブラストのパワーと周波数とは、可燃性混合物の流速を増減すること、又は、混合物の流速と独立にサイクル速度を調節することによって、スロットルにより制御可能である。
【００１８】
本発明の別の態様で、前記エンジンは、エアを消費する（ａｅｒｏｂｉｃ）即ちエアブレシングのジェットモードと、エアを消費しない（ａｎａｅｒｏｂｉｃ）即ち非エアブレシングのロケットモードとの間で連続的に変化し、パルスモードで作動される。従って、燃料は、エア、酸化剤、又は、これら２つの組み合わせと相対的なあらゆる濃度で混合される。可燃性混合物内のエアと酸化剤との相対濃度は、エアと酸化剤との混合において動的に調節され、この混合は、周囲の大気内の酸素濃度の関数であり得る。
【００１９】
本発明の別の態様で、前記所定のチャージ形態のエンジンの特定の幾何学的配置が、主な及び第２の収束ゾーンを有する本発明の態様を維持しつつ、変化され得る。従って、断面形状は、推進される乗り物内でエンジンを収容するように利用可能なスペースと、所望の結果とに応じて、環状、正方形、長方形、三角形、並びに、様々な他の形状であり得る。
【００２０】
本発明の別の態様で、排気ガスは、第２の収束ゾーンで衝突し、極超音速排気を生じる。互いにほぼ対向し、少なくとも部分的には流れの方向に直行する複数のチャンバ内で、ガスの向かい合う流れが、形成され得る。代わって、前記ブラストチャンバは、爆発生成物が、喉部及び第２の圧縮ゾーンに到達する前の移動の方向に対して鋭角又は鈍角をなす方向に移動するように配置され得る。
【００２１】
本発明の別の態様で、排気ガスが収束する前記角度は、エンジンの作動中、動的に制御され得る。ほぼ環状のブラスト生成チャンバのほぼ対向している側方部が、複数の前記チャンバが、収束の前記角度を調節するように機首から機尾に向かい移動され得るように、枢支され得る。
【００２２】
本発明の別の態様で、喉部即ちピンチポイントの断面積は、増減され得る。喉部のサイズを減少することにより、排気ガスは、より速い速度で移動し、排気速度内で相対的なスパイク、即ち、スラストを生じる。逆に、喉部のサイズを増大することにより、排気ガスは、より均一で、より遅い相対速度で流出する。
【００２３】
本発明の別の態様で、前記エンジンは、ロケット、航空機、個人用船舶（ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｗａｔｅｒ　ｃｒａｆｔ）、又は、他の乗り物を推進するような直接的なスラストを与えるように使用され得る。
【００２４】
本発明の別の態様で、前記エンジンによって生成される排気ガスは、乗り物を推進するように使用されるタービンを駆動するように使用され得る。このような一実施形態で、前記エンジンは、例えば、車に動力を与えるように使用され得る。
【００２５】
本発明の別の態様で、前記所定のチャージ形態のエンジンによって生成される圧力、排気、パルス、又は、熱は、例えば、乗り物の推進、有害な動物の制御、破壊、切断の道具、エッチングの道具、加熱の道具、噴射の道具、高速の銃砲、発電機、ボイラー、並びに、閉じられている系の圧力装置のような幅広い用途で使用され得る。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態が、図面を参照して詳細に説明される。
所定のチャージ形態のエンジンの通常の構成
図１は、所定の形態の圧縮波を生成するように、可燃性混合物を動的に圧縮し爆燃させるための本発明に従い構成されている装置の概略的な断面図である。参照符号１０は、所定のチャージ形態のエンジンを参照している。前記エンジン１０は、外側チャージ形成ハウジング２と内側チャージ形成ハウジング１との間に形成されている中空のブラスト生成チャンバ３を有している。前記外側チャージ形成ハウジング２は、ほぼ円錐形状であり、「カップ」又は「ボウル」形状の凹部を形成し、頂点部で中央に位置しているドーム形状の部分を有している。
【００２７】
前記内側チャージ形成ハウジング１は、ほぼ平らな平面であり、中央に位置しているほぼ円錐形状の突出部７に連続的に変化している。前記突出部７は、前記外側ハウジング２に向かって径方向に内向きかつ上向きに延びている。前記突出部７は、所定の大きさの先端部を切り取られており、前記内側ハウジング１と前記外側ハウジング２とが、結合されているとき、前記外側ハウジング２に近い円錐の小さい方の端部に、中央に配置されているほぼ円形の開口が、形成されている。前記突出部７の端部から開口を通ってエンジンの外に移動する排気ガスＥに沿って見た場合、前記突出部７は、ほぼ円筒形の開口を形成し、その出口で、外向きに広がってほぼ円錐形状の開口につながっている。
【００２８】
前記内側チャージ形成ハウジング１は、前記突出部７が、前記外側チャージ形成ハウジング２に向かって延びているように、前記外側ハウジング２と結合されている。前記外側チャージ形成ハウジング２と前記内側チャージ形成ハウジング１とは、これらの間のスペースに中空のブラスト生成チャンバ３を形成しているように、夫々の外部周縁エッジに沿って結合されている。前記内側チャージ形成ハウジング１と前記外側チャージ形成ハウジング２とは、例えば、溶接６、又は、ボルト若しくはリベットのような他の圧縮手段によって結合されている。
【００２９】
前記ハウジング１及び２は、制御されている燃焼の点火、爆燃、並びに、圧縮の熱及び圧力に耐え得る材料で形成されている。ロケットエンジンの構成で使用される典型的な様々な材料が、本発明で使用され得、例えば、スチール、ステンレススチール、又は、チタンを含んでいる。好ましくは、前記内側チャージ形成ハウジングの材料は、外部のサポートなしに熱及び圧力に耐えるように充分に厚い。
【００３０】
複数の燃料インジェクタ５及びイグナイタ４が、前記外側ハウジング２を通って、前記チャンバ３内に突出している。前記インジェクタ５は、燃料、エア、並びに、酸化剤を中空のブラスト生成チャンバ内に注入する。好ましい可燃性混合物は、例えば、エア、酸化剤、又は、これら両方の組み合わせと混合されたとき、可燃性の混合物を形成するような従来の燃料で形成されうる。燃料は、選択的に、水素若しくは他の可燃性ガスのようなエアで運ばれる（ａｉｒｂｏｒｎｅ）可燃性材料、ブタン、プロパン、ガソリン、アセチレン若しくは天然ガスのような安価な液体噴霧、ディーゼルオイルのような蒸気と液滴との組み合わせ、エアで運ばれる固体粒子，又は、動的な圧縮及び爆燃を達成する程度に充分早く燃焼する他の可燃性混合物である。燃料は、完全燃焼するように、適合する量の空気又は酸化剤と好ましくは混合される。
