JPH05187319A - ラムジェットエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡単な構造であって、推力の増大を実
現し得るラムジェットエンジンを提供する。 【構成】 ディフューザ６から導入した外気とラム燃料
を燃焼室１で混合して連続燃焼させ、その燃焼ガスをジ
ェットノズル５から噴出させて推力を得るラムジェット
エンジンにおいて、前記燃焼室１を形成する外筒２の後
部で且つジェットノズル５の入口近傍に、機軸に対して
軸対称に配置された複数の空気流入口９を形成し、各空
気流入口９の開閉機構として制御ドア１０、アクチュエ
ータ１３、および駆動源１６を備えたラムジェットエン
ジンＲ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、飛翔体の飛翔推力と
して利用されるラムジェットエンジンに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ラムジェットエンジンは、筒状
の燃焼室の前方部に燃料噴射器を備えると共に、同燃焼
室の後方部に固定形状のジェットノズルを備え、前方部
もしくは側部に外気導入用のディフューザを備えてい
る。

【０００３】上記ラムジェットエンジンは、ディフュー
ザから導入した外気と燃料噴射器から噴射したラム燃料
とを燃焼室で混合して連続燃焼させ、その燃焼ガスをジ
ェットノズルから噴出させることにより推力を得る。

【０００４】このようなラムジェットエンジンは、例え
ば、昭和５８年に丸善が発行した「航空宇宙工学便覧・
増補版」の第６０８，６０９頁に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図４に各種ジ
ェットエンジンの作動速度領域と比推力の関係を示す。
これらのジェットエンジンの特性をみると、燃料にケロ
シンを使用した場合に比べて水素を使用した場合に高い
比推力が得られるが、いずれの場合も飛行速度がある程
度以上になると比推力が低下する傾向にある。これは、
燃焼ガスの噴出運動量の増加率に対して、空気取入口か
ら流入する空気の運動量の増加率が上回るためである。

【０００６】そこで、先述したような従来のラムジェッ
トエンジンでは、高い比推力を維持するために、ジェッ
トノズルのスロートを絞って燃焼室内の圧力を高め、こ
れにより燃焼ガスの噴出運動量を増大させることが考え
られる。ところが、スロートの開度を調整可能にするた
めには、ジェットノズルの構造がきわめて複雑なものと
なり、ラムジェットエンジン特有の簡単な構造であると
いう利点が失われることになる。

【０００７】したがって、従来にあっては、ラムジェッ
トエンジンに可変ノズルを適用するには困難性があると
共に、固定形状のジェットノズルを使用せざるを得ない
面があり、これらの都合を踏まえたうえで性能の向上を
図る改善が要望されていた。

【０００８】

【発明の目的】この発明は、上記したような従来の状況
に鑑みて成されたもので、比較的簡単な構造であって、
推力を増大させることができるラムジェットエンジンを
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係わるラムジ
ェットエンジンは、ディフューザから導入した外気とラ
ム燃料を燃焼室で混合して連続燃焼させ、その燃焼ガス
をジェットノズルから噴出させて推力を得るラムジェッ
トエンジンにおいて、前記燃焼室を形成する外筒の後部
で且つジェットノズルの入口近傍に、機軸に対して軸対
称に配置された複数の空気流入口を形成し、各空気流入
口の開閉機構を備えた構成としており、上記構成を課題
を解決するための手段としている。

【００１０】

【発明の作用】この発明に係わるラムジェットエンジン
では、超音速域での作動中において、外筒の後部で且つ
ジェットノズルの入口近傍に形成した空気流入口を開閉
機構により開放すると、外部空気流の総圧が燃焼室内の
総圧よりも大きいことから、空気流入口から空気が流入
する。

【００１１】上記の流入空気と燃焼ガスは滞留時間が短
いため殆ど混合せず、空気はジェットノズルの内面に沿
って流れる。したがって、固定形状のジェットノズルに
おいて、その内面に沿う空気流の存在によって燃焼ガス
の流路が狭められた状態となり、その結果、燃焼室内の
圧力が上昇して燃焼ガスの噴出速度が増大し、推力が増
すこととなる。

【００１２】

【実施例】以下、図１および図２に基づいてこの発明の
一実施例を説明する。

【００１３】図２に示すラムジェットエンジンＲは、断
面円形の燃焼室１を形成する外筒２の前部に、噴射ノズ
ル３を備えた燃料タンク４を備えると共に、前記外筒２
の後部に、固定形状のジェットノズル５を備え、さらに
側部には、外気導入用の複数のディフューザ６を備えて
いる。

【００１４】前記燃料タンク４は、燃料過剰の組成を有
する固体推進薬、あるいは液体燃料が充填してあって、
その前部にはペイロード搭載部を接続することが可能で
ある。前記各ディフューザ６は、前方向に開口した空気
取入口７を有すると共に、後部の空気導入口８により燃
焼室１に連通している。

【００１５】そして、前記外筒２の後部で且つジェット
ノズル５の入口近傍には、図１にも示すように、機軸に
対して軸対称の配置として、外筒円周方向において１８
０度異なる二箇所に空気流入口９，９が形成してあり、
各空気流入口９には、これを開閉する制御ドア１０が取
付けてある。

