JP2012202227A - Jet engine and method of controlling the same - Google Patents
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Description
本発明は、ジェットエンジン及びジェットエンジンの制御方法に関する。 The present invention relates to a jet engine and a jet engine control method.
飛しょう体には、推進力を発生させるため、ジェットエンジンが搭載されることがある。高速飛行中に運用されるジェットエンジンとして、スクラムジェットエンジンが知られている。 A flying engine may be equipped with a jet engine to generate a propulsive force. A scramjet engine is known as a jet engine operated during high-speed flight.
図1は、スクラムジェットエンジンの一例を概略的に示す断面図である。図1に示されるように、スクラムジェットエンジン100は、機体101との間に空気流路104が形成されるように取り付けられたカウル102(流路形成部材)、及び燃料供給機構103を備えている。空気流路104は、前方開口105、燃焼部107、及び後方開口106を備えている。燃料供給機構103は、燃焼部107に燃料を導入するように構成されている。飛行中において、空気流路104には、前方開口105を介して、超音速の空気が取り込まれる。取り込まれた空気は、圧縮及び減速され、超音速のまま、燃焼部107に導かれる。燃焼部107においては、導入された燃料が、超音速の空気により燃焼し、燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、膨張し、加速し、後方開口106から噴射される。これによって、機体101を推進させる推進力が得られる。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a scramjet engine. As shown in FIG. 1, the
スクラムジェットエンジンに関連する技術が、特許文献1(特開平7−4314号公報)に開示されている。特許文献1には、前方開口部、中央空洞部、および後方開口部を連ねた流路を備え、かつ中央空洞部へ水素を噴射する装置を備えたスクラムジェットエンジンにおいて、流路の周囲を構成する部材の一部を可動構造として前方開口部を閉鎖できるようにし、かつ中央空洞部へ酸素を噴射する装置を追加設置したことを特徴とするスクラムジェットエンジンが開示されている。
A technique related to the scramjet engine is disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-4314).
ところで、スクラムジェットエンジンでは、熱閉塞現象が発生することがある。図2は、熱閉塞現象が発生した場合のスクラムジェットエンジンの様子を概略的に示す図である。例えば、燃焼部107に供給される燃料の量が過多である場合、燃焼部107における発熱量が増大する。発熱量の増大により、燃焼部107における圧力が異常に高まり、熱閉塞状態が発生する。熱閉塞状態が発生すると、燃焼部107への空気の流入が妨げられる。その結果、燃焼部107における燃焼状態が、亜音速燃焼状態になり、必要な推進力が得られなくなる。
By the way, in a scramjet engine, a thermal blockage phenomenon may occur. FIG. 2 is a diagram schematically showing the state of the scramjet engine when a thermal clogging phenomenon occurs. For example, when the amount of fuel supplied to the
従って、本発明の課題は、熱閉塞を防止することのできる、スクラムジェットエンジン、及びスクラムジェットエンジンの制御方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a scramjet engine and a control method for the scramjet engine that can prevent thermal blockage.
本発明に係るジェットエンジンは、機体との間に空気流路が形成されるように、前記機体に取り付けられた、空気流路形成部材と、前記空気流路に燃料を導入する、燃料供給機構とを具備する。前記空気流路は、前方開口と、前記前方開口を介して取り込まれた空気により、前記導入された燃料が燃焼する、燃焼部と、前記燃焼部の後方に接続され、前記燃焼により生成した燃焼ガスが噴出される、後方開口とを備える。前記空気流路形成部材には、前記空気流路を外部と連通させる、逃気孔と、前記逃気孔を開閉する、開閉部材とが設けられている。 A jet engine according to the present invention includes an air flow path forming member attached to the airframe and a fuel supply mechanism for introducing fuel into the air flow path so that an air flow path is formed between the jet engine and the airframe. It comprises. The air flow path is connected to a front opening and a combustion section in which the introduced fuel is burned by air taken in through the front opening, and combustion generated by the combustion is connected to the rear of the combustion section. And a rear opening through which gas is ejected. The air flow path forming member is provided with an air vent that communicates the air flow path with the outside, and an opening and closing member that opens and closes the air vent.
