JPS63124833A - エアタ−ボエンジン - 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 本発明は、極低温燃料を用いて、例えばマッハ４〜７程
度の高々速で飛行する航空機用のエアターボエンジンの
改良に関する。

従来の技術 従来のこの種のエアターボエンジンは、燃料と酸化剤と
をガス発生器より燃焼ガスとしてタービンに供給するこ
とによりタービンを回転させるとともに、該タービンよ
り出た燃焼ガスを、タービンに連結された軸流圧縮機に
より圧縮した吸入空気と混合して再燃焼させることによ
り、推力を発生させるようになっている。

燃料としては、液体水素、液体メタン、液体プロパン等
の極低温燃料が用いられ、また酸化剤としては、主とし
て液体酸素が用いられている。

発明が解決しようとする問題点 上述のような従来のエアターボエンジンにおいては、燃
料のほかに酸化剤を機体に搭載しなければならないため
、機体の重量が増加するとともに、その供給系統等のた
めシステム全体が複雑化Ｉ７、さらに燃費や比推力等の
エンジン性能向上のための妨げとなる等の問題点がある
。

本発明は、このような問題点を解決したエアターボエン
ジンを提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するための具体的な手段と
して、燃料と酸化剤とをガス発生器より燃焼ガスとして
タービンに供給することによりタービンを回転させると
ともに、該タービンより出た燃焼ガスを、前記タービン
に連結された軸流圧縮機により圧縮した吸入空気と混合
して再燃焼させることにより推力を発生させるようにし
たエアターボエンジンにおいて、極低温燃料を収容した
燃料タンクから前記ガス発生器までの燃料供給系路の途
中に、前記極低温燃料と、前記軸流圧縮機の後流側より
抽出した吸入空気の一部とを熱交換して、該空気を液化
させる空気液化器を設け、該空気液化器により液化され
た液体空気を、酸化剤として前記燃料とともに、前記ガ
ス発生器に供給するようにしである。

作用 本発明のエアターボエンジンにおいては、エンジン内に
吸入された空気は、軸流圧縮機により圧縮された後、そ
の大部分は、タービンより出た燃焼ガスの再燃焼用に用
いられ、残部は、圧縮された状態で空気液化器に送られ
る。

空気液化器においては、圧縮空気は、燃料タンクからガ
ス発生器に送られる途中の極低温燃料と熱交換され、燃
料の冷熱により冷却されて液化させられる。

液化した液体空気は、酸化剤としてガス発生器に送られ
、ここで燃料と混合されて燃料を燃焼させ、高圧の燃焼
ガスを発生する。

この燃焼ガスは、その後従来のエアターボエンジンと同
様にタービンに送られ、タービンを回転させる。

タービンは軸流圧縮器と連結されているので、タービン
の回転力は軸流圧縮器に駆動力として伝達され、軸流圧
縮器を回転させる。

タービンより出た燃焼ガスは、燃料過剰の高圧ガスで、
これが上述の細流圧縮機により圧縮された吸入空気の大
部分と混合されて再燃焼しつつノズルより噴出すること
により大きな推進力が得られる。

実施例 以下、本発明のいくつかの実施例を、添付図面を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の第１実施例を示す。

第１図において、ｌは、前端に空気取入口２、後端に燃
焼ガス噴出用のノズル３が形成されたほぼ円筒状のダク
トである。ダクトｌ内における空気取入口２部分には、
軸流圧縮機４が、またそれより後方に適宜の間隔を隔て
た部分にはタービン５がそれぞれ設けられている。

軸流圧縮機４は固定翼４ａと回転翼４ｂとからなり、ま
たタービン５も、固定翼５ａと回転翼５ｂとからなり、
それらの筒回転ｇ４ｂ、５ｂは、連結シャフト６をもっ
て互いに連結され、同期回転するようになっている。

７は、ダクト１内に同心状に設けられ、連結シャフト６
まわり及びタービン５の外周を覆う内側ダクトである。

生米である。

このガス発生器８より供給された高圧の燃焼ガスにより
、タービン５の回転１５ｂが回転さ仕られ、この回転力
が連結シャフト６を介して、軸流圧縮機４の回転翼４ｂ
に伝達され、回転翼４ｂも同期回転させられる。

