JPH04350350A - ラムジェットエンジンのポートカバー - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音速飛翔体等の推進
装置に適用される液体燃料使用のラムジェットエンジン
のポートカバーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術のブースタ内装式ラムジェット
エンジンによって推進される飛翔体の例を図５に示す。

【０００３】通常ＩＲＲ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ　Ｒｏｃｋ
ｅｔ　Ｒａｍｊｅｔ：インテグラル・ロケット・ラムジ
ェット）とも呼ばれる「ブースタ内装式ラムジェットエ
ンジン」を利用した推進装置は、燃料タンク２，燃焼器
３及び空気取入ダクト４などで構成されおり、飛翔体１
の後部に配置される。 燃焼器３と空気取入ダクト４の境目には、ブースタ作動
時に仕切板としての役目を果たすポートカバー５が取り
付けられている。燃焼器３の内部には、最初、ブースタ
推進薬７が詰められている。

【０００４】飛翔体１は飛行中の航空機から投下される
か，または、補助ロケットによって地上又は海上から打
ち出されることによって作動を開始する。

【０００５】まず、ブースタ点火装置８によってブース
タ推進薬７の燃焼が始まり、固体ロケットとして作動す
る。ブースタ推進薬７が燃焼して発生する高温高圧ガス
は高速で後方へ排出され、推力を発生する。この段階を
ブースタ・フェーズ（ｂｏｏｓｔｅｒｐｈａｓｅ　）と
いい、飛翔体１をマッハ２．０〜２．５　程度の超音速
に加速する。ブースタ・フェーズの間、ポートカバー５
は燃焼器３内の高い圧力（約１２ＭＰａ：メガ・パスカ
ル）に耐え、燃焼器３内の燃焼ガスが空気取入ダクト４
に流出しないように密封する役目を果たす。

【０００６】ブースタ推進薬７が燃え尽きると、燃焼器
３内の圧力が急激に低下する。燃焼器３内の圧力は圧力
変換器９によって計測されており、圧力データが電気信
号に換えられて、エンジン電子制御装置１０へ送られて
いる。エンジン電子制御装置１０は、燃焼器３内の圧力
が、空気取入ダクト４内の圧力より低下すると、ポート
カバー５内に組み込まれている火薬に電気信号を送って
点火する。

【０００７】これによって、ポートカバー５は内部から
爆発し、細片に破砕されて、燃焼器３及びラムジェット
ノズル６を通って外部に排出され、空気が空気取入ダク
ト４から燃焼器３内に流入するようになる。

【０００８】以上図５のノズルレス・ブースタの場合に
ついて説明したが、この他に、ブースタ・フェーズ専用
の小径排気ノズルをラムジェットノズル６の内側に取り
付けておき、ブースタ推進薬７が燃え尽きた時に、ポー
トカバー５と一緒に分離して放出する方式もよく用いら
れる。

【０００９】燃焼器３内に空気が流入する段階になると
、燃料ポンプ１１が燃料タンク２から液体燃料を吸い込
み、燃料制御弁１２を通して空気取入ダクト４に取り付
けた燃料ノズル１３に送り、燃料ノズル１３から燃料を
気流中に噴霧して、ラムジェット点火装置１４によって
着火させると、以降、普通のラムジェットエンジンとし
て作動し続け、飛翔体１をマッハ２〜５の超音速で長秒
時推進する。燃料流量は、エンジン電子制御装置１０に
よって飛翔条件に適した値が演算され、その結果が燃料
制御弁１２に送られて、調量される。

【００１０】これら一連の作動のうち、ブースタ推進薬
７が燃え尽きてから着火迄の段階をトランジェント・フ
ェーズ（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｐｈａｓｅ）といい，そ
のあとをラムジェット・フェーズ（ｒａｍｊｅｔ　ｐｈ
ａｓｅ）という。

【００１１】それぞれの継続時間は、通常、ブースタ・
フェーズが３〜６秒，トランジェント・フェーズが０．
３　〜１．５　秒，ラムジェット・フェーズが７０〜４
００秒程度である。

【００１２】ポートカバー５としては、図５に示す破砕
型の他に，空気取入ダクト４と燃焼器３内との圧力差で
自然に吹き飛ばす方式，または，ポートカバー５の上流
側（空気取入ダクト内）で弱い火薬を爆発させて，その
風圧でポートカバー５を一体のまま燃焼器３内に押し出
す方式がある。

