JP2006097639A - ロケット用噴射器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＯＸポスト内に発生する定在波の周波数調整機能、およびＬＯＸポスト内における定在波の発生防止機能を有したロケット用噴射器を提供することである。
【解決手段】ロケット用噴射器のＬＯＸポスト３Ａａに備えられるオリフィス３Ａｂの配設位置を調整することにより、ロケット用噴射器内で発生する定在波の周波数が、燃焼室内の面モードの音響周波数からズラされる。これにより、燃焼器内におけるロケット用噴射器からの定在波に起因する燃焼振動の増幅が抑制される。ＬＯＸポストのオリフィス下流の流路を緩やかな拡大流路形状とすることにより、従来当該箇所において発生していたＬＯＸの渦流、すなわち剥離流れによる噴射器内における定在波の形成が抑制される。さらに、オリフィスの下流部にポーラス材または金網の積層材が充填される。これにより、従来当該箇所において発生して燃焼室まで伝播していた定在波の形成および伝播が抑制される。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、ＬＯＸポスト内に発生する定在波の周波数調整機能、およびＬＯＸポスト内における定在波の発生防止機能を有したロケット用噴射器に関する。

従来のロケット用燃焼器は、図１に示されるように燃料および酸化剤を混合して燃焼室内に噴射する噴射器２０と、燃焼室を形成するＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ４０と、燃焼室から噴射される燃焼ガスを絞り込むことにより推力を出すためのノズル５０とを備えている。噴射器２０は、既述したように燃料および酸化剤を混合して燃焼室内に噴射するためのものであり、円筒形状のＬＯＸポスト２０ａを備えている。酸化剤として、例えばＬＯＸ（液体酸素）２０ｃがＬＯＸポスト２０ａの入口から注入され、入口近傍に配設されているオリフィス２０ｂにより整流されて、ＬＯＸポスト２０ａに形成された図示せぬ燃料入口から注入される燃料とＬＯＸポスト２０ａ出口下流で混合される。ＬＯＸ２０ｃと燃料との混合物は、燃焼室へと噴出される。燃焼室内に注入されたＬＯＸ２０ｃと燃料との混合物は、図示せぬ点火器により着火された後、燃焼室（Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ）４０内部で燃焼される。燃焼室（Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ）４０内部における燃焼で発生した燃焼ガスは、ノズル５０により絞られて燃焼ガス排出方向へ排出されて推力が生じる。ここで噴射器２０は、ロケットエンジンの推力にもよるが、通常数百本が燃焼室の噴射面６０の背面側に、燃焼器１０の推力方向の中心軸に対して概ね円周方向に均一になるように配設されている（詳細については非特許文献１参照のこと）。

近年のロケットエンジンの高効率化要求により、ロケット用燃焼器１０では、燃焼室内で局所的にエネルギー密度の高い高負荷の燃焼を行う必要があるため、燃焼室内の面モード（〜５、６次）の音響と共鳴する燃焼振動の発生が問題となる。

特に、燃焼室の内径がＲｃ（一定）であるような燃焼器においては、

ｆ；固有振動数
Ｃ_０；音速
Ｒｃ；燃焼室の内径
Ｓ_ｒｎ；面モードの固有値
なる固有振動数をもつ燃焼振動が生じ、燃焼時に問題となる。

図２に、図１における噴射器２０の断面の拡大図を示す。図２に示されるように、従来の噴射器２０においては、酸化剤として、例えばＬＯＸ（液体酸素）２０ｃがＬＯＸポスト２０ａの入口から注入されて図示せぬ燃料とＬＯＸポスト２０ａ出口下流で混合され、燃焼室に噴射されるが、この際ＬＯＸポスト２０ａ内にオリフィス２０ｂ下流部のＬＯＸポスト２０ａ長さに対応する波長（ＬＯＸポスト定在波波長λ０；２０ｄ）を有する定在波が発生する。これは、オリフィス２０ｂの下流部（ＬＯＸポストの管内半径が変化する位置）において、ＬＯＸ２０ｃに渦流が生じる「剥離流れ領域２０ｅ」が存在するためである。噴射器２０からの定在波が燃焼室に運ばれて燃焼室内の面モードの音響と共鳴すると、燃焼器１０の燃焼振動が増幅される。

燃焼室内における共鳴現象を抑制する目的で図１に示されるように噴射面６０近傍にＢａｆｆｌｅ Ｂｌａｄｅ（３０ａ）およびＢａｆｆｌｅ Ｈｕｂ（３０ｂ）が装着されて燃焼振動の抑制がなされる。この場合の問題点は、高温の燃焼ガス中にＢａｆｆｌｅ Ｂｌａｄｅ（３０a）およびＢａｆｆｌｅ Ｈｕｂ（３０ｂ）を挿入するため、これらを冷却する必要があり、燃焼器１０の構造が複雑化すると伴に、冷却効果により燃焼効率の低下を招くことである。

また、Ｂａｆｆｌｅ Ｂｌａｄｅ（３０a）およびＢａｆｆｌｅ Ｈｕｂ（３０ｂ）の装着そのものがロケット用燃焼器１０の自重の増加となり、ロケットエンジンの高効率化要求に反した要因となる。

