JP6878315B2 - 均一な噴射を確保しながら推進剤を排出することができる改良された推進剤噴射器 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼部材、たとえば宇宙船エンジンの燃焼室の分野に関し、より詳細には、燃焼部材用の推進剤噴射器の構造に関する。

燃焼部材は、２つの推進剤をできるだけ均一になるように噴射し混合するのに適応している噴射器を含む。

残念なことに、特定の用途との関連において、推進剤のうちの１つの一部は、他の部材、たとえばタービンに供給するために取り出される。

したがって、噴射システムは、一般に、噴射より前に推進剤のうちの１つを取り出すための取り出しダクトを含む。しかし、このような推進剤の取り出しは、流れを乱し、その結果、均一な噴射を得ることを妨げる。

噴射器の構造が、取り出されている推進剤による流れの乱れを制限するために提案されているが、これらは、作るのに非常に複雑であり、この種の部品を作るために必要とされるセグメント化のために、耐漏洩性の観点から非常に制約されることが分かっている。

したがって、本発明は、これらの問題を少なくとも一部は改善しようとするものであり、
第１の液体推進剤を供給するのに適応している第１の供給口と、
第２の液体推進剤を供給するのに適応している第２の供給口と、
を備える、推進剤燃焼部材の噴射器にして、
第１の供給口が、長手方向軸線になっている点火チューブの周りに配置された複数の供給チムニーに接続され、前記供給チムニーが、前記長手方向軸線に沿って延在し、
第２の供給口が、噴射室の中に均一な液体の流れを送出するように構成され、
前記噴射室が、噴射オリフィスによって複数の供給シースに接続され、各供給チムニーが、供給チムニーおよび供給シースには第１および第２の推進剤がそれぞれ同時に供給されるように同軸供給シースによって取り囲まれる、噴射器であって、
第２の推進剤を取り出すための取り出しダクトに接続される取り出し室をさらに備え、前記取り出し室が、噴射室から第２の液体推進剤を均一に取り出すように配置され、
噴射オリフィスを介して第２の噴射剤の均一な噴射を実現するように構成される、
ことを特徴とする噴射器、を提案する。

特定の実施形態においては、取り出し室は、取り出しチャネルを介した噴射室からの液体取り出しにより第２の推進剤を、噴射オリフィスを介して均一に噴射できるようにするように、長手方向軸線の周りで規則的に分布して噴射室に開いている複数の取り出しチャネルを介して噴射室に接続される。

次いで、噴射室は、上面と底面との間で長手方向軸線によって規定される長手方向に延在することができ、次に前記取り出しチャネルは噴射室の上面に配置されるが、噴射オリフィスは、噴射室の底面から長手方向に測定された噴射室の高さの２／３にわたって延在する噴射室の底部に配置される。

例示として、第１の供給口は、前記供給チムニーに第１の推進剤を均一に供給するように構成される１次噴射カラムを介して複数の供給チムニーに接続される。

例示として、この場合１次噴射リングは、取り出し室の周りに配置される。

例示として、第２の供給口は、噴射室に第２の噴射剤を均一に供給するように構成される２次噴射リングを介して噴射室に接続される。

例示として、供給チムニーは、長手方向軸線に対して対称に配置される。

例示として、噴射器は、噴射器ヘッドおよび噴射器プレートによって形成され、次いで、噴射器ヘッドは、例示として、積層造形によって単一体として形成されるが、噴射器ヘッドは、任意の適切な方法によって製作されることができ、特に、噴射器ヘッドが作られる材料の伝導性とは異なる伝導性を示すこともある高伝導性材料から作られ得る。

本発明の他の特徴、目的、および利点は、単に例示であり、非限定的であり、添付の図面を参照して読まれるべきである、次の説明から明らかになる。

本発明の一態様の噴射器の２つの異なる平面についての２つの断面図である。 本発明の一態様の噴射器の２つの異なる平面についての２つの断面図である。 本発明の一態様の噴射器の他の図である。 本発明の一態様の噴射器の他の図である。 本発明の一態様の噴射器の他の図である。 本発明の一態様の噴射器の他の図である。

すべての図において、共通の要素は、同一の符号によって識別される。

図１および図２は、本発明の一態様の噴射器の２つの異なる平面についての２つの断面図である。図１および図２に使用される２つの断面平面は、互いに垂直な２つの平面であり、各々は、図に示されるように長手方向軸線Ｚ−Ｚを含む。

図３から図６は、特に噴射器の内部構造をより明確に示す働きをする、他の視野角からのこれら２つの断面図を示している。

たとえば、図３および図４は、図１の２つの代替図であり、図４は、図３の分解図であり、図５および図６は、図３の２つの代替図であり、図６は、図５の分解図である。

各図は、噴射器１の長手方向を画定する長手方向軸線Ｚ−Ｚに沿って延在する中央の点火器チューブ２を有する噴射器１を示している。

示された噴射器１は、２つの要素、すなわち噴射器ヘッド１１および噴射器カバー１２でできており、これらの要素は、噴射器１を形成するように一緒に組み立てられる。

噴射器１は、２つの推進剤供給口、すなわち噴射器１に第１の推進剤、たとえば液体酸素を供給するのに適応している第１の供給口３１と、噴射器１に第２の噴射剤、たとえば液体水素を供給するのに適応している第２の供給口４１とを有する。

