JP3305909B2 - 予混合噴射装置 - Google Patents

予混合噴射装置

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JP3305909B2
JP3305909B2 JP05117595A JP5117595A JP3305909B2 JP 3305909 B2 JP3305909 B2 JP 3305909B2 JP 05117595 A JP05117595 A JP 05117595A JP 5117595 A JP5117595 A JP 5117595A JP 3305909 B2 JP3305909 B2 JP 3305909B2
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ドウニ・ロジエ・ヘンリ・アンサルト
パトリス・アンドレ・コマレ
エテイエンヌ・シモン・レーヌ・ダビド
ミシエル・アンドレ・アルベルト・デソルテイ
ブルーノ・ミシエル・マルク・クインクイノー
ドウニ・サンデリ
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ソシエテ・ナシオナル・デテユード・エ・ドウ・コンストリユクシオン・ドウ・モトール・ダヴイアシオン、“エス．エヌ．ウ．セ．エム．アー．”
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    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
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    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気及び燃料の混合気
をターボジェットエンジンの燃焼室における燃焼領域に
供給する予混合噴射装置に関するものであり、上記噴射
装置は予混合領域と、燃料を予混合領域に送り込むため
の手段と、圧縮空気を上記予混合領域に導入することで
燃料を微細な粒子に分散させ、又、予混合領域から排出
されるときに渦状の軸流を生起するための手段とを備え
ている。
【０００２】
【従来の技術】現在の情勢は、航空機用ターボジェット
エンジンに二つのヘッド、つまり二つのモジュールをも
った燃焼室を装備することであり、一方のヘッドは低速
運転用、他方のヘッドは離陸運転又は全速運転用であ
る。この二つのヘッドは半径方向に隔たっているが、離
陸用ヘッドは、エンジンの軸から見て内側に置いても、
あるいは逆に外側に置いてもよい。二つのヘッドをもっ
たこの形式の燃焼室において離陸用ヘッドは一般に予混
合を伴った噴射装置を装備しており、この噴射装置は空
力噴射器を備え、この空力噴射器は軸方向又は半径方向
の空気スワラを伴っており、又、予混合管の上流端に配
置されている。
【０００３】予混合管は先細の形でも末広がりの形でも
よい。
【０００４】先細管の場合、流れを一様に加速すること
で、逆火現象に関するマージンを確保することを目的と
しているが、炎の安定性は燃焼室の底の隅においてしか
実現されない。対照的に管が末広がりのとき、中央に再
循環領域が現れるのが観察される。先細管の場合、高い
速度と低い混合気濃度とを考慮して当量比を０．６付近
としたとき、燃焼室の底の隅の再循環領域と希望混合気
濃度とをもってしても燃焼の安定性性能を容易に満足さ
せることはできない。
【０００５】ＥＰ−Ａ−０ ４４１ ５４２号は二段式
バーナを示しており、バーナの中では燃料噴射器と燃焼
領域との間にベンチュリ管が配置されている。このバー
ナは天然ガスあるいは炭化水素蒸気に適応している。
【０００６】ＦＲ−Ａ−２ １１６ ３６３号も同様
に、燃料噴射器と燃焼領域との間に配置されたベンチュ
リ管を示している。ここで、ベンチュリ管は燃料の円錐
形ジェットを取り囲んでいる。ベンチュリ管の収束部分
は噴射器の周りで空気を加速させる。広がり方は燃料の
円錐の接線方向である。この装置内でベンチュリ管のス
ロート部より上流で予混合が起こることはない。このベ
ンチュリ管の目的は、ベンチュリ管の絞りの正面におい
て混合気の濃度が化学量論から見て、燃焼を阻止するほ
ど高くなり、更にその燃焼が混合気の流速から不可能に
