(57)【要約】  ロケット推進用メタンエンジンを提供する。タービン（３０）によって駆動するメタン供給ポンプ（３６）が、一部のメタンを燃焼推進器（５０，１５０）のノズル（５４，１５４）に設置されたノズル冷却流路（５６，１５６）に供給し、他の一部のメタンを燃焼推進器（５０，１５０）の燃焼室（５２，１５２）に設置された燃焼室冷却流路（５３，１５３）に供給することで、燃焼推進器（５０，１５０）の冷却特性をそのまま維持しつつ、混合器（５１，１５１）に供給されるメタン量を調節する。これにより、燃焼推進器（５０，１５０）の推力及び設計変更に対処可能な拡張性を提供する。また、燃焼室冷却流路（５３，１５３）から吐出される気体状態のメタンの一部をガス発生器（９４）の混合器（７６）に供給することで、エンジンの信頼性を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタンガス供給管から供給されるメタンと酸化剤分岐供給管から供給される酸素とを混合し、メタンガスを噴射してこのメタンガスに点火するガス発生器と、
前記ガス発生器から発生するメタンガス火炎を用いて駆動力を発生するタービンと、
前記タービンに同一軸に固定され、メタン貯蔵タンクに貯蔵された液体メタンを供給するメタン供給ポンプと、
前記タービンに同一軸に固定され、酸化剤貯蔵タンクに貯蔵された酸化剤を酸化剤供給管に供給する酸化剤供給ポンプと、
前記メタン供給ポンプ及び酸化剤供給ポンプから供給されたメタン及び酸化剤をメタン供給管及び酸化剤供給管を通して受けて、ロケット、ミサイル及び宇宙往復船の発射体に推進力を提供するためのメタンガスを点火して噴射する燃焼推進器と、を含んで構成され、
前記メタン供給管をノズル供給管及び燃焼室供給管にそれぞれ分岐し、
前記ノズル供給管が、前記燃焼推進器のノズルの外側面に設置されたノズル冷却流路にメタンを供給し、これをノズル移送管に排出して再生冷却を行い、
前記燃焼室供給管が、前記燃焼推進器の燃焼室の外側面に設置された燃焼室冷却流路にメタンを供給し、これを燃焼室移送管に排出して再生冷却を行うことで、前記ノズル及び燃焼室にそれぞれ独立的に再生冷却を行うことを特徴とするロケット推進用メタンエンジン。
【請求項２】
前記メタン供給管には、前記メタン供給ポンプから前記燃焼推進器の混合器に供給されるメタンの圧力及び流量を調節するための多数のメタン調節バルブが設置されることを特徴とする請求項１に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項３】
前記酸化剤供給管には、前記酸化剤供給ポンプから前記燃焼推進器の混合器に供給される酸化剤の圧力及び流量を調節するための多数の酸化剤調節バルブが設置されることを特徴とする請求項１に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項４】
前記ノズル冷却流路は、前記ノズル供給管に連結され、前記燃焼推進器の中心部分からノズルの吐出終端部分にかけてノズルの外側面に設置され、ノズル移送管に引き出されており、
前記燃焼室冷却流路は、前記燃焼室供給管に連結され、前記燃焼推進器の中心部分から燃焼室の入口部分にかけて外側面に設置され、燃焼室移送管に引き出されており、
前記ノズル移送管及び燃焼室移送管は、メーン供給管に互いに合わせられ、燃焼推進器の混合器に気体状態の流体を供給することを特徴とする請求項１に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項５】
前記ノズル冷却流路及び燃焼室冷却流路は、前記ノズル及び燃焼室に円形、楕円形または多角形の断面を有するパイプが螺旋形状に巻かれて形成されたことを特徴とする請求項１または４に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項６】
前記ノズル冷却流路及び燃焼室冷却流路の外側に冷却流路カバーを覆うことで、前記ノズル冷却流路及び燃焼室冷却流路を保護することを特徴とする請求項５に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項７】
前記ノズル冷却流路及び燃焼室冷却流路は、ノズル及び燃焼室の外周面に凹溝を形成し、前記ノズル冷却流路及び燃焼室冷却流路の外側面に冷却流路カバーを覆うことで、チャネルを形成してメタンを移送することを特徴とする請求項１または４に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項８】
