JPH0874662A - 推力可変２液式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した燃焼を行い、さらに爆発的な燃焼の
発生も防止する。 【構成】 燃料流量制御弁２より供給される燃料を分解
して高温ガスとする触媒を充填した触媒室３と、酸化剤
流量制御弁５より供給される酸化剤をガス化する燃焼器
７の外面に巻回した配管で構成された熱交換器６と、触
媒室３からの高温ガスと熱交換器６からのガス化した酸
化剤を燃焼させる燃焼器７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は月着陸船などに用いられ
る推力可変な２液式のロケットエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】液体ロケットは燃料と酸化剤を燃焼させ
る２液式がよく用いられる。月着陸船などに用いる場合
推力を可変とする必要があるが、このため燃料と酸化剤
の流量をそれぞれ流量制御弁で調整して燃焼器に供給し
燃焼を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】燃焼器内で安定して燃
焼させるためには、燃料と酸化剤の流量に応じて、これ
らを燃焼器内へ噴射する噴射器の噴射オリフィス径を最
適にするよう機械的な制御が行われている。図２はこの
ような噴射オリフィス径の制御機構を示す一例で、燃料
と酸化剤の流量に応じて可変スリーブ１０を調整し、燃
料流路断面積１１、酸化剤噴射オリフィス径１２を変化
させる。このような調整を行うためにはアクチュエータ
と、複雑な機構が必要となり、かつ重量が増加するとい
う問題点があった。

【０００４】また、液体の燃料と液体の酸化剤を燃焼器
で燃焼させる場合、両者は液体の状態で衝突し、接触し
てガス化した後、燃焼するのが一般的であるが、液体ど
うしが衝突して爆発的に燃焼が発生するポップと呼ばれ
る現象が生じ、圧力スパイクが発生し推力が変動すると
いう現象が発生する。つまり、ホップが発生すると衝撃
的な加速度が加わり、エンジンを支える構体に過大な力
が加わったり、また推力の大きな変動が発生するという
不具合を生じる。ポップ発生は燃焼圧力Ｐｃと燃料噴射
のレイノルズ数に関係する。図３はこの一例を示す。あ
る範囲のレイノルズ数に対して燃焼圧力Ｐｃが限界線を
越えるとポップが発生する。白丸はポップが発生してい
ない場合、黒丸は発生している場合を示す。このため燃
焼圧力Ｐｃを高い値にすることが制限を受けるので燃焼
効率が低下するという問題があった。

【０００５】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、液体燃料および液体の酸化剤をガス化した後燃焼
させることにより、流量に応じて流路の断面積を変更し
なくても安定した燃焼を行えるようにし、爆発的な燃焼
の発生も防止できる推力可変２液式エンジンを提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、燃料の流量を制御する燃料流量制御弁と、該燃料流
量制御弁より供給される燃料を分解し高温ガスとする触
媒を充填した触媒室と、酸化剤の流量を制御する酸化剤
流量制御弁と、該酸化剤流量制御弁より供給される酸化
剤をガス化するガス化手段と、該ガス化手段よりガス化
した酸化剤を供給され、前記触媒室より高温ガスを供給
され燃焼させる燃焼器とを備え、前記ガス化手段は前記
燃焼器の熱を吸収して前記酸化剤をガス化する。

【０００７】また、前記ガス化手段は、前記燃焼器の外
面に巻回された配管より構成される。

【０００８】

【作用】燃料を触媒で分解して高温ガスとし、燃焼器に
供給する。燃焼器はエンジンスタート時にはこの高温ガ
スで加熱され、燃焼開始後はさらに燃焼ガスにより加熱
される。酸化剤を燃焼器の熱によりガス化した後、燃焼
器に供給して燃料の高温ガスと混合し燃焼させる。この
ように燃料と酸化剤をガスにした後燃焼させるので、液
体燃料、液体酸化剤の場合のように流量の変化に応じ流
路面積を変更しなくても安定した燃焼を行うことができ
る。またガスの状態で燃焼するので液体どうしが衝突し
て爆発的な燃焼が発生することも防止できる。これによ
り燃焼圧力を高くすることができるので、燃焼効率を向
上することができる。

