JP2685114B2 - Rocket engine injectors - Google Patents

Rocket engine injectors

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JP2685114B2
JP2685114B2 JP5211040A JP21104093A JP2685114B2 JP 2685114 B2 JP2685114 B2 JP 2685114B2 JP 5211040 A JP5211040 A JP 5211040A JP 21104093 A JP21104093 A JP 21104093A JP 2685114 B2 JP2685114 B2 JP 2685114B2
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propellant
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injector
rocket engine
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博 坂本
信之 八柳
和雄 佐藤
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科学技術庁航空宇宙技術研究所長
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液体酸素と水素、又は
液体酸素とメタン等を推進剤とするロケットエンジンに
おける噴射器、特に広範囲に変化する混合比でも高い燃
焼効率を維持することができる構造のロケットエンジン
の噴射器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention can maintain a high combustion efficiency even in an injector in a rocket engine using liquid oxygen and hydrogen or liquid oxygen and methane as a propellant, particularly in a widely varying mixing ratio. Structural rocket engine injectors.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の液体酸素・水素ロケットエンジ
ン、又は液体酸素・メタンロケットエンジンは、図5に
示すように、噴射器21と燃焼器22とから成り立って
いる。燃焼器22は冷却用溝23を有し、燃焼器の冷却
を液体燃料である液体水素あるいは液体メタンで行って
おり、これらの液体燃料が、入口マニホールド24から
冷却用溝23に流し込まれることによって燃焼器22を
冷却する。冷却後の液体燃料26はガス化され、ガス燃
料27となり出口マニホールド25を経て噴射器21に
供給される。従って、これらのロケットエンジンおいて
は水素またはメタンの液体燃料は、燃焼器にはガス状で
噴射される(以後、ガス水素、ガスメタンをガス燃料と
よぶ)。噴射器に供給されたガス燃料は、液体酸素28
とともに燃焼器22に送り込まれ燃焼する。
2. Description of the Related Art A conventional liquid oxygen / hydrogen rocket engine or a liquid oxygen / methane rocket engine comprises an injector 21 and a combustor 22 as shown in FIG. The combustor 22 has a cooling groove 23, and the combustor is cooled by liquid hydrogen or liquid methane that is a liquid fuel. By flowing these liquid fuels from the inlet manifold 24 into the cooling groove 23, Cool the combustor 22. The cooled liquid fuel 26 is gasified, becomes a gas fuel 27, and is supplied to the injector 21 via the outlet manifold 25. Therefore, in these rocket engines, liquid fuel of hydrogen or methane is injected into the combustor in a gaseous state (hereinafter, gas hydrogen and gas methane are referred to as gas fuel). The gas fuel supplied to the injector is liquid oxygen 28
At the same time, it is sent to the combustor 22 and burned.

【0003】前記水素・メタンを燃料とするロケットエ
ンジンの噴射器は、図示のように液体酸素を噴射する液
体推進剤噴射部29を中央部に持ち、ガス燃料を噴射す
るガス推進剤噴射部30が液体推進剤噴射部から噴射さ
れる液体酸素を包むように配置されて、同軸型構造にな
っている。なお、この図では噴射器は、ガス燃料のガス
推進剤噴射部30と液体推進剤噴射部29とがそれぞれ
1個からなる1組の要素(以下単一要素という)で表さ
れているが、実際の噴射器は複数個の単一要素より成り
立っている。
The injector for a rocket engine using hydrogen / methane as a fuel has a liquid propellant injection part 29 for injecting liquid oxygen in the center as shown in the figure, and a gas propellant injection part 30 for injecting gas fuel. Are arranged so as to enclose the liquid oxygen injected from the liquid propellant injection unit, and have a coaxial structure. In addition, in this figure, the injector is represented by a set of elements (hereinafter referred to as a single element) each including one gas propellant injection section 30 of gas fuel and one liquid propellant injection section 29. The actual injector consists of several single elements.

