JP2005226640A - エンジンの燃焼室冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却剤収集マニホルド３６に関連して生じる冷却剤の圧力損失を低減し、多数の冷却管ないしは冷却通路３４における流れを均一にする。
【解決手段】ロケットエンジンなどのエンジンの燃焼室冷却システム３０は、燃焼室３２を囲む複数の冷却管ないしは冷却通路３４と、これらの冷却管ないしは冷却通路３４から冷却剤を受けるとともに、該冷却剤を吐出口４０から吐出するトロイダル型冷却剤収集マニホルド３６と、このトロイダル型冷却剤収集マニホルド３６に関連する圧力損失及び圧力不均衡の改善のために該マニホルド３６内に設けた複数の転向ベーン４４と、からなる。各冷却管ないしは冷却通路３４から出る冷却剤の流れが、各々の転向ベーン４４によって接線方向へと向きを変える。
【選択図】図２
【解決手段】ロケットエンジンなどのエンジンの燃焼室冷却システム３０は、燃焼室３２を囲む複数の冷却管ないしは冷却通路３４と、これらの冷却管ないしは冷却通路３４から冷却剤を受けるとともに、該冷却剤を吐出口４０から吐出するトロイダル型冷却剤収集マニホルド３６と、このトロイダル型冷却剤収集マニホルド３６に関連する圧力損失及び圧力不均衡の改善のために該マニホルド３６内に設けた複数の転向ベーン４４と、からなる。各冷却管ないしは冷却通路３４から出る冷却剤の流れが、各々の転向ベーン４４によって接線方向へと向きを変える。
【選択図】図２
Description
本発明は、ロケットエンジンなどの燃焼室の冷却システムに関するもので、より詳しくは、該エンジンに使用するための助長された性能を持つトロイダル型冷却剤収集マニホルドに関するものである。
図１に示すような典型的なロケットエンジンにおいて、冷却剤はロケット燃焼室１６の筒状壁１４を形成する複数の管ないしは通路を通して流れる。冷却剤は比較的高速で、トロイダル型冷却剤収集マニホルド１８に吐出され、この冷却剤収集マニホルド１８は、一般に、単一の吐出口（図示略）を有する。個々の管や通路１０を通る流れは、冷却剤収集マニホルド１８内の圧力に影響される。全ての管ないしは通路１０を通して一様な流れとなることが望ましいので、冷却剤収集マニホルド１８における圧力は出来るだけ一様であるべきである。
典型的なロケットエンジンにおいては、エンジン性能を最大限にするように、冷却剤圧力損失の全体を最小限度にとどめることが要求される。冷却剤圧力損失が大きいほど、エンジンを通して冷却剤を押し出すのに高いポンプ圧力が必要となる。冷却剤圧力損失全体を最小限度にするのを助長するためには、冷却剤収集マニホルド１８に関連する圧力損失を最小限度に抑えるべきである。
図１に示す現在のシステムにおいては、冷却剤は、個々の管ないしは通路１０から、冷却剤収集マニホルド１８内に半径方向ないしは軸方向に吐出される。マニホルド１８内に入った冷却剤は、９０度向きを変える必要があり、マニホルドの吐出口に向けて円周方向へ流れる。このような急激でかつ制御されない方向転換は、マニホルド１８における大きな圧力損失の要因となる。そのうえ、冷却剤をマニホルドの吐出口に向けて押し出すために、トロイダル型マニホルド１８は圧力勾配を有し、吐出口から１８０度の位置が最も高い圧力となる。この圧力勾配は、冷却管ないしは冷却通路における冷却剤の流れを不均一なものとする。
したがって、本発明の目的は、マニホルドにおける圧力損失を減少させて、エンジンの燃焼室の冷却に用いられる改良されたマニホルド構造を提供することである。
さらに本発明の目的は、冷却管ないしは冷却通路とマニホルドにおける圧力を均一に改善する上記のような改良されたマニホルド構造を提供することである。
前述の目的は、本発明にかかる性能を改善したトロイダル型冷却剤収集マニホルドによって達成される。
本発明にかかるエンジンの燃焼室冷却システムは、燃焼室を囲む複数の冷却管ないしは冷却通路と、前記冷却管ないしは冷却通路から冷却剤を受けるとともに吐出口を介して吐出するトロイダル型冷却剤収集マニホルドと、前記トロイダル型冷却剤収集マニホルド内に設けられ、該マニホルドに関連する圧力損失を減少させ、かつ、圧力不均一を改善する手段と、からなる。本発明の好適な実施例によれば、前記の手段は、前記トロイダル型冷却剤収集マニホルド内に延びた複数の転向ベーンからなる。
