JP3185501B2 - ラム燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラム燃焼装置に係り、
特に、ラムジェットエンジンを広い飛行マッハ数範囲に
おいて高い燃焼効率で作動させる技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ラムジェットエンジンは、ガスタービン
エンジンのような空気圧縮機を有していないものの、燃
焼器ダクト内に高速で流入する空気をラム圧を利用して
圧縮するようにしており、構造が単純であり、かつ、機
体の航行速度が大きくなるほど燃焼効率を向上させるこ
とができると考えられ、例えばマッハ数２．５〜５の航
行速度の超音速航空機や宇宙往還機への適用が研究され
ている。

【０００３】図４は、ラムジェットエンジンの概略構造
を示すもので、符号１はデイフューザ、２は燃焼器ダク
ト、３は燃焼室、４はジェットノズル、５は燃焼装置
（ラム燃焼装置）である。そして、燃焼装置５として
は、図５及び図６に示すものが提案されている。

【０００４】図５例の燃焼装置５は、円筒状の燃焼器ダ
クト２の内部に、燃料ノズル６を複数配するとともに、
各燃料ノズル６の下流位置に環状のフレームホルダ（保
炎器）７を配し、該フレームホルダ７の近傍に点火栓８
を配した構成で、燃料ノズル６及びフレームホルダ７
は、燃焼器ダクト２の内面に周方向に間隔を空けて配し
た複数の片持ち梁状の支持梁９によって支持されてい
る。そして、燃料ノズル６の複数の噴出孔６ａから、矢
印で示す気流Ｇに燃料を噴射して混合流とし、点火栓８
で混合流に点火するとともに、フレームホルダ７のＶ字
状断面によりその後流に乱れの多い低流速域を発生させ
て、燃焼状態を保持する保炎を行なうようにしている。

【０００５】この図５例の燃焼装置５では、高マッハ時
のように適性なラム圧による空気の圧縮が行なわれる
と、空気と燃料との混合流がフレームホルダ７の後方で
低速域となることに基づいて、燃焼状態の維持に加え
て、空気と燃料との混合攪拌が促進されて高い燃焼効率
を得ることができる。

【０００６】一方、図６例の燃焼装置５は、円筒状の燃
焼器ダクト２の燃焼室３に、中空半球状の主燃焼器型保
炎器１０を配するとともに、主燃焼器型保炎器１０の下
流側外周に、ガッタ型保炎器１１を周方向に間隔を空け
て配し、主燃焼器型保炎器１０に燃料ノズル１２を接続
した構成で、主燃焼器型保炎器１０及びガッタ型保炎器
１１の部分は、複数の片持ち梁状の支持梁９によって支
持されている。そして、燃料供給系１３の作動時に燃料
ノズル１２から燃料を噴射して、点火栓８で点火すると
ともに、主燃焼器型保炎器１０の形状に基づいて保炎を
行ないながら、ガッタ型保炎器１１のＶ字状断面により
乱れの多い低流速域を発生させて、燃焼炎と空気との混
合による完全燃焼を図るようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、燃焼装置５が
図５例の構造である場合には、マッハ数が小さい低超音
速航行状態や亜音速航行状態で、ラム圧を利用して燃焼
器ダクト２の内部の気流を十分に圧縮することができ
ず、かつ空気温度の上昇が不十分なものとなるため、燃
焼効率が低下することや燃料の着火性に悪影響を及ぼす
ことが起こり易くなる。また、燃焼装置５が図６例の構
造である場合には、マッハ数が大きい超音速航行状態
で、燃料ノズル１２からの燃料供給量の増加に、主燃焼
器型保炎器１０の内部に空気導入孔１０ａから導入する
空気量の増加が追従できなくなり、主燃焼器型保炎器１
０の内部が燃料過濃な状態となって、火炎の吹き消え現
象が生じて燃焼効率が低下してしまうことが考えられ
る。

