KR101904653B1

KR101904653B1 - 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치

Info

Publication number: KR101904653B1
Application number: KR1020170050733A
Authority: KR
Inventors: 남궁혁준; 심창열; 윤상욱
Original assignee: 현대로템 주식회사
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2018-10-04

Abstract

본 발명은 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치에 관한 것으로서, 특히 이중모드 램제트 엔진의 연료 효율 개선을 위한 연료분사장치에 관한 것이다. 구성은 플랜지를 통해 형성되는 화염안정화 날개와 연료분사노즐을 포함하여 이루어지는 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치에 있어서, 상기 화염안정화날개는 이중모드 램제트 엔진의 연소실 일 측에 결합 되는 상기 플랜지의 내부 원주면 전방에 형성된 제1 화염안정화 날개와 후방에 형성된 제2 화염안정화 날개로 이루어지고, 제1 화염안정화 날개와 제2 화염안정화 날개는 상호 겹쳐 지지 않도록 교차 배열되며, 상기 연료분사노즐은 상기 화염안정화 날개의 일 측 상부에 위치하여 액체연료를 분사하는 제1 분사노즐과 제2 분사노즐로 형성되고, 상기 제1 분사노즐은 연소실의 내, 외측 전체로 고른 연소가 이루어지도록 경사진 화염안정화날개 중심부에 충돌할 수 있도록 수직으로 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치{Fuel injection apparatus for dual-mode ramjet engine}

본 발명은 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치에 관한 것으로서, 특히 이중모드 램제트 엔진의 연료 효율 개선을 위한 연료분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 로켓 또는 이중모드 램제트 엔진(ramjet engine : 램압축 및 초음속 유동 충격파열로 압축된 공기 속에 가스를 분사하여 연소시켜, 연소 가스를 직접 분출하는 제트 기관 또는, 고속비행 중에 발생하는 램압축 및 초음속 유동충격파열로 공기를 압축하는 제트엔진을 말한다.)의 추진력을 얻기 위해 공기 또는 산화제를 혼합하여 연소시킬 수 있는 연료를 분출하는 연료분사장치가 사용된다.

이러한 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치는 스크램제트 연소 모드의 경우 높은 비행 마하수 조건에서 연소기로 유입되는 공기의 빠른 속도로 인해 연료와 공기의 혼합과 연소 및 화염안정화/유지 등과 같은 기술적 문제점이 발생하게 된다.

이를 해결하기 위해 흡입구로 유입된 공기를 아음속 연소기와 초음속 주 연소기에서 모드에 따라 연소위치가 변경될 수 있도록 액체 연료를 격리부(Isolator) 후단에 분사하여 효율적인 연소와 화염안정화를 이루도록 하는 연료분사장치가 제시(개시)되어 있다.

그러나 종래의 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치는 연소실에 직접분사시 스크램제트 모드(마하수 6이상 고마하수 비행 영역)에서 초음속 유동장에서의 낮은 압력 회복 상황에서 고밀도 연료의 혼합 특성 저하 및 점화 지연 등으로 인해 상대적으로 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또, 종래의 개량 연료분사장치는 초음속 유동장에서 초음속 연소와 화염을 유지하기 위해 화염안정화 날개(fin)를 도입하여 초음속 유동장 내부로 좀 더 효율적인 연료 침투와 혼합을 유도하고 있으나, 초음속 연소를 위한 미립화 및 연소를 위한 고이와의 혼합효율이 높지 않은 문제점이 있다.

