JP2809370B2 - 高温燃焼エンジン - Google Patents
高温燃焼エンジンInfo
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- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 43
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- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼室を形成する壁面
内に冷却媒体が流される冷却通路をもつロケットエンジ
ン、スクラムジェットエンジンなどの高温燃焼エンジン
に関する。
内に冷却媒体が流される冷却通路をもつロケットエンジ
ン、スクラムジェットエンジンなどの高温燃焼エンジン
に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼室に冷却通路をもつロケットエンジ
ンでは、冷却通路内を流れる冷却媒体が伝熱面上から気
泡の発生、成長、離脱を繰り返えす、いわゆる核沸騰の
段階で伝熱面から気泡をすみやかに離脱させることによ
って、伝熱面が蒸気膜で覆われる、いわゆる膜沸騰を起
こし難くするよう冷却媒体の流量を増やし流速を上げて
いた。
ンでは、冷却通路内を流れる冷却媒体が伝熱面上から気
泡の発生、成長、離脱を繰り返えす、いわゆる核沸騰の
段階で伝熱面から気泡をすみやかに離脱させることによ
って、伝熱面が蒸気膜で覆われる、いわゆる膜沸騰を起
こし難くするよう冷却媒体の流量を増やし流速を上げて
いた。
【０００３】或いは、冷却通路内で核沸騰そのものを起
こし難くするため冷却通路の高温側の壁に耐熱コーテン
グを施したりしていた。
こし難くするため冷却通路の高温側の壁に耐熱コーテン
グを施したりしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ロケットエンジン燃焼
室の冷却通路内で、冷却媒体に気液２相が混在する臨界
圧以下で冷却させるには、冷却媒体の吸収する熱流束が
冷却媒体の沸騰を起こす熱流束（以下バーンアウト熱流
束という）を越えないようにする必要がある。
室の冷却通路内で、冷却媒体に気液２相が混在する臨界
圧以下で冷却させるには、冷却媒体の吸収する熱流束が
冷却媒体の沸騰を起こす熱流束（以下バーンアウト熱流
束という）を越えないようにする必要がある。
【０００５】その為には、熱伝達率等とは無関係に、バ
ーンアウト熱流束を大きくし、冷却媒体の吸収熱流束を
それ以下にすることが重要である。一般にバーンアウト
熱流束は冷却媒体の流速のべき乗に比例するので、バー
ンアウト熱流束を大きくして冷却媒体が沸騰しにくくす
るためには、冷却媒体の流速を増さなければならない。
ーンアウト熱流束を大きくし、冷却媒体の吸収熱流束を
それ以下にすることが重要である。一般にバーンアウト
熱流束は冷却媒体の流速のべき乗に比例するので、バー
ンアウト熱流束を大きくして冷却媒体が沸騰しにくくす
るためには、冷却媒体の流速を増さなければならない。
【０００６】しかしながら、圧力損失は、流速の２乗に
比例するので流速の増加は圧力損失につながり、最終的
には、タンク圧やポンプ圧の増加につながり、それだけ
重量が増すのでエンジンの正味の性能が低下することに
なる。
比例するので流速の増加は圧力損失につながり、最終的
には、タンク圧やポンプ圧の増加につながり、それだけ
重量が増すのでエンジンの正味の性能が低下することに
なる。
【０００７】従って、エンジンで燃焼させる燃料を冷却
媒体として燃焼室の冷却通路に流すようにした、いわゆ
る再生冷却燃焼室をもつロケットエンジンでは大きな問
題を生ずる。また、冷却通路に核沸騰防止のための断熱
コーティングを施しているものは、コーティングがはが
れやすいため、再使用型のロケットエンジンには向かな
い。
媒体として燃焼室の冷却通路に流すようにした、いわゆ
る再生冷却燃焼室をもつロケットエンジンでは大きな問
題を生ずる。また、冷却通路に核沸騰防止のための断熱
コーティングを施しているものは、コーティングがはが
れやすいため、再使用型のロケットエンジンには向かな
い。
【０００８】本発明は、冷却媒体の流れに対する圧損が
少く、耐熱性能を高めた、燃焼室を形成する壁面に冷却
通路をもつ燃焼室を具えた高温燃焼エンジンを提供する
ことを課題としている。
少く、耐熱性能を高めた、燃焼室を形成する壁面に冷却
通路をもつ燃焼室を具えた高温燃焼エンジンを提供する
ことを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では、燃焼室を形
成する壁面内に冷却媒体が流される冷却通路をもつ高温
燃焼エンジンにおける前記した課題を解決するため前記
した冷却通路内に２つのテーパ面をもち、冷却媒体の流
れ方向に伸びる少くとも１つのフィンを配設する。
成する壁面内に冷却媒体が流される冷却通路をもつ高温
燃焼エンジンにおける前記した課題を解決するため前記
した冷却通路内に２つのテーパ面をもち、冷却媒体の流
れ方向に伸びる少くとも１つのフィンを配設する。
【００１０】また、本発明では、燃焼室を形成する壁面
内に冷却媒体として燃焼前の燃料が流される冷却通路を
もつロケットエンジンにおいて、前記した課題を解決す
るために、前記冷却通路を燃焼室後部の入口マニホール
ドから燃焼室前部の出口マニホールドへ燃焼室の軸方向