このような技術に関連して、以下に示すような提案がなされている。

特開平５−２９６３８５号公報に開示されている「気柱振動防止装置」では、母管から分岐状に設けられて端部が閉になっている管台を有し、かつ、管台の途中から分岐状に設けられて該管台の中の気柱の静止気体を流動状態にする連通管を備えている気柱振動防止装置が提案されている。

特開平５−２９６３８５号公報 Ｈａｒｒｊｅ，Ｄ．Ｊ．，ａｎｄ Ｒｅａｒｄｏｎ，Ｆ．Ｈ．，Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ Ｒｏｃｋｅｔ Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ＮＡＳＡ ＳＰ−１９４、１９７２、ｐ１５７

本発明の目的は、ＬＯＸポスト内に発生する定在波の周波数調整機能、およびＬＯＸポスト内における定在波の発生防止機能を有したロケット用噴射器を提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する番号・符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明のロケット用噴射器（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、４、５、６、７Ａ、７Ｂ、８、９）は、燃焼室の噴射面が形成される壁の背面に接続されたＬＯＸポスト（３ａ、３Ａａ、３Ｂａ、３Ｃａ、３Ｄａ、４ａ、５ａ、６ａ、７Ａａ、７Ｂａ、８ａ、９ａ）と、ＬＯＸ（３ｃ、３Ａｃ、３Ｂｃ、３Ｃｃ、３Ｄｃ、４ｃ、５ｃ、６ｃ、７Ａｃ、７Ｂｃ、８ｃ、９ｃ）と燃料とがＬＯＸポスト出口下流で混合されて、壁を介して燃焼室に噴射され、ＬＯＸポスト内に設けられ、ＬＯＸポスト内でＬＯＸの流れを整流するオリフィス（３ｂ、３Ａｂ、３Ｂｂ、３Ｃｂ、３Ｄｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７Ａｂ、７Ｂｂ、８ｂ、９ｂ）とを備え、ＬＯＸポスト内に形成される定在波と燃焼室の面モードの音響周波数とが共鳴しないように、噴射時にＬＯＸポスト内に形成される定在波の周波数が燃焼室の面モードの音響周波数から離調するように、又は定在波を抑制するように、オリフィスのＬＯＸポスト内での設置位置、オリフィスの形状と部材、又はＬＯＸポスト内に設けられる緩衝部材が決定される。

また、本発明のロケット用噴射器（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）におけるオリフィス（３ｂ、３Ａｂ、３Ｂｂ、３Ｃｂ、３Ｄｂ）のＬＯＸポスト（３ａ、３Ａａ、３Ｂａ、３Ｃａ、３Ｄａ）内での設置位置は、ロケット用噴射器が背面に接続される位置における燃焼室の内径により決定される。

また、本発明のロケット用噴射器（４）のＬＯＸポスト（４ａ）は、さらに、ＬＯＸポストは、オリフィス（４ｂ）の下流部とＬＯＸポストの内壁とを緩やかな経路により接続させる内管形状を備える。

また、本発明のロケット用噴射器（５）において、オリフィス（５ｂ）の下流部分が緩衝部材（５ｄ）で形成される。

また、本発明のロケット用噴射器（６）において、ＬＯＸポスト（６ａ）内のオリフィス（６ｂ）の下流部に緩衝部材（６ｄ）が隙間無く充填される。

また、本発明のロケット用噴射器（７Ａ）において、ＬＯＸポスト（７Ａａ）内のオリフィス（７Ａｂ）の下流部に円筒形状の緩衝部材（７Ａｄ）が配置され、ＬＯＸポストの内壁と緩衝部材との間には空間が形成される。

また、本発明のロケット用噴射器（７Ｂ）は、ＬＯＸポスト（７Ｂａ）内のオリフィス（７Ｂｂ）の下流部に円筒形状の緩衝部材（７Ｂｄ）が配置され、ＬＯＸポストの内壁と緩衝部材とは隙間無く接続される。

また、本発明のロケット用噴射器（８）において、ＬＯＸポスト（８ａ）は、オリフィス（８ｂ）の下流部とＬＯＸポストの内壁とを緩やかな経路により接続させる内管形状を備え、さらに、ＬＯＸポスト内のオリフィスの下流部に緩衝部材（８ｅ）が隙間無く充填される。

また、本発明のロケット用噴射器（９）において、ＬＯＸポスト（９ａ）のＬＯＸと燃料との混合物の出口に壁が設けられ、壁に多孔穴（９ｄ）が形成される。

また、本発明のロケット用燃焼器は、ＬＯＸ（３ｃ、３Ａｃ、３Ｂｃ、３Ｃｃ、３Ｄｃ、４ｃ、５ｃ、６ｃ、７Ａｃ、７Ｂｃ、８ｃ、９ｃ）および燃料を混合して燃焼室内に噴射するロケット用噴射器（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、４、５、６、７Ａ、７Ｂ、８、９）と、ＬＯＸと燃料の混合物が燃焼される燃焼室と、燃焼室から噴射される燃焼ガスを絞り込むことにより推力を出すためのノズルとを備え、ロケット用噴射器は、燃焼室の噴射面が形成される壁の背面に接続されたＬＯＸポスト（３ａ、３Ａａ、３Ｂａ、３Ｃａ、３Ｄａ、４ａ、５ａ、６ａ、７Ａａ、７Ｂａ、８ａ、９ａ）と、ＬＯＸと燃料とがＬＯＸポスト出口下流で混合されて、壁を介して燃焼室に噴射され、ＬＯＸポスト内に設けられ、ＬＯＸポスト内でＬＯＸの流れを整流するオリフィス（３ｂ、３Ａｂ、３Ｂｂ、３Ｃｂ、３Ｄｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７Ａｂ、７Ｂｂ、８ｂ、９ｂ）とを備え、噴射時にＬＯＸポスト内に形成される定在波の周波数が燃焼室の面モードの音響周波数から離調するように、又は定在波を抑制するように、オリフィスのＬＯＸポスト内での設置位置、オリフィスの形状と部材、又はＬＯＸポスト内に設けられる緩衝部材が決定される。