【００１３】いづれにせよ、これらの方式のポートカバ
ー５は、何らかの形で外部へ放出されるので、「放出型
ポートカバー」と呼ばれる。

【００１４】一方、外部へ放出されない「非放出型ポー
トカバー」としては、バタフライ・バルブのように約９
０°回転させる方式、または、スライド弁を用いる方式
等があるが、実用化に至っていない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のポートカバ
ー５には、解決すべき次の問題点がある。

【００１６】（１）　　　トランジェント・フェーズ時
にポートカバー５が外部へ放出されるので、ポートカバ
ーが飛翔体を発射した航空機、または地上・海上の人・
建物・船などに衝突して、これらに損傷を与えることが
ある。これは、米国で実際に発生している。

【００１７】（２）　　　ポートカバー５が燃焼器３内
およびラムジェットノズル６内を通過する際、これらの
内壁に衝突して損傷を与える恐れがある。

【００１８】これら　（１）　，　（２）　の問題点は
、放出型のポートカバー５にとって避けられない欠点で
あり、基本的な解決はありえない。

【００１９】また、従来の非放出型ポートカバーには、
次の問題点がある。 （３）　　　ポートカバーを開けるための機構が複雑で
あり、重量・容積の点で不利になる。

【００２０】（４）　　　密封性に劣る場合がある。つ
まり、ブースタ・フェーズ時に、ブースタ推進薬７が燃
焼して発生した燃焼器３内の高温高圧ガスがポートカバ
ーの隙間から空気取入ダクト４内に漏れやすい。漏れが
起きると、空気取入ダクト４の損傷を招く。 （５）　　　開いたあとのポートカバー形状が流れを妨
げるか、または、燃焼の障害になる場合がある。 （６）　　　ポートカバーを開けるために要する時間が
比較的長く、０．３〜０．６秒かかる場合が多い。ポー
トカバーが閉じていると飛翔体１の空気抵抗が大きいの
で、ポートカバーが開くまでに飛翔速度が、１秒当りマ
ッハ０．１　〜０．２　の率で低下する。

【００２１】せっかく、ブースタ・フェーズ中に獲得し
た速度が失われることになり、ブースタの有効性を低下
させる。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として、ブースタを内装したラムジェットエンジン
の燃焼器と空気取入ダクトとの間を閉塞しラムジェット
エンジン作動時に開くことを求められるポートカバーに
おいて，空気取入ダクトの空気流れより見てポートカバ
ーの下流側の面にほぼ中央から外縁にむかって刻設され
た適数の放射状の切れ目と，同切れ目に対応してポート
カバーの上流側の面に放射状に配設された適数の導爆線
と，同適数の導爆線をその集合点である空気取入ダクト
のほぼ中央部で点火する点火手段とを具備してなること
を特徴とするラムジェットエンジンのポートカバーを提
供しようとするものである。

【００２３】なお、ここに「切れ目」とは非貫通のいわ
ゆるスリットを言う。

【００２４】

【作用】本発明は上記のように構成されるので次の作用
を有する。

【００２５】即ち、ラムジェットエンジンの燃焼器と空
気取入ダクトとの間を閉塞するポートカバーには空気流
れより見て下流側の面に放射状の切れ目が刻設され、そ
れに対応して上流側の面には導爆線が配設されると共に
その中央部に点火手段（起爆手段）が設けられるので、
燃焼器内のブースタ推進薬が燃え尽き、燃焼器内の圧力
が空気取入ダクト内の圧力より小さくなったとき、点火
手段で導爆線に点火するとポートカバーは下流側へ圧せ
られ、切れ目から破裂してポートカバーが開き、空気取
入ダクトから燃焼器へ、ラムジェットエンジン作動用の
空気が入ってゆく。

【００２６】その際、ポートカバーは裂断と爆圧によっ
て外縁に基底を有する２等辺３角形状の片が燃焼室側へ
捲れた形となって残り、飛散しない。従って燃焼器その
他を損傷することがない。

【００２７】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図４により説明す
る。

【００２８】図１は本実施例に係る燃焼器３に空気取入
ダクト４が接続されている部分の拡大縦断面図で、その
他の構成は従来例の図５と同様である。

【００２９】図２は図１の放射状板１５を上流側から見
た正面図，図３は放射状板１５の横断面図，図４は図１
の状態でポートカバー本体５ａが燃焼器３内へ破裂した
状態を示す図である。

