JP4729947B2

JP4729947B2 - Detonator

Info

Publication number: JP4729947B2
Application number: JP2005064251A
Authority: JP
Inventors: 光一林; 博之佐藤; 浩章足立
Original assignee: TAMA-TLO, LTD.
Current assignee: TAMA-TLO, LTD.
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-03-08
Also published as: JP2006250382A

Description

本発明は、燃焼から発生する熱エネルギーを機械エネルギーに変換する技術に関し、より詳細には、デトネーション現象を使用した燃焼器、該燃焼器を用いたエネルギー変換装置、推進装置および構造体に関する。 The present invention relates to a technique for converting thermal energy generated from combustion into mechanical energy, and more particularly to a combustor using a detonation phenomenon, an energy conversion device using the combustor, a propulsion device, and a structure.

デトネーション（爆轟）とは、火薬、可燃性の液体、可燃性ガスなどが燃焼する場合の、反応面のその法線方向への伝搬速度が、音速よりも早い条件で伝搬する燃焼現象のことを意味する。デトネーションは、燃焼により発生した衝撃波と、衝撃波により誘起された燃焼波が一体となって、衝撃波面が約１０００〜３０００ｍ／ｓの超音速で伝搬して行く現象であり、伝搬速度の速さから定容過程および断熱過程として捉えることができ、極めて熱的に高い効率を有している。 Detonation is a combustion phenomenon in which the propagation velocity in the normal direction of the reaction surface propagates faster than the speed of sound when explosives, flammable liquids, and flammable gases burn. Means. Detonation is a phenomenon in which a shock wave generated by combustion and a combustion wave induced by the shock wave are united and the shock wave front propagates at a supersonic speed of about 1000 to 3000 m / s. It can be regarded as a constant volume process and an adiabatic process, and has extremely high thermal efficiency.

図１１には、パルスデトネーションを使用して、航空宇宙用のエンジンとした場合の他のエンジンとパルスデトネーション・エンジン（以下、ＰＤＥとして参照する。）との特性比較を示す。ＰＤＥは、デトネーションを間欠的に発生させ、衝撃波の進行方向に形成された開口から衝撃波を放出させることにより、極めて高い速度および燃焼ガス膨張が発生し、推進力を得ることができる。図１１に示されるようにＰＤＥは、効率が、ジェットエンジンやロケットエンジンよりも高く、また推力もＭＰＤスラスタ(Magneto-Plasma Dynamic Thruster)や、イオンエンジンなどの電気的推進装置よりも高いと考えられている。図１１に示した航空宇宙用途の他にも、デトネーションを生じさせる装置（以下、デトネータとして参照する。）は、デトネータに相対する装置に対して並進運動、回転運動などの運動を与えるためのエネルギー変換装置として高い期待が寄せられている。 FIG. 11 shows a comparison of characteristics between another engine in the case of an aerospace engine using pulse detonation and a pulse detonation engine (hereinafter referred to as PDE). The PDE generates detonation intermittently and emits shock waves from openings formed in the traveling direction of the shock waves, thereby generating extremely high speed and combustion gas expansion and obtaining propulsive force. As shown in FIG. 11, the PDE is considered to have higher efficiency than the jet engine and rocket engine, and the thrust is higher than that of an electric propulsion device such as an MPD thruster (Magneto-Plasma Dynamic Thruster) or an ion engine. ing. In addition to the aerospace application shown in FIG. 11, a device that generates detonation (hereinafter referred to as a detonator) is an energy for imparting motion such as translational motion and rotational motion to the device facing the detonator. High expectations are placed as a conversion device.

上述したデトネーションの発生機構を説明すると、まずイグニッションにより発生した衝撃波が、燃料ガス中を通過し、通過後に衝撃波により高温高圧となった燃料ガスの化学反応により発生した圧縮波が複合して衝撃波のエネルギーが増強されてゆく。そして、衝撃波のエネルギーが衝撃波の通過とほぼ同時に火炎を生じさせることが可能なエネルギーまで補強され、最終的に衝撃波と火炎とが一体となったデトネーションが生成される。このために必要な時間および距離を以下、それぞれＤＤＴ(Deflagration to Detonation Time)およびＤＤＬ(Deflagration to Detonation Length)として参照する。したがって、デトネーションを効率的に生成させることは、ＤＤＴおよびＤＤＬを短縮させることとなり、デトネータのコンパクト化を可能とすると共に、デトネータ内でデトネーションを確実に発生させることは、エネルギー変換装置としての信頼性を向上させると考えられる。デトネーションを安定して確実に発生させるためには、デトネータ内で平滑な層流火炎として形成された燃焼の火炎面で生じた複数の圧縮波を反射させ、互いに増強することを効率化させるための乱流火炎を効率よく生成させることが必要である。 The detonation generation mechanism described above will be explained. First, the shock wave generated by the ignition passes through the fuel gas, and the compression wave generated by the chemical reaction of the fuel gas that has become high temperature and high pressure by the shock wave after passing through is combined to generate the shock wave. Energy will be strengthened. Then, the energy of the shock wave is reinforced to an energy capable of generating a flame almost simultaneously with the passage of the shock wave, and finally a detonation in which the shock wave and the flame are integrated is generated. The time and distance required for this purpose are hereinafter referred to as DDT (Deflagration to Detonation Time) and DDL (Deflagration to Detonation Length), respectively. Therefore, the efficient generation of detonation shortens DDT and DDL, and the detonator can be made compact, and the reliable generation of detonation within the detonator is reliable as an energy conversion device. It is thought to improve. In order to generate detonation stably and reliably, it is necessary to reflect multiple compression waves generated on the combustion flame surface formed as a smooth laminar flame in the detonator, and to enhance the efficiency of each other. It is necessary to generate a turbulent flame efficiently.

デトネータは、通常、壁により取り囲まれた空間により画成される燃焼室を有している。上述した乱流火炎を形成させるために、従来では、デトネータ内に、スプリング形状の乱流形成構造体、所謂、Schelkin spiralが挿入される。上述した従来の乱流形成構造体を使用してデトネーションを連続パルスとして発生させることにより連続的な推進力を発生させる場合について考えると、従来の乱流形成構造体は、デトネータと構造的に分離されているので、壁との接触面積の低さ、連続的なデトネーションに曝されている間の熱膨張係数の相違などの原因により、外部から熱的に孤立してしまうことが考えられる。乱流形成構造体が、外部からの冷却と切り離された状態でデトネーションに長時間曝されると、材料の劣化や変形などが発生し、最終的には、ジェットエンジンなどにおける吹き消え(blow-out)に相当するデトネーションの消失を生じることになる。 A detonator typically has a combustion chamber defined by a space surrounded by walls. In order to form the turbulent flame described above, conventionally, a spring-shaped turbulent flow structure, so-called Schelkin spiral, is inserted into the detonator. Considering the case where continuous thrust is generated by generating detonation as a continuous pulse using the conventional turbulent flow forming structure described above, the conventional turbulent flow forming structure is structurally separated from the detonator. Therefore, it is conceivable that they are thermally isolated from the outside due to the low contact area with the wall and the difference in thermal expansion coefficient during exposure to continuous detonation. When a turbulent flow structure is exposed to detonation for a long time in a state separated from external cooling, material deterioration or deformation occurs, and eventually the blow-off in a jet engine (blow- The detonation corresponding to (out) is lost.