また、本発明の液体燃料ロケットは、請求項１乃至９の何れかに記載のロケット用噴射器（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、４、５、６、７Ａ、７Ｂ、８、９）を備える。

また、本発明の液体燃料ロケットは、請求項１０に記載のロケット用燃焼器を備える。

本発明により、ＬＯＸポスト内に発生する定在波の周波数調整機能、およびＬＯＸポスト内における定在波の発生防止機能を有したロケット用噴射器および燃焼器を提供することができる。また、これらを備えた液体燃料ロケットを提供することが出来る。

添付図面を参照して、本発明によるロケット用噴射器を実施するための最良の形態を以下に説明する。

ロケット用噴射器は、ロケット用燃焼器に備えられ、その信頼性を高めることはロケット用燃焼器全体の信頼性を向上させる上で重要な機器である。

（実施の形態１）
図３Ａに、本発明の実施の形態１に係わるロケット用噴射器３の断面を示す。本実施の形態に係わるロケット用噴射器３は、円筒形状のＬＯＸポスト３ａと、ＬＯＸポストの内壁上に円周方向に沿って配置されるオリフィス３ｂとを備えている。

本実施の形態のロケット用噴射器３においては、図３Ａに示されるようにＬＯＸポスト３ａの左端に位置するＬＯＸ３ｃ入口からＬＯＸ３ｃが注入される。ＬＯＸポスト３ａに注入されたＬＯＸ３ｃは、ＬＯＸポスト３ａの内壁上に円周方向に配置されているオリフィス３ｂにより整流されて、ＬＯＸポスト３ａに形成された図示せぬ燃料入口から注入される燃料とＬＯＸポスト３ａ出口下流で混合される。ＬＯＸ３ｃと燃料との混合物は、燃焼室へと噴出される。燃焼室内に注入されたＬＯＸ３ｃと燃料との混合物は、図示せぬ点火器により着火された後、燃焼室内部で発生した燃焼ガスがノズルにより絞られ、燃焼ガス排出方向へ排出されて推力が生じる。

本実施の形態のロケット用噴射器３が設置されるロケット用燃焼器では、燃焼室内で局所的にエネルギー密度の高い高負荷の燃焼を行う必要があるため、燃焼室内の面モード（〜５、６次）の音響と共鳴する燃焼振動が発生する。

ここで、従来の噴射器２０においては、背景技術として既述したように、ＬＯＸ２０ｃがＬＯＸポスト２０ａの入口から注入されて図示せぬ燃料とＬＯＸポスト２０ａ出口下流で混合されて燃焼室に噴射される。この際、ＬＯＸポスト２０ａ内に、オリフィス２０ｂ下流部のＬＯＸポスト２０ａ長さに対応する波長（ＬＯＸポスト定在波波長λ０；２０ｄ）を有する定在波が発生していた。そして、噴射器２０からの定在波が燃焼室に運ばれて燃焼室内の面モード（〜５、６次）の音響と共鳴すると、ロケット用燃焼器１０の燃焼振動が増幅された。

本実施の形態のロケット用噴射器３においては、ロケット用噴射器３からの定在波と、燃焼室内の面モードの音響との共鳴を防止するために、ロケット用噴射器３のＬＯＸポスト３ａの内壁に配設されているオリフィス３ｂの配設位置をＬＯＸ３ｃの流れ方向に変化させて、ロケット用噴射器３からの定在波の周波数を、燃焼室内の面モードの音響周波数からズラしている。燃焼室内の面モードの音響周波数は、背景技術において説明したように燃焼室の内径に依存する。従って、本実施の形態に係わるロケット用噴射器３に生じる定在波の波長（λ1）３ｄも、燃焼室の噴射面中心からのロケット用噴射器３の配置されている距離に応じて、それぞれのＬＯＸポスト３ａにおけるオリフィス３ｂの配設位置を変化させる必要がある。

図３Ｂに、本実施の形態のロケット用噴射器が実際に噴射面３Ｅに対して配置された断面を示す。図３Ｂにおいては、理解が容易になるように、本実施の形態に係わるロケット用噴射器３Ａ〜３Ｄの７本のみが示されているが、実際には通常数百本のロケット用噴射器が燃焼室の噴射面６０の背面側に、燃焼器の推力方向の中心軸に対して概ね円周方向に均一になるように配設されている（詳細については非特許文献１参照のこと）。

燃焼室内の面モードの音響周波数は半径に比例して高くなる（［数１］参照）。従って、図３Ｂに示されるように、ロケット用噴射器３Ａ〜３ＤそれぞれのＬＯＸポスト内壁に配設されるオリフィス３Ａａ〜３Ｄｂは、それぞれが配設されるＬＯＸポストに対して、それぞれの定在波波長が一定になるように設定される。

