JPS62150060A - Cooling device of rocket engine - Google Patents
Cooling device of rocket engineInfo
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- JPS62150060A JPS62150060A JP29088885A JP29088885A JPS62150060A JP S62150060 A JPS62150060 A JP S62150060A JP 29088885 A JP29088885 A JP 29088885A JP 29088885 A JP29088885 A JP 29088885A JP S62150060 A JPS62150060 A JP S62150060A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、ロケットエンジン、特にアポジエンジン等
の低推力ロケノトエンジンの冷却装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a cooling device for a rocket engine, particularly a low thrust rocket engine such as an apogee engine.
一般にロケットエンジンにおいては、長時間の作動に耐
えるために燃焼室を冷却する必要がある。Generally, in a rocket engine, it is necessary to cool the combustion chamber in order to withstand long-term operation.
待に熱ft荷はスロート部で最大となるため、このスロ
ート部の冷却はエンジン設計上の重大な課題であり、従
来から種々の冷却手段が採用されている。Since the thermal load reaches its maximum at the throat, cooling the throat is a critical issue in engine design, and various cooling means have been used heretofore.
すなわち、従来の大型のロケットエンジンにおいては、
燃焼室の外側に細い管を配置して冷却液の通路を形成し
、そこに燃料又は酸化剤を通して冷却したり(再生冷却
法)、あるいは高熱を受けると融解気化する材料、例え
ばシリカガラス、フェノール樹脂等で構成された複合材
料を用いて燃焼室の内壁を形成し、燃焼ガスからの熱負
荷を前記内壁材料の蒸発熱によって吸収するようにした
アブレーション冷却や、ニオビウム等の耐熱材料の薄板
で燃焼室やノズルを構成し、外側面からの熱放射で冷却
するラジエーション冷却方法などが用いられている。In other words, in conventional large rocket engines,
A thin tube is placed outside the combustion chamber to form a coolant passage through which fuel or oxidizer is passed for cooling (regenerative cooling), or a material that melts and vaporizes when exposed to high heat, such as silica glass or phenol. The inner wall of the combustion chamber is formed using a composite material made of resin, etc., and the heat load from the combustion gas is absorbed by the heat of evaporation of the inner wall material, and the inner wall is made of a thin plate of heat-resistant material such as niobium. Radiation cooling methods are used in which the combustion chamber and nozzle are configured and cooled by heat radiation from the outer surface.
アポジエンジン等に用いられる小准カエンジンにおいて
は、一般にラジエーション冷却方法で冷却が行われてい
るが、ラジエーンヨンのみによる冷却では燃焼器の構成
材料の温度限界から放熱量に限度があって、放熱量が不
足し、特に熱負荷の最も大きいスロート部は熱的に極め
て厳しい状態におかれる。このため、通常、エンジン燃
焼器の内側面に沿ってフィルム状に液体燃料を流し込ん
で、内側面を液相又は気相状態で冷却させるフィルム冷
却法を併用し、スロート部の温度を使用材料の許容温度
以下に′している。In small engine engines used in apogee engines, cooling is generally performed using a radiation cooling method, but cooling by radiant ion alone has a limit to the amount of heat radiated due to the temperature limit of the constituent materials of the combustor. In particular, the throat section, which has the largest thermal load, is placed in an extremely severe thermal condition. For this reason, usually a film cooling method is used in which liquid fuel is poured in a film along the inner surface of the engine combustor to cool the inner surface in the liquid or gas phase, and the temperature at the throat part is adjusted to the level of the material used. The temperature is below the allowable temperature.
ところが、エンジン燃焼器のラジエーソヨンによる冷却
を補うためのフィルム冷却法による冷却を大にしようと
すると、噴射燃料の不完全燃焼によって燃焼効率が低下
してしまうという問題点がある。However, if an attempt is made to increase cooling using a film cooling method to supplement the cooling of the engine combustor using radiant sol, there is a problem in that the combustion efficiency decreases due to incomplete combustion of the injected fuel.
