JP3116068B2 - Scrum / race combined engine - Google Patents

Scrum / race combined engine

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JP3116068B2
JP3116068B2 JP05174208A JP17420893A JP3116068B2 JP 3116068 B2 JP3116068 B2 JP 3116068B2 JP 05174208 A JP05174208 A JP 05174208A JP 17420893 A JP17420893 A JP 17420893A JP 3116068 B2 JP3116068 B2 JP 3116068B2
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mach
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stage
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邦久 江口
守人 外川
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は地上から離陸し、宇宙空
間へ到達後、再び地上へ帰還できる単段式宇宙往還機等
の推進系に適用されるスクラム・レース複合エンジンに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combined scram / race engine applied to a propulsion system such as a single-stage spacecraft that can take off from the ground, reach space, and return to the ground again.

【0002】[0002]

【従来の技術】地上から離陸し、宇宙空間へ到達する単
段式の宇宙往還機の推進装置には従来、ターボ系エンジ
ン、ラム系エンジン及びロケットエンジンの3種類の複
合エンジンを必要としていた。その理由は、それぞれの
エンジンには速度に対する最適領域があり、かつ、燃
料、酸化剤等の使用条件も関わるからである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a propulsion device for a single-stage spacecraft that takes off from the ground and reaches space has conventionally required three types of combined engines: a turbo engine, a ram engine, and a rocket engine. The reason for this is that each engine has an optimum range for speed and also uses conditions such as fuel and oxidizer.

【0003】一般には離陸から或る速度迄の低速域では
ターボ系エンジンが用いられ、それ以上の或る高速域ま
ではラム系エンジンが用いられ、或る高速以上ないしは
酸化剤として用いる大気の極めて希薄な領域ではロケッ
トエンジンが用いられる。特にラム系エンジンは動圧
(ラム圧)を利用して大気(空気)を取入れるため、離
陸をも含めた低速域及び大気の希薄な宇宙空間では使用
不能という事情がある。大気を取入れて酸化剤(支燃
剤)とするターボ系エンジンも当然に宇宙空間では使用
不能である。
In general, a turbo engine is used in a low speed range from takeoff to a certain speed, a ram engine is used up to a certain high speed range, and extremely high atmospheric pressure used above a certain high speed or as an oxidant is used. Rocket engines are used in lean areas. In particular, a ram-based engine takes in the atmosphere (air) using dynamic pressure (ram pressure), and therefore cannot be used in a low-speed region including takeoff and in a space where the atmosphere is sparse. A turbo engine that takes in the atmosphere and uses it as an oxidizing agent (combustion agent) cannot be used in space.

【0004】なお、ロケットエンジンと空気吸込式エン
ジンの両方の性格を合わせ持つレース(LACE:Liqu
efied Air Cycle Engine:空気液化ロケットエンジン)
は有用性が高いものの、構造効率(推薬重量/全重量)
を小さくしないと成立たない宇宙往還機には単独では不
向きである。
A race having characteristics of both a rocket engine and an air suction type engine (LACE: Liqu
efied Air Cycle Engine)
Is highly useful, but structural efficiency (propellant weight / total weight)
It is not suitable for a spacecraft that cannot be established unless it is made smaller.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の単段式宇宙
往還機の推進装置には解決すべき次の課題があった。
The conventional single-stage spacecraft propulsion system has the following problems to be solved.

【0006】即ち、従来の複合エンジンは離陸時、加速
時、宇宙空間でそれぞれターボ系エンジン、ラム系エン
ジン、ロケットエンジンを必要としたため、エンジンが
最低でも3種類必要であり、単段式宇宙往還機の重量増
となるという問題があった。
That is, the conventional combined engine requires a turbo-type engine, a ram-type engine, and a rocket engine in takeoff, acceleration, and space, respectively, so that at least three types of engines are required. There was a problem that the weight of the machine increased.

