JPH094511A - アフタバーナ付ジェットエンジンの推力増大方法 - Google Patents
アフタバーナ付ジェットエンジンの推力増大方法Info
- Publication number
- JPH094511A JPH094511A JP15593195A JP15593195A JPH094511A JP H094511 A JPH094511 A JP H094511A JP 15593195 A JP15593195 A JP 15593195A JP 15593195 A JP15593195 A JP 15593195A JP H094511 A JPH094511 A JP H094511A
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- Japan
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- fuel
- afterburner
- burner
- jet engine
- hydrogen
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アフタバーナ付ジェットエンジンにおいて、
アフタバーナ内の燃焼ガス温度を増加させることなくア
フタバーナの推力を増大させる方法を提供する。 【構成】 アフタバーナ1に導入されるタービン排気流
に燃料噴射装置2から供給する燃料として、水素又は炭
素数に対する水素数の比が航空タービン燃料の2.17
より大きい炭化水素燃料を選ぶ。これによってアフタバ
ーナ1内の燃焼ガス中のH2 Oの割合が大きくなり、従
って、アフタバーナ内の燃焼ガスのガス定数は航空ター
ビン燃料を用いた場合よりも大きくなる。これによって
アフタバーナ1で取り出せるエネルギがガス定数に比例
して増大し、アフタバーナ付ジェットエンジンの推力が
増大される。
アフタバーナ内の燃焼ガス温度を増加させることなくア
フタバーナの推力を増大させる方法を提供する。 【構成】 アフタバーナ1に導入されるタービン排気流
に燃料噴射装置2から供給する燃料として、水素又は炭
素数に対する水素数の比が航空タービン燃料の2.17
より大きい炭化水素燃料を選ぶ。これによってアフタバ
ーナ1内の燃焼ガス中のH2 Oの割合が大きくなり、従
って、アフタバーナ内の燃焼ガスのガス定数は航空ター
ビン燃料を用いた場合よりも大きくなる。これによって
アフタバーナ1で取り出せるエネルギがガス定数に比例
して増大し、アフタバーナ付ジェットエンジンの推力が
増大される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアフタバーナ付ジェット
エンジンの推力増大方法に関する。
エンジンの推力増大方法に関する。
【0002】
【従来の技術】航空機の離陸、上昇、超音速飛行時等に
は一時的に推力を増大させる必要があり、その推力増大
方法の一つとしてアフタバーナが採用されている。ま
た、アフタバーナを有しないジェットエンジンの推力増
強方法としては、燃焼器に水を噴射する方法が採用され
た例がある。
は一時的に推力を増大させる必要があり、その推力増大
方法の一つとしてアフタバーナが採用されている。ま
た、アフタバーナを有しないジェットエンジンの推力増
強方法としては、燃焼器に水を噴射する方法が採用され
た例がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のアフタバーナで
は、アフタバーナ内のライナや排気ノズルの耐熱性の制
約からアフタバーナ内の燃焼ガス温度に制限があり、こ
の制限下で推力を増大するのは技術的に困難であった。
は、アフタバーナ内のライナや排気ノズルの耐熱性の制
約からアフタバーナ内の燃焼ガス温度に制限があり、こ
の制限下で推力を増大するのは技術的に困難であった。
【0004】本発明は、アフタバーナ付ジェットエンジ
ンにおいて、アフタバーナ内の燃焼ガス温度を増加させ
ることなくアフタバーナの推力を増大させる方法を提供
することを課題としている。
ンにおいて、アフタバーナ内の燃焼ガス温度を増加させ
ることなくアフタバーナの推力を増大させる方法を提供
することを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、航空
タービン燃料をエンジン本体燃焼器の材料とするアフタ
バーナ付ジェットエンジンにおける前記課題を解決する
ため、該アフタバーナの燃料として水素若しくは炭素数
に対する水素数の比が航空タービン燃料のそれよりも大
きな炭化水素燃料又はこれらを主成分とする混合燃料で
あって炭素数に対する水素数の比が航空タービン燃料の
それよりも大きな燃料を用いる方法を採用する。
タービン燃料をエンジン本体燃焼器の材料とするアフタ
バーナ付ジェットエンジンにおける前記課題を解決する
ため、該アフタバーナの燃料として水素若しくは炭素数
に対する水素数の比が航空タービン燃料のそれよりも大
きな炭化水素燃料又はこれらを主成分とする混合燃料で
あって炭素数に対する水素数の比が航空タービン燃料の
それよりも大きな燃料を用いる方法を採用する。
【0006】航空タービン燃料、例えばJet−Aにお
ける炭素数に対する水素数の比は表1に示すように2.
