JP2812710B2 - 二液型推進剤ロケットエンジンの構造体 - Google Patents

二液型推進剤ロケットエンジンの構造体

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JP2812710B2 JP1117168A JP11716889A JP2812710B2 JP 2812710 B2 JP2812710 B2 JP 2812710B2 JP 1117168 A JP1117168 A JP 1117168A JP 11716889 A JP11716889 A JP 11716889A JP 2812710 B2 JP2812710 B2 JP 2812710B2
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    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二液型推進剤ロケットエンジンに係わり、よ
り特定的には液体推進剤をこの種のエンジンの主燃焼室
に供給するための構造体に係わる。本発明は、推進剤が
自発点火性成分（即ち、接触し合うと自発的に発火する
成分）を含み且つ燃焼サイクルが段階的であり、推進剤
成分が主燃焼室での燃焼の前に少なくとも１つの予燃焼
器内で反応し合ってエンジンのポンプエネルギーを発生
させるようなタイプの前記エンジンに適用できる。
本発明では、少なくとも１つの予燃焼器を有し段階的
燃焼サイクルをもつ自発点火二液型推進剤ロケットエン
ジンの主燃焼室に推進剤成分を送給する構造体が、酸化
剤を含む第１推進剤成分と予燃焼器からの排気ガスとを
主燃焼室への供給に先立って混合するミキサと、このミ
キサによって形成された酸化剤及び排気ガスの混合物
を、この混合物が主燃焼室内で再循環ゾーンを形成する
ように、主燃焼室に噴射するインゼクタ手段と、燃料を
含む第２推進剤成分を主燃焼室に導入するための入口
と、この入口を介して主燃焼室に燃料を送給するための
送給チャネルとを含み、前記入口及び送給チャネルが前
記インゼクタ手段を通る流れの主要方向に対してインゼ
クタ手段の側方に位置し、主燃焼室に供給される燃料を
前記再循環ゾーン内に導入せしめるような位置に配置さ
れる。
本発明の構造体によれば、ミキサが、酸化剤を含む第
１推進剤成分と予燃焼器からの排気ガスとを主燃焼室へ
の供給に先立って混合し、インゼクタ手段が、この酸化
剤及び排気ガスの混合物を主燃焼室内に噴射して再循環
ゾーンを形成し、インゼクタ手段の側方に位置する送給
チャネル及ぶ入口が、燃料を含む第２推進剤成分を主燃
焼室に供給して再循環ゾーン内に導入する。すなわち、
酸化剤を含む第１推進剤成分と予燃焼器からの排気ガス
とは、ミキサで予め混合された後、インゼクタ手段によ
り主燃焼室内に噴射されて再循環ゾーンを形成し、この
酸化剤及び排気ガスの混合物の再循環ゾーンに対して第
２推進剤成分の燃料が送給チャネル及び入口を介して導
入される。従って、比較的低温の燃料と高温の酸化剤／
排気ガス混合物とを非常に効率的かつ効果的に混合する
ことができ、燃焼効率を最適化し得る。加えて、上記構
成によりインゼクタ手段の構造を単純化できると共に、
インゼクタ手段の側方の冷却作用がもたらされる。その
結果、高効率で性能が安定しており、しかも制御が容易
で信頼性も高い、単純構造の二液型推進剤エンジンを実
現することができる。
この構造体は更に、前記入口とこれに連通する前記送
給チャネルとをインゼクタ手段から絶縁する絶縁手段も
含むのが好ましい。このようにすれば、前記入口を介し
て送給される燃料が、主燃焼室への供給の前は、インゼ
クタ手段によって燃焼室内に噴射される排気ガス及び酸
化剤の高温混合物から絶縁されることになる。
インゼクタ手段は、ミキサから主燃焼室まで延び且つ
内部にピントルを備えた通路を含み得る。ピントルのヘ