【００３１】
前記イグナイタ４は、例えば、従来の、スパーク発生装置で駆動されるスパークプラグ、グロープラグ、圧電性スパークギャップ、又は、その他の適切な点火装置である。本発明の別の実施形態で、前記イグナイタ４は、プラズマジェット発生装置（図示されていない）で発生され、前記中空のブラスト生成チャンバ３の点火領域内に向けられる加熱プラズマジェットである。点火領域に火炎又はスパークをほぼ瞬時に注入するような他の高速で信頼できる装置が、別の点火装置として、本発明の範囲に含まれる。
【００３２】
インジェクタ及びイグナイタは、好ましくは、前記外側ハウジング２を通ってブラスト生成チャンバ内に突出しているのに対して、前記インジェクタ５と前記イグナイタ４との一方又は両方は、前記中空のブラスト生成チャンバ３の点火領域内に延びている限り、前記内側チャージ形成ハウジング１内で、又は、前記内側ハウジング１と外側ハウジング２とを分けているスペース内で（即ち、前記溶接６に沿って）、周縁に装着され得る。
【００３３】
可燃性混合物の前記インジェクタ５は、可燃性混合物の制御可能な流れを与えるのに適切な、従来の注入システムであり、例えば、従来の燃料インジェクタ及びキャブレータを有している。ターボチャージャと共同して使用される従来のキャブレータは、前記中空のブラスト生成チャンバ３内へ注入されるような、広範囲のエアと燃料との混合を可能にしている。
【００３４】
燃料の注入と点火のタイミング、従って、燃焼のタイミングは、燃料バルブ、エアバルブ、並びに、酸化剤バルブを有している制御システム（図示されていない）によって制御される。キャブレータ、又は、加圧収容（ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ　ｂｏｔｔｌｅｄ）若しくは液体燃料が、本発明を実施するように使用されている場合、バルブポートは、可燃性混合物の注入ポイントに形成されている。バルブポートとしてのバルブは、可燃性混合物が、前記中空のブラスト生成チャンバ３内に入ることを可能にするように作動される。ロータリバルブ、ディスクバルブ、ポペットバルブ若しくはドラムバルブ、又は、エア、酸化剤、並びに、燃料が、正の圧力で、前記チャンバ３内に注入されることを可能にし、また、点火サイクルに適合するような、複数の誘導サイクル間の正のシャットオフを可能にする他の装置のような他のバルブも使用され得るが、バルブは、各場合で、電磁バルブである。必要な場合、前記中空のブラスト生成チャンバ３内の燃焼により増大されている圧力は、バルブを閉じ、キャブレータ内への点火の進入を制限するように、バルブの領域全体に渡って作動する。
【００３５】
前記ブラスト生成チャンバ３は、中央に１つの環状の開口のみを有している。この開口は、前記内側ハウジングの前記突出部７と前記外側ハウジング２との間の領域である。ほぼ限定されている開口は、主な又は第１の圧縮領域を形成する限定されているピンチポイントを形成している。高速収束又は第２の圧縮ゾーン９が、前記外側ハウジング２の頂点部で、前記喉部を規定している環状領域のほぼ中心に、前記内側及び外側ハウジング１及び２の軸にほぼ沿って形成される。
【００３６】
所定のチャージ形態の通常の作動
前記外側チャージ形成ハウジング２は、前記中空のブラスト生成チャンバ３内の底部の外周縁の近くで、可燃性混合物が導入されるのに適している。前記ブラスト生成チャンバは、燃料注入及び点火の位置で、少なくとも前記喉部に対して、比較的大きな断面積を有している。複数の燃料インジェクタ５及びイグナイタ４が、前記内側及び外側チャージ形成ハウジング１及び２の周縁に沿って離隔しているため、燃焼が生じる前記チャンバ３内の位置は、複数存在している。好ましくは、燃焼は、前記チャンバ３内のほぼ対向している位置で生じる。
【００３７】
例えば、組み合わされているジェット／ロケットエンジンのように、エアと酸化剤との両方が、使用可能な実施形態で、燃料の負荷（ｌｏａｄ）に適合するような充分な濃度の大気内で、エアが利用可能である限り、エアは、燃料と共に燃焼される。エア質量センサ（例えば、熱線風速計）又は他のセンサが、利用可能なエアの量を決定するコントローラ（図示されていない）に接続されている。前記コントローラは、エアの質量が減少したとき、充分な酸素が、前記チャンバ３内に入るように入口のＲＡＭポートを開く。前記コントローラが、エアの質量が、小さすぎると判断した後、エアの入口は、開かれたままで、酸化剤ポートが開かれ始め、酸化剤が前記チャンバ３内に入れられる。エアが、利用可能であるが理想的でも充分でもない遷移期間中、エアと酸化剤との両方が、使用される。エアの密度が、小さすぎるとき、外のエアの入口は、閉じられ、酸化剤のみが、燃焼に使用される。従って、装置は、エアを消費するジェットモードで、エアを消費しないロケットモードで、又は、ジェットモードとロケットモードとの組み合わせで作動される。
【００３８】
前記イグナイタ４及びインジェクタ５は、前記ブラスト生成チャンバ３の周縁近くに位置し、この周縁の比較的近くで点火が開始される。複数のイグナイタ４は、前記チャンバの周囲に離隔しており、点火も、前記チャンバの周囲の複数の位置でほぼ同時に行われる。複数のインジェクタ５の各々は、前記中空のブラスト生成チャンバ３の残部内の圧力に対して正の局所的な圧力で、適切な量の可燃性混合物を前記チャンバ３内に同時に注入する。前記インジェクタ５は、注入サイクルに続いてシールされ又は閉じられ、前記ブラスト生成チャンバ３と燃料並びに酸素若しくは酸化剤との間にバリア又はブロックを形成する。
【００３９】
前記インジェクタ５のシールの後、複数のイグナイタ４の各々は、可燃性混合物のチャージにほぼ同時に点火し、前記中空のブラスト生成チャンバ３の底部の外周縁全体に沿って、爆燃（又は、パルス）が、生成される。火炎の最前部又はパルスが、前記中空のブラスト生成チャンバ３の頂点部に向かって進行しているとき、追加のマスが、ブラスト波の質量を、従って、運動量を増大するように、前記チャンバ３内に注入される。注入されるマスは、追加の燃料を含んでいる可燃性マスであり得るが、代わって、好ましくは、水又は不活性なスラリーのような安定なマスである。爆発生成物が、前記中空のブラスト生成チャンバ３の頂点部での、又は、前記喉部での断面積の漸進的な減少によって徐々に加圧される。火炎の最前部が、前記喉部に向かって進行しているとき、主な又は第１の段階の圧縮が、火炎の最前部をほぼ同時に前記喉部の全領域に推し進める背圧によって達成される。前記喉部を通るように火炎を推し進める力は、前記外側チャージ形成ハウジング２の内面の頂点部に向かう、径方向かつ内向きの爆発生成物の高速流を生成する。