17であり、この比がこれより大きい炭化水素燃料とし
ては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びメタン
を主成分とする天然ガスなどがあり、これらの炭素数に
対する水素数の比は[表1]に示すとおりである。
ける炭素数に対する水素数の比は表1に示すように2.
17であり、この比がこれより大きい炭化水素燃料とし
ては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びメタン
を主成分とする天然ガスなどがあり、これらの炭素数に
対する水素数の比は[表1]に示すとおりである。
【0007】
【表1】
【0008】このように、炭素数に対する水素数の比が
航空タービン燃料における比2.17よりも大きな燃料
をアフタバーナで燃焼させると、燃焼後のガス中のH2
Oの割合が大きくなり、従ってアフタバーナ内の燃焼ガ
スのガス定数Rは航空タービン燃料を用いた場合よりも
大きくなる。なお、この際、比熱比Kの燃料による変化
はほとんど無い。
航空タービン燃料における比2.17よりも大きな燃料
をアフタバーナで燃焼させると、燃焼後のガス中のH2
Oの割合が大きくなり、従ってアフタバーナ内の燃焼ガ
スのガス定数Rは航空タービン燃料を用いた場合よりも
大きくなる。なお、この際、比熱比Kの燃料による変化
はほとんど無い。
【0009】以上の点を更に説明すると、一般に、炭化
水素燃料(CmHnで表わす。なお、m=0、n=2の
場合には水素H2 となる)を空気中で燃焼させた場合、
化学反応式は、a1 O2 +a2 N2 +a3 CmHn→b
1 O2 +b2 N2 +b3 CO 2 +b4 H2 Oとなる。た
だし、空気中の微少量であるCO2 ,Ar等は無視し、
空気はO2 とN2 とのみから成ると仮定し、また、燃焼
ガス中では解離は生じていないと仮定している。
水素燃料(CmHnで表わす。なお、m=0、n=2の
場合には水素H2 となる)を空気中で燃焼させた場合、
化学反応式は、a1 O2 +a2 N2 +a3 CmHn→b
1 O2 +b2 N2 +b3 CO 2 +b4 H2 Oとなる。た
だし、空気中の微少量であるCO2 ,Ar等は無視し、
空気はO2 とN2 とのみから成ると仮定し、また、燃焼
ガス中では解離は生じていないと仮定している。
【0010】燃焼ガスのガス定数は燃焼ガス中のガス成
分の割合いで決まるが、燃焼ガスの成分であるN2 ,O
2 ,CO2 ,H2 O各々のガス定数は[表2]に示す通
りで、H2 Oが最大でCO2 が最小となっている。この
ように、燃焼ガスのガス定数は燃料CmHnのnとmの
比n/mの値に支配される。
分の割合いで決まるが、燃焼ガスの成分であるN2 ,O
2 ,CO2 ,H2 O各々のガス定数は[表2]に示す通
りで、H2 Oが最大でCO2 が最小となっている。この
ように、燃焼ガスのガス定数は燃料CmHnのnとmの
比n/mの値に支配される。
【0011】
【表2】
【0012】図4は、本発明の簡単な理論的裏付けを示
すためのエンタルピ・エントロピ線図、いわゆるi−s
線図である。今このi−s線図上においてアフタバーナ
の可変排気ノズルの入口状態をA、出口状態をBで表わ
すと、アフタバーナで取り出せるエネルギは理想気体の
断熱変化と仮定するとiA −iB で表わされる。ここで
iA は点Aでのエンタルピを、iB は点Bでのエンタル
ピを意味している。これを数式で表わすと、〔数1〕と
なる。
すためのエンタルピ・エントロピ線図、いわゆるi−s
線図である。今このi−s線図上においてアフタバーナ
の可変排気ノズルの入口状態をA、出口状態をBで表わ
すと、アフタバーナで取り出せるエネルギは理想気体の
断熱変化と仮定するとiA −iB で表わされる。ここで
iA は点Aでのエンタルピを、iB は点Bでのエンタル
ピを意味している。これを数式で表わすと、〔数1〕と
なる。
【0013】
【数1】
【0014】したがってJet−A,H2 を燃料として