デトネーションを使用した推進装置としては、例えば、特開２００４−３０６６６８号公報（特許文献１）において、デトネーションを使用した垂直離着陸装置が開示されている。特許文献１で開示された装置は、デトネーションを使用することにより、垂直離着陸飛行を可能とすることについては開示するものの、ホバリングなどを行うことを目的とした姿勢制御などに関し、デトネータ内の詳細な構成については何ら開示するものではない。 As a propulsion device using detonation, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-306668 (Patent Document 1) discloses a vertical take-off and landing device using detonation. Although the device disclosed in Patent Document 1 discloses that vertical take-off and landing flight is possible by using detonation, the detailed control in the detonator is related to attitude control for the purpose of hovering and the like. The configuration is not disclosed at all.

したがって、これまでデトネーションを使用して連続的に熱−機械エネルギーの変換を行うためには、外部との熱交換を確実に行うことができる乱流形成機構を備えたデトネータが必要とされていた。
特開２００４−３０６６６８号公報 Therefore, in order to continuously convert thermo-mechanical energy using detonation, a detonator having a turbulent flow formation mechanism capable of reliably performing heat exchange with the outside has been required. .
JP 2004-306668 A

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明は、連続的にパルス駆動されるパルスデトネーションにおいても、外部と確実に熱的接続を可能とする乱流形成構造体を含むデトネータ、燃焼器、該燃焼器を用いたエネルギー変換装置、推進装置、および構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and the present invention provides a turbulent flow that enables reliable thermal connection to the outside even in pulse detonation that is continuously pulse-driven. It is an object of the present invention to provide a detonator including a forming structure, a combustor, an energy conversion device using the combustor, a propulsion device, and a structure.

本発明者らは、鋭意検討を加えた結果、デトネータの内壁面に突起を設けることにより効率的にデトネーションを生成させることを見出し、本発明に至ったものである。すなわち、本発明では、乱流を効率的に形成させるためにデトネータの内壁に沿って延びた突起を設ける。この突起は、デトネータの内壁と一体として形成されている。このため、デトネータ内で連続的なパルスデトネーションが発生しても、良好な冷却ができ、デトネータと乱流形成構造体との熱膨張の差などによる乱流形成構造体の熱的孤立を排除することが可能となる。また、デトネータに冷却構造が設けられた場合には、デトネータの壁からの直接的な乱流形成構造体の冷却も可能となり、連続的なパルスデトネーションによる機械的エネルギー抽出を安定に行うことを可能とする。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that detonation can be efficiently generated by providing protrusions on the inner wall surface of the detonator, and the present invention has been achieved. That is, in the present invention, a protrusion extending along the inner wall of the detonator is provided in order to efficiently form a turbulent flow. This protrusion is formed integrally with the inner wall of the detonator. Therefore, even if continuous pulse detonation occurs in the detonator, good cooling can be achieved, and thermal isolation of the turbulent flow forming structure due to a difference in thermal expansion between the detonator and the turbulent flow forming structure is eliminated. It becomes possible. In addition, when the detonator is equipped with a cooling structure, it is possible to cool the turbulent flow structure directly from the detonator wall, and it is possible to stably extract mechanical energy by continuous pulse detonation. And

すなわち、本発明によれば、
酸化剤としての酸素または空気および燃料としての水素ガスからなる燃料ガスのデトネーションを生成するデトネータであって、前記デトネータは、
壁により外部から分離され前記壁の内側面に乱流形成構造体が一体に形成された燃焼室と、前記燃焼室に形成され燃焼ガスを放出するための開口と、
を備え、前記乱流形成構造体は、前記内側面に沿って螺旋状に延び、前記内側面から前記燃焼室に向かって突出した突条を備え、かつ前記乱流形成構造体には、前記壁の外壁面に形成された開口部を介して外部に連通する冷却通路が延びたデトネータが提供される。 That is, according to the present invention,
A detonator for producing detonation of a fuel gas composed of oxygen or air as an oxidant and hydrogen gas as a fuel, the detonator comprising:
A combustion chamber that is separated from the outside by a wall and in which a turbulent flow structure is integrally formed on the inner side surface of the wall; and an opening that is formed in the combustion chamber and discharges combustion gas;
The turbulent flow forming structure includes a ridge that extends spirally along the inner side surface and protrudes from the inner side surface toward the combustion chamber. A detonator is provided in which a cooling passage communicating with the outside extends through an opening formed in an outer wall surface of the wall .

本発明の前記機械的エネルギーは、並進エネルギーまたは回転エネルギーである。 The mechanical energy of the present invention is translational energy or rotational energy.

前記構造体は、宇宙航空機、船舶、またはガスタービンとすることができる。 The structure may be a space aircraft, a ship, or a gas turbine.

上述したように、本発明によれば、連続的なパルスデトネーションを効率的に生成することができ、かつ乱流形成構造体の冷却を保証することで連続的なパルスデトネーションをより安定化させることを可能とする。したがって、本発明によれば、パルスデトネーションに適したデトネータ、およびこのデトネータを使用した燃焼器、該燃焼器を用いたエネルギー変換装置、推進装置および構造体を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, continuous pulse detonation can be efficiently generated, and continuous pulse detonation can be further stabilized by ensuring cooling of the turbulent flow forming structure. Is possible. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a detonator suitable for pulse detonation, a combustor using the detonator, an energy conversion device using the combustor, a propulsion device, and a structure.

以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings.