【００４０】
爆発生成物の高速流は、前記喉部を通ってチャンバの外に流出し、内向きに進み、内面８の近く、かつ前記内側チャージ形成ハウジング２の中央線９の位置で、高速ガスの収束を生じる。質量及び運動エネルギーの合流によるこの収束は、第２の圧縮ゾーンを生成し、この圧縮ゾーンは、排気ポートを通る所定の方向の制御されているブラストの形態で排気される前に、爆発生成物から、極超音速ガスを形成する。生成された高圧極超音速排気Ｅは、ノズルを必要とせずに、排気ポートから所定の方向のブラストの形態で射出される。上述した説明は、１つの点火サイクルを示し、多くの用途において有用である。前記エンジンは、代わって、上述した点火サイクルを繰り返すことによって、パルスモードで作動され得る。
【００４１】
前記所定のチャージ形態のエンジンは、燃料、エア、並びに、酸化剤の体積を変化し得るスロットルを使用して、制御可能である。スロットルとして働く典型的なロータリディスクバルブで、２つの孔が、１８０度離隔されており、例えば１００ＰＲＭで、ディスクが回転している場合、これら孔が、燃料ラインとアラインメントされているときのみに、燃料の注入が可能である。ディスクの回転スピードが、増大されていくと、ホールがアラインメントされている時間間隔が減少し、パルス毎に注入される燃料の量が減少する。逆に、回転速度の減少は、パルス毎に注入される燃料の量を増大するだろう。
【００４２】
所定のチャージ形態のエンジンの別の実施形態
好ましい実施形態の所定のチャージ形態のエンジンの通常の構成及び作動が、上述され、図１で示されている一方で、この構成は、本発明の範囲内で変更され得る。所定の用途で、別の幾何学的形状の所定のチャージ形態のエンジンを構成することが所望である。例えば、図２を参照すると、断面の幾何学的形状が、別の実施形態で変更されうる。ほぼ円形又は環形の形状が、図２（Ａ）で示されており、図１で示されている好ましい実施形態の前記ブラストチャンバ３の周縁に対応している。別の実施形態が、図２（Ｂ）及び（Ｃ）で示されており、夫々、長方形及び三角形の設計を示している。
【００４３】
図２（Ａ）で示されている好ましい実施形態は、排気生成物が、中央部で同時に収束する理想的なチャージ形態のエンジンである。図２（Ｂ）の長方形の実施形態は、多少効果的でないが、排気生成物が、第２の圧縮ゾーンに到達する前に、対辺から同程度の距離を移動するために、ほぼ同時に衝突する排気生成物を生じる。図２（Ｃ）の三角形の実施形態は、燃焼チャンバ３の周縁から第２の圧縮領域までの距離が等しくないため、あまり効果がなく、図２（Ａ）の円形の実施形態よりも遅い排気速度と小さなスラストを与える。さらに、ほぼ凸の多角形である他の形状が、本発明の範囲内で使用され得る。
【００４４】
ブラスト生成チャンバ３の断面形状が、変化され得るだけでなく、ブラスト生成チャンバの方向配置（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）も、変化され得る。好ましい実施形態の通常の方向配置は、図３（Ａ）で示されている。図３（Ａ）の実施形態（「凹形」で特徴づけられ得る）で、排気生成物は、最終的な排気の方向のほぼ上流の点から、最終的な排気の方向にほぼ直交して前記喉部に向かって移動する。排気生成物は、前記喉部を通過した後、前記第２の圧縮ゾーンで前記外側ハウジング２及び向かい合っているガスと衝突し、喉部を通る移動の方向とほぼ反対の方向に極超音速排気を生じる。
【００４５】
図３（Ｂ）で示されている、別の実施形態で、ブラスト生成チャンバは、ほぼ平らであり、排気生成物は、最終的な排気の方向とほぼ直交する方向に喉部を通って移動する。図３（Ｃ）で示されている、さらに別の実施形態で、ブラスト生成チャンバは、凸形の配置であり、排気生成物は、最終的な排気の方向と鈍角を形成している方向に喉部を通って移動する。同様に、図３に示されていない追加の方向配置が、可能である。
【００４６】
図３で示されている３つの実施形態の中で、図３（Ａ）の実施形態が、高圧スパイクモータとみなされ得る。前記喉部のすぐ後ろでの排気ガスの方向の変化は、出口のすぐ前でガスの「熱の蓄積（ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｔａｃｋｉｎｇ）」を生じる。この結果、パワフルであるが短いスラストのスパイクが、ガスが、エンジンからでるとき、生成される。排気生成物の合計の質量は、各実施形態で同じであるのに対して、スラストの特性は、異なっている。すなわち、図３（Ｂ）の実施形態は、より弱く、より長いスラスト時間を生じるであろう一方で、図３（Ｃ）の実施形態は、より小さなスパイクを有しているより均一な排気流を生じるだろう。
【００４７】
環境と所望の性能に応じて、ブラストチャンバの方向配置が、（図３（Ｃ）のような）凸形の方向配置から（図３（Ａ）のような）凹形の方向配置に、動的に変化され得る１つのエンジンを構築することが有効である。好ましい実施形態で、特に、図５を参照にして以下で示すようなパルスジェット／ロケットエンジンとして使用されるとき、所定のチャージ形態のエンジンは、枢支により構成され得、ブラストチャンバの方向配置が変化されるように動的に調節可能である。
【００４８】
再び図３（Ａ）ないし（Ｃ）を参照すると、外側ハウジングのヒンジポイントＨ１、Ｈ２は、所定のチャージ形態のエンジンの方向配置の調節を可能にする位置に示されている。従って、前記外側ハウジングのヒンジポイントＨ１、Ｈ２の位置で前記外側ハウジングを回動することにより、所定のチャージ形態のエンジンの方向配置は、（図３（Ｃ）のような）ほぼ凸形の方向配置から（図３（Ａ）のような）凹形の方向配置に連続的に変化され得る。前記ブラストチャンバ３は、好ましくは連続的な環状リングであるため、前記内部及び外側ハウジング１，２は、配置が変化され得る場合、互いに上下に摺動されるように配置されている一連のプレートで構成されている。別の構成も、可能であり、この構成は、（図３（Ａ）及び（Ｃ）のような）凹形及び凸形の限界の配置で、互いに隣接し又は近くにあり、図３（Ｂ）のようなより水平な配置で、互いに比較的離れて配置されている複数の分離されているサブチャンバを有している、燃焼チャンバを含んでいる。