用いた場合の燃焼ガスのガス定数を各々RJ ,RH とす
ると、アフタバーナで取り出せるエネルギの比は理論的
には〔数2〕で示される。
用いた場合の燃焼ガスのガス定数を各々RJ ,RH とす
ると、アフタバーナで取り出せるエネルギの比は理論的
には〔数2〕で示される。
【0015】
【数2】
【0016】本発明の方法によれば、以上説明したよう
に燃焼ガス中のH2 O成分が多くなり、燃焼ガスのガス
定数が大きくなり、これによってアフタバーナで取り出
せるエネルギがガス定数に比例して増大されるのであ
る。
に燃焼ガス中のH2 O成分が多くなり、燃焼ガスのガス
定数が大きくなり、これによってアフタバーナで取り出
せるエネルギがガス定数に比例して増大されるのであ
る。
【0017】また、本発明は、前記課題を解決するため
の手段として、前記した方法に加え、そのアフタバーナ
の燃料に水を混入する方法を採用する。このように、ア
フタバーナの燃料に混入された水はアフタバーナ内で加
熱されて蒸発し、アフタバーナにおける燃焼ガスのガス
定数が更に大きくなりアフタバーナで取り出せるエネル
ギが更に向上できる。
の手段として、前記した方法に加え、そのアフタバーナ
の燃料に水を混入する方法を採用する。このように、ア
フタバーナの燃料に混入された水はアフタバーナ内で加
熱されて蒸発し、アフタバーナにおける燃焼ガスのガス
定数が更に大きくなりアフタバーナで取り出せるエネル
ギが更に向上できる。
【0018】また、本発明は、前記した課題を解決する
ため、前記した本発明の方法に加え、アフタバーナの内
部に水を噴射する方法も採用する。これによれば、噴射
された水はアフタバーナ内で燃焼ガスにより加熱されて
蒸発することにより、水噴射による質量の増加と併せ
て、燃焼ガスのガス定数の増大の効果が加味されて、ア
フタバーナで取り出せるエネルギが飛躍的に増大する。
ため、前記した本発明の方法に加え、アフタバーナの内
部に水を噴射する方法も採用する。これによれば、噴射
された水はアフタバーナ内で燃焼ガスにより加熱されて
蒸発することにより、水噴射による質量の増加と併せ
て、燃焼ガスのガス定数の増大の効果が加味されて、ア
フタバーナで取り出せるエネルギが飛躍的に増大する。
【0019】
【実施例】以下、本発明による推力増大方法の実施の態
様を図に基づき具体的に説明する。図1は、本発明が適
用されるアフタバーナ付ジェットエンジンのアフタバー
ナ1の断面図である。ジェットエンジンの1種であるタ
ーボファンエンジン(図示せず)のタービン排気流とフ
ァン空気流は図のアフタバーナ1に入って各々ディフュ
ーザ3で減速される。
様を図に基づき具体的に説明する。図1は、本発明が適
用されるアフタバーナ付ジェットエンジンのアフタバー
ナ1の断面図である。ジェットエンジンの1種であるタ
ーボファンエンジン(図示せず)のタービン排気流とフ
ァン空気流は図のアフタバーナ1に入って各々ディフュ
ーザ3で減速される。
【0020】タービン排気流には流れの中に突き出た燃
料噴射装置2より、主燃焼器用航空燃料の燃料タンクと
は別に設置された燃料タンクからの燃料が供給される。
一方、ファン空気流には燃料が噴射されることなく、前
記したように燃料を供給されたタービン排気流とミキサ
4で混合される。
料噴射装置2より、主燃焼器用航空燃料の燃料タンクと
は別に設置された燃料タンクからの燃料が供給される。
一方、ファン空気流には燃料が噴射されることなく、前
記したように燃料を供給されたタービン排気流とミキサ
4で混合される。
【0021】該混合気は点火装置7で点火され保炎器5
で保炎され、燃焼ガスとなって可変排気ノズル6で増
速、減圧し、外部へ高速で排出される。ファン空気流の
一部はライナ8とダクト9の間を通り、ライナ8の冷却
に用いられる。
で保炎され、燃焼ガスとなって可変排気ノズル6で増
速、減圧し、外部へ高速で排出される。ファン空気流の
一部はライナ8とダクト9の間を通り、ライナ8の冷却
に用いられる。
【0022】本発明で燃料噴射装置2から供給される燃
