JPH02211333A - スクラムジェットエンジンの着火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は着火装置に係り、特にプラズマ化された作動流
体を被燃焼流体が超音速で通過する燃焼器内へ噴射し、
着火及び燃焼を促進させる航空機等用のプラズマジェッ
ト着火装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、その流速があまりにも速いため着火させること
が困誼といわれている超音速で流れる被燃焼流体を着火
させる技術として第９図に示すものが知られている。

図示するように、空気が超音速で流れる燃焼器ａ内に臨
んで燃焼を促進させる作動流体を噴出する着火ノズルｂ
が設けられている。この着火ノズルｂ内にはアーク発生
手段としてのタングステン陰極Ｃ及び銅陽極ｄが設けら
れている。また、上記着火ノズルｂの燃焼器ａに臨んだ
部分には、上記作動流体を燃焼器ａ内へ噴射させるため
の噴射孔ｅが設けられ、燃焼器ａに臨んでいない部分に
は、作動流体の流入口ｆが設けられていると共にアーク
放電によって加熱する上記陰極Ｃ及び陽極ｄをそれぞれ
冷却するための冷却水の流入口ｇ。

ｈ及び流出口ｔ＋Ｊが設けられている。この冷却水は、
ノズル部を形成する陽極ｄにおいてアーク柱を絞る熱ピ
ンチ効果を発揮する。また、上記着火ノズルｂが臨んで
いる燃焼器ａ内に流れる超音速空気流路の上流には、燃
料である水素を超音速空気流へ噴射する燃料噴射ノズル
ｋが設けられている。

上記燃焼器ａ内を流れる超音速の被燃焼流体を着火させ
るときは、まず、上記燃焼噴射ノズルｋから燃料である
水素を超音速空気流へ噴射して、この超高速空気流に水
素を混合させ超高速の混合流体にする。そして、図示さ
れないアルゴン、水素、窒素ボンベ等からそれら単独あ
るいはそれらを混合した状態の作動流体として、着火ノ
ズ・ルｂに設けられた作動流体の流入口ｆへ流入させ、
着火ノズルｂ内の陰極ｃと陽＆ｄとに所要の電圧をかけ
アークを発生させ、この作動流体を超高温に加熱するこ
とによってプラズマ状態にし、上記超音速の混合流体が
流れる燃焼器ａ内へ噴射させる。

この際、上記プラズマを燃焼器ａ内へ噴射するために所
要の圧力を作動流体に加えることになるが、着火ノズル
ｂ内のプラズマ流路が先細ノズル形状に成形されている
ため、燃焼器ａ内へ噴射されるプラズマの噴射速度は音
速以下に制限゛されることになる。

プラズマ化された各種作動流体を、上記混合流体が超音
速で流れる燃焼器ａ内へ噴射することにより、噴射され
たプラズマのもつ熱・運動エネルギー及び活性基発生に
伴う化学反応促進効果により、超音速で流れる混合流体
の燃焼を促進させることができ自発着火させることがで
きる。

上記作動流体としてこれまで試みられたアルゴン、水素
、窒素の単独あるいはそれらの混合気のうち、アルゴン
と水素の混合気が効果があると言われ用いられているの
は、以下の理由による。

水素はプラズマ状態になれば、前述の燃焼促進効果が期
待できるが、単独では固有の特性により、アークの発生
及び安定したアークの保持に大容量の電源トランスが必
要となる。このため、単独では着火や燃焼促進効果はう
すいか、より小さな電源容量で安定したアークを発生・
保持し得る固有の特性をもつアルゴンとの混合がどうし
ても必要となる。

［発明が解決しようとする課題１ 上記のアルゴンと水素とめ混合気を作動流体とした着火
ノズルｂを超音速航空機用として用いると、作動流体の
一部にアルゴンを使用しているため、この航空機には作
動流体貯蔵用としてアルゴンボンベを搭載しなくてはな
らないことになり、機体重量が増大してしまうという問
題がある。

