JP3994284B2 - Valve for pulse detonation engine - Google Patents

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本発明は、パルスデトネーションエンジン用バルブ、特にパルスデトネーションエンジンにおける燃焼圧力振動による疲労破壊を低減させることができ、且つパルスデトネーションエンジンの高空での推力を向上させることができる新規なパルスデトネーションエンジン用バルブに関する。   The present invention relates to a valve for a pulse detonation engine, and more particularly, a novel valve for a pulse detonation engine that can reduce fatigue failure due to combustion pressure oscillation in the pulse detonation engine and can improve thrust in the high altitude of the pulse detonation engine. About.

デトネーション(爆轟)現象は、燃焼波の前面に垂直衝撃波を伴った超音速燃焼現象であり、通常の亜音速燃焼(デフラグネーション)より発生エネルギー密度が大きく、高温高圧の燃焼ガスを発生する。近年デトネーション波のセル構造、デフラグネーション・デトネーション移行条件・時間等が解明されるにつれ、これを制御し、有効に利用しようとする研究が行われるようになってきた(非特許文献1及び非特許文献2参照)。パルスデトネーションエンジンは、燃焼過程にデトネーションを用いたエンジンであり、図5(a)〜(c)に模式的に示すように、燃焼器(燃焼管)31への混合ガス(燃料と酸化剤の混合ガス)充填・燃焼・排気を10Hz〜100Hz程度のサイクルで繰り返す間欠燃焼エンジンである。充填過程で燃焼器31内に混合ガスが供給されたのち、燃焼器の閉口端部32で着火し、燃焼波は閉口端部から開口端33へ伝播する途中で、デフラグネーション(亜音速燃焼)波からデトネーション(超音速燃焼)波へ遷移する。一度デトネーション波35が形成されると、燃焼によって生じる燃焼ガスは高温・高圧となり、閉口端32で大きな推力を発生する。デトネーション波35が開口端33に到達すると、排気過程が開始し、外気圧と釣り合うまで燃焼ガスが排気される。   The detonation phenomenon is a supersonic combustion phenomenon with a vertical shock wave in front of the combustion wave, and the generated energy density is larger than that of normal subsonic combustion (defragmentation), and high-temperature and high-pressure combustion gas is generated. In recent years, as the cell structure of detonation waves, defragmentation / detonation transition conditions, time, etc. have been elucidated, researches have been conducted to control and effectively use them (Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). Reference 2). The pulse detonation engine is an engine that uses detonation in the combustion process, and as schematically shown in FIGS. 5A to 5C, a mixed gas (fuel and oxidant) is supplied to the combustor (combustion tube) 31. This is an intermittent combustion engine that repeats filling, combustion, and exhaust in a cycle of about 10 Hz to 100 Hz. After the mixed gas is supplied into the combustor 31 during the filling process, ignition occurs at the closed end 32 of the combustor, and the combustion wave is defragmented (subsonic combustion) while propagating from the closed end to the open end 33. Transition from wave to detonation (supersonic combustion) wave. Once the detonation wave 35 is formed, the combustion gas generated by the combustion becomes high temperature and high pressure, and a large thrust is generated at the closed end 32. When the detonation wave 35 reaches the opening end 33, the exhaust process starts, and the combustion gas is exhausted until it matches the external pressure.

このようなデトネーション現象を利用したパルスデトネーションエンジンとして、例えばターボファンジェットエンジンと組合せたパルスデトネーションエンジンが提案されている(特許文献1参照)。パルスデトネーションエンジンは、前記したように間欠燃焼エンジンであるため、複数個の燃焼器を効果的なサイクルで順次作動させ連続的に推力を発生させるためには、各燃焼器に混合ガスを供給制御する燃焼器入口バルブが正確なタイミングで高速で開閉することが要求され、そのような要求に応えるものとして、従来回転円盤バルブを備えたパルスデトネーションエンジンが提案されている(例えば特許文献2及び3参照)。   As a pulse detonation engine using such a detonation phenomenon, for example, a pulse detonation engine combined with a turbofan jet engine has been proposed (see Patent Document 1). Since the pulse detonation engine is an intermittent combustion engine as described above, a mixed gas is supplied and controlled to each combustor in order to continuously operate a plurality of combustors in an effective cycle and continuously generate thrust. The combustor inlet valve is required to open and close at a high speed at an accurate timing, and a pulse detonation engine having a conventional rotating disk valve has been proposed as a response to such a demand (for example, Patent Documents 2 and 3). reference).