前記ノズル冷却流路の入口のノズル供給管にノズル入口調節バルブを設置し、出口のノズル移送管にノズル出口調節バルブを設置し、前記ノズル入口及びノズル出口調節バルブを制御部で連動制御することで、ノズル冷却流路に移送されるメタンの圧力及び流量を効率的に調節し、前記燃焼推進器のノズルの設計変更を容易にすることを特徴とする請求項１または４に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項９】
前記燃焼室冷却流路の入口の燃焼室供給管に燃焼室入口調節バルブを設置し、出口の燃焼室移送管に燃焼室出口調節バルブを設置し、前記燃焼室入口及び燃焼室出口調節バルブを連動制御することで、燃焼室冷却流路に移送されるメタンの圧力及び流量を効率的に調節し、前記燃焼推進器の燃焼室の設計変更を容易にすることを特徴とする請求項１または４に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項１０】
前記燃焼室移送管の一部を分岐してメタンガス供給管を構成し、前記燃焼室からエンタルピーを吸収してエネルギーが増加した気体状態のメタンを前記メタンガス供給管を通してガス発生器の混合器に供給することを特徴とする請求項１または４に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項１１】
前記メタンガス供給管には、メタンガスの逆流を防止するためのチェックバルブが設置されることを特徴とする請求項１０に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項１２】
前記メタンガス供給管には、ガス発生器の混合器に供給する前にメタンガスの圧力及び流量を調節するための多数の調節バルブが設置されることを特徴とする請求項１０に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【請求項１３】
前記酸化剤分岐供給管には、酸化剤の逆流を防止するためのチェックバルブが設置され、ガス発生器の混合器に流入するガスの圧力及び流量を調節するための多数の調節バルブが設置されることを特徴とする請求項１に記載のロケット推進用メタンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロケット推進エンジンに関するもので、特に、タービンによって駆動するメタン供給ポンプが、一部のメタンを燃焼推進器のノズルに設置されるノズル冷却流路に供給し、他の一部のメタンを燃焼推進器の燃焼室に設置される燃焼室冷却流路に供給することで、燃焼推進器の冷却特性をそのまま維持しながら混合器に供給されるメタン量を調節し、燃焼推進器の推力及び設計変更に対処可能な拡張性を提供するとともに、燃焼室冷却流路から吐出される気体状態のメタンの一部をガス発生器の混合器に供給することで、信頼性を提供するロケット推進用メタンエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ロケット推進エンジンは、ガス発生器から発生するガスを用いてタービンを駆動し、このタービンの駆動による燃料ポンプ及び酸化剤ポンプの回転によって灯油などの燃料及び酸化剤をそれぞれ燃焼推進器に供給し、これらを噴射して点火させた火炎によって推力を発生することで、ロケット、ミサイル及び宇宙往復船を大気圏に発射する推進装置である。
【０００３】
従来、ロケット推進燃料として灯油または水素などを主に使用していたが、灯油は、常温で比較的安定的であるが、燃焼推進器を効率的に冷却するための再生冷却特性に優れていない。一方、水素は、常温で安定的でないので、保管のために高密閉タンクが必要となり、材料的な限界性を有している。
【０００４】
上記のように、前記燃焼推進器の燃焼室から発生する高熱（約３５００Ｋ）及び高圧（８０気圧）によって燃焼室及びノズル（推力室）の内壁を適切に冷却しない場合、燃焼室及びノズルの溶融破壊を避けることができない。これを防止するために、燃焼室及びノズルの内壁を高熱から分離させるための内壁コーティング（Ｔｈｅｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ：ＴＢＣ）や膜冷却（Ｆｌｉｍ Ｃｏａｔｉｎｇ）などを用いたり、上述したように、推進燃料を燃焼室及びノズルに供給して再生冷却を行う方式を適用していた。
