JPH08219408A - 超音速燃焼器 - Google Patents

超音速燃焼器

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JPH08219408A
JPH08219408A JP2023195A JP2023195A JPH08219408A JP H08219408 A JPH08219408 A JP H08219408A JP 2023195 A JP2023195 A JP 2023195A JP 2023195 A JP2023195 A JP 2023195A JP H08219408 A JPH08219408 A JP H08219408A
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JP
Japan
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rear end
flow
strut
supersonic
fuel
Prior art date
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Pending
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JP2023195A
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English (en)
Inventor
Motohide Murayama
元英 村山
Shohachi Yasu
昭八 安
Toshiro Fujimori
俊郎 藤森
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼部を伸ばすことなく、かつ流れを阻害せ
ずに保炎範囲と混合範囲を拡大することができ、これに
より、火炎の吹き飛びと燃料の不完全燃焼を低減するこ
とができる超音速燃焼器を提供する。 【構成】 超音速空気流4の流路内に鋭角部12aを上
流側に向けて配置され、かつ流れにほぼ直交する後端面
12bを有する楔断面形状のストラット12と、ストラ
ットの後端面に設けられ、後端面にほぼ等しい幅を有
し、かつ下流側に延びた複数の小片14と、ストラット
の小片の間に設けられ、下流に向けて燃料を噴射する噴
射ノズル16とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音速で飛行する機体
のエンジンに使用される超音速燃焼器に関する。
【0002】
【従来の技術】飛行マッハ数が6を越える超音速で飛行
する航空機のエンジンとして、超音速流のまま燃焼させ
る超音速燃焼ラムジェットエンジン(SCRAM-JET ENGIN
E、以下スクラムジェットエンジンという)が開発され
ている。図3は、空気取入口、燃料噴射部、燃焼部、及
びノズルからなる側壁と燃焼器からなるスクラムジェッ
トエンジンの模式図であり、超音速飛行時に流路内に高
速で流入する空気をラム圧で圧縮し、燃料噴射部で燃料
を噴射し着火・燃焼させ、燃焼ガスを後方に噴射して推
力を発生するようになっている。かかるスクラムジェッ
トエンジンは、通常のラムジェットにおいて燃焼室内の
流速を超音速に保つことにより、垂直衝撃波の発生に伴
う全圧損失や温度回復に伴う熱解離による損失を抑える
とともに、温度や圧力の上昇に伴うエンジン構造材への
応力と熱負荷を低減しようとするものである。また、こ
のスクラムジェットエンジンは、大気中の酸素を酸化剤
として利用するため、ロケットに比べて搭載酸素を大幅
に減少でき、比推力を大幅に改善することができる。
【0003】従来の超音速燃焼器の燃料噴射方式には、
流路内にステップを設けその下流から流れに垂直に燃料
を噴射するステップ後垂直噴射方式(図示せず)と、図
4に示すように、流路1内にステップ2を設け、その後
面から燃料を噴射するもの(ステップ平行噴射方式)
と、図5に示すように、流路1内にストラット3と呼ぶ
柱状部材を配し、その後面から燃料を噴射するもの(ス
トラット平行噴射方式)とがある。
【0004】図4のステップ平行噴射方式では、燃焼器
7の流路1内に超音速状態の空気が流れると、ステップ
2の後流に超音速空気流4が壁面1aから剥離した亜音
速状態の領域5(以下、亜音速域という)が形成され、
さらに、その内部に、空気が局部的に循環する領域6
(以下、再循環域という)が形成される。そして、この
再循環域6に、燃料を噴射して点火することにより、亜
音速域5内において、燃焼状態を保持することができる
ようになっている。
【0005】一方、図5のストラット平行噴射方式で
は、楔型断面形状のストラット3の鋭角部3aを上流側
に向けて配することにより、超音速空気流4を2つに分
流させるとともに、ストラット3の後縁3bにおいて剥
離させることにより、亜音速域5および再循環域6をス
トラット3の後流に形成する。そして、ストラット3の
後端面3cに設けた噴射ノズル8から再循環域6内に燃
料を噴出させることにより空気と燃料とを混合させて保
炎性を向上させるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したスクラムジェ