本実施の形態においては、ロケット用噴射器３からの定在波の周波数が、燃焼室内の面モードの音響周波数からズラされる。そして、燃焼器内におけるロケット用噴射器３からの定在波に起因する燃焼振動の増幅が抑制される。これにより、高効率化要求に合致し、燃焼振動の抑制された信頼性の高いロケット用噴射器および燃焼器が実現される。

（実施の形態２）
図４に、本発明の実施の形態２に係わるロケット用噴射器４の断面を示す。実施の形態１では、ロケット用噴射器３に生じるの定在波の周波数を、燃焼室内の面モードの音響周波数からズラすことを目的としていたのに対して、本実施の形態に係わるロケット用噴射器４では、ロケット用噴射器４における定在波の発生を抑制することを目的としている。

本実施の形態に係わるロケット用噴射器４は、円筒形状のＬＯＸポスト４ａと、ＬＯＸポスト４ａの内壁上に円周方向に沿って配設されるオリフィス４ｂとを備えている。

本実施の形態のロケット用噴射器４においては、図４に示されるようにＬＯＸポスト４ａの左端に位置するＬＯＸ４ｃ入口からＬＯＸ４ｃが注入される。ＬＯＸポスト４ａに注入されたＬＯＸ４ｃは、ＬＯＸポスト４ａの内壁上に円周方向に配設されているオリフィス４ｂにより整流されて、ＬＯＸポスト４ａに形成された図示せぬ燃料入口から注入される燃料とＬＯＸポスト４ａ出口下流で混合される。ＬＯＸ４ｃと燃料との混合物は、燃焼室へと噴出される。従来のロケット用噴射器２０においては、この際ＬＯＸポスト２０ａ内にオリフィス２０ｂ下流部のＬＯＸポスト２０ａ長さに対応する波長を有する定在波が発生する。これは、オリフィス２０ｂの下流部（管内半径が変化する位置）において、ＬＯＸ２０ｃに渦流が生じる「剥離流れ領域２０ｅ」が存在するためである。そして、噴射器２０からの定在波が燃焼室に運ばれて燃焼室内の面モード（〜５、６次）の音響と共鳴すると、ロケット用燃焼器の燃焼振動が増幅された。

本実施の形態のロケット用噴射器４においては、ロケット用噴射器４そのもので発生する定在波を抑制するために、オリフィス４ｂの下流部（管内半径が変化する位置）においてＬＯＸ４ｃに渦流が生じる「剥離流れ領域」の形成が困難となるＬＯＸポスト４ａの内管形状を採用した。つまり、オリフィス４ｂの下流部（管内半径が変化する位置）において、オリフィス４ｂ下流の流路を緩やかな拡大流路形状４ｄとすることにより、従来当該箇所において発生していたＬＯＸ４ｃの渦流、すなわち剥離流れの発生が抑制される。これにより、ＬＯＸポスト４ａ管内におけるＬＯＸ４ｃの反射および渦巻きが抑制されて、本実施の形態のロケット用噴射器４における定在波の形成が未然に防止される。

本実施の形態においては、ＬＯＸポスト４ａのオリフィス４ｂ下流の流路を緩やかな拡大流路形状４ｄとすることにより、従来当該箇所において発生していたＬＯＸ４ｃの渦流、すなわち剥離流れによる噴射器の定在波の形成が抑制される。そして、燃焼器内におけるロケット用噴射器４からの定在波に起因して起こる共鳴による燃焼振動の増幅が抑制される。これにより、高効率化要求に合致し、燃焼振動の抑制された信頼性の高いロケット用噴射器および燃焼器が実現される。

（実施の形態３）
図５に、本発明の実施の形態３に係わるロケット用噴射器５の断面を示す。本実施の形態に係わるロケット用噴射器５では、実施の形態２の係わるロケット用噴射器４と同様に、噴射器内に形成される定在波を抑制することを目的としている。

本実施の形態に係わるロケット用噴射器５は、円筒形状のＬＯＸポスト５ａと、ＬＯＸポスト５ａの内壁上に円周方向に沿って配設されるオリフィス４ｂとを備えている。本実施の形態に係わるオリフィス４ｂの下流部分は、ポーラスな金属材５ｄにより形成されている。

本実施の形態における基本的な構成および動作原理は、実施の形態２と同様である。本実施の形態のロケット用噴射器５においては、図５に示されるようにＬＯＸポスト５ａの左端に位置するＬＯＸ５ｃ入口から酸化剤として、例えばＬＯＸ（液体酸素）５ｃが注入される。ＬＯＸポスト５ａに注入されたＬＯＸ（液体酸素）５ｃは、ＬＯＸポスト５ａの内壁上に円周方向に配設されているオリフィス５ｂにより整流されて、ＬＯＸポスト５ａに形成された図示せぬ燃料入口から注入される燃料とＬＯＸポスト５ａ出口下流で混合される。ＬＯＸ５ｃと燃料との混合物は、燃焼室へと噴出される。従来の噴射器では、この際ＬＯＸポスト内にオリフィス下流部のＬＯＸポスト長さに対応する波長を有する定在波が発生する。これは、オリフィスの下流部（管内半径が変化する位置）において、ＬＯＸに渦流が生じる「剥離流れ領域」が存在するためである。そして、噴射器からの定在波が燃焼室に運ばれて燃焼室内の面モード（〜５、６次）の音響と共鳴すると、ロケット用燃焼器の燃焼振動が増幅された。