【００４９】
前記喉部領域も、本発明の範囲内で変化され得る。図４を参照すると、２つの別の実施形態が、示されている。図４（Ａ）で、比較的大きな喉部を有している低圧のエンジンが、示されている。代わって、図４（Ｂ）の実施形態は、比較的小さな喉部を有している。図４（Ｂ）のエンジンに対して、図４（Ａ）のエンジンは、前記燃焼チャンバ３内のより低い圧力と、前記喉部を通るより遅い速度と、排気速度及びスラストのより小さなスパイクを生じるであろう。
【００５０】
再び図３（Ａ）ないし（Ｃ）を参照すると、外側ハウジングのヒンジポイントＨ３、Ｈ４が、前記内側ハウジング１が、前記外側ハウジングに向かって又は離れるように回動されることを可能にするような位置に示されている。従って、前記内側ハウジング１が、前記外側ハウジング２に向かって回動された場合、前記喉部のサイズは、減少し、より小さい「ピンチポイント」を生じる。逆に、前記内側ハウジング１が、より大きい喉部を生じるように、前記外側ハウジング２から離れるように外向きに回動され得る。調節される方向配置と調節される喉部領域との両方の場合に、油圧装置、ねじ回し装置、又は、金属プレートを移動し得、前記ブラスト生成チャンバ内で生じるかなりの圧力に耐え得る他の装置によって、ヒンジ作動は最適に実行される。
【００５１】
切り替え可能なパルスジェット／ロケットエンジンとしての使用
所定のチャージ形態のエンジンの好ましい適用が、図５で示されており、この図は、切り替え可能なパルスジェット／ロケットエンジンを示している。図５の切り替え可能なパルスジェット／ロケットエンジンは、参照符号１００で参照されており、図３（Ｃ）の凸形の方向配置で示されているが、図１の所定のチャージ形態のエンジンに従うエンジン有している。
【００５２】
前記エンジンは、低高度において、パルスジェットモードで、冷却されている状態から作動を開始する。燃料及び酸化剤のパルスが、燃料ソース１０１及び酸化剤ソース１０８から、分離されている燃料及び酸化剤ライン１０２、１１０を介して、所定のチャージ形態の燃焼チャンバ１０６に供給され、これらラインは、電磁バルブ１０４ａ、１０４ｂで制御される。イグナイタ１１２が、燃料と酸化剤との混合物に点火し、チャンバ１０６内にブラスト及び付随する高圧を生成する。ロータリバルブが、（ほぼジェットモードで）使用されているとき、前記イグナイタは、例えば、自動車の配電器、磁石若しくはバッテリーを用いる磁気ピックアップ、又は、光電継電器において、典型的に見られる接点のような、一定のタイミングで点火する装置によって制御され得る。所定の方向の燃料及び酸化剤の注入が、（ロケットモードで）行われているとき、前記イグナイタは、タイミングパルスで始動されるコンピュータプロセッサで制御される。
【００５３】
排気バイパスライン１１４で電磁バルブ１０４ｃを開くことによって、加圧されている排気生成物は、排気駆動タービン１１６に流れて、タービンを回転させ得る。前記排気駆動タービン１１６は、コンプレッサ１１８と、燃料ポンプ１２０と、遠心スロットルバルブ１２２とに接続されており、これらの各々は、１つのユニットとして共に回転するように配置されている。通常の回転ディスクが、本発明の範囲内で使用され得る一方、好ましい実施形態で、前記遠心スロットルバルブ１２２（図７を参照して以下で詳細に説明される）は、特に一定の入口の圧力状態において、すぐれた制御を与えるように使用される。前記ユニットが、回転しているとき、エアスコープ１２８を介して集められた圧縮エア１２６は、エアライン１３０を通って供給され、燃料は、燃料ライン１３２を通って、前記遠心スロットルバルブ１２２に供給される。前記遠心スロットルバルブ１２２が、回転しているとき、一定の周期でアラインメントされ、また、アラインメントを解除される複数のアパーチャを開閉することにより、エア及び燃料が、バルブを通るのを可能にしている。
【００５４】
燃料及びエアは、前記遠心スロットルバルブ１２２を通過した後、混合マニホルド１３４内で混合され、前記遠心スロットルバルブ１２２が、開かれているとき、所定のチャージ形態の燃焼チャンバ１０６内に注入される。そして、前記遠心スロットルバルブ１２２は、閉じられ、前記イグナイタ１１２は、前記チャンバ１０６内において、点火ポイント１１３で、燃料とエア（又は酸化剤）との混合物に点火する。爆燃が、排気生成物を前記チャンバ１０６の外に移動する。
【００５５】
好ましい遠心スロットルバルブは、図７（Ａ）の側面図及び図７（Ｂ）の平面図で示されている。従来の可変な燃焼速度のエンジンで使用されるような、一定の開口サイズを有している従来のロータリディスクバルブは、開口のサイズ及び形状にかかわらず、多くの問題を有している。例えば、ポートが、遅い点火速度に適しているサイズである場合、開口がアラインメントされている時間は、回転が増大するにつれて減少し、パルス毎にバルブを通過するようなエア、燃料、又は、混合物が、少なくされ得る。この結果、比較的大きな入口の圧力が、補正されたチャージ体積を得るために必要である。一方、ポートが、速い点火速度に適しているサイズである場合、遅い点火速度において、前記ディスクは、比較的低速で回転し、孔は、比較的長い時間アラインメントされており、そして、過剰な量のエア、燃料、又は、混合物が、バルブを通過し得る。この過剰を相殺し、補正されたチャージ体積を得るように、比較的小さな入口の圧力及び制御が、必要である。
【００５６】