特開2001−355515号公報JP 2001-355515 A 米国特許第5,353,588号明細書US Pat. No. 5,353,588 米国特許第5,473,885号明細書US Pat. No. 5,473,885 「DETONATION、次世代エンジン戦争勃発中」(ポピュラーサイエンス誌、2003年11月号)"DETONATION, next generation engine war breaks out" (Popular Science magazine, November 2003 issue) AIAA-95-3577 "A Rotary Valve Multiple Pulse Detonation Engine(RVMPDE)"AIAA-95-3577 "A Rotary Valve Multiple Pulse Detonation Engine (RVMPDE)"

パルスデトネーションエンジンは、上記のように高速で燃焼を繰り返すため、燃焼器への混合ガスを供給する入口バルブは高速開閉性が求められると共に、燃焼による振動や繰り返し応力を受けるため疲労破壊が起き易いという問題がある。従来提案されている回転円盤バルブは、高速開閉性に対しては満足するもののデトネーション波による繰り返し応力を受け易い構造であるため、疲労破壊の低減という点では未だ満足するものではない。一方、従来のパルスデトネーションエンジンは、燃焼器入口には混合ガス充填・燃焼・排気のサイクルを可能にするために混合ガス供給制御用の開閉バルブを備えているが、燃焼器出口は直接ノズルに連通し大気解放構造になっている。そのため、充填過程において燃焼器と外気が遮断されないため、充填圧力と密度は外気圧をやや上回る程度である。従って、燃焼器の推力密度(発生推力/燃焼器断面積)は外気圧により制限され、航空機エンジンに適用した場合高空飛行状態になるほど低くなる。この要因のため、高空で飛行する超音速空気吸い込み式エンジンにとってパルスデトネーションエンジンの利用は不適切と考えられ、高比推力というメリットを生かせていない。   Since the pulse detonation engine repeats combustion at a high speed as described above, the inlet valve that supplies the mixed gas to the combustor is required to have high-speed opening and closing characteristics, and is subject to vibration and repeated stress due to combustion, so that fatigue failure tends to occur There is a problem. Conventionally proposed rotary disk valves are satisfactory in terms of high-speed opening and closing, but are still unsatisfactory in terms of reducing fatigue failure because they are susceptible to repeated stress due to detonation waves. On the other hand, the conventional pulse detonation engine is equipped with an open / close valve for controlling the mixed gas supply at the combustor inlet to enable the mixed gas filling / combustion / exhaust cycle, but the combustor outlet is directly connected to the nozzle. It has an open air structure. For this reason, since the combustor and the outside air are not shut off during the filling process, the filling pressure and density are only slightly higher than the outside air pressure. Therefore, the thrust density of the combustor (generated thrust / combustor cross-sectional area) is limited by the external atmospheric pressure, and becomes lower as the flying state becomes higher when applied to an aircraft engine. Because of this factor, the use of a pulse detonation engine is considered inappropriate for a supersonic air-breathing engine flying in the high sky, and it does not take advantage of the high specific thrust.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記従来のパルスデトネーションエンジンの問題点を解決しようとするものであり、高速開閉性に優れ、且つ燃焼による振動や繰り返し応力に対する疲労破壊が起きにくく、しかも燃焼器への混合ガス充填過程における高圧、高密度化をはかり、高高度で飛行する超音速空気吸い込み式エンジンにおいても高推力密度を得ることを可能とするパルスデトネーションエンジン用バルブを提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve the problems of the above-mentioned conventional pulse detonation engine, excellent in high-speed opening and closing, and less susceptible to fatigue failure due to vibration and repeated stress due to combustion, Furthermore, to provide a valve for a pulse detonation engine that can achieve high thrust density even in a supersonic air suction type engine that flies at a high altitude by increasing the pressure and density in the process of filling the mixed gas into the combustor. It is.

本発明者は、上記問題点を解決するために種々研究した結果、バルブの高速応答性と燃焼による圧力振動の影響を低減させる手段として、供給バルブを円筒回転式にすることを着想し、かつパルスデトネーションエンジンの高空での推力密度を向上させる手段として、混合ガス充填過程において燃焼器の出口を問欠的に塞ぐことにより作動流体を高圧高密度化して膨張させることなく、デトネーション過程に移行させることができることを知得し、本発明に到達したものである。   As a result of various studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has conceived that the supply valve is a cylindrical rotary type as a means for reducing the high-speed response of the valve and the influence of pressure vibration due to combustion, and As a means to improve the thrust density at high altitude of the pulse detonation engine, the working fluid is made to fill the detonation process without filling the combustor outlet in the mixed gas filling process without causing high-pressure and high-density expansion. It has been found out that it is possible to achieve the present invention.

