JP5294102B2 - 熱交換インジェクタアセンブリ及び二元推進剤ロケットエンジン - Google Patents
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Description
Q=U・A・ΔT
[但し、Uが全体的な伝熱係数を表し、Aが伝熱用の全体的な断面積を表し、そしてΔTが全体的な温度差を表す。]
で表される。酸化剤80は、気体の燃料82による高温を示す酸化剤ポスト72及び二重らせん部材74の両方に接触する2つの、平行であるものの別個の流れ80A及び80Bに分割されるので、酸化剤80は、現行のインジェクタアセンブリと比較して、より大きな高温表面積に接触する。換言すれば、二重らせん部材74は、多量の酸素80を、酸化剤ポスト72を通って移動する2つの、平行であるものの別個の流れ80A及び80Bに分割し、これにより伝熱用の断面積を増大する。
伝熱の分析は、酸化剤ポスト72のコンピュータ制御三次元モデルを用いて行われ、そしてインジェクタアセンブリ22中の燃料82と酸化剤80との間における伝導、対流及び放射による総括的な伝熱に関する計算を得た。5:1の推力比の分析モデルの進行を行った。全開推力に対して20%の条件下(すなわち、5:1の推力比)では、酸化剤80は、インジェクタアセンブリ22の入口において液体の状態(例えば、LOX)である。全開推力に対して20%の条件下で燃料82から得られる熱エネルギは、全開推力条件下で生成される熱より低かった。流れ80A及び80Bが二重らせん部材74の半分まで流れたときに、流れ80A及び80Bは、体積換算で、それぞれ約80%気体であることが見出された。酸化剤80の実質的なガス化の結果として、P1とP2との間のΔP(図1)は、約10%であり、これは、不安定な圧力振動及び断続燃焼(chugging)を回避する上で、許容可能なΔPとなり得るものであった。別のコンピュータ制御分析において、全開推力に対して5%の条件下(すなわち、20:1の推力比)では、流れ80A及び80Bは、熱交換要素58を通過して流れた後、完全に気化されたことが見出された。
12…酸化剤タンク
16…燃料タンク
20…タービン
22…インジェクタアセンブリ
24…燃焼チャンバ
26…ノズル
32…ジャケット
58…熱交換要素
64…酸化剤ドーム
70…燃料スリーブ
72…酸化剤ポスト
74…二重らせん部材
76…スペーサ
80…酸化剤
82…燃料
Claims (16)
- ロケットエンジンでの使用に好適な熱交換インジェクタアセンブリであって、
第1の端部と第2の端部の間において所定の長さを有して延在し、内面及び外面を含む液体酸化剤ポストと、
前記液体酸化剤ポストの内面に隣接して該液体酸化剤ポスト内に配置された長細い多通路渦流型要素であって、多通路渦流型要素及び液体酸化剤ポストに沿って延びる二重らせん流路を形成するように第3の端部と第4の端部の間で該液体酸化剤ポストの大部分の長さに亘って延びる多通路渦流型要素と、
液体酸化剤ポストの外面に沿って配置された燃料スリーブであって、燃料スリーブ及び液体酸化剤ポストに沿って延びる環状の流路を形成するように第5の端部と第6の端部の間に延びる燃料スリーブと、
を備え、
環状の流路と二重らせん流路との伝熱を促進するように、環状の流路は、第3の端部と第4の端部の間において二重らせん流路の長さに沿って平行に延び、
多通路渦流型要素が、0.10〜2.0センチメートルのピッチを有することを特徴とする熱交換インジェクタアセンブリ。 - 多通路渦流型要素が、液体酸化剤ポストの内面に鑞付けされている請求項1に記載の熱交換インジェクタアセンブリ。
- 多通路渦流型要素と液体酸化剤ポストが同軸上にある請求項2に記載の熱交換インジェクタアセンブリ。
- 多通路渦流型要素の第4の端部が、液体酸化剤ポストの第2の端部から0.254〜3.00センチメートルの距離だけ後退している請求項1に記載の熱交換インジェクタアセンブリ。
- 多通路渦流型要素が、高熱伝導性の無酸素銅及びその合金を含む材料から形成されている請求項1に記載の熱交換インジェクタアセンブリ。
- 多通路渦流型要素の第3の端部が、液体酸化剤ポストの第1の端部に対して0.254〜3.00センチメートルの距離だけ後退している請求項1に記載の熱交換インジェクタアセンブリ。
- 更に、液体酸化剤ポストの外面と燃料スリーブの間に設けられている第1のスペーサを含む請求項6に記載の熱交換インジェクタアセンブリ。
- 第1のスペーサが、液体酸化剤ポストの第2の端部に配置されている請求項7に記載の熱交換インジェクタアセンブリ。
- 更に、液体酸化剤ポストの外面と燃料スリーブの間に設けられ、且つ液体酸化剤ポストの第1の端部と第2の端部の間の略中間に配置されている第2のスペーサを含む請求項7に記載の熱交換インジェクタアセンブリ。
- 燃焼チャンバと、
該燃焼チャンバに燃料及び酸化剤を供給するように構成された請求項1に記載の熱交換インジェクタアセンブリと、
該熱交換インジェクタアセンブリに燃料を供給するように構成された燃料ポンプと、
熱交換インジェクタアセンブリに酸化剤を供給するように構成された酸化剤ポンプと、
を備える二元推進剤ロケットエンジン。 - 更に、
液体酸化剤ポストの第1の端部に取り付けられた液体酸化剤ドームと、
該液体酸化剤ドームに取り付けられたインタープロペラントプレートと、
を含む請求項10に記載の二元推進剤ロケットエンジン。 - 運転中における熱交換インジェクタと燃焼チャンバとの間の圧力差が7%以上である請求項11に記載の二元推進剤ロケットエンジン。
- 燃料ポンプ及び酸化剤ポンプがタービン駆動式である請求項10に記載の二元推進剤ロケットエンジン。
- 燃料ポンプ及び酸化剤ポンプを単一のタービンで駆動させる請求項13に記載の二元推進剤ロケットエンジン。
- 多通路渦流型要素が、液体酸化剤ポストの内面に連結されている請求項10に記載の二元推進剤ロケットエンジン。
- 多通路渦流型要素が、高熱伝導性の無酸素銅及びその合金を含む材料から形成されている請求項10に記載の二元推進剤ロケットエンジン。
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