【０００８】本発明は、これらの課題に鑑みてなされた
もので、広い飛行マッハ数範囲の燃焼効率を向上させる
のに加えて、以下の目的を有するものである。 主燃焼器型保炎器の内部における火炎の吹き消え現象
の発生を防止するとともに、火炎長の短縮を図ること。 主燃焼器型保炎器の内部が燃料過濃状態となる現象の
発生を抑制しながら、飛行マッハ数の上昇とともに、主
燃焼器型保炎器の燃焼量を増大させること。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成する複
数の手段を提案する。第１の発明は、ラムジェットエン
ジンの燃焼器ダクトの内部に搭載されるラム燃焼装置に
おいて、燃焼器ダクトの気流中に配され主燃料ノズルか
ら噴射させた燃料の燃焼を行なう主燃焼器型保炎器と、
該主燃焼器型保炎器の外側に配され燃焼器ダクトの気流
と主燃焼器型保炎器の燃焼炎とを混合させるガッタ型保
炎器と、該ガッタ型保炎器の上流の離間位置に主燃焼器
型保炎器の回りを囲んだ状態に配され下流に向けて燃料
を噴射するスプレーリングと、飛行マッハ数に応じて主
燃料ノズル及びスプレーリングへの燃料供給及びその配
分の制御を行なう燃料制御手段とを具備し、燃料制御手
段は、所定のマッハ数以下の低マッハ数飛行時には主燃
焼ノズルのみに燃料を供給し、該所定のマッハ数を超え
る高マッハ数飛行時には主燃焼ノズルとスプレーリング
とに燃料を供給する構成を採用している。第２の発明
は、ラムジェットエンジンの燃焼器ダクトの内部に搭載
されるラム燃焼装置において、燃焼器ダクトの気流中に
配され燃料ノズルから噴射させた燃料の燃焼を行なう主
燃焼器型保炎器と、該主燃焼器型保炎器の外壁に貫通状
態にかつ外方に突出状態に配され上流方向に向けた外側
開口から気流の一部を主燃焼器型保炎器の内部に取り入
れる空気導入管とを具備する構成を採用している。

【００１０】

【作用】第１の発明にあっては、低マッハ数飛行時に、
燃料制御手段の指令により、主燃料ノズルから燃料噴射
が行なわれて、主燃焼器型保炎器が燃焼状態とされ、そ
の燃焼炎は、ガッタ型保炎器で発生させた乱れに基づく
燃焼炎と空気との混合により、完全燃焼が図られる。高
マッハ数飛行時には、燃料制御手段の指令により、主燃
料ノズルへの燃料供給量の抑制とスプレーリングへの燃
料供給量の増加とが行なわれて、主燃焼器型保炎器の内
外に燃焼炎が形成され混合化が図られ、全体の火炎長が
短縮される。第２の発明にあっては、空気導入管の外側
開口から、気流の一部が主燃焼器型保炎器の内部に取り
入れられるが、外側開口が外方に突出状態に配されてい
るために、マッハ数が大きくなると、これに基づいて空
気の取り入れ量も多くなって、主燃焼器型保炎器の内部
における燃料と空気との混合比が設定範囲内に保持され
たまま、主燃焼器型保炎器の燃焼量が増大する。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明に係るラム燃焼装置の第１実
施例を示すものである。図１において、符号２０はラム
燃焼装置、２１はスプレーリング、２２は燃料制御手
段、２３は燃料制御部、２４は低マッハ数時燃料供給手
段、２５は高マッハ数時燃料供給手段である。

【００１２】該ラム燃焼装置２０にあっては、燃焼器ダ
クト２の内壁に支持梁９によって支持された状態に例え
ば燃焼器ダクト２の周方向に間隔を空けて複数配される
主燃焼器型保炎器１０と、該主燃焼器型保炎器１０の下
流開口部の近傍位置に周方向に間隔を空けて複数配され
るガッタ型保炎器１１と、該ガッタ型保炎器１１の上流
の離間位置に主燃焼器型保炎器１０の回りを囲んだ状態
に同心円状に配され下流に向けた複数の噴出孔２１ａを
有するスプレーリング２１と、主燃料ノズル１２及びス
プレーリング２１に接続される燃料制御手段２２とを具
備している。

【００１３】そして、燃料制御手段２２にあっては、飛
行マッハ数の維持に必要とする燃料供給量を算出すると
ともに、主燃料ノズル（燃料ノズル）１２及びスプレー
リング２１への燃料配分比を飛行マッハ数に応じて設定
するための燃料制御部２３と、該燃料制御部２３と主燃
料ノズル１２及びスプレーリング２１との間に介在状態
に配され、燃料制御部２３の指令により燃料配分比に応
じた燃料供給を行なう低マッハ数時燃料供給手段２４及
び高マッハ数時燃料供給手段２５とを有している。