なるようにすることである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、気化
混合気が十分に濃い領域内で安定した燃焼を得ることの
できる噴射装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、予混合
管は上流において本来の予混合領域を取り囲んでいる先
細部分を有し、下流には中間領域を規定する末広がり部
分を有し、又、該中間領域内に空気を噴射することによ
り、前記中間領域内で空気が膨張している間、予混合領
域から排出された流れの乱れを助長するための手段が用
意されているという事実からこの目的が達成される。
【０００９】第１の実施例では、空気を中間領域内に噴
射するための手段が、末広がり部分の壁に穿たれた孔を
備えている。
【００１０】第２の実施例では、末広がり部分は内壁と
外壁とを有し、二つの壁はそれらの間に切頭円錐形の空
間を取り囲んでおり、外壁は上記切頭円錐形空間に冷却
空気を入れるための貫通孔を備えており、内壁は衝突冷
却され、又、冷却空気を中間領域内に導入するために流
れに対して傾斜したスリットを備えている。
【００１１】予混合管の先細部分も同様に気膜冷却する
ための傾斜した貫通孔を備えている。
【００１２】本発明の他の利点及び特徴は、添付図面を
参照しながら、例示のために与えた以下の説明を読むこ
とで明らかとなろう。
【００１３】
【実施例】図１及び図２に、ターボジェットエンジンの
環状燃焼室１を示すが、この燃焼室は低速用ヘッド２と
離陸用ヘッド３とを備えており、それらは燃焼室１の幾
何学軸４を中心として半径方向に隔てられている。図１
において、離陸用ヘッド３は軸４から見て内側に位置し
ており、それに反して図２では、離陸用ヘッド３は外側
に位置している。
【００１４】離陸用ヘッド３は予混合を伴った噴射装置
５を装備しており、この噴射装置はとりわけ、燃料噴射
器６と、噴射器６を取り囲んでいる気化用空気導入用ス
ワラ７を少なくとも一つと、予混合室９を取り囲んでい
る予混合管８とを備えている。
【００１５】図３及び図４に、先細の予混合管８を備え
た従来技術の噴射装置５を示す。図３に示した噴射装置
５は二つの半径方向スワラを備えており、それに反して
図４に示した噴射装置５は一つの軸方向スワラを備え、
スワラからの排出流束はカラー１０によって二つの流束
に分離される。
【００１６】図５及び図６に、燃焼室の底にある従来技
術での予混合噴射装置の配置を示す。
【００１７】図５において、予混合管８は先細形であ
る。それの出口１２は、燃焼室３の底面を形成している
壁１３の中に設けられている。燃焼室の底の隅１４にお
いて、参照番号１５で示した側方再循環が生じる。この
領域は気化混合気が薄く、このことは安定性に乏しい炎
となって現れるが、その代わりバックファイアの危険度
は小さい。
【００１８】図６において、予混合管８は末広がり形で
ある。ここでは、参照番号１６で示した前方再循環が生
じる。この領域は気化混合気が濃く、このことは炎の安
定性を増進するが、しかしバックファイアの危険性が存
在する。
【００１９】図７に、本発明による噴射装置５を概略的
に示す。予混合管８は上流に先細部分２０を、又下流に
末広がり部分２１を備え、先細部分２０は本来の予混合
領域９を取り囲み、末広がり部分２１は燃焼室３の底部
に開口している。先細部分２０は上流に空力形燃料噴射
器、つまり空気動力学作用を利用した燃料噴射器６と、
少なくとも一つの空気取入れ口スワラ７とを備えてい
る。噴射器６とスワラ７は、図３及び図４に示したもの
と同じであってもよい。
【００２０】末広がり部分２１の角度は上流の条件（予
混合領域９から出された混合気の速度と乱れ）に応じて
決定され、又この末広がり部分は、図面に記載された矢
印２２で示される補助空気を、上記末広がり部分２１に
よって取り囲まれた中間領域２３の中に噴射し、上記中
間領域２３内で補助空気が膨張している間、予混合領域
９から出された流れの乱れを助長するための手段を備え
ている。参照番号２４は燃焼室３の入口における渦を表
し、又矢印２５は燃焼室３内のガスの再循環を表してい
る。
【００２１】予混合管８の先細部分２０は、自己着火及
びバックファイアの危険性を最小限にして予混合室９に
導入された燃料と空気とを予混合することを確実にす
る。末広がり部分２１は、乱れの再生を助長すること