【0007】本発明は上記問題を解決するため、2種類
のエンジンを複合したスクラム・レース複合エンジンを
提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a combined scrum / race engine in which two types of engines are combined to solve the above problems.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として、地上から離陸し宇宙空間へ到達後再び地上
へ帰還可能な単段式宇宙往還機等の推進装置に用いる複
合エンジンにおいて、主として離陸からマッハ5近傍の
速度領域及びマッハ20近傍以上の速度領域を分担可能
なレースおよびマッハ4近傍乃至マッハ25近傍の範囲
の速度領域を分担可能なスクラムジェットエンジンか
なる2種類のエンジンと、大気の極めて希薄な領域の飛
行時等にレースの酸化剤として供給可能な液体酸素を貯
留しておく酸素タンクとを用いるようにしたことを特徴
とするスクラム・レース複合エンジンを提供しようとす
るものである。
According to the present invention, there is provided a composite engine used in a propulsion device such as a single-stage spacecraft which can take off from the ground, return to the space after reaching the space, and return to the ground. mainly Mach 5 near the speed range and Mach 20 near or more sharing possible scramjet engine or Ranaru two speed region ranging from sharing possible race and Mach 4 near to Mach 25 near the speed range of the engine from takeoff And flying in extremely sparse regions of the atmosphere
Liquid oxygen that can be supplied as an oxidizing agent for racing
It is an object of the present invention to provide a combined scrum and race engine characterized by using an oxygen tank for storing the engine.

【0009】なお、ここにレースとはLACE(Liquef
ied Air Cycle Engine)の和称で、大気中の空気を水素
を冷媒とする熱交換器により液体とし、冷媒の水素を燃
料、液体空気を酸化剤として燃焼させることを特徴とす
るエンジンである。これにより、ロケット等の酸素タン
クを大幅に縮小することができる。レースの大気を取り
入れての作動範囲は0<M0 (飛行マッハ数)<5程度
であるが、予め蓄えた液体酸素を酸化剤に用いれば真空
に近い宇宙空間をロケットとして高速で飛行出来る。
[0009] Here, the race means LACE (Liquef
This is an engine that is characterized by the fact that air in the atmosphere is made into a liquid by a heat exchanger using hydrogen as a refrigerant, and the hydrogen of the refrigerant is used as fuel and the liquid air is used as an oxidant. Thereby, the oxygen tank of a rocket or the like can be significantly reduced. The operating range of the race taking in the atmosphere is about 0 <M 0 (flight Mach number) <5. However, if liquid oxygen stored in advance is used as an oxidizing agent, it is possible to fly at high speed as a rocket in space close to a vacuum.

【0010】また、スクラムジェットエンジンとはSC
RAM(Supersonic Combustion RAMjet engine )の和
称で、超音速飛行時にインテークを通って流入する超音
速空気流を超音速状態のまま燃焼させることを特徴とす
るエンジンである。一般にロケットエンジンやレースに
比べて比推力が高い。
A scramjet engine is an SC
RAM (Supersonic Combustion RAMjet engine), a supersonic airflow that flows through the intake during supersonic flight and burns in a supersonic state. Generally, it has higher specific thrust than rocket engines and races.

【0011】但し、作動範囲は4<M0 <25である。
即ちM0 >4まで加速する別の推進系が必要となる。
However, the operating range is 4 <M 0 <25.
That is, another propulsion system that accelerates to M 0 > 4 is required.

【0012】[0012]

【作用】本発明は上記のように構成されるので次の作用
を有する。
The present invention is configured as described above and has the following effects.

【0013】即ち、レースとスクラムジェットエンジン
とからなる2種類のエンジンを複合エンジンとして備
、しかも液体酸素を貯留可能な酸素タンクを設けてい
るので、宇宙往還機の離陸〜マッハ数程度の速度になる
までの加速フェーズでは、水素を冷媒として大気中から
取入れて液化した空気を酸化剤として使用するレースを
空気吸込式エンジンとして用い、マッハ5〜マッハ20
程度の速度になるまでの加速フェーズでは比推力の高い
スクラムジェットエンジンを用い、さらにマッハ数20
程度以上の速度にする加速フェーズでは、再びレースを
今度は酸素タンクから供給される液体酸素を酸化剤とし
て使用するロケットエンジンとして用いて作動させる。
このようにすることにより、2種類のエンジン、即ち軽
量なエンジンと軽量な酸素タンクで軽量な機体とするこ
とができ、単段式宇宙往還機の成立が可能となる。
That is, since two types of engines, a race and a scramjet engine, are provided as a combined engine and an oxygen tank capable of storing liquid oxygen is provided , the takeoff of the space shuttle vehicle to the Mach number In the acceleration phase until the speed becomes about the same, a race that takes in hydrogen as a refrigerant from the atmosphere and uses liquefied air as an oxidant is used as an air suction type engine, and Mach 5 to Mach 20 are used.
In the acceleration phase up to about the speed, a scramjet engine with high specific thrust was used, and a Mach number of 20
In the acceleration phase where the speed is higher than the speed, the race is again performed using liquid oxygen supplied from the oxygen tank
It is used as a rocket engine.
In this way, a lightweight aircraft can be constructed with two types of engines, a lightweight engine and a lightweight oxygen tank.
It is possible to establish a single-stage spacecraft.