【００３０】図１において、燃焼器３と空気取入ダクト
４は溶接で接続されており、この接続部にポートカバー
が取り付けられる。

【００３１】５ａはポートカバー本体であり、真円形ま
たは長円形の板に縁がついたもので、この縁を利用して
、スタッドを有するポートカバー取付リング５ｂとポー
トカバー取付用のボルト５ｃによって燃焼器３に固定さ
れる。本例の他には、ポートカバー本体５ａの外周と燃
焼器３のポートカバー取付座にねじ加工を施しておき、
直接ねじ込む手段を用いてもよい。また、ポートカバー
本体５ａを接着で燃焼器３に取り付けてもよい。

【００３２】１５はポートカバー本体５ａをその中央か
ら放射状に破裂させる目的で空気取入ダクト４内に取り
つけられた放射状板であり、複数個，組合わされて放射
状をなし、その下端がポートカバー本体５ａに接してい
る。

【００３３】図２は、放射状板１５を上流側から視た状
態を示す図で、本例の場合、空気取入ダクト４の中央の
細い円筒１６と空気取入ダクト４の壁とをむすんで、８
個の放射状板１５が空気取入ダクト４の断面を円周方向
に８等分する形で並んでいるが、個数を増減して４等分
，６等分，７等分，９等分等，適数にしてもかまわない
。

【００３４】また、正確な等分にしなくてもよい。なお
、放射状板１５を補強するため、円周方向にも板を取り
つけ、蜘蛛の巣状に組み合わせてもよい。

【００３５】図３は、放射状板１５の断面図である。放
射状板１５の下端はポートカバー本体５ａと接している
。その放射状板１５の下端部には溝があり、この溝のな
かに導爆線１７がはめこまれる。放射状板１５は放射状
に配置されているので、放射状板１５の下端に取り付け
られた各導爆線１７は、空気取入ダクト４の中央で集合
することになる。この集合箇所で導爆線１７を点火する
ようにするため、電線１８が，円筒１６のなかを通して
導爆線１７の集合箇所まで配線される。図示しないエン
ジン電子制御装置（図５の１０）の指令により電気が送
られると、各導爆線１７は、いっせいに空気取入ダクト
４の中央から外周に向かって進行的に爆発する。爆発に
よって発生する爆風は、放射状板１５の下流側（図３の
下側）に噴き出し、ポートカバー本体５ａを放射状に切
断し、かつ燃焼器３の内側へ変形させる。この状態を示
したのが図４である。

【００３６】放射状板１５とポートカバー本体５ａは接
しているので、ブースタ・フェーズ時にポートカバー本
体５ａにかかる燃焼器３内の高い圧力による荷重は、放
射状板１５にも分担される。従って、従来の例よりポー
トカバー本体５ａの板厚を薄くすることが可能となるの
で、導爆線１７の爆発によるポートカバー本体５ａの切
断が容易になる。なおかつ、ポートカバー本体５ａには
導爆線１７に沿って放射状に切れ目５ｄをつけてあるの
で、導爆線１７の爆発によるポートカバー本体５ａの切
断はさらに容易である。

【００３７】図４に示すように導爆線１７の爆発によっ
て、放射状に切断され，燃焼器３の内側に変形したあと
のポートカバー本体５ａは非放出であるため、ポートカ
バー本体５ａの切断用の切れ目５ｄは、縁の曲り角のと
ころまでとし，従って変形も，そこで止まるよう構成さ
れている。

【００３８】本実施例の場合、縁を除いてポートカバー
本体５ａの板厚を一定としたが、中心と外周近くで板厚
を変えると、ポートカバー本体５ａが開いたあとの形を
望み通りに近づけることが可能になる。

【００３９】以上、実施例ではポートカバー本体５ａ，
放射状板１５，円筒１６を別々に示したが、勿論、これ
らは一体的に成形されてもよい。但し、その際、ポート
カバー本体５ａは飛散防止の観点から比較的靱性に富ん
だ材質であることが好ましく、放射状板１５や円筒１６
は残留して空気流路の障害とならないのが望ましい。放
射状板１５，円筒１６，電線１８の先端部等は残留して
空気流の障害とならないよう、しかし、飛散して燃焼器
３等を損傷しないよう消失するのが理想的であるから、
高温に曝らされると瞬時に溶融飛散するか、微細粒とな
って飛散する材質であることが望まれる。そのためには
放射状板１５，円筒１６等を脆弱な材料で構成し、かつ
賽の目状のスリットを入れておくのも一法である。