【0004】ロケットエンジンの燃焼効率を向上させる
には、液体である液体酸素をできるだけ噴射器に近い位
置で、できるだけ小さい粒子にする(微粒化)必要があ
り、従来液体酸素をガス燃料によって微粒化する構造に
なっている。しかしながら、従来の噴射器においてガス
燃料を噴射するガス推進剤噴射部は、液体酸素の噴射方
向に対し平行にガス燃料を噴射させるため、混合比(酸
化剤と燃料の割合)が高い領域においては微粒化するガ
ス燃料の量が少なくなるために微粒化を促進するための
速度エネルギーが小さくなり、液体酸素の粒径が大きく
なる問題点がある。したがって、混合比を広範囲に変化
させた場合、特に高い混合比において高効率の燃焼を得
ることは困難であり、狭い範囲の混合比でしか高効率の
燃焼を得ることができない問題点がある。燃焼効率を上
げる他の方法として、燃焼器の容積を大きくする方法が
あるが、ロケットの燃焼器は重量を軽く、容積は小さく
することが要求されるために容易に燃焼器を大きくする
ことはできない問題点がある。
In order to improve the combustion efficiency of a rocket engine, it is necessary to make liquid oxygen, which is a liquid, into particles as small as possible (atomization) at a position as close to the injector as possible. Conventionally, liquid oxygen is atomized by gas fuel. It is structured to However, since the gas propellant injection unit that injects the gas fuel in the conventional injector injects the gas fuel parallel to the injection direction of liquid oxygen, in a region where the mixing ratio (ratio of oxidant and fuel) is high, Since the amount of gas fuel to be atomized is small, the velocity energy for promoting atomization is small, and the particle size of liquid oxygen is large. Therefore, when the mixing ratio is changed over a wide range, it is difficult to obtain highly efficient combustion especially at a high mixing ratio, and there is a problem that highly efficient combustion can be obtained only in a narrow mixing ratio. Another method to increase the combustion efficiency is to increase the volume of the combustor, but the rocket combustor is required to be light in weight and small in volume, so it is not easy to increase the size of the combustor. There is a problem that can not be done.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑み従来のロケットエンジンの噴射器の前記問題点を解
決しようとするものであって、燃焼器の容積を大きくす
ることなく、広範囲に変化する混合比でも高効率の燃焼
を維持することができるロケットエンジンの噴射器を得
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances and solves the above-mentioned problems of the conventional rocket engine injectors, and can be applied to a wide range without increasing the volume of the combustor. It is an object of the present invention to obtain a rocket engine injector that can maintain highly efficient combustion even with a changing mixing ratio.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するために研究を重ねた結果、同軸型の噴射器
において、ガス燃料の出口内部を収縮する構造とするこ
とによって液体酸素の微粒化性能、及び気液の混合性能
を大幅に向上させることができることを見出し、本発明
に到達したものである。即ち、本発明のロケットエンジ
ンの噴射器は、噴射器より噴射される推進剤が液体推進
剤とガス推進剤を推進剤とするロケットエンジンの噴射
器であって、該噴射器の単一要素が、中央部から液体推
進剤を噴射する液体推進剤噴射部と、該液体推進剤噴射
部より噴射される液体推進剤を包むようにガス推進剤を
噴射するガス推進剤噴射部とを有し、推進剤噴射口に連
なる前記ガス推進剤噴射部の出口内部を液体推進剤噴射
部軸線上に収縮する先搾り状に形成し、該ガス推進剤噴
射部から噴射されたガス推進剤を噴射器内部で前記液体
推進剤噴射部から噴射された液体推進剤に衝突させ、該
液体推進剤を微粒化させるようにしたことを特徴とする
構成によって、上記問題点を解決した。
DISCLOSURE OF THE INVENTION As a result of repeated research to solve the above problems, the present inventors have found that a coaxial injector has a structure in which the inside of an outlet for gas fuel is contracted. The present inventors have found that the atomization performance of oxygen and the gas-liquid mixing performance can be significantly improved, and have reached the present invention. That is, the injector of the rocket engine of the present invention is a rocket engine injector in which the propellant injected from the injector is a liquid propellant and a gas propellant, and the single element of the injector is has a liquid propellant injector for injecting liquid propellant from the central portion, and a gas propellant injector for injecting a gas propellant to wrap the liquid propellant is injected from the liquid propellant injector, promoting Connect to the agent injection port
The inside of the outlet of the gas propellant injection part is formed into a tapered shape that contracts on the axis of the liquid propellant injection part, and the gas propellant injected from the gas propellant injection part is injected into the liquid propellant inside the injector. The above-mentioned problems have been solved by a configuration characterized in that the liquid propellant is made to atomize by colliding with the liquid propellant injected from the injection unit.