に伸びた複数本の冷却通路によって構成し、同冷却通路
内の各々に２つのテーパ面をもつ少くとも１つのフィン
を燃焼室軸方向に沿って配設した構成を採用する。
内に冷却媒体として燃焼前の燃料が流される冷却通路を
もつロケットエンジンにおいて、前記した課題を解決す
るために、前記冷却通路を燃焼室後部の入口マニホール
ドから燃焼室前部の出口マニホールドへ燃焼室の軸方向
に伸びた複数本の冷却通路によって構成し、同冷却通路
内の各々に２つのテーパ面をもつ少くとも１つのフィン
を燃焼室軸方向に沿って配設した構成を採用する。
【００１１】
【作用】一般にロケットエンジンなどでは、冷却通路内
で冷却媒体が核沸騰から膜沸騰へと沸騰が進行し、つい
に燃焼室が溶融するに至る。そこで、冷却通路内にフィ
ンを配設し、伝熱面に平坦部を無くすることで前述のバ
ーンアウト熱流束を飛躍的に高めることができる。
で冷却媒体が核沸騰から膜沸騰へと沸騰が進行し、つい
に燃焼室が溶融するに至る。そこで、冷却通路内にフィ
ンを配設し、伝熱面に平坦部を無くすることで前述のバ
ーンアウト熱流束を飛躍的に高めることができる。
【００１２】本発明はこの考えに基づき、燃焼室を形成
する壁面の冷却通路に２つのテーパ面をもち冷却媒体の
流れ方向に伸びる１個又は２個以上のフィンを設けるも
ので、これによると、冷却媒体の沸騰により伝熱面に発
生する気泡がフィンを形成する２つのテーパ面に沿って
速やかに離脱され、伝熱面での膜沸騰が起こり難くな
る。
する壁面の冷却通路に２つのテーパ面をもち冷却媒体の
流れ方向に伸びる１個又は２個以上のフィンを設けるも
ので、これによると、冷却媒体の沸騰により伝熱面に発
生する気泡がフィンを形成する２つのテーパ面に沿って
速やかに離脱され、伝熱面での膜沸騰が起こり難くな
る。
【００１３】また、本発明によってロケットエンジンに
前記した構成を採用することによって燃焼室の耐熱特性
が大きく向上し再使用を可能とする。
前記した構成を採用することによって燃焼室の耐熱特性
が大きく向上し再使用を可能とする。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を図示した実施例に基いて具体
的に説明する。なお、以下の実施例は、エンジンで燃焼
する燃料で燃焼室を冷却するようにした再生冷却式ロケ
ットエンジンに対し本発明を適用した場合である。図１
において、Ｃは燃焼室であり内筒１と外筒２によって構
成されている。
的に説明する。なお、以下の実施例は、エンジンで燃焼
する燃料で燃焼室を冷却するようにした再生冷却式ロケ
ットエンジンに対し本発明を適用した場合である。図１
において、Ｃは燃焼室であり内筒１と外筒２によって構
成されている。
【００１５】３は、燃焼室Ｃの後部の周囲に設けられた
冷却媒体のための入口マニホールドであり、４は燃焼室
Ｃの前部の周囲に設けられた冷却媒体のための出口マニ
ホールドである。内筒１には、図２の断面図に拡大して
示されているように燃焼室Ｃの軸方向に入口マニホール
ド３から出口マニホールド４に互いに平行に伸びている
複数個の冷却通路５が形成されている。
冷却媒体のための入口マニホールドであり、４は燃焼室
Ｃの前部の周囲に設けられた冷却媒体のための出口マニ
ホールドである。内筒１には、図２の断面図に拡大して
示されているように燃焼室Ｃの軸方向に入口マニホール
ド３から出口マニホールド４に互いに平行に伸びている
複数個の冷却通路５が形成されている。
【００１６】各冷却通路５内には、頂部が６０°の角度
をなす２つのテーパ面６をもつフィン７が冷却通路５に
沿って伸びて配設されている。燃焼室Ｃで燃焼されるモ
ノメチルヒドラジンなどの燃料が入口配管８から入口マ
ニホールド３を経て内筒１内の複数個の冷却通路５へ分
配して流され、燃焼室Ｃを冷却して温度上昇し高エネル
ギー状態となって出口マニホールド４で集められて出口
配管９から流出する。
をなす２つのテーパ面６をもつフィン７が冷却通路５に
沿って伸びて配設されている。燃焼室Ｃで燃焼されるモ
ノメチルヒドラジンなどの燃料が入口配管８から入口マ
ニホールド３を経て内筒１内の複数個の冷却通路５へ分
配して流され、燃焼室Ｃを冷却して温度上昇し高エネル
ギー状態となって出口マニホールド４で集められて出口
配管９から流出する。
【００１７】燃料は、出口配管９から噴射器入口１０を
経て燃焼室Ｃの燃料噴射器へ導かれ、酸化剤入口１１か
ら供給される酸化剤によって燃焼室Ｃ内で燃焼される。
なお、図においてＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 は、それぞ
れ、圧力計測ポートを示している。
経て燃焼室Ｃの燃料噴射器へ導かれ、酸化剤入口１１か
ら供給される酸化剤によって燃焼室Ｃ内で燃焼される。
なお、図においてＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 は、それぞ
れ、圧力計測ポートを示している。
【００１８】次に図３は、図１に示した燃焼室Ｃの製造
課程を示している。図３の工程（１）はアルミマンドレ
ルで燃焼室の内面形状を形成した状態を示している。工
程（２）は、工程（１）でつくられたアルミマンドレル
の上に電鋳によって内筒１を形成した状態を示してい
る。工程（３）は、工程（２）でつくられた電鋳層の外
面上にその長さ方向に伸びる複数本の冷却通路５とフィ
ン７を機械加工によって形成した状態を示している。