공개특허 10-2012-0134297

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 화염안정화 날개에 연료를 충돌시켜 초음속 유동장에서 연료의 액체 미립화와 연소 효율을 더욱더 향상시키고 화염유지 성능을 향상토록 하는 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플랜지를 통해 형성되는 화염안정화 날개와 연료분사노즐을 포함하여 이루어지는 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치에 있어서, 상기 화염안정화날개는 이중모드 램제트 엔진의 연소실 일 측에 결합 되는 상기 플랜지의 내부 원주면 전방에 형성된 제1 화염안정화 날개와 후방에 형성된 제2 화염안정화 날개로 이루어지고, 제1 화염안정화 날개와 제2 화염안정화 날개는 상호 겹쳐 지지 않도록 교차 배열되며, 상기 연료분사노즐은 상기 화염안정화 날개의 일 측 상부에 위치하여 액체연료를 분사하는 제1 분사노즐과 제2 분사노즐로 형성되고, 상기 제1 분사노즐은 연소실의 내, 외측 전체로 고른 연소가 이루어지도록 경사진 화염안정화날개 중심부에 충돌할 수 있도록 수직으로 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 분사노즐은 화염안정화 날개의 중심 부분에 연료가 충돌되도록 경사를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 연료분사노즐은 연료 유량 가변 영역을 확대할 수 있도록 제1 분사노즐의 직경은 제2 분사노즐의 직경에 비해 크게 형성되고, 상기 제2 분사노즐의 직경은 제1 분사노즐의 직경에 비해 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

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이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 화염안정화 날개 중심(중간) 부분에 연료를 분사, 충돌되도록 함으로써, 연료의 액체 미립화 성능을 향상시켜 연소 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명은 내부 유동장에서 화염안정화 날개 후방으로 와류의 유동을 원활하게 하여 지속적인 화염 유지로 추진력을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료분사장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B선 단면도이다.
도 5는 도 4의 요부 확대도 이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료분사장치와 이중모드 램제트 엔진의 조립 상태를 나타내는 요부 분해도 이다.
도 7은 도 6의 조립도 이다.
도 8은 도 7의 요부 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 연료분사장치가 장착된 이중모드 램제트 엔진의 유체 이동 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치(100)는 플랜지((flange)(110)를 통해 형성되는 화염안정화 날개(120)와 연료분사노즐(130)을 포함하여 이루어진다.

상기 화염안정화 날개(120)는 이중모드 램제트 엔진(200)의 연소실(220) 일 측에 결합 되는 상기 플랜지(flange)(110)의 내부 원주면(圓柱面) 전방과 후방으로 2열을 이루도록 배열되는 복수 개의 제1 화염안정화 날개(121)와 제2 화염안정화 날개(122)로 구성된다.

그리고 상기 제1 화염안정화 날개(121)와 제2 화염안정화 날개(122)는 유선형을 이루며 상호 겹쳐 지지 않도록 교차 배열된다.

예컨대, 상기 제1 화염안정화 날개(121)가 플랜지(110)의 내부 전방 원주면(圓柱面)을 따라 복수 개가 설치되면, 상기 제2 화염안정화 날개(122)는 플랜지(110)의 내부 후방 원주면(圓柱面)을 따라 복수 개가 형성된다.

이때, 상기 제1 화염안정화 날개(121)와 제2 화염안정화 날개(122)는 상호 엇갈림 위치하도록 교차 설치된다.

따라서, 본 발명에 따른 화염안정화 날개(120)는 종래와는 달리 공기 흡입구(211)로부터 유입되는 공기의 유동차폐 면적이 줄어들어 이중모드 램제트 엔진(200)의 유로(213)를 유동하는 유체가 스크램제트 연소실(221) 이후 즉, 상기 화염안정화 날개(120)를 통과하면서 충격파에 의한 흐름이 감속되고 와류와 충격파열에서 지속적인 화염을 유지하여 추진력 향상을 이룰 수 있다.

상기 연료분사노즐(130)은 상기 화염안정화 날개(120)의 일 측 상부에 위치하여 상기 플랜지(110)에 결합 되는 별도의 액체연료 공급관(133)을 통해 공급되는 액체연료를 분사하는 제1 분사노즐(131)과 제2 분사노즐(132)로 형성된다.