この点、大気中に豊富に存在する酸素もしくは空気その
ものを作動流体に使用できれば、機体重量増大の原因と
なる作動流体貯蔵用ボンベを搭載しなくてもよいことに
なる。なお、酸素プラズマもしくは空気プラズマの燃焼
促進効果は、前述のアルゴンと水素の混合気プラズマの
燃焼促進効果とほぼ同等であると共に、酸素もしくは空
気は比較的低容量の電源で安定したアークの発生・保持
が行えることが知られている。しかし、これまで作動流
体に酸素もしくは空気を使用したものはなかった。

その理由は、従来のプラズマジェット着火装置において
は、第９図に示すように、作動流体をプラズマ化するた
めのアーク発生手段を構成する陰極Ｃに、タングステン
電極を用いているため、作動流体に酸素を含有する流体
を用いると、タングステン電極が短時間に著しく損耗し
、アークがとばなくなりプラズマジェットによる燃焼促
進効果がほとんど発揮できず、着火装置としての機能が
発揮できないためである。

また、従来のプラズマジェット着火装置においては、第
９図に示すように、上記着火ノズルｂ内のプラズマ流路
が先細ノズル形状に成形されているため、燃焼器ａ内へ
軸流状に噴射されるプラズマの噴射速度は音速以下に制
限されることになり、上記プラズマが燃焼器ａ内を超音
速で流れる被燃焼流体の流れに打ち勝って燃焼器ａ内に
深く入り込むことは制限されていた。従って、上記プラ
ズマと上記被燃焼流体との反応範囲を広げることが制限
され、プラズマによる被燃焼流体の燃焼促進効果を高め
ることは制限されていた。

以上の問題点を解決するために創案された本発明の目的
は、大気中に豊富に存在し容易に取り入れることができ
る空気もしくは酸素を含有する流体を、作動流体として
使用することができると共に、燃焼促進効果を可及的に
高めることができるプラズマジェット着火装置を提供す
るものである。

［課趙を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明の第１の発明は、被燃
焼流体が超音速で通過する燃焼器内に臨んで設けられた
着火ノズル本体と、該着火ノズル本体内、に酸素を含有
する作動流体を供給する作動流体供給手段と、上記着火
ノズル本体内にこれより噴射される作動流体をプラズマ
化するために設けられ陰極がその表面部に高融点酸化膜
を促進形成する金属から成形されたアーク発生電極と、
該アーク発生を極によりプラズマ化された作動流体をジ
ェットとして上記燃焼器内へ深く入り込ませるプラズマ
加速手段とから構成されるものである。

第２の発明は、先端部にアーク発生電極を構成する上記
陰極を有する円柱形状の陰極ロッドと、該陰極ロッドに
これを囲繞して設けられ上記陰極ロッドの軸廻りに沿っ
て旋回流として酸素を含有する作動流体を供給するため
の旋回リングと、上記陰極に対向して設けられ上記アー
ク発生電極を構成すると共に上記陰極ロッド軸廻りに旋
回されて供給される上記作動流体をプラズマ化する陽極
と、プラズマ化された上記作動流体を加速させて噴射さ
せる噴射ノズルとから構成されている。

第３の発明は、先端部にアーク発生′ｆＪｌｈ極を構成
する上記陰極を有する円柱形状の陰極ロッドと、該陰極
ロッドにこれを囲繞して設けられ上記陰極ロッドの軸廻
りに沿って旋回流として酸素を含有する作動流体を供給
するための第１の旋回リングと、上記陰極に対向して設
けられ上記アーク発生電極を構成すると共に上記陰極ロ
ッド軸廻りに旋回されて供給される上記作動流体をプラ
ズマ化する陽極と、プラズマ化された上記作動流体を加
速させて噴射させる噴射ノズルと、該ノズルの出口側に
これを囲繞すべく形成されこれより噴射される上記プラ
ズマ化された作動流体にさらににその周方向からプラズ
マ化されていない作動流体を加え、プラズマジェットの
流速を高めて加速すると共に、よりエネルギー密度が高
く貫通力が大きいプラズマジェットを供給するための第
２の旋回リングとから構成されている。