【0007】本発明のロケットエンジンの噴射器は、噴
射器より噴射される推進剤が液体酸化剤とガス燃料を推
進剤とするロケットエンジンや、同様に液体燃料とガス
酸化剤を推進剤とするロケットエンジン、物性値の違う
液体燃料とガス燃料と液体酸化剤を推進剤とするロケッ
トエンジン等、種々の推進剤を使用するロケットエンジ
ンに適用できる。そして、液体推進剤噴射部とガス推進
剤噴射部の一対からなる単一要素を、1個あるいは複数
個有するロケットエンジンの噴射器に適用でき、複数個
の単一要素を有する噴射器の場合は、全てが特許請求の
範囲の請求項1記載の構成を備えることが望ましいが、
それぞれの単一要素のガス推進剤噴射部の出口内部の収
縮度合いは、必ずしも同一でなくそれぞれの部所によっ
て最適条件設定され、場合によっては収縮構造を有しな
い単一要素を組合せることも可能である。
The injector of the rocket engine of the present invention uses a rocket engine in which the propellant injected from the injector is a liquid oxidizer and a gas fuel, and similarly, a propellant is a liquid fuel and a gas oxidizer. It can be applied to rocket engines that use various propellants, such as rocket engines, rocket engines that use liquid fuel and gas fuel with different physical properties, and liquid oxidizer as propellants. Further, the present invention can be applied to a rocket engine injector having one or a plurality of single elements consisting of a pair of a liquid propellant injection section and a gas propellant injection section. , It is desirable that all have the configuration according to claim 1 of the claims,
The degree of contraction inside the outlet of the gas propellant injection part of each single element is not necessarily the same, and optimum conditions are set by each part, and in some cases it is possible to combine single elements that do not have a contraction structure. Is.

【0008】また、噴射器より噴射される燃料が物性値
の違う液体燃料とガス燃料、及び液体酸化剤を推進剤と
するロケットエンジンの噴射器の場合は、該噴射器の一
方の単一要素が、中央部より液体燃料を噴射する液体推
進剤噴射部と、該液体推進剤噴射部より噴射される液体
燃料を包むようにガス燃料を噴射するガス推進剤噴射部
とを有し、他の単一要素が、中央部より液体酸化剤を噴
射する液体推進剤噴射部と、該液体推進剤噴射部より噴
射される液体酸化剤を包むようにガス燃料を噴射するガ
ス推進剤噴射部とを有し、少なくとも何れかの単一要素
の前記ガス推進剤噴射部の出口内部が液体推進剤噴射方
向に収縮する先搾り状に形成することによって、前記問
題点を解決した。
In the case of a rocket engine injector in which the fuel injected from the injector is a liquid fuel and a gas fuel having different physical properties, and a liquid oxidizer as a propellant, one single element of the injector is used. Has a liquid propellant injection section for injecting liquid fuel from the central portion, and a gas propellant injection section for injecting gas fuel so as to wrap the liquid fuel injected from the liquid propellant injection section, One element has a liquid propellant injection part for injecting a liquid oxidizer from the central part, and a gas propellant injection part for injecting gas fuel so as to wrap the liquid oxidizer injected from the liquid propellant injection part. The problem is solved by forming the outlet inside of the gas propellant injection portion of at least one of the single elements into a tapered shape that contracts in the liquid propellant injection direction.

【0009】前記構成におけるガス燃料として、ロケッ
トノズル及びロケット燃焼器を冷却した燃料の気化ガス
や高温ガス発生器の燃料過濃燃焼ガスが利用でき、また
ガス酸化剤として、ロケットノズル及びロケット燃焼器
を冷却した酸化剤の気化ガスや高温ガス発生器の酸化剤
過濃燃焼ガスが利用できる。また、ガス推進剤噴射部か
ら噴射されるガス推進剤として、高温ガス発生器の燃焼
ガスが利用できる。
As the gas fuel in the above structure, vaporized gas of the fuel that has cooled the rocket nozzle and the rocket combustor or the fuel rich combustion gas of the high temperature gas generator can be used, and as the gas oxidant, the rocket nozzle and the rocket combustor. It is possible to use vaporized gas of the oxidant that has been cooled, or combustion gas rich in the oxidant of the high temperature gas generator. Further, the combustion gas of the high temperature gas generator can be used as the gas propellant injected from the gas propellant injection unit.

