JPH0396645A - 超音速燃焼ラムジェット - 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〕 本発明は、超音速燃焼ラムジェットさらにスクラムジェ
ットと呼ばれるものに関する。スクラムジェットは、現
在スクラムジェットの推進工程が亜音速のラムジェット
推進工程の最後で得られる約マッハ６の最終速度からマ
ッハ１５〜マッハ２５の範囲の速度に乗物を加速する場
合の水平に離陸する再使用可能な宇宙船のような極超音
速乗物の推進のための研究のもとに存在する。

スクラムジェット燃焼室で、空気は通常、壁の影響がほ
とんどなく又一般的に水素ガスである燃料が室の壁を通
して取り入れられる場合の空気流の中心において超音速
で流れる。

〔従来の技術〕

水素ガス流量の注入は、一般的に室の壁の貫通穴又は細
長大によって得られる。空気の流れと注入された水素流
量の間の相互作用又は衝撃のため、水素と空気の十分な
混合及びその結果の空気力学の流れ損失を受けない十分
なエネルギー効率を得ることは困難である。実際、燃焼
室の中心軸へ向けられた開口部を通しての水素の注入は
、ガス流の間の！！！撃を確実に起こす。他方で、もし
水素が室の壁に接して注入されれば、室の高速の空気流
のために、壁付近に留まる傾向があり、燃焼が室の空気
の短い停止時間のためにそれゆえ不完全となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、室内の超音速で流れる空気と有害な衝撃を引
き起こさないで又一方で高いエネルギー効率を維持して
可燃性ガス流量が取り入れられることができるスクラム
ジェット燃焼室を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は、超音速の空気流量をそれに沿って流すこと
ができる燃焼室と、比較的小さい量の横断成分を持った
前記室への流入速度を有する可燃性ガスの流量を前記室
へ注入するための第１注入装置、とを具備するスクラム
ジェットにおいて、第２注入装置が室に燃焼性ガスの流
量を注入するために超音速空気流の方向に沿って第１注
入装置の下流側に設けられ、燃焼性ガスが第１注入装置
により注入された可燃性ガスの流量を室の壁から離す働
きをするスクラムジェットによって達威される。

第１注入手段は好ましくは、燃焼室の第１壁部を具備し
、第１壁部は、前記室に注入される可燃性ガスの流量を
浸透させる材料からできており、注入される可燃性ガス
源と連通ずる内側表面の一部を形成する表面を有し、そ
のため可燃性ガスの流量の注入が、第１注入装置を形成
する多孔性の材料の細穴を通しての発散によって得られ
る。

第２注入装置もまた、同様に作ることができる。

ガス流量の発散を可能にする多孔性材料の使用は、小さ
な半径方向の戒分を有する流入速度の室へのガス流が注
入されるのに完全に適する手段を与える。

多孔性材料は、多孔性セラミック又は炭素母体の合成材
料が都合がよい。このような材料は、室の構戒部分を構
威する注入装置を作ることを可能とする耐熱特性（すな
わち高温度での機械的特性）の効果により、スクラムジ
ェット燃焼室へのガス流量の注入手段として特によく適
している。さらに、この材料の多孔度は、その繊維状の
組織を構成する繊維の密度及び／又は母体材料の密度に
作用することによって制御することができる。

適切な合成材料の例は、Ｃ／ＳｉＣ型（炭素繊維強化物
と炭化ケイ素母体）　、ＳｉＣ　／ＳｉＣ型（本質的に
炭化ケイ素繊維強化物、と炭化ケイ素母体）、又は保護
されたＣ／Ｃ　（炭素繊維強化物と酸化に対する保護を
有する炭素母体）を含む。

好ましくは、少なくとも注入装置に隣接する部分の室の
壁もまた、セラミック又は炭素母体の合成材料でしかし
不浸透の形状に作られている。注入装置と燃焼室の壁の
他の部分の間の結合は次に、部分的に密度を高めた状態
で作られた他の壁部と共に注入装置を形成する壁部の相
互の高密度化によって有利に作ることができる。この相
互の高密度化は好ましくは、化学的な気体含漫によって
達威される。

可燃性ガス又は燃焼性ガスは、多孔性材料を通る発散と
は異なる手段によって注入される。可燃性ガス流量は、
超音速空気流と相互作用又は激しい衝撃を引き起こさな
いように、小さな半径速度戒分で注入されなければなら
ない、又好ましくは同じ速度戒分が燃焼性ガスの注入に
使用される。