第４の発明は、上記噴射ノズルがラバルノズルによって
構成されたものである。

［作　用］ 第１の発明にあっては、被燃焼流体が超音速で流れる燃
焼器内に臨んで設けられた着火ノズル本体に、作動流体
供給手段により酸素を含有する作動流体が供給され、こ
の作動流体は、上記着火ノズル本体に設けられたアーク
発生電極によりプラズマ状態となり、プラズマ加速手段
により充分に加速され、ジェットとして上記燃焼器内に
深く入り込むように噴射されることになる。

燃焼器内に充分深く入り込むように噴射されたプラズマ
ジェットは、上記プラズマジェットのもつ熱エネルギー
、運動エネルギー及び活性基発生に伴う化学反応促進効
果により、燃焼器内を超音速で流れる被燃焼流体の燃焼
を促進させ、着火を可能にし得る。

この際、上記プラズマ化された作動流体は、上記プラズ
マ加速手段により充分に加速されているので、燃焼器内
を超音速で流れる上記被燃焼流体の流れに打ち勝って充
分深く入り込むことになる。

よって、上記被燃焼流体と上記作動流体プラズマとは広
範囲で反応することになり、上述した被燃焼流体の燃焼
促進効果は非常に大きいものになる。

従って、上記被燃焼流体が自発着火し得えない低温域で
の着火を可能にし、着火領域を広げることができる。

また、高融点酸化膜を促進形成する金属を陰極としたア
ーク発生電極により作動流体をプラズマ化させているた
め、酸素を含有する作動流体を用いると、上記陰極は、
その表面に上記高融点酸化膜を促進成形し、これに防護
されることにより、高熱を発生するアークによって損傷
することはない、従って、作動流体に酸素を含有した流
体を用いても長時間、安定したプラズマジェットを噴射
できる。この酸素を含有する流体は、前述の如くプラズ
マ加速手段により、燃焼器内を超音速で流れる被燃焼流
体の流れに打ち勝って充分深く入り込み、大きな燃焼促
進効果を発揮することになる。

また、大気中に豊富に存在する空気等、上記酸素を含有
する流体を上記作動流体として取り込むことにより、こ
の作動流体を貯蔵する専用タンクは必要なくなる。

また、第２の発明にあっては、アーク発生電極を構成す
る上記陰極を円柱形状の陰極ロッドの先端部に設け、こ
のロッドの軸廻りに沿って旋回流として、酸素を含有す
る作動流体を供給するための旋回リングを設け、上記陰
極に対向して上記アーク発生手段の陽極を設けなので１
．上記陰極ロッドの軸廻りに旋回流として流れる上記作
動流体は陰極と陽極とに所要の電圧を加えることによっ
て生じるアークによりプラズマ状態となる。そして、旋
回プラズマ流となった上記作動流体は流速を高める噴射
ノズルを通過することにより充分加速され、燃焼器内を
超音速で流れる被燃焼流体の流れに打ち勝ってプラズマ
ジェットとして充分深く入り込みプラズマジェットによ
る上記燃焼促進効果を高めることになる。

また、第３の発明にあっては、第２の発明の噴射ノズル
の出口側に、上記噴射ノズルを囲繞して形成され上記噴
射ノズルにより噴射される上記プラズマ化された作動流
体にその周方向からプラズマ化されていない作動流体を
加え、プラズマジェットの流速を高めて加速させると共
に、よりエネルギー密度が高く貫通力が大きいプラズマ
ジェットを供給するための第２の旋回リングを設けたの
で、上記噴射ノズルから噴射される旋回プラズマ流は上
記第２の旋回リングによりさらに旋回がかけられ強力な
二重旋回となって燃焼器内へ充分深く入り込むよ・う・
に噴射されることになる。よって、上記燃焼促進効果は
非常に大きなものとなる。