【0010】[0010]

【作用】ガス推進剤噴射部の出口内部を収縮構造にする
ことによって、液体推進剤噴射部より噴射された液体推
進剤に、ガス推進剤噴射部により噴射されたガス推進剤
が衝突し、ガス推進剤は液体推進剤内部に浸入して気泡
となる。気泡となったガス推進剤は、液体推進剤ととも
に噴射器から燃焼器に噴射される。燃焼器内部の圧力は
噴射器内部の圧力より低いため、ガス推進剤は膨張し、
膨張過程で液体推進剤をより小さく微粒化する。従っ
て、液体推進剤は微粒化して大きな粒径の液体酸化剤よ
りも燃焼に有する時間は短くなること、及び酸化剤と燃
料は直接混合するため、その混合性能を著しく向上する
ことによって燃焼の効率が飛躍的に上昇し、燃焼器容積
の小さい、高効率の燃焼器を得ることができる。さら
に、本発明のロケット噴射器による気液混合噴流は、推
進剤の圧縮性を大きくするため理論上は推進剤噴射の動
的キャパシタンスを大きくすることができるので、燃焼
安定性上も極めて有利である。
[Function] By making the inside of the outlet of the gas propellant injection unit have a contracted structure, the gas propellant injected by the gas propellant injection unit collides with the liquid propellant injected by the liquid propellant injection unit, and the gas propellant is injected. The propellant penetrates into the liquid propellant to form bubbles. The gas propellant in the form of bubbles is injected from the injector to the combustor together with the liquid propellant. Since the pressure inside the combustor is lower than the pressure inside the injector, the gas propellant expands,
Liquid propellant is atomized into smaller particles during the expansion process. Therefore, the liquid propellant is atomized and has a shorter period of time for combustion than the liquid oxidizer having a large particle size, and the oxidizer and the fuel are directly mixed, so that the mixing performance is remarkably improved to improve the combustion efficiency. Can be dramatically increased, and a highly efficient combustor with a small combustor volume can be obtained. Further, since the gas-liquid mixed jet by the rocket injector of the present invention increases the compressibility of the propellant, theoretically the dynamic capacitance of the propellant injection can be increased, which is extremely advantageous in terms of combustion stability. is there.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を基に詳細に説
明する。図1は本発明の実施例に係る噴射器を備えたロ
ケットエンジンの主要部示し、図2はその噴射器の主要
部を拡大して示している。本実施例では、ガス燃料と液
体酸素を推進剤とするロケットエンジンにおける噴射器
について説明する。図中、1は噴射器、2は燃焼器であ
り、従来のロケットエンジンの噴射器と同様に同軸型の
ロケット噴射器である。3は微粒化ガスとして機能する
ガス燃料を供給するガス推進剤供給管であり、図5に示
すものと同様に、燃焼器を冷却してガス化した水素やメ
タン等のガス燃料がマニホルド介して噴射器内に供給さ
れる。4は噴射器に液体酸素等の液体推進剤を供給する
液体推進剤供給管である。11は噴射器1に供給された
ガス燃料を噴射するガス推進剤噴射部であり、図示のよ
うに、推進剤噴射口5に連なる出口内部を液体推進剤噴
射部12の軸線上に収縮する先搾り構造になっており、
噴射方向を液体酸素の噴射される中央部に流れを変え、
収縮させて噴射させるようになっている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a main part of a rocket engine including an injector according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an enlarged main part of the injector. In this example, an injector in a rocket engine using gas fuel and liquid oxygen as a propellant will be described. In the figure, 1 is an injector, 2 is a combustor, which is a coaxial rocket injector similar to the injector of a conventional rocket engine. Reference numeral 3 is a gas propellant supply pipe for supplying a gas fuel functioning as atomized gas, and like the one shown in FIG. 5, a gas fuel such as hydrogen or methane gasified by cooling the combustor is passed through a manifold. Supplied into the injector. A liquid propellant supply pipe 4 supplies a liquid propellant such as liquid oxygen to the injector. Reference numeral 11 is a gas propellant injection part for injecting the gas fuel supplied to the injector 1, and as shown in the drawing, the inside of the outlet connected to the propellant injection port 5 contracts on the axis of the liquid propellant injection part 12. It has a squeezing structure,
Change the injection direction to the central part where liquid oxygen is injected,
It is designed to contract and eject.