で、気化混合気が十分に濃い燃焼領域２６内での燃焼を
安定させる。
【００２２】図８及び図９に示した第１の実施例によれ
ば、補助空気２２を中間領域２３に噴射するための手段
は、末広がり部分２１に穿った孔２７を備えている。末
広がり部分２１は外壁２８と内壁２９とを備えており、
二つの壁はその間に切頭円錐形の空間３０を取り囲んで
いる。外壁２８は多数の貫通孔３１を備えており、これ
を通して冷却空気３２が空間３０に入り込み、内壁３１
を衝突冷却する。この冷却空気３２は、末広がり部分２
１の下流端に設けられた排出流路３３を通って燃焼室に
入り込む。各穴２７は明らかに二つの壁２８及び２９を
貫通している。各穴２７を通して吹き込まれた空気２２
は、下流に再循環を生み出し、又流れの軸方向速度を表
す曲線形状を乱すのに役立つ。これらの穴２７は、炎の
安定化を助長する目的から、噴射空気流量の回転運動
（旋回）を確実にするため、管の軸に向かって集中させ
るか、あるいは傾斜させてある。
【００２３】図１０から図１２までに示した第２の実施
例によれば、先細部分２１は、同じく外壁２８と内壁２
９とを有しており、二つの壁は両者の間に切頭円錐形の
空間３０を取り囲んでいる。外壁２８は、同じく貫通孔
３１を備えており、それを通って冷却空気３２が空間３
０に入り込む。内壁２９は多数のスリット３４を備えて
おり、それらは予混合管の軸３５に対して傾斜してお
り、又切頭円錐形空間３０を中間領域２３に通じさせる
ことで、そこに補助空気２２を吹き込む。これらのスリ
ット３４は、中間領域２３内に斜めに伸びている傾斜し
た内壁端部３６と、内壁２９と外壁２８とをつなぐ連結
壁３７とによって取り囲まれている。こうしたスリット
３４の配置は中間領域２３内の乱れを助長する。
【００２４】図１３に見られるとおり、先細部分２０も
同じく、予混合領域９の冷却気膜を可能にする多数の傾
斜穿孔穴３８を備えている。
【００２５】図１３に示した燃料噴射器６は空気動力学
作用を利用したものである。燃料は、内部スワラ４１を
中心とする均質な円形の層４０に従って拡散する。第１
スワラ４２は半径方向でも軸方向でもよい。燃料層４０
の一次霧化は、内部スワラ４１と第１スワラ４２とが燃
料層をサンドイッチ状に挟むことで確実になる。少なく
とも一つの半径方向第２スワラ４３が第１スワラ４１と
予混合管８の先細部分２０の上流端との間に置かれてい
る。第２スワラ４３はデフレクタ４４を備えている。上
記第２スワラ４３と上記デフレクタ４４は混合気の二次
霧化を確実にする。スワラ４２及び４３は、霧化の円錐
形を制御するのに同一方向回転でも反対方向回転でもよ
い。
【００２６】それらのスワラ４３及びデフレクタ４４
は、噴射器６のヘッドを中心として、混合気の流れの向
きに半径方向及び軸方向に沿って多段化されている。
【００２７】図１３に予混合管の二つの変形例を示す。
上側の変形例Ａは四つのスワラ４１、４２、４３を装備
している。第１スワラ４２は軸方向であり、噴射器の内
部スワラ４１と一緒に霧化機能を確実にする。二つの第
２スワラ４３は半径方向であるが、それのデフレクタ４
４は気膜によって予混合機能と霧化機能を確実にしてい
る。下側の変形例Ｂは三つのスワラを装備している。第
１スワラ４１は半径方向であり、噴射器６の内部スワラ
４１と共に霧化機能を確実にしている。
【００２８】予混合管８内の旋回を出口まで保持し、持
続させるため、先細部分２０の壁を気膜及び多数穿孔に
よって冷却するが、穿孔による貫通孔３８は管８の母線
に対して、及び接線に対して傾斜させてある。この特徴
は、予混合管８の出口において、炎の安定化に都合のよ
い再循環領域の形成を助長することを目的としている。
【００２９】図１４に二つのヘッドを持った燃焼室１を
示すが、このうち離陸用ヘッド３が予混合噴射装置５を
装備しており、この噴射装置は空力噴射器６と軸方向の
第１スワラ４２とを備えている。予混合管の先細部分２
０はつば５０を備えており、このつば５０は軸３５の方
に向かって、及び軸方向には混合気の流れの向きに伸び
ている。先細部分２０の壁に、つば５０と向かい合った
位置に穴５１が穿たれている。末広がり部分２１は従来
型のボウルで構成され、傾斜しているが接線方向に沿っ
たボウル穴２７を有している。ボウル穴２７から出され
た空気流量は、管の軸の方に向かう速度成分と接線方向
の速度成分とをもち、接線方向の速度成分は軸方向スワ