また第４の発明にあっては、上記噴射ノズルがラバルノ
ズルによって構成されているので、上記ノズルを通過す
るプラズマ流は、所要の圧力が加えられれば、その運動
エネルギーが非常に大きい超音速流となり、燃焼器内を
超音速で流れる被燃焼流体の流れに打ち勝って充分深く
入り込み、上記燃焼促進効果を高めることになる。

［実施例］ 第１図に示すように、本発明に用いられる燃焼器１は筒
体状のハウジングによって区画形成されな燃焼室２と、
この燃焼室２の一端開口部に連設され、超高速で空気を
供給する通路３とから主に構成されている。この通路３
から供給された空気Ａと燃焼室２より噴射されて供給さ
れる水素とが燃焼室２内で混合されて被燃焼流体として
流れるように構成されている。

実施例ではプラズマジェット着火装置４は第１図に示す
ように、燃料噴射ノズル５の上流側に設けているが、燃
料噴射ノズル５の後流側に設けてもよい、また燃焼室２
には燃料として水素を噴射するための燃料噴射ノズル５
が千鳥状に相対向するように臨んで設けられている。

本発明に係るプラズマジェット着火装置４は第２図に示
すように空気Ａが超音速で通過する燃焼器１の上記通路
３内に臨んで設けられた着火ノズル本体６と、この着火
ノズル本体６内に酸素を含有する作動流体を供給する作
動流体供給手段７と、上記着火ノズル本体６内にこれに
より噴射される作動流体をプラズマ化するために設けら
れたアーク発生を極８と、このアーク発生量４１１ｉ８
によりプラズマ化された作動流体をジェットとして上記
燃焼器１の燃焼室２内に深く入り込ませるプラズマ加速
手段９とから主に構成されている。

図示するように、着火ノズル本体６は燃焼器１の通路３
に臨んで取付けられた筒体状のノズルケーシング１０に
よって区画形成されている。このノズルケーシング１０
内には軸芯部に軸方向に所定の長さ延出され、上記アー
ク発生量′Ｉｆ１８を構成する円柱形状の陰極ロッド１
１が設けられている。

この陰極ロッド１１の先端部にはその表面部に高融点酸
化膜を促進形成する金属、例えばハフニウムによって成
形された陰極１２が形成されている。

この陰ｆ！１２はハフニウムと同様の特性を持つジルコ
ニウム、レニウム、イツトリウム等を単体あるいはそれ
らを複合材にして用いて成形しても良い。

この陰極１２には所定の間隙を隔ててアーク発生電極８
の陽極１３が設けられている。アーク発生電極８を構成
する陰極１２と陽極１３との間隙には上記作動流体が通
過する噴出通路１４が形成されている。この噴出通路１
４はその上流側が陰極ロッド１１の長手方向に沿って所
定の長さを有し、且つ陰極ロッド１１の外周部を囲繞す
る横断面がリング状の通路１５を形成し、下流側が噴射
ノズル１６に接続されている。即ち、円柱状の陰極ロッ
ド１１にはその長手方向に沿って、且つその外周部にリ
ング状の間隙を形成する筒体状のブロック１７が設けら
れ、このブロック１７と陰極ロッド１１との間に横断面
円形状のリングを形成する噴出通路１４が区画形成され
る。また、上記筒体状のブロック１７には更に上記陰極
ロッド１１を所定の間隙を隔てて囲繞するように陽極１
３が連設されて上記噴出通路１４を上記陰極１２と陽極
１３との間を通過するように延出させて形成されている
。噴出通路１４の下流側乃至出口側にはアーク発生′ｒ
４極８によって生成されたプラズマジェットを加速して
噴射するための噴射ノズル１６が設けられる。この実施
例にあっては、噴射ノズル１６は陽極１３を形成する陽
極ブロック１８に一体的に形成され、その噴出口１９は
燃焼器１内に実質的に臨むように構成されている。