即ち、上記課題を解決する本発明のパルスデトネーションエンジン用バルブは、酸化剤と燃料との混合ガスを燃焼器でデトネーションさせて出力を得るパルスデトネーションエンジンのバルブであって、酸化剤取り入れ側の一端が開口し他端が閉塞されている円筒構造に形成され、その円筒面の一部に中心軸線に対して対称的に複数個の供給穴が設けられ、燃焼器入口に回転駆動可能に配置される円筒回転式供給バルブからなることを特徴とするものである。   That is, the valve for a pulse detonation engine of the present invention that solves the above problems is a valve of a pulse detonation engine that obtains an output by detonating a mixed gas of an oxidant and a fuel in a combustor, and one end of the oxidant intake side. Is formed in a cylindrical structure in which the other end is closed, and a plurality of supply holes are provided symmetrically with respect to the central axis on a part of the cylindrical surface, and are arranged to be rotationally driven at the combustor inlet. It is characterized by comprising a cylindrical rotary supply valve.

そして、前記構造の円筒回転式供給バルブと、一端が閉塞され他端が開口している円筒構造に形成され、その円筒面の一部に中心軸線に対して対称的に複数個の供給穴が設けられ、燃焼器出口に回転駆動可能に配置される円筒回転式出口バルブとを組合せることによって、高速開閉性に優れ、且つ燃焼による振動や繰り返し応力に対する疲労破壊が起きにくく、しかも燃焼器への混合ガス充填過程における高圧、高密度化をはかり、高高度で飛行する超音速空気吸い込み式エンジンにおいても高推力密度を得ることを可能とするパルスデトネーションエンジン用バルブを得ることができる。前記円筒回転式供給バルブと前記円筒回転式出口バルブはそれぞれ独立して回転駆動可能に設けることもできるが、両者を中心軸で連結して、一体に回転駆動されるように構成することが望ましい。   The cylindrical rotary supply valve having the above-described structure is formed into a cylindrical structure in which one end is closed and the other end is open, and a plurality of supply holes are symmetrically formed with respect to the central axis on a part of the cylindrical surface. Combined with a cylindrical rotary outlet valve that is installed and arranged at the combustor outlet so as to be rotationally driven, it is excellent in high-speed opening and closing and is less susceptible to fatigue failure due to vibration and repeated stress due to combustion. A valve for a pulse detonation engine that can obtain a high thrust density even in a supersonic air suction type engine that flies at a high altitude can be obtained by increasing the pressure and density in the process of filling the mixed gas. The cylindrical rotary supply valve and the cylindrical rotary outlet valve can be provided so as to be independently rotatable. However, it is desirable that they be connected to each other by a central axis so as to be integrally rotated. .

本発明の請求項1に記載のパルスデトネーションエンジン用バルブによれば、供給バルブが円筒回転式であるので、高速開閉性に優れ、且つ複数の燃焼器の中心側に配置することが可能となり、且つ中心軸線に対して対称的に複数個の供給穴が設けられているので、軸対称上で同じ時刻で燃焼を繰り返すことができ、燃焼による圧力振動を低減させる効果があり、耐疲労破壊性を向上させることができる。   According to the pulse detonation engine valve of claim 1 of the present invention, since the supply valve is a cylindrical rotary type, it is excellent in high-speed opening and closing, and can be disposed on the center side of a plurality of combustors, In addition, since a plurality of supply holes are provided symmetrically with respect to the central axis, combustion can be repeated at the same time on the axis symmetry, and there is an effect of reducing pressure vibration due to combustion, and fatigue fracture resistance Can be improved.

また、請求項2に記載のパルスデトネーションエンジン用バルブによれば、上記効果を奏する上にさらに、円筒回転式出口バルブを設けることによって燃焼器に燃料及び酸化剤充填時には燃焼器出口を閉じて、燃料及び酸化剤の充填過程における圧力、密度を上昇させることができ、エンジンの推力密度を向上させることが可能である。したがって、空気吸い込み式パルスデトネーションエンジンの高空・高速飛行時における作動が可能となり、例えばロケットエンジンを用いたパルスデトネーションエンジンを宇宙空間で使用することが可能となる。   Further, according to the pulse detonation engine valve of claim 2, in addition to the above-mentioned effect, by providing a cylindrical rotary outlet valve, the combustor is closed at the time of fuel and oxidant filling, The pressure and density in the fuel and oxidant charging process can be increased, and the thrust density of the engine can be improved. Therefore, the air suction type pulse detonation engine can be operated at high altitude / high speed flight, and for example, a pulse detonation engine using a rocket engine can be used in outer space.

