JP2882023B2 - Air liquefaction engine - Google Patents
Air liquefaction engineInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は空気液化エンジンに関するものである。The present invention relates to an air liquefied engine.
［従来の技術］ 近年、宇宙往還機の開発が活発に進められつつある
が、特に近年では大気中を飛行する間は燃料の燃焼に必
要な酸素を空気中から取り入れて、宇宙往還機に搭載す
る酸化剤の量を節約するようにした空気液化エンジンが
研究されている。[Prior art] In recent years, the development of space planes has been actively promoted. In recent years, especially during flight in the atmosphere, oxygen necessary for fuel combustion is taken in from the air and installed on the space plane. Air liquefaction engines are being researched to save on the amount of oxidizing agents.
現在のロケットは、スペース・シャトルも含め、必要
な酸化剤はすべて搭載している。代表的な酸化剤は温度
−183℃の液体酸素であり、その重量は、代表的な燃料
である水素の６倍、スペース・シャトルでは、全重量の
約1/3にも達する。このため人工衛星などのペイロード
は、全体の約１〜２％程度の重量でしかない。Today's rockets have all the necessary oxidants, including the space shuttle. A typical oxidant is liquid oxygen at a temperature of -183 ° C, weighing six times that of a typical fuel, hydrogen, and about one-third of the total weight for a space shuttle. For this reason, the payload of an artificial satellite or the like weighs only about 1 to 2% of the whole.
これに比べ、空気中の酸素を用いる航空機の場合に
は、全重量のうち、燃料（この場合はジェット燃料）が
約40％、ペイロードは10％強まで上る。このことから、
酸化剤搭載量を最小にし、ペイロード率を高めて経済的
な宇宙輸送を実現する上で空気液化エンジンの開発が望
まれている。In comparison, aircraft using oxygen in the air make up about 40% of fuel (in this case, jet fuel) and payloads of just over 10% of the total weight. From this,
Development of an air liquefaction engine is desired to minimize the oxidizer loading, increase the payload rate, and achieve economical space transportation.
前記空気液化エンジンは、離陸から宇宙に飛びだすま
ですべて一本のエンジンで済ませようとの考え方で、ロ
ケットの形態を基本として考えられたエンジンであり、
原理は、吸入した空気を、−253℃の液体水素を冷媒と
して液化し、これを酸化剤としてロケット燃焼室に高圧
で送り込み、液体水素／液体空気ロケットエンジンとし
て燃焼・噴出させるものである。従って空気取入口と空
気の液化器を除けばロケットと同様の構成となる。The air liquefaction engine is an engine conceived based on the form of a rocket, with the idea that all engines from takeoff to launch into space need to be a single engine,
The principle is that the inhaled air is liquefied using liquid hydrogen at −253 ° C. as a refrigerant, sent to a rocket combustion chamber at a high pressure as an oxidant, and burned and ejected as a liquid hydrogen / liquid air rocket engine. Therefore, the configuration is the same as that of the rocket except for the air inlet and the air liquefier.
［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記空気液化エンジンには解決しなければな
らない種々の技術的課題が山積みされている。[Problems to be Solved by the Invention] However, the air liquefied engine has various technical problems to be solved.
本発明は特に宇宙往還機に搭載する酸化剤の量の節約
と、推進効率の増加を図ることを目的としている。It is an object of the present invention particularly to save the amount of oxidizing agent mounted on a spacecraft and increase propulsion efficiency.