【0014】[0014]

【実施例】本発明の一実施例を図1〜図6により説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0015】図1は本実施例のスクラム・レース複合エ
ンジンの模式的構成図で、本実施例のエンジンを搭載し
た単段式宇宙往還機の後部の側断面図である図4の要部
の姿勢等にほぼ対応させてある。
FIG. 1 is a schematic structural view of a combined scram and race engine according to this embodiment. FIG. 1 is a side sectional view of the rear part of a single-stage spacecraft equipped with the engine according to this embodiment. It almost corresponds to the posture and the like.

【0016】図2は本実施例の性能を明瞭にするために
示したレース、スクラムジェットエンジン及びロケット
の推力及び比推力の図で、(a)が推力を、(b)が比
推力を示す図、図3は本実施例のエンジンを搭載した単
段式宇宙往還機をLEO(Low Earth Orbit :地球低周
回軌道)に投入する場合のシナリオの図、図4は図1に
示す本実施例のスクラム・レース複合エンジンを搭載し
た単段式宇宙往還機の後部左側断面図、図5は図4に示
す本実施例搭載の単段式宇宙往還機の全体三面図で
(a)は平面図、(b)は左側面図、(c)は後面図、
図6は本実施例を搭載した単段式宇宙往還機の飛行にお
ける高度とマッハ数との関係を示した図である。
FIGS. 2A and 2B show the thrust and specific thrust of a race, a scramjet engine and a rocket shown for clarifying the performance of this embodiment. FIG. 2A shows the thrust and FIG. 2B shows the specific thrust. FIG. 3 and FIG. 3 are views showing a scenario in which a single-stage spacecraft equipped with the engine of this embodiment is inserted into an LEO (Low Earth Orbit). FIG. 4 is a diagram showing the embodiment shown in FIG. 5 is a rear left sectional view of a single-stage spacecraft equipped with a combined scrum / race engine of FIG. 5, FIG. 5 is an overall three-view diagram of the single-stage spacecraft mounted on this embodiment shown in FIG. 4, and FIG. , (B) is a left side view, (c) is a rear view,
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between altitude and Mach number in flight of a single-stage spacecraft equipped with this embodiment.

【0017】図1において、10はレース、11はスク
ラムジェットエンジンで、各々の構成領域を概括的に示
したもの、1は燃料用のスラッシュ水素タンク、2はレ
ース10用に空気取入口5より取入れた空気を液体水素
を冷媒として冷却液化するための熱交換器、3はガスジ
ェネレータ、4は大気の希薄になった高高度で酸化剤と
して用いるための液体酸素用の酸素タンク、5はレース
10、スクラムジェットエンジン11共用の空気取入
口、6はレース10とスクラムジェットエンジン11と
の位置関係を明示するために示した機体下部である。即
ち、図4にも示す通り、レース10は機体内部側に、ス
クラムジェットエンジン11は機体下部6の直下(外
側)にある。6aはスクラムジェットエンジン11の天
板、6bは側板、7及び8は水素バルブ、9は酸素バル
ブである。
In FIG. 1, 10 is a race, 11 is a scramjet engine, and each of the constituent areas is schematically shown. 1 is a slush hydrogen tank for fuel, and 2 is an air inlet 5 for the race 10. A heat exchanger for cooling and liquefying the taken-in air using liquid hydrogen as a refrigerant, 3 is a gas generator, 4 is an oxygen tank for liquid oxygen used as an oxidant at a high altitude diluted with air, and 5 is a race. Reference numeral 10 denotes an air intake commonly used for the scramjet engine 11, and reference numeral 6 denotes a lower portion of the fuselage shown for clarifying the positional relationship between the race 10 and the scramjet engine 11. That is, as shown in FIG. 4, the race 10 is located inside the fuselage and the scramjet engine 11 is located immediately below (outside) the lower fuselage 6. 6a is a top plate of the scramjet engine 11, 6b is a side plate, 7 and 8 are hydrogen valves, and 9 is an oxygen valve.

【0018】次に上記構成の作用について説明する。Next, the operation of the above configuration will be described.