さらに、請求項3に記載のパルスデトネーションエンジン用バルブによれば、前記円筒回転式供給バルブと前記円筒回転式出口バルブを中心軸で連結して、一体に回転駆動できるので、簡単な構成でより高速で供給バルブと出口バルブを正確なタイミングで作動させることが可能となる。   Furthermore, according to the valve for a pulse detonation engine according to claim 3, since the cylindrical rotary supply valve and the cylindrical rotary outlet valve are connected by a central axis and can be driven to rotate integrally, a simple configuration can be used. It becomes possible to operate the supply valve and the outlet valve at high speed at high speed.

以下に本発明の実施形態を説明する。図1(a)は本発明の実施形態に係るパルスデトネーションエンジン用バルブの概略斜視図であり、同図(b)はその断面図である。
本発明の実施形態に係るパルスデトネーションエンジン用バルブ1は、円筒回転式バルブ構造となっており、円筒回転式供給バルブ2および円筒回転式出口バルブ3が中心軸4により接続されて一体に構成されている。円筒回転式供給バルブ2は、一端が開口5し、他端が閉塞壁6となっており、その円筒面に酸化剤と燃料供給用の供給穴7が中心軸線に対して対称的に複数個(図の実施形態では2個)形成されている。一方、円筒回転式出口バルブ3は、前記円筒回転式供給バルブ側が閉塞壁8で、他端が開口9となっている。そして、その円筒面の一部に燃焼器から燃焼ガスが排気する出口穴10が、中心軸線に対して対称的に複数個(図の実施形態では2個)形成されている。前記供給穴7と出口穴10は、燃焼器に混合ガスを供給するときには、その燃焼器の出口側は閉塞状態となるように,互いに位相をずらして設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1A is a schematic perspective view of a valve for a pulse detonation engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view thereof.
A valve 1 for a pulse detonation engine according to an embodiment of the present invention has a cylindrical rotary valve structure, and a cylindrical rotary supply valve 2 and a cylindrical rotary outlet valve 3 are connected by a central shaft 4 and are integrally formed. ing. The cylindrical rotary supply valve 2 has an opening 5 at one end and a blocking wall 6 at the other end, and a plurality of supply holes 7 for supplying oxidant and fuel are symmetrically formed on the cylindrical surface with respect to the central axis. (Two in the illustrated embodiment) are formed. On the other hand, the cylindrical rotary outlet valve 3 has a closed wall 8 on the cylindrical rotary supply valve side and an opening 9 on the other end. A plurality (two in the illustrated embodiment) of outlet holes 10 for exhausting combustion gas from the combustor are symmetrically formed with respect to the central axis. The supply hole 7 and the outlet hole 10 are provided out of phase with each other so that when the mixed gas is supplied to the combustor, the outlet side of the combustor is closed.

本実施形態のパルスデトネーションエンジン用バルブは、以上のように構成され、パルスデトネーションエンジンに例えば図2に示すように適用される。図2は上記パルスデトネーションエンジン用バルブを適用したデトネーションエンジンの断面模式図である。
本実施形態のパルスデトネーションエンジン20は、主な構成が空気をラム圧縮して取り込むインテーク11、空気冷却器12、予燃焼器14、燃料噴射器16、点火器18、円筒回転式供給バルブ2と円筒回転式出口バルブ3を中心軸4で連結して一体に形成されてなるパルスデトネーションエンジン用バルブ1、燃焼器15、ノズル19からなり、パルスデトネーションを主燃焼過程で用いるパルスデトネーションエンジンとラムジェットエンジンを統合したパルスデトネーションラムジェットエンジンである。
The pulse detonation engine valve of the present embodiment is configured as described above, and is applied to the pulse detonation engine as shown in FIG. 2, for example. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a detonation engine to which the above-described pulse detonation engine valve is applied.
The pulse detonation engine 20 of the present embodiment has an intake 11 whose main components are ram-compressed air, an air cooler 12, a precombustor 14, a fuel injector 16, an igniter 18, and a cylindrical rotary supply valve 2. A pulse detonation engine and a ramjet comprising a pulse detonation engine valve 1, a combustor 15 and a nozzle 19 integrally formed by connecting a cylindrical rotary outlet valve 3 with a central shaft 4 and using the pulse detonation in the main combustion process. This is a pulse detonation ramjet engine with integrated engine.