【０００５】
しかしながら、内壁コーティング（ＴＢＣ）方式は再使用の側面で適切でなく、膜冷却方式は効率的な側面で有利でない。
【０００６】
以下、推進燃料を燃焼室及びノズルに供給して再生冷却を行う方式を中心に説明する。
【０００７】
図１は、従来の灯油または水素を用いたロケット推進エンジンの概略的な構成図で、以下、これに対して概略的に説明する。
【０００８】
まず、燃料分岐供給管１０から供給される灯油または水素燃料と酸化剤分岐供給管２１から供給される酸素とを混合し、ガスを噴射して点火するガス発生器１４と、前記ガス発生器１４から発生するガスを用いて駆動力を発生するタービン２と、前記タービン２に同一軸に固定され、燃料タンクに貯蔵された灯油または水素を供給するための燃料供給ポンプ４と、前記タービン２に同一軸に固定され、酸化剤タンクに貯蔵された酸化剤を供給するための酸化剤供給ポンプ１８と、前記燃料供給ポンプ４及び酸化剤供給ポンプ１８から供給された燃料及び酸化剤を燃料供給管６及び酸化剤供給管２０を通して受けて、ロケット、ミサイル及び宇宙往復船などの発射体に推進力を提供するための燃料ガスを点火・噴射する燃焼推進器２６とを含んで構成される。
【０００９】
前記ガス発生器１４に燃料及び酸化剤がそれぞれ供給される前に、燃料分岐供給管１０及び酸化剤分岐供給管２１に設置された調節バルブ１２，１３によって燃料及び酸化剤の供給量が最適の状態に調節される。
【００１０】
そして、前記燃焼推進器２６に燃料及び酸化剤が供給される前に、燃料供給管６及び酸化剤供給管２０に設置された燃料調節バルブ８及び酸化剤調節バルブ２２によって最適の燃料比率及び酸化剤比率が調節され、燃焼推進器２６の入口に設置された混合器（図示せず）に燃料及び酸化剤が供給・噴射されることで、最適の推進力が発生するようになる。
【００１１】
一方、前記燃料供給管６から供給される低温状態の灯油または水素燃料は、燃焼推進器２６の終端のノズル部から外部の冷却チャネルの間を通過しながら燃焼推進器２６から発生する高温の熱を一部吸収し、エンタルピー（総エネルギー）を上昇させた状態で燃焼推進器２６の冷却を行い、気体状態に近い燃料が燃焼推進器２６の混合器に供給されることで、推進力が発生するようになる。このような冷却方式を再生冷却という。
【００１２】
しかしながら、従来の灯油または水素燃料を使用するロケット推進エンジンには、次のような多数の問題点があった。
【００１３】
第一に、ロケット推進燃料として灯油を使用する場合、常温で比較的安定的であるが、燃焼推進器を効率的に冷却するための再生冷却特性に優れていない。
【００１４】
第二に、ロケット推進燃料として水素を使用する場合、常温で安定的でないので、保管のために高い圧力に耐える高密閉タンクが必要となり、材料の適合性に限界性を有している。
【００１５】
第三に、前記燃料供給ポンプ４から供給される燃料が燃焼推進器２６の燃焼室及びノズルの全体に設置される冷却流路２４を一体に冷却させるように構成されることで、燃焼推進器２６の推力及び形状変更に対処可能な燃焼推進器２６の設計拡張性が保障されないので、設計に制約が生じる。
【００１６】
第四に、燃料供給分岐管１０に液体状態の燃料が供給され、酸化剤分岐供給管２１に液体状態の酸素が供給されることで、前記ガス発生器１４の混合器に液体状態の燃料／液体状態の酸化剤が供給される反面、燃焼推進器２６の混合器には、冷却流路２４を経て冷却を行い、エンタルピーが増加した気体状態に近い燃料、及び酸化剤供給管２０を通過した液体状態の酸化剤が供給されることで、気体状態の燃料／液体状態の酸化剤のように互いに異なる相を有する燃料がガス発生器１４の混合器及び焼推進器２６の混合器に供給される。したがって、互いに異なる相（液体状態の燃料及び気体状態の燃料）を有するインジェクターをそれぞれ別途に使用すべきであり、インジェクターの互換性に制約があり、信頼性が低下するだけでなく、部品数の増加によって製造原価が増加する。
【００１７】
