JPS61232371A - ポンプ式推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は燃焼チャンバの壁を冷却するのに使用する液
体燃料及び液体酸化剤を燃焼チャンバ内からの熱エネル
ギにより液体燃料及び液体酸化剤を気化し、これによっ
て燃料及び酸化剤に運動エネルギが与えられることで燃
料タービン及び酸化剤タービンを回転させることにより
それぞれのタービンと接続しているポンプを回転させ、
燃料及び酸化剤を燃焼チャンバ内に供給することで、燃
料及び酸化剤を燃焼チャンバ内で接触し九とき発生する
化学反応により熱エネルギを放出し、この熱エネルギに
よって化学反応後のガスに運動エネルギを与えてノズル
より外部に排出されることにより例えば人工衛星又はロ
ケットに推力を与えるポンプ式推進装置に関するもので
おる。

〔従来の技術〕

第３図は従来のポンプ式推進装置を示す説明図でアシ、
図において［１１は加圧ガス注排弁、（２）は燃料側配
管、（３）は酸化剤側配管、（４）は燃料タンク。

（５）ハ酸化剤タンク、（６１は燃料注排弁、（７）は
酸化剤注排弁、（８）は燃料弁、（９）は酸化剤弁、α
１は燃料ポンプ、αυはシャフト、α２は燃料タービン
、αｊは冷却路、（Ｉ４は流量制御弁、傾はインジェク
タ部、αｅは燃焼チャンバ、ａＤはノズル、　（１８は
遮断弁、（１）は酸化剤ポンプ、（２）は酸化剤タービ
ン、＠はガス発生器用インジェクタ、（７）はガス発生
器、０υは排出ガス用配管、（至）は排出ガス用ノズル
、０３は加圧ガスタンク、（ロ）は加圧ガス用配管、（
至）は調圧弁、（至）は逆止弁である。

従来のポンプ式推進装置は上記のように構成され、液体
燃料は燃料注排弁（６）、また液体酸化剤は酸化剤注排
弁（７）を使用して燃料タンク（４）及び酸化剤タンク
（５）に充填された後、加圧ガス注排弁（１）により所
定の圧力まで加圧ガスタンク（至）と、燃料タンク（４
）と、酸化剤タンク（５）とが加圧されており。

推進装置の作動時、駆動信号により遮断弁員と。

燃料弁（８）と、酸化剤弁（９）とを開状態にすること
で加圧ガスタンク（至）内の加圧ガスが加圧ガス用配管
（至）と、遮断弁０秒と、調圧弁（至）と、逆止弁（至
）と、燃料側配管＜２１と、酸化剤側配管（３）とを通
過して、燃料タンク（４）内及び酸化剤タンク（５）内
に供給されることによって、それぞれのタンク内の圧力
が一定に保持されることで燃料は燃料タンク（４１より
燃料側配管（２；と、燃料弁（８）とを通過して燃料ボ
ン７”（１Ｇに入り、燃料ポンプα・の回転により、燃
料側配管（２）と、冷却路ａ３と、インジェクタ部（Ｌ
！１とを通過して燃焼チャ／バαｅ内に供給される。ま
た、酸化剤は酸化剤タンク（５）より酸化剤側配管（３
）と、酸化剤弁（９）ｔ−通過して酸化剤ボ／グ翰に入
カ、酸化剤ポンプ（至）の回転によ！り、ｅＲ化剤側配
剤側配管と、インジェクタ部α９を通過して燃焼チャン
バαｅに供給される。

燃焼チャンバｔｔｅ内ではインジェクタ部（１５よシ噴
出された燃料と酸化剤を接触させるため噴霧状態にする
ことによって化学反応が発生し、熱エネルギが放出され
る。この放出された熱エネルギによって化学反応後のガ
スに運動エネルギを与えてノズルαηから外部に排出さ
れることにより推力を得るものでめった。

なお、燃料ポンプＱ（Ｉ及び酸化剤ポンプ（２１を回転
させるには燃焼チャンバ翰に供給される燃料及び酸化剤
の一部を流量制御弁Ｉにより燃料及び酸化剤の流量を調
節してガス発生器用インジェクタ部によってガス発生器
（７）内で燃料及び酸化剤を接触させるととで化学反応
が発生し、熱エネルギが放出され、この放出された熱エ
ネルギによって化学反応後のガスに運動エネルギが与え
られ、排出ガス用配管ＣｔＵを通過して燃料タービン（
１３と、酸化剤　　０タービン＠とを回転させることで
タービンとポンプヲ接続しているシャフトαυにより燃
料ボン、’（１１と、酸化剤ポンプ（１）とを回転させ
るものであった。

また、燃料タービンα２及び酸化剤タービン（ハ）から
排出された化学反応後のガスは排出ガス用配管０υを通
過して排出ガス用ノズル（至）よシ外部へ排出されるも
のであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のポンプ式推進装置では１次式で定義
される比推力として４４０　ｓｅｃ程度に限定される問
題点があった。