本発明は、従来のロケットエンジンの冷却装置における
上記問題点を解決するためになされたもので、エンジン
燃焼効率の低下を招くことなしに、エンジン燃焼器の冷
却、特に熱負荷の最も大きいスロート部の冷却を大なら
しめるようにしたロケットエンジンの冷却装置を提供す
ることを目的とするものである。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems in conventional rocket engine cooling systems. The object of the present invention is to provide a cooling device for a rocket engine that increases cooling of the engine.
〔問題点を解決するための手段及び作用〕上記問題点を
解決するため、本発明は、ロケットエンジンの燃焼器の
スロート部の外周部近傍に、環状のフィンを燃焼器と一
体的に配設するものである。[Means and effects for solving the problems] In order to solve the above problems, the present invention provides an annular fin that is integrally arranged with the combustor near the outer periphery of the throat portion of the combustor of the rocket engine. It is something to do.
このように環状フィンをスロート部外周部近傍に一体的
に配設することにより、ラジエーション面積を大にして
、ラジエーションによる冷却効果を大にすることが可能
となり、したがってフィルム冷却法による冷却量を減少
させることが可能となり、燃焼効率を低下させることな
くロケットエンジンの冷却効果の増大を計ることができ
る。また、この環状フィンは燃焼器のエンジン支持構造
体に連結することにより、燃焼器の支持部材として利用
することも可能となり、これにより燃焼器基端部のエン
ジン支持強度の負担を軽減することも可能となる。By integrally arranging the annular fin near the outer periphery of the throat part in this way, it is possible to increase the radiation area and increase the cooling effect of radiation, thus reducing the amount of cooling required by the film cooling method. This makes it possible to increase the cooling effect of the rocket engine without reducing combustion efficiency. In addition, by connecting this annular fin to the engine support structure of the combustor, it can be used as a support member for the combustor, thereby reducing the burden on the engine support strength at the base end of the combustor. It becomes possible.
なお、一般に内燃機関等においては燃焼室にフィンを配
設して放熱効果の増大を計っている場合があるが、これ
は内燃機関等の燃焼室の周囲に存在する空気との間の熱
伝達作用を大ならしめるために設けられているものであ
る。高真空状態にある宇宙空間において用いられるロケ
ットエンジンの冷却には、かかる熱伝達作用による冷却
は適用でないものであり、したがって、ロケットエンジ
ンの冷却手段としてフィンを配設することは従来者えら
れなかったものであって、本発明において初めて提案す
るものであり、シュミレーションによっても良好な結果
が得られた。Generally, in internal combustion engines, etc., fins are installed in the combustion chamber to increase the heat dissipation effect. It is provided to increase the effect. Cooling by such a heat transfer effect is not applicable to the cooling of rocket engines used in outer space in a high vacuum state, and therefore, it has not been possible to provide fins as a cooling means for rocket engines in the past. This is the first proposed method in the present invention, and good results were obtained through simulation.
以下、実施例について説明する。回は、本発明の一実施
例を一部断面で示す概略図である。図において、1はロ
ケットエンジンの燃焼器で、該燃焼器lは推進薬を噴射
するための燃料インジェクター2a及び酸化剤インジェ
クター2bと、各インジェクター2a、2bより噴射さ
れた推進薬を燃焼させるための燃焼室3と、燃焼室3内
で燃焼した燃焼ガスを加速して噴射するノズル4とで構
成されており、そして燃焼室3とノズル4との間にはス
ロート部5が形成されている。Examples will be described below. FIG. 1 is a schematic diagram partially showing an embodiment of the present invention in cross section. In the figure, 1 is a combustor of a rocket engine, and the combustor 1 includes a fuel injector 2a for injecting propellant, an oxidizer injector 2b, and a combustor for burning the propellant injected from each injector 2a, 2b. It is composed of a combustion chamber 3 and a nozzle 4 that accelerates and injects the combustion gas burned within the combustion chamber 3, and a throat portion 5 is formed between the combustion chamber 3 and the nozzle 4.