図１は、本発明のデトネーションを用いたエネルギー変換装置を示した図である。本発明のエネルギー変換装置１０は、ステンレススチール、ジュラルミン、チタン合金、ニッケル超合金などの耐熱性材料から形成されたデトネータ１２と、デトネータ１２の内部に燃料を供給するための燃料供給機構１４と、燃焼のための酸化剤を導入するための酸化剤供給機構１６と、燃料−酸化物混合気を点火するためのイグナイタ１８とを含んでいる。デトネータ１２は、概ね円筒管として構成されており、その内部に燃焼室２０を形成している。燃焼室２０を形成する壁の内側面には、壁と一体として形成される図示しない乱流形成構造体が形成されている。さらにデトネータ１２には、燃料供給機構１４および酸化剤供給機構１６に近接した端部が閉塞され、閉塞端部の中心付近にイグナイタ１８が配設されている。また、閉塞端部に対向する側の端部は、開放されていて、衝撃波をデトネータ１２の外部へと放出させ、熱エネルギーを機械的な並進エネルギーへと変換する。 FIG. 1 is a diagram showing an energy conversion device using the detonation of the present invention. The energy conversion device 10 of the present invention includes a detonator 12 formed of a heat resistant material such as stainless steel, duralumin, titanium alloy, nickel superalloy, a fuel supply mechanism 14 for supplying fuel to the inside of the detonator 12, An oxidant supply mechanism 16 for introducing an oxidant for combustion and an igniter 18 for igniting the fuel-oxide mixture are included. The detonator 12 is generally configured as a cylindrical tube, and forms a combustion chamber 20 therein. A turbulent flow forming structure (not shown) formed integrally with the wall is formed on the inner side surface of the wall forming the combustion chamber 20. Further, the detonator 12 has an end portion close to the fuel supply mechanism 14 and the oxidant supply mechanism 16 closed, and an igniter 18 is disposed near the center of the closed end portion. Also, the end on the side opposite to the closed end is open, and a shock wave is released to the outside of the detonator 12, and heat energy is converted into mechanical translational energy.

本発明で使用することができる燃料としては、可燃性のガスまたは液体または分散液を噴霧させて形成された気体、またはエアロゾルなどのいかなる気体でも用いることができ、例えば、水素ガス（Ｈ_２）、天然ガス、メタン、エタン、プロパンなどの気体炭化水素化合物、ガソリン、灯油、ナフサ、ケロシンなどの汎用または航空機用の液体炭化水素化合物などを挙げることができる。また、本発明で用いることができる酸化剤としては、酸素ガス（Ｏ_２）、空気、オゾン、硝酸ナトリウム溶液または分散液、塩素酸、過塩素酸塩溶液または分散液などを用いることができる。上述した燃料および酸化剤としては、特に限定されることなく本発明で使用することができるが、環境的な負荷を考慮すると、燃料としては水素ガスを使用し、酸化剤としては、酸素ガスまたは空気を使用することが好ましい。 As a fuel that can be used in the present invention, a gas formed by spraying a combustible gas, a liquid or a dispersion, or any gas such as an aerosol can be used. For example, hydrogen gas (H ₂ ) And gas hydrocarbon compounds such as natural gas, methane, ethane, and propane, and general-purpose or aircraft liquid hydrocarbon compounds such as gasoline, kerosene, naphtha, and kerosene. As the oxidizing agent that can be used in the present invention, oxygen gas (O ₂ ), air, ozone, sodium nitrate solution or dispersion, chloric acid, perchlorate solution or dispersion, and the like can be used. The fuel and oxidant described above can be used in the present invention without any particular limitation. However, in consideration of environmental load, hydrogen gas is used as the fuel, and oxygen gas or oxidant is used as the oxidant. It is preferred to use air.

イグナイタ１８は、スパークギャップを使用して着火を行う方式、プラズマを発生させて着火する方式、レーザを照射して着火する方式など、デトネーションを発生させるための初期火炎を生成させることができる限り、いかなる方式のイグナイタ１８でも用いることができる。また、本発明の燃料供給機構および酸化剤導入機構としては、例えば、使用温度に応じた材料から製造されるソレノイド式の噴射バルブを使用することができる。 As long as the igniter 18 can generate an initial flame for generating detonation, such as a method of performing ignition using a spark gap, a method of generating and igniting plasma, and a method of igniting by irradiating a laser, Any type of igniter 18 can be used. In addition, as the fuel supply mechanism and the oxidant introduction mechanism of the present invention, for example, a solenoid-type injection valve manufactured from a material corresponding to the operating temperature can be used.

図２は、本発明の熱機械エネルギー変換装置１０の動作サイクルを示した図である。図２に示すように、まず、デトネータ１２内に燃料および酸化剤が噴射され（図２（ａ））、その後、イグナイタ１８により燃料−酸化剤の混合ガス２２が着火され初期火炎が生成される（図２（ｂ））。生成した初期火炎は、乱流形成構造体（図示せず）により複数の圧縮波が互いに増強し合い、衝撃波のエネルギーを高めながら開放端２４に向かって伝搬してゆく（図２（ｃ））。その後、図２（ｂ）で生成した火炎がデトネーションまで進行した後、図２（ｄ）に示すように、燃焼ガスが開放端２４から放出され、並進エネルギーへと熱エネルギーが変換される。その後、図２に示したサイクルは、再度、図２（ａ）の状態とされ、以後、図２（ｂ）〜図２（ｄ）が連続的に繰り返されることで、連続的なパルスデトネーションが達成される。 FIG. 2 is a diagram showing an operation cycle of the thermomechanical energy conversion device 10 of the present invention. As shown in FIG. 2, first, fuel and oxidant are injected into the detonator 12 (FIG. 2A), and then the fuel-oxidant mixed gas 22 is ignited by the igniter 18 to generate an initial flame. (FIG. 2 (b)). In the generated initial flame, a plurality of compression waves reinforce each other by a turbulent flow formation structure (not shown), and propagates toward the open end 24 while increasing the energy of the shock wave (FIG. 2C). . Thereafter, after the flame generated in FIG. 2 (b) proceeds to detonation, as shown in FIG. 2 (d), the combustion gas is released from the open end 24, and the thermal energy is converted into translational energy. After that, the cycle shown in FIG. 2 is again brought into the state of FIG. 2A, and thereafter, by continuously repeating FIG. 2B to FIG. 2D, continuous pulse detonation is performed. Achieved.