この目的のため、壁と実質的に平行な方向に室へ導く注
入器又は注入口が設けられる。

本発明は、Ｉ枚の図面を参照して限定しない実施態様の
以下の記述を読むことでより明らかに理解される。

（実施例） 図示された例において、室１０は円形断面を有する筒状
形状を有し、超音速空気流の方向（矢印Ａ）に見られる
以下の順序の要素を具備する。上流側不浸透断面１２、
可燃性ガス流量を注入する第１注入リング２０、不浸透
中央断面ｌ４、燃焼性ガス流量を注入する第２注入リン
グ３０、下流側不浸透断面ｌ６。断面１２，　１４．　
１６及び注入リング２０．　３０の内側表面は、スクラ
ムジェット室の連続筒状内壁を区画形成する。

リング２０の外側表面は、燃料源（図示されていない）
と連通ずる可燃性ガス注入室２２を区画形成する。燃料
は、たとえばガス状態で注入される水素であり、注入室
２２の内側圧力が、スクラムジェット燃焼室の内側圧力
より高くなっている。

リング２０は、多孔性の耐火性合成材料の一体要素とし
て作られている。リング２０を形成する材料の多孔度は
、注入リングを通しての発散による水素ガス流量の注入
のための所望の多孔度をリングに与える。水素ガス流量
はこのように、小さい半径速度で室の内側に浸透する。

燃焼室内に注入された水素の流量は、注入リングの多孔
度、その長さ、その外側表面と内側表面の間の圧力の相
違によって決定される。

リング２０を形威する材料は、セラξツク材料により部
分的に高密度化された耐火性繊維強化物又は炭素母体に
よって部分的に高密度化された又酸化に対して保護され
た炭素繊維強化物から作られる合成材料である。リング
は繊維強化物を構成する環状の前もっての形底物を作る
ことによって得られる。前もっての形成物は、炭素繊維
又はセラξツク繊維たとえば本質的に炭化ケイ素から作
られる繊維から作られている。例として、繊維の前もっ
ての形成物は、所望の厚さが得られるまで、心棒上で織
物の帯を巻くことによって作られる。

重ねられた織物の層は、糸で縫うこと又は糸の植設によ
り共に結合できる。

前もっての形成物の高密度化は、ガス処理又は液体処理
どちらかによって得られる。前者の場合において、母体
は、セラミック材料たとえば炭化ケイ素又は炭素（材料
を保護するＣ／Ｃ型の場合において）の化学的な気体含
漫によって作られる。

後者の場合において、前もっての形成物は、母体材料の
前駆体を浸み込ませ、次に熱処理によって得られる。

化学的な気体含漫の期間又は熱溶浸の液体の量は、前も
っての形成物の最初の多孔度を考慮して、最終的な所望
の多孔度に達するように選択される。

例えば、Ｃ／ＳｉＣセラミック材料の注入リングは、約
３５％の繊維密度を有する炭素の前もっての形成物を作
ることにより又残された多孔度が約４０％に達するまで
炭化ケイ素の化学的な気体含漫による前もっての形成物
を高密度化することにより作ることができる。

Ｃ／Ｃ材料の場合において、特別な処理が酸化から材料
を保護するために行われなければならない。これは、Ｃ
／Ｃ合成物に使用される色々な公知の酸化に対する保護
処理によって達威される。

リング３０の外側表面は、燃焼性ガス注入室３２を区画
形成する。このガスは、媒体を取り囲むものからもたら
された空気又はいくつかの供給源（図示されていない）
からの酸素である。

リング３０はリング２０と同様に、たとえばＣ／ＳｉＣ
材料又は酸化保護されたＣ／Ｃ型材料どちらかのセラξ
ツク母体を有する多孔性の合成材料の一体要素として作
られる。リング３０を形戊する材料の多孔度は、リング
３０を通しての発散による燃焼性ガスの注入を可能にす
る所望の浸透度をリングに与え、注入室３２の圧力がス
クラムジェット室の内側に存在する圧力より大きい。燃
焼性ガス流量の室への流入もまた、このように遅い半径
方向の速度戒分で達成される。

スクラムジェット室部分１２，　１４．　１６もまた、
好ましくは、セラミック又は炭素母体の合成材料からで
きている。材料は有利に、注入リング２０及び３０と同
じ種類の強化物及び母体を有すべきである。しかし、リ
ング２０及び３０と比較して、これら断面１２，　１４
．　１６は不浸透である。これらは、材料が不浸透性と
なるまで繊維強化物の細穴を満たすための高密度化の十
分な量を使用することによって不浸透に作られる。

室の壁１０の断面１２，　１４．　１６と注入リング２
０．３０の間の結合は、相互の高密度化によって有利に
得られる。この目的のため、断面１２，　１４．　１６
及びリング２０．　３０は、最終的な所望の高密度に関
して高密度化の不完全な量で別々に作られる．要素はそ
れから端部と端部が組立てられ、化学的な気体含漫によ
って最終的な相互の高密度化とするために含浸炉に置か
れる。この最終的な相互の高密度化の進行中、断面１２
．　１４．　１６及び２０．　３０（７１間の境界面で
母体材料の連続性は、これらの要素の間の結合を保証す
る。この最終的な相互の高密度化は、所望の多孔度が注
入リング２０．　３０に達威されるまで続く。