ットエンジンの実用化にあたり、超音速気流中の確実
な着火と保炎(着火/保炎性)、安全かつ効率の良い
混合と燃焼の達成(混合/燃焼性)、低マッハ数で生
じやすい熱閉塞の回避(閉塞性)、高マッハ数で重要
な噴射モーメントの推力利用(噴射モーメント)、の4
つの課題を達成する必要がある。
【0007】図6は、上述した従来の超音速燃焼器の燃
料噴射方式を比較したものである。この図から明らかな
ように、ストラット平行噴射方式及びステップ平行噴射
方式は、ステップ後垂直噴射方式と比較して、の閉塞
性と、の噴射モーメントについては優れているが、
の着火/保炎性と、の混合/燃焼性について劣ってい
る問題点があった。
【0008】すなわち、従来の超音速燃焼器では、燃焼
器に空気が超音速で流入するため、燃料噴射による空気
流の乱れが少なく、このため、燃料と空気との混合が満
足に行われず、また、再循環域が拡大されないために、
保炎範囲が狭く、強力な着火装置で着火しても、火炎
の吹き飛びが生じ易い、混合が遅く燃焼器出口までに
十分反応しない、等の問題点があった。
【0009】かかる問題点を解決するために、本願発明
の発明者等は、燃焼器前方に衝撃波を発生させ、その衝
撃波を燃焼域に入射することにより、保炎と混合を図る
「燃焼器とその保炎方法」を創案し出願した(特願平5
−68875号)。しかし、かかる手段では、燃焼部を
非常に長くする必要があり、壁冷却、エンジン重量の低
減に対して難点があった。
【0010】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、燃焼
部を伸ばすことなく、かつ流れを阻害せずに保炎範囲と
混合範囲を拡大することができ、これにより、火炎の吹
き飛びと燃料の不完全燃焼を低減することができる超音
速燃焼器を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、超音速
空気流の流路内に鋭角部を上流側に向けて配置され、か
つ流れにほぼ直交する後端面を有する楔断面形状のスト
ラットと、ストラットの後端面に設けられ、該後端面に
ほぼ等しい幅を有し、かつ下流側に延びた複数の小片
と、ストラットの前記小片の間に設けられ、下流に向け
て燃料を噴射する噴射ノズルと、を備えたことを特徴と
する超音速燃焼器が提供される。
【0012】また、本発明によれば、超音速空気流の流
路を構成し、かつ下流側に流れにほぼ直交して流路を広
げるステップを有する側壁と、ステップの後端面に設け
られ、後端面にほぼ等しい幅を有し、かつ下流側に延び
た複数の小片と、ステップの前記小片の間に設けられ、
下流に向けて燃料を噴射する噴射ノズルと、を備えたこ
とを特徴とする超音速燃焼器が提供される。
【0013】
【作用】上記本発明の構成によれば、楔断面形状のスト
ラットの後端面又はステップの後端面に、その後端面に
ほぼ等しい幅を有しかつ下流側に延びた複数の小片が設
けられているので、小片の表面近傍に流速の低い境界層
が形成され、この低速域において火炎が付着しやすくな
り、保炎性が向上する。また、小片の縁部と流れの主流
との干渉により、縁部の下流側に縦渦を生じるので、こ
の縦渦により、ストラット又はステップの小片の間に設
けらた噴射ノズルから下流に向けて噴射された燃料と主
流の空気との混合を促進し、燃料ガスを分散させ、燃料
の燃焼性を向上させることができる。
【0014】更に、複数の小片の幅は、ストラット又は
ステップの後端面にほぼ等しく、かつ主流と平行に下流
側に延びているので、流れを阻害せず流れの損失が小さ
い。また、上記構成は、複数の小片をストラット又はス
テップの後端面に設けるだけのため、構造が簡単であ
り、かつ燃焼部を伸ばす必要がない。
【0015】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、各図において共通する部分には同
一の符号を付して使用する。図1は、本発明による超音
速燃焼器の第1実施例を示す図である。図1(A)に示
すように、本発明の超音速燃焼器10は、超音速空気流
4の流路内に鋭角部12aを上流側に向けて配置された
楔断面形状のストラット12と、ストラット12の後端
面12bに設けられた複数の小片14と、ストラット1
2の小片14の間に設けられた噴射ノズル16とを備え
ている。ストラット12は、流れにほぼ直交する後端面
12bを有する。また、複数の小片14は、ストラット
の後端面12bにほぼ等しい幅を有し、かつ下流側に延
びている。更に、噴射ノズル16は、下流に向けて燃料
を噴射するようになっている。
【0016】ストラット12は、超音速空気流4の流路
を構成する側壁を横断して設けられ、このストラット1
2を介して噴射ノズル16に燃料を供給するのがよい。
また、噴射ノズル16より上流側にパイロット噴射器と
プラズマ点火器を設け、予め燃料に点火してもよく、或
いは噴射ノズル16の周辺にプラズマ点火器を設けても
よい。
【0017】図1(B)は、図1(A)における流れの
状態の平面図であり、図1(C)はその側面図である。
図1(A)の構成によれば、楔断面形状のストラット1
2の後端面12bに、その後端面12bにほぼ等しい幅
を有しかつ下流側に延びた複数の小片14が設けられて
いるので、図1(B)に示すように小片14の表面近傍