또, 상기 제1 분사노즐(131)은 화염안정화 날개(120)의 중심 부분에 연료가 충돌되면서 원활한 미립화를 이룸과 동시에 추후 설명할 램제트 엔진(200)의 유로(213) 중앙까지 연료를 깊고 고르게 침투시켜 연소실(220)의 내, 외측 전체로 고른 연소가 이루어지도록 경사가 거의 없는 수직으로 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 제1 분사노즐(131)은 수직으로 위치하도록 형성됨에 따라 연료 분사시 화염안정화 날개(120)의 중심 부분에 연료가 충돌되면서 미립화(atomization)가 더욱더 원활하게 이루어지도록 함과 동시에 이중모드 램제트 엔진(200)의 유로(213) 중앙(센터)까지 고르게 침투시킬 수 있기 때문에 연소실(220)의 내, 외측 전체로 고른 연소를 이루게 한다.

그리고 상기 제2 분사노즐(132)은 화염안정화 날개(120)의 중심 부분에 연료가 충돌되도록 경사를 이루도록 형성된다.

즉, 상기 제2 분사노즐(132)을 경사지게 형성함과 동시에 상기 화염안정화 날개(120)의 중심 부분에 연료가 충돌되도록 분사시킴으로써, 연료의 미립화(atomization)가 더욱더 원활하게 이루어지게 하였다.

이에 따라, 상기 엔진(200)의 공기 흡입구(211)를 통해 유입되는 공기와 미립화된 액체 연료의 혼합 효율이 향상되어 빠르고 효율적인 연소를 이룰 수 있다.

또한, 상기 연료분사노즐(130)은 연료 유량 가변 영역을 확대할 수 있도록 예컨대, 제1 분사노즐(131)의 직경은 연료의 공급량을 대유량, 중유량, 소유량 등으로 공급한다고 가정할 경우, 중유량의 연료를 공급하도록 상기 제2 분사노즐(132)의 직경에 비해 크게 형성되고, 상기 제2 분사노즐(132)의 직경은 소유량의 연료를 공급하도록 제1 분사노즐(131)의 직경에 비해 작게 형성된다.

즉, 상기 연료분사노즐(130)은 연료 유량 가변 영역을 확대할 수 있도록 유량 범위에 따라 제1 분사노즐(131)과 제2 분사노즐(132)은 독립적으로 작동되거나 조합하여 작동될 수 있다.

그리고 반대로, 상기 제1 분사노즐(131)의 직경을 소유량의 연료를 공급하도록 상기 제2 분사노즐(132)의 직경에 비해 작게 형성하고, 상기 제2 분사노즐(132)의 직경은 중유량의 연료를 공급하도록 제1 분사노즐(131)의 직경에 비해 크게 형성할 수도 있다.

이에 따라, 상기 제1 분사노즐(131)과 제2 분사노즐(132)을 통해 분사되는 연료는 화염안정화 날개(120)와 충돌하면서 미립화가 이루어짐과 동시에 원활하고 효율적인 혼합이 이루어져 연소효율을 높일 수 있다.

이러한 구성의 상기 연료분사노즐(130)은 연료의 필요량 예컨대, 소유량의 연료가 필요한 경우 상기 제2 분사노즐(132)을 통해서만 연료가 공급되도록 제어하고, 중유량의 연료가 필요하면 상기 소유량의 연료를 공급하는 제2 분사노즐(132)은 닫고, 제1 분사노즐(131)을 통해서만 연료가 공급되도록 제어한다.

그리고 대유량의 연료가 필요할 경우 상기 제1 분사노즐(131)과 제2 분사노즐(132) 모두에서 연료가 공급되도록 제어함으로써, 연료유량의 가변 영역을 크게 할 수 있다.

이와 같이 상기 연료분사노즐(130)의 직경을 달리 형성하여 연료의 유량을 조절할 수 있도록 함으로써, 연료에 의한 공기 유로 차폐율 변화로 충격파열(Shock Train) 시작 위치를 변화시킬 수 있다.