この発明によれば、開閉部材により逃気孔を開放することにより、燃焼部の圧力を下げることができる。これにより、熱閉塞の発生を防止することができる。 According to the present invention, the pressure in the combustion section can be reduced by opening the vent hole with the opening / closing member. Thereby, generation | occurrence | production of thermal obstruction | occlusion can be prevented.
本発明に係るジェットエンジンの制御方法は、機体との間に空気流路が形成されるように、前記機体に取り付けられた、空気流路形成部材と、前記空気流路に燃料を導入する、燃料供給機構とを具備し、前記空気流路は、前方開口と、前記前方開口を介して取り込まれた空気により、前記導入された燃料が燃焼する、燃焼部と、前記燃焼部の後方に接続され、前記燃焼により生成した燃焼ガスが噴出される、後方開口とを備え、前記空気流路形成部材には、前記空気流路を外部と連通させる、逃気孔と、前記逃気孔を開閉する、開閉部材とが設けられているジェットエンジンの制御方法である。この制御方法は、前記燃焼部の状態を検知し、検知結果を示す状態データを生成するステップと、前記状態データに基づいて、前記燃焼部が熱閉塞状態であるか否かを判定し、熱閉塞状態であると判定した場合に、前記逃気孔が開かれるように、前記開閉部材を制御するステップとを具備する。 The jet engine control method according to the present invention introduces fuel to the air flow path forming member attached to the airframe and the air flow path so that an air flow path is formed between the airframe and the airframe. A fuel supply mechanism, and the air flow path is connected to a front opening, a combustion part in which the introduced fuel is combusted by air taken in through the front opening, and a rear part of the combustion part A rear opening through which the combustion gas generated by the combustion is jetted, and the air flow path forming member opens and closes the air holes and the air holes that communicate the air flow path with the outside. A control method of a jet engine provided with an opening / closing member. This control method detects the state of the combustion part, generates state data indicating a detection result, determines whether the combustion part is in a heat-blocked state based on the state data, And a step of controlling the opening / closing member so that the air vent is opened when it is determined that the opening is closed.
本発明によれば、熱閉塞を防止することのできる、スクラムジェットエンジン、及びスクラムジェットエンジンの制御方法が提供される。 The present invention provides a scramjet engine and a scramjet engine control method capable of preventing thermal blockage.
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図3Aは、本実施形態に係るスクラムジェットエンジン1を示す概略図である。図3Aに示されるように、スクラムジェットエンジン1は、飛しょう体の機体2の下部に取り付けられたカウル3(流路形成部材)、燃料供給機構8、制御装置10、及び状態検知装置11を備えている。
(First embodiment)
FIG. 3A is a schematic view showing the
カウル3は、カウル3と機体2との間に空気流路4が形成されるように、機体2に取り付けられている。空気流路4は、前方開口5、燃焼部7、及び後方開口6を備えている。前方開口5は、空気を取り込む部分である。燃焼部7は、取り込まれた空気により燃料を燃焼させ、燃焼ガスを発生させる部分である。後方開口6は、燃焼部7で発生した燃焼ガスを噴出する部分である。空気流路4において、燃焼部7の上流側の領域は、下流側に向かって断面積が徐々に小さくなるように形成されている。また、空気流路4において、燃焼部7の下流側の領域は、下流側に向かって断面積が徐々に大きくなるように形成されている。
The
また、カウル3には、逃気孔13、及び開閉部材9が設けられている。逃気孔13は、燃焼部7を外部と連通させるために設けられている。逃気孔13は、カウル3を貫通している。一方、開閉部材9は、逃気孔13を開閉する部材である。
Further, the
燃料供給機構8は、燃焼部7に燃料を供給するために設けられている。燃料供給機構8は、燃焼部7内に配置された図示しない燃焼ノズルを備えている。燃料供給機構8は、その燃焼ノズルを介して、燃焼部7に燃料(例えば、水素及びジェット燃料)を供給する。