また、上記噴出通路１４の上流側には作動流体を供給す
るための作動流体供給手段７が接続されている。この作
動流体供給手段７はその上流側で供給する作動流体で上
記アーク発生電極８の陰極１１及び陽極１２をそれぞれ
冷却した後、上記噴出通路１４に作動流体を導くように
構成されている。

第２図に示すように、陰極ロッド１１にはその陰極１２
の反対側から軸芯部に沿って冷却通路２０が形成される
と共にこの通路２０内に作動流体供給源に接続された作
動流体供給管２１が挿入されており、この供給管２１に
供給源から作動流体が供給されることにより、その作動
流体は供給管２１の出口部から折り返されて上記冷却通
路２０を通過することになり、陰極１２を含む陰極ロッ
ド１１が冷却されることになる。

また、陽極１３を形成する陽極ブロック１８内には冷却
通路２２が形成され、この冷却通路２２には上記冷却通
路２０を通過した作動流体を導くなめの作動流体通路２
３が接続されている。また、冷却通路２２の出口部には
実質的に作動流体を上記噴出通路１４に導入するための
作動流体通路２４が接続されている。

また、図示するように、噴出通Ｂ１４には上記プラズマ
加速手段９として、作動流体を陰極ロッド１１の軸廻り
に沿って旋回させつつアーク発生型＠８に供給するため
の旋回リング２５が設けられている。この旋回リング２
５は第３図に示すように上記陰極ロッド１１に嵌合され
たリング体２６から構成され、このリング体２６には軸
線方向に傾斜した通孔２７がその周方向に沿って所定間
隔を隔てて複数個形成されており、噴出通路１４内に導
入される作動流体を陰極ロッド１１の軸廻りに沿って旋
回流としてアーク発生電極８としての陰極１２と陽極１
３との間に形成される噴出通路１４の下流側に供給する
ように構成されている。

以上の構成からなる本実施例の作用について述べる。

先ず、第２図に示すように、作動流体供給手段７から酸
素を含有する作動流体が着火ノズル本体４の噴出通路１
４に高圧で供給されることになる。

作動流体は噴出通路１４に至る前に冷却通路２０及び２
２を通過することにより、アーク発生電極８の陰極１２
及び陽＠１３を冷却することになる。

噴出通路１４内に導入された酸素を含有する作動流体は
プラズマ加速手段９としての旋回リング２５により陰極
ロッド１１の軸廻りに沿って旋回流として加速されてア
ーク発生電極８を通過してプラズマ化され、更に噴射ノ
ズル１６により加速されて燃焼器１内に深く入り込むよ
うに噴射されることになる。

特に、アーク発生電極８を構成する陰極１２がその表面
が高融点酸化膜を促進形成するハフニウム等の金属で形
成されているために、酸素を含有する流体を作動流体と
して用いて、これを通過させても、陰極１２の表面に高
融点の酸化ハフニウム膜が促進形成され、これによって
電極途防護されることになり高熱を発生するアークによ
って損傷されることがない。

従って作動流体に酸素を含有した流体を用いても長時間
、安定したプラズマジェットを噴射できる。

また、旋回リング２５によりアーク発生電極８の上流側
で作動流体は陰極ロッド１１の軸方向に沿ってその軸廻
りに渦巻として旋回加速されることによ２、上記電＠８
によってプラズマ化された作動流体はプラズマジェット
として燃焼器ｌ内に噴射ノズル１６を通して深く入り込
むことになる。

即ち、本実施例にあっては上記旋回リング２５と噴射ノ
ズル１６とがプラズマ加速手段９を構成することになる
。

特に、プラズマジェットは加速手段９により強力な旋回
流として加速されることになるので、その中心部はプラ
ズマが発生しやすい電離イオン状態になる。

第１図及び第２図に示すように、このプラズマジェット
は、プラズマジェットの６つ熱エネルギー、運動エネル
ギー及び活性基発生に伴う化学反応促進効果により、燃
焼器１内を超音速で流れる空気と水素とが混合された被
燃焼流体の燃焼を促進させ、着火を可能にし得る。