第五に、ロケット推進用エンジンで使用される灯油が燃焼推進器２６で使用された後、灯油から発生する燃焼廃棄物がタービン２などのエンジンの主要部分に残留するようになり、ロケットエンジンに信頼性及び反復性を提供できないので、ロケットエンジンの再使用が不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、タービンによって駆動するメタン供給ポンプが、一部のメタンを燃焼推進器のノズルに設置されるノズル冷却流路に供給し、他の一部のメタンを燃焼推進器の燃焼室に設置される燃焼室冷却流路に供給することで、燃焼推進器の冷却特性をそのまま維持しながら混合器に供給されるメタン量を調節し、燃焼推進器の推力及び設計変更に対処可能な拡張性を提供するとともに、燃焼室冷却流路から吐出される気体状態のメタンの一部をガス発生器の混合器に供給することで、信頼性を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記のような目的を達成するために提供されるロケット推進用メタンエンジンは、メタンガス供給管から供給されるメタンと酸化剤分岐供給管から供給される酸素とを混合し、メタンガスを噴射して点火するガス発生器と；前記ガス発生器から発生するメタンガス火炎を用いて駆動力を発生するタービンと；前記タービンに同一軸に固定され、メタン貯蔵タンクに貯蔵された液体メタンを供給するメタン供給ポンプと；前記タービンに同一軸に固定され、酸化剤貯蔵タンクに貯蔵された酸化剤を酸化剤供給管に供給する酸化剤供給ポンプと；前記メタン供給ポンプ及び酸化剤供給ポンプから供給されたメタン及び酸化剤をメタン供給管及び酸化剤供給管を通して受けて、ロケット、ミサイル及び宇宙往復船の発射体に推進力を提供するためのメタンガスを点火して噴射する燃焼推進器と；を含んで構成される。
【００２０】
前記メタン供給管には、前記メタン供給ポンプから前記燃焼推進器の混合器に供給されるメタンの圧力及び流量を調節するための多数のメタン調節バルブが設置されることが好ましい。
【００２１】
前記酸化剤供給管には、前記酸化剤供給ポンプから前記燃焼推進器の混合器に供給される酸化剤の圧力及び流量を調節するための多数の酸化剤調節バルブが設置されることが好ましい。
【００２２】
前記メタン供給ポンプから前記燃焼推進器に連結されるメタン供給管をノズル供給管及び燃焼室供給管にそれぞれ分岐し、前記ノズル供給管が、前記燃焼推進器のノズルの外側面に設置されたノズル冷却流路にメタンを供給し、これをノズル移送管に排出して再生冷却を行い、前記燃焼室供給管が、前記燃焼推進器の燃焼室の外側面に設置された燃焼室冷却流路にメタンを供給し、これを燃焼室移送管に排出して再生冷却を行うことで、前記ノズル及び燃焼室にそれぞれ独立的に再生冷却を行うように構成することが好ましい。
【００２３】
前記ノズル冷却流路は、前記ノズル供給管に連結され、前記燃焼推進器の中心部分からノズルの吐出終端部分にかけてノズルの外側面に設置され、ノズル移送管に引き出されており、前記燃焼室冷却流路は、前記燃焼室供給管に連結され、前記燃焼推進器の中心部分から燃焼室の入口部分にかけて外側面に設置され、燃焼室移送管に引き出されており、前記ノズル移送管及び燃焼室移送管は、メーン供給管に互いに合わせられ、燃焼推進器の混合器に気体状態の流体を供給するように構成することが好ましい。
【００２４】
前記ノズル冷却流路及び燃焼室冷却流路は、前記ノズル及び燃焼室に円形、楕円形または多角形の断面を有するパイプが螺旋形状に巻かれて形成されることが好ましい。
【００２５】
前記ノズル冷却流路及び燃焼室冷却流路の外側に冷却流路カバーを覆うことで、前記ノズル冷却流路及び燃焼室冷却流路を保護することが好ましい。
【００２６】
前記ノズル冷却流路及び燃焼室冷却流路は、ノズル及び燃焼室の外周面に凹溝を形成し、前記ノズル冷却流路及び燃焼室冷却流路の外側面に冷却流路カバーを覆うことで、チャネルを形成してメタンを移送することが好ましい。
【００２７】
前記ノズル冷却流路の入口のノズル供給管にノズル入口調節バルブを設置し、出口のノズル移送管にノズル出口調節バルブを設置し、前記ノズル入口及びノズル出口調節バルブを制御部で連動制御することで、ノズル冷却流路に移送されるメタンの圧力及び流量を効率的に調節し、前記燃焼推進器のノズルの設計変更を容易にすることが好ましい。
【００２８】
前記燃焼室冷却流路の入口の燃焼室供給管に燃焼室入口調節バルブを設置し、出口の燃焼室移送管に燃焼室出口調節バルブを設置し、前記燃焼室入口及び燃焼室出口調節バルブを連動制御することで、燃焼室冷却流路に移送されるメタンの圧力及び流量を効率的に調節し、前記燃焼推進器の燃焼室の設計変更を容易にすることが好ましい。