本実施の形態のロケット用噴射器５においては、オリフィス５ｂの下流部がポーラスな金属材５ｄにより形成されているため、ＬＯＸポスト５ａ内のオリフィス５ｂ下流部で圧力波が吸収され、ＬＯＸポスト５ａ内における定在波の形成が阻止される。これにより、本実施の形態に係わるロケット用噴射器４から燃焼室への定在波の伝播が未然に防止される。

本実施の形態においては、オリフィス５ｂの下流部がポーラスな金属材５ｄにより形成されることにより、従来当該箇所において発生して燃焼室まで伝播していた定在波の形成および伝播が抑制される。そして、燃焼器内におけるロケット用噴射器５からの定在波に起因する燃焼振動の増幅が抑制される。これにより、高効率化要求に合致し、燃焼振動の抑制された信頼性の高いロケット用噴射器および燃焼器が実現される。

（実施の形態４）
図６に、本発明の実施の形態４に係わるロケット用噴射器６の断面を示す。本実施の形態に係わるロケット用噴射器６では、実施の形態２および３に係わるロケット用噴射器４、５と同様に、噴射器内に形成される定在波を抑制することを目的としている。

本実施の形態に係わるロケット用噴射器６は、円筒形状のＬＯＸポスト６ａと、ＬＯＸポスト６ａの内壁上に円周方向に沿って配設されるオリフィス６ｂと、ポーラス材または金網の積層材６ｄとを備えている。

本実施の形態における基本的な構成および動作原理は、実施の形態２および３と同様である。但し、ＬＯＸポスト６ａ内のオリフィス６ｂ下流部には、ポーラス材または金網の積層材６ｄが充填されている。

本実施の形態のロケット用噴射器６においては、図６に示されるようにＬＯＸポスト６ａの左端に位置する、例えばＬＯＸ（液体酸素）６ｃなどの酸化剤入口からＬＯＸ６ｃが注入される。ＬＯＸポスト６ａに注入されたＬＯＸ６ｃは、ＬＯＸポスト６ａの内壁上に円周方向に配設されているオリフィス６ｂにより整流されて、ＬＯＸポスト６ａに形成された図示せぬ燃料入口から注入される燃料とＬＯＸポスト６ａ出口下流で混合される。ＬＯＸ６ｃと燃料との混合物は、燃焼室へと噴出される。従来の噴射器では、この際ＬＯＸポスト内にオリフィス下流部のＬＯＸポスト長さに対応する波長を有する定在波が発生する。これは、オリフィスの下流部（管内半径が変化する位置）において、ＬＯＸに渦流が生じる「剥離流れ領域」が存在するためである。そして、噴射器からの定在波が燃焼室に運ばれて燃焼室内の面モード（〜５、６次）の音響と共鳴すると、ロケット用燃焼器の燃焼振動が増幅された。

本実施の形態のロケット用噴射器６においては、オリフィス６ｂの下流部が、ポーラス材または金網の積層材６ｄで充填されている。これにより、ＬＯＸポスト６ａ内のオリフィス６ｂ下流部でＬＯＸに渦流が生じる「剥離流れ領域」が形成されるのが防止されると共に圧力波が吸収されて、定在波の形成が抑制される。

本実施の形態においては、オリフィス６ｂの下流部にポーラス材または金網の積層材６ｄが充填される。これにより、従来当該箇所において発生して燃焼室まで伝播していた定在波の形成および伝播が抑制される。そして、燃焼器内におけるロケット用噴射器６からの定在波に起因する燃焼振動の増幅が抑制される。これにより、高効率化要求に合致し、燃焼振動の抑制された信頼性の高いロケット用噴射器および燃焼器が実現される。

（実施の形態５）
図７Ａに、本発明の実施の形態５に係わるロケット用噴射器７Ａの断面を示す。本実施の形態に係わるロケット用噴射器７Ａでは、実施の形態２から４までに係わるロケット用噴射器４〜６と同様に、噴射器内に形成される定在波を抑制することを目的としている。

本実施の形態に係わるロケット用噴射器７Ａは、円筒形状のＬＯＸポスト７Ａａと、ＬＯＸポスト７Ａａの内壁上に円周方向に沿って配設されるオリフィス７Ａｂと、ポーラスな金属円筒部材７Ａｄとを備えている。

本実施の形態における基本的な構成および動作原理は、実施の形態２から４までと同様である。但し、ＬＯＸポスト７Ａａ内のオリフィス７Ａｂ下流部には、ポーラスな金属円筒部材７Ａｄが挿入されている。図７Ａに示されるように、ポーラスな金属円筒部材７Ａｄは、ＬＯＸポスト７Ａａとポーラスな金属円筒部材７Ａｄとの間に空間が形成されるようにＬＯＸポスト７Ａａ内に挿入される。ＬＯＸポスト７Ａａ右端のＬＯＸ７Ａｃ出口において、ポーラスな金属円筒部材７Ａｄは、Ｓｔｕｆｆ（７Ａｅ）により支持されてＬＯＸポスト７Ａａの内壁に固定される。