6はスロート部5の外周部近傍に配設された環状フィン
で、例えば燃焼器1の構成材料と同一材料のニオビウム
などからなる環状板体で形成され、電子ビーム溶接手段
等によりスロート部の外周部近傍に一体的に固着されて
いる。なお、このフィン6は燃焼器1と一体に形成する
ことも可能であるが、切削加工が困難であるので、上記
のように別体で形成して溶接等により一体的に固着する
のが好ましい。また、このフィンの構成材料はニオビウ
ムの他に銅などを用いることも考えられるが、燃焼器1
の構成するニオビウムと膨張係数の差があるため、その
使用は困難を伴うこともあるので、上記のように燃焼室
の構成材料と同一材料とするのが、膨張係数の点で有利
である。7は燃焼室3及びスロート部5の内側面に沿っ
て形成している、液体燃料からなるフィルム状冷却層で
ある。Reference numeral 6 denotes an annular fin disposed near the outer periphery of the throat portion 5, which is formed of an annular plate made of, for example, niobium, which is the same material as the constituent material of the combustor 1, and is attached to the outer periphery of the throat portion by electron beam welding or the like. It is integrally fixed near the part. Note that although it is possible to form the fins 6 integrally with the combustor 1, it is difficult to cut them, so it is preferable to form them separately as described above and fix them together by welding or the like. . In addition, it is possible to use copper in addition to niobium as the constituent material of this fin, but the combustor 1
Since there is a difference in expansion coefficient from the niobium that constitutes the combustion chamber, its use may be difficult, so it is advantageous in terms of the expansion coefficient to use the same material as that of the combustion chamber as described above. Reference numeral 7 denotes a film-like cooling layer made of liquid fuel and formed along the inner surfaces of the combustion chamber 3 and the throat portion 5.
8はエンジン支持体で、通常、インジェクター等を配置
している燃焼器1の基部を支持して、エンジンを保持す
るように構成されている。9はエンジン支持体8に取り
付けられているヒートシールドで、燃焼器1のノズル4
部分の周りに配置され、エンジン燃焼器1の周囲に配置
されている機器への熱遮蔽を行うものである。Reference numeral 8 denotes an engine support body, which is normally configured to support the base of the combustor 1 in which injectors and the like are arranged, and to hold the engine. 9 is a heat shield attached to the engine support 8, and the nozzle 4 of the combustor 1
The engine combustor 1 is arranged around the engine combustor 1 and provides heat shielding to equipment arranged around the engine combustor 1.
このように構成したエンジン燃焼器において、燃焼器本
体は内側面に沿って形成したフィルム状冷却層の気化熱
による冷却と、外側面からのラジエーションにより冷却
されるが、特に熱負荷の最も大きいスロート部5は、そ
の外側面に設けた環状フィン5によるラジエーションの
増加により、その冷却は促進される。In the engine combustor configured in this way, the combustor main body is cooled by the heat of vaporization of the film-like cooling layer formed along the inner surface and by radiation from the outer surface. Cooling of the portion 5 is promoted by increasing radiation due to the annular fins 5 provided on the outer surface thereof.
燃焼室の直径が約7〜3cm、ノズル下端部の直径が約
65■で、推力が200kg程度の小准カエンジンに対
して、上記構成の冷却手段を採用する場合に、直径約2
0cm程度の円環状フィンをスロート部外周に一体的に
配設すると、フィルム状冷却層による冷却を従来より2
5%程度減少させても、燃焼室温度が2500℃程度の
場合、スロート部の内壁温度を1000℃程度に抑えら
れることが、シュミレーシヨンにより確かめられた。When adopting the above-mentioned cooling means for a small engine with a combustion chamber diameter of approximately 7 to 3 cm, a diameter of the lower end of the nozzle of approximately 65 cm, and a thrust of approximately 200 kg, the diameter of the combustion chamber is approximately 2 cm.