【0012】図2にその収縮構造の詳細を拡大図に示
す。図中、daは液体推進剤噴射部径、dbは推進剤噴射部
径、xaは液体推進剤噴射口後退距離、xbは平行部距離、
xcは液体推進剤噴射部肉厚、xdは収縮部距離、θaは補
助収縮角、θbは収縮角をそれぞれ表し、噴射器内の気
液が接触する部位の主要寸法である。これらの寸法は、
条件に応じて種々設計変更が可能であるが、液体推進剤
の微粒化及び液体推進剤と気体推進剤の混合が最適とな
る寸法に設定する。例えば、液体推進剤噴射部径daに対
して、ガス推進剤の噴射する推進剤噴射部径dbを小さく
してできるだけ近づけた値とすれば、ガスの噴射速度は
増し微粒化が良くなる。しかしその場合、ガスや液体を
噴射させるためにより高い圧力が必要となる。また、補
助収縮角度θa、収縮角θbを調整することによって、液
体推進剤にガス推進剤を衝突させる角度を調整すること
ができ、それによっても液体推進剤の微粒化の度合いが
異なってくる。
FIG. 2 is an enlarged view showing details of the contraction structure. In the figure, da is the liquid propellant injection part diameter, db is the propellant injection part diameter, xa is the liquid propellant injection nozzle retreat distance, xb is the parallel part distance,
xc is the thickness of the liquid propellant injection part, xd is the contraction part distance, θa is the auxiliary contraction angle, and θb is the contraction angle, which are the main dimensions of the part of the injector where the gas and liquid come into contact. These dimensions are
Various design changes can be made according to the conditions, but the dimensions are set to optimize atomization of the liquid propellant and mixing of the liquid propellant and the gas propellant. For example, if the propellant injection portion diameter db for injecting the gas propellant is set to be a value as small as possible with respect to the liquid propellant injection portion diameter da, the gas injection speed is increased and atomization is improved. However, in that case, a higher pressure is required to eject the gas or liquid. Further, by adjusting the auxiliary contraction angle θa and the contraction angle θb, the angle at which the gas propellant collides with the liquid propellant can be adjusted, and the degree of atomization of the liquid propellant also varies accordingly.

【0013】本発明のロケット噴射器は、以上のように
構成され、液体推進剤噴射部12より噴射された液体酸
素8に、収縮構造をしたガス燃料噴射部11により噴射
されたガス燃料7が衝突し、ガス燃料は液体酸素内部に
浸入して気泡13となる。気泡となったガス燃料は、液
体酸素とともに噴射器1から燃焼器2に噴射される。燃
焼器内部の圧力は噴射器内部の圧力より低いため、ガス
燃料は膨張し、膨張過程で液体酸素をより小さく微粒化
する。且つ酸化剤と燃料が直接混合するため、混合の性
能が著しく向上し、従来のロケットエンジンに比較して
燃焼の効率が飛躍的に上昇し、容積の小さい、高効率の
燃焼器を実現することができる。
The rocket injector of the present invention is constructed as described above, and the liquid fuel 8 injected by the liquid propellant injection unit 12 is supplied with the gas fuel 7 injected by the gas fuel injection unit 11 having a contracting structure. Upon collision, the gas fuel penetrates into the liquid oxygen to form bubbles 13. The gas fuel in the form of bubbles is injected from the injector 1 to the combustor 2 together with liquid oxygen. Since the pressure inside the combustor is lower than the pressure inside the injector, the gas fuel expands and atomizes liquid oxygen into smaller particles during the expansion process. Moreover, since the oxidizer and the fuel are directly mixed, the mixing performance is remarkably improved, the combustion efficiency is dramatically increased compared to the conventional rocket engine, and a small-volume, high-efficiency combustor is realized. You can

【0014】以上のように、上記実施例では、中央部よ
り噴射される液体酸素(液体酸化剤)に周辺から噴射さ
れるガス燃料が液体酸素内部に入り込む構造の液体酸素
・ガス燃料を推進剤とするロケット噴射器ついて説明し
たが、本発明のロケットの噴射器は、上記実施例に限ら
ず、その他の推進剤を用いたロケットエンジンの噴射器
にも適用が可能である。以下、その実施例を説明する。
推進剤が液体酸素・ケロシンである液体酸素・ケロシン
ロケットエンジンに本噴射器を適用すると、中央部から
液体燃料であるケロシンを噴射し、燃焼器を冷却しガス
化されたガス酸素(ガス酸化剤)によってケロシンの微
粒化を促進することができ、高効率の液体酸素・ケロシ
ンエンジンの噴射器を得ることができる。
As described above, in the above embodiment, the liquid oxygen / gas fuel having a structure in which the gas fuel injected from the periphery into the liquid oxygen (liquid oxidizer) injected from the central portion enters inside the liquid oxygen is the propellant. The rocket injector according to the present invention has been described above, but the rocket injector according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to rocket engine injectors using other propellants. Hereinafter, the embodiment will be described.
When this injector is applied to a liquid oxygen / kerosene rocket engine whose propellant is liquid oxygen / kerosene, kerosene, which is a liquid fuel, is injected from the central part to cool the combustor and gasify the gas oxygen (gas oxidizer ), The atomization of kerosene can be promoted, and a highly efficient injector for a liquid oxygen kerosene engine can be obtained.