【０００９】ガス化手段としては燃焼器の外面に配管を
巻回し、この配管内を酸化剤を通す。これにより燃焼器
の熱により配管内の酸化剤が加熱され、ガス化される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本実施例の構成を示すブロック図で
ある。１は燃料タンクでヒドラジンなどの液体燃料を格
納する。２は燃料の流量制御弁である。３は触媒室で燃
料を分解し高温の分解ガスを発生する。４は酸化剤タン
クでＮＴＯ（四二酸化窒素）などの液体の酸化剤を格納
する。５は酸化剤の流量制御弁である。６は熱交換器で
後述する燃焼器７の外面に配管を巻回し、燃焼器７の熱
を配管内を通る酸化剤に吸収させ、酸化剤をガス化す
る。７は燃焼器で、触媒室３で触媒によって発生した燃
料の高温分解ガスとガス化した酸化剤を燃焼させる。８
はノズルで燃焼したガスを膨張させて噴射し、推力を発
生する。

【００１１】触媒としては、例えば酸化ケイ素を担体と
してイリジウムをコーティングした粒子が用いられる。
この触媒によりヒドラシンを分解したとき９００℃程度
の高温の分解ガスを発生する。この分解ガスにより燃焼
器７は加熱され、エンジンスタート時最初の酸化剤は、
この分解ガスの加熱によってガス化する。以降はこの分
解ガスの加熱に、分解ガスとガス化した酸化剤との燃焼
による加熱が加わり、酸化剤のガス化が持続的に行われ
る。

【００１２】推力を調整するには燃料と酸化剤の流量を
それぞれの流量制御弁２，５で調整することにより行
う。燃焼器７には燃料、酸化剤ともガスの状態で供給さ
れるので、流量調整を行っても燃焼が不安定になること
はない。このため液体燃料や酸化剤を直接燃焼器７へ噴
射する場合のように、流量に応じて流路の断面積を調整
する必要はない。また、液体の状態で燃焼器に噴射しな
いので、ポップと呼ばれる爆発的な燃焼も発生しない。
これにより燃焼圧力を高くし、燃焼効率を大きくするこ
とができる。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は触媒により燃料をガスに分解し、酸化剤を燃焼器の熱
によりガスにして、燃料のガスとともに燃焼器で燃焼さ
せるので、燃料、酸化剤の流量を可変としても安定した
燃焼を行うことができる。このため燃料、酸化剤を液体
の状態で燃焼器に噴射する場合のように流路の面積を流
量に応じて調整する機構を必要としないので、燃焼器内
の構造が簡単になり、重量も軽減される。また液体の状
態で燃焼器に噴射しないので、ポップと呼ばれる爆発的
な燃焼が発生しないので、燃焼圧力を高くすることがで
き、燃焼効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】噴射オリフィス径を調整する機構の一例を示す
図である。

【図３】燃焼圧力と燃料噴流のレイノルズ数によりポッ
プ現象の発生限界の一例を示した図である。

【符号の説明】

１ 燃料タンク ２ 燃料の流量制御弁 ３ 触媒室 ４ 酸化剤タンク ５ 酸化剤の流量制御弁 ６ 熱交換器（ガス化手段） ７ 燃焼器 ８ ノズル １０ 可動スリーブ １１ 燃料流路の断面積 １２ 酸化剤の噴射オリフィス径

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料の流量を制御する燃料流量制御弁
   と、該燃料流量制御弁より供給される燃料を分解し高温
   ガスとする触媒を充填した触媒室と、酸化剤の流量を制
   御する酸化剤流量制御弁と、該酸化剤流量制御弁より供
   給される酸化剤をガス化するガス化手段と、該ガス化手
   段よりガス化した酸化剤を供給され、前記触媒室より高
   温ガスを供給され燃焼させる燃焼器とを備え、前記ガス
   化手段は前記燃焼器の熱を吸収して前記酸化剤をガス化
   することを特徴とする推力可変２液式エンジン。
2. 【請求項２】 前記ガス化手段は、前記燃焼器の外面に
   巻回された配管より構成されることを特徴とする請求項
   １記載の推力可変２液式エンジン。