課程を示している。図３の工程（１）はアルミマンドレ
ルで燃焼室の内面形状を形成した状態を示している。工
程（２）は、工程（１）でつくられたアルミマンドレル
の上に電鋳によって内筒１を形成した状態を示してい
る。工程（３）は、工程（２）でつくられた電鋳層の外
面上にその長さ方向に伸びる複数本の冷却通路５とフィ
ン７を機械加工によって形成した状態を示している。
【００１９】電鋳層の外面に冷却通路５とフィン７を機
械加工するには図４〜図６に示すようなカッターを使
う。図４と図６に示すカッターは、それぞれ（ｃ）の図
に加工溝の断面が示されているように１つの山形のフィ
ンをもつ冷却通路を加工する場合に使うもの、図５に示
すカッターは（ｃ）の図に示す加工溝のように４本のフ
ィンをもつ冷却通路を加工する場合のカッターの例であ
る。
械加工するには図４〜図６に示すようなカッターを使
う。図４と図６に示すカッターは、それぞれ（ｃ）の図
に加工溝の断面が示されているように１つの山形のフィ
ンをもつ冷却通路を加工する場合に使うもの、図５に示
すカッターは（ｃ）の図に示す加工溝のように４本のフ
ィンをもつ冷却通路を加工する場合のカッターの例であ
る。
【００２０】形成するフィンの先端は、冷却通路内で沸
騰が起きないようにｃ０〜ｃ０．１（chamfer 数）が必
要であり、平坦部を極力つくらないようにする。放電加
工では角が落ちて了うので前記したように機械加工で形
成する。
騰が起きないようにｃ０〜ｃ０．１（chamfer 数）が必
要であり、平坦部を極力つくらないようにする。放電加
工では角が落ちて了うので前記したように機械加工で形
成する。
【００２１】また、膜沸騰を抑えるためには図５に示し
たように冷却通路の伝熱面全体にフィンを作り平行部を
設けないのが最も望ましいが、カッターによる加工が困
難となり費用もかかるのでフィンの数を何個にするかは
対象に応じて決定する。
たように冷却通路の伝熱面全体にフィンを作り平行部を
設けないのが最も望ましいが、カッターによる加工が困
難となり費用もかかるのでフィンの数を何個にするかは
対象に応じて決定する。
【００２２】なお、本発明を再成冷却燃焼室に適用する
場合は、推薬を臨界圧以下で扱うエンジンに対してであ
り、一般にその場合にはノズルスカートは輻射冷却とな
るため従来技術でつくられる。また、前述の実施例で
は、２つのテーパ面の交わる角度が６０°の場合を説明
したが、３０°，４５°，９０°など適宜選択してよ
い。
場合は、推薬を臨界圧以下で扱うエンジンに対してであ
り、一般にその場合にはノズルスカートは輻射冷却とな
るため従来技術でつくられる。また、前述の実施例で
は、２つのテーパ面の交わる角度が６０°の場合を説明
したが、３０°，４５°，９０°など適宜選択してよ
い。
【００２３】ここで再び図３に戻って、工程（３）にお
いて冷却通路５とフィン７を形成したあと、溝にはワッ
クスが充填され工程（２）と同様の外形に戻される。工
程（４）は、工程（３）の後、その表面上に重ねて電鋳
を行ない外側の内筒１を形成した状態を示している。工
程（５）は、前記したように冷却通路５とフィン７を内
部にもつ内筒１をつくったのちアルミマンドレルを溶解
除去して内筒を得た状態を示している。こうして得た内
筒１の外面上に所要の外筒２を形成して燃焼室Ｃがつく
られる。
いて冷却通路５とフィン７を形成したあと、溝にはワッ
クスが充填され工程（２）と同様の外形に戻される。工
程（４）は、工程（３）の後、その表面上に重ねて電鋳
を行ない外側の内筒１を形成した状態を示している。工
程（５）は、前記したように冷却通路５とフィン７を内
部にもつ内筒１をつくったのちアルミマンドレルを溶解
除去して内筒を得た状態を示している。こうして得た内
筒１の外面上に所要の外筒２を形成して燃焼室Ｃがつく
られる。
【００２４】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
により燃焼室に２つのテーパ面からなるフィンをもつ冷
却通路を設けることにより、冷却通路において冷却媒体
が発する気泡の離脱をスムーズにし耐熱特性を高め圧損
を大きくすることなく燃焼室の冷却を容易にすることを
可能にした。
により燃焼室に２つのテーパ面からなるフィンをもつ冷
却通路を設けることにより、冷却通路において冷却媒体
が発する気泡の離脱をスムーズにし耐熱特性を高め圧損
を大きくすることなく燃焼室の冷却を容易にすることを
可能にした。
【図１】本発明をロケットエンジンに適用した実施例を
示す断面図、
示す断面図、
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図、
【図３】図１に示す燃焼室を製造する工程を示した図面
で、（１）〜（４）において、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は断面図、
で、（１）〜（４）において、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は断面図、
【図４】本発明による冷却通路を加工するためのカッタ
ーを示す図面で（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図、
（ｃ）は加工溝の断面を示す。
ーを示す図面で（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図、