ッドは主燃焼室内に突出し、前記通路の端部と主燃焼室
との間に側方に面した環状間隙を形成せしめる。酸化剤
／排気ガス混合物はこの間隙を介して、燃焼室の先端壁
の表面の近傍で放射状に発散する複数の方向に従いなが
ら燃焼室内に放射状に噴射され、その結果前記先端壁の
近傍で燃焼室内に再循環ゾーンを形成する。燃料を導入
するための前記入口は側方で前記先端壁に設けられる。
別の具体例として、インゼクタ手段はミキサから延び
且つ内部に渦発生構造体を備えた通路を含み得る。この
渦発生構造体は、燃焼室の先端壁の近傍で酸化剤／排気
ガス混合物を偏向させて燃焼室内に放射状に流入させ、
その結果燃料と前記混合物とが合流することになる再循
環ゾーンを形成せしめるように配置された複数の固定羽
根を有する。適当な渦発生構造体はそれ自体公知である
ため詳述しない。
ミキサは、排気ガスを送給する第１送給チャネル及び
酸化剤を送給する第２送給チャネルと連通するチャンバ
を含み得る。第２送給チャネルは開放端をもつ管を含み
得る。この管は閉鎖端を有してもよく、その場合はチャ
ンバ内への送給がこの管の側方ノズルを介して行われる
ようにする。
ミキサに供給される酸化剤の流れは液体又は気体であ
り得る。排気ガスとの混合物は、ミキサの構造に応じ
て、均質ガス又は液体小滴含有ガスを含み得る。
高温排気ガスとそれより低温の酸化剤との間の混合度
は調節し得、それによってインゼクタ手段の表面を冷却
し得る。インゼクタ手段がピントルを含む場合には、ピ
ントルの（主燃焼室内に突出する前方面に対する）裏面
をこのような方法で冷却すると有利である。
推進剤成分としては公知のものを使用し得る。例え
ば、酸化剤は四酸化窒素（N2O4）及びMON−３（N2O4＋
３容量％の別の酸化窒素）の中から選択し得、燃料はヒ
ドラジン、モノメチルヒドラジン又はジメチルヒドラジ
ン、例えばUDMH（unsymmetrical dimethyl hydrazine＝
非対称ジメチルヒドラジン）のうちの１つ又はそれ以上
から選択し得る。
絶縁手段はセラミック材料のような一般的絶縁材から
なるスリーブを含み得る。
燃料用の入口は、主燃焼室の先端壁にインゼクタ手段
を囲むように、但し絶縁手段によってインゼクタ手段か
ら分離されるように形成された環状開口を含み得る。前
記入口はあるいは、インゼクタ手段の周りに円形に配置
された一連の個別ノズルを含むように形成してもよい。
燃料用の入口は好ましくは、燃料が主燃焼室の側壁に
沿って流れ、その結果前記側壁を冷却するように配置す
る。
上述した各特徴により、本発明の構造体は、次のよう
な利点を有する。（１）燃料が絶縁バリヤによって酸化
剤から隔離され、従って主燃焼室への供給の前に分解す
ることはない；（２）主燃焼室への噴射の前に酸化剤と
排気ガスとを混合するミキサを使用するため、インゼク
タ構造が簡略化される；（３）酸化剤／排気ガス混合物
が再循環ゾーンに従って流れ、このゾーンに燃料が導入
されるため、燃料と酸化剤／排気ガス混合物との混合の
効率が高い；（４）燃料が主燃焼室の側壁に隣接して供
給されるため、前記側壁が冷却される。
以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発
明をより詳細に説明する。
第１図の装置では、液体酸化剤例えばMON−３及び液
体燃料例えばMMHが、通常は温度298K及び圧力５バール
で、夫々送給チャネル１、３により夫々弁５、７を介し
てタンク（図示せず）からポンプ９、11に送給される。
ポンプ９、11はタービン発電機13によって駆動される。
ポンプ９内の酸化剤はポンピングにより弁17を備えたチ
ャネル15を介してジャケット19に送られ、そこで主燃焼
室としての主要ロケットチャンバ（燃焼室あるいは推力
室）21の再生冷却に使用される。酸化剤は次いでジャケ
ット19から二出口弁23を通り、チャネル25を介して予燃