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図２及び図３には、ロケットエンジンなどのエンジンの燃焼室３２を冷却する改善されたシステム３０が示されている。このシステム３０では、燃焼室３２の筒状壁を形成する複数の管ないしは通路３４を有する。冷却管ないしは冷却通路３４は、流体供給源からトロイダル型冷却剤収集マニホルド３６へ冷却液を搬送するために用いられる。
トロイダル型冷却剤収集マニホルド３６は、各冷却管ないしは冷却通路３４の端部３８に隣接して位置している。トロイダル型冷却剤収集マニホルド３６は、吐出口４０を有する。通常は、マニホルド３６は単一の吐出口４０を有しているが、必要ならば、複数の吐出口を備えていてもよい。
図２及び図３に見ることができるように、マニホルド３６内には複数のベーン４４が設けられている。各ベーン４４は、個々の冷却管ないしは冷却通路３４に沿って整列し、かつ、前記個々の冷却管ないしは冷却通路３４における開口部４６に隣接して位置している。
各ベーン４４は、個々の冷却管ないしは冷却通路３４から出る冷却剤の流れを、半径方向ないしは軸方向から接線方向へと、すなわち、マニホルド吐出口４０の方向へと転向させるために用いられる。この転向ベーン４４は、現在のマニホルドに見られるような突然の膨張及び混合による損失を大きく減少させる。
図２及び図３に見られるように、転向ベーン４４は、マニホルド吐出口４０に向かう冷却剤の体積流量を制限することがないように、マニホルド３６の内壁に組み込まれ、あるいは、マニホルド３６内に配置される。
転向ベーン４４から出る比較的高速の冷却剤は、吐出口４０に向かって流れる冷却剤の容積にジェットポンプとして作用する。その結果、転向ベーン４４は、従来のトロイダル型冷却剤収集マニホルドにおける圧力損失及び圧力の不均一という問題の双方を、完全ではないとしても、実質的に解決する。
図２及び図３に見られるように、転向ベーン４４は、弓形の異なる広がりないしは長さを持つことが出来る。例えば、転向ベーン４４を、４つのベーンの繰り返しパターンを有する構成とすることができ、ここでは、最も大きな広がりを持つベーン４４’が、最も小さな広がりを持つ２つのベーン４４”の間に位置すると共に、中間の広がりを持つベーン４４'''が、２つのベーン４４”の中間に位置する。
以上のように、トロイダル型冷却剤収集マニホルドを、ロケットエンジンの冷却システムについて記載したが、本発明にかかるトロイダル型冷却剤収集マニホルドは、その他の形式のエンジンや圧縮ガスを収集する機器にも用いることができる。
Claims (8)
- 燃焼室を囲む複数の冷却管ないしは冷却通路と、
前記冷却管ないしは冷却通路から冷却剤を受けるとともに吐出口を介して吐出するトロイダル型冷却剤収集マニホルドと、
前記トロイダル型冷却剤収集マニホルド内に設けられ、該マニホルドに関連する圧力損失を減少させ、かつ、圧力不均一を改善する手段と、
からなるエンジンの燃焼室冷却システム。 - 前記冷却管ないしは冷却通路が、燃焼室の壁を形成することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃焼室冷却システム。
- 前記手段は、前記マニホルド内に位置する複数の転向ベーンからなる、請求項１に記載のエンジンの燃焼室冷却システム。
- 前記転向ベーンの各々は、一つの冷却管ないしは冷却通路の端部開口部に隣接して位置し、この一つの冷却管ないしは冷却通路から出る冷却流が、半径方向ないしは軸方向から前記転向ベーンにより接線方向へと転向されることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの燃焼室冷却システム。
- 前記転向ベーンの少なくとも幾つかは、前記転向ベーンのその他のものよりも長い広がりを有することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの燃焼室冷却システム。
- 前記転向ベーンのそれぞれが、弓形形状部分を有することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの燃焼室冷却システム。
- 前記吐出口に向う冷却剤の体積流量を制限しないように、前記転向ベーンは、マニホルド内壁に組み込まれ、あるいは、マニホルド内に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの燃焼室冷却システム。
- 前記燃焼室は、ロケットエンジンの一部を形成する請求項１に記載のエンジンの燃焼室冷却システム。
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