JPH0893556A - エアターボラムジェットエンジン用ガス発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アニュラーチャンバーで発生した高温高圧ガ
スを超音速流まで効率よく膨張・加速することができ、
同時にタービン動翼に適した流入角度に偏向することが
できるエアターボラムジェットエンジン用ガス発生器を
提供する。 【構成】 エンジン１０内のタービン前方に同軸に配置
された中空円筒形のアニュラーチャンバー１４と、アニ
ュラーチャンバーに液体反応剤を供給する反応剤供給装
置１６と、アニュラーチャンバーのタービン側に設けら
れた排気偏向ノズル１５とからなる。排気偏向ノズル
は、中央部が内方に膨らんだリング状のノズル内壁１５
ａ及びノズル外壁１５ｂと、これらの間に挟持された複
数の偏向板２０とからなり、偏向板は、半径方向に延び
円周方向に互いに間隔を隔て配置されかつエンジンの軸
線に対して傾斜して配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボジェットとラム
ジェットのコンバインドサイクルエンジンであるエアタ
ーボラムジェットエンジンに係わり、更に詳しくは、そ
のエンジン用の内蔵型ガス発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】エアターボラムジェットエンジンは、図
４に例示するように、ガス発生器１、タービン２、ミキ
サ３、ファン４（圧縮機）、燃焼器５、排気ノズル６、
等を備え、ガス発生器１で高温高圧の燃料ガス７を発生
させ、発生した燃料ガス７でタービン２を直接駆動し、
このタービン２でファン４を駆動して空気８を圧縮して
導入し、導入した空気８と燃料ガス７をミキサ３で混合
し、混合ガスを燃焼器５で燃焼させ、燃焼排ガス９を排
気ノズル６で膨張させて後方に噴出し、推力を発生する
ようになっている。

【０００３】かかるエアターボラムジェットエンジン
は、ラムジェットに比べ、マッハ１以下の低速時にも高
い推力を発生し、自力で離陸でき、かつラムジェットと
同様にマッハ３以上の超音速飛行ができる特徴がある。
なお、エアターボラムジェットエンジンについては、AI
AA-84-0075,"Synthesis and Performance of an Air-Tu
rboramjet-Propelled Supersonic Target Vehicle"等に
開示されている。

【０００４】かかるエアターボラムジェットエンジンで
は、ガス発生器がエンジンの外部に従来設置されていた
（外置型ガス発生器）。しかし、外置型ガス発生器の場
合に、ガス発生器で発生するガスの温度・圧力が高く
（例えば７００℃、１０ａｔａ以上）、発生ガス量も多
いため、ガス発生器からタービン部までの配管によりエ
ンジン性能が低下する問題点があった。また、高温高圧
のガスをエンジン内でタービンに均等に供給するのが困
難であり、タービン流入ガスの温度や流量のバラツキが
大きい問題点があった。

【０００５】かかる問題点を解決するため、本願発明と
同一の発明者等は、エンジン内部に環状に配置されたア
ニュラーガス発生器を提案し出願した（特願平６−１７
７３４１号）。このアニュラーガス発生器は、エンジン
内のタービン前方に同軸に配置された中空円筒形のアニ
ュラーチャンバーと、このアニュラーチャンバーに液体
反応剤を供給する反応剤供給装置とを備え、更にアニュ
ラーチャンバーのタービン側に環状ノズルを設けたもの
であり、配管を太くしたり重量を増すことなく、圧力損
失とヒートロスが小さく、タービンに流入するガスの温
度と流量のバラツキが少なく、反応制御が容易であり、
かつ長時間の連続使用ができる等の特徴を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ガス発生器の
アニュラーチャンバー内のガス圧力は高く（例えば１０
ａｔａ以上）、これに対してタービン部の圧力はエアタ
ーボラムジェットエンジンの飛行状態により、１〜２ａ
ｔａの低圧から５ａｔａ以上まで変動するので、アニュ
ラーチャンバーの内部圧力を保持し安定した反応を維持
するためには出口部の面積を絞ったスロート部を設ける
必要があった。更に、このスロート部からエンジンの軸
方向に噴出した高温高圧のガス（図４の燃料ガス７）を
効率的にタービン動翼に導くには、図５に模式的に示す
ようにスロート部の下流側に翼列からなるタービンノズ
ル２ａ（ノズル翼）を設け、このタービンノズル２ａに
より先細末広ノズル（コンバージェント・ダンバージェ
ントノズル）を構成して燃料ガス７の亜音速流を超音速
流７ａまで加速すると共に、タービン動翼２ｂに適した
流入角度θに偏向させる必要があった。