ここで、　　ｌ５ｐ＝比推力（ｓｅｅ　’）Ｆ＝推力（
Ｋｇ　） Δｔ＝噴射時間（ｓｅｅ　） Δｍ＝噴射時間（Δｔ）当りの消費 推薬量（Ｋｇ） ま九、従来のポンプ式推進装置にはガス発生器（至）と
高圧ガスを貯蔵する加圧ガスタンク（至）が必要である
ことから推進装置の重量が重い問題点がめった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、比推力として４４０　ｓｅｃ程度に限定されなく
１重量軽減を行うことができるポンプ式推進装置を得る
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るポンプ式推進装置は、燃焼チャンバの外
側に燃料ポンプと、燃料タービンと、そのポンプ及びタ
ービンの冷却及び燃料タービンを回転するのに必要な運
動エネルギが与えられる冷却路を取シ付け、さらに、燃
焼チャンバ内に酸化剤ポンプと、酸化剤タービンと、そ
のポンプ及びタービンの冷却及び酸化剤タービンを回転
するのに必要な運動エネルギが与えられる冷却路を取シ
付けたものである。

〔作用〕

この発明においては、冷却路内の液体燃料と液体酸化剤
によｐ燃焼チャンバの壁及び酸化剤ポンプ／タービン部
を冷却すると共にその液体燃料及び液体酸化剤を燃焼チ
ャンバ内からの熱エネルギによって、液体燃料及び液体
酸化剤が気化し、その運動エネルギでタービンを回転さ
せることによりタービンと接続しているポンプを回転さ
せることで燃料及び酸化剤を燃焼チャンバに供給する。

なお、タービンから排出された燃料及び酸化剤の一部は
それぞれのタンク内に供給し、タンク内の圧力を一定に
保持するのに使用され、その他の燃料及び酸化剤は燃焼
チャンバに供給されて、インジェクタによって燃料及び
酸化剤を接触させることにより化学反応が発生し、この
化学反応によって放出される熱エネルギで化学反応後の
ガスに運動エネルギを与えてノズルから外部に排出する
。

〔実施例〕

第１図＃：１″この発明の実施例を示す説明図であり。

（１）〜α樽は上記従来の装置と全く同一のものである
。

α９は酸化剤ポンプ／タービン部である。

第２図はこの発明の特徴である燃焼チャンバ内の断面図
であり、（２Ｉは酸化剤ボン７、０υはインデューサ、
＠はインペラ、＠は酸化剤タービン、（財）は動翼、＠
は静翼、＠は燃料供給路、勾は酸化剤供給路、＠はイン
ジェクタである。

上記のように構成されたポンプ式推進装置において、液
体燃料は燃料注排弁＋６１．また液体酸化剤は酸化剤注
排弁（７）を使用して燃料タンク（４）及び酸化剤タン
ク（５）に充填された後、加圧ガス注排弁（１）により
所定の圧力まで燃料タンク（４）と、酸化剤タンク（５
）とが加圧されており、推進装置の作動時。

駆動信号により遮断弁ａ碍と、燃料弁（８）と、酸化剤
弁（９）とを開状態にすることで燃料は燃料タンク（４
）よ多燃料側配管（２）と、燃料弁（８）とを通過して
燃料ポンプ（ＩＩに入り、燃料ポンプな〔の回転により
燃料側配管（２）と、冷却路（１３とを通過することで
燃焼チャンバαＢｇからの熱エネルギによって燃料が気
化し、これによって運動エネルギが与えられた燃料が流
量制御弁α滲を通過して一部の燃料が燃料タービン←ａ
を回転させることで燃料タービンａりとシャフトαυで
接続している燃料ポンプα１を回転させた後、燃料ター
ビンａｚから排出された燃料と流量制御弁Ｉによ多燃料
タービンａｚをバイパスした燃料とが合流してその一部
の燃料が燃料タンク（４）内を一定の圧力に保持するた
めに燃料タンク（４）内へ供給され、その他の燃料はイ
ンジェクタ部崗内の燃料供給路（２）と、インジェクタ
（至）とを通過して燃焼チャンバ内に供給される。また
酸化剤は酸化剤タンク（５）より酸化剤側配管（３）と
、酸化剤弁（９）とを通過して酸化剤ポンプ（１）に入
り、酸化剤ポンプ（１）内のインデューサｃｌ珍を通過
してインペラ四の回転により、酸化剤側配管（３）と、
冷却路（１３とを通過することで燃焼チャンバαｅ内か
らの熱エネルギによって酸化剤が気化し、これによって
運動エネルギが与えられた酸化剤が流量制御弁α４を通
過して一部の酸化剤が酸化剤タービン（至）に入り、酸
化剤タービン（至）内の動翼（財）と、静翼（ハ）とを
通過することで。