前記ロータリ遠心スロットルバルブ１２２は、これら問題を克服し、一定の入口の圧力を使用して、全ての燃焼速度で、チャージ体積の補正を可能にしている。前記遠心スロットルバルブ１２２は、突出部１７４を備えている駆動シャフト１７２と、この駆動シャフト１７２に装着されているディスクバルブハウジング１７６とを有している。前記ディスクバルブハウジング１７６は、溶接、積層、ボルト、又は、ねじ１８４のような従来の手段で、互いに結合されている２つのハーフ部材１７６ａ、１７６ｂを有している。前記ディスクバルブハウジング１７６の２つの前記ハーフ部材１７６ａ、１７６ｂは、互いに結合されているとき、内側ポケット１７８ａ、１７８ｂを形成している複数の凹部を有している。前記ディスクバルブハウジング１７６は、このハウジングを貫通し、前記内側ポケットにほぼ重なっている１以上の開口１８２ａ、１８２ｂも有している。摺動バルブ１７９ａ、１７９ｂは、前記ポケット１７８ａ、１７８ｂの各々内に保持されている。前記ディスクバルブハウジングの２つの前記ハーフ部材１７６ａ、１７６ｂ内のさらなる凹部が、各摺動バルブ１７９ａ、１７９ｂに関連しているばね１８０ａ、１８０ｂを保持しているばねポケット１８１ａ、１８１ｂを形成している。他の装置が、前記ばね１８０ａ、１８０ｂに代わって、比較的遅い回転スピードにおいて、閉じられている位置に前記摺動バルブ１７９ａ、１７９ｂを付勢するように使用され得、これら装置は、他の弾性材又は圧縮装置を含んでいる。さらに、前記摺動バルブ１７９ａ、１７９ｂは、油圧メカニズム、ウォーム駆動メカニズム、又は、回転速度の関数としてバルブを開閉する他のメカニズムを使用して、電気的に制御され得る。前記遠心スロットルバルブ１２２は、２つの開口１８２ａ、１８２ｂを有しているように示されている一方、複数の開口が、本発明の範囲内で使用され得る。同様に、前記開口１８２ａ、１８２ｂは、ほぼ「パイ」形状を有しているように示されているが、円形、正方形、又は、他の形状であり得る。
【００５７】
特に図７（Ｂ）を参照すると、前記遠心スロットルバルブの作動は、速い燃焼速度と遅い燃焼速度の両方に関して説明的に示されている。遅い燃焼速度において、前記ディスクバルブハウジング１７６は、比較的遅い速度で回転し、ばね１８０ｂは、前記摺動バルブ１７９ｂを前記ポケット１７８ｂ内で径方向かつ内向きに押し進める。前記ディスクバルブハウジング１７６の中心に向かって移動されることにより、前記摺動バルブ１７９ｂは、前記開口１８２ｂのかなりの部分を覆い、前記燃焼チャンバ内に通過し得るエア、燃料、又は、混合物の量を制限する。前記開口１８２ａ、１８２ｂは、好ましくは、前記摺動バルブ１７８ａ、１７８ｂが、前記遠心スロットルバルブが停止されている、又は、最も遅い回転速度であるときであっても完全に開口を覆い得ないように、形成されていることに言及しておく。この配置は、エア、燃料、又は、混合物が、始動中、燃焼チャンバに到達することを可能にし、最も遅い燃焼速度におけるエンジンのエンストを防止している。
【００５８】
比較的速い燃焼速度で、遠心力により、前記摺動バルブ１７９ａは、前記ばね１８０ａを前記ばねハウジング１８１ａ内にさらに圧縮する。ばねの径方向かつ外向きの後退によって、前記開口１８２ａのかなりの部分は、覆われず、比較的大きな量のエア、燃料、又は、混合物が前記燃焼チャンバ内に通過され得る。特定の用途において、前記遠心バルブは、比較的大きい若しくは小さい弾性を有しているばねを代わりに用いること、開口のサイズ若しくは形状を変化すること、ディスクハウジングの半径に沿ってさらに内向き若しくは外向きに開口を配置すること、又は、前記ディスクバルブハウジング１７６の開口の数を増減することによって適応され得る。
【００５９】
上述した説明及び図７（Ｂ）は、速い燃焼速度の場合に想定されるような、前記摺動バルブ１７９ａによってあまり覆われていない１つの開口１８２ａと、遅い燃焼速度の場合に想定されるような、前記摺動バルブ１７９ｂによってほとんど覆われている１つの開口１８２ｂとを示しており、この状況が、図示及び説明の容易さのためにのみ、１つのバルブに示されている。実際は、前記開口１８２ａ、１８２ｂの各々は、常に、前記摺動バルブ１７９ａ、１７９ｂによって、ほぼ同じ程度覆われ又は覆われないだろう。
【００６０】
前記駆動シャフト１７２の前記突出部１７４は、三角形で示されており、前記駆動シャフト１７２の中央にオフセットに配置されている。前記駆動シャフト１７２が、イグナイタ又はタイミングを要する他の外部部品に同調せずに、前記ディスクハウジング１７６に接続されることを妨げるために、不均整な形状が、好ましいが、前記突出部１７４は、代わって、いかなる形状でもあり得る。前記駆動シャフト１７２は、前記突出部１７４を、前記ディスクハウジング１７６内の同様な形状の凹部１８４に挿入していることによって、前記ディスクハウジング１７６に接続されている。前記突出部１７４及び前記凹部１８４は、前記突出部１７４が、前記凹部１８４内で摺動し得、前記ディスクハウジング１７６が、前記シャフト１７２に沿って外向き又は内向きに移動し得るように配置されている。スラストワッシャ１８６が、前記ディスクハウジング１７６に付加された力を吸収し、充分なシールを確保している。この構成は、前記遠心スロットルバルブが、軌道モータ又は他の構成部材を害することなく、かなりの圧力を吸収することを可能にしている。さらに、前記凹部１８４内の前記突出部１７４の摺動配置において、スラストワッシャが、装着され得る。
【００６１】
前記タービン１１６、前記コンプレッサ１１８、前記燃料ポンプ１２０、並びに、前記遠心スロットルバルブ１２２が、回転を継続しているとき、燃料とエアとの混合物のパルスは、上述したように、継続して生成され、点火される。前記排気バイパスライン１１４に関連している前記電磁バルブ１０４ｃは、タービン及びエンジン自身の所望の理想的なスピードを生じるように調節される（又は、パルス的に動かされる）。
【００６２】
前記エアスコープ１２８は、リニアアクチュエータ１３６を介して、自動的に開閉される。このリニアアクチュエータ１３６は、前記エア質量センサ１３８により制御され、このセンサは、上述したように利用可能なエアの質量を決定する。好ましい実施形態で、前記エア質量センサ１３８は、飛行中、ワイヤを渡るエアの質量流が、増大したとき、温度が減少する加熱されているワイヤを通常有している。ワイヤの温度は、存在しているエアの質量の大きさを決定するように、プロセッサ（図示されていない）によって読み取られる。そして、前記エア質量センサ１３８が、利用可能なエアの質量の減少を探知したとき、前記リニアアクチュエータ１３６は、例えば、前記エアスコープ１２８を開け、より大きな体積の空気を、取り込みエアプレナム１４０に導入する。
【００６３】
理想的なエンジンで、切り替え可能なパルスジェット／ロケットは、充分なスラストが生成されるパルスジェットモードの作動に、容易に変化される。前記排気バイパスライン１１４の前記電磁バルブ１０４ｃは、充分に開かれ、より多くの排気ガスが、前記ラインを通って流れ得るようになり、前記タービン１１６が、駆動され、より速く回転される。比較的速い回転によって生じた遠心力のために、前記遠心スロットルバルブ１２２は、バルブアパーチャの開口を自動的に開き、速いパルス速度で必要とされる、比較的速い燃料及びエアの流れを可能にする。