좀 더 구체적으로는 상기 연료분사노즐(130)로 인해 연료의 배출유량을 조절하여 추력을 증가시키거나 감소시켜 비행체를 원하는 사거리로 보낼 수 있도록 제어할 수 있다.

이에 따라, 추후 설명할 이중모드 램제트 엔진(200)의 격리기(Isolator)(215) 내의 충격파 패턴과 열질식(Thermal choking) 정도를 적절히 유지시켜 램 및 스크램모드 연소가 가능하게 하고, 공기 흡입구(211)의 버즈(Buzz)를 억제하고 연소실(220)에서 최적의 연소를 위한 연소압을 형성할 수 있으며, 또 격리기(215)와 스크램제트 연소실(221)의 길이를 축소시킬 수 있기 때문에 비행체의 전체 길이를 짧게 할 수 있다.

이러한 상기 연료분사장치(100)는 이중모드 램제트 엔진(200)의 덕트(210) 외면을 통해 설치되어 액체연료를 미립화로 분사시켜 상기 공기 흡입구(211)를 통해 유입 되어 유로(流路)(213)를 흐르는 공기와 혼합, 연소 되도록 한다.

이에 따라, 상기 점화기(217)에서 발생 된 불꽃에 의해 공기와 연료는 연소가 이루어지게 되고 고온의 화염 가스를 발생시키게 되며 상기 노즐(212)에 의해 원활하게 분출되면서 추진력을 얻게 된다.

한편, 본 발명에 따른 연료분사장치(100)가 장착되는 이중모드 램제트 엔진(200)은 덕트(210)와 연소실(220)과 화염안정기(230)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 덕트(210)는 일 측은 외부 공기를 유입시키는 공기 흡입구(211)가 형성되고, 대향 하는 타 측은 노즐(212)이 형성되며, 내부에는 고리(환형) 형태의 유로(流路)(213)를 형성하도록 동축(Coaxial)의 코어(core)(214)가 형성된다.

또, 상기 덕트(110)는 외부 일 측을 통해 램모드(Ram Mode) 또는 전환 모드(Transition Mode), 초음속 모드(Supersonic Mode)와 같이 운용 모드에 따라 상기 유로(213)에서 공기와 연료 즉, 유체의 유동 특성변화를 이루게 하는 격리기(isolator)(215)가 형성된다.

상기 격리기(215)는 덕트(210)의 공기 흡입구(211)와 상기 연소실(220)을 격리시키고 공기 흡입구(211)로부터 유입되는 공기에 외란 등 변화(Perturbation)발생시 완충시키는 역할을 함과 동시에 공기를 어느 한 모드(스크램 모드)에서는 감쇠(수직 충격파) 없이 전달시키도록 하고, 다른 한 모드(램 모드)에서는 공기의 흐름을 감쇠(수직 충격파) 되도록 하여 전달시키는 역할을 한다.

또, 연소압의 진동(연소불안정성)에 의한 공기 흡입구(211)에 영향을 격리시킴으로써 연소에 필요한 안정된 공기를 유입시킨다.

예컨대, 비행속도가 마하(Mach : 유체 속에서 움직이는 물체의 속력을 나타내는 단위로서, 유체가 정지해 있을 때의 물체의 속력과 유체 속에서의 음속 사이의 비를 말하며 기호는 M이다. 보통 공기 속에서 고속으로 운동하는 탄환, 비행기, 미사일 등의 속력을 나타낼 때 쓴다.) 1∼5의 영역에서는 수직 충격파를 발생시켜 램제트 연소실(222)에서 공기와 연료가 혼합된 유체의 흐름을 감속(감쇠)시켜 아음속 연소 상태를 만들어 램제트 엔진처럼 연소 되도록 한다.

그리고 비행속도가 마하(Mach) 5 이상의 영역에서는 공기와 연료가 혼합된 유체의 흐름이 감속(감쇠)되지 않고 초음속 연소에 필요한 최소압력만 회복하도록 하여 스크램제트 연소실(221)에서 스크램제트 엔진처럼 초음속 연소가 이루어지도록 한다.