この際、上記作動流体は、プラズマ加速手段９の旋回リ
ング２５により、強力な旋回流を伴ったプラズマジェッ
トとして燃焼器１内へ噴射されるので、上記燃焼器１内
を超音速で流れる上記被燃焼流体の流れに打ち勝って、
燃焼器１内にプラズマジェットとして充分な深さで入り
込めることになる。よって、上記被燃焼流体と上記プラ
ズマジェットとは、燃焼器１内において広範囲で反応す
ることになり、上述した被燃焼流体の燃焼促進効果は非
常に大きな効果となる。

従って、第４図に示すように、空気に水素が噴射された
上記被燃焼流体がプラズマジェット着火装置を用いるこ
とにより自発着火し得なかった低温域での着火を可能に
し、第４図の一点鎖線で示す自発着火時の着火限界線Ｈ
，Ｌが、プラズマジェット着火装置を用いることにより
実線で示す着火限界線Ｈ’　　、Ｌ’　にそれぞれシフ
トしており、着火可能な温度の領域を低温側に大きく広
げることができることを示している。

また、上記の酸素を含有した作動流体として空気または
酸素を用いると、上記アーク発生電極８によりプラズマ
化された空気プラズマ及び酸素プラズマは、燃焼促進効
果が大きいといわれているアルゴンと水素との混合気プ
ラズマと、はぼ同等の燃焼促進効果を発揮することにな
る。

本実施例にあってはアーク発生電極８を作動流体で冷却
することになるので、その軽量化を達成することができ
る。

尚、第５図、第６図及び第７図は本発明の別の実施例を
示すものである。

第５図に示すように、陰極ロッド１１の外周部にこれを
囲繞して形成される筒体状の噴出通路１４には作動流体
供給手段７を構成する供給源に結ばれた作動流体供給通
路から直接分岐された通路２８が接続されている。

噴出通路１４にはこれを区画形成するブロック１７にこ
れを囲繞するようにプラズマ加速手段９を構成する第１
の旋回リング２９が一体的に形成され、上記作動流体供
給通路２８からの作動流体を陰極ロッド１１の軸廻りに
旋回流として供給するように構成されている。

第１の旋回リング２９は第６図に示すように、その接線
方向に所定の角度で傾斜した通孔３０が複数個形成され
、第５図に示すように、旋回リング２９の外周部にはこ
れを囲繞するようにリング状のヘッダー室３１が形成さ
れている。このヘッダー室３１に上記通路２８が接続さ
れ、作動流体が噴出通路１４内に旋回渦流として加速さ
れて導入されるように構成されている。

また、第５図に示すように、噴射ノズル１６を区画形成
すると共に陽ｆ！１３を形成する陽極ブロック１８の外
周部には、これを囲繞するよう第２の旋回リング３２が
形成されている。この第２の旋回リング３２は、第７図
に示すように第１の旋回リング２９と同様に接線方向に
傾斜した吹出通孔３３がその周方向に所定の間隔を隔て
て形成されている。この第２の旋回リング３２の外周部
にはプラズマ化されない作動流体を吹出すための吹出ヘ
ッダー室３４がノズルケーシング６によって区画形成さ
れている。また、この吹出ヘッダー室３４には前記実施
例同様に陰極１２を含む陰極ロッド１１を冷却するため
の冷却通路２０を通過した作動流体を導くための流体通
路３５が接続されている。

従って、第５図峠示すように、この実施例にあっては作
動流体は先ず第１の旋回リング２９により旋回渦流とし
て加速されてアーク発生ｔ＆８に導入されプラズマ化さ
れて噴射ノズル１６の噴出口１９から燃焼器１内に噴射
されることになるが、この噴射ノズル１６から噴射され
るプラズマジェットに第２の旋回リング３２により作動
流体が接線方向から吹出されることからプラズマジェッ
トはより旋回力が強い渦流として加速されて燃焼器１内
に深く入り込むことになる。