The
状態検知装置11は、燃焼部7の状態を検知し、検知結果を示す状態データを生成する。検知される燃焼部7の状態としては、例えば、燃焼部7における壁面圧力、及び燃焼部7における温度などが挙げられる。また、燃焼部7にピトー管が設けられている場合には、ピトー圧力が燃焼部7の状態として検知されてもよい。
The
制御装置10は、状態データに基づいて、開閉部材9を開閉する機能を有している。制御装置10は、例えば、コンピュータにより実現され、CPUが予めROM(Read Only Memory)等に格納された制御プログラムを実行することにより、実現される。
The
続いて、本実施形態に係るスクラムジェットエンジン1の制御方法について説明する。
Then, the control method of the
本実施形態に係るスクラムジェットエンジン1では、前方開口5を介して、空気流路4に超音速の空気が取り込まれる。取り込まれた空気は、燃焼部7の上流側の領域において、圧縮され、超音速状態が維持される範囲で減速され、燃焼部7に導かれる。燃焼部7においては、燃料供給機構8から供給された燃料が、超音速の空気により燃焼し、燃焼ガスが発生する。発生したガスは、燃焼部7の下流側の領域において、膨張し、加速し、後方開口6から噴射される。これにより、機体1を推進させるための推進力が得られる。
In the
ここで、燃料が過多に供給された場合等において、燃焼部7の温度が異常に上昇し、熱閉塞状態が発生することがある。図3Bは、熱閉塞状態が発生する危険性があるときのスクラムジェットエンジン1の様子を示す概略図である。過剰な燃料供給などにより、燃焼部7の温度が上昇すると、図3Bに示されるように、燃焼部7における圧力が上昇し、燃焼状態が亜音速燃焼状態になる。この場合、制御装置10が、圧力データに基づいて、熱閉塞状態が発生する危険性がある状態であることを検知する。具体的には、予め、制御装置10に、熱閉塞状態が発生する危険性がある場合の圧力を示す閾値が設定されている。制御装置10は、状態検知装置11から取得した状態データを設定された閾値と比較し、状態データにより示される値が閾値を越えた場合に、熱閉塞状態が発生する危険性があると判定する。尚、機体1が必要とする推進力は、機体1の高度、速度、加速度、及び燃焼部7の温度等に依存する。従って、閾値は、高度、速度、加速度、及び燃焼部7の温度等に対応付けられて設定されていることが好ましい。この場合、制御装置10は、図示しない高度計、速度計、加速度計、及び温度計などから、それぞれ、高度データ、速度データ、加速度データ、及び温度データを取得する。そして、これら取得したデータに基づいて、対応する閾値を識別し、識別した閾値と状態データとを比較することにより、熱閉塞状態が発生する危険性があるか否かを判定する。
Here, when the fuel is supplied excessively, the temperature of the combustion section 7 may rise abnormally, and a thermal blockage may occur. FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a state of the
制御装置10は、熱閉塞状態が発生する危険性があると判定した場合、逃気孔13が開放されるように、開閉部材9を制御する。図3Cは、逃気孔13が開放されたときのスクラムジェットエンジン1の様子を示す概略図である。図3Cに示されるように、逃気孔13が開放されることにより、燃焼部7から、空気及び燃焼ガスの一部が、逃気孔13を介して外部へ排出される。これにより、燃焼部7の圧力が低下する。従って、熱閉塞状態の発生が防止される。
When the
その後も、制御装置10は、状態データを監視し続ける。制御装置10は、熱閉塞状態が発生する危険性がなくなった時点で、逃気孔13が閉じられるように、開閉部材9を制御する。これ以降、スクラムジェットエンジン1は、通常状態で動作する。
Thereafter, the
以上説明したように、本実施形態によれば、逃気孔13が設けられていることにより、燃焼部7内の空気及び燃焼ガスの一部を逃がすことができ、燃焼部7における圧力を低下させることができる。これにより、スクラムジェットエンジンの作動を継続した状態で、熱閉塞状態を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, by providing the
尚、逃気孔13は、燃焼部7において熱閉塞状態が発生しやすい部分に接続されていることが好ましく、この観点から、燃焼ノズルの近傍、又は燃焼ノズルよりも下流側に設けられていることが好ましい。
In addition, it is preferable that the
(第2の実施形態)
続いて、第2の実施形態について説明する。本実施形態においては、制御装置10の動作が工夫されている。その他の点については、第1の実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. In the present embodiment, the operation of the
第1の実施形態によれば、燃焼部7の圧力を低下させることができるので、熱閉塞状態の発生を事前に回避することができる。しかしながら、飛行中における外気の外乱などにより、熱閉塞状態が突発的に発生する可能性もある。万が一、熱閉塞状態が発生した場合には、燃料供給機構8による燃料の供給が一時的に止められる。そして、熱閉塞状態が解消された後、燃焼部7において再点火が行なわれ、スクラムジェットエンジン1が再始動する。ここで、再始動時には、十分な量の燃料が燃焼部7に供給される必要がある。しかしながら、燃料が過剰に供給された場合には、温度が異常に上昇し、再び熱閉塞状態が発生してしまう。従って、容易に再始動できることが望まれる。そこで、本実施形態においては、再始動時における動作が工夫されている。