【００２９】
前記燃焼室移送管の一部を分岐してメタンガス供給管を構成し、前記燃焼室からエンタルピーを吸収してエネルギーが増加した気体状態のメタンを前記メタンガス供給管を通してガス発生器の混合器に供給することが好ましい。
【００３０】
前記メタンガス供給管には、メタンガスの逆流を防止するためのチェックバルブが設置されることが好ましい。
【００３１】
前記メタンガス供給管には、ガス発生器の混合器に供給する前にメタンガスの圧力及び流量を調節するための多数の調節バルブが設置されることが好ましい。
【００３２】
前記酸化剤分岐供給管には、酸化剤の逆流を防止するためのチェックバルブが設置され、ガス発生器の混合器に流入するガスの圧力及び流量を調節するための多数の調節バルブが設置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のロケット推進用メタンエンジンによると、次のような効果がある。
【００３４】
第一に、タービンによって駆動するメタン供給ポンプが、一部のメタンを燃焼推進器のノズルに設置されるノズル冷却流路に供給し、他の一部のメタンを燃焼推進器の燃焼室に設置される燃焼室冷却流路に供給することで、燃焼推進器の冷却特性をそのまま維持しながら混合器に供給されるメタン量を調節し、燃焼推進器の推力及び設計変更に対処可能な拡張性を提供する。
【００３５】
第二に、燃焼室冷却流路から吐出される気体状態のメタンの一部をガス発生器の混合器に供給することで、ガス発生器及び燃焼推進器の混合器に同一のインジェクターを適用することができ、部品の互換性を増大し、推進装置の部品数を減少し、ロケットエンジンの信頼性を提供する。
【００３６】
第三に、従来の灯油燃料に比べると、メタン燃料は、燃焼推進器を効率的に冷却するための再生冷却特性に優れている。
【００３７】
第四に、従来の水素燃料に比べると、メタン燃料は、常温で安定的であり、保管のために高い圧力に耐える高密閉タンクが必要でないという特徴を有する。
【００３８】
第五に、ロケット推進用エンジンで使用されるメタンは、燃焼推進器で使用された後、優れた環境親和性によって完全燃焼がなされ、タービンなどのエンジンの主要部分に燃焼廃棄物が残留しないので、再使用が可能であり、推進装置に信頼性及び反復性を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、添付した図面に基づいて本発明につき詳細に説明する。
【００４０】
図２は、本発明に係るロケット推進用メタンエンジンの全体構成図で、図３は、本発明に係るロケット推進用メタンエンジンのガス発生器及びタービンの詳細構成図で、図４は、本発明の一実施例に係るロケット推進用メタンエンジンの燃焼推進器の詳細構成図で、図５は、本発明の他の実施例に係るロケット推進用メタンエンジンの燃焼推進器の詳細構成図で、図６は、本発明に係るロケット推進用メタンエンジンの使用状態を示した図である。
【００４１】
本発明に係るロケット推進用メタンエンジンは、メタンガス供給管７２から供給されるメタンと酸化剤分岐供給管８８から供給される酸素とを混合し、メタンガスを噴射してこれに点火するガス発生器９４と、前記ガス発生器９４から発生するメタンガス火炎を用いて駆動力を発生するタービン３０と、前記タービン３０に同一軸に固定され、メタン貯蔵タンク３４に貯蔵された液体メタンを供給するメタン供給ポンプ３６と、前記タービン３０に同一軸に固定され、酸化剤貯蔵タンク８０に貯蔵された酸化剤を酸化剤供給管８４に供給する酸化剤供給ポンプ８２と、前記メタン供給ポンプ３６及び酸化剤供給ポンプ８２から供給されたメタン及び酸化剤をメタン供給管３８及び酸化剤供給管８４を通して受けて、ロケット、ミサイル及び宇宙往復船の発射体に推進力を提供するためのメタンを点火・噴射する燃焼推進器５０，１５０とを含んで構成される。
【００４２】
そして、前記メタン供給管３８には、前記メタン供給ポンプ３６から前記燃焼推進器５０，１５０の混合器５１，１５１に供給されるメタンの圧力及び流量を調節するための多数のメタン調節バルブ４０が設置される。
【００４３】
そして、前記酸化剤供給管８４には、前記酸化剤供給ポンプ８２から前記燃焼推進器５０，１５０の混合器５１，１５１に供給される酸化剤の圧力及び流量を調節するための多数の酸化剤調節バルブ８６が設置される。