【0019】上述の通り空気取入口5はスクラムジェッ
トエンジン11とレース10に共通であり、スクラムジ
ェットエンジン11は機体外部に、レース10の本体は
機体内部にそれぞれ設けられている。
As described above, the air intake 5 is common to the scramjet engine 11 and the race 10, and the scramjet engine 11 is provided outside the body, and the main body of the race 10 is provided inside the body.

【0020】始動時にはスクラムジェットエンジン11
側の水素ハルブ7を閉め、水素をレース10側へ流す。
また、LOX(液体酸素)はロケットモード時に使用す
るため、始動時はまだ、酸素バルブ9は閉である。機速
がマッハ5を越えたとき、レース10側のバルブ8を閉
め、かわりに水素バルブ7を開け、スクラムジェットエ
ンジン11の加速モードに移る。さらに機速がマッハ2
0を越え、高度50Km以上となったとき、スクラムジェ
ットエンジン11側の水素バルブ7を閉め、レース10
側の水素バルブ8と酸素バルブ9を開け、通常のLOX
/LH2 (液体酸素/液体水素)のロケットエンジンと
してレース10を作動させる。
At the start, the scramjet engine 11
The hydrogen halve 7 on the side is closed, and hydrogen flows to the race 10 side.
Since LOX (liquid oxygen) is used in the rocket mode, the oxygen valve 9 is still closed at the start. When the speed exceeds Mach 5, the valve 8 on the race 10 is closed, the hydrogen valve 7 is opened instead, and the mode shifts to the acceleration mode of the scramjet engine 11. Furthermore, the aircraft speed is Mach 2
When the altitude exceeds 50 km and the altitude exceeds 50 km, the hydrogen valve 7 on the scramjet engine 11 side is closed and the race 10
Open the hydrogen valve 8 and oxygen valve 9 on the
The race 10 is operated as a / LH 2 (liquid oxygen / liquid hydrogen) rocket engine.

【0021】このような構成になる、離陸時総重量35
0ton の単段式宇宙往還機に、4基のレース10と6基
のスクラムジェットエンジン11を搭載した場合の推力
・比推力線図を図2に示す。(a)は飛行マッハ数に対
する推力線図、(b)は飛行マッハ数に対する比推力線
図である。
With this configuration, the gross weight at takeoff 35
FIG. 2 shows a thrust / specific thrust diagram when the four races 10 and the six scramjet engines 11 are mounted on a 0-ton single-stage spacecraft. (A) is a thrust diagram for the flight Mach number, and (b) is a specific thrust diagram for the flight Mach number.

【0022】さらに、単段式宇宙往還機をLEOに投入
する際のシナリオについて図3に示す。
FIG. 3 shows a scenario when a single-stage spacecraft is inserted into LEO.

【0023】レースは課題を解決するための手段の項で
説明した通り、大気中の空気を水素を冷媒とする熱交換
器により液体とし、冷媒の水素を燃料、液体空気を酸化
剤として燃焼させることを特徴とするエンジンである。
従って大気中では酸化剤として空気を取入れて用いる
ことができるため、これにより、大気のない若しくは非
常に稀薄な大気しかない宇宙空間の飛行時におけるロケ
ット推進に必須となる酸化剤を供給する酸素タンク容積
を大巾に縮小することができるという利点がある。
来、レースの作動範囲は既述の通り大気中では0<M0
<5程度であるが、酸素タンクに貯留している液体酸素
が酸化剤として供給されてロケットとして用いれば、レ
ースの作動により大気のない若しくは非常に稀薄な大気
しかない宇宙空間でマッハ20以上の速度を得ること
ができる。従って本実施例では、レースをれらの二
つの速度域で用いるようにした
As described in the section of the means for solving the problems, the race turns the air in the atmosphere into a liquid with a heat exchanger using hydrogen as a refrigerant, burns the hydrogen of the refrigerant as fuel, and the liquid air as an oxidant. An engine characterized in that:
Therefore , since air can be taken in and used as an oxidizing agent in the atmosphere, the airless or non- air
There is an advantage that the volume of an oxygen tank for supplying an oxidant, which is essential for rocket propulsion during flight in outer space, which always has a lean atmosphere, can be greatly reduced. Book
Since then, the operating range of the race is 0 <M 0 in the atmosphere as described above.
<About 5, but liquid oxygen stored in oxygen tank
Is supplied as an oxidant and used as a rocket ,
Air or very sparse air due to source operation
Rukoto obtain a Mach 20 or more of the speed in the only space
Can be. Thus, in this example, it was to use a racing two speed region of their these.