特に、この実施例にあってはプラズマ加速手段９が第１
の旋回リング２９と第２の旋回リング３２と噴射ノズル
１６とによって構成されることになる。

また、第２の旋回リング３２から陽極ブロック１８の外
周部から作動流体を吹出すことは、この陽［；１３を含
む陽極ブロック１８を冷却することになり、且つ二重旋
回流によるプラズマジェットは熱ピンチ効果とも相俟っ
て極めて高密度のプラズマジェットとなり、燃焼促進効
果をより高めることができる。

更に第８図は、上記アーク発生電極８によりプラズマ化
された作動流体を燃焼器１内べ噴射する噴射ノズル１６
の変形例を示したちのでる。噴射ノズル１６は、第８図
に示すようにそのスロート部３６までは流路面積が次第
に減少しスロート部以後では次第に増加するラバルノズ
ル形状に形成されたものである。このように噴射ノズル
１６を構成することにより、噴射ノズル１６を通過し燃
焼器１内へ噴射される上記プラズマ化された作動流木に
所要の圧力を与えることにより、その運動エネルギが非
常に大きな超音速まで加速させることができ、超音速の
プラズマジェットとして燃焼器１内に十分な深さに入り
込める。よって、プラズマ加速手段９としての噴射ノズ
ル１６がその加速性能をより発揮し、被燃焼流体の燃焼
促進効果は非常に大きなものとなる。

なお、プラズマ加速手段９として上記ラバルノズルと前
述の二重旋回を発生させるリング２９゜３２とを同時に
用いてもよいことは勿論である。

また、上記旋回リングを単数にまたは複数に多重に設け
てもよい。

本発明に係るプラズマジェット着火装置を、超音速航空
機に用いられるスクラムジェットエンジンの燃焼促進及
び着火に使用すると、この場合、被燃焼流体を主に構成
する空気が、ラム圧によりそれほど圧縮されていない状
態、すなわち、それ程被燃焼流体の流体温度が高くない
場合でも、第４図に示すように、従来自発着火不可能で
あった１０００に以下の流体温度でも着火できることに
なる。

上記ラム圧がそれほど高くない場合とは、飛行速度がそ
れ程速くない場合であり、着火可能な飛行速度範囲を低
速側に広げられることになる。

また、大気中の空気を取り込んでこれを作動流体として
用いれば、作動流体を貯蔵する専用タンクは必要なくな
り、機体の小型化・軽量化を図ることができる。

また、上記スクラムジェットエンジンとロケットエンジ
ンとを具備した宇宙往環機の推進系にこのプラズマジェ
ット着火装置を用いる場合は、大気中の空気を取り込む
か、あるいはこのａ体に搭載されたロケットエンジンの
推進剤である酸素タンクから酸素を作動流体として使用
すれば、同様に作動流体専用のタンクは必要なくなり機
体の小型化・軽量化を図ることができる。

なお、上記いずれの実施例においてもアーク発生電極は
作動流体で冷却しているが、これに限らず、水冷ジャケ
ットによって冷却しても良いことは勿論である。

［発明の効果１ 以上説明したように本発明によれば次の如き優れた効果
が発揮できる。

（１）作動流体をプラズマ化させるアーク発生手段の陰
極に高融点酸化膜を促進形成する金属を用いているので
、作動流体に酸素を含有した流体を使用しても長時間安
定したプラズマジェットを供給できると共に、作動流体
として大気に豊富に存在する酸素を含有する流体を用い
ることによって、作動流木専用のタンクは必要なくなり
、装置の小型化・軽量化を図ることができる。

（２）プラズマ化された作動流体をプラズマ加速手段に
より充分に加速且つ高エネルギー密度の状態にさせてプ
ラズマジェットとして燃焼器内へ噴射させるので、この
プラズマジェットは燃焼器内を超音速で流れる被燃焼流
体の流れに打ち勝って燃焼器内に充分深く入り込み、被
燃焼流体とプラズマジェットとの反応範囲を広げること
によって燃焼促進効果を可及的に高めることができ、被
燃焼流体が自発着火し得ない低温域での着火を可能にし
、着火領域を広げることができる。