【００６４】
速いパルス速度の燃料及びエアのチャージは、前記イグナイタ１１２による周期的な点火によって発火され、爆燃波の排気流が、前記燃焼チャンバ１０６内の前記点火ポイント１１３から流れる。排気流は、前記喉部１４２の低圧のピンチポイントを通って流れ、第２の高圧圧縮ポイント１４４で収束し、このポイントから、矢印１４６の方向の高圧極超音速排気流として流出する。このエンジンは、この段階で、エア及び燃料を慣性質量として使用し、（また、前記燃焼チャンバ１０６の形状又は方向配置を変化せずに、）可能な限り大きなスラストを生じるようなセッティングで作動されている。
【００６５】
さらに大きなスラストが、前記燃焼チャンバ１０６内に追加のマスを加えることで得られ得る。上記したように、追加のマスは、好ましくは、水又は不活性なスラリーのような安定なマスである。前記マス注入マニホルド１４８から導入された追加のマスは、追加マスのライン１５０に設けられている電磁バルブ１０４ｄを開くことによって、前記チャンバ１０６内に注入される。追加のマスは、複数のパルス間で前記イグナイタ１１２の点火の前に、前記チャンバ１０６内に注入される。排気流は、追加のマスを前記チャンバ１０６の外に自動的に加速する。エンジンは、この段階で、非常に大きなスラストを生じるようなセッティングであり、これは、このエンジン形状及び方向配置で、燃料、空気及び酸化剤の組み合わせ、並びに、追加のマスを使用して達成され得る最大のスラストである。
【００６６】
大気が薄い場合、前記エアの取り込みプレナム１４０の圧力は、減少されており、前記エア質量センサ１３８によって探知される。前記空気スコープ１２８は、前記リニアアクチュエータ１３６を伸ばし、前記空気スコープ１２８をヒンジポイント１５２を中心として回動することによって、自動的に開かれる。追加されたエアの体積は、前記空気スコープ１２８が、最も開かれている位置に達するまで、前記プレナム１４０内の圧力を増大し、エンジンに必要とされる酸素を充足する。さらに大気が薄くなった場合、前記空気スコープは、エアの流れをより大きくし得ない。前記エア質量センサ１３８に接続されているコンピュータコントローラ（図示されていない）が、前記空気スコープ１２８が最大に開かれており、かつ、空気が薄すぎると判断した場合、１以上の酸化剤バルブ１５４が、酸化剤が前記チャンバ１０６内に流れ得るように開かれ得る。複数の前記酸化剤バルブ１５４は、プロセッサを有しているコントローラによって好ましくは駆動されるのに対して、これらバルブは、代わって、エア質量センサ１３８及びリニアアクチュエータ１３６に関連している近くのスイッチによって直接駆動され得る。前記酸化剤バルブ１５４は、空気が、更に薄くなった場合、前記ブラストチャンバ１０６内に注入される酸化剤の量を更に増大し得る。
【００６７】
前記エア質量センサ１３８が、空気又は大気の圧力がないと探知したとき、前記エンジンは、宇宙の乗り物として本質的なエアを消費しないモードで作動される。前記排気バイパスライン１１４の前記電磁バルブ１０４ｃは、閉じられ、前期タービン１１６、前記コンプレッサ１１８、前記燃料ポンプ１２０、並びに、前記遠心スロットルバルブ１２２が、回転を停止される。同様に、利用可能なエアがないため、エアの取り込みスコープ１２８は、前記リニアアクチュエータ１３６を引っ込めることによって閉じられる。
【００６８】
燃料及び酸化剤は、前記電磁バルブ１０４ａ、ｂの周期的なパルスによって、前記燃料ライン１０２及び前記酸化剤ライン１１０を通して前記燃焼チャンバ１０６に直接供給される。点火、マスの注入、並びに、排気といった他の全ての作動は、エアブレシングモードの作動と同様である。
【００６９】
前記エンジンが高度を下げ、エアが利用可能となったとき、前記エア質量センサ１３８は、空気の増大を探知し、エアが消費される即ちジェットモードの作動が、再び行われるように、前記エアスコープ１２８が開かれ得る。
【００７０】
ヒンジ及び回動の作動
本発明の好ましい実施形態で、前記燃焼チャンバの方向配置が、飛行中、動的に変化され得るように、所定のチャージ形態のエンジンは、枢支により形成されている。このような構成は、図３（Ａ）ないし（Ｃ）を参照して説明された。
【００７１】
加えて、前記エンジンは、排気生成物の方向が、制御され得るように回動され得る。外部エンジンは、航空機／宇宙機に回動可能に装着されており、排気流は、所定の方向に向けられ得る。エンジンを従って排気流を回動することにより、エンジン自体が、方向制御を与える。別の実施形態で、前記ブラスト生成チャンバ３が、回動可能に装着されているのに対して、推進及び制御システムの他の部材は、固定されている。さらに別の実施形態では、方向制御は、前記内側及び外側ハウジングのヒンジＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４を非対称に調節することによって、得ることが可能である。従って、例えば、前記内側ハウジングのヒンジＨ１、Ｈ２は、僅かに異なった方向配置の互いに対向している側方部を有しているブラスト生成チャンバを形成するように調節され得る。同様に、例えば、前記内側ハウジングのヒンジＨ３、Ｈ４は、互いに対向している側方部で互いにアンバランスとなっている喉部を形成するように調節され得る。両方の配置で、排気流は、中心から外れている方向に向けられ、方向制御を与える。
【００７２】
他の乗り物のためのパルス駆動体（ｄｒｉｖｅｒ）としての使用
本発明の所定のチャージ形態のエンジンが、エアブレシング及び非エアブレシングでの用途に適するように上述されているのに対して、常にエアが利用可能な用途において使用されるようにも適合され得る。例えば、所定のチャージ形態のエンジンは、車又はボートを推進し得、所定の道具中で若しくは発電機として使用され得、又は、エアが利用可能であろう他の多くの用途において使用され得る。このような大気の状況で使用するような所定のチャージ形態のエンジンの通常の構成は、図６で示されている。この大気エンジンは、コンプレッサ２０２に接続している１以上のエア取り込みポート２０１を有している。圧縮空気は、エア出口ポート２０３を通り、エンジンのエア入口ポート２０４を通って、燃焼チャンバ２０６へ通過する。燃料ソース（図示されていない）からの燃料が、燃料インジェクタ２０５を介して注入される。