に流速の低い境界層が形成され、この低速域(亜音速域
5)において火炎が付着しやすくなり、保炎性が向上す
る。また、図1(C)示すように、小片14の縁部14
aと流れの主流との干渉により、縁部14aの下流側に
縦渦15を生じるので、この縦渦15により、ストラッ
ト12の小片14の間に設けらた噴射ノズル16から下
流に向けて噴射された燃料と主流の空気との混合を促進
し、燃料ガスを分散させ、燃料の燃焼性を向上させるこ
とができる。
【0018】更に、複数の小片14の幅は、ストラット
12の後端面12bにほぼ等しく、かつ主流と平行に下
流側に延びているので、流れを阻害せず流れの損失が小
さい。また、上記構成は、複数の小片14をストラット
12の後端面12bに設けるだけのため、構造が簡単で
あり、かつ燃焼部を伸ばす必要がない。
【0019】図2は、本発明による超音速燃焼器の第2
実施例を示す図である。図2(A)に示すように、本発
明の超音速燃焼器10は、ステップ17を有し超音速空
気流の流路を構成する側壁18と、ステップ17の後端
面17bに設けられた複数の小片14と、ステップ17
の小片14の間に設けられた噴射ノズル16とを備えて
いる。側壁18のステップ17は、流れにほぼ直交し下
流側に流路を広げるようになっている。また、複数の小
片14は、ステップ17の後端面17bにほぼ等しい幅
を有し、かつ下流側に延びている。更に、噴射ノズル1
6は、下流に向けて燃料を噴射するようになっている。
その他の構成は、図1の第1実施例と同様である。
【0020】図2(B)は、図2(A)における流れの
状態の平面図であり、図2(C)はその側面図である。
図2(A)の構成によれば、図1と同様に、ステップ1
7の後端面17bに、その後端面17bのステップの段
差にほぼ等しい幅を有しかつ下流側に延びた複数の小片
14が設けられているので、図2(B)に示すように小
片14の表面近傍に流速の低い境界層が形成され、この
低速域(亜音速域5)において火炎が付着しやすくな
り、保炎性が向上する。また、図2(C)示すように、
小片14の縁部14aと流れの主流との干渉により、縁
部14aの下流側に縦渦15を生じるので、この縦渦1
5により、ステップ17の小片14の間に設けらた噴射
ノズル16から下流に向けて噴射された燃料と主流の空
気との混合を促進し、燃料ガスを分散させ、燃料の燃焼
性を向上させることができる。
【0021】更に、複数の小片14の幅は、ステップ1
7の後端面17bにほぼ等しく、かつ主流と平行に下流
側に延びているので、流れを阻害せず流れの損失が小さ
い。また、上記構成は、複数の小片14をステップ17
の後端面17bに設けるだけのため、構造が簡単であ
り、かつ燃焼部を伸ばす必要がない。なお、本発明は上
述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々変更できることは勿論である。
【0022】
【発明の効果】上述したように、本発明の超音速燃焼器
は、燃焼部を伸ばすことなく、かつ流れを阻害せずに保
炎範囲と混合範囲を拡大することができ、これにより、
火炎の吹き飛びと燃料の不完全燃焼を低減することがで
きる優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超音速燃焼器の第1実施例を示す
図である。
【図2】本発明による超音速燃焼器の第2実施例を示す
図である。
【図3】スクラムジェットエンジンの模式図である。
【図4】従来の超音速燃焼器の一例を示す図である。
【図5】従来の超音速燃焼器の別の例を示す図である。
【図6】従来の超音速燃焼器を比較した図である。
【符号の説明】
1 流路 4 超音速空気流 5 亜音速域 6 再循環域 10 超音速燃焼器 12 ストラット 12a 鋭角部 12b 後端面 14 小片 15 縦渦 16 噴射ノズル 17 ステップ 17b 後端面 18 側壁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音速空気流の流路内に鋭角部を上流側
    に向けて配置され、かつ流れにほぼ直交する後端面を有
    する楔断面形状のストラットと、 ストラットの後端面に設けられ、該後端面にほぼ等しい
    幅を有し、かつ下流側に延びた複数の小片と、 ストラットの前記小片の間に設けられ、下流に向けて燃
    料を噴射する噴射ノズルと、を備えたことを特徴とする
    超音速燃焼器。
  2. 【請求項2】 超音速空気流の流路を構成し、かつ下流
    側に流れにほぼ直交して流路を広げるステップを有する
    側壁と、 ステップの後端面に設けられ、後端面にほぼ等しい幅を
    有し、かつ下流側に延びた複数の小片と、 ステップの前記小片の間に設けられ、下流に向けて燃料
    を噴射する噴射ノズルと、を備えたことを特徴とする超
    音速燃焼器。
JP2023195A 1995-02-08 1995-02-08 超音速燃焼器 Pending JPH08219408A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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