ラ４２によって生み出された渦と同一回転方向の旋回を
生じさせるという特徴を持っている。このボウル穴２７
の特徴によって、この噴射装置からより良い再循環を得
ることができる。
【００３０】図１５に、軸Ｘで確定されるボウルの母線
と軸Ｙで確定されるこのボウルの法線とに対するボウル
穴２７の配置を示す。角度αは空気流量の法線方向成分
を確定し、又角度βはそれの接線方向線分を確定する。
【００３１】この技術は、半径方向スワラを備えた噴射
装置を使っても、軸方向スワラを備えた噴射装置を使っ
ても同様に実現できる。
【００３２】角度α及び角度βは、ボウルの壁面付近に
おける空気−燃料混合気の速度ベクトルの関数として確
定される。各ボウル穴２７の角度は、新鮮な空気が噴射
され、壁面の近傍で循環している混合気と一緒に流れる
ように、上記穴２７の位置に応じて可変である。この解
決法は冷却効率を増進し、それでいてそれに関する空気
流量を一定限度内に抑える。
【００３３】上で説明したスワラ４２及び４３は、半径
方向でも軸方向でも、同時に、又は別々にダイアフラム
で流れを絞ることで、空気流量の調節及び多段化が可能
となり、それにより各所の局所混合気濃度を、燃焼室に
取り付けられた噴射装置の適正性能と両立できる値に保
つことができる。ダイアフラムの一例がＳＮＥＣＭＡの
特許ＦＲ２５７２４６３号に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】二つのヘッドをもち、離陸用ヘッドが燃焼室の
軸から見て内側に配置されている燃焼室を示す概略図で
ある。
【図２】二つのヘッドをもち、離陸用ヘッドが外側にあ
る燃焼室を示す概略図である。
【図３】半径方向スワラと空力噴射器とを有する従来技
術の予混合装置を示す図である。
【図４】軸方向スワラと空力噴射器とを有する従来技術
の予混合装置を示す図である。
【図５】従来技術の先細予混合管を備えた燃焼室内のガ
スの再循環を示す図である。
【図６】従来技術の末広がり予混合管を備えた燃焼室内
のガスの再循環を示す図である。
【図７】本発明による予混合噴射装置と燃焼室の燃焼領
域内のガスの再循環とを表した概略図である。
【図８】第１の実施例による予混合管の末広がり部分を
その管の軸を通る平面で切断した断面図である。
【図９】図８を直線ＩＸ−ＩＸで切断した断面図であ
る。
【図１０】第２の実施例による予混合管の末広がり部分
をその管の軸を通る平面で切断した断面図である。
【図１１】図１０の末広がり部分を燃焼室の内部から見
た正面図である。
【図１２】図１０及び図１１の末広がり部分の壁の部分
の斜視図である。
【図１３】空力噴射器を備えた予混合管の先細部分の断
面図である。
【図１４】二つのヘッドをもち、本発明による予混合噴
射装置の一実施例を備えた燃焼室を示す図である。
【図１５】ボウルの穴の配置をより大きな尺度で描いた
斜視図である。
【符号の説明】
２ 低速用ヘッド ３ 離陸用ヘッド ５ 噴射装置 ６ 噴射器 ７ スワラ ８ 予混合管 ９ 予混合室 ２０ 先細部分 ２１ 広がり部分 ２２ 補助空気 ２３ 中空領域 ２６ 燃焼領域 ２８ 外壁 ２９ 内壁 ３０ 空間 ３１ 貫通孔 ３２ 冷却空気 ３３ 排出流路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリス・アンドレ・コマレ フランス国、77950・メンシ、テール・ リユ・オラス・ドウ・シヨワソル・20 (72)発明者 エテイエンヌ・シモン・レーヌ・ダビド フランス国、77590・ボワ・ル・ロワ、 クロ・ドウ・ラ・ミユラテユール・22 (72)発明者 ミシエル・アンドレ・アルベルト・デソ ルテイ フランス国、77240・ベール・サン・ド ウニ、リユ・ドウ・ラ・ピエール・デコ レ・２ (72)発明者 ブルーノ・ミシエル・マルク・クインク イノー フランス国、91300・マシ、アレ・デ・ エルベト・２ (72)発明者 ドウニ・サンデリ フランス国、77370・ナンジ、アー・デ ユボワ・１ (56)参考文献 特開 平４−214122（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−264038（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開445652（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23R 3/30 F23R 3/12