【００１６】前記制御ドア１０は、ジェットノズル５の
入口側外周にヒンジ１１を介して回動自在に取付けてあ
ると共に、回動先端部分には燃焼室１内への回動を阻止
する段状の規制部１２を有している。また、ジェットノ
ズル５の外周には、各制御ドア１０毎にアクチュエータ
１３が設けてある。この実施例のアクチュエータ１３
は、例えば油圧シリンダであって、制御ドア１０および
ジェットノズル５の外面に設けたブラケット１４，１５
に両端部が回動自在に連結してあると共に、ジェットノ
ズル外周の駆動源１６に接続してあり、伸長状態で制御
ドア１０を閉塞位置に拘束している。

【００１７】つまり、この実施例では、前記制御ドア１
０、アクチュエータ１３、および駆動源１６で空気流入
口９の閉塞機構を構成している。なお、アクチュエータ
１３および駆動源１６は、カバー（図示略）で被われ
る。

【００１８】上記構成を備えたラムジェットエンジンＲ
は、例えば燃焼室１内に装填した固体推進薬、あるいは
他のブースト手段等により超音速域まで加速されたの
ち、作動を開始する。すなわち、ディフューザ６から導
入した外気と、噴射ノズル３から噴射した可燃性ガスあ
るいは液体燃料等のラム燃料とを燃焼室１で混合して連
続燃焼させ、その燃焼ガスをジェットノズル５から噴出
させることにより推力を得る。

【００１９】そして、上記ラムジェットエンジンＲは、
さらに推力を増大させる場合には、各アクチュエータ１
３を一斉に収縮駆動することにより、各制御ドア１０を
回動させて各空気流入口９を開放する。当該ラムジェッ
トエンジンＲの作動速度域では、外部空気流の総圧が燃
焼室１内の総圧よりも必ず大きい。したがって、その圧
力差、および制御ドア１０の案内板としての働きによ
り、開放された各空気流入口９から空気が流入する。

【００２０】また、上記の流入空気と燃焼ガスは滞留時
間がきわめて短いために殆ど混合することがなく、流入
空気は図１中の点線および矢印で示すようにジェットノ
ズル５の内面に沿って流れることとなる。

【００２１】したがって、ラムジェットエンジンＲは、
ジェットノズル５において、その内面に沿う空気流の存
在によって燃焼ガスの流路が狭められた状態、つまりス
ロートを絞った状態が得られることとなり、その結果、
燃焼室１内の圧力が上昇して燃焼ガスの噴出速度が増大
する。

【００２２】このようにして、ラムジェットエンジンＲ
は、ディフューザ６から導入する空気量あるいはラム燃
料の噴射量を変化させなくても、空気流入口９とこれを
開閉する簡単な開閉機構（制御ドア１０、アクチュエー
タ１３、および駆動源１６）、および固定形状のジェッ
トノズル５を用いて推力を増大させる。

【００２３】また、推力の増大に伴って飛行速度が増し
ても、燃焼室１内の圧力上昇により、ディフューザ６に
流入する空気の運動量の増加率と燃焼ガスの噴出運動量
の増加率とのバランスが保たれ、高い比推力を維持す
る。

【００２４】さらに、上記ラムジェットエンジンＲは、
二つの空気流入口９，９の開度を異ならせると、ジェッ
トノズル５内の壁圧分布が二つの空気流側で不均一とな
るため、機軸に対して直角方向（図３では上下方向）の
力が生じ、これにより推力方向が変化することとなり、
進路変更や姿勢制御を行うことが可能である。

【００２５】推力方向制御を行う場合には、図３に示す
ように空気取入口９を９０度間隔で４箇所に設けること
がより望ましく、これらの空気取入口９の開度を調整す
ることにより、ピッチ軸（Ｐ）回り、およびヨー軸
（Ｙ）回りの制御が行われることとなる。

【００２６】なお、この発明によるラムジェットエンジ
ンは、運用条件等に応じて空気取入口の数や開口面積、
あるいは形状が設定され、空気流入口の開閉機構にあっ
ても、例えばスライド式のドアを適宜の駆動装置で作動
させる構成などにしても良く、上記実施例のみに限定さ
れることはない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明のラ
ムジェットエンジンは、余分なラム燃料や可変ノズルの
ような複雑な構成を必要とせず、空気流入口から流入さ
せた空気だけを利用するものであって、空気流入口を開
閉し得る比較的簡単な構造で、しかも固定形状のジェッ
トノズルを使用して燃焼室内の圧力を高めることがで
き、推力の増大および高い比推力の維持を実現すること
ができる。また、複数の空気流入口の開度を互いに異な
らせることにより、ジェットノズル内の壁圧分布が変化
するので、この変化を利用して推力方向制御を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例におけるラムジェットエン
ジンの空気流入口開放状態を示す要部の断面図である。

【図２】図１に示すラムジェットエンジンの全体を説明
する断面図である。

【図３】推力方向制御用として４箇所に空気取入口を設
けた構成を示す断面図である。

【図４】ターボジェット、ラムジェット、およびスクラ
ムジェットの作動速度領域と比推力の関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

Ｒ ラムジェットエンジン １ 燃焼室 ２ 外筒 ５ ジェットノズル ６ ディフューザ ９ 空気流入口 １０ 制御ドア（開閉機構） １３ アクチュエータ（開閉機構） １６ 駆動源（開閉機構）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディフューザから導入した外気とラム燃
   料を燃焼室で混合して連続燃焼させ、その燃焼ガスをジ
   ェットノズルから噴出させて推力を得るラムジェットエ
   ンジンにおいて、前記燃焼室を形成する外筒の後部で且
   つジェットノズルの入口近傍に、機軸に対して軸対称に
   配置された複数の空気流入口を形成し、各空気流入口の
   開閉機構を備えたことを特徴とするラムジェットエンジ
   ン。