第１の供給口３１は、点火器チューブ２の周りに配置され、それぞれ長手方向に延在する複数の供給チムニー３３に接続され、これらのチムニーは、噴射器１の底端部に開いている。

第１の供給口３１は、通常、たとえば長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りにトーラスによって形成される、１次噴射リング３２を介して供給チムニー３３に接続される。この１次噴射リング３２は、供給チムニー３３への第１の推進剤の均一な供給を得るように図示の例では変化する部分のトーラスを介して第１の供給口３１から来る第１の推進剤の供給を均一にするように構成される。

第２の供給口４１は、第２の推進剤を供給シース４４に供給する働きをし、各々は、通常、各供給チムニー３３が同軸供給シース４４によって取り囲まれ、かつ同様に噴射器１の底端部に開いているように、それぞれの供給チムニー３３を取り囲む。

第２の供給口４１は、通常、２次噴射リング４２に接続され、この２次噴射リング４２は、通常長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りに対称であるように２次噴射リング４２の中に配置される供給オリフィス４３を介して噴射室５に供給するために第２の供給口４１から来る第２の推進剤の供給を均一にするように構成される。

このようにして、長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りの第２の推進剤の実質的に均一な流れが、供給室５に噴射される。したがって、この流れは、供給室５を実質的に均一に充填し、次いで、一部は、供給シース４４を噴射室５に接続する噴射オリフィス４５を介して供給チムニー３３の周りに配置される供給シース４４に噴射される。

噴射室５が均一に供給される場合、供給シース４４もまた、長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りに均一に供給される。

示された噴射室５は、長手方向軸線Ｚ−Ｚによって規定される長手方向に延在する。したがって、噴射室５の上面５２および底面５１が画定され、その場合、用語「上」および「底」は任意に選択される。

次に、噴射オリフィス４５は、通常、噴射室５の底面５１から始まる長手方向に沿って測定した噴射室５の高さの２／３にわたって延在し、または、実際に噴射室５の下半分において、噴射室５の底面５１から長手方向に沿って測定された噴射室５の高さの半分にわたって延在する噴射室５の底部に形成される。

また、噴射器１は、下流の冷却回路用のタービン、または連続動作する低圧点火器などの部品に供給するために、噴射室５から第２の推進剤の一部を取り出すのに適応している取り出しダクト６１を有する。

示された取り出しダクト６１は、通常長手方向軸Ｚ−Ｚの周りに延在し、かつ複数の取り出しチャネル６３によって噴射室５に接続される取り出し室６２に接続される。

取り出し室６２は、通常、長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りに対称に配置され、第２の推進剤の均一な流れが取り出しダクト６１によって送出されることを確実にするために、取り出しチャネル６３によって取り出される第２の推進剤の流れが均一であることを確実にするように構成される。

例示として、取り出しチャネル６３は、噴射室５の上面５２を介して噴射室５に開いている。

このようにして、第２の推進剤は、２次噴射リング４２を介して噴射室５に噴射され、次いで、第２の推進剤の一部は噴射オリフィス４５を介して供給シース４４に噴射されるが、第２の推進剤の他の部分は、取り出しチャネル６３、取り出し室６２、および取り出しダクト６１を介して取り出される。

取り出しチャネル６３は、噴射室５内の第２の推進剤の流れの乱れを回避するように、したがって、噴射オリフィス４４を介して供給シース４４に噴射される第２の推進剤の流れが長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りで均一のままであるように噴射器１に配置される。

したがって、取り出しチャネル６３は、第２の推進剤を長手方向軸線Ｚ−Ｚに対して軸対称に取り出すように、長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りに規則的な分布で配置される。

したがって、長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りのこの種の規則的な分布により、さまざまな噴射オリフィス４５と整合する動圧プロファイルが長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りで均一であるように、均一に第２の推進剤を取り出すことができ、それによって、噴射オリフィス４５を介して供給シース４４に噴射される第２の推進剤の流れが長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りで均一であることになる。

噴射器１は、特に第２の推進剤の噴射時のこれらの取り出しの影響を均一にするために、多数の取り出しチャネル６３を有することができる。

したがって、取り出しチャネル６３は、噴射室５の上面５２の全部または一部にわたって長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りに配置され得る。例示として、取り出しチャネル６３は、長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りに複数の同心円上に配置され得る。

例示として、噴射器１は、したがって取り出し室６２と噴射室５との間に中間チャンバを含むことができ、多数の取り出しチャネル６３がそれに接続される。例示として、この中間チャンバは、この場合長手方向軸線Ｚ−Ｚに対して実質的に半径方向に延在し、取り出しチャネル６３と取り出し室６２との間の接続を行う。