【0015】また、2種類の物性値の違った燃料(例え
ば、水素とケロシン、又はメタンとケロシン)と液体酸
素を推進剤とするロケットエンジンの噴射器において、
ガス化しやすい燃料によってケロシンを微粒化するロケ
ット噴射器にも応用が可能である。その場合の実施例を
図3及び図4に示す。該実施例の噴射器15は、多数の
単一要素を有し、各単一要素の構造は前記実施例と同様
であるので、同一符号を用い詳細な説明は省く。そし
て、一方の単一要素a1(図4において、推進剤噴射口
が黒丸で表示してある)については、中央部より液体燃
料であるケロシンが噴射し、その周辺部からガス燃料
(ガス水素又はガスメタン)を噴射して、ガス燃料によ
って液体燃料を微粒化する。また他方の単一要素a
2(図4において推進剤噴射口が白丸で表示してある)
では中央部から液体酸化剤(液体酸素)が噴射し、それ
を包むように周辺部からガス燃料を噴射して、ガス燃料
によって液体酸化剤を微粒化するようにしてある。この
ように構成することによって、燃焼効率の優れた2種類
の物性値の違った燃料と液体酸素を推進剤とするロケッ
トエンジンを得ることができる。
In a rocket engine injector using two types of fuels having different physical properties (for example, hydrogen and kerosene or methane and kerosene) and liquid oxygen as a propellant,
It can also be applied to rocket injectors that atomize kerosene with fuel that is easily gasified. An example in that case is shown in FIGS. The injector 15 of this embodiment has a large number of single elements, and the structure of each single element is the same as that of the above-mentioned embodiment, so the same reference numerals are used and detailed description is omitted. Regarding one single element a 1 (the propellant injection port is indicated by a black circle in FIG. 4), kerosene, which is a liquid fuel, is injected from the central part, and gas fuel (gas hydrogen) is injected from the peripheral part. Or gas methane) is injected to atomize the liquid fuel with the gas fuel. The other single element a
2 (The propellant injection port is shown as a white circle in Fig. 4)
Then, a liquid oxidizer (liquid oxygen) is injected from the central part, and gas fuel is injected from the peripheral part so as to wrap it, and the liquid oxidizer is atomized by the gas fuel. With such a configuration, it is possible to obtain a rocket engine having two types of fuels having different physical properties and excellent propellant properties and liquid oxygen, which have excellent combustion efficiency.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明は、次のような格別の効果を奏す
る。本発明のロケットエンジンの噴射器によれば、液体
推進剤に気体推進剤を衝突させて、ガス推進剤による液
体推進剤の微粒化を一段と促進することができ、且つ液
体推進剤と気体推進剤とを直接混合するため、その混合
性能を著しく向上することができ、液体推進剤噴射流量
の気体推進剤噴射流量比が高い領域においても高効率の
燃焼を得ることができ、従来のロケットエンジンに比べ
て飛躍的に燃焼効率を向上させることができる。したが
って、本発明によれば、燃焼器の容積を大きくしなくて
も燃焼効率を向上させることができ、燃焼器容積の小さ
い、高効率の燃焼器を得ることができる。さらに、本発
明の噴射器による気液の混合噴流は、推進剤の圧縮性を
大きくするため、推進剤噴射の動的キャパシタンスを大
きくすることができるので、燃焼安定性上も極めて有利
である。
The present invention has the following special effects. According to the injector of the rocket engine of the present invention, the gas propellant may be collided with the liquid propellant to further promote atomization of the liquid propellant by the gas propellant, and the liquid propellant and the gas propellant. Since and are directly mixed, the mixing performance can be significantly improved, and highly efficient combustion can be obtained even in a region where the ratio of the liquid propellant injection flow rate to the gas propellant injection flow rate is high. By comparison, combustion efficiency can be dramatically improved. Therefore, according to the present invention, the combustion efficiency can be improved without increasing the volume of the combustor, and a highly efficient combustor having a small combustor volume can be obtained. Furthermore, the mixed jet of gas and liquid by the injector of the present invention increases the compressibility of the propellant, and thus can increase the dynamic capacitance of the propellant injection, which is extremely advantageous in terms of combustion stability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に係る噴射器が適用されている
ロケットエンジンの主要部断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a rocket engine to which an injector according to an embodiment of the present invention is applied.

