JP6836303B2 - ターボジェットおよびターボプロップ複合エンジン - Google Patents
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Description
本願は、米国特許法第119条(a)の下で、参照により本明細書に組み込まれる2013年10月11日に英国で出願された英国特許出願第1318111.0号の優先権を主張し、米国特許法第120条および第365条の下で、同様に参照により本明細書に組み込まれる2014年6月5日に出願された米国特許出願第14/296,624号の先の出願日の優先権および利益を主張する。
本開示は、例えば航空宇宙の応用例で使用されうるタイプのエンジンに関する。本開示は、かかるエンジンの作動方法のほか、かかるエンジンを含む航空機、飛行機または航空宇宙ビークルにも関する。
燃料と酸化剤との燃焼のためのロケット燃焼室と、
燃料と酸化剤との燃焼のための空気吸込燃焼室と、
前記空気吸込燃焼室への供給のための空気を加圧するための圧縮機と、
前記第1のロケット燃焼室に燃料を送達するための第1の燃料送達システムと、
前記空気吸込燃焼室に燃料を送達するための第2の燃料送達システムと、
前記ロケット燃焼室に酸化剤を送達するための酸化剤送達システムと、
を含むエンジンであって、
空気吸込燃焼室およびロケット燃焼室は、独立して作動されるように構成される、エンジンが提供される。
前記圧縮機による圧縮の前に伝熱媒体を使用して前記圧縮機に供給される空気を冷却するために設けられた入口と出口とを有する第1の熱交換器装置と、
前記伝熱媒体のための伝熱媒体ループと、
前記燃料送達システムにより送達される燃料による前記伝熱媒体の冷却のために構成された第2の熱交換器装置と、
をさらに含む。
燃料と酸化剤との燃焼のためのロケット燃焼室と、
燃料と酸化剤との燃焼のための空気吸込燃焼室と、
前記空気吸込燃焼室への供給のための空気を加圧するための圧縮機と、
前記第1のロケット燃焼室に燃料を送達するための第1の燃料送達システムと、
前記空気吸込燃焼室に燃料を送達するための第2の燃料送達システムと、
前記ロケット燃焼室に酸化剤を送達するための酸化剤送達システムと、
を含み、
空気吸込燃焼室およびロケット燃焼室は、独立して作動されるように構成され、
第1の作動モードでは空気吸込燃焼室に燃料および酸化剤が供給され;第2の作動モードではロケット燃焼室に燃料および酸化剤が供給される。
前記圧縮機による圧縮の前に伝熱媒体を使用して前記圧縮機に供給される空気を冷却するために設けられた入口と出口とを有する第1の熱交換器装置と、
前記伝熱媒体のための伝熱媒体ループと、
前記燃料送達システムにより送達される燃料による前記伝熱媒体の冷却のために構成された第2の熱交換器装置と、
をさらに含み、
第1の作動モードでは、第1の熱交換器装置において前記伝熱媒体により空気が冷却される。
Claims (43)
- 燃料と酸化剤との燃焼のためのロケット燃焼室と、
燃料と酸化剤との燃焼のための空気吸込燃焼室と、
前記空気吸込燃焼室への供給のための空気を加圧するための圧縮機と、
前記ロケット燃焼室に燃料を送達するための第1の燃料送達システムと、
前記空気吸込燃焼室に燃料を送達するための第2の燃料送達システムと、
前記ロケット燃焼室に酸化剤を送達するための酸化剤送達システムと、
を含むエンジンであって、
空気吸込モードからフルロケットモードに切り替え可能なエンジンによって、前記空気吸込燃焼室および前記ロケット燃焼室は、独立して作動されるように構成され、
前記圧縮機による圧縮の前に伝熱媒体を使用して前記圧縮機に供給される空気を冷却するために設けられた入口と出口とを有する第1の熱交換器装置と、
前記伝熱媒体のための伝熱媒体ループと、
前記第1のまたは第2の燃料送達システムにより送達される燃料による前記伝熱媒体の冷却のために構成された第2の熱交換器装置と、
前記酸化剤送達システムにより供給される酸化剤を用いて前記ロケット燃焼室への送達の前に燃料を部分的に燃焼させるための第2のプレバーナと、
をさらに含み、
前記第2のプレバーナの排気は、前記第1の燃料送達システムおよび/または前記酸化剤送達システムを駆動するための1つ以上のタービンを駆動するのに使用される、エンジン。 - 前記エンジンは、前記圧縮機を駆動するためのタービンをさらに含み、前記タービンは、前記第1の熱交換器装置の前記出口からの伝熱媒体の一部を使用して駆動されるように構成される、請求項1記載のエンジン。
- 前記エンジンは、前記タービンへの送達の前に前記伝熱媒体を加熱するために構成される第3の熱交換器装置をさらに含む、請求項2記載のエンジン。
- 前記エンジンは、前記空気吸込燃焼室への送達の前に前記燃料の少なくとも一部を部分的に燃焼するように構成される第1のプレバーナをさらに含む、請求項3記載のエンジン。
- 前記第1のプレバーナからの排気は、前記伝熱媒体の加熱のための前記第3の熱交換器装置に接続される、請求項4記載のエンジン。