When an annular fin of about 0 cm is integrally arranged on the outer periphery of the throat part, cooling by the film-like cooling layer is improved by 2 times compared to conventional methods.
It has been confirmed through simulation that even if the combustion chamber temperature is reduced by about 5%, the inner wall temperature of the throat can be suppressed to about 1000°C when the combustion chamber temperature is about 2500°C.
また、スロート部5の外側周面に一体的に配設した環状
フィン6は、その外周部分をエンジン支持体8に固定す
るように構成すると、エンジン支持部としても機能させ
ることができ、その場合は、エンジン燃焼室基部におけ
る支持体8への取り付は強度を軽減することが可能とな
る。Further, if the annular fin 6 integrally disposed on the outer circumferential surface of the throat portion 5 is configured so that its outer circumferential portion is fixed to the engine support body 8, it can also function as an engine support portion. The attachment to the support body 8 at the base of the engine combustion chamber can reduce the strength.
以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、スロート部のラジェーション冷却が増大するので、フ
ィルム冷却法による冷却を低減させることができ、した
がって、燃焼効率を増大させながら冷却を向上させるこ
とができる。As described above based on the embodiments, according to the present invention, radiation cooling of the throat portion is increased, so cooling by the film cooling method can be reduced, and therefore, cooling is achieved while increasing combustion efficiency. can be improved.
図は、本発明に係るロケットエンジンの冷却装置の実施
例の一部を断面で示す概略図である。
1・・・・・・エンジン燃焼器、2a・・・・・・液体
燃料インジェクター、2b・・・・・・酸化剤インジェ
クター、3・・・・・・燃焼室、4・・・・・・ノズル
、5・・・・・・スロート部、5・・・・・・環状フィ
ン・ 7・・・・・・フィルム状冷却層、8・・・・・
・エンジン支持体、9・・・・・・ヒートシールド。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a part of an embodiment of a cooling device for a rocket engine according to the present invention. 1... Engine combustor, 2a... Liquid fuel injector, 2b... Oxidizer injector, 3... Combustion chamber, 4... Nozzle, 5... Throat part, 5... Annular fin, 7... Film cooling layer, 8...
-Engine support, 9...heat shield.
Claims (1)
おいて、スロート部の外周部近傍に環状フィンを燃焼器
と一体的に配設したことを特徴とするロケットエンジン
の冷却装置。1. A cooling device for a rocket engine comprising a combustor having a throat portion, wherein an annular fin is disposed integrally with the combustor near the outer periphery of the throat portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29088885A JPS62150060A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Cooling device of rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29088885A JPS62150060A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Cooling device of rocket engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62150060A true JPS62150060A (en) | 1987-07-04 |
JPH0327749B2 JPH0327749B2 (en) | 1991-04-16 |
Family
ID=17761805
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29088885A Granted JPS62150060A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Cooling device of rocket engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62150060A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007239473A (en) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Ihi Aerospace Co Ltd | Rocket engine |
JP2010511830A (en) * | 2006-12-04 | 2010-04-15 | ファイアースター エンジニアリング,エルエルシー | Spark-integrated propellant injector head with flashback barrier |
US10072611B2 (en) | 2013-10-11 | 2018-09-11 | Ihi Corporation | Gas generator |
-
1985
- 1985-12-25 JP JP29088885A patent/JPS62150060A/en active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007239473A (en) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Ihi Aerospace Co Ltd | Rocket engine |
JP2010511830A (en) * | 2006-12-04 | 2010-04-15 | ファイアースター エンジニアリング,エルエルシー | Spark-integrated propellant injector head with flashback barrier |
US10072611B2 (en) | 2013-10-11 | 2018-09-11 | Ihi Corporation | Gas generator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0327749B2 (en) | 1991-04-16 |
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