そのうえ、取り出しチャネル６３は、噴射オリフィス４５を介した供給シース４４への第２の推進剤の噴射が長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りに均一なままであるように、すなわちさまざまな供給シース４４が噴射オリフィス４５によって長手方向軸線Ｚ−Ｚの周りに均一に供給されるように、取り出しチャネル６３を介して第２の推進剤を取り出すことがさまざまな噴射オリフィス４５と整合する動圧プロファイルを乱さないこと、または少なくとも生成される乱れが制限されることを確実にするのに十分であるように、噴射オリフィス４５からある距離を置いて配置されることが有利である。

示された実施形態においては、したがって、取り出しチャネル６３は噴射室５の上面５２を介して噴射室５に開いているが、噴射オリフィス４５は、噴射室５の上面５２と底面５１との間の実質的に中ほどに配置される。

このように取り出しチャネル６３と噴射オリフィス４５との間の最小間隔を確保することによって、さまざまな噴射オリフィス４５と整合する動圧プロファイルを乱す取り出しチャネル６３を介した第２の推進剤の排出を回避することができる。

したがって、提案された噴射器１により、それが行う噴射を妨げることなく第２の推進剤を取り出すことができるが、これは、特に噴射安定性の点から、およびまた噴射リングの間の燃焼温度の均一性に関して有利である。

例示として、噴射器１は、積層造形法を用いて作られる。たとえば図に示されるように、噴射器１が複数の部品でできている場合には、示された噴射器１は、２つの要素、すなわち噴射器ヘッド１１および噴射プレート１２でできている。次に、噴射ヘッドは、通常、単一体として形成されるように積層造形によって作られるが、噴射プレートは、任意の他の手段によって作られ得る。

この種の造形法は、特に内部ダクトおよび容積のアレイを含む、単一体でまたは少なくとも限られた数の部品で複雑な形状を作ることが可能であるが、それにもかかわらず、破壊可能な中子を用いた鋳造方法を使用するよりも、または、たとえば非常に多くの部品のその後の組み立てを必要とする方法を使用するよりも実施するのに依然としてより簡単である。

Claims (7)

1. 第１の液体推進剤を供給するのに適応している第１の供給口（３１）と、
   第２の液体推進剤を供給するのに適応している第２の供給口（４１）と、
   を備える、推進剤燃焼部材の噴射器（１）にして、
   第１の供給口（３１）が、長手方向軸線（Ｚ−Ｚ）になっている点火チューブ（２）の周りに配置された複数の供給チムニー（３３）に接続され、前記供給チムニー（３３）が、前記長手方向軸線（Ｚ−Ｚ）に沿って延在し、
   第２の供給口（４１）が、噴射室（５）の中に均一な液体の流れを送出するように構成され、
   前記噴射室（５）が、噴射オリフィス（４５）によって複数の供給シース（４４）に接続され、各供給チムニー（３３）が、供給チムニー（３３）および供給シース（４４）には第１および第２の推進剤がそれぞれ同時に供給されるように同軸供給シース（４４）によって取り囲まれる、噴射器（１）であって、
   第２の推進剤を取り出すための取り出しダクト（６１）に接続される取り出し室（６２）をさらに備え、前記取り出し室（６２）が、噴射室（５）から第２の液体推進剤を取り出すように配置され、
   噴射オリフィス（４５）を介して第２の噴射剤の均一な噴射を実現するように構成され、
   取り出し室（６２）が、複数の取り出しチャネル（６３）を介して噴射室（５）に接続されており、
   噴射室（５）が、上面（５２）と底面（５１）との間で長手方向軸線（Ｚ−Ｚ）によって画定される長手方向に延在し、前記取り出しチャネル（６３）は噴射室（５）の上面（５２）に配置されるが、噴射オリフィス（４５）は、噴射室（５）の底面（５１）から長手方向に測定された噴射室（５）の高さの２／３にわたって延在する噴射室（５）の底部に配置される、
   ことを特徴とする噴射器（１）。
2. 取り出し室（６２）が、取り出しチャネル（６３）を介した噴射室（５）からの液体取り出しにより第２の推進剤を、噴射オリフィス（４５）を介して均一に噴射できるようにするように、長手方向軸線（Ｚ−Ｚ）の周りで規則的に分布して噴射室（５）に開いている複数の取り出しチャネル（６３）を介して噴射室（５）に接続される、請求項１に記載の噴射器（１）。
3. 第１の供給口（３１）が、前記供給チムニー（３３）に第１の推進剤を均一に供給するように構成される１次噴射カラム（３２）を介して複数の供給チムニー（３３）に接続される、請求項１または２に記載の噴射器（１）。
4. １次噴射カラム（３２）が、取り出し室（６２）の周りに配置される、請求項３に記載の噴射器（１）。
5. 第２の供給口（４１）が、噴射室（５）に第２の噴射剤を均一に供給するように構成される２次噴射リング（４２）を介して噴射室（５）に接続される、請求項１から４のいずれか一項に記載の噴射器（１）。
6. 前記供給チムニー（３３）が、長手方向軸線（Ｚ−Ｚ）に対して対称に配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載の噴射器（１）。
7. 噴射器ヘッドが、積層造形によって単一体として作られる、噴射器ヘッド（１１）および噴射器プレート（１２）によって形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の噴射器（１）。

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