［課題を解決するための手段］ 本発明はジェット部とロケット部とを備えた空気液化
エンジンであって、空気取入口と、水素タンクと、該水
素タンクの液体水素を前記空気取入口に配した空気予冷
器を経た後前記ジェット部とロケット部とに切換え可能
に供給する水素流路と、酸素タンクと、該酸素タンクの
液体酸素を前記ジェット部とロケット部とに切換え可能
に供給する酸素流路と、前記空気取入口から取入れた加
圧空気を前記水素流路の液体水素により冷却して液化し
液体酸素と液体窒素に分離する液化分離器と、該液化分
離器にて分離した液体酸素を前記酸素流路に導く酸素供
給流路と、前記液化分離器で分離した液体窒素を前記空
気取入口に配した空気予冷器を経た後前記ジェット部に
導く窒素流路とを備えたことを特徴とする空気液化エン
ジンにかかるものである。Means for Solving the Problems The present invention is an air liquefaction engine provided with a jet part and a rocket part, and distributes an air intake, a hydrogen tank, and liquid hydrogen in the hydrogen tank to the air intake. A hydrogen flow path that is switchably supplied to the jet section and the rocket section after passing through the air pre-cooler, an oxygen tank, and oxygen that is provided so that liquid oxygen in the oxygen tank is switchably supplied to the jet section and the rocket section. A flow path, a liquefied separator that cools and liquefies pressurized air taken in from the air inlet with liquid hydrogen in the hydrogen flow path and separates it into liquid oxygen and liquid nitrogen, and a liquid separated by the liquefied separator. An oxygen supply flow path that guides oxygen to the oxygen flow path; and a nitrogen flow path that guides the liquid nitrogen separated by the liquefaction separator to the jet section after passing through an air precooler disposed at the air intake. Sky characterized by It is related to the gasification engine.
［作用］ 大気中を飛行する際、液化分離器で分離した液化酸素
をジェット部に供給すると共に、余剰分を酸素タンクに
貯えておくことにより、ロケット部による宇宙空間の推
進に利用できる。[Function] When flying in the atmosphere, liquefied oxygen separated by the liquefied separator is supplied to the jet unit, and the surplus is stored in the oxygen tank, so that the rocket unit can be used for propulsion of outer space.
又、液化分離器で分離され液化窒素ガスを空気取入口
の空気予冷器に導いて空気の冷却を行うことにより、空
気の圧縮比が高められ、且つ前記窒素がジェット部に供
給されて排出ガスのボリュームが増加することによって
推力が増加する。In addition, the liquefied separator separates the liquefied nitrogen gas into an air pre-cooler at the air inlet to cool the air, thereby increasing the compression ratio of the air, and supplying the nitrogen to the jet section to discharge the exhaust gas. The thrust is increased by increasing the volume of the vehicle.
［実 施 例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例であり、飛行体の進行方向
前方に向けて開口させた空気取入口１から取入れた空気
２を空気流路３に有したポンプ４により昇圧して液化分
離器５に導き、且つ水素タンク６からの液体水素H2（−
253℃）を水素流路７により熱交換器８及びポンプ９を
介して前記液化分離器５に冷媒として導くことにより冷
却、液化し、液体酸素O2、液体窒素N2を分離して取出す
ようにしている。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which air 2 taken in from an air inlet 1 opened forward in the traveling direction of a flying object is pressurized by a pump 4 having an air flow path 3 to liquefy and separate. Liquid hydrogen H 2 (−
253 ° C.) through a hydrogen flow path 7 through a heat exchanger 8 and a pump 9 as a refrigerant to the liquefaction separator 5 for cooling and liquefaction to separate and extract liquid oxygen O 2 and liquid nitrogen N 2. I have to.
前記液化分離器５にて空気の冷却・液化を行った水素
H2は、水素流路７により前記空気取入口１に備えた空気
予冷器10に導かれて取入れる空気の予冷を行い、自身は
昇温された後、ジェット部11及びロケット部12に切換え
て供給されるようになっている。Hydrogen cooled and liquefied by the liquefaction separator 5
The H 2 is guided to an air pre-cooler 10 provided in the air inlet 1 by a hydrogen flow path 7 to pre-cool the air taken in. After the temperature of the H 2 is increased, the H 2 is switched to a jet unit 11 and a rocket unit 12. Are supplied.