動翼Ｑ４が回転し、その動翼（財）とシャフトαυで接
続している酸化剤ポンプ翰内のインペラ＠を回転させた
後、酸化剤タービン（ハ）から排出された酸化剤と流量
制御弁（１４１により酸化剤タービン（ハ）をパイパス
した酸化剤とが合流してその一部の酸化剤が酸化剤タン
ク（５）内を一定の圧力に保持するために酸化剤タンク
（５）内へ供給され、その他の酸化剤はインジェクタ部
ａ９内の酸化剤供給路（５）と、インジェクタ（至）と
を通過して燃焼チャンバαｅに供給される。

燃焼チャンバａｅ内ではインジェクタ（至）よシ噴出さ
れた燃料と酸化剤を接触させることによって化学反応が
発生し、熱エネルギが放出される。この放出された熱エ
ネルギによって、化学反応後のガスに運動エネルギを与
えてノズルαηより外部に排出されることにより推力を
得るものである。これによって、比推力として４６０〜
５２０ｓｅｃ程度が得られ、燃料タービンａり及び酸化
剤タービン（２）より排出された一部の燃料及び酸化剤
がそれぞれのタンク内に供給されることでタンク内の圧
力を一定保持することができることから推薬量及び推進
装置の重量を軽減することに利点を有している。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、燃料タンクと。

酸化剤タンクと、冷却路と、燃焼チャンバと、燃料ポン
プ／タービンと、燃焼チャンバ内に酸化剤ポンプ／ター
ビンとを備えたポンプ式推進装置は燃焼チャンバから熱
エネルギにより、冷却路を通過する液体燃料及び液体酸
化剤を気化し、これによって燃料及び酸化剤に運動エネ
ルギが与えられ。

燃料タービン及び酸化剤タービンが回転し、この燃料タ
ービン及び酸化剤タービンに接続されている燃料ポンプ
及び酸化剤ポンプを回転することで液体燃料及び液体酸
化剤が燃焼チャンバ内及びそれぞれのタンクに供給する
ことで、タンク内の圧力を一定に保持し、なおかつ、燃
焼チャンバ内では燃料と酸化剤を接触したとき発生する
化学反応により熱エネルギを放出し、この熱エネルギに
よって化学反応後のガスに運動エネルギを与えることに
より推力を得ることができる効果がめる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す説明図、第２図はこの
発明の特徴でおる燃焼チャンバ内の断面図、第３図は従
来のポンプ式推進装置を示す説明図である。 図において、（１）は加圧ガス注排弁、（２）は燃料側
配管、（３）は酸化剤側配管、（４）は燃料タンク、（
５）は酸化剤タンク、（６）は燃料注排弁、（７）は酸
化剤注排弁、（ｓｌｕ燃料弁、（９）は酸化剤弁、鱒は
燃料ポンプ。 αυはシャフト、α２は燃料タービン、　（１：ｌは冷
却路。 ａａは流量制御弁、αうはインジェクタ部、（Ｉ［ＩＦ
ｉ燃焼チャンバ、ａηはノズル、　（ＵＳは遮断弁、　
＋１’Ｊは酸化剤ボング／タービン部、（４）は酸化剤
ポンプ、Ｑυはインデューサ、四はインペラ、＠は酸化
剤タービン。 （財）は動翼、（ハ）は静翼、（至）は燃料供給路、（
５）は酸化剤供給路、＠はインジェクタである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体燃料を貯蔵する燃料タンクと、液体酸化剤を貯蔵す
   る酸化剤タンクと、燃料タンクから燃料を燃焼チャンバ
   に供給する燃料ポンプと、酸化剤タンクから酸化剤を燃
   焼チャンバに供給する酸化剤ポンプと、燃焼チャンバの
   壁の冷却と共に液体燃料及び液体酸化剤を気化する冷却
   路と、燃料ポンプを回転させる燃料タービンと、酸化剤
   ポンプを回転させる酸化剤タービンと、燃料と酸化剤が
   接触して反応する燃焼チャンバと、この燃焼チャンバに
   接続されているノズルと、上記燃焼チャンバ内に燃料及
   び酸化剤を供給するインジェクタと、このインジェクタ
   に燃料及び酸化剤を供給する配管と、燃料及び酸化剤の
   流れを制御する流量制御弁とで構成され、上記燃料タン
   ク及び上記酸化剤タンクからそれぞれのポンプにより液
   体燃料及び液体酸化剤が上記冷却路に供給されることで
   、上記燃焼チャンバ内からの熱エネルギにより液体燃料
   及び液体酸化剤を気化し、これによつて燃料及び酸化剤
   に運動エネルギが与えられることで、上記燃料タービン
   及び上記酸化剤タービンを回転させることによりそれぞ
   れのタービンと接続しているポンプを回転させ、燃料及
   び酸化剤を上記燃焼チャンバ内に供給することで、燃料
   及び酸化剤を上記燃焼チャンバ内で接触させることによ
   つて発生する化学反応により熱エネルギを放出し、この
   熱エネルギによつて化学反応後のガスに運動エネルギを
   与えてノズルから外部に排出されることにより、推力を
   与えることを特徴としたポンプ式推進装置。