料はアフタバーナ上流に配置されたターボファンエンジ
ン(図示せず)の主燃焼器に使用される航空タービン燃
料例えばJet−A等とは異なり、燃焼後のガス中のH
2 O割合が大きくなる燃料即ち水素又はメタン、又は天
然ガス等、炭素数に対する水素数の比が航空タービン燃
料の2.17より大きい炭化水素燃料を用いている。し
たがって、アフタバーナ内の燃焼ガスのガス定数Rは航
空タービン燃料を用いた場合よりも大きくなる。
料はアフタバーナ上流に配置されたターボファンエンジ
ン(図示せず)の主燃焼器に使用される航空タービン燃
料例えばJet−A等とは異なり、燃焼後のガス中のH
2 O割合が大きくなる燃料即ち水素又はメタン、又は天
然ガス等、炭素数に対する水素数の比が航空タービン燃
料の2.17より大きい炭化水素燃料を用いている。し
たがって、アフタバーナ内の燃焼ガスのガス定数Rは航
空タービン燃料を用いた場合よりも大きくなる。
【0023】図2は本発明の推力増大方法の他の実施態
様を示す燃料系統のブロック図である。図2において、
13は燃料・水予混合装置であり、この図2に示す場合
は、本発明によりアフタバーナで用いる燃料である水素
又は前記したように炭素数に対する水素数の比が2.1
7より大きい炭化水素燃料中に水を予混合させ、それを
燃料噴射装置2から噴射するようにしたものである。こ
のように実施することにより、アフタバーナで発生する
燃焼ガスのガス定数は燃料中に水を混合した分だけ大き
くなり推力を更に増大させることができる。
様を示す燃料系統のブロック図である。図2において、
13は燃料・水予混合装置であり、この図2に示す場合
は、本発明によりアフタバーナで用いる燃料である水素
又は前記したように炭素数に対する水素数の比が2.1
7より大きい炭化水素燃料中に水を予混合させ、それを
燃料噴射装置2から噴射するようにしたものである。こ
のように実施することにより、アフタバーナで発生する
燃焼ガスのガス定数は燃料中に水を混合した分だけ大き
くなり推力を更に増大させることができる。
【0024】なお、本発明で用いられる燃料は氷点下で
燃料タンクに貯蔵される場合があり、ここでは予混合装
置13へ流入する燃料をアフタバーナのダクト9の再生
冷却装置11により加熱する方法を採用している。この
ように、図2では、燃料を加熱するのに再生冷却装置1
1を用いる場合を示したが、アフタバーナにおけるライ
ナ8部に形成した流路にこの燃料を流して加熱させる
等、他の高温源との熱交換により加熱するようにしても
よい。
燃料タンクに貯蔵される場合があり、ここでは予混合装
置13へ流入する燃料をアフタバーナのダクト9の再生
冷却装置11により加熱する方法を採用している。この
ように、図2では、燃料を加熱するのに再生冷却装置1
1を用いる場合を示したが、アフタバーナにおけるライ
ナ8部に形成した流路にこの燃料を流して加熱させる
等、他の高温源との熱交換により加熱するようにしても
よい。
【0025】次に、図3は本発明による推力増大方法の
更に他の実施態様を示しているアフタバーナ1の断面図
である。図3の場合は、アフタバーナ1のダクト9及び
ライナ8を貫通して保炎器5の後方の燃焼ガス流中に突
出した周方向に複数個設置された水噴射装置15の先端
部に設けられた噴射口から水を噴射するようにしたもの
である。この水噴射装置15から噴射された水は保炎器
5で保炎された燃焼ガスにより加熱されて蒸発すること
により、水噴射による質量の増加と併せて、燃焼ガスの
ガス定数の増大の効果が加味されて、アフタバーナで取
り出せるエネルギが飛躍的に増大する。
更に他の実施態様を示しているアフタバーナ1の断面図
である。図3の場合は、アフタバーナ1のダクト9及び
ライナ8を貫通して保炎器5の後方の燃焼ガス流中に突
出した周方向に複数個設置された水噴射装置15の先端
部に設けられた噴射口から水を噴射するようにしたもの
である。この水噴射装置15から噴射された水は保炎器
5で保炎された燃焼ガスにより加熱されて蒸発すること