- 前記第1のプレバーナは、前記第2の燃料送達システムからの燃料を用いて前記圧縮機からの空気を部分的に燃焼させるように構成される、請求項4または5記載のエンジン。
- 前記第2の熱交換器装置は、1つ以上の再生器ステージを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記再生器ステージは、一連の連続した熱交換器およびポンプを含む、請求項7記載のエンジン。
- 前記エンジンは、前記第1の熱交換器装置の1つ以上のステージのまわりに前記伝熱媒体をバイパスさせるための前記伝熱媒体ループ内の1つ以上のバイパス弁を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記エンジンは、前記第2の燃料送達システムから送達される燃料の一部を燃焼させるための1つ以上のバイパスバーナをさらに含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のエンジン。
- 複数の前記空気吸込燃焼室は、前記ロケット燃焼室のまわりに提供されて配置される、請求項1〜10のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記ロケット燃焼室および前記空気吸込燃焼室は、共通のノズルを共有する、請求項1〜11のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記第2の燃料送達システムからの燃料は、前記伝熱媒体ループのまわりに前記伝熱媒体を駆動するためのポンプに連結された1つ以上のタービンを駆動するために使用される、請求項1〜12のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記伝熱媒体ループは、閉フローループとして構成される、請求項1〜13のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記エンジンは、前記伝熱媒体としてヘリウムを含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記第1のおよび第2の燃料送達システムは、前記燃料として水素を供給するように構成される、請求項1〜15のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記空気吸込燃焼室は、燃料を用いて前記圧縮機からの圧縮空気を燃焼させるように構成される、請求項1〜16のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記空気吸込燃焼室は、燃料を用いて前記圧縮機からの圧縮空気を燃焼させるように構成され、前記エンジンは、前記空気吸込燃焼室への送達の前に前記圧縮空気を用いた燃料の前記部分的燃焼が前記第1のプレバーナにおいて起こるように構成される、
請求項4に従属するときの請求項5〜17のいずれか一項に記載のエンジン。 - 前記エンジンは、0空気速度で連続作動において推力を生成するように適合される空気吸込モードへの点火のために適合される、請求項1〜18のいずれか一項に記載のエンジン。
- 燃料と酸化剤との燃焼のためのロケット燃焼室と、燃料と酸化剤との燃焼のための空気吸込燃焼室とを提供するステップであって、前記空気吸込燃焼室および前記ロケット燃焼室は、独立して作動されるように構成される、ステップと、
圧縮機を使用して前記空気吸込燃焼室に供給するための空気を加圧するステップと、
第1の作動モードにおいて第2の燃料送達システムを使用して前記空気吸込燃焼室に燃料を送達するステップと、
第2の作動モードにおいて第1の燃料送達システムを使用して前記ロケット燃焼室に燃料を送達するステップと、
前記第2の作動モードにおいて酸化剤送達システムを使用して前記ロケット燃焼室に酸化剤を送達するステップと、
を含み、
前記第2の作動モードにおいて前記エンジンはフルロケットモードで作動し、
前記第1の作動モードにおいて、伝熱媒体および入口と出口とを有する第1の熱交換器装置を使用して前記圧縮機に供給される空気を冷却するステップと、
前記伝熱媒体のための伝熱媒体ループを利用するステップと、
第2の熱交換器装置を用いて前記第1のまたは第2の燃料送達システムにより送達される燃料により前記伝熱媒体を冷却するステップと、
をさらに含み、
第2の作動モードにおいて、前記第1の燃料送達システムからの燃料は、前記ロケット燃焼室への送達の前に前記酸化剤送達システムからの酸化剤を用いて第2のプレバーナにおいて部分的に燃焼され、
前記第2のプレバーナの排気は、前記第1の燃料送達システムおよび/または前記酸化剤送達システムを駆動するための1つ以上のタービンを駆動する、エンジンの作動方法。 - 前記第1の作動モードにおいて、前記伝熱媒体は、前記第1の熱交換器装置の1つ以上のステージのまわりをバイパスする、請求項20記載のエンジンの作動方法。