この軸流圧縮機４の作動により、空気取入口２よりダク
トｌ内に吸入された空気は、例えば２〜５　ｋｇ７　ｃ
ｘ’ａｂｓ程度に圧縮される。

タービン５より出た燃焼ガスは、まだ未燃の燃料分を多
量に含んでおり、この燃焼ガスは軸流圧縮機４により圧
縮されてダクトＩと内側ダクト２との間を通過してくる
圧縮空気の大部分と混合され、かつダクト１内の後部に
設けられた火炎保持器９を通って、その後方の燃焼室１
０内で再燃焼し、ノズル３より噴出して、大きな推力を
発生ずる。

以上の構成は従来のエアターボエンジンのものとほぼ同
一であり、本発明は以下に説明する構成に特徴を有して
いる。

すなわち、機体に搭載された、極低温燃料を収容した燃
料タンク１１から上述のガス発生器８までの燃料供給系
路１２の途中に、燃料ポンプ１３と、空気液化器１４と
を設けである。

極低温燃料としては、ここでは液体水素を用いるものと
して説明するが、例えば液体メタンや液体プロパン等の
その他の燃料を用いることもできる。

空気液化器１４は、例えばフィン付チューブ型等の公知
の熱交換器をそのまま用いることができ、その−次流体
として、燃料ポンプ１３より圧送され流圧縮機４の後流
側に開口する抽出管１５に接続され、軸流圧縮機４によ
り圧縮された吸入空気の一部がこの抽出管１５を介して
空気液化器１４内に２次流体として供給される。

しかして、この空気液化器１４内において、−次流体で
ある液体水素と２次流体である圧縮された空気液化器１
４を出た液体水素は、燃料供給系路Ｉｆを通ってガス発
生器８に送られ、また空気液化器１４内において液化さ
れた液体空気は、酸化剤供給系路１６を通り、かつその
途中に設けられた液体空気ポンプ１７により、例えば３
（１−１００に９／　ＣＪＩＩ２ａｂｓ程度に増圧され
て、ガス発生器８に送られる。

ガス発生器８内においては、液体水素を燃料とし、かつ
液体空気を酸化剤として、それらを、北述した従来のも
のと同様に混合、燃焼して燃料過剰の高圧の燃焼ガスを
発生し、それをタービン５に供給する。

以上のように、第１実施例においては、燃料である液体
水素の冷熱を利用して、吸入空気の一部を冷却して液化
させ、その液体空気を酸化剤としてガス発生器８に供給
するようにしであるので、燃料の他に酸化剤を機体に搭
載する必要がなく、機体重量の軽減化を図ることができ
るとともに、酸化剤タンクを搭載する場合のように、複
雑な酸化剤供給系統を設ける必要がなく、システム全体
の簡素化及び小型化を図ることができ、しかも燃費や比
推力等のエンジン性能の向上をも図ることができるとい
う利点がある。

このようにして得られた液体空気は機速変化による温度
変動がなく、また液体であるためポンプによる増圧が容
易である等の、従来の機体搭載の酸化剤と同等の特性を
有している。

また、第１実施例においては、軸流圧縮機４によりすで
に圧縮された吸入空気の一部を空気液化器１４に送給す
るようにしであるので、吸入空気を別途圧縮機を用いて
圧縮させる必要がないという利点がある。

なお、空気の凝縮温度（約７９Ｋ）に対して、液体水素
の温度は昔しく低いため、空気を液化させるのに特に空
気を圧縮させる必要はないが、空気を圧縮させることに
より、その凝縮温度が上昇し、液化速度が早まるという
利点がある。

第２図は、本発明の第２実施例を示す。なお、第２実施
例において、第１図に示す第１実施例の部（オと同−又
は類似の部材には同一の符号を付し、それらについての
詳細な説明は省略する（以下の第３実施例及び第４実施
例においても同様とする）。

第２実施例においては、ダクトｌ内における軸流圧縮機
４の後流側中央に、吸入空気の一部を抽出するための補
助ダクト１８を、連結ンヤフｔ・６と同軸状に配設し、
この補助ダクト１８内の前段に、空気液化器１４を出た
極低温燃料を循環させるようにした中間空気冷却器１９
を設けるとともに、その後段に、タービン５の前段に設
けた副タービン２０により回転させられるようにした補
助圧縮！４２１を設け、軸流圧縮機４により、例えば２
〜５　ｋｇ／ｃπ２ａｂｓ程度に圧縮された吸入空気の
一部が、中間空気冷却器１９により冷却された後、補助
圧縮機２１により、例えば１０〜２０に９７　ｃｚ２ａ
ｂｓ程度にさらに圧縮され、次いで抽出管１５を通って
空気液化器１４に送給されるようにしである。