燃焼器(燃焼管)15は、パルスデトネーションエンジン用バルブ1を中心に、軸心に対して軸対称となるように円周上に多数(本実施形態では図3に明示しているようにa〜pの16個)配置されている。パルスデトネーションエンジン用バルブ1は、図2に示すように、その中心軸4がモータ等の適宜のアクチュエーター21と伝動機構22を介して連結されて回転駆動される。なお、中心軸4は、燃料の気化エネルギーを利用したタービンによって直接回転駆動するように構成することも可能である。円筒回転式供給バルブ2は、供給穴7と燃焼器の穴の位相が一致したときのみ混合ガスが予燃焼器14及び燃焼器15に流れるようになっている。同様に、円筒回転式出口バルブ3の出口穴10と燃焼器の出口穴が一致したときのみ燃焼器から外部に燃焼ガスを排気できるようになっている。したがって、パルスデトネーションエンジン用バルブ1が燃焼器群の中心で円筒回転式供給バルブ2および円筒回転式出口バルブ3が常に同じ位相関係を保った状態で回転し、円筒回転式供給バルブ2の供給穴7が順に燃焼器a〜pの上流側開口と一致することによって燃焼器a〜pに順次混合ガスを供給し、かつ円筒回転式出口バルブ3の出口穴10が燃焼器15の出口開口と一致することによって、燃焼器a〜p内の燃焼ガスを順次外部に排気する。   A number of combustors (combustion tubes) 15 are arranged on the circumference around the valve 1 for the pulse detonation engine so as to be axially symmetric with respect to the axis (in this embodiment, as shown in FIG. 16 pieces of ~ p) are arranged. As shown in FIG. 2, the pulse detonation engine valve 1 is rotationally driven with its central shaft 4 connected via an appropriate actuator 21 such as a motor and a transmission mechanism 22. Note that the central shaft 4 can also be configured to be directly driven by a turbine using the vaporization energy of the fuel. The cylindrical rotary supply valve 2 is configured such that the mixed gas flows into the precombustor 14 and the combustor 15 only when the phases of the supply hole 7 and the combustor hole coincide. Similarly, combustion gas can be exhausted from the combustor only when the outlet hole 10 of the cylindrical rotary outlet valve 3 and the outlet hole of the combustor coincide. Accordingly, the pulse detonation engine valve 1 rotates at the center of the combustor group while the cylindrical rotary supply valve 2 and the cylindrical rotary outlet valve 3 always maintain the same phase relationship, and the supply hole of the cylindrical rotary supply valve 2 is rotated. 7 sequentially matches the upstream openings of the combustors a to p, so that the mixed gas is sequentially supplied to the combustors a to p, and the outlet hole 10 of the cylindrical rotary outlet valve 3 matches the outlet opening of the combustor 15. By doing so, the combustion gas in the combustors a to p is sequentially discharged to the outside.

以上のように構成されたパルスデトネーションエンジン20において、インテーク11で取り込まれたラム圧縮空気は空気冷却器(熱交換器)12によって極低温冷媒と熱交換され、冷却・高密度化され、円筒回転式供給バルブ2を経て燃焼器(燃焼管)15へ供給される。空気冷却器12の低温媒体としては、燃料として使用される液体水素を用いるのが望ましい。燃料は空気冷却器12で加熱された後、燃料噴射器16、円筒回転式供給バルブ2を経て燃焼器15へ供給される。図3(b)に示す状態では、円筒回転式供給バルブ2の供給穴7が面している燃焼器a,b,i,jが空気及び燃料(空気及び燃料を混合ガスという)が供給される充填過程にある。そのとき燃焼器a,b,i,jの出口端は円筒回転式出口バルブ3によって閉じられている状態(図3(d)参照)にある。したがって、混合ガス充填時には燃焼器内が外気と遮断され、混合ガスの供給圧力をインテーク出口圧力と等しくすることが可能となり、充填圧力を上げることができる。   In the pulse detonation engine 20 configured as described above, the ram compressed air taken in by the intake 11 is heat-exchanged with a cryogenic refrigerant by an air cooler (heat exchanger) 12, cooled and densified, and rotated in a cylinder. It is supplied to the combustor (combustion pipe) 15 through the type supply valve 2. As the low-temperature medium of the air cooler 12, it is desirable to use liquid hydrogen used as fuel. After the fuel is heated by the air cooler 12, the fuel is supplied to the combustor 15 through the fuel injector 16 and the cylindrical rotary supply valve 2. In the state shown in FIG. 3B, the combustors a, b, i, j facing the supply hole 7 of the cylindrical rotary supply valve 2 are supplied with air and fuel (air and fuel are referred to as mixed gas). In the filling process. At that time, the outlet ends of the combustors a, b, i, j are closed by the cylindrical rotary outlet valve 3 (see FIG. 3D). Therefore, when the mixed gas is filled, the inside of the combustor is shut off from the outside air, the supply pressure of the mixed gas can be made equal to the intake outlet pressure, and the filling pressure can be increased.