焼器27に送られると共にミキサ29にも送給される。
ポンプ11内の燃料は弁31を備えたチャネル33を介して
予燃焼器27に送られると共に、弁37を含むチャネル35を
介して燃焼室21にも送られる。
酸化剤及び燃料は予燃焼器27内で互いに反応する。予
燃焼器27からの燃焼排ガスあるいは排気ガスは発電機13
を駆動するためにチャネル39を介して送られ、且つチャ
ネル41を介してミキサ29にも供給される。
ミキサ29に供給される酸化剤は通常217バールの圧力
と377Kの温度を有する。ミキサ29に供給される排気ガス
は通常圧力が105バール、温度が831Kである。燃焼室21
に供給される燃料は通常圧力が105バール、温度が298K
である。
ミキサ29は燃焼室21への噴射を行うインゼクタ装置の
一部分を構成する。このインゼクタ装置は第２図に詳細
に示した。
第２図では、チャネル24を介して供給される酸化剤と
チャネル41を介して供給される排気ガスとの混合を行う
ミキサ29が、チャネル41の延長部として形成されたチャ
ンバ45に連通する内部管43として示されている。酸化剤
／排気ガス混合物は、ピントル47のヘッドと燃焼室21に
隣接するチャンバ45の端部との間に形成された環状間隙
を介してロケット燃焼室21に送給される。ピントル47の
ヘッドは燃焼室21内に突出している。ピントル47はベー
ン構造体48に支持され、第２図に湾曲矢印49で示すよう
な再循環ゾーンが形成されるように、酸化剤／排気ガス
混合物を再循環噴流の状態で燃焼室21内に流入せしめ
る。燃料は、第１図に基づいて説明したように、チャネ
ル35を介して燃焼室21に供給され、環状シートの形態で
環状入口ポート51を介して燃焼室内に導入される。ポー
ト51はピントル47を囲むように燃焼室21の先端壁52に設
けられる。燃焼室21内では燃料が酸化剤／排気ガス混合
物の再循環ゾーンに入り、この混合物中での燃料の燃焼
によってロケットエンジンが公知のように駆動されるこ
とになる。
燃焼室21に送給される燃料は絶縁スリーブ50を介して
チャンバ45内の高温混合物から隔離される。
第３図に示す別の具体例では、ミキサ29が閉鎖管30で
構成される。この管はチャネル41の延長部分からなるチ
ャンバ45の中で終わり、側方ノズル出口61を有する。こ
の具体例では第２図のピントル47に代えて固定された渦
発生器53が使用される。この渦発生器53は、燃焼室21内
に噴射される酸化剤／排気ガス混合物を該渦発生器53の
軸線に対して横向きの複数の方向に偏向させ、それによ
って燃焼室21内に酸化剤／排気ガス混合物の再循環ゾー
ン（湾曲矢印55で示す）を形成せしめる。燃料は第２図
の具体例と同様の方法で燃焼室21に送給され、この場合
もやはり絶縁スリーブ50によってチャンバ45内の高温混
合物から絶縁すなわち断熱される。
第４図に示す本発明の更に別の具体例では、第２図の
環状入口ポート51に代えて、一連の個別のジェット57が
絶縁スリーブ50を囲んで環形に配置されている。
本発明の更に別の具体例（図示せず）として、インゼ
クタ構造体が第２図のようなピントルと第３図に示した
形態のミキサ29とを一緒に含むか、又は第３図に示すよ
うな渦発生器を第２図に示す形態のミキサ29と一緒に含
むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は二液型推進剤ロケットエンジンの予燃焼及び燃
料供給装置を示す簡略断面図、第２図は第１図の装置に
含まれる推進剤噴射構造体の断面図、第３図は第１図の
装置に適した別の形態の噴射構造体を示す断面図、第４
図は第１図の装置で使用するのに適した更に別の噴射構
造体を示す断面図である。 21……主燃焼室、29……ミキサ、47……ピントル、50…