According to the first embodiment, the pressure of the combustion unit 7 can be reduced, so that the occurrence of a thermal blockage state can be avoided in advance. However, there is a possibility that a thermal blockage may occur suddenly due to disturbance of outside air during flight. Should a thermal blockage occur, the fuel supply by the
図4Aは、熱閉塞状態が発生した場合のスクラムジェットエンジン1の状態を示す概略図である。制御装置10は、状態検知装置11から送られてくる状態データに基づいて、熱閉塞状態が発生しているか否かを監視する。そして、熱閉塞状態が発生した場合、図4Aに示されるように、制御装置10は、燃料の供給が停止されるように、燃料供給機構8の動作を制御する。
FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a state of the
その後、制御装置10は、逃気孔13が開放されるように、開閉部材9を制御する。制御装置10は、状態データを監視し、熱閉塞状態が解消されたか否かを判定する。熱閉塞状態が解消された場合、制御装置10は、再始動を行う。
Thereafter, the
図4Bは、再始動時におけるスクラムジェットエンジン1の状態を示す概略図である。制御装置10は、燃焼部7に燃料が供給されるように燃料供給機構8を制御するとともに、図示しない点火装置を制御し、点火を行なう。この際、制御装置10は、逃気孔13が開放された状態において、燃焼部7に燃料が供給されるように、燃料供給機構8及び開閉部材9を制御する。
FIG. 4B is a schematic diagram showing a state of the
ここで、本実施形態によれば、再始動時において逃気孔13が開放されているため、再始動時において熱閉塞状態が発生することが防止される。そのため、十分な燃料を燃焼部7に供給することが可能になり、確実に再始動を実行することができる。
Here, according to this embodiment, since the
尚、本実施形態において、逃気孔13は、燃焼ノズル12の近傍又は下流側に設けられていることが好ましい。燃焼ノズル12の近傍又は下流側に逃気孔13が設けられていることにより、熱閉塞状態が発生する部分における圧力を効果的に下げることができる。但し、逃気孔13は、燃焼ノズル12よりも上流側に設けられていてもよい。燃焼ノズル12よりも上流側に逃気孔13が設けられている場合、燃焼部7の圧力の増加によって前方開口5から空気を取り込み難くなる状況が回避され、再始動させることが容易になる。
In the present embodiment, it is preferable that the
以上、本発明について、第1及び第2の実施形態を用いて説明した。尚、これらの実施形態は互いに独立するものではなく、矛盾のない範囲内で組み合わせて用いることも可能である。 The present invention has been described above using the first and second embodiments. These embodiments are not independent from each other, and can be used in combination within a consistent range.
1 スクラムジェットエンジン
2 機体
3 カウル(空気流路形成部材)
4 空気流路
5 前方開口
6 後方開口
7 燃焼部
8 燃料供給機構
9 開閉部材
10 制御装置
11 状態検知装置
12 燃料ノズル
13 逃気孔
100 スクラムジェットエンジン
101 機体
102 カウル(空気流路形成部材)
103 燃料供給機構
104 空気流路
105 前方開口
106 後方開口
107 燃焼部
1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 Air flow path 5
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記空気流路に燃料を導入する、燃料供給機構と、
を具備し、
前記空気流路は、
前方開口と、
前記前方開口を介して取り込まれた空気により、前記導入された燃料が燃焼する、燃焼部と、
前記燃焼部の後方に接続され、前記燃焼により生成した燃焼ガスが噴出される、後方開口とを備え、
前記空気流路形成部材には、
前記空気流路を外部と連通させる、逃気孔と、
前記逃気孔を開閉する、開閉部材とが設けられている
ジェットエンジン。 An air flow path forming member attached to the fuselage so that an air flow path is formed;
A fuel supply mechanism for introducing fuel into the air flow path;
Comprising
The air flow path is
A front opening,
A combustion section in which the introduced fuel is combusted by the air taken in through the front opening;
A rear opening that is connected to the rear of the combustion section and from which the combustion gas generated by the combustion is ejected;
In the air flow path forming member,
An air vent that communicates the air flow path with the outside;
A jet engine provided with an opening and closing member for opening and closing the air vent.