又、酸素タンク13の液体酸素O2を酸素流路14により前
記熱交換器８及びポンプ15を介して前記ロケット部12に
導いて昇温を行った後、前記ジェット部11及びロケット
部12に切換えて供給するようにしている。After the liquid oxygen O 2 in the oxygen tank 13 is led to the rocket section 12 through the heat exchanger 8 and the pump 15 through the oxygen flow path 14 to increase the temperature, the liquid oxygen O 2 is supplied to the jet section 11 and the rocket section 12. It is switched and supplied.
更に、前記液化分離器５にて分離された液体酸素O
2は、酸素供給流路16により前記熱交換器８とポンプ15
との間の酸素流路14に供給するようにしてある。Further, the liquid oxygen O separated in the liquefaction separator 5
2 is an oxygen supply flow path 16 which is connected to the heat exchanger 8 and a pump 15
Is supplied to the oxygen flow path 14 between them.
又、前記液化分離器５にて分離された液体窒素N2は、
窒素流路17により前記空気取入口１に備えた空気予冷器
18に導かれて取入れる空気の予冷を行い、自身は昇温さ
れた後、前記ジェット部11に供給されるようになってい
る。The liquid nitrogen N 2 separated by the liquefaction separator 5 is
An air precooler provided at the air inlet 1 by a nitrogen flow path 17
The air is guided by 18 to pre-cool the air to be taken in, and after the temperature of the air itself is raised, the air is supplied to the jet unit 11.
上記空気液化エンジンによって大気中を飛行する間
は、水素タンク６の液体水素H2が、水素流路７により熱
交換器、ポンプ９、液化分離器５、空気予冷器10を介
し、気化された状態でジェット部11に導かれると共に、
空気取入口１から取入れられ空気予冷器10により予冷さ
れた空気２がポンプ４によって加圧された後、前記液化
分離器５に導かれて前記液体水素H2を冷媒とする冷却に
よって液化され、更に、液体酸素O2と液体窒素N2に分離
され、該分離された液体酸素O2が酸素供給流路16及びポ
ンプ15を有した酸素流路14を介して前記ジェット部11に
供給され、これによりジェット部11にて燃焼が行われて
推力が発生する。尚、地上からの発進時、燃焼のための
酸素O2の量が足りない分は、酸素タンク13の液体酸素O2
を酸素流路14を介して補給する。While flying in the atmosphere by the air liquefaction engine, the liquid hydrogen H 2 in the hydrogen tank 6 was vaporized by the hydrogen flow path 7 via the heat exchanger, the pump 9, the liquefaction separator 5, and the air precooler 10. While being guided to the jet unit 11 in the state,
After the air 2 taken in from the air inlet 1 and precooled by the air precooler 10 is pressurized by the pump 4, the air 2 is guided to the liquefaction separator 5 and liquefied by cooling using the liquid hydrogen H 2 as a refrigerant. Further, liquid oxygen O 2 and liquid nitrogen N 2 are separated, and the separated liquid oxygen O 2 is supplied to the jet unit 11 through an oxygen flow path 14 having an oxygen supply flow path 16 and a pump 15, As a result, combustion is performed in the jet unit 11 to generate thrust. Incidentally, when starting from the ground, the amount that the amount of oxygen O 2 for combustion is insufficient, liquid oxygen O 2 oxygen tank 13
Is supplied via the oxygen flow path 14.
前記大気中の飛行時に液化分離器５で作り出される液
体酸素O2の量がジェット部11で燃焼に供される酸素O2の
量を少し上回るように各装置の容量等を選定しておき、
その余剰分を酸素供給流路16及び酸素流路14に備えた熱
交換器８を介して前記酸素タンク13に戻すようにする。
このとき、酸素タンク13に戻される酸素O2は、熱交換器
８での液体水素H2による冷却によって確実に液化されて
いる。The capacity of each device is selected so that the amount of liquid oxygen O 2 produced by the liquefaction separator 5 during the flight in the atmosphere slightly exceeds the amount of oxygen O 2 provided for combustion in the jet unit 11,
The surplus is returned to the oxygen tank 13 via the heat exchanger 8 provided in the oxygen supply passage 16 and the oxygen passage 14.