２０ａは副タービン２０の固定翼、２０ｂは同じく回転
翼、２１ａは補助圧縮機２１の固定翼、２１ｂは同じく
回転翼で副タービン２０の回転翼２０ｂと補助圧縮機２
１の回転翼２１ｂとは、連結筒２２をもって互いに連結
されている。

極低温燃料は、燃料タンク１１より、燃料供給系路１２
を通り、まず燃料ポンプ１３により、例えば３０〜ＬＯ
Ｏｋｇ／ｃｘ”ａｂｓに増圧され、冷媒として空気液化
器１４及び中間冷却器１９を順次通って、ガス発生器８
に供給される。

この第２実施例のような構成とすることにより、空気液
化器１４に供給する空気を予め高圧縮状態でかつ低温と
しておくことができ、これによって、燃料として、例え
ば液体メタンや液体プロパン等のように、常圧での沸点
が空気の凝縮温度に近いか又はそれより高い極低温燃料
を用いることができるという利点がある。

第３図は、本発明の第３実施例を示す。

第３実施例においては、ダクトｌ内における軸流圧縮機
４の前方における空気取入口２側に、空気液化器１４を
出た燃料を循環させる前置冷却器２３と、空気液化器１
４により液化され、かつ液体空気ポンプ１７により、例
えば３（１〜１００＆９／　ａｘ″ａｂｓに圧縮された
液体空気を循環させる前置冷却器２４とを連続して設け
、空気取入口２より吸入される空気をこれらの前置冷却
器２３．２４により最初に冷却するようにしである。

前置冷却器２３を出た燃料は、燃料供給系路１２を通っ
てガス発生器８に供給され、また前置冷却器２４を出た
液体空気は、酸化剤供給系路１６を通ってガス発生器８
に供給される。

この第３実施例によると、高マツハ数の飛行における軸
流圧縮機４へ流入する高温空気の温度を低下させ、軸流
圧縮機４の過熱を防止するとともに、軸流圧縮機４で消
費する動力を減少し、もって高マツハ数における作動領
域を拡げることができるという利点がある。

なお、第３実施例における両装置冷却器２３．２４のう
ち、いずれか一方を省略して実施することもできる。

第４図は、本発明の第４実施例を示す。

この第４実施例は、上述の第２実施例と第３実施例とを
組合せた構成としたもので、第２実施例の特有の効果と
、第３実施例の特有の効果とを合わせた効果を奏するこ
とができる。

なお、本発明は、以上の実施例の他にも、幾多の変化変
形が可能である。

発明の効果 以上から明らかなように、本発明によると、極低温燃料
の冷熱を利用して、吸入空気の一部を冷却して液化させ
、その液体空気を酸化剤としてガス発生器に供給するよ
うにしであるので、燃料の他に酸化剤を機体に搭載する
必要がなく、機体重重の軽減化を図ることができるとと
もに、酸化剤タンクを搭載する場合のように、複雑な酸
化剤供給系統を設ける必要がなく、システム全体の簡素
化及び小型化を図ることができ、しかも燃費や比推力等
のエンジン性能の向上をも図ることができるという利点
がある。

また、本発明は、軸流圧縮機によりすでに圧縮された吸
入空気の一部を抽出して空気液化器に供給するようにし
であるので、液化しようとする空気を圧縮するために特
別の圧縮器を設ける必要がなく、しかも圧縮された空気
を空気液化器に供給することにより、空気液化器内での
圧縮空気の凝縮温度が常圧の場合より高温となり、空気
の液化速度が速くなるという特有の効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例の概略縦断側面図、第２
図は、本発明の第２実施例の概略縦断側面図、第３図は
、本発明の第３実施例の概略縦断側面図、第４図は、本
発明の第４実施例の概略縦断側面図である。 ■・・ダクト、４・・軸流圧縮機、５・・タービン、６
・・連結シャフト、８・・ガス発生器、１１・・燃料タ
ンク、１２・・燃料供給系路、１４・・（ほか１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 極低温燃料を用いるエアターボエンジンにおいて、燃料
   タンクからガス発生器への燃料供給系路の途中に、前記
   極低温燃料とエンジンの空気取入口より吸入した空気と
   を熱交換して、該空気を液化させる空気液化器を設け、
   該空気液化器により液化された液体空気を、酸化剤とし
   て、前記燃料とともに前記ガス発生器に供給するように
   したことを特徴とするエアターボエンジン。