【００４４】
前記メタン供給ポンプ３６から前記燃焼推進器５０，１５０に連結されるメタン供給管３８は、ノズル供給管４２と燃焼室供給管４４にそれぞれ分岐される。
【００４５】
一方、前記ノズル供給管４２は、前記燃焼推進器５０，１５０のノズル５４，１５４の外側面に設置されたノズル冷却流路５６，１５６にメタンを供給し、これをノズル移送管６４に排出することで、ノズル５４，１５４の再生冷却を行うように構成される。
【００４６】
そして、前記燃焼室供給管４４は、前記燃焼推進器５０，１５０の燃焼室５２，１５２の外側面に設置された燃焼室冷却流路５３，１５３にメタンを供給し、これを燃焼室移送管６６に排出することで、燃焼室５２，１５２の再生冷却を行うように構成される。したがって、前記ノズル５４，１５４と燃焼室５２，１５２にはそれぞれ独立的に再生冷却が行われる。
【００４７】
そして、前記ノズル冷却流路５６，１５６は、前記ノズル供給管４２に連結され、前記燃焼推進器５０，１５０の中心部分からノズル５４，１５４の吐出終端部分にかけてノズル５４，１５４の外側面に設置され、ノズル移送管６４に引き出される。
【００４８】
そして、前記燃焼室冷却流路５３，１５３は、前記燃焼室供給管４４，１４４に連結され、前記燃焼推進器５０，１５０の中心部分から燃焼室５２，１５２の入口部分にかけて外側面に設置され、燃焼室移送管６６に引き出される。
【００４９】
そして、前記ノズル移送管６４と燃焼室移送管６６は、メーン供給管６８に互いに合わせられ、燃焼推進器５０，１５０の混合器５１に気体状態の流体を供給するように構成される。
【００５０】
図４に示すように、前記ノズル冷却流路５６と燃焼室冷却流路５３は、前記ノズル５４と燃焼室５２に円形、楕円形または多角形の断面を有するパイプが螺旋形状に巻かれて形成されることが好ましい。
【００５１】
そして、前記ノズル冷却流路５６と燃焼室冷却流路５３の外側に冷却流路カバー６０を覆うことで、前記ノズル冷却流路５６と燃焼室冷却流路５３を保護するように構成される。
【００５２】
また、図５に示すように、前記ノズル冷却流路１５６と燃焼室冷却流路１５３は、ノズル１５４と燃焼室１５２の外周面に長さ方向に凹溝を形成し、前記ノズル冷却流路１５６と燃焼室冷却流路１５３の外側面に冷却流路カバー１６０を覆うことで、チャネルを形成してメタンを移送するように構成される。
【００５３】
一方、前記ノズル冷却流路１５６と燃焼室冷却流路１５３のチャネルは、図５に示すように、長さ方向に形成する方式の他に、螺旋方向に巻いたり、多様な方式でチャネルを形成してメタンを移送するように構成することができる。
【００５４】
そして、前記ノズル冷却流路５６，１５６の入口のノズル供給管４２にノズル入口調節バルブ４６を設置し、出口のノズル移送管６４にノズル出口調節バルブ６２を設置することで、前記ノズル入口及びノズル出口調節バルブ４６，６２を連動制御するので、ノズル冷却流路５６，１５６に移送されるメタンの圧力及び流量を効率的に調節し、前記燃焼推進器５０，１５０のノズル５４，１５４の設計変更（推力及び形状変更など）を容易にし、拡張性を提供するように構成される。
【００５５】
そして、前記燃焼室冷却流路５３，１５３の入口の燃焼室供給管４４に燃焼室入口調節バルブ４８を設置し、出口の燃焼室移送管６６に燃焼室出口調節バルブ５８を設置することで、前記燃焼室入口及び燃焼室出口調節バルブ４８，５８を連動制御するので、燃焼室冷却流路５３，１５３に移送されるメタンの圧力及び流量を効率的に調節し、前記燃焼推進器５０，１５０の燃焼室５２，１５２の設計変更（推力及び形状変更など）を容易にし、拡張性を提供するように構成される。
【００５６】
そして、前記燃焼室移送管６６の一部を分岐してメタンガス供給管７２を構成し、前記燃焼室５２，１５２からエンタルピーを吸収してエネルギーが増加した気体状態のメタンを前記メタンガス供給管７２を通してガス発生器９４の混合器７６に供給するように構成される。
【００５７】
そして、前記メタンガス供給管７２には、メタンガスの逆流を防止するためのチェックバルブ７０が設置される。
【００５８】
また、前記メタンガス供給管７２には、ガス発生器９４の混合器７６に供給する前にメタンガスの圧力及び流量を調節するための多数の調節バルブ７４が設置される。
【００５９】