【0024】一方、スクラムジェットエンジンは同じく
既述の通り、超音速飛行時にインテークを通って流入す
る超音速空気流を超音速状態のまま燃焼させることを特
徴とするエンジンであり、一般にロケットエンジンやレ
ースに比べて比推力が高い。
On the other hand, a scramjet engine is an engine characterized in that a supersonic air flow flowing through an intake during supersonic flight is burned in a supersonic state as described above, and is generally a rocket engine or a rocket engine. Higher specific thrust than race.

【0025】但し、作動範囲は4<M0 <25である。
即ちM0 >4まで加速する別の推進系が必要となる。従
って本実施例の通りレースと組合わせれば、離陸から大
気の絶無に近い宇宙までをきわめて能率的に飛行するこ
とができる。
However, the operating range is 4 <M 0 <25.
That is, another propulsion system that accelerates to M 0 > 4 is required. Therefore, when combined with a race as in the present embodiment, it is possible to fly very efficiently from takeoff to the universe where the atmosphere is infinite.

【0026】図2について説明すると、同図はレース、
スクラムジェットエンジン、ロケットの(a)推力と
(b)比推力を示した図である。
Referring to FIG. 2, there is shown a race,
It is a figure showing (a) thrust and (b) specific thrust of a scramjet engine and a rocket.

【0027】エンジンの性能を表わす比推力はスクラム
ジェットエンジンが最も高いが、既述の通りラム圧を利
用するためM>4でしか作動しない。レースはマッハ0
から作動でき、比推力もロケットエンジンより高いが図
2(a)に示す如く推力がマッハ数とともに低下してい
くため、マッハ5程度までしか使用できない。
Although the specific thrust indicating the engine performance is the highest in the scramjet engine, it operates only at M> 4 because the ram pressure is used as described above. The race is Mach 0
Although the specific thrust is higher than that of the rocket engine, the thrust decreases with the Mach number as shown in FIG.

【0028】一方、ロケットエンジンは推力、比推力が
マッハ数によらず、大気中であろうと宇宙空間であろう
とほぼ一定の値をとる。
On the other hand, the rocket engine has a substantially constant thrust and specific thrust regardless of the Mach number, whether in the atmosphere or in space.

【0029】そこでレースがエアブリージングエンジン
としてだけでなく、ロケットエンジンとしても作動する
ことに着目し、レースとスクラムジェットエンジンの特
徴を組み合せ、それぞれの作動範囲を示したものが図2
(a)である。
Focusing on the fact that the race operates not only as an air breathing engine but also as a rocket engine, the characteristics of the race and the scramjet engine are combined to show the respective operating ranges in FIG.
(A).

【0030】図2は既述の通り総重量が350ton で4
基のレースと6基のスクラムジェットエンジンを搭載し
た例で、図4、図5もこの例で示す。この場合の重量配
分は表1のようになり、総重量に比し、スラッシュ水
素、液体酸素の重量割合が小さくて足りるという利点が
ある。
FIG. 2 shows that the total weight is 350 tons and 4
FIGS. 4 and 5 show an example in which one race and six scramjet engines are mounted. The weight distribution in this case is as shown in Table 1, and there is an advantage that the weight ratio of slush hydrogen and liquid oxygen is small compared to the total weight.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】次に本実施例の単段式宇宙往還機をLEO
(地球低周回軌道)に投入する場合のシナリオを図3の
第1段階、第2段階、第3段階、第4段階について説明
する。 第1段階:離陸からマッハ5までのフェーズであり、推
進系としてレースを用いる。このとき高度は約20Kmに
達する。 第2段階:加速フェーズであり推進系としてスクラムジ
ェットエンジンを用いる。高度約40Kmでおよそマッハ
20まで加速したのち、機首を上に向け高度約50Kmに
到達する。 第3段階:レースのロケットモードフェーズであり、空
気の希薄となった高空において空気吸込式エンジンでは
なくロケットエンジンとして作動させる。このとき高度
は約500Kmまで達する。 第4段階:機体をLEOに投入するためアポジ点近傍で
レースをロケットエンジンとして再着火させる。
Next, the single-stage spacecraft of this embodiment is
A scenario in which the vehicle is put into (orbiting on the low Earth orbit) will be described with reference to the first stage, the second stage, the third stage, and the fourth stage in FIG. The first stage: From takeoff to Mach 5, the race is used as a propulsion system. At this time, the altitude reaches about 20 km. Second stage: The acceleration phase, in which a scramjet engine is used as a propulsion system. After accelerating to approximately Mach 20 at an altitude of about 40 km, the aircraft reaches an altitude of about 50 km with the nose upward. Third stage: The rocket mode phase of the race, in which the rocket engine is operated instead of the air suction engine in the high air where the air becomes lean. At this time, the altitude reaches about 500 km. Fourth stage: The race is reignited as a rocket engine near the apogee point to put the aircraft into LEO.