により、水噴射による質量の増加と併せて、燃焼ガスの
ガス定数の増大の効果が加味されて、アフタバーナで取
り出せるエネルギが飛躍的に増大する。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、アフタバーナの燃
料として水素もしくは炭素数に対する水素数の比が航空
タービン燃料における比2.17よりも大きな炭化水素
燃料又はこれらを主成分とする混合燃料であって炭素数
に対する水素数の比が航空タービン燃料のそれよりも大
きな燃料を用いる本発明をアフタバーナ付ジェットエン
ジンに適用することにより、アフタバーナ内の可変排気
ノズル部へ流入する燃焼ガス温度を上昇させることな
く、即ちアフタバーナの耐久性を損なうことなくアフタ
バーナの出力を増大させることができる。
料として水素もしくは炭素数に対する水素数の比が航空
タービン燃料における比2.17よりも大きな炭化水素
燃料又はこれらを主成分とする混合燃料であって炭素数
に対する水素数の比が航空タービン燃料のそれよりも大
きな燃料を用いる本発明をアフタバーナ付ジェットエン
ジンに適用することにより、アフタバーナ内の可変排気
ノズル部へ流入する燃焼ガス温度を上昇させることな
く、即ちアフタバーナの耐久性を損なうことなくアフタ
バーナの出力を増大させることができる。
【0027】また、前記したように水素や炭素数に対す
る水素数の比が航空タービン燃料における比2.17よ
り大きい炭化水素をアフタバーナの燃料として用いるこ
とに加え、これに水を予混合することによりアフタバー
ナでの燃焼安定性をそこなうことなく、より出力を増大
させることができ、更に、これに加えアフタバーナ内に
水を噴射すれば推力増大の効果は更に顕著である。
る水素数の比が航空タービン燃料における比2.17よ
り大きい炭化水素をアフタバーナの燃料として用いるこ
とに加え、これに水を予混合することによりアフタバー
ナでの燃焼安定性をそこなうことなく、より出力を増大
させることができ、更に、これに加えアフタバーナ内に
水を噴射すれば推力増大の効果は更に顕著である。
【図1】本発明による推力増大方法の実施の態様を説明
するためのアフタバーナ付ジェットエンジンにおけるア
フタバーナの断面図。
するためのアフタバーナ付ジェットエンジンにおけるア
フタバーナの断面図。
【図2】本発明による推力増大方法の他の実施態様を説
明するための燃料系統を示すブロック線図。
明するための燃料系統を示すブロック線図。
【図3】本発明による推力増大方法の更に他の実施態様
を説明するためのアフタバーナ付ジェットエンジンにお
けるアフタバーナの断面図。
を説明するためのアフタバーナ付ジェットエンジンにお
けるアフタバーナの断面図。
【図4】本発明の理論的根拠を説明するためのi−s線
図。
図。
1 アフタバーナ 2 燃料噴射装置 5 保炎器 6 可変排気ノズル 8 ライナ 9 ダクト 11 再生冷却装置 13 燃料・水予混合装置 15 水噴射装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島内 克幸 愛知県小牧市大字東田中1200番地 三菱重 工業株式会社名古屋誘導推進システム製作 所内 (72)発明者 清水 邦弘 愛知県小牧市大字東田中1200番地 三菱重 工業株式会社名古屋誘導推進システム製作 所内 (72)発明者 野上 龍馬 愛知県小牧市大字東田中1200番地 三菱重 工業株式会社名古屋誘導推進システム製作 所内
Claims (3)
- 【請求項1】 航空タービン燃料をエンジン本体燃焼器
の燃料とするアフタバーナ付ジェットエンジンにおい
て、該アフタバーナの燃料として水素若しくは炭素数に
対する水素数の比が航空タービン燃料のそれよりも大き
な炭化水素燃料又はこれらを主成分とする混合燃料であ
って炭素数に対する水素数の比が航空タービン燃料のそ
れよりも大きな燃料を用いることを特徴とするアフタバ
ーナ付ジェットエンジンの推力増大方法。 - 【請求項2】 前記アフタバーナの燃料に水を混入する