この状態からパルスデトネーションエンジン用バルブが45°回転すると、燃焼器a,b,i,jの入口は円筒回転式供給バルブ2によって塞がれ、予燃焼器14の閉口端から点火器18により着火されて、燃焼過程に入りデトネーション波による燃焼が行なわれる。着火直後の燃焼はデフラグネーション波であるが、予燃焼器14は燃焼器15より図示のように径が小さいため、デフラグネーションからデトネーションへ遷移し易く、燃焼器15には安定したデトネーション波が伝播する。そのとき燃焼器a,b,i,jの出口端は円筒回転式出口バルブ3によってまだ閉じられている状態(図4(b))にある。また、その時点では燃焼器c,d,k,lは充填過程にある。さらに、パルスデトネーションエンジン用バルブが45°回転する間にデトネーション波は、燃焼器の出口端に達するが、そのとき燃焼器a,b,i,j入口は円筒回転式供給バルブによって塞がれた状態を維持しており、円筒回転式出口バルブの出口穴10が燃焼器a,b,i,jの出口と一致している状態にあり、燃焼波がノズル19に噴出する。デトネーション波は秒速1000m超える超高速で伝播するが、出口バルブが円筒回転式であるため、高速で出口バルブの開閉を行なうことを可能にしている。
そのときは、燃焼器c,d,k,lは燃焼過程にはいっている。さらに、パルスデトネーションエンジン用バルブが45°回転する間に燃焼ガスはノズル19から外部へと排気される。以下、このようにして個々の燃焼器で供給・燃焼・排気が10〜100Hzで繰り返される。そして、エンジン全体としては、常に180°異なる位相の2組の燃焼器において、供給・燃焼・排気の各過程が同時に行なわれ、且つ順次各燃焼器でその過程が繰り返されることによって、連続して一定の推力を得ることができる。
When the pulse detonation engine valve rotates 45 ° from this state, the inlets of the combustors a, b, i, j are blocked by the cylindrical rotary supply valve 2 and ignited by the igniter 18 from the closed end of the precombustor 14. Then, it enters the combustion process and combustion by detonation waves is performed. Although combustion immediately after ignition is a defragmentation wave, the precombustor 14 has a smaller diameter than the combustor 15 as shown in the figure, so that it is easy to transition from defragmentation to detonation, and a stable detonation wave propagates to the combustor 15. To do. At that time, the outlet ends of the combustors a, b, i, j are still closed by the cylindrical rotary outlet valve 3 (FIG. 4B). At that time, the combustors c, d, k, and l are in the filling process. Furthermore, while the pulse detonation engine valve rotates 45 °, the detonation wave reaches the outlet end of the combustor, at which time the inlets of the combustors a, b, i, and j are blocked by the cylindrical rotary supply valve. The state is maintained, the outlet hole 10 of the cylindrical rotary outlet valve is in a state where it coincides with the outlets of the combustors a, b, i, j, and combustion waves are ejected to the nozzle 19. Although the detonation wave propagates at an ultra-high speed exceeding 1000 m / s, the outlet valve is a cylindrical rotary type, so that the outlet valve can be opened and closed at a high speed.
At that time, the combustors c, d, k, and l are in the combustion process. Further, the combustion gas is exhausted from the nozzle 19 to the outside while the pulse detonation engine valve rotates 45 °. Thereafter, supply, combustion, and exhaust are repeated at 10 to 100 Hz in the individual combustors in this way. And as a whole engine, in each of the two sets of combustors having phases different from each other by 180 °, the supply, combustion, and exhaust processes are performed simultaneously, and the processes are sequentially repeated in each combustor. A certain thrust can be obtained.

以上のように、本実施形態のパルプデトネーションエンジン用バルブによれば、円筒回転式供給バルブ2および円筒回転式出口バルブ3が常に同じ位相関係を保った状態で回転するので、各燃焼器の供給、着火、排気のタイミングが、ずれることなく常に同じ位相において行うことが可能である。また、点火器の着火タイミングを駆動機構の位置信号を元に制御することにより、着火タイミングに関しても時間のずれを低減する。   As described above, according to the pulp detonation engine valve of the present embodiment, the cylindrical rotary supply valve 2 and the cylindrical rotary outlet valve 3 always rotate in the same phase relationship, so the supply of each combustor The ignition and exhaust timing can always be performed in the same phase without deviation. Further, by controlling the ignition timing of the igniter based on the position signal of the drive mechanism, the time lag is also reduced with respect to the ignition timing.