図３は、本発明のデトネータの構造を、デトネータの一部を切り欠いて示した斜視図である。図３に示したデトネータ１２は、図３に示した実施の形態では、円筒管として形成されており、壁と、閉塞端２６とにより画成される領域が燃焼室２０を形成する。デトネータ１２の閉塞端２６に隣接した側には、燃料供給機構として使用されるパイプ２８と酸化剤供給機構として使用されるパイプ３０と、イグナイタ１８とが配設されている。デトネータ１２の内側面３２には、乱流形成構造体３４が形成されている。図３に示した乱流形成構造体３４は、内側面３２から、デトネータ中心に向かって突出した突条とされており、この突条は、内側面３２に沿って長手軸Ａの方向に螺旋状に延ばされている。イグナイタ１８により生成された火炎は、閉塞端２６から開放端２４へと進行して行き、その間に乱流形成構造体３４により生成した圧縮波は、デトネータ中心側へと反射され、デトネーションを生成する。 FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the detonator of the present invention with a part of the detonator cut out. In the embodiment shown in FIG. 3, the detonator 12 shown in FIG. 3 is formed as a cylindrical tube, and a region defined by the wall and the closed end 26 forms the combustion chamber 20. On the side of the detonator 12 adjacent to the closed end 26, a pipe 28 used as a fuel supply mechanism, a pipe 30 used as an oxidant supply mechanism, and an igniter 18 are disposed. A turbulent flow forming structure 34 is formed on the inner side surface 32 of the detonator 12. The turbulent flow forming structure 34 shown in FIG. 3 is a ridge protruding from the inner side surface 32 toward the center of the detonator, and this ridge spirals in the direction of the longitudinal axis A along the inner side surface 32. It is extended to the shape. The flame generated by the igniter 18 travels from the closed end 26 to the open end 24, while the compression wave generated by the turbulent flow forming structure 34 is reflected toward the detonator center side to generate detonation. .

図３に示した乱流形成構造体３４は、連続した突条とされているが、本発明では、突条の他、突条をその延長方向に分離した突起として形成することもできる。この場合、突起は、螺旋の進行方向に沿って配置されることになる。本発明では、乱流形成構造体３４を突起として形成させる場合には、必ずしも螺旋条に配置することは必要ではなく、例えばデトネータ１２の長手軸Ａに直交する円周方向に沿って突起を形成させ、突起を長手軸Ａの方向に沿って等間隔または不均一間隔で配置することもできるし、千鳥状に配置することもできる。 Although the turbulent flow forming structure 34 shown in FIG. 3 is a continuous ridge, in the present invention, in addition to the ridge, the ridge can also be formed as a protrusion separated in its extending direction. In this case, the protrusion is arranged along the traveling direction of the spiral. In the present invention, when the turbulent flow forming structure 34 is formed as a projection, it is not always necessary to arrange the turbulent flow forming structure 34 on the spiral strip. For example, the projection is formed along the circumferential direction orthogonal to the longitudinal axis A of the detonator 12. The protrusions can be arranged at equal intervals or non-uniform intervals along the direction of the longitudinal axis A, or can be arranged in a staggered manner.

図４は、本発明のデトネータ１２の一部を拡大して示した断面図である。図４に示す実施の形態では、デトネータ１２は、円筒管から形成され、一端には、イグナイタが接続されたフランジを取り付けるためのフランジを配設することができる。図４に示したデトネータ１２の長手軸Ａ方向に向いた開放端には、接続フランジを配設することができるし、本発明を航空機推進用のエンジンとして適用する場合には、デトネータ１２の開放端に隣接して、これまで知られたいかなるノズルでも形成させることができる。 FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the detonator 12 of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 4, the detonator 12 is formed of a cylindrical tube, and a flange for attaching a flange to which an igniter is connected can be disposed at one end. A connection flange can be provided at the open end of the detonator 12 shown in FIG. 4 facing the longitudinal axis A. When the present invention is applied as an aircraft propulsion engine, the detonator 12 is opened. Adjacent to the end, any previously known nozzle can be formed.

図４に示すデトネータ１２の内側面３２から突出する乱流形成構造体３４は、内面に沿って螺旋状に形成された突条３６を形成する。特定の実施の形態では、突条３６または他の実施の形態では突起として形成される乱流形成構造体３４は、デトネータ１２の内壁と一体として形成することが、熱的安定性を与える点で好ましい。この突条３６の寸法は、本発明の特定の実施の形態では、内側面３２から見た高さｈが、デトネータ内径の約１０％とされている。さらに、突条３６の厚さｔは、デトネータの各端部の間の長さの約０．５％〜１％とされている。本発明では、突条３６の寸法には、適切なデトネーションを形成させることができる限り、特に限定されるものではないが、内側面３２から測った高さｈは、デトネータの内径の５％〜５０％とすることができ、より好ましくは、７．５％〜５０％とすることができる。また、突条３６の厚さｔは、０．５％以上であれば、適切な強度を与える限り特に限定されるものではない。 The turbulent flow forming structure 34 protruding from the inner surface 32 of the detonator 12 shown in FIG. 4 forms a ridge 36 formed in a spiral shape along the inner surface. In certain embodiments, the ridge 36 or the turbulent flow structure 34 formed as a protrusion in other embodiments may be formed integrally with the inner wall of the detonator 12 to provide thermal stability. preferable. In the specific embodiment of the present invention, the height h of the protrusion 36 is about 10% of the inner diameter of the detonator when viewed from the inner surface 32. Further, the thickness t of the protrusion 36 is set to about 0.5% to 1% of the length between the end portions of the detonator. In the present invention, the dimension of the protrusion 36 is not particularly limited as long as an appropriate detonation can be formed, but the height h measured from the inner surface 32 is 5% to the inner diameter of the detonator. 50%, more preferably 7.5% to 50%. Further, the thickness t of the protrusion 36 is not particularly limited as long as it has an appropriate strength as long as it is 0.5% or more.

さらに、本発明の乱流形成構造体は、螺旋状に配置される場合でも、また、長手軸Ａに直交する円周に沿って配置される場合でも、突条または突起の配置されるピッチは、デトネーションを生成するまでのＤＤＴおよびＤＤＬを適切な値に保持することができる限り、特に限定されない。また、本発明においては、乱流形成構造体を設けたデトネータと、従来のSchelkin spiralを初期乱流形成構造体として使用するデトネータとを組み合わせて使用することもできる。本発明の図３および図４で示した本発明のデトネータに形成される乱流形成構造体３４は、円筒管の内側面を切削加工することより製造することができる。また、本発明の他の実施の形態では、デトネータ１２の壁に対して熱的に安定して一体化できるのであれば、乱流形成構造体を、デトネータと別に形成しておき、内側面に対してロウ付け、溶接、熔着などいかなる方法で、乱流形成構造体を壁に対して一体化させることもできる。 Furthermore, even when the turbulent flow forming structure of the present invention is arranged in a spiral shape or along a circumference orthogonal to the longitudinal axis A, the pitch at which the protrusions or protrusions are arranged is There is no particular limitation as long as DDT and DDL until detonation is generated can be maintained at appropriate values. Further, in the present invention, a detonator provided with a turbulent flow forming structure and a detonator using a conventional Schelkin spiral as an initial turbulent flow forming structure can be used in combination. The turbulent flow forming structure 34 formed in the detonator of the present invention shown in FIGS. 3 and 4 of the present invention can be manufactured by cutting the inner surface of the cylindrical tube. In another embodiment of the present invention, the turbulent flow forming structure is formed separately from the detonator and can be formed on the inner surface so long as it can be thermally integrated stably with the wall of the detonator 12. On the other hand, the turbulent flow forming structure can be integrated with the wall by any method such as brazing, welding, or welding.