ことからなる請求項1記載のアフタバーナ付ジェットエ
ンジンの推力増大方法。 - 【請求項3】 前記アフタバーナの内部に水を噴射する
ことからなる請求項1又は2記載のアフタバーナ付ジェ
ットエンジンの推力増大方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15593195A JPH094511A (ja) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | アフタバーナ付ジェットエンジンの推力増大方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15593195A JPH094511A (ja) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | アフタバーナ付ジェットエンジンの推力増大方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH094511A true JPH094511A (ja) | 1997-01-07 |
Family
ID=15616648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15593195A Withdrawn JPH094511A (ja) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | アフタバーナ付ジェットエンジンの推力増大方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH094511A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007198375A (ja) * | 2006-01-06 | 2007-08-09 | General Electric Co <Ge> | 排出ダクト流れスプリッタシステム |
KR100858964B1 (ko) * | 2007-10-23 | 2008-09-17 | 부산대학교 산학협력단 | 토치를 응용한 소형 제트엔진 후기 연소기 |
US10168050B2 (en) | 2014-04-30 | 2019-01-01 | Ihi Corporation | Afterburner and aircraft engine |
US10197011B2 (en) | 2014-04-30 | 2019-02-05 | Ihi Corporation | Afterburner and aircraft engine |
-
1995
- 1995-06-22 JP JP15593195A patent/JPH094511A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007198375A (ja) * | 2006-01-06 | 2007-08-09 | General Electric Co <Ge> | 排出ダクト流れスプリッタシステム |
KR100858964B1 (ko) * | 2007-10-23 | 2008-09-17 | 부산대학교 산학협력단 | 토치를 응용한 소형 제트엔진 후기 연소기 |
US10168050B2 (en) | 2014-04-30 | 2019-01-01 | Ihi Corporation | Afterburner and aircraft engine |
US10197011B2 (en) | 2014-04-30 | 2019-02-05 | Ihi Corporation | Afterburner and aircraft engine |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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