円筒回転式供給バルブ2と円筒回転式出口バルブ3の周囲環境は、デトネーションにより高温高圧が周期的に作用するため、金属疲労および熱疲労による強度劣化、破壊の恐れがあり、強靱な構造とする必要があるが、本発明のバルブは、供給・燃焼・排気の過程を常に180度異なる位相において行い、高圧空気をバルブの外周側に作用させることにより、金属疲労・熱疲労を抑えている。即ち、燃焼によって作用する圧力は常に円筒の中心軸方向に作用し、常に逆位相で同じ力を発生させることにより、バルブ全体が受る力を相殺させている。これにより、円筒回転式供給バルブと円筒回転式出口バルブの高信頼性化のみならず、駆動させるための動力低減を行うことが可能となり、駆動機構の小型軽量化が可能となる。また、バルブおよび軸を支持するベアリング機構の高寿命化、小型軽量化も可能となる。   The surrounding environment of the cylindrical rotary supply valve 2 and the cylindrical rotary outlet valve 3 is a tough structure because there is a risk of strength deterioration and breakage due to metal fatigue and thermal fatigue because high temperature and high pressure periodically act due to detonation. Although necessary, the valve of the present invention always suppresses metal fatigue and thermal fatigue by performing the supply, combustion, and exhaust processes at phases that are 180 degrees different from each other and applying high-pressure air to the outer peripheral side of the valve. That is, the pressure acting by combustion always acts in the direction of the central axis of the cylinder, and always generates the same force in the opposite phase, thereby canceling the force received by the entire valve. As a result, not only high reliability of the cylindrical rotary supply valve and cylindrical rotary outlet valve but also power reduction for driving can be performed, and the drive mechanism can be reduced in size and weight. Also, the life of the bearing mechanism that supports the valve and the shaft can be increased, and the size and weight can be reduced.

以上、本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、上記実施形態では、円筒回転式供給バルブと円筒回転式出口バルブを中心軸で一体に連結して一体駆動したが、別体に回転駆動することも可能である。また、上記実施形態では、パルスデトネーションラムジェットエンジンに適用した場合であるが、必ずしもそれに限らず、他の形式のパルスデトネーションエンジンヘの適用も可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made within the scope of the technical idea. For example, in the above-described embodiment, the cylindrical rotary supply valve and the cylindrical rotary outlet valve are integrally connected with the central axis and integrally driven. However, the cylindrical rotary supply valve and the cylindrical rotary outlet valve may be driven separately. Moreover, although it is a case where it applies to a pulse detonation ramjet engine in the said embodiment, it is not necessarily restricted to this, The application to the pulse detonation engine of another type is also possible.

本発明のパルスデトネーションエンジン用バルブは、円筒回転式バルブに構成することにより、高速開閉性と金属疲労・熱疲労緩和性に優れ、且つ駆動機構の小型軽量化・高寿命化が図られ、しかも燃焼器の出口も高速開閉でき、燃焼器への混合ガス供給圧力を高めることができるので、種々の用途・形式のパルスデトネーションエンジンに適用できる。   The valve for a pulse detonation engine according to the present invention is configured as a cylindrical rotary valve, so that it is excellent in high-speed opening and closing performance, metal fatigue / thermal fatigue alleviation, and the drive mechanism is reduced in size, weight and life, and Since the outlet of the combustor can also be opened and closed at high speed and the mixed gas supply pressure to the combustor can be increased, it can be applied to a pulse detonation engine of various applications and types.

本実施形態に係るパルスデトネーションエンジン用バルブの斜視図である。It is a perspective view of the valve for pulse detonation engines concerning this embodiment. 図1のパルスデトネーションエンジン用バルブを適用したパルスデトネーションエンジンの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the pulse detonation engine to which the valve for pulse detonation engines of FIG. 1 is applied. (a)〜(d)はそれぞれ図2におけるA−A断面図、B−B断面図、C−C断面図、D−D断面図である。(A)-(d) is AA sectional drawing in FIG. 2, BB sectional drawing, CC sectional drawing, and DD sectional drawing, respectively. 本発明を適用したパルスデトネーションエンジンの作動を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the action | operation of the pulse detonation engine to which this invention is applied. 従来のパルスデトネーションエンジンの作動を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the action | operation of the conventional pulse detonation engine.