そして、前記酸化剤分岐供給管８８には、酸化剤の逆流を防止するためのチェックバルブ９０が設置され、ガス発生器９４の混合器７６に流入するガスの圧力及び流量を調節するための多数の調節バルブ９２が設置される。
【００６０】
以下、添付した図面に基づいて本発明の作用及び効果を説明する。
【００６１】
まず、本発明に係るロケット推進用メタンエンジンの作動状態を説明すると、図３及び図６に示すように、メタンガス供給管７２から供給される気体状態のメタンガスと酸化剤分岐供給管８８から供給される液体状態の酸化剤をガス発生器９４の混合器７６に供給し、点火プラグ（図示せず）で点火して発生した火炎によってタービン３０の羽根を駆動させる。
【００６２】
前記メタンガス供給管７２と酸化剤分岐供給管８８には、ガス発生器９４の混合器７６に流入する入口部分にメタンと酸化剤の圧力を低下させるか、流動量を調節するための多数の調節バルブ７４，９２がそれぞれ設置される。
【００６３】
前記タービン３０が駆動すると、タービン３０の回転軸に一体に固定されたメタン供給ポンプ３６が回転することで、メタン貯蔵タンク３４に貯蔵された液体状態のメタンがポンピングされてメタン供給管３８に移送される。
【００６４】
そして、前記タービン３０の回転軸に一体に固定された酸化剤供給ポンプ８２が駆動すると、酸化剤貯蔵タンク８０に貯蔵された酸化剤溶液が酸化剤供給管８４に供給される。
【００６５】
一方、前記メタン供給管３８にメタン調節バルブ４０が設置されることで、流動するメタンの圧力と流量が調節される。
【００６６】
そして、前記メタン供給管３８がノズル供給管４２と燃焼室供給管４４の二つの管路に分岐され、これらノズル供給管４２と燃焼室供給管４４が、燃焼推進器５０の中心部分である燃焼室５２とノズル５４の境界部分に進入する。
【００６７】
このとき、図４に示すように、前記ノズル供給管４２は、ノズル冷却流路５６に連結され、前記ノズル冷却流路５６は、燃焼推進器５０のノズル５４の外周面にパイプが螺旋状に巻かれてから、ノズル５４の終端部分の外側でノズル移送管６４に連結される。
【００６８】
そして、前記燃焼供給管４４は、燃焼室冷却流路５３に連結され、前記燃焼室冷却流路５３は、燃焼推進器５０の燃焼室５２の外周面にパイプが螺旋状に巻かれてから、燃焼室５２の入口部分である混合器５１の前端部分の外側で燃焼室移送管６４に連結される。
【００６９】
前記ノズル冷却流路５６と燃焼室冷却流路５３は、円形、楕円形または多角形の断面を有するパイプ形状で形成されることが好ましく、前記燃焼室５２及びノズル５４から発生する高温の熱を液体状態のメタンが吸収し、３５００Ｋの温度と８０気圧の圧力にまで上昇する燃焼推進器５０の熱を吸収して燃焼推進器５０の再生冷却を行うので、燃焼推進器５０の過熱による溶融破壊を防止する。
【００７０】
前記ノズル冷却流路５６と燃焼室冷却流路５３の外周面には、これら冷却流路５６，５３を保護するための冷却流路カバー６０を覆うように構成することができる。
【００７１】
そして、前記ノズル冷却流路５６の前後端部分であるノズル供給管４２及びノズル移送管６４にノズル入口調節バルブ４６とノズル出口調節バルブ６２をそれぞれ設置することで、燃焼推進器５０のノズル５４に流動するメタンの移送量及び圧力を効率的に調節する。
【００７２】
そして、前記燃焼室冷却流路５３の前後端部分である燃焼室供給管４４及び燃焼室移送管６６に燃焼室入口調節バルブ４８及び燃焼室出口調節バルブ５８をそれぞれ設置することで、燃焼推進器５０の燃焼室５２に流動するメタンの移送量及び圧力を効率的に調節する。
【００７３】
前記ノズル冷却流路５６及び燃焼室冷却流路５３の流量を４個の調節バルブ４６，４８，６２，５８を用いて制御部で制御し、燃焼推進器５０のノズル５４及び燃焼室５２で必要なだけのメタン移送量及び圧力をそれぞれ調節できるので、燃焼推進器５０のノズル５４及び燃焼室５２の推力及び形状によって設計変更することができ、設計の拡張性を提供するという特徴を有する。
【００７４】
図５は、前記燃焼推進器１５０の他の実施例を示した図で、ノズル冷却流路１５６及び燃焼室冷却流路１５３は、管路形態でなく、燃焼室５２及びノズル５４の外周面に一定の深さを有する凹溝部を長さ方向に形成し、外部に冷却流路カバー１６０を覆うことで、メタンがノズル冷却流路１５６及び燃焼室冷却流路１５３のチャネルに流れながら再生冷却を行う構成を示している。