【００１４】このように構成されているラム燃焼装置２
０において、マッハ数が例えば２．５以下の低マッハ数
飛行時にあっては、主燃焼器型保炎器１０のみに燃料を
供給して燃焼させることが行なわれる。つまり、燃料制
御部２３が、飛行マッハ数に対応する燃焼器ダクト２の
空気挿通量、空気導入孔１０ａによる主燃焼器型保炎器
１０の内部への空気取り入れ量等によって、主燃焼器型
保炎器１０の内部の燃料濃度を算出し、主燃焼器型保炎
器１０の内部が燃料過濃で火炎の吹き消え現象が発生し
ない条件を満足する場合には、燃料供給量の全量を主燃
料ノズル１２から噴射して点火栓８で点火させることに
より、主燃焼器型保炎器１０に供給した燃料のみを燃焼
させることが行なわれ、この燃焼炎は、ガッタ型保炎器
１１で発生させた乱れに基づいて空気との混合化が促進
されるとともに、完全燃焼状態に導かれる。

【００１５】マッハ数が例えば２．５以上の高マッハ数
飛行時にあっては、主燃焼器型保炎器１０による燃焼に
スプレーリング２１からの燃料噴出による燃焼が付加さ
れる。つまり、燃焼器ダクト２の空気挿通量、主燃焼器
型保炎器１０の内部への空気取り入れ量、主燃焼器型保
炎器１０の内部が燃料過濃状態に至らない燃料供給量、
スプレーリング２１に供給すべき燃料供給量、燃料配分
比等を算出して、低マッハ数時燃料供給手段２４及び高
マッハ数時燃料供給手段２５により主燃料ノズル１２及
びスプレーリング２１にそれぞれの配分比の燃料供給を
行なって燃焼させる。主燃焼器型保炎器１０の作動によ
る火炎Ｆａの形成と、スプレーリング２１の作動による
火炎Ｆｂの形成とを行なうと、主燃焼器型保炎器１０の
下流及びガッタ型保炎器１１の下流にそれぞれ形成され
る火炎Ｆａ，Ｆｂが相互に干渉し合って未燃燃料と空気
（酸素）との混合促進がなされ、完全燃焼状態となり、
かつ全体の火炎が短くなる。

【００１６】次いで、図２及び図３に基づき本発明に係
るラム燃焼装置の第２実施例について説明する。図２及
び図３において、符号３０はラム燃焼装置、３１は空気
導入管、３１ａは外側開口である。

【００１７】該ラム燃焼装置３０は、燃焼器ダクト２の
内部に配される前述した主燃焼器型保炎器１０と、該主
燃焼器型保炎器１０の外壁に貫通状態にかつ気流Ｇに対
して傾斜状態で交差するように外方に突出して取り付け
られる空気導入管３１と、該空気導入管３１の先端に上
流方向に向けて明けられる外側開口３１ａとを有してい
る。

【００１８】このように構成されているラム燃焼装置３
０にあっては、燃焼器ダクト２の燃焼室３に気流Ｇが形
成されていると、外側開口３１ａの開口面積の比率によ
り、空気取り入れ量が設定される。この際に、各外側開
口３１ａが上流方向に向かうように設定されており、か
つ、各外側開口３１ａが主燃焼器型保炎器１０の外表面
から突出分だけ離間しているために、主燃焼器型保炎器
１０の外表面に沿う低流速な空気の流れの影響を受ける
ことがなく、外側開口３１ａの開口面積分だけ気流Ｇの
一部が取り入れられ、かつ、気流Ｇの流速にほぼ比例し
た空気量の空気が導入されることになる。

【００１９】したがって、図２及び図３例のラム燃焼装
置３０にあっては、飛行マッハ数の上昇時に、気流Ｇの
挿通量の増加に比例するように、外側開口３１ａによる
空気の導入量が増加することにより、主燃焼器型保炎器
１０の内部における燃料過濃現象の発生が抑制されて、
燃焼状態の維持性が向上する。