【図2】本発明の実施例に係る噴射器の要部断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of essential parts of an injector according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施例に係る噴射器が適用されて
いるロケットエンジンの要部断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of essential parts of a rocket engine to which an injector according to another embodiment of the present invention is applied.

【図4】図3のロケットエンジにおいて燃焼室側からみ
た噴射器の側面図である。
FIG. 4 is a side view of the injector seen from the combustion chamber side in the rocket engine of FIG.

【図5】従来の液体酸素・水素、液体酸素・メタンのロ
ケットエンジンの概念断面図である。
FIG. 5 is a conceptual cross-sectional view of a conventional liquid oxygen / hydrogen and liquid oxygen / methane rocket engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、15 噴射器 2、16 燃焼器 3 ガス推進剤供給管 4 液体推進剤
供給管 5 推進剤噴射口 11 ガス推進剤
噴射部 12 液体推進剤噴射部 13 気泡
1, 15 Injector 2, 16 Combustor 3 Gas propellant supply pipe 4 Liquid propellant supply pipe 5 Propellant injection port 11 Gas propellant injection part 12 Liquid propellant injection part 13 Bubbles

フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭63−126546(JP,U) 米国特許3446024(US,A) 米国特許3408816(US,A)Continuation of the front page (56) Bibliographic references Sho 63-126546 (JP, U) US Patent 3446024 (US, A) US Patent 3408816 (US, A)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 噴射器より噴射される推進剤が液体推進
剤とガス推進剤を推進剤とするロケットエンジンの噴射
器であって、該噴射器の単一要素が、中央部から液体推
進剤を噴射する液体推進剤噴射部と、該液体推進剤噴射
部より噴射される液体推進剤を包むようにガス推進剤を
噴射するガス推進剤噴射部とを有し、推進剤噴射口に連
なる前記ガス推進剤噴射部の出口内部を液体推進剤噴射
部軸線上に収縮する先搾り状に形成し、該ガス推進剤噴
射部から噴射されたガス推進剤を噴射器内部で前記液体
推進剤噴射部から噴射された液体推進剤に衝突させ、該
液体推進剤を微粒化させるようにしたことを特徴とする
ロケットエンジンの噴射器。
1. A propellant injected from an injector is a rocket engine injector having a liquid propellant and a gas propellant as a propellant, and a single element of the injector is a liquid propellant from a central portion. And a gas propellant injection unit for injecting a gas propellant so as to wrap the liquid propellant injected from the liquid propellant injection unit, and the liquid propellant injection unit is connected to the propellant injection port.
The inside of the outlet of the gas propellant injection part is formed into a tapered shape that contracts on the axis of the liquid propellant injection part, and the gas propellant injected from the gas propellant injection part is injected into the liquid propellant inside the injector. An injector for a rocket engine, characterized by colliding with a liquid propellant injected from an injection unit to atomize the liquid propellant.
【請求項2】 前記液体推進剤噴射部より噴射される液
体推進剤が液体酸化剤であり、前記ガス推進剤噴射部か
ら噴射されるガス推進剤がガス燃料である請求項1記載
のロケットエンジンの噴射器。
2. The rocket engine according to claim 1, wherein the liquid propellant injected from the liquid propellant injection unit is a liquid oxidizer, and the gas propellant injected from the gas propellant injection unit is a gas fuel. Injector.
【請求項3】 前記液体推進剤噴射部から噴射される液
体推進剤が液体燃料であり、前記ガス噴射部より噴射さ
れる気体推進剤がガス酸化剤である請求項1記載のロケ
ットエンジンの噴射器。
3. The rocket engine injection according to claim 1, wherein the liquid propellant injected from the liquid propellant injection unit is a liquid fuel, and the gas propellant injected from the gas injection unit is a gas oxidizer. vessel.
【請求項4】 前記単一要素を1個有する請求項1、2
又は3記載のロケットエンジンの噴射器。
4. The method according to claim 1, wherein the single element is one.
Alternatively, the injector of the rocket engine according to item 3.
【請求項5】 前記単一要素を複数個有する請求項1、
2又は3記載のロケットエンジンの噴射器。
5. The method according to claim 1, comprising a plurality of the single elements.
The rocket engine injector according to 2 or 3.
【請求項6】 前記ガス酸化剤が、ロケットノズル及び
ロケット燃焼器を冷却した酸化剤の気化ガスである請求
項3、4又は5記載のロケットエンジンの噴射器。
6. The injector for a rocket engine according to claim 3, 4 or 5, wherein the gas oxidant is a vaporized gas of the oxidant that cools the rocket nozzle and the rocket combustor.