【００７３】
上述したように、前記エンジンは、喉部２０７に主低圧ピンチポイントを有しており、このピンチポイントは、高圧排気流２０９を生成する第２の高圧縮ポイント２０８に続いている。燃料とエアとの混合物は、スパークプラグとして図示されているイグナイタ２１２で点火される。駆動モータ（図示されていない）が、キー溝又はスプライン２１６を介して、駆動シャフト２１５に接続されている。前記ドライブシャフト２１５に設けられているバルブ駆動拡張部２１４が、図７を参照して上述されたように作動する、ロータリ遠心スロットルバルブに接続されている。
【００７４】
図６の所定のチャージ形態のエンジンと、図５のパルスジェット／ロケットエンジンとの間の主な相違は、酸化剤の包含、並びに、エア取り込みスコープを開閉するような能力である。他の全ての関連している態様で、図５と図６とのエンジンは、同様に構成され、作動される。
【００７５】
タービン駆動体としての使用
前記所定のチャージ形態のエンジンは、直接的な推進装置として上述された。代わって、高圧かつ大きな慣性の排気流が、ペルトン又は軸流タイプのような、固定サイクル又は自由回転タービンを駆動し得る。爆燃サイクルターボエンジンの一例は、Ｓｃｒａｇｇの米国特許Ｎｏ．６，０００，２１４で開示されている。Ｓｃｒａｇｇは、回転子の両側の２つの燃焼チャンバの排気ポートによって駆動されるタービン回転子を開示している。タービンの回転及び加速によって生成されるトルクは、従来の電気的又は機械的手段で仕事を行う。
【００７６】
同様に、１以上の所定のチャージ形態のエンジンの排気が、タービンに向けられ得る。しかしながら、本発明の所定のチャージ形態のエンジンは、ずっと効率が良いため、より改良されたタービン駆動エンジンを形成する。
【００７７】
所定のチャージ形態の他の使用
上述したように、前記所定のチャージ形態のエンジンは、航空機を推進するように使用され得、この航空機には、大気中、宇宙空間、又は、両方で移動し得る航空機が、好ましくは含まれている。さらに、前記エンジンは、個人用船舶、ボート若しくは他の乗り物を駆動する直接的な排気として使用され得、又は、車、ボート、オートバイ若しくは他の乗り物を推進するようにタービンを駆動するように配置され得る。加えて，前記エンジンは、ボート、船、潜水艦のための船首姿勢制御装置（ｂｏｗ　ｔｈｒｕｓｔｅｒ）として使用され得る。
【００７８】
乗り物の推進に加えて、前記所定のチャージ形態のエンジンにより生成されたブラスト又はパルスは、他の多くの用途で有用である。例えば、前記エンジンで生成された圧縮波は、地下のげっ歯類動物及び有害な動物の根絶、又は、害虫の制御を行うように使用され得る。１つのパルスからの圧縮波は、起こり得る雪崩を開始させるような、雪崩の制御において使用され得、砲又は爆発の必要性を排除する。
【００７９】
前記所定のチャージ形態のエンジンは、様々な破壊の目的でも使用され得る。例えば、砕岩装置として、建物を取り壊すように、採鉱において岩を砕くように、コンクリートを切り離し破壊するように、又は、船、橋若しくは道路の氷を除去するように使用され得る。加えて、前記所定のチャージ形態のエンジンは、強力で相応な値段の機雷（ｍｉｎｅ）として軍事的に利用され得る。理想的には、これら物質は、１以上の圧縮波を向けられることによって、ばらばらに砕かれる。さらに、本発明の所定のチャージ形態を使用するように構成されている破壊装置は、従来の破壊装置と異なり、機能を回復し、再利用され得る。
【００８０】
広範囲の道具が、本発明の所定のチャージ形態のエンジンを使用して構成され得る。例えば、生成された膨大な衝撃波は、削岩ドリル若しくは他の衝撃装置として使用されるように配置され得、又は、切断若しくはエッチング装置を形成するように収束され得る。加熱塗料、あわ（ｆｏａｍ）若しくは金属が、本発明の別の実施形態で噴射され得、この形態で、塗料、あわ若しくは金属は、点火の後、ブラストチャンバ内に注入される追加のマスとして使用され得る。正確に収束され所定の方向に向けられている所定のチャージ形態は、木の枝の除去又は雑草の刈り取りにも使用され得る。さらに、加熱された強力なブラストは、（炉若しくはボイラー内に配置されるような）バーナーとして、又は、道路、屋根若しくは他の場所から雪を除去するように使用されるように配置され得る。さらに、加熱された高圧の排気ガスは、塗料、ワニス、及び、同様なコーティングを取り除くように使用され得る。
【００８１】
別の用途において、金属の余熱を必要とせず、かつ、コンプレッサ若しくは他の圧力収容装置を必要としない、金属の差圧成形（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ）を行うように、１つのパルスは、瞬時の加熱及び圧力を生じる。同様に、複数のパルスは、直接的な噴射装置によって材料を成形するように使用され得る。
【００８２】
排気流中に発射体を置くことにより、本発明の所定のチャージ形態のエンジンは、高速の砲として使用され得る。好ましくは、砲身又は同様な発射チューブが、排気ポートから延びており、排気流が、制御可能なまっすぐなパス内で発射体を推進するだろう。
【００８３】
閉じられている系で、本発明の所定のチャージ形態のエンジンは、圧力を生成し、また、圧力を制御するようにパルスの速さ及び大きさを調節して、圧力を維持するように使用され得る。代わって、タービンを駆動するように配置されているとき、本発明の所定のチャージ形態のエンジンは、電気を生じる発電機を構成し得る。
【００８４】
現実の実施形態の結果
上述したように、中空のブラスト生成チャンバ内への可燃性混合物の複数のチャージの一連の注入及び点火は、爆燃が、パルス状に形成されることを可能にする。パルスの強度及び／又は周波数は、可燃性混合物の一連のチャージの注入及び点火の量及び速度を変化することによって、作動中、動的に制御され得る。極超音速排気流のパルス状の作動を使用する現実の実施形態の試験が、１００Ｈｚを越える作動サイクル、及び、毎秒３０，０００フィートと同程度のガス速度が、可能であることを示している。そして、弱いパルスと強力なパルスとの間、及び、遅いパルスと速いパルスとの間で，独立な変化が、可能である。
【００８５】