【００７５】
このとき、前記ノズル冷却流路１５６及び燃焼室冷却流路１５３のチャネルは、図５に示すように長さ方向に形成する方式の他に、螺旋方向に巻いたり、多様な方式でチャネルを形成してメタンを移送するように構成することができる。
【００７６】
一方、前記ノズル冷却流路５６，１５６及び燃焼室冷却流路５３，１５３に移送されて再生冷却を行うメタンは、液化天然ガス（ＬＮＧ）の主成分として、環境親和性及び再使用性に基盤を置いており、液体酸素である酸化剤や他の炭化水素系列の燃料に比べてメタンの熱容量が優秀であるので、冷却に有利であり、他の方式の壁冷却装置を別途に構成せずにも再生冷却のみで充分な冷却効果を提供することができる。
【００７７】
一方、前記ノズル移送管６４及び燃焼室移送管６６に移送されるメタンは、燃焼推進器５０のノズル５４及び燃焼室５２を通過しながら熱エネルギーを吸収してエンタルピーが高くなり、気体状態に近い高圧の流体状態に移送されてメーン供給管６８で合流される。
【００７８】
そして、メタンは、前記酸化剤供給管８４に供給される酸化剤と一緒に混合器１５１に流入し、混合器１５１のインジェクターから噴射されて点火プラグで点火され、燃焼室５２内で燃焼されながらノズル１５４によって火炎が噴射され、ロケット、ミサイル及び宇宙往復船などの推進体を発射する推力が発生するようになる。
【００７９】
一方、前記酸化剤供給管８４に多数の酸化剤調節バルブ８６が設置されることで、混合器５１に流入する酸化剤の量を調節し、大気圏外で酸素が不足する場合、燃焼推進器５０，１５０の推進時に充分な酸素を提供するようになる。
【００８０】
そして、前記酸化剤供給管８４から分岐される酸化剤分岐供給管８８に一部の酸化剤が供給され、前記酸化剤分岐供給管８８にチェックバルブ９０が設置されることで、酸化剤の逆流を防止する。
【００８１】
また、前記燃焼室移送管６６から分岐されるメタンガス供給管７２を通してメタンがガス発生器９４の混合器７６に供給され、気体状態に近い高圧のメタンを噴射するので、ガス発生器９４の混合器７６の噴射効率を高め、装置の信頼性を提供する。
【００８２】
以上、本発明がロケット推進用に適用される一実施例を開示したが、本発明は、ミサイルや宇宙往復船及びその他の推力を必要とする推進装置に広く使用可能である。
【００８３】
また、本発明を図面に示した実施例を参照して説明したが、この実施例は例示的なものに過ぎず、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、この実施例から様々な変形および均等な他の実施例に想到し得ることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】従来の灯油または水素を用いたロケット推進エンジンの概略的な構成図である。
【図２】本発明に係るロケット推進用メタンエンジンの全体構成図である。
【図３】本発明に係るロケット推進用メタンエンジンのガス発生器及びタービンの詳細構成図である。
【図４】本発明の一実施例に係るロケット推進用メタンエンジンの燃焼推進器の詳細構成図である。
【図５】本発明の他の実施例に係るロケット推進用メタンエンジンの燃焼推進器の詳細構成図である。
【図６】本発明に係るロケット推進用メタンエンジンの使用状態を示した図である。
【符号の説明】
【００８５】
３０  タービン
３４  メタン貯蔵タンク
３６  メタン供給ポンプ
４０  メタン調節バルブ
４２  ノズル供給管
４４  燃焼室供給管
４６  ノズル入口調節バルブ
４８  燃焼室入口調節バルブ
５０，１５０  燃焼推進器
５１，１５１  混合器
５２，１５２  燃焼室
５３，１５３  燃焼室冷却流路
５４，１５４  ノズル
５６，１５６  ノズル冷却流路
５８  燃焼室出口調節バルブ
６０，１６０  冷却流路カバー
６２  ノズル出口調節バルブ
６４  ノズル移送管
６６  燃焼室移送管
６８  メーン供給管
７０  チェックバルブ
７２  メタンガス供給管
７４  調節バルブ
７６  混合器
８０  酸化貯蔵タンク
８２  酸化剤供給ポンプ
８４  酸化剤供給管
８８  酸化剤分岐供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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