【0033】以上が単段式宇宙往還機をLEOに投入す
る場合のシナリオの一例である。なお、図6はその場合
の高度とマッハ数の関係を示した線図である。
The above is an example of a scenario in which a single-stage spacecraft is inserted into LEO. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the altitude and the Mach number in that case.

【0034】図4は既述した通り、本実施例のスクラム
・レース複合エンジンを搭載した単段式宇宙往還機の後
部の左側断面図で、2aは低圧熱交換器、2bは高圧熱
交換器、10はレース、11はスクラムジェットエンジ
ンである。12は可変インテーク、13はレースインテ
ーク、14はスクラムジェットエンジンインテークで、
これらは図1の空気取入口5に対応する。15はストラ
ット、16は圧縮機、17はスラッシュ水素ブーストポ
ンプ、18はレース10の燃焼器、19は液体空気ブー
ストポンプ、20はノズル、30は単段式宇宙往還機で
ある。
FIG. 4 is a left side sectional view of the rear part of the single-stage spacecraft equipped with the combined scrum and race engine of the present embodiment, as described above, wherein 2a is a low-pressure heat exchanger and 2b is a high-pressure heat exchanger. Reference numeral 10 is a race, and 11 is a scramjet engine. 12 is a variable intake, 13 is a race intake, 14 is a scramjet engine intake,
These correspond to the air intake 5 in FIG. 15 is a strut, 16 is a compressor, 17 is a slush hydrogen boost pump, 18 is a combustor of the race 10, 19 is a liquid-air boost pump, 20 is a nozzle, and 30 is a single-stage spacecraft.

【0035】図5は既述した通り図4の単段式宇宙往還
機30の全体図で、3角法で示してある。寸法は参考に
示したもので、勿論、これに限定されるものではない。
なお図示のように単段式宇宙往還機30には本実施例の
レース10、スクラムジェットエンジン11の他、姿勢
制御用エンジン(ROS)、軌道変更エンジン(OM
S)が搭載されている。
FIG. 5 is an overall view of the single-stage spacecraft 30 shown in FIG. The dimensions are shown for reference and, of course, are not limited to this.
As shown, the single-stage spacecraft 30 has an attitude control engine (ROS) and an orbit change engine (OM) in addition to the race 10 and the scramjet engine 11 of the present embodiment.
S) is mounted.

【0036】以上の通り、本実施例によれば、単段式宇
宙往還機の推進系をレースとスクラムジェットエンジン
を組合わせた複合エンジンとするので、マッハ0からで
も作動できる低速域ではレースを用い、ラム圧を有効に
利用できるマッハ5近傍以上では比推力の最も高いスク
ラムジェットエンジンを用い、外気を利用できなくなる
高高度では再びレースを、今度は、内蔵する液体酸素と
液体水素とによりロケットとして用いることができ、2
種類のエンジンで、しかも途中、大気圏では最大限に大
気を酸化剤として利用しながら宇宙へ到達することがで
き、少量の液体酸素で目的を果たせるため、従来の如く
3種類のエンジンを用いる必要なく軽量安価で宇宙往還
機の推進装置を得ることができるという利点がある。
As described above, according to the present embodiment, the propulsion system of the single-stage spacecraft is a composite engine combining a race and a scramjet engine. Use the scramjet engine with the highest specific thrust in the vicinity of Mach 5 where ram pressure can be effectively used, and race again at high altitude where outside air can not be used, this time with the built-in liquid oxygen and liquid hydrogen Can be used as 2
It is possible to reach space while using the atmosphere as an oxidizing agent to the maximum extent in the atmosphere, while using a small amount of liquid oxygen, so there is no need to use three types of engines as in the past. There is an advantage that a light and inexpensive propulsion device for a spacecraft can be obtained.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。
The present invention has the following effects because it is configured as described above.