【００４０】また、導爆線１７や電線１８を拘束保持す
る手段は放射状板１５や，円筒１６に限定されるもので
はなく他の如何ような適切な手段が選ばれてもよい。

【００４１】導爆線１７はポートカバー本体５ａの裂断
速度を越えない程度の爆燃速度を有するものが望ましい
が、材料力学的にも、導爆線１７が爆燃して生じるガス
圧に対してはポートカバー本体５ａの中央部が最も早く
危険断面に達する部位であるから、その中央部から外縁
にむかって進行的に、かつ、圧力の開放開始（中央部の
破れ）によって逓減的に裂断速度は変化するものと思わ
れる。従って、爆薬量が多すぎない限りはポートカバー
本体５ａの外縁も同時に破断して、破断片が飛散すると
いった不具合は考えられないが、安全のためには、導爆
線１７の爆薬量をポートカバー本体５ａの中央部から外
縁にむかうに従って先細りに配分するのも一法である。

【００４２】以上の通り、本実施例によれば、燃焼器３
と空気取入ダクト４とを、ラムジェットエンジン作動開
始迄閉塞するポートカバー本体５ａに放射状の切れ目５
ｄを施し、導爆線１７をその反対側（上流側）に配設し
て放射状板１５で抑え、所要時期に電線１８で点火して
、ポートカバー本体５ａを裂断させて開放するので、ポ
ートカバー本体５ａは捲れた状態で燃焼器３と空気取入
ダクト４との境界部に残留し、飛散しない。

【００４３】従って、その飛散片が燃焼器３やラムジェ
ットノズル内を損傷したり、エンジン外部に飛び出て飛
翔体を発射した航空機や，地上，海上の人，建物，船等
を損傷したりする不具合がないという利点がある。

【００４４】また、基本的には導爆線１７をポートカバ
ー本体５ａに配設し、電線１８で点火するだけの構成で
あるからきわめて簡便な構造で目的を達せられるという
利点がある。

【００４５】また、ポートカバー本体５ａはボルト５ｃ
等で空気取入ダクトを完全に閉塞するので密封性が高い
という利点がある。

【００４６】また、ポートカバー本体５ａは開いたあと
、その切れ目に沿って裂断した、裂断片が空気取入ダク
ト４の空気流れ方向に捲れるので、その裂断片が空気流
れの妨げにならないという利点がある。

【００４７】また、放射状の導爆線１７によって、ポー
トカバー本体５ａが瞬時に開くので、ブースタ・フェー
ズ中に獲得した飛翔体の速度が失われる時間は実際上、
零に等しいという利点がある。

【００４８】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の　（１）　〜（５）　の効果を有する。

【００４９】（１）　　　トランジェント・フェーズ時
にポートカバーが放出されないので、飛翔体を発射した
航空機などの安全性を確保できる。また、燃焼器および
ラムジェットノズルの内壁を傷つけることが無い。

【００５０】（２）　　　ポートカバーを開けるための
特別な機構が無いので、小型・軽量である。

【００５１】（３）　　　ポートカバー取付部の隙間を
完全に処理できる構造であるので、密封性が良い。

【００５２】（４）　　　ポートカバーが開いたあとの
形状が、流れを整流するような形となっており、流れを
妨げない。また、燃焼器内に突き出る大きさが小さいの
で、燃焼の障害にならない。 （５）　　　ポートカバーを開けるために必要な時間が
短かく、０．１　秒以内の作動終了が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかるポートカバーが開く
前のその近傍の縦断面図である。

【図２】図１に示した放射状板を上流側から視た正面図
である。

【図３】図１に示した放射状板の横断面図である。

【図４】図１の状態でポートカバーが開いた状態を示す
縦断面図である。

【図５】従来例に係るブースタ内装式ラムジェットエン
ジンで推進される飛翔体の縦断面図である。

【符号の説明】

３　　　　燃焼器 ４　　　　空気取入ダクト ５ａ　　ポートカバー本体 ５ｂ　　ポートカバー取付リング ５ｃ　　ボルト ５ｄ　　切れ目 １５　　放射状板 １６　　円筒 １７　　導爆線 １８　　電線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ブースタを内装したラムジェットエン
   ジンの燃焼器と空気取入ダクトとの間を閉塞しラムジェ
   ットエンジン作動時に開くことを求められるポートカバ
   ーにおいて，空気取入ダクトの空気流れより見てポート
   カバーの下流側の面にほぼ中央から外縁にむかって刻設
   された適数の放射状の切れ目と，同切れ目に対応してポ
   ートカバーの上流側の面に放射状に配設された適数の導
   爆線と，同適数の導爆線をその集合点である空気取入ダ
   クトのほぼ中央部で点火する点火手段とを具備してなる
   ことを特徴とするラムジェットエンジンのポートカバー
   。