図面に示したように、注入リング３０を通して発散する
燃焼性ガス３４の流量は、超音速空気流れが壁に対して
可燃性ガス流を押す傾向があるにもかかわらず、可燃性
ガス流量２４を室ｌＯの壁から引き離すように押す。こ
のように、可燃性ガスと超音速空気流と流量３４両方に
より構或される燃焼性物質の間の十分な混合が結果とし
て生じる。ガスの完全燃焼はこのように、超音速空気流
と注入リングを通して発散するガス流の間の激しい相互
作用を生じないで、非常に短い時間で達戒することがで
きる。これは、改善されたスクラムジェット室の或果を
生じ、ゆえに推進系統のすぐれた推力及び力と重量の比
を生じる。

上記の例は、セラミック母体の多孔性合成材料から作ら
れた注入リングを通して発散することによる室へのガス
流量の注入に関する。

しかしながら、多孔性材料の他の種類、たとえば多孔性
の金属構造もまた、金属の室の場合に使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の１つの実施態様によるスクラムジェット
燃焼室の軸方向断面を非常に概略的に表わした図である
。 １０・・・室、　　　　　１２．　１４　．１６・・・
室の壁部、２０・・・第１注入手段、２２．　３２・・
・注入室、２４・・・可燃性ガス流、３０・・・第２注
入手段、３４・・・燃焼性ガス流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音速の空気流量をそれに沿って流すことのできる
   燃焼室と、比較的小さな量の横断成分を持った前記室へ
   の流入速度を有する可燃性ガス（２４）の流量を前記室
   へ注入する第１注入手段（２０）、とを具備する超音速
   燃焼ラムジェットにおいて、第２注入手段（３０）が、
   前記第１注入手段により注入された可燃性ガス（２４）
   の流量を前記室の壁から離すように働く燃焼性ガス（３
   ４）の流量を前記室へ注入するために、超音速空気流の
   方向に沿って前記第１注入手段の下流側に設けられてい
   る超音速燃焼ラムジェット。 ２、前記第１注入手段が前記燃焼室の第１壁部を具備し
   、前記第１壁部が、前記室へ注入されるための可燃性ガ
   スの前記流量を浸透させる材料からできており、前記室
   の内側表面の一部を形成する表面を有し、さらに注入さ
   れるための可燃性ガス源と連通する反対側の表面を有し
   、それにより可燃性ガスの前記流量の注入が、前記第１
   注入手段を形成する多孔性材料の細穴を通しての発散に
   より得られる請求項１記載の超音速燃焼ラムジェット。 ３、前記室の前記第１部分が、多孔性材料の環の形状で
   ある請求項２記載の超音速燃焼ラムジェット。 ４、前記第２注入手段が前記燃焼室の第２壁部を具備し
   、第２壁部が、前記室へ注入される燃焼性物質の前記流
   量を浸透させる材料からできており、前記室の内側表面
   の一部を形成する表面を有し、さらに注入される燃焼性
   ガス源と連通する反対側の表面を有し、それにより燃焼
   性ガスの前記流量の注入が前記第２注入手段を形成する
   多孔性材料の細穴を通しての発散により得られる請求項
   １記載の超音速燃焼ラムジェット。 ５、前記室の前記第２部分が、多孔性材料の環の形状で
   ある請求項４記載の超音速燃焼ラムジェット。 ６、前記多孔性材料が、多孔性セラミック母体の合成材
   料である請求項１記載の超音速燃焼ラムジェット。 ７、前記多孔性材料が、多孔性炭素／炭素型の合成材料
   である請求項１記載の超音速燃焼ラムジェット。 ８、前記多孔性合成材料が、Ｃ／ＳｉＣ型の合成材料で
   ある請求項６記載の超音速燃焼ラムジェット。 ９、前記多孔性合成材料が、ＳｉＣ／ＳｉＣ型の合成材
   料である請求項６記載の超音速燃焼ラムジェット。 １０、前記注入手段（２０、３０）と隣接する前記室の
   壁部（１２、１４、１６）が、不浸透性のセラミック母
   体の合成材料からできている請求項１記載の超音速燃焼
   ラムジェット。 １１、前記注入手段（２０、３０）に隣接する前記室の
   壁部（１２、１４、１６）が、不浸透性の炭素／炭素型
   の合成材料からできている請求項１記載の超音速燃焼ラ
   ムジェット。 １２、前記注入手段（２０、３０）を形成する前記合成
   材料と、前記注入手段に隣接する前記壁部（１２、１４
   、１６）を形成する前記不浸透性の合成材料とが、異な
   る密度の同じ型の材料からできている請求項１０又は１
   １記載の超音速燃焼ラムジェット。