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 予混合管（８）で囲まれた予混合領域
    （９）と、燃料を予混合領域（９）に送り込むための手
    段（６）と、圧縮空気を前記予混合領域（９）に導入
    し、それによって燃料を微細な粒子に分散させ、予混合
    領域（９）から排出されるときに渦状の軸流を生起する
    ための手段（７）とを備えており、前記予混合管（８）
    が上流側に先細の部分（２０）を有すると共に下流側に
    末広がりの部分（２１）を有しており、先細部分が本来
    の予混合領域（９）を囲み、末広がり部分が中間領域
    （２３）を画定し、この中間領域（２３）内に末広がり
    部分（２１）の壁に設けた手段によって空気（２２）が
    噴射されて、前記中間領域（２３）内でその空気が膨張
    している間、予混合領域（９）から出た流れの乱れ
    （９）を助長するところの、空気及び燃料の混合気をタ
    ーボジェットエンジンにおける燃焼室（３）の燃焼領域
    （２６）に供給するための予混合式噴射装置（５）であ
    って、前記末広がり部分（２１）が内壁（２９）及び外
    壁（２８）を有し、この二つの壁がそれらの間に切頭円
    錐形の空間（３０）を取り囲んでおり、外壁（２８）は
    前記切頭円錐形空間（３０）中に冷却空気（３２）を入
    れるための貫通孔（３１）を備え、内壁（２９）は衝突
    冷却され、又、冷却空気の排出流路（３３）が末広がり
    部分（２１）の下流端に設けられており、内壁（２９）
    は流れに対して傾斜したスリット（３４）を備え、その
    スリットから中間領域（２３）の中に冷却空気を導入す
    ることを特徴とする予混合噴射装置。
  2. 【請求項２】 燃料を予混合領域（９）に送り込む手段
    が空力噴射器（６）を備えていること、及び圧縮空気を
    予混合領域に導入する手段が空気スワラ（７）を少なく
    とも一つ備えると共に、その空気スワラが空力噴射器の
    周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載
    の噴射装置。
  3. 【請求項３】 燃料を予混合領域（９）に送り込む手段
    が空力噴射器を備えていること、及び圧縮空気を予混合
    領域（９）に導入する手段が、内部スワラ（４１）と、
    第１スワラ（４２）と、少なくとも一つの第２スワラ
    （４３）とを備えており、内部スワラ（４１）は噴射器
    （６）に取り付けられ、第１スワラ（４２）は空力噴射
    器（６）の周囲に配置され、かつ内部スワラ（４１）と
    一緒に霧化機能を確実にし、第２スワラ（４３）は第１
    スワラと先細部分との間に挟まれ、かつ層流によって予
    混合と二次霧化とを確実にするためのものであることを
    特徴とする請求項１に記載の噴射装置。
  4. 【請求項４】 予混合管の先細部分が、気膜冷却するた
    めの傾斜した接線方向の貫通孔を備えていることを特徴
    とする請求項１から３のいずれか一項に記載の噴射装
    置。
JP05117595A 1994-03-10 1995-03-10 予混合噴射装置 Expired - Lifetime JP3305909B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9402750A FR2717250B1 (fr) 1994-03-10 1994-03-10 Système d'injection à prémélange.
FR9402750 1994-03-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07260150A JPH07260150A (ja) 1995-10-13
JP3305909B2 true JP3305909B2 (ja) 2002-07-24

Family

ID=9460869

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