【０００７】このため、アニュラーチャンバーのスロー
ト部の他にタービンノズルが必要であり、スロート部で
軸方向に噴出した高温高圧ガスをタービンノズルで偏向
させながら加速する２段階の膨張過程のため、両者のマ
ッチングが難しく局所的な圧力損失が生じやすく、かつ
全長が長くなる等の問題点があった。

【０００８】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、ア
ニュラーチャンバーで発生した高温高圧ガスを超音速流
まで効率よく膨張・加速することができ、同時にタービ
ン動翼に適した流入角度に偏向することができ、かつ全
長を短縮することができるエアターボラムジェットエン
ジン用ガス発生器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料ガ
スで駆動されるタービンと、タービンで駆動され空気を
導入するファンと、燃料ガスを燃焼させる燃焼器とを備
えたエアターボラムジェットエンジン用のガス発生器で
あって、エンジン内のタービン前方に同軸に配置された
中空円筒形のアニュラーチャンバーと、該アニュラーチ
ャンバーに液体反応剤を供給する反応剤供給装置と、ア
ニュラーチャンバーのタービン側に設けられた排気偏向
ノズルとからなり、排気偏向ノズルは、中央部が半径方
向外方に膨らんだリング状のノズル内壁と、中央部が半
径方向内方に膨らんだリング状のノズル外壁と、ノズル
内壁とノズル外壁との間に挟持された複数の偏向板とを
有し、複数の偏向板は、半径方向に延び円周方向に互い
に間隔を隔て配置され、かつタービンに適した方向に燃
料ガスを噴出するように、エンジンの軸線に対して傾斜
して配置されている、ことを特徴とするエアターボラム
ジェットエンジン用ガス発生器が提供される。

【００１０】

【作用】上記本発明の構成によれば、排気偏向ノズル
が、中央部が半径方向外方に膨らんだリング状のノズル
内壁と、逆に中央部が半径方向内方に膨らんだリング状
のノズル外壁とを備えているので、このノズル内壁とノ
ズル外壁の間に中央部にスロートを有する先細末広ノズ
ルを構成することができ、この排気偏向ノズルによりア
ニュラーチャンバーで発生した高温高圧ガスを超音速流
まで膨張・加速することができる。また、このノズル内
壁とノズル外壁との間に挟持された複数の偏向板が、半
径方向に延び円周方向に互いに間隔を隔てて配置され、
かつタービンに適した方向に燃料ガスを噴出するよう
に、エンジンの軸線に対して傾斜して配置されているの
で、超音速流まで膨張・加速した高温高圧ガスの噴射方
向を、膨張・加速と同時にタービン動翼に適した流入角
度に偏向することができる。従って、従来のタービンノ
ズルが不要となり、単一の排気偏向ノズルにより、膨張
・加速と流入角度の偏向を一段で行うことができ、ター
ビンノズルとのマッチングの必要がなく従って局所的な
圧力損失が生じにくい。また、これにより部品点数の削
減、全長の短縮、製造コストの低下、重量の軽減、等が
可能となる。

【００１１】

【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、本発明によるガス
発生器を備えたエアターボラムジェットエンジンの全体
構成図である。この図において、エアターボラムジェッ
トエンジン１０は、燃料ガス７で駆動されるタービン２
と、タービン２で駆動され空気８を導入するファン４
と、燃料ガス７を燃焼させる燃焼器５とを備えている。
かかる構成は、図４に示した従来のエアターボラムジェ
ットエンジンと同様である。なお、この図で、３はミキ
サ、６は排気ノズルであり、導入した空気８と燃料ガス
７をミキサ３で混合し、混合ガスを燃焼器５で燃焼さ
せ、燃焼排ガス９を排気ノズル６で膨張させて後方に噴
出し、推力を発生するようになっている。

【００１２】図１において、本発明のガス発生器１２
は、エンジン内のタービン前方に同軸に配置された中空
円筒形のアニュラーチャンバー１４と、アニュラーチャ
ンバー１４に液体反応剤を供給する反応剤供給装置１６
とを備えている。また、アニュラーチャンバー１４のタ
ービン２の側には排気偏向ノズル１５が設けられてい
る。かかる構成により、アニュラーチャンバー１４で発
生した高温・高圧のガスを排気偏向ノズル１５を通して
直接タービンに供給することができる。従って、従来の
外置型ガス発生器のように、発生した高温・高圧のガス
をタービン部へ供給するための曲がりダクトやマニホー
ルドが不要となり、ガス供給系統の圧力損失とヒートロ
スを大幅に低減し、エンジン性能を向上させることがで
きる。