이와 같은 본 발명의 격리기(isolator)(215)는 전기 절연체와 같이, 고주파의 전자(電磁) 에너지나 신호를 전송할 때 한쪽 방향에는 거의 감쇠가 없고, 그 반대 방향에는 감쇠가 큰 비가역(非可逆) 전송 회로 소자(傳送回路素子)를 가리키는 것으로서 통상적으로 사용되고 있어 구체적인 설명은 생략한다.

또한, 상기 격리기(215)의 일 측에는 액체연료를 분사하는 연료분사장치(100)가 형성되고 상기 노즐(212)의 일 측에는 점화기(216)가 형성된다.

상기 연료분사장치(100)는 덕트(210)의 외면을 통해 설치되어 액체연료를 미립화로 분사시켜 상기 공기 흡입구(211)를 통해 유입되어 유로(流路)(213)를 흐르는 공기와 혼합, 연소 되도록 한다.

이에 따라, 상기 점화기(216)에서 발생 된 불꽃에 의해 공기와 연료는 연소가 이루어지게 되고 고온의 화염 가스를 발생시키게 되며 상기 노즐(212)에 의해 원활하게 분출되면서 추진력을 얻게 된다.

상기 연소실(220)은 상기 연료분사장치(100) 일 측에 동일한 축을 이루도록 위치하는 스크램제트 연소실(221)과 상기 스크램제트 연소실(221)의 일 측으로 위치하는 램제트 연소실(222)로 구성된다.

여기서, 상기 스크램제트 연소실(221)은 마하(Mach) 5 이상의 속도 영역일 경우 상기 격리기(isolator)(215)가 스크램모드로 작동하여 공기와 연료가 혼합된 유체의 흐름을 방해하지 않고 가속되도록 함으로써 초음속 흐름 상태에서 연소가 이루어지게 된다.

즉, 상기 스크램제트 연소실(221)은 마하(Mach)수 5 이상 속도로 비행시 공기와 연료가 혼합된 유체의 흐름이 초음속 상태가 유지되도록 하여 연소가 이루어지도록 하고, 또 전온도가 높은 고온 공기에 의해 자연발화 된다.

또 상기 램제트 연소실(222)은 마하(Mach) 3∼5의 비행속도 영역일 경우 상기 격리기(isolator)(215)가 램모드(Ram Mode)로 작동하여 스크램제트 연소실(221)의 뒤쪽에 위치하는 상기 화염안정기(230)와 함께 램제트 연소실(222)에서 공기와 연료가 혼합된 유체의 흐름을 감쇠시키고 유동저항을 최소화하여 안정된 연소를 유지할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 연소실(220)은 동일한 유동 경로 상에 스크램제트 연소실(221)과 램제트 연소실(222)을 형성함으로써 연소 모드 변화를 위한 가변 시스템 없이도 비행속도에 따라 램연소와 스크램연소를 이룰 수 있다.

특히 상기 램제트 연소실(222)에서 공기의 흐름을 감쇠 되도록 하여 공기와 연료의 혼합과 연소 및 화염안정화를 원활하게 이루도록 함으로써 완전연소와 연소 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 화염안정기(flame holder)(230)는 상기 스크램제트 연소실(221)의 일단 부분 즉, 상기 램제트 연소실(222)과 접하는 부분의 유로(流路)(213)에 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 구성의 상기 화염안정기(230)는 상기 유로(213)를 유동하는 유체의 흐름을 감쇠시키고, 또 상기 점화기(216)로 점화시 마하수 5 이하의 비행속도(영역)에서도 램제트 연소실(222) 내에서 유체의 유동 저항을 최소화시켜 완전연소로 연소효율 향상과 화염안정화를 이룰 수 있다.