- 前記第1の作動モードにおいて、前記圧縮機に送達される前記空気の温度は、前記伝熱媒体を用いて前記第1の熱交換器装置の前記1つ以上のステージを選択的にバイパスすることにより、水の氷点よりも上に維持される、請求項21記載のエンジンの作動方法。
- 前記第2の燃料送達システムからの燃料は、前記空気吸込燃焼室への送達の前に、前記圧縮機からの空気を用いて部分的に燃焼される、請求項20〜22のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記方法は、前記圧縮機を駆動するためのタービンを使用するステップであって、前記タービンは、前記第1の熱交換器装置の前記出口から供給される伝熱媒体の一部を使用して駆動される、ステップをさらに含む、請求項23記載のエンジンの作動方法。
- 前記方法は、第3の熱交換器装置を使用するステップをさらに含み、前記第1の作動モードにおいて、前記伝熱媒体は、前記タービンへの送達の前に前記第3の熱交換器装置において加熱される、請求項24記載のエンジンの作動方法。
- 前記方法は、前記燃料の少なくとも一部が前記空気吸込燃焼室への送達の前に部分的に燃焼される第1のプレバーナを使用するステップを含む、請求項25記載のエンジンの作動方法。
- 前記第1のプレバーナからの排気は、前記第3の熱交換器装置に供給されて、前記伝熱媒体の加熱のために使用される、請求項26に記載のエンジンの作動方法。
- 前記第1のプレバーナは、前記第2の燃料送達システムからの燃料を用いて前記圧縮機からの空気を部分的に燃焼させる、請求項26または27記載のエンジンの作動方法。
- 前記第2の熱交換器装置は、1つ以上の再生器ステージを含み、前記伝熱媒体は、前記伝熱媒体を冷却するために前記1つ以上のステージに通される、請求項20〜28のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記再生器ステージは、一連の連続した熱交換器およびポンプを含み、前記ポンプは、前記第2の燃料送達システムから送達される燃料により駆動されるタービンにより駆動される、請求項29記載のエンジンの作動方法。
- 前記方法は、前記第2の燃料送達システムから送達される燃料の一部が燃やされる1つ以上のバイパスバーナを使用するステップを含む、請求項20〜30のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記ロケット燃焼室および前記空気吸込燃焼室からの排気は、共通のノズルに供給される、請求項20〜31のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記第2の燃料送達システムからの燃料は、前記伝熱媒体ループのまわりに前記伝熱媒体を駆動するためにポンプに連結された1つ以上のタービンを駆動する、請求項20〜32のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記伝熱媒体としてヘリウムが使用される、請求項20〜33のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記第1のおよび第2の燃料送達システムにより水素が送達される、請求項20〜34のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記酸化剤送達システムにより酸素が送達される、請求項20〜35のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記空気吸込燃焼室の作動圧力は、前記ロケット燃焼室の作動圧力よりも小さい、請求項20〜36のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記空気吸込燃焼室は、20バール未満の圧力で作動する、請求項20〜37のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記伝熱媒体の最高温度は、前記第1の作動モードの間を実質的に一定に保たれる、請求項20〜38のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 前記第1の作動モードから前記第2の作動モードへの移行の間に、前記空気吸込燃焼室および前記ロケット燃焼室の両方が作動される、請求項20〜39のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 請求項1〜19のいずれか一項に記載のエンジンを含む航空機、飛行機または航空宇宙ビークル。
- 前記エンジンは、航空機、飛行機または航空宇宙ビークルにおいて構成される、請求項20〜40のいずれか一項に記載のエンジンの作動方法。
- 空気吸込モード終了によるゼロ空気速度からの制御された水平離陸のために前記エンジンとともに動作するように適合された空力制御面を有する胴体をさらに含む、請求項41記載の航空機、飛行機または航空宇宙ビークル。
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