At this time, the oxygen O 2 returned to the oxygen tank 13 is surely liquefied by cooling with the liquid hydrogen H 2 in the heat exchanger 8.
一方、前記液化分離器５にて液化分離された液体窒素
N2は、窒素流路17により空気取入口１の空気予冷器18に
導かれて、取入れる空気２の予冷を更に行い、自身は昇
温ガス化されてジェット部11に供給される。On the other hand, the liquid nitrogen separated and liquefied by the liquefaction separator 5
The N 2 is guided to the air pre-cooler 18 of the air inlet 1 by the nitrogen flow path 17 to further pre-cool the air 2 to be taken in. The N 2 itself is heated and gasified and supplied to the jet unit 11.
このとき、ジェット部11による推力は、該ジェット部
11から後方に排出される排出ガスのボリュームに大きく
影響されるため、推力を増大させるためには水素H2及び
酸素O2の推進剤の供給を増加すれば良いが、その場合に
は推進剤の消費量が増加し、又燃焼温度も上昇するので
そのための対策を講じる必要がある。At this time, the thrust by the jet unit 11 is
Since it is greatly affected by the volume of the exhaust gas discharged backward from 11, the thrust can be increased by increasing the supply of the propellant of hydrogen H 2 and oxygen O 2. Since the consumption of fuel increases and the combustion temperature also increases, it is necessary to take measures for that.
これに対し、前記窒素N2をジェット部11に供給するこ
とにより、排出ガスの温度を上昇させることなく排出ガ
スのボリュームを増加させることができ、よって窒素N2
を推進剤の一部として利用し、水素H2、酸素O2の消費量
を少なくしてしかも推力を高めることができる。In contrast, by supplying the nitrogen N 2 to the jet unit 11, it is possible to increase the volume of the exhaust gas without raising the temperature of the exhaust gas, thus the nitrogen N 2
Can be used as a part of the propellant to reduce the consumption of hydrogen H 2 and oxygen O 2 and increase the thrust.
一方、宇宙空間を飛行する際は、水素タンク６の液体
水素H2及び酸素タンク13の液体酸素O2をロケット部12に
供給するように切換えて、ロケット部12により推力を得
るようにする。On the other hand, when flying in the outer space, the liquid hydrogen H 2 in the hydrogen tank 6 and the liquid oxygen O 2 in the oxygen tank 13 are switched to be supplied to the rocket unit 12 so that thrust is obtained by the rocket unit 12.
尚、本発明の空気液化エンジンは、上述の実施例にの
み限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。It should be noted that the air liquefaction engine of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の空気液化エンジンによ
れば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。[Effects of the Invention] As described above, according to the air liquefaction engine of the present invention, various excellent effects as described below can be obtained.
（ｉ） 大気中を飛行する際、液化分離器で分離した液
化酸素をジェット部に供給すると共に、余剰分を酸素タ
ンクに貯えておくことにより、ロケット部による宇宙空
間での推進に利用することができ、よって宇宙往還機へ
の液体酸素の搭載量を削減できる。(I) When flying in the atmosphere, supply the liquefied oxygen separated by the liquefaction separator to the jet unit, and store the surplus in the oxygen tank, so that the rocket unit can be used for propulsion in outer space. Therefore, the amount of liquid oxygen loaded on the spacecraft can be reduced.
（ii） 液化分離器で分離され液化窒素ガスを空気取入
口の空気予冷器に導いて空気の冷却を行うことにより、
空気の圧縮比を高めることができ、且つ前記窒素をジェ
ット部に供給することにより排出ガスのボリュームが増
加されて推力が増大される。(Ii) The liquefied separator separates the liquefied nitrogen gas into an air pre-cooler at the air intake to cool the air,
The compression ratio of air can be increased, and by supplying the nitrogen to the jet section, the volume of exhaust gas is increased and thrust is increased.