本実施の形態のロケット用噴射器７Ａにおいては、図７Ａに示されるようにＬＯＸポスト７Ａａの左端に位置するＬＯＸ７Ａｃ入口からＬＯＸ７Ａｃが注入される。ＬＯＸポスト７Ａａに注入されたＬＯＸ７Ａｃは、ＬＯＸポスト７Ａａの内壁上に円周方向に配設されているオリフィス７Ａｂにより整流されて、ＬＯＸポスト７Ａａに形成された図示せぬ燃料入口から注入される燃料とＬＯＸポスト７Ａａ出口下流で混合される。ＬＯＸ７Ａｃと燃料との混合物は、燃焼室へと噴出される。従来の噴射器では、この際ＬＯＸポスト内にオリフィス下流部のＬＯＸポスト長さに対応する波長を有する定在波が発生する。これは、オリフィスの下流部（管内半径が変化する位置）において、ＬＯＸに渦流が生じる「剥離流れ領域」が存在するためである。そして、噴射器からの定在波が燃焼室に運ばれて燃焼室内の面モード（〜５、６次）の音響と共鳴すると、ロケット用燃焼器の燃焼振動が増幅された。

本実施の形態のロケット用噴射器７Ａにおいては、ＬＯＸポスト７Ａａ内のオリフィス７Ａｂ下流部にポーラスな金属円筒部材７Ａｄが挿入される。図７Ａに示されるように、ポーラスな金属円筒部材７Ａｄは、ＬＯＸポスト７Ａａとポーラスな金属円筒部材７Ａｄとの間に空間が形成されるようにＬＯＸポスト７Ａａ内に挿入される。これにより、ＬＯＸ７Ａｃがポーラスな金属円筒部材７Ａｄの内外間を移動する際に減衰効果が生じて、ＬＯＸポスト７Ａａ内における定在波の形成および伝播が防止される。但し、本実施の形態においては、図７Ａに示される形態以外にも、図７Ｂに示される形態で構成されても良い。つまり、噴射器７Ａにおいては、ＬＯＸポスト７Ａａ内における定在波抑制のために、ＬＯＸポスト７Ａａ内にポーラスな金属円筒部材７Ａｄを挿入したが、図７Ｂに示されるポーラス円筒部材７Ｂｄを挿入した構成であっても良い。ポーラス円筒部材７ＢｄとＬＯＸポスト７Ｂａとの間には空間が設けられないが、ポーラス円筒部材７Ｂｄにおいては半径方向の肉厚が増加しているため、ポーラスな金属円筒部材７Ａｄの内外間をＬＯＸ７Ａｃが移動する際に減衰効果が生じたのと同様な減衰効果がある。

本実施の形態においては、オリフィス７Ａｂまたは７Ｂｂの下流部にポーラスな金属円筒部材７Ａｄ、またはポーラス円筒部材７Ｂｄが挿入される。これにより、従来当該箇所において発生して燃焼室まで伝播していた定在波の形成および伝播が抑制される。そして、燃焼器内におけるロケット用噴射器７Ａまたは７Ｂからの定在波に起因する燃焼振動の増幅が抑制される。これにより、高効率化要求に合致し、燃焼振動の抑制された信頼性の高いロケット用噴射器および燃焼器が実現される。

（実施の形態６）
図８に、本発明の実施の形態６に係わるロケット用噴射器８の断面を示す。本実施の形態に係わるロケット用噴射器８では、実施の形態２から５までに係わるロケット用噴射器４〜７Ｂと同様に、噴射器内に形成される定在波を抑制することを目的としている。

本実施の形態は、実施の形態２の機能と実施の形態４の機能とを合わせたものを実現するものである。

本実施の形態に係わるロケット用噴射器８は、円筒形状のＬＯＸポスト８ａと、ＬＯＸポスト８ａの内壁上に円周方向に沿って配設されるオリフィス８ｂと、ポーラス材または金網の積層材８ｅとを備えている。

本実施の形態のロケット用噴射器８においては、図８に示されるようにＬＯＸポスト８ａの左端に位置するＬＯＸ８ｃ入口からＬＯＸ８ｃが注入される。ＬＯＸポスト８ａに注入されたＬＯＸ８ｃは、ＬＯＸポスト８ａの内壁上に円周方向に配設されているオリフィス８ｂにより整流されて、ＬＯＸポスト８ａに形成された図示せぬ燃料入口から注入される燃料とＬＯＸポスト８ａ出口下流で混合される。ＬＯＸ８ｃと燃料との混合物は、燃焼室へと噴出される。従来の噴射器では、この際ＬＯＸポスト内にオリフィス下流部のＬＯＸポスト長さに対応する波長を有する定在波が発生する。これは、オリフィスの下流部（管内半径が変化する位置）において、ＬＯＸに渦流が生じる「剥離流れ領域」が存在するためである。そして、噴射器からの定在波が燃焼室に運ばれて燃焼室内の面モード（〜５、６次）の音響と共鳴すると、ロケット用燃焼器の燃焼振動が増幅された。