本発明の乱流形成構造体には、デトネータの壁を通して外部と連通した冷却通路を設けることもできる。乱流形成構造体に冷却機構を設ける場合には、例えば、デトネータの外側面に開口部を設け、この開口部に連通する冷却通路を壁を通して乱流形成構造体にまで延ばす構成とすることができる。乱流形成構造体に達した冷却通路は、乱流形成構造体内で再度、外側面側へと屈曲され、壁内を通して次の乱流形成構造体へと延びて、空気や、その他の冷却媒体を長手軸Ａ方向に隣接する別の突条または突起へと導くことができる。この場合、冷却通路のさらに下流側の適切な位置に、冷却媒体を吐出するための外側面に向かって開いた開口を、冷却通路に隣接して設けておくことができる。 The turbulent flow forming structure of the present invention may be provided with a cooling passage communicating with the outside through the wall of the detonator. When the turbulent flow structure is provided with a cooling mechanism, for example, an opening is provided on the outer surface of the detonator, and the cooling passage communicating with the opening is extended to the turbulent flow structure through the wall. it can. The cooling passage that reaches the turbulent flow forming structure is bent again to the outer surface side in the turbulent flow forming structure, and extends to the next turbulent flow forming structure through the wall, so that air or other cooling medium Can be led to another ridge or protrusion adjacent in the longitudinal axis A direction. In this case, an opening opened toward the outer surface for discharging the cooling medium can be provided adjacent to the cooling passage at an appropriate position further downstream of the cooling passage.

本発明のデトネータを含むエネルギー変換装置は、航空宇宙用のエンジン、船舶用エンジン、およびタービンなどに適用することができる。本発明のエネルギー変換装置を、推進装置として航空機に適用する場合には、燃料として水素ガスやケロシンといった燃料を使用することができ、酸化剤としては、酸素、空気などを使用することができる。デトネータの内側面には、本発明に従い、乱流形成構造体が形成されていて、安定したデトネーション形成を可能とする。また、推進装置として使用する場合には、ＰＤＥを複数並列的に使用して、例えば、１つのデトネータが故障した場合にでも、最低の推力または推進力を得ることができる構成として、安定した推進力を継続的に得ることができる配置として使用することが好ましい。 The energy conversion device including the detonator of the present invention can be applied to an aerospace engine, a marine engine, a turbine, and the like. When the energy conversion device of the present invention is applied to an aircraft as a propulsion device, a fuel such as hydrogen gas or kerosene can be used as a fuel, and oxygen, air, or the like can be used as an oxidant. In accordance with the present invention, a turbulent flow forming structure is formed on the inner surface of the detonator to enable stable detonation formation. Further, when used as a propulsion device, a plurality of PDEs are used in parallel, and, for example, even when one detonator fails, a structure that can obtain the minimum thrust or propulsive force is a stable propulsion. It is preferably used as an arrangement where force can be continuously obtained.

また、本発明のエネルギー変換装置を船舶の推進装置として使用する場合には、本発明のデトネータを含む推進装置を船舶の喫水線以上の高さに配置して、船底に設けたノズルから、水中へと燃焼ガスを噴出させることにより、船舶の推進力を生成させる。さらに、発明のデトネータは、燃焼器としての適用でき、本発明のデトネータを用いた燃焼器は、航空機用のガスタービンエンジンまたは発電用タービンのための燃焼チャンバとして使用することができる。 Further, when the energy conversion device of the present invention is used as a ship propulsion device, the propulsion device including the detonator of the present invention is disposed at a height higher than the waterline of the ship, and from the nozzle provided on the ship bottom to the water. And the propulsive force of the ship is generated by jetting combustion gas. Furthermore, the detonator of the invention can be applied as a combustor, and the combustor using the detonator of the present invention can be used as a combustion chamber for an aircraft gas turbine engine or a power generation turbine.

本発明を発電用タービンに適用する場合には、本発明の燃焼器は、中心軸から径方向外側に向かって突出したロータベーンを含むロータ段に向かって燃焼ガスを噴射し、燃焼ガスの並進エネルギーを回転エネルギーへと変換させる。中心軸は、発電機に連結されており、発電機へと回転エネルギーを伝達させ、発電のために使用される。上述した本発明のデトネータを使用した構造体は、いずれの場合でも上述した燃料を使用して運転することができるが、環境負荷の点を考慮すれば、燃料としては、水素ガスを使用し、酸化剤としては空気を使用することが好ましい。 When the present invention is applied to a power generation turbine, the combustor of the present invention injects combustion gas toward a rotor stage including a rotor vane protruding radially outward from the central axis, and the translational energy of the combustion gas. Is converted into rotational energy. The central shaft is connected to the generator, transmits rotational energy to the generator, and is used for power generation. The structure using the detonator of the present invention described above can be operated using the above-described fuel in any case, but considering the environmental load, the fuel uses hydrogen gas, Air is preferably used as the oxidizing agent.

以下、本発明のデトネータについて、実施例を使用してさらに詳細に説明を行うが、本発明は後述する実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the detonator of the present invention will be described in more detail using examples, but the present invention is not limited to the examples described later.

（実験装置）
図５には、本発明のデトネータの特性を検討するために使用した基本的な実験装置を示す。実験装置４０は、概ね、本発明のデトネータ４２と、矩形デトネータ４４と、観測用チャンバ４６と、ダンパ容器４８とを含んで構成されており、それぞれが、接続フランジ５０で連結されて、真空ポンプなどにより排気可能とされている。デトネータ４２には、本発明に従い、乱流形成構造体が内壁面に一体として形成されている。また、矩形デトネータ４４は、本発明のデトネータ４２から後のデトネーション特性を観測するために設けられており、観測窓５２と、複数の圧力トランスデューサ５４とが設けられている。矩形デトネータ４４の下流側には、観測用チャンバ４６が配設されていて、矩形デトネータ４４の下流側でのデトネーション特性が観測される。観測用チャンバ４６にも観測窓５６と複数の圧力トランスデューサ５８とが配設されている。また、本発明では、本発明のデトネータを１本ではなく、例えば２本以上の数を直列的にまたは並列的に連結して使用することもできる。 (Experimental device)
FIG. 5 shows a basic experimental apparatus used for examining the characteristics of the detonator of the present invention. The experimental apparatus 40 is generally configured to include a detonator 42, a rectangular detonator 44, an observation chamber 46, and a damper container 48 of the present invention, each of which is connected by a connection flange 50 to be a vacuum pump. It is possible to exhaust. In the detonator 42, a turbulent flow forming structure is integrally formed on the inner wall surface according to the present invention. The rectangular detonator 44 is provided for observing the detonation characteristics after the detonator 42 of the present invention, and is provided with an observation window 52 and a plurality of pressure transducers 54. An observation chamber 46 is disposed on the downstream side of the rectangular detonator 44, and the detonation characteristics on the downstream side of the rectangular detonator 44 are observed. An observation window 56 and a plurality of pressure transducers 58 are also arranged in the observation chamber 46. In the present invention, the detonator of the present invention is not limited to one, and for example, two or more numbers can be connected in series or in parallel.