【００１３】液体反応剤は、例えば反応触媒により自己
分解する自己分解型推進剤（例えばヒドラジン）であ
り、この推進剤はタンク１７ａに充填され、供給ライン
１７ｂを介してアニュラーチャンバー１４に供給される
ようになっている。かかる構成により、液体反応剤の流
量を制御し、アニュラーチャンバー１４内の反応を容易
に制御することができる。また、液体反応剤をタンク１
７ａに十分備えることにより、長時間の連続使用ができ
る。なお、液体反応剤を液体燃料と酸化剤とし、これら
をタンクに別々に貯蔵してアニュラーチャンバー１４に
供給するようにしてもよい。

【００１４】図２は、図１の排気偏向ノズル１５の部分
斜視図である。この図に示すように、排気偏向ノズル１
５は、中央部が半径方向外方に膨らんだリング状のノズ
ル内壁１５ａと、中央部が半径方向内方に膨らんだリン
グ状のノズル外壁１５ｂとを有している。この構成によ
り、図３（Ａ）に模式的に示すように、ノズル内壁１５
ａとノズル外壁１５ｂの間に中央部にスロート１８を有
する先細末広ノズルを構成することができ、この先細末
広ノズルによりアニュラーチャンバー１４で発生した高
温高圧ガスを超音速流まで膨張・加速することができ
る。

【００１５】また図２において、排気偏向ノズル１５は
更に、ノズル内壁１５ａとノズル外壁１５ｂとの間に挟
持された複数の偏向板２０を有している。この複数の偏
向板２０は、半径方向に延び円周方向に互いに間隔を隔
て配置され、かつ図３（Ｂ）に模式的に示すように、タ
ービン動翼２ｂに適した方向に燃料ガスを噴出するよう
に、エンジンの軸線に対して図２にθで示す角度で傾斜
して配置されている。この構成により、超音速流まで膨
張・加速した高温高圧ガスの噴射方向を、膨張・加速と
同時にタービン動翼に適した流入角度に偏向することが
できる。従って、従来のタービンノズルが不要となり、
単一の排気偏向ノズルにより、膨張・加速と流入角度の
偏向を一段で行うことができ、タービンノズルとのマッ
チングの必要がなく従って局所的な圧力損失が生じにく
い。また、これにより部品点数の削減、全長の短縮、製
造コストの低下、重量の軽減、等が可能となる。

【００１６】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。

【００１７】

【発明の効果】上述したように、本発明のエアターボラ
ムジェットエンジン用ガス発生器は、アニュラーチャン
バーで発生した高温高圧ガスを超音速流まで効率よく膨
張・加速することができ、同時にタービン動翼に適した
流入角度に偏向することができ、かつ全長を短縮するこ
とができる、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガス発生器を備えたエアターボラ
ムジェットエンジンの全体構成図である。

【図２】図１の排気偏向ノズルの部分斜視図である。

【図３】排気偏向ノズルの作動を示す模式図である。

【図４】従来のエアターボラムジェットエンジンの構成
図である。

【図５】従来のタービンノズル（ノズル翼）とタービン
動翼との構成図である。

【符号の説明】 １ ガス発生器 ２ タービン ２ａ タービンノズル（ノズル翼） ２ｂ タービン動翼 ３ ミキサ ４ ファン ５ 燃焼器 ６ 排気ノズル ７ 燃料ガス ７ａ 超音速流 ８ 空気 ９ 燃焼排ガス １０ エアターボラムジェットエンジン １２ ガス発生器 １４ アニュラーチャンバー １５ 排気偏向ノズル １５ａ ノズル内壁 １５ｂ ノズル外壁 １６ 反応剤供給装置 １７ａ タンク １７ｂ 供給ライン １８ スロート ２０ 偏向板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスで駆動されるタービンと、ター
   ビンで駆動され空気を導入するファンと、燃料ガスを燃
   焼させる燃焼器とを備えたエアターボラムジェットエン
   ジン用のガス発生器であって、 ガス発生器は、エンジン内のタービン前方に同軸に配置
   された中空円筒形のアニュラーチャンバーと、該アニュ
   ラーチャンバーに流体反応剤を供給する反応剤供給装置
   と、アニュラーチャンバーのタービン側に設けられた排
   気偏向ノズルとからなり排気偏向ノズルは、中央部が半
   径方向外方に膨らんだリング状のノズル内壁と、中央部
   が半径方向内方に膨らんだリング状のノズル外壁と、ノ
   ズル内壁とノズル外壁との間に挟持された複数の偏向板
   とを有し、 複数の偏向板は、半径方向に延び円周方向に互いに間隔
   を隔て配置され、かつタービンに適した方向に燃料ガス
   を噴出するように、エンジンの軸線に対して傾斜して配
   置されている、ことを特徴とするエアターボラムジェッ
   トエンジン用ガス発生器。