本実施の形態のロケット用噴射器８においては、ロケット用噴射器８そのもので発生する定在波を抑制するために、オリフィス８ｂの下流部（管内半径が変化する位置）においてＬＯＸ８ｃに渦流が生じる「剥離流れ領域」の形成が困難となるＬＯＸポスト８ａの内管形状を採用した。つまり、オリフィス８ｂの下流部（管内半径が変化する位置）において、オリフィス８ｂ下流の流路を緩やかな拡大流路形状８ｄとすることにより、従来当該箇所において発生していたＬＯＸ８ｃの渦流、すなわち剥離流れの発生が抑制される。これにより、ＬＯＸポスト８ａ管内におけるＬＯＸ８ｃの反射および渦巻きが抑制されて、定在波の形成が未然に防止される。さらに、本実施の形態においては、拡大流路形状８ｄの下流部が、ポーラス材または金網の積層材８ｅで充填されている。これにより、ＬＯＸポスト８ａ内のオリフィス８ｂ下流部で定在波が吸収されることにより、定在波の形成および伝播が抑制される。

本実施の形態においては、ＬＯＸポスト８ａのオリフィス８ｂ下流の流路を緩やかな拡大流路形状８ｄとすることにより、従来当該箇所において発生していたＬＯＸ８ｃの渦流、すなわち剥離流れによる噴射器の定在波の形成が抑制される。さらに、オリフィス８ｂの下流部にポーラス材または金網の積層材８ｅが充填される。これにより、従来当該箇所において発生して燃焼室まで伝播していた定在波の形成および伝播が抑制される。そして、燃焼器内におけるロケット用噴射器８からの定在波に起因する燃焼振動の増幅が抑制される。その結果、高効率化要求に合致し、燃焼振動の抑制された信頼性の高いロケット用噴射器および燃焼器が実現される。

（実施の形態７）
図９に、本発明の実施の形態７に係わるロケット用噴射器９の断面を示す。本実施の形態に係わるロケット用噴射器９では、実施の形態２から６までに係わるロケット用噴射器４〜８と同様に、噴射器内に形成される定在波を抑制することを目的としている。

本実施の形態における基本的な構成および動作原理は、実施の形態２から６までと同様である。

本実施の形態に係わるロケット用噴射器９は、円筒形状のＬＯＸポスト９ａと、ＬＯＸポスト９ａの内壁上に円周方向に沿って配設されるオリフィス９ｂとを備えている。ＬＯＸポスト９ａのＬＯＸ９ｃ出口面には多孔穴９ｄが形成されている。

本実施の形態のロケット用噴射器９においては、図９に示されるようにＬＯＸポスト９ａの左端に位置するＬＯＸ９ｃ入口からＬＯＸ９ｃが注入される。ＬＯＸポスト９ａに注入されたＬＯＸ９ｃは、ＬＯＸポスト９ａの内壁上に円周方向に配設されているオリフィス９ｂにより整流されて、ＬＯＸポスト９ａに形成された図示せぬ燃料入口から注入される燃料とＬＯＸポスト９ａ出口下流で混合される。ＬＯＸ９ｃと燃料との混合物は、燃焼室へと噴出される。従来の噴射器では、この際ＬＯＸポスト内にオリフィス下流部のＬＯＸポスト長さに対応する波長を有する定在波が発生する。これは、オリフィスの下流部（管内半径が変化する位置）において、ＬＯＸに渦流が生じる「剥離流れ領域」が存在するためである。そして、噴射器からの定在波が燃焼室に運ばれて燃焼室内の面モード（〜５、６次）の音響と共鳴すると、ロケット用燃焼器の燃焼振動が増幅された。

本実施の形態のロケット用噴射器９においては、ＬＯＸポスト９ａのＬＯＸ９ｃ出口面に多孔穴９ｄが形成されている。これにより、仮に噴射器９のＬＯＸポスト９ａ内でオリフィス９ｂ下流部のＬＯＸポスト長さに対応する波長を有する定在波が発生した場合においても、ロケット用噴射器９と燃焼室との間に上記多孔穴９ｄを介していることにより、ロケット用噴射器９で発生した定在波が燃焼室にまで伝播することはない。

本実施の形態においては、ＬＯＸポスト９ａのＬＯＸ９ｃ出口面に多孔穴９ｄが形成される。これにより、従来のロケット用噴射器において発生して燃焼室にまで伝播していた定在波の伝播が抑制される。そして、燃焼器内におけるロケット用噴射器９からの定在波に起因する燃焼振動の増幅が抑制される。これにより、高効率化要求に合致し、燃焼振動の抑制された信頼性の高いロケット用噴射器および燃焼器が実現される。

従来のロケット用燃焼器の概略図である。 従来のロケット用燃焼器に備わる噴射器の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１に係わるロケット用噴射器の断面図である。 本発明の実施の形態１に係わるロケット用噴射器が燃焼室の噴射面規定位置に配置された構成図である。 本発明の実施の形態２に係わるロケット用噴射器の断面図である。 本発明の実施の形態３に係わるロケット用噴射器の断面図である。 本発明の実施の形態４に係わるロケット用噴射器の断面図である。 本発明の実施の形態５に係わるロケット用噴射器の断面図である。 本発明の実施の形態５に係わるロケット用噴射器の断面図である。 本発明の実施の形態６に係わるロケット用噴射器の断面図である。 本発明の実施の形態７に係わるロケット用噴射器の断面図である。