更に、
前記燃焼部の状態を検知し、検知結果を示す状態データを生成する、状態検知装置と、
前記状態データに基づいて、前記燃焼部において熱閉塞状態が発生する危険性があるか否かを判定し、危険性があると判定した場合に、前記逃気孔が開かれるように、前記開閉部材を制御する、制御装置と、
を具備する
ジェットエンジン。 A jet engine according to claim 1,
Furthermore,
A state detection device that detects a state of the combustion section and generates state data indicating a detection result;
Based on the state data, it is determined whether or not there is a risk that a thermal blockage state occurs in the combustion section, and when it is determined that there is a risk, the opening / closing member is opened so that the vent hole is opened. A control device for controlling
A jet engine comprising:
前記状態検知装置は、前記燃焼部における状態として、前記燃焼部における圧力、又は、前記燃焼部における温度を検出する、
ジェットエンジン。 A jet engine according to claim 2,
The state detection device detects a pressure in the combustion unit or a temperature in the combustion unit as a state in the combustion unit.
Jet engine.
前記燃料供給機構は、前記燃焼部に前記燃料を噴出する燃料ノズルを備えており、
前記逃気孔は、前記燃料ノズルの近傍又は下流側に設けられている
ジェットエンジン。 A jet engine according to claim 2 or 3,
The fuel supply mechanism includes a fuel nozzle that ejects the fuel to the combustion unit,
The exhaust hole is a jet engine provided in the vicinity of or downstream from the fuel nozzle.
前記燃焼部において燃焼が停止した場合、前記制御装置は、前記逃気孔が開かれた状態で前記燃焼部に前記燃料が供給されるように、前記開閉部材及び前記燃料供給機構の動作を制御し、再始動を行う
ジェットエンジン。 A jet engine according to any one of claims 2 to 4,
When the combustion is stopped in the combustion section, the control device controls operations of the opening / closing member and the fuel supply mechanism so that the fuel is supplied to the combustion section with the air vent hole opened. A jet engine that restarts.
前記空気流路は、前記燃焼部において超音速の空気が燃焼するように、構成されている
ジェットエンジン。 A jet engine according to any one of claims 1 to 5,
The jet engine is configured such that the air flow path burns supersonic air in the combustion section.
前記空気流路に燃料を導入する、燃料供給機構と、
を具備し、
前記空気流路は、
前方開口と、
前記前方開口を介して取り込まれた空気により、前記導入された燃料が燃焼する、燃焼部と、
前記燃焼部の後方に接続され、前記燃焼により生成した燃焼ガスが噴出される、後方開口とを備え、
前記空気流路形成部材には、
前記空気流路を外部と連通させる、逃気孔と、
前記逃気孔を開閉する、開閉部材とが設けられている
ジェットエンジンの制御方法であって、
前記燃焼部の状態を検知し、検知結果を示す状態データを生成するステップと、
前記状態データに基づいて、前記燃焼部において熱閉塞状態が発生する危険性があるか否かを判定し、危険性があると判定した場合に、前記逃気孔が開かれるように、前記開閉部材を制御するステップと、
を具備する
ジェットエンジンの制御方法。 An air flow path forming member attached to the airframe so that an air flow path is formed between the airframe and the airframe;
A fuel supply mechanism for introducing fuel into the air flow path;
Comprising
The air flow path is
A front opening,
A combustion section in which the introduced fuel is combusted by the air taken in through the front opening;
A rear opening that is connected to the rear of the combustion section and from which the combustion gas generated by the combustion is ejected;
In the air flow path forming member,
An air vent that communicates the air flow path with the outside;
A control method of a jet engine provided with an opening and closing member for opening and closing the air vent,
Detecting the state of the combustion section and generating state data indicating a detection result;
Based on the state data, it is determined whether or not there is a risk that a thermal blockage state occurs in the combustion section, and when it is determined that there is a risk, the opening / closing member is opened so that the vent hole is opened. A step of controlling
A method for controlling a jet engine comprising:
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- 2011-03-23 JP JP2011064697A patent/JP5758161B2/en active Active
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