（３）自動車用エンジン等、広く陸・舶用の内燃機関の
着火・燃焼促進装置として流用でき、汎用性に富む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプラズマジェット着火装置を採用
した燃焼器の概略斜視図、第２図は本発明の一実施例を
示す側断面図、第３図は第２図の実施例に用いられる旋
回リングの斜視図、第４図はこのプラズマジェット着火
装置を用いることによって低温側に広がる着火領域を表
わした流体温度−燃料当量比を示すグラフ、第５図は変
形実施例を示す間断面図、第６図はこの実施例に用いら
れる第１の旋回リングを示す平面図、第７図は同様に第
２の旋回リングを示す平面図、第８図は噴射ノズルの変
形例を示す断面図、第９図は従来例を示す概略断面図で
ある。 図中、１は燃焼器、６は着火ノズル本体、７は作動流体
供給手段、８はアーク発生″ｒ４１［ｉ、９はプラズマ
加速手段、４はプラズマジェット着火装置、１２は陰極
、１１は陰極ロッド、２５　　。 は旋回リング、１３は陽極、１６は噴射ノズル、２９は
第１旋回リング、３２は第２旋回リングである。 特許出願人　　科学技術庁航空宇宙研究所長石川島ｔｅ
＠重工業株式会社 代理人弁理士　　絹　　　谷　　　信　　　雄ａ−−−
′７＋Ｐλ−Ｘ″：１１井層更枚１３２−９−蔦、兜。 ２．ユ。 第２図 第４図 第５図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被燃焼流体が超音速で通過する燃焼器内に臨んで設
   けられた着火ノズル本体と、該着火ノズル本体内に酸素
   を含有する作動流体を供給する作動流体供給手段と、上
   記着火ノズル本体内にこれより噴射される作動流体をプ
   ラズマ化するために設けられ陰極がその表面部に高融点
   酸化膜を促進形成する金属から成形されたアーク発生電
   極と、該アーク発生電極によりプラズマ化された作動流
   体をジェットとして上記燃焼器内へ深く入り込ませるプ
   ラズマ加速手段とからなることを特徴とするプラズマジ
   ェット着火装置。 ２、先端部にアーク発生電極を構成する上記陰極を有す
   る円柱形状の陰極ロッドと、該陰極ロッドにこれを囲繞
   して設けられ上記陰極ロッドの軸廻りに沿って旋回流と
   して酸素を含有する作動流体を供給するための旋回リン
   グと、上記陰極に対向して設けられ上記アーク発生電極
   を構成すると共に上記陰極ロッド軸廻りに旋回されて供
   給される上記作動流体をプラズマ化する陽極と、プラズ
   マ化された上記作動流体を加速させて噴射させる噴射ノ
   ズルとを備えたことを特徴とするプラズマジェット着火
   装置。 ３、先端部にアーク発生電極を構成する上記陰極を有す
   る円柱形状の陰極ロッドと、該陰極ロッドにこれを囲繞
   して設けられ上記陰極ロッドの軸廻りに沿って旋回流と
   して酸素を含有する作動流体を供給するための第１の旋
   回リングと、上記陰極に対向して設けられ上記アーク発
   生電極を構成すると共に上記陰極ロッド軸廻りに旋回さ
   れて供給される上記作動流体をプラズマ化する陽極と、
   プラズマ化された上記作動流体を加速させて噴射させる
   噴射ノズルと、該ノズルの出口側にこれを囲繞すべく形
   成されこれより噴射される上記プラズマ化された作動流
   体にさらにその周方向からプラズマ化されていない作動
   流体を旋回させて加え、プラズマジェットの流速を高め
   て加速すると共に、よりエネルギー密度が高く貫通力が
   大きいプラズマジェットを供給するための第２の旋回リ
   ングとを備えたことを特徴とするプラズマジェット着火
   装置。 ４、上記噴射ノズルがラバルノズルによって構成された
   請求項２及び３記載のプラズマジェット着火装置。