…絶縁スリーブ、53……渦発生器。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02K 9/44 F02K 9/52 B64G 1/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１つの予燃焼器を有し段階的燃
    焼サイクルをもつ自発点火二液型推進剤ロケットエンジ
    ンの主燃焼室に推進剤成分を送給するための構造体であ
    って、酸化剤を含む第１推進剤成分と予燃焼器からの排
    気ガスとを主燃焼室への供給に先立って混合するミキサ
    と、このミキサによって形成された酸化剤及び排気ガス
    の混合物を、この混合物が主燃焼室内で再循環ゾーンを
    形成するように、主燃焼室に噴射するインゼクタ手段
    と、燃料を含む第２推進剤成分を主燃焼室に導入するた
    めの入口と、この入口と連通する送給チャネルとを含
    み、前記入口及び送給チャネルが前記インゼクタ手段を
    通る流れの主要方向に対してインゼクタ手段の側方に位
    置し、主燃焼室に供給される燃料を前記再循環ゾーン内
    に導入せしめるように配置される構造体。
  2. 【請求項２】前記入口とこれに連通する前記送給チャネ
    ルとをインゼクタ手段から絶縁し、その結果、前記入口
    を介して送給される燃料が主燃焼室への供給の前にイン
    ゼクタ手段によって燃焼室内に噴射される排気ガス及び
    酸化剤の高温混合物から絶縁されるようにする絶縁手段
    も含む請求項１に記載の構造体。
  3. 【請求項３】インゼクタ手段がミキサから主燃料室まで
    延び且つ内部にピントルを備えた通路を含み、ピントル
    のヘッドが主燃焼室内に突出して、前記通路の端部と主
    燃焼室との間に側方に面した環状間隙を形成せしめ、こ
    の間隙を介して酸化剤／排気ガス混合物が燃焼室の先端
    壁の表面の近傍で放射状に発散する複数の方向に従いな
    がら燃焼室内に放射状に噴射され、その結果前記先端壁
    の近傍で燃焼室内に再循環ゾーンを形成し、燃料を導入
    するための前記入口が側方で前記先端壁に設けられてい
    る請求項１又は２に記載の構造体。
  4. 【請求項４】インゼクタ手段がミキサから延び且つ内部
    に渦発生構造体を備えた通路を含み、この渦発生構造体
    が、燃焼室の先端壁の近傍で酸化剤／排気ガス混合物を
    偏向させて燃焼室内に放射状に流入せしめ、それによっ
    て燃料との合流が行われることになる再循環ゾーンを形
    成せしめるように配置された複数の固定羽根を有する請
    求項１又は２に記載の構造体。
  5. 【請求項５】ミキサが排気ガスを送給する第１送給チャ
    ネル及び酸化剤を送給する第２送給チャネルと連通する
    チャンバを含む請求項１から４のいずれか一項に記載の
    構造体。
  6. 【請求項６】第２送給チャネルが開放端をもつ管を含む
    請求項５に記載の構造体。
  7. 【請求項７】第２送給チャネルが閉鎖端をもつ管を含
    み、チャンバ内への送給がこの管の側方ノズルを介して
    行われる請求項５に記載の構造体。
  8. 【請求項８】燃料用の入口が、インゼクタ手段を囲むよ
    うに、但し絶縁手段によってインゼクタ手段から分離さ
    れるように主燃焼室の先端壁に形成された環状開口を含
    む請求項１から７のいずれか一項に記載の構造体。
  9. 【請求項９】前記入口がインゼクタ手段の周りに円形に
    配置された一連の個別ノズルを含む請求項１から７のい
    ずれか一項に記載の構造体。
  10. 【請求項１０】燃料用の入口が、燃料を主燃焼室の側壁
    に沿って送り、それによって前記側壁を冷却するように
    配置される請求項１から10のいずれか一項に記載の構造
    体。
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