符号の説明Explanation of symbols

1 パルスデトネーションエンジン用バルブ
2 円筒回転式供給バルブ
3 円筒回転式出口バルブ
4 中心軸
5、9 開口
6、8 閉塞壁
7 供給穴
10 出口穴
11 インテーク
12 空気冷却器
14 予燃焼器
15 燃焼器
16 燃料噴射器
18 点火器
19 ノズル
20 パルスデトネーションエンジン
21 アクチュエーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pulse detonation engine valve 2 Cylindrical rotation type supply valve 3 Cylindrical rotation type outlet valve 4 Center shaft 5, 9 Opening 6, 8 Blocking wall 7 Supply hole 10 Outlet hole 11 Intake 12 Air cooler 14 Precombustor 15 Combustor 16 Fuel injector 18 Igniter 19 Nozzle 20 Pulse detonation engine 21 Actuator

Claims (2)

酸化剤と燃料との混合ガスを燃焼器でデトネーションさせて出力を得るパルスデトネーションエンジンのバルブであって、
酸化剤取り入れ側の一端が開口し他端が閉塞されている円筒構造に形成され、且つその円筒面の一部に中心軸線に対して対称的に複数個の供給穴が設けられ、且つ燃焼器入口に回転駆動可能に配置される円筒回転式供給バルブと、
一端が閉塞され他端が開口している円筒構造に形成され、且つその円筒面の一部に中心軸線に対して対称的に複数個の出口穴が設けられ、且つ燃焼器出口に回転駆動可能に配置される円筒回転式出口バルブと
の組合せから成り、
前記混合ガスが前記燃焼器に供給される間は、前記円筒回転式供給バルブは前記燃焼器の入口部を開けると共に前記円筒回転式出口バルブは該燃焼器の出口部を閉じるように回転駆動され、且つ
前記混合ガスが着火されて燃焼波がデトネーション波に遷移し燃焼器の出口部に伝播する間は、前記円筒回転式供給バルブは前記燃焼器の入口部を閉じると共に前記円筒回転式出口バルブは該燃焼器の出口部を閉じるように回転駆動され、且つ
前記デトネーション波が前記燃焼器の出口部に到達する時に、前記円筒回転式供給バルブは前記燃焼器の入口部を閉じると共に前記円筒回転式出口バルブは該燃焼器の出口部を開けるように回転駆動され、且つ
前記デトネーション波を伴う燃焼ガスが外部へ排気される間は、前記円筒回転式供給バルブは前記燃焼器の入口部を閉じると共に前記円筒回転式出口バルブは該燃焼器の出口部を開けるように回転駆動されることを特徴とするパルスデトネーションエンジン用バルブ。
A valve of a pulse detonation engine that obtains output by detonating a mixed gas of oxidant and fuel with a combustor,
A combustor having a cylindrical structure in which one end on the oxidant intake side is open and the other end is closed, and a plurality of supply holes are provided symmetrically with respect to the central axis in a part of the cylindrical surface. A cylindrical rotary supply valve arranged to be rotatable at the inlet;
It is formed in a cylindrical structure with one end closed and the other end open, and a plurality of outlet holes are provided symmetrically with respect to the central axis on a part of the cylindrical surface and can be driven to rotate at the combustor outlet. Consisting of a combination with a cylindrical rotary outlet valve ,
While the mixed gas is being supplied to the combustor, the cylindrical rotary supply valve is rotated to open the inlet portion of the combustor and the cylindrical rotary outlet valve is closed to close the outlet portion of the combustor. ,and
While the mixed gas is ignited and the combustion wave changes to a detonation wave and propagates to the outlet of the combustor, the cylindrical rotary supply valve closes the inlet of the combustor and the cylindrical rotary outlet valve Rotationally driven to close the outlet of the combustor, and
When the detonation wave reaches the outlet of the combustor, the cylindrical rotary supply valve is rotated to close the inlet of the combustor and the cylindrical rotary outlet valve opens the outlet of the combustor. And
While the combustion gas accompanied by the detonation wave is exhausted to the outside, the cylindrical rotary supply valve rotates so as to close the inlet portion of the combustor and the cylindrical rotary outlet valve opens the outlet portion of the combustor. A valve for a pulse detonation engine that is driven.
前記円筒回転式供給バルブと前記円筒回転式出口バルブが中心軸で連結され、一体に回転駆動される請求項に記載のパルスデトネーションエンジン用バルブ。 The valve for a pulse detonation engine according to claim 1 , wherein the cylindrical rotary supply valve and the cylindrical rotary outlet valve are connected by a central axis and are driven to rotate integrally.
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