【請求項7】 前記ガス酸化剤が、高温ガス発生器の酸
化剤過濃燃焼ガスである請求項3、4又は5記載のロケ
ットエンジンの噴射器。
7. The injector of a rocket engine according to claim 3, 4 or 5, wherein the gas oxidant is an oxidant rich combustion gas of a high temperature gas generator.
【請求項8】 噴射器より噴射される燃料が物性値の違
う液体燃料とガス燃料、及び液体酸化剤を推進剤とする
ロケットエンジンの噴射器であって、該噴射器の一方の
単一要素が、中央部より液体燃料を噴射する液体推進剤
噴射部と、該液体推進剤噴射部より噴射される液体燃料
を包むようにガス燃料を噴射するガス推進剤噴射部とを
有し、他の単一要素が、中央部より液体酸化剤を噴射す
る液体推進剤噴射部と、該液体推進剤噴射部より噴射さ
れる液体酸化剤を包むようにガス燃料を噴射するガス推
進剤噴射部とを有し、少なくとも何れかの単一要素の前
記ガス推進剤噴射部の出口内部が液体推進剤噴射方向に
収縮する先搾り状に形成され、該ガス噴射部から噴射さ
れたガス推進剤を前記液体推進剤噴射部から噴射された
液体推進剤に衝突させ、該液体推進剤を微粒化させるこ
とを特徴とするロケットエンジンの噴射器。
8. An injector for a rocket engine in which the fuel injected from the injector is a liquid fuel and a gas fuel having different physical properties and a liquid oxidizer as a propellant, and one single element of the injector. Has a liquid propellant injection section for injecting liquid fuel from the central portion, and a gas propellant injection section for injecting gas fuel so as to wrap the liquid fuel injected from the liquid propellant injection section, One element has a liquid propellant injection part for injecting a liquid oxidizer from the central part, and a gas propellant injection part for injecting gas fuel so as to wrap the liquid oxidizer injected from the liquid propellant injection part. , The inside of the outlet of the gas propellant injection part of at least one of the single elements is formed in a tapered shape that contracts in the liquid propellant injection direction, and the gas propellant injected from the gas injection part is the liquid propellant. Do not collide with the liquid propellant sprayed from the spray unit. An injector of a rocket engine, characterized in that the liquid propellant is atomized.
【請求項9】 両方の単一要素のガス推進剤噴射部の出
口内部が、液体推進剤噴射方向に収縮する先搾り状に形
成されている請求項8記載のロケットエンジンの噴射
器。
9. The injector of a rocket engine according to claim 8, wherein the insides of the outlets of the gas propellant injection portions of both of the single elements are formed in a tapered shape that contracts in the liquid propellant injection direction.
【請求項10】 両方の単一要素を1組有する請求項8
又は9記載のロケットエンジンの噴射器。
10. A combination of both single elements as a set.
Alternatively, the injector of the rocket engine according to item 9.
【請求項11】 両方の単一要素を複数組有する請求項
8又は9記載のロケットエンジンの噴射器。
11. An injector for a rocket engine according to claim 8 or 9, having a plurality of sets of both single elements.
【請求項12】 前記ガス燃料が、ロケットノズル及び
ロケット燃焼器を冷却した燃料の気化ガスである請求項
2、4、5、8、9、10又は11記載のロケットエン
ジンの噴射器。
12. The rocket engine injector according to claim 2, wherein the gas fuel is a vaporized gas of fuel for cooling a rocket nozzle and a rocket combustor.
【請求項13】 前記ガス推進剤噴射部から噴射される
ガス推進剤が、高温ガス発生器の燃焼ガスである請求項
1、2、4、5、8、9、10、11又は12記載のロ
ケットエンジンの噴射器。
13. The gas propellant injected from the gas propellant injection part is a combustion gas of a high temperature gas generator, according to claim 1. A rocket engine injector.
【請求項14】 前記ガス燃料が、高温ガス発生器の燃
料過濃燃焼ガスである請求項2、4、5、8、9、10
又は11記載のロケットエンジンの噴射器。
14. The gas fuel is a fuel rich combustion gas of a high temperature gas generator, 2, 4, 5, 8, 9, 10.
Alternatively, the injector of the rocket engine according to item 11.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3446024A (en) 1965-12-13 1969-05-27 United Aircraft Corp Axial concentric sheet injector

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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3446024A (en) 1965-12-13 1969-05-27 United Aircraft Corp Axial concentric sheet injector
US3408816A (en) 1966-10-31 1968-11-05 Nasa Usa Rocket engine injector

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