이를 위해, 상기 화염안정기(230)는 상기 램제트 연소실(222) 이전에서 발생하는 화염가스와 같은 유체의 유동저항을 최소화할 수 있도록 단면이 원추형(conical type)을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 화염안정기(230)는 원추형의 링으로서 꼭지점이 스크램제트 연소실(221)을 향하도록 설치되는 것이 바람직하다.

이에 따라 상기 유로(211)를 유동하는 유체가 스크램제트 연소실(221) 이후 즉, 상기 화염안정기(230)를 통과하면서 흐름이 감속되어 유동저항이 최소화됨과 동시에 램제트 연소실(222)에서 균일 유동장을 확보하여 원활하고 안정된 램 연소를 이룰 수 있다.

또한, 본 발명은 화염안정기(230)에 의해 형성되는 환형의 유로(流路)(213)는 스크램모드에서 스크램제트 연소실(221)을 통과한 유동은 화염안정기(230) 주위에서 마하수 1 근방까지 감속되는 Critical 단면적을 이루고 램제트 연소실(222)부터는 다시 유동이 팽창되어 추진력을 발생시킨다.

이때, 유동 연료분사장치(100)에 장착되어 있는 화염안정화 날개(Fin)(120)에 의해 초음속 연소(스크램 모드)시 화염 안정화를 이루게 된다.

반대로, 상기 화염안정기(230)는 상기 연료분사장치(100)에서 분사된 연료가 램 연소(램 모드)될 때 유로(221)를 통해 유동하는 공기와 연료의 흐름장에 와류를 형성시켜 아음속(subsonic speed :유체의 속도가 그 유체 속을 전파하는 음파의 속도보다 느릴 때 그 흐름의 속도. 일반적으로 운동하는 물체에 대해 그 속도가 음속보다 느리냐 빠르냐에 따라 각기 아음속 또는 초음속이라고 한다.) 연소의 효율을 높이고 연소 안정성을 확보할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 화염안정기(230)는 초음속 연소 영역인 스크램제트 연소실(221)에서의 화염안정기는 유동 저항 측면에서 효율적이지는 않지만 아음속 연소 (램 모드)시 아음속 연소 영역인 램제트 연소실(222)에서는 유체의 유동저항을 최소화하도록 하고 화염유지효과를 기대할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 이중모드 램제트 엔진(200)은 추력을 얻기 위해 동작시 상기 덕트(210)의 공기 흡입구(211)를 통해 설계된 압력으로 외부 공기를 유입시켜 유로(213)로 공급한다.

이와 동시에 상기 격리기(215)는 공기 흡입구(211)로부터 유입되는 공기에 발생하는 진동을 완충시킴과 동시에 연소진동을 차단하고 아음속 및 초음속 연소의 모드에 따라 연소실(220)에서의 열유동조건을 구현할 수 있다.

계속해서, 상기 연료분사장치(100)는 별도의 액체연료 공급관(133)을 통해 공급되는 액체연료를 미립화로 분사시켜 유로(流路)(213)를 따라 흐르는 공기와 혼합되도록 한다.

이때 상기 화염안정화 날개(120)는 상호 교차하여 설치됨에 따라 종래에 비해 유체의 유동차폐 면적이 줄어들어 유로(213)를 유동하는 유체가 스크램제트 엔진(200)의 연소실(221)에서 유동저항이 최소화됨과 동시에 약한 충격파와 와류의 유동을 형성시켜 초음속 연소(스크램 모드)시 안정된 연소로 지속적인 화염을 유지하여 추진력 향상을 이룰 수 있다.

또, 상기 제1 분사노즐(131)은 수직으로 위치하도록 형성됨에 따라 연료 분사시 화염안정화 날개(120)의 중심 부분에 연료를 충돌되도록 공급하여 미립화(atomization)를 더욱더 원활하게 이루도록 하고, 동시에 연료를 유로(213)의 중앙(센터)까지 고르게 침투시켜 연소실(220)의 내, 외측 전체로 고른 연소를 이루게 한다.