【0038】即ち、本発明の複合エンジンによればレー
スが空気吸込式エンジンとロケットエンジンの両方の性
質を合わせもつことができ、これと比推力の高いスクラ
ムジェットエンジンを組み合せることにより離陸から宇
宙まで2種類のエンジンで単段式宇宙往還機を飛行させ
ることができる。
That is, according to the combined engine of the present invention, the race can combine the properties of both an air suction type engine and a rocket engine. Up to two types of engines can be used to fly a single-stage spacecraft.

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

【図1】本発明の一実施例のスクラム・レース複合エン
ジンの模式的構成図、
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a combined scram and race engine according to an embodiment of the present invention;

【図2】上記実施例のスクラム・レース複合エンジンの
飛行マッハ数に対する推力、比推力の関係図で、(a)
は推力の図、(b)は比推力の図、
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a thrust and a specific thrust with respect to a flight Mach number of the combined scram and race engine of the embodiment, and FIG.
Is a diagram of thrust, (b) is a diagram of specific thrust,

【図3】上記実施例のをスクラム・レース複合エンジン
を備えた単段式宇宙往還機をLEOに投入する場合のシ
ナリオの一例の図、
FIG. 3 is a diagram showing an example of a scenario in which a single-stage spacecraft equipped with a combined scrum / race engine is put into LEO according to the above embodiment;

【図4】上記実施例のスクラム・レース複合エンジンを
備えた単段式宇宙往還機の後部の左側断面図、
FIG. 4 is a left side sectional view of the rear part of the single-stage spacecraft equipped with the combined scrum and race engine of the above embodiment,

【図5】上記実施例のスクラム・レース複合エンジンを
備えた単段式宇宙往還機の三面図で、(a)は平面図、
(b)は左側面図、(c)は後面図、
FIG. 5 is a three-view drawing of a single-stage spacecraft equipped with the combined scrum and race engine of the embodiment, (a) is a plan view,
(B) is a left side view, (c) is a rear view,

【図6】上記実施例のスクラム・レース複合エンジンを
備えた単段式宇宙往還機の高度とマッハ数の関係図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between altitude and Mach number of a single-stage spacecraft equipped with the combined scrum and race engine of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スラッシュ水素タンク 2 熱交換機 2a 低圧熱交換機 2b 高圧熱交換機 3 ガスジェネレータ 4 酸素タンク 5 空気取入口 6 機体下部 7,8 水素バルブ 9 酸素バルブ 10 レース 11 スクラムジェットエンジン 16 圧縮機 18 燃焼器 20 ノズル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Slash hydrogen tank 2 Heat exchanger 2a Low pressure heat exchanger 2b High pressure heat exchanger 3 Gas generator 4 Oxygen tank 5 Air intake 6 Lower body 7,8 Hydrogen valve 9 Oxygen valve 10 Race 11 Scramjet engine 16 Compressor 18 Combustor 20 Nozzle

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 平6−241119(JP,A) 特開 平4−94442(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02K 7/14 F02K 7/18 Continuation of the front page (72) Inventor: Yoichiro Miki 1200, Higashi-Tanaka, Komaki, Aichi Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagoya Guidance Propulsion System Works (56) References JP-A-6-241119 (JP, A) JP-A-4- 94442 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F02K 7/14 F02K 7/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 地上から離陸し宇宙空間へ到達後再び地
上へ帰還可能な単段式宇宙往還機等の推進装置に用いる
複合エンジンにおいて、主として離陸からマッハ5近傍
の速度領域及びマッハ20近傍以上の速度領域の加速を
分担可能なレース、マッハ4近傍乃至マッハ25近傍の
範囲の速度領域の加速を分担可能なスクラムジェットエ
ンジンからなる2種類のエンジンと、前記レースに供給
する液体酸素を貯留可能な酸素タンクとを用いるように
したことを特徴とするスクラム・レース複合エンジン。
1. A composite engine used for a propulsion device such as a single-stage spacecraft that can take off from the ground and return to the ground after reaching space, mainly in a speed region near Mach 5 from takeoff and near a Mach 20 or higher. and speed range sharing possible race acceleration, Mach 4 near to Mach 25 near scramjet et <br/> Nji down or Ranaru two possible share accelerating speed area ranging from the engine, the race Supply to
And a combined oxygen tank capable of storing liquid oxygen .
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