符号の説明

３、４、５、６、７Ａ、７Ｂ、８、９…ロケット用噴射器
２０…噴射器
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ…ロケット用噴射器
２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、７Ａａ、７Ｂａ…ＬＯＸポスト
８ａ、９ａ、２０ａ…ＬＯＸポスト
２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７Ａｂ、７Ｂｂ…オリフィス
８ｂ、９ｂ、２０ｂ…オリフィス
２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃ、６ｃ、７Ａｃ、７Ｂｃ、８ｃ、９ｃ、２０ｃ…ＬＯＸ
２０ｄ…ＬＯＸポスト定在波波長（λ0）
２０ｅ…剥離流れ領域
３Ａａ、３Ｂａ、３Ｃａ、３Ｄａ…ＬＯＸポスト
３Ａｂ、３Ｂｂ、３Ｃｂ、３Ｄｂ…オリフィス
３ｄ…ＬＯＸポスト定在波波長（λ１）
３Ｅ…噴射面
４ｄ、８ｄ…拡大流路形状
５ｄ…ポーラス金属材
６ｄ…ポーラス材または金網の積層材
７Ａｄ、７Ｂｄ…ポーラスな円筒部材
９ｄ…多孔穴
１０…ロケット用燃焼器
３０ａ…Ｂａｆｆｌｅ Ｂｌａｄｅ
３０ｂ…Ｂａｆｆｌｅ Ｈｕｂ
４０…Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ
５０…ノズル
６０…噴射面

Claims (12)

1. 燃焼室の噴射面が形成される壁の背面に接続されたＬＯＸポストと、
   酸化剤と燃料とが前記ＬＯＸポストの出口下流で混合されて、前記壁を介して前記燃焼室に噴射され、
   前記ＬＯＸポスト内に設けられ、前記ＬＯＸポスト内で前記ＬＯＸの流れを整流するオリフィスと
   を備え、
   前記ＬＯＸポスト内に形成される定在波と前記燃焼室の面モードの音響周波数とが共鳴しないように、前記噴射時に前記ＬＯＸポスト内に形成される定在波の周波数が前記燃焼室の面モードの音響周波数から離調するように、又は前記定在波を抑制するように、前記オリフィスの前記ＬＯＸポスト内での設置位置、前記オリフィスの形状と部材、又は前記ＬＯＸポスト内に設けられる緩衝部材が決定されるロケット用噴射器。
2. 請求項１に記載のロケット用噴射器において、
   前記オリフィスの前記ＬＯＸポスト内での設置位置は、前記ロケット用噴射器が前記背面に接続される位置における前記燃焼室の内径により決定されるロケット用噴射器。
3. 請求項１に記載のロケット用噴射器において、
   さらに、前記ＬＯＸポストは、前記オリフィスの下流部と前記ＬＯＸポストの内壁とを緩やかな経路により接続させる内管形状を備えるロケット用噴射器。
4. 請求項１に記載のロケット用噴射器において、
   前記オリフィスの下流部分が緩衝部材で形成されるロケット用噴射器。
5. 請求項１に記載のロケット用噴射器において、
   前記ＬＯＸポスト内の前記オリフィスの下流部に前記緩衝部材が隙間無く充填されるロケット用噴射器。
6. 請求項１に記載のロケット用噴射器において、
   前記ＬＯＸポスト内の前記オリフィスの下流部に円筒形状の前記緩衝部材が配置され、前記ＬＯＸポストの内壁と前記緩衝部材との間には空間が形成されるロケット用噴射器。
7. 請求項１に記載のロケット用噴射器において、
   前記ＬＯＸポスト内の前記オリフィスの下流部に円筒形状の前記緩衝部材が配置され、前記ＬＯＸポストの内壁と前記緩衝部材とは隙間無く接続されるロケット用噴射器。
8. 請求項１に記載のロケット用噴射器において、
   前記ＬＯＸポストは、前記オリフィスの下流部と前記ＬＯＸポストの内壁とを緩やかな経路により接続させる内管形状を備え、さらに、前記ＬＯＸポスト内の前記オリフィスの下流部に前記緩衝部材が隙間無く充填されるロケット用噴射器。
9. 請求項１に記載のロケット用噴射器において、
   前記ＬＯＸポストの出口に壁が設けられ、前記壁に多孔穴が形成されるロケット用噴射器。
10. 酸化剤および燃料を混合して燃焼室内に噴射するロケット用噴射器と、
    前記ＬＯＸと前記燃料の混合物が燃焼される燃焼室と、
    前記燃焼室から噴射される燃焼ガスを絞り込むことにより推力を出すためのノズルとを具備し、
    前記ロケット用噴射器は、
    前記燃焼室の噴射面が形成される壁の背面に接続されたＬＯＸポストと、
    前記ＬＯＸと前記燃料とが前記ＬＯＸポスト出口下流で混合されて、前記壁を介して前記燃焼室に噴射され、
    前記ＬＯＸポスト内に設けられ、前記ＬＯＸポスト内で前記ＬＯＸの流れを整流するオリフィスと
    を備え、
    前記噴射時に前記ＬＯＸポスト内に形成される定在波の周波数が前記燃焼室の面モードの音響周波数から離調するように、又は前記定在波を抑制するように、前記オリフィスの前記ＬＯＸポスト内での設置位置、前記オリフィスの形状と部材、又は前記ＬＯＸポスト内に設けられる緩衝部材が決定される
    ロケット用燃焼器。
11. 前記請求項１乃至９の何れかに記載のロケット用噴射器を備える液体燃料ロケット。
12. 請求項１０に記載のロケット用燃焼器を備える液体燃料ロケット。

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