また、観測用チャンバ４６のさらに下流側には、反射衝撃波を排除するためのダンパ容器４８が配設されている。ダンパ容器４８の入口部分には、約１０１．３２５ｋＰａの圧力差に耐えることができる、厚さ約２５０μｍのマイラ膜（図示せず）が取り付けられている。マイラ膜は、デトネーションにより発生した衝撃波により破られて、真空に排気されたダンパ容器に進行し、そのエネルギーを解放させることにより反射衝撃波による測定系の攪乱を排除するために設けられている。なお、本発明では、衝撃波を受けて破壊される強度を有している限り、マイラ膜以外にも、例えば、セロファン、金属フィルムや金属プレートなどを使用することができる。 Further, a damper container 48 for eliminating reflected shock waves is disposed further downstream of the observation chamber 46. A Mylar membrane (not shown) having a thickness of about 250 μm capable of withstanding a pressure difference of about 101.325 kPa is attached to the inlet portion of the damper container 48. The mylar film is provided to eliminate disturbance of the measurement system due to the reflected shock wave by breaking the shock wave generated by the detonation and proceeding to the damper container evacuated to a vacuum to release the energy. In the present invention, for example, cellophane, a metal film, a metal plate, or the like can be used in addition to the mylar film as long as it has strength to be broken by receiving a shock wave.

デトネーション発生実験の手順を簡単に説明すると、まず、燃料供給機構６０および酸化剤供給機構６２から燃料と酸化剤とをデトネータ４２内に導入し、イグナイタ６４をトリガ装置６６によりトリガ信号を送って着火させる。デトネータ４２内で生成した初期火炎は、デトネータ４２内を伝搬し、圧縮波を重畳しながらそのエネルギーを増加させて行き、実験装置４０の適切な位置で、デトネーション条件が達成される。生成した圧力変化は、圧力トランスデューサ５４、５８により観測され、コンピュータを含んで構成された圧力検出システム７２により処理される。また、各圧力トランスデューサからの圧力信号は、オシロスコープ７０によりモニタされる。オシロスコープ７０は、デトネーションをイメージ観測するために観測窓５２、５６に隣接して配置されたディジタル・カメラＤＣをトリガして、燃焼状態の目視観測を可能とする。ディジタル・カメラＤＣにより取得されたイメージは、イメージング・システム６８へと送られて、燃焼状態を、圧力変化データと共に解析することを可能としている。 The procedure of the detonation generation experiment will be briefly described. First, fuel and oxidant are introduced into the detonator 42 from the fuel supply mechanism 60 and the oxidant supply mechanism 62, and the igniter 64 is ignited by sending a trigger signal by the trigger device 66. Let The initial flame generated in the detonator 42 propagates in the detonator 42 and increases its energy while superposing the compression wave, and the detonation condition is achieved at an appropriate position of the experimental device 40. The generated pressure change is observed by the pressure transducers 54 and 58 and processed by a pressure detection system 72 including a computer. The pressure signal from each pressure transducer is monitored by an oscilloscope 70. The oscilloscope 70 triggers a digital camera DC disposed adjacent to the observation windows 52 and 56 to observe the detonation image, thereby enabling visual observation of the combustion state. The image acquired by the digital camera DC is sent to the imaging system 68 to allow combustion conditions to be analyzed along with pressure change data.

（実験例１）
Ａ．図５に示した実験装置に対して、本発明のデトネータ（長さ２５０ｍｍ）を２本連結してデトネーション領域を形成した。燃料としては、水素ガスを使用し、酸化剤としては酸素ガスを使用し、空気をシミュレーションするために希釈ガスとして窒素ガスを用いた。実験例１で使用した燃料ガスの組成は、容量比でＨ_２：Ｏ_２：Ｎ_２＝２：１：３．７６であった。希釈比は、５５．６％とした（酸素の割合で空気のシミュレーションとした。）。また、燃料−酸素混合ガスは、デトネータ４２から観測用チャンバ４６までの間に定義される試験セクションを真空に排気した後に、１０１．３２５ｋＰａの圧力となるように試験セクションに導入した。その後、６０００Ｖの電圧を生成することができるギャップ型点火プラグで燃料ガスに点火した。点火後、生成した衝撃波の通過による圧力の変化を、ＰＣＢ社製の圧力トランスデューサ（１１３Ａ２４）を使用してモニタし、ディジタル・カメラとしては、ＬＡＶＩＳＩＯＮ社製（ＮａｎｏＳｔａｒ）のＩＣＣＤカメラを使用して、イメージ・データを測定した。ディジタル・カメラの条件は、露光：０．０２μｓ、ゲイン４０、輝度分解能４ビット〜８ビットであった。 (Experimental example 1)
A. Two detonators (length: 250 mm) of the present invention were connected to the experimental apparatus shown in FIG. 5 to form a detonation region. Hydrogen gas was used as the fuel, oxygen gas was used as the oxidant, and nitrogen gas was used as the dilution gas in order to simulate air. The composition of the fuel gas used in Experimental Example 1 was H ₂ : O ₂ : N ₂ = 2: 1: 3.76 in terms of volume ratio. The dilution ratio was 55.6% (the air simulation was performed at the oxygen ratio). The fuel-oxygen mixed gas was introduced into the test section so that the pressure was 101.325 kPa after the test section defined between the detonator 42 and the observation chamber 46 was evacuated. Thereafter, the fuel gas was ignited with a gap-type spark plug capable of generating a voltage of 6000 V. After ignition, the pressure change caused by the passage of the generated shock wave is monitored using a pressure transducer (113A24) made by PCB, and an ICCD camera made by LAVISION (Nano Star) is used as a digital camera. The image data was measured. The conditions of the digital camera were exposure: 0.02 μs, gain 40, and luminance resolution 4 bits to 8 bits.