뿐 아니라, 상기 연료분사노즐(130)은 제1 연료분사노즐(131)과 제2 연료분사노즐(132)이 다른 직경으로 형성되어 연료의 유량을 조절할 수 있기 때문에 연료에 의한 공기 유로 차폐율 변화로 충격파열(Shock Train) 시작 위치를 변화시킬 수 있다.

즉, 상기 연료분사노즐(130)로 인해 연료의 배출유량을 조절하여 추력을 증가시키거나 감소시켜 비행체를 목표 사거리로 보낼 수 있도록 제어할 수 있다.

이에 따라, 상기 이중모드 램제트 엔진(200)의 격리기(Isolator)(215) 내의 충격파 패턴과 열질식(Thermal choking) 정도를 적절히 유지시켜 공기 흡입구(211)의 버즈(Buzz)를 억제하고 연소실(220)에서 최적의 연소를 위한 연소압을 형성할 수 있으며, 또 격리부와 스크램제트 연소실(221)의 길이를 축소할 수 있기 때문에 비행체의 전체 길이를 짧게 할 수 있다.

계속해서, 유로(213)를 따라 흐르는 압축 공기와 연료가 혼합된 유체는 상기 스크램제트 연소실(221)을 지나면서 화염안정기(130)에 의해 유동저항이 최소화됨과 동시에 흐름이 방해되면서 감쇠(감속) 되어 상기 램제트 연소실(222)로 유입시 아음속 연소(램 모드 작동) 상태를 이루게 된다.

이때, 상기 점화기(216)가 점화 동작하여 공기와 연료가 혼합된 유체를 램제트 연소실(122)에서 연소시켜 원활하고 안정된 램제트 연소 추력(속력)을 얻게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치는 이와 같은 작용을 함으로써 연소실 내에서 유체 유동을 균일하게 하고, 최적의 연소로 연소 효율을 향상시킴과 동시에 연소실 길이를 축소시킴에 따라 비행체의 전체 길이를 단축할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치
110 : 플랜지(flange) 120 : 화염안정화 날개
121 : 제1 화염안정화 날개 122 : 제2 화염안정화 날개
130 : 연료분사노즐 131 : 제1 분사노즐
132 : 제2 분사노즐 200 : 이중모드 램제트 엔진
210 : 덕트 211 : 흡입구
212 : 노즐 213 : 유로
214 : 코어 215 : 격리기
216 : 점화기 220 : 연소실
221 : 스크램제트 연소실 222 : 램제트 연소실
230 : 화염안정기

Claims

삭제
플랜지를 통해 형성되는 화염안정화 날개와 연료분사노즐을 포함하여 이루어지는 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치에 있어서,
상기 화염안정화날개는 이중모드 램제트 엔진의 연소실 일 측에 결합 되는 상기 플랜지의 내부 원주면 전방에 형성된 제1 화염안정화 날개와 후방에 형성된 제2 화염안정화 날개로 이루어지고, 제1 화염안정화 날개와 제2 화염안정화 날개는 상호 겹쳐 지지 않도록 교차 배열되며,
상기 연료분사노즐은 상기 화염안정화 날개의 일 측 상부에 위치하여 액체연료를 분사하는 제1 분사노즐과 제2 분사노즐로 형성되고, 상기 제1 분사노즐은 연소실의 내, 외측 전체로 고른 연소가 이루어지도록 경사진 화염안정화날개 중심부에 충돌할 수 있도록 수직으로 위치하는 것을 특징으로 하는 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치.
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제2항에 있어서,
상기 제2 분사노즐은 화염안정화 날개의 중심 부분에 연료가 충돌되도록 경사를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치.
제2항에 있어서,
상기 연료분사노즐은 연료 유량 가변 영역을 확대할 수 있도록 제1 분사노즐의 직경은 제2 분사노즐의 직경에 비해 크게 형성되고, 상기 제2 분사노즐의 직경은 제1 분사노즐의 직경에 비해 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 이중모드 램제트 엔진용 연료분사장치.