第１図は本発明の一実施例を示すフローチャートであ
る。 １は空気取入口、５は液化分離器、６は水素タンク、７
は水素流路、10は空気予冷器、11はジェット部、12はロ
ケット部、13は酸素タンク、14は酸素流路、16は酸素供
給流路、17は窒素流路、18は空気予冷器を示す。FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the present invention. 1 is an air intake, 5 is a liquefaction separator, 6 is a hydrogen tank, 7
Is a hydrogen flow path, 10 is an air precooler, 11 is a jet section, 12 is a rocket section, 13 is an oxygen tank, 14 is an oxygen flow path, 16 is an oxygen supply flow path, 17 is a nitrogen flow path, 18 is an air precooler. Is shown.
Claims (1)
化エンジンであって、空気取入口と、水素タンクと、該
水素タンクの液体水素を前記空気取入口に配した空気予
冷器を経た後前記ジェット部とロケット部とに切換え可
能に供給する水素流路と、酸素タンクと、該酸素タンク
の液体酸素を前記ジェット部とロケット部とに切換え可
能に供給する酸素流路と、前記空気取入口から取入れた
加圧空気を前記水素流路の液体水素により冷却して液化
し液体酸素と液体窒素に分離する液化分離器と、該液化
分離器にて分離した液体酸素を前記酸素流路に導く酸素
供給流路と、前記液化分離器で分離した液体窒素を前記
空気取入口に配した空気予冷器を経た後前記ジェット部
に導く窒素流路とを備えたことを特徴とする空気液化エ
ンジン。1. An air liquefaction engine having a jet part and a rocket part, after passing through an air intake, a hydrogen tank, and an air precooler having liquid hydrogen in the hydrogen tank disposed in the air intake. A hydrogen flow path for switchably supplying the jet section and the rocket section; an oxygen tank; an oxygen flow path for switchably supplying liquid oxygen from the oxygen tank to the jet section and the rocket section; A liquefied separator that cools and liquefies pressurized air taken in from the inlet with liquid hydrogen in the hydrogen channel and separates it into liquid oxygen and liquid nitrogen, and the liquid oxygen separated by the liquefied separator is supplied to the oxygen channel. An air liquefaction engine, comprising: an oxygen supply flow path for guiding the liquid nitrogen; and a nitrogen flow path for guiding the liquid nitrogen separated by the liquefaction separator to the jet section after passing through an air precooler disposed at the air intake. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2277094A JP2882023B2 (en) | 1990-10-16 | 1990-10-16 | Air liquefaction engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2277094A JP2882023B2 (en) | 1990-10-16 | 1990-10-16 | Air liquefaction engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04153550A JPH04153550A (en) | 1992-05-27 |
| JP2882023B2 true JP2882023B2 (en) | 1999-04-12 |
Family
ID=17578692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2277094A Expired - Lifetime JP2882023B2 (en) | 1990-10-16 | 1990-10-16 | Air liquefaction engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2882023B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2766911B1 (en) * | 1997-08-04 | 1999-09-03 | Air Liquide | METHOD AND APPARATUS FOR TRANSFERRING MATERIAL BETWEEN A LIQUID AND A GAS FLOWING COUNTER-CURRENT, AND VEHICLE EQUIPPED WITH SUCH APPARATUS |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3768254A (en) | 1962-07-09 | 1973-10-30 | Boeing Co | Rocket propulsion method and means |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63302166A (en) * | 1987-06-01 | 1988-12-09 | Natl Aerospace Lab | Separated type liquid-air cycle engine |
-
1990
- 1990-10-16 JP JP2277094A patent/JP2882023B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3768254A (en) | 1962-07-09 | 1973-10-30 | Boeing Co | Rocket propulsion method and means |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04153550A (en) | 1992-05-27 |
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