デトネータは、長さ（Ｌ）２５０ｍｍ、内径（φ）４０ｍｍの円筒管を２本直接接続して用いた。デトネータには、内壁面に、ｔ＝３ｍｍ（ｔ／Ｌ＝１．２％）、ｈ＝３ｍｍ（ｈ／φ＝７．５％）の内壁面に沿ってピッチｐ＝１５ｍｍで形成された突条を、乱流形成構造体として形成した。 The detonator was used by directly connecting two cylindrical tubes having a length (L) of 250 mm and an inner diameter (φ) of 40 mm. The detonator has a protrusion formed on the inner wall surface at a pitch p = 15 mm along the inner wall surface of t = 3 mm (t / L = 1.2%) and h = 3 mm (h / φ = 7.5%). The strip was formed as a turbulent flow forming structure.

Ｂ．結果
Ｂ−１：圧力変化
図６には、本発明により生成された燃焼により生じた圧力変化を、点火プラグからの距離に対して測定した結果を示す。点火プラグからの距離は、図６中、順に上から、６２５ｍｍ、６８５ｍｍ、７４５ｍｍ、９９５ｍｍ、１０４５ｍｍ、１０９５ｍｍである。図６に示されるように、点火プラグの下流側６２５ｍｍの地点で衝撃波の通過を示すデルタ関数的な圧力の立ち上がりが観測されているのが示唆され、本発明のデトネータにより、良好なデトネーションが生成されているのが示されている。また、図６中、最も下側のデータで示されるように、衝撃波の伝搬速度は、約１９００ｍ／ｓであり、充分に超音速にまで達していることが示された。 B. Result B-1: Pressure Change FIG. 6 shows the result of measuring the pressure change caused by the combustion generated according to the present invention with respect to the distance from the spark plug. The distance from the spark plug is 625 mm, 685 mm, 745 mm, 995 mm, 1045 mm, and 1095 mm in order from the top in FIG. As shown in FIG. 6, it is suggested that a rise in pressure as a delta function indicating the passage of a shock wave is observed at a point 625 mm downstream of the spark plug, and good detonation is generated by the detonator of the present invention. Is shown. In addition, as shown in the lowermost data in FIG. 6, the propagation speed of the shock wave is about 1900 m / s, which indicates that the supersonic speed has been sufficiently reached.

Ｂ−２：イメージ・データ
図７には、観測用デトネータから観測された衝撃波の進行のイメージ・データを示す。図７では、圧力変化によりトリガされた後の１０μｓの遅延時間ごとに５０μｓ後までの衝撃波面の進行の状況を示す。図７に示されるように、トリガ直後（０μｓ後）でも衝撃波面近傍に輝度の高い領域、すなわち、高温領域が存在していることが示されている。したがって、Ｂ−１で観測された急激な圧力変化と、火炎の最前面とは、一致しており、デトネーションが生成されたことが確認された。 B-2: Image Data FIG. 7 shows image data of shock wave progression observed from the observation detonator. FIG. 7 shows the state of progress of the shock wave front up to 50 μs after every 10 μs delay time after being triggered by the pressure change. As shown in FIG. 7, it is shown that a high luminance region, that is, a high temperature region exists in the vicinity of the shock wave front even immediately after the trigger (after 0 μs). Therefore, the rapid pressure change observed in B-1 coincided with the forefront of the flame, and it was confirmed that detonation was generated.

（実験例２）
燃料ガスとして、水素ガス、酸素ガス、および規約ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を使用して、混合比をＨ_２：Ｏ_２：Ａｒ＝２：１：３．７６とし、希釈率を５５．６％とし、１０１．３２５ｋＰａの圧力で充填したことを除き実験例１と同様の実験を行ったところ、良好なデトネーションが生成できた。 (Experimental example 2)
Hydrogen gas, oxygen gas, and argon (Ar) are used as the fuel gas, the mixing ratio is H ₂ : O ₂ : Ar = 2: 1: 3.76, and the dilution rate is 55.6%. As a result of performing an experiment similar to Experimental Example 1 except that it was filled at a pressure of 101.325 kPa, a good detonation could be generated.

（実験例３）
実験例２と同一の組成の燃料ガスを用い、デトネータを１本（２５０ｍｍ）だけ使用して実験例１と同様の実験を行ったところ、良好なデトネーションが生成できた。 (Experimental example 3)
When a fuel gas having the same composition as in Experimental Example 2 was used and only one detonator (250 mm) was used, the same experiment as in Experimental Example 1 was performed, and good detonation could be generated.

（実験例４：比較例）
比較実験として、乱流形成構造体としてSchelkin spiral（線径３ｍｍ、ピッチ１５ｍｍ、長さ５００ｍｍのスプリング形状）を使用して、実験例１と同様の実験を行った。図８には、得られた圧力変化データを示す。図８に示されるように、Schelkin spiralを使用してもデトネーションの生成と考えられる急激な圧力変化は確認されたものの、実験例１に比較して圧力ピークの高さが低い結果が得られた。また、図９には、観測用デトネータから観測された衝撃波の進行のイメージ・データを示す。図９においても、圧力変化によりトリガされた後の１０μｓの遅延時間ごとに５０μｓ後までの衝撃波面の進行の状況を示す。図９の、特に圧力変化直後（０μｓ）での衝撃波面の温度に着目すると、実験例１よりも明らかに温度が低くなっているのがわかる。また、それ以後のイメージを参照しても実験例１に比較して輝度の高い領域が少ない、すなわち低温であることが示されている。すなわち、本発明のデトネータの方が従来の乱流生成構造体よりも良好な燃焼効率を与えることが示された。 (Experimental example 4: Comparative example)
As a comparative experiment, an experiment similar to Experimental Example 1 was performed by using a Schelkin spiral (spring shape having a wire diameter of 3 mm, a pitch of 15 mm, and a length of 500 mm) as a turbulent flow forming structure. FIG. 8 shows the obtained pressure change data. As shown in FIG. 8, although a sudden pressure change considered to be the generation of detonation was confirmed even when the Schelkin spiral was used, a result that the height of the pressure peak was lower than that of Experimental Example 1 was obtained. . FIG. 9 shows image data of the progress of the shock wave observed from the observation detonator. FIG. 9 also shows the state of progress of the shock wave front until 50 μs after every 10 μs delay time after being triggered by the pressure change. When attention is paid to the temperature of the shock wave front immediately after the pressure change (0 μs) in FIG. 9, it can be seen that the temperature is clearly lower than that of Experimental Example 1. Further, referring to the subsequent images, it is shown that there are few areas with high brightness as compared with Experimental Example 1, that is, the temperature is low. That is, it was shown that the detonator of the present invention gives better combustion efficiency than the conventional turbulent flow generation structure.