（ｃ）は加工溝の断面を示す。
【図５】他のカッターを示す図４と同様の図面、
【図６】更に他のカッターを示す図４と同様の図面。
１ 内筒 ２ 外筒 ３ 入口マニホールド ４ 出口マニホールド ５ 冷却通路 ６ テーパ面 ７ フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 陽一郎 愛知県小牧市大字東田中1200番地 三菱 重工業株式会社名古屋誘導推進システム 製作所内 (56)参考文献 特開 昭58−217605（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02K 9/64
Claims (2)
- 【請求項１】 燃焼室を形成する壁面内に冷却媒体が流
される冷却通路をもつ高温燃焼エンジンにおいて、前記
冷却通路内に、２つのテーパ面をもち前記冷却媒体の流
れ方向に伸びる少くとも１つのフィンを配設したことを
特徴とする高温燃焼エンジン。 - 【請求項２】 燃焼室を形成する壁面内に冷却媒体とし
て燃焼前の燃料が流される冷却通路をもつロケットエン
ジンにおいて、前記冷却通路が前記燃焼室後部の入口マ
ニホールドから燃焼室前部の出口マニホールドへ前記燃
焼室の軸方向に伸びる複数本の冷却通路によって構成さ
れ、同冷却通路内の各々に２つのテーパ面をもつ少くと
も１つのフィンが前記軸方向に沿って配設されているこ
とを特徴とするロケットエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11696193A JP2809370B2 (ja) | 1993-05-19 | 1993-05-19 | 高温燃焼エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11696193A JP2809370B2 (ja) | 1993-05-19 | 1993-05-19 | 高温燃焼エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06330816A JPH06330816A (ja) | 1994-11-29 |
| JP2809370B2 true JP2809370B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=14700032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11696193A Expired - Lifetime JP2809370B2 (ja) | 1993-05-19 | 1993-05-19 | 高温燃焼エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2809370B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758022C1 (ru) * | 2021-02-05 | 2021-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Устройство для измерения температуры сопла жидкостного ракетного двигателя |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100470278B1 (ko) * | 2002-07-23 | 2005-02-07 | 주식회사 로템 | 실험용 로켓엔진 |
| US7373774B2 (en) | 2004-02-12 | 2008-05-20 | United Technologies Corporation | Enhanced performance torroidal coolant-collection manifold |
| US20090293448A1 (en) * | 2007-05-15 | 2009-12-03 | James Robert Grote | Simplified thrust chamber recirculating cooling system |
| CN112901353B (zh) * | 2021-02-01 | 2022-04-12 | 中国科学院力学研究所 | 一种碳氢燃料主动冷却超燃冲压发动机起动系统及方法 |
-
1993
- 1993-05-19 JP JP11696193A patent/JP2809370B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758022C1 (ru) * | 2021-02-05 | 2021-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Устройство для измерения температуры сопла жидкостного ракетного двигателя |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06330816A (ja) | 1994-11-29 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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