航空機のためのパルスジェット若しくはロケットエンジンとして、従来のタービン若しくはロケット推進ユニットで可能なスピードよりも速い排気ガスのスピードが、タービンブレード、コンプレッサ、並びに、排気ノズルを潜在的に排除する一方で、比較的少ない運動部品を有している比較的小さく軽量な駆動装置を可能にしている。パルス状の極超音速排気流は、また、連続的な作動でなくパルス的な作動を与えることにより、エンジンの冷却の必要性を減じている。速い燃焼及び爆燃が、熱をあまり浪費せずに、可燃性混合物の化学エネルギーを高圧に素早く変換することによって、エンジンの冷却を助ける。この完全な燃焼は、生成されるスラストのｐｏｕｎｄ毎のエンジンの効率を高め得、使用燃料を少なくし得る。
【００８６】
本発明の現実の一実施形態が、構成され、様々な他のエンジンに対して試験され、優れた結果を示した。Ｓｃｒａｇｇの米国特許Ｎｏ．６，０００，２１４に従い構成された２００馬力（ｈｐ）を供給し得るエンジンは、ほぼ２６２ｐｏｕｎｄの重量であり、エンジンの重さのｐｏｕｎｄ毎に０．７６ｈｐを生じ得る。２００ｈｐより大きい馬力を供給し得る本発明の現実の一実施形態は、たった７０ｐｏｕｎｄの重量であり、２．８６ｈｐ／ｐｏｕｎｄを生じる。前記所定のチャージ形態のエンジンは、また、１８立方インチの燃焼チャンバを有しており、Ｓｃｒａｇｇのエンジンの５６０立方インチと比較して数倍小さい。
【００８７】
ガソリン、ディーゼル、並びに、ブレイトンサイクルエンジンを越える利点も、実現している。上述した現実の２００ｈｐの実施形態と比較して、対応している２００ｈｐのガソリン、ディーゼル、ブレイトンサイクルエンジンは、ほぼ５００、９００、２００ｐｏｕｎｄであり、夫々、０．４、０．２２、１．０ｈｐ／ｐｏｕｎｄのみを生じ得る。従って、本発明のエンジンは、従来のエンジンよりもずっと小さなサイズ及び重量で充分に大きな動力を生じる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明の好ましい実施形態が、示されている一方で、本発明の範囲及び本質から離れていない多くの変形が、なされ得る。従って、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によって限定されない。本発明は、特許請求の範囲のみを参照して規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の好ましい一実施形態に従って形成されている、ブラスト生成チャンバを有している所定のチャージ形態のエンジンの断面図である。
【図２】
図２（Ａ）ないし（Ｃ）は、本発明に従って形成されているブラスト生成チャンバの幾つかの例示的な形状の断面図である。
【図３】
図３（Ａ）ないし（Ｃ）は、本発明に従って形成されているブラスト生成チャンバの幾つかの例示的な方向配置の断面図である。
【図４】
図４は、本発明に従って形成されているエンジンの喉部の２つの別の配置の断面図である。
【図５】
図５は、本発明に従って形成されている切り替え可能なジェット及びロケットエンジンの斜視図である。
【図６】
図６は、本発明に従って形成されているパルス駆動エンジンの斜視図である。
【図７】
図７（Ａ）は、本発明に従って形成されているロータリ遠心スロットルバルブの側面図である。図７（Ｂ）は、本発明に従って形成されているロータリ遠心スロットルバルブの上面図である。

Claims (12)

1. 内側ハウジングと、
   ブラスト生成チャンバを規定するように、前記内側ハウジングと結合されている外側ハウジングと、
   ほぼ径方向で対向している前記チャンバ中に燃料を注入するのに適している複数の燃料インジェクタと、
   前記内側ハウジングと外側ハウジングとの間の主収束ゾーンを規定する前記ブラスト生成チャンバにおける、中央開口とを、
   具備しており、
   ほぼ対向している前記位置から前記主収束ゾーンを通って移動する排気ガスが、所定のチャージ形態のエンジンのほぼ中央の第２の収束ゾーンで互いに衝突し、極超音速排気を生じる、
   所定のチャージ形態のエンジン。
2. 前記内側ハウジングは、ほぼ環状であり、ほぼ円錐形状の突出部を有しており、この突出部は、前記外側ハウジングと共に、前記主収束ゾーンを形成する、請求項１の所定のチャージ形態のエンジン。
3. 前記外側ハウジングは、ほぼドーム状である、請求項１の所定のチャージ形態のエンジン。
4. 前記内側及び外側ハウジングは、排気の方向に直交する断面が、非円形の多角形である、請求項１の所定のチャージ形態のエンジン。
5. 前記ブラスト生成チャンバは、ほぼ対向している複数のサブチャンバからなっており、各サブチャンバは、燃料インジェクタ及びイグナイタを有している、請求項１の所定のチャージ形態のエンジン。
6. 最初の排気生成物が、最終的な排気の方向と鈍角をなす方向に向けられる位置と、最初の排気生成物が、最終的な排気の方向と鋭角をなす方向に向けられる位置との間で、ほぼ対向している複数の前記サブチャンバの方向が、変化され得るように、これらサブチャンバは、前記外側ハウジングの頂点部付近で回動可能である、請求項６の所定のチャージ形態のエンジン。
7. 前記主収束ゾーンを規定するピンチポイントのサイズを増減するよう、前記外側ハウジングから離れるように又は向かって移動し得るように、突出部が、前記サブチャンバの内側ハウジングに調整可能にさらに設けられている、請求項６の所定のチャージ形態のエンジン。
8. 酸素ソースと、少なくとも部分的に前記チャンバ内に延びている複数のイグナイタとをさらに具備しており、これらイグナイタからのスパーク又は火炎が、燃料に点火する、請求項１の所定のチャージ形態のエンジン。
9. 少なくとも部分的に前記チャンバ内に突出し、マスソースに接続され、燃料の燃焼に続いて前記チャンバ内にマスを注入するのに適しているマスインジェクタをさらに具備している請求項８の所定のチャージ形態のエンジン。
10. 前記マスは、水を含んでいる、請求項８の所定のチャージ形態のエンジン。
11. 前記酸素ソースは、互いに分離されているエアのソースと酸化剤のソースとである、請求項９の所定のチャージ形態のエンジン。
12. 利用可能なエアの質量の存在を検出するためのセンサと、全てエアから全て酸化剤まで又はエアと酸化剤との混合物まで、前記チャンバへの酸素の供給を調節するように前記センサと接続されているコントローラとを、さらに具備している請求項１１の所定のチャージ形態のエンジン。

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