Ｃ．衝撃波面の伝搬速度
図１０には、実験例１および実験例４（比較例）で得られた衝撃波面の伝搬速度を、点火プラグからの距離に対するプロットを示す。図１０中、■で示されたプロットが、本発明のデトネータを使用した場合の結果であり、◆で示されたデータがSchelkin spiralを使用した場合の比較例で得られた結果である。また、図１０には、Ｃ−Ｊデトネーション理論による理論速度を示したラインを同時に示す。図１０に示されるように、本発明のデトネータは、早い段階での衝撃波面の伝搬速度が比較例の伝搬速度よりも速く、より効率的なデトネーション生成が可能であることを示している。 C. FIG. 10 shows a plot of the propagation velocity of the shock wave front obtained in Experimental Example 1 and Experimental Example 4 (Comparative Example) against the distance from the spark plug. In FIG. 10, the plot indicated by ■ is the result when the detonator of the present invention is used, and the data indicated by ◆ is the result obtained in the comparative example when the Schelkin spiral is used. FIG. 10 also shows a line showing the theoretical speed according to the CJ detonation theory. As shown in FIG. 10, the detonator of the present invention shows that the propagation speed of the shock wave front at an early stage is faster than the propagation speed of the comparative example, and more efficient detonation generation is possible.

以上説明したように、本発明によれば、効率的にデトネーションを生成することができる乱流形成構造体を有するデトネータ、デトネータ、燃焼器、該燃焼器を用いたエネルギー変換装置、推進装置、および構造体が提供される。本発明のエネルギー変換装置は、例えば、航空宇宙用エンジン、船舶用推進器、ガスタービンエンジン用燃焼器、火力発電用タービン用燃焼器など、熱エネルギーを並進エネルギーまたは回転エネルギーに変換して使用するいかなる構造体などに対しても適用することができる。 As described above, according to the present invention, a detonator having a turbulent flow structure that can efficiently generate detonation, a detonator, a combustor, an energy conversion device using the combustor, a propulsion device, and A structure is provided. The energy conversion device of the present invention uses thermal energy converted into translational energy or rotational energy, such as an aerospace engine, a marine propulsion device, a gas turbine engine combustor, and a thermal power generation turbine combustor. It can be applied to any structure.

本発明で用いるデトネーションを用いたエネルギー変換装置を示した図。The figure which showed the energy converter using the detonation used by this invention. 本発明の熱機械エネルギー変換装置１０の動作サイクルを示した図。The figure which showed the operation | movement cycle of the thermomechanical energy converter 10 of this invention. 本発明のデトネータの構造を、デトネータの一部を切り欠いて示した斜視図。The perspective view which showed the structure of the detonator of this invention by notching a part of detonator. 本発明のデトネータ１２の一部を拡大して示した断面図。Sectional drawing which expanded and showed a part of detonator 12 of this invention. 本発明のデトネータの特性を検討するために使用した基本的な実験装置を示した図。The figure which showed the basic experimental apparatus used in order to investigate the characteristic of the detonator of this invention. 本発明により生成された燃焼により生じた圧力変化を、点火プラグからの距離に対して測定した結果を示した図。The figure which showed the result of having measured the pressure change produced by the combustion produced | generated by this invention with respect to the distance from a spark plug. 観測用デトネータから観測された衝撃波の進行のイメージ・データを示した図。The figure which showed the image data of the progress of the shock wave observed from the detonator for observation. 実験例４（比較例）について得られた圧力変化データを示した図。The figure which showed the pressure change data obtained about Experimental example 4 (comparative example). 実験例４（比較例）について観測用デトネータから観測された衝撃波の進行のイメージ・データを示した図。The figure which showed the image data of the progress of the shock wave observed from the detonator for observation about Experimental example 4 (comparative example). 実験例１および実験例４（比較例）で得られた衝撃波面の伝搬速度を、点火プラグからの距離に対してプロットした図。The figure which plotted the propagation velocity of the shock wave front obtained by Experimental example 1 and Experimental example 4 (comparative example) with respect to the distance from a spark plug. パルスデトネーションを使用して、航空宇宙用のエンジンとした場合の他のエンジンとパルスデトネーション・エンジンとの特性比較を示した図。The figure which showed the characteristic comparison with the other engine at the time of setting it as the engine for aerospace using pulse detonation, and a pulse detonation engine.

Explanation of symbols

１０…エネルギー変換装置、１２…デトネータ、１４…燃料供給機構、１６…酸化剤供給機構、１８…イグナイタ、２０…燃焼室、２２…混合ガス、２４…開放端、２６…閉塞端、２８…パイプ、３０…パイプ、３２…内側面、３４…乱流形成構造体、３６…突条、４０…実験装置、４２…デトネータ、４４…矩形（観測用）デトネータ、４６…観測用チャンバ、４８…ダンパ容器、５０…接続フランジ、５２…観測窓、５４…圧力トランスデューサ、５６…観測窓、５８…圧力トランスデューサ、６０…燃料供給機構、６２…酸化剤供給機構、６４…イグナイタ、６６…トリガ装置、６８…イメージング・システム、７０…オシロスコープ、７２…圧力検出システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Energy converter, 12 ... Detonator, 14 ... Fuel supply mechanism, 16 ... Oxidant supply mechanism, 18 ... Igniter, 20 ... Combustion chamber, 22 ... Mixed gas, 24 ... Open end, 26 ... Closed end, 28 ... Pipe , 30 ... pipe, 32 ... inner surface, 34 ... turbulent flow structure, 36 ... ridge, 40 ... experimental device, 42 ... detonator, 44 ... rectangular (for observation) detonator, 46 ... observation chamber, 48 ... damper Vessel, 50 ... Connection flange, 52 ... Observation window, 54 ... Pressure transducer, 56 ... Observation window, 58 ... Pressure transducer, 60 ... Fuel supply mechanism, 62 ... Oxidant supply mechanism, 64 ... Igniter, 66 ... Trigger device, 68 ... Imaging system, 70 ... Oscilloscope, 72 ... Pressure detection system

Claims

A detonator for producing detonation of a fuel gas composed of oxygen or air as an oxidant and hydrogen gas as a fuel, the detonator comprising:
A combustion chamber that is separated from the outside by a wall and in which a turbulent flow structure is integrally formed on the inner side surface of the wall; and an opening that is formed in the combustion chamber and discharges combustion gas;
Wherein the turbulent flow forming structure extends helically along the inner surface includes a protrusion that protrudes toward the combustion chamber from the inner surface and the turbulent flow forming structure, said A detonator in which a cooling passage communicating with the outside extends through an opening formed in an outer wall surface of the wall .