【００２０】〔他の実施態様〕本発明にあっては、上述
した実施例に代えて以下の技術を採用することができ
る。 ａ）主燃焼器型保炎器１０の設置数を複数とし、その配
置を任意とすること。 ｂ）主燃焼器型保炎器１０の形状を任意とすること。 ｃ）空気導入管３１がラム燃焼装置３０の側壁にも配さ
れること。 ｄ）空気導入管３１の設置数を任意とすること。 ｅ）図１に示す空気導入孔１０ａと空気導入管３１とを
併用すること。

【００２１】

【発明の効果】第１の発明に係るラム燃焼装置によれ
ば、以下のような優れた効果を奏する。 （１） 主燃焼器型保炎器の外側にガッタ型保炎器を配
するとともに、該ガッタ型保炎器の上流にスプレーリン
グを配して、高マッハ数飛行時に燃料制御手段により主
燃焼器型保炎器への燃料供給量の増加を抑制しつつ、そ
の分の燃料をスプレーリングに供給する調整を行なうも
のであるから、燃料の燃焼量を増大させる際に、主燃焼
器型保炎器の内部が燃料過濃状態となることを防止し
て、高マッハ数飛行時における完全燃焼性を促進させ
て、広い飛行マッハ数範囲の燃焼効率を向上させること
ができる。 （２） 従来例と比較して、火炎の吹き消え現象の発生
を防止するとともに、火炎長を短縮してラムジェットエ
ンジンの小型化を達成することができる。 第２の発明に係るラム燃焼装置によれば、以下のような
優れた効果を奏する。主燃焼器型保炎器の外壁に、これ
を貫通する空気導入管を配し、外側開口を上流方向に向
けることにより、飛行マッハ数の上昇とともに主燃焼器
型保炎器への空気導入量を増加させ、燃料の燃焼量を増
大させる場合にあっても、主燃焼器型保炎器の内部が燃
料過濃状態となることを抑制して、主燃焼器型保炎器に
よる燃焼量を増大させて、エンジンの高出力を達成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るラム燃焼装置の第１実施例を示す
ブロック図を併記した正断面図である。

【図２】本発明に係るラム燃焼装置の第２実施例を示す
正断面図である。

【図３】図２の要部を拡大した正断面図である。

【図４】ラムジェットエンジンの概略構造を示す正断面
図である。

【図５】ラム燃焼装置の従来構造例を示す正断面図であ
る。

【図６】ラム燃焼装置の他の従来構造例を示す正断面図
である。

【符号の説明】

Ｇ 気流 １ デイフューザ ２ 燃焼器ダクト ３ 燃焼室 ４ ジェットノズル ５ 燃焼装置（ラム燃焼装置） ６ 燃料ノズル ６ａ 噴出孔 ７ フレームホルダ（保炎器） ８ 点火栓 ９ 支持梁 １０ 主燃焼器型保炎器 １０ａ 空気導入孔 １１ ガッタ型保炎器 １２ 主燃料ノズル（燃料ノズル） ２０ ラム燃焼装置 ２１ スプレーリング ２２ 燃料制御手段 ２３ 燃料制御部 ２４ 低マッハ数時燃料供給手段 ２５ 高マッハ数時燃料供給手段 ３０ ラム燃焼装置 ３１ 空気導入管 ３１ａ 外側開口 Ｆａ，Ｆｂ 燃焼炎

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭31−2252（ＪＰ，Ｂ１) 特許156236（ＪＰ，Ｃ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02K 7/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラムジェットエンジンの燃焼器ダクトの
   内部に搭載されるラム燃焼装置であって、燃焼器ダクト
   の気流中に配され主燃料ノズルから噴射させた燃料の燃
   焼を行なう主燃焼器型保炎器と、該主燃焼器型保炎器の
   外側に配され燃焼器ダクトの気流と主燃焼器型保炎器の
   燃焼炎とを混合させるガッタ型保炎器と、該ガッタ型保
   炎器の上流の離間位置に主燃焼器型保炎器の回りを囲ん
   だ状態に配され下流に向けて燃料を噴射するスプレーリ
   ングと、飛行マッハ数に応じて主燃料ノズル及びスプレ
   ーリングへの燃料供給及びその配分の制御を行なう燃料
   制御手段とを具備し、燃料制御手段は、所定のマッハ数以下の低マッハ数飛行
   時には主燃焼ノズルのみに燃料を供給し、該所定のマッ
   ハ数を超える高マッハ数飛行時には主燃焼ノズルとスプ
   レーリングとに燃料を供給すること を特徴としていま
   す。