(57)【要約】  液体推進薬ロケットエンジンのインジェクタ要素が、酸化剤導管と、酸化剤導管の下流でその酸化剤導管と流体的に連結された中央キャビティと、酸化剤導管を少なくとも部分的に取り囲むとともに、点火流体供給部の下流でその点火流体供給部と流体的に連結された第１の環状部と、酸化剤導管を少なくとも部分的に取り囲むとともに、燃料供給部の下流でその燃料供給部と流体的に連結された第２の環状部と、を含む。第２の環状部は、第１の環状部と中央キャビティとの間に流体的に連結される。
2019525057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体推進薬ロケットエンジンのインジェクタ要素であって、
酸化剤導管と、
前記酸化剤導管の下流で該酸化剤導管と流体的に連結された中央キャビティと、
前記酸化剤導管を少なくとも部分的に取り囲む第１の環状部であって、点火流体供給部の下流で該点火流体供給部と流体的に連結された第１の環状部と、
前記酸化剤導管を少なくとも部分的に取り囲む第２の環状部であって、燃料供給部の下流で該燃料供給部と流体的に連結されるとともに、前記第１の環状部と前記中央キャビティとの間に流体的に連結された第２の環状部と、
を備えた、インジェクタ要素。
【請求項２】
前記第１の環状部および前記第２の環状部が、前記酸化剤導管と同軸であることを特徴とする請求項１に記載のインジェクタ要素。
【請求項３】
前記第２の環状部が、複数の入口ポートを含むことを特徴とする請求項１に記載のインジェクタ要素。
【請求項４】
前記入口ポートのうちの一つまたは複数が、前記酸化剤導管の中心軸に関して傾斜していることを特徴とする請求項３に記載のインジェクタ要素。
【請求項５】
前記第１の環状部と前記第２の環状部とが、供給ポートによって流体的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のインジェクタ要素。
【請求項６】
前記酸化剤導管、前記第１の環状部、および前記第２の環状部が、単一のモノリシックな部品であることを特徴とする請求項１に記載のインジェクタ要素。
【請求項７】
液体推進薬ロケットエンジンのインジェクタ要素であって、
中央キャビティと、
一次流体を前記中央キャビティへと供給するように前記中央キャビティに開口する導管と、
前記導管に隣接した第１の供給チャンバであって、第１の流路と、第１の流体を前記第１の流路へと供給するための第１の入口ポートと、を含んだ、第１の供給チャンバと、
前記導管に隣接した第２の供給チャンバであって、第２の流路と、第２の流体を前記第２の流路へと供給するための一つまたは複数の第２の入口ポートと、を含んだ、第２の供給チャンバと、
前記第１の流体を前記第１の流路から前記第２の流路へと供給するように、前記第１の流路と前記第２の流路とを流体的に接続する供給ポートと、
を備え、
前記第２の流路が、前記第１の流体または前記第２の流体を前記中央キャビティへと供給して前記一次流体と混合させるように、前記中央キャビティに開口した、インジェクタ要素。
【請求項８】
前記第１の供給チャンバおよび前記第２の供給チャンバは、前記導管と同軸であることを特徴とする請求項７に記載のインジェクタ要素。
【請求項９】
前記一つまたは複数の第２の入口ポートが、複数の第２の入口ポートを含むことを特徴とする請求項７に記載のインジェクタ要素。
【請求項１０】
前記第２の入口ポートが、前記導管の中心軸に関して傾斜していることを特徴とする請求項９に記載のインジェクタ要素。
【請求項１１】
前記第１の入口ポートを介して前記第１の流路と流体的に接続された第１の流体源と、前記一つまたは複数の第２の入口ポートを介して前記第２の流路と流体的に接続された第２の、異なる流体源と、をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のインジェクタ要素。
【請求項１２】
前記第２の供給チャンバが、軸方向に前記第１の供給チャンバと前記中央キャビティとの間にあることを特徴とする請求項７に記載のインジェクタ要素。
【請求項１３】
前記第１の供給チャンバおよび前記第２の供給チャンバが、それぞれ、環状であることを特徴とする請求項７に記載のインジェクタ要素。
【請求項１４】
スロート部を含んだ燃焼室と、
前記スロート部の後方のノズルと、
前記燃焼室へと開口するインジェクタ要素と、
を備えた液体推進薬ロケットエンジンであって、前記インジェクタ要素が、
中央導管と、
前記中央導管を少なくとも部分的に取り囲む第１の環状部と、
前記中央導管を少なくとも部分的に取り囲む第２の環状部と、
前記第１の環状部と流体連通するとともに、前記第１の環状部へと開口する流体導管を含んだマニホルドと、
を含んだ、液体推進薬ロケットエンジン。
【請求項１５】
前記第１の環状部および前記第２の環状部が、前記中央導管と同軸であることを特徴とする請求項１４に記載の液体推進薬ロケットエンジン。
【請求項１６】
前記流体導管が、前記第１の環状部への唯一の供給ラインであることを特徴とする請求項１５に記載の液体推進薬ロケットエンジン。
【請求項１７】
前記第２の環状部が、複数の入口ポートを含むことを特徴とする請求項１６に記載の液体推進薬ロケットエンジン。
【請求項１８】
前記第１の環状部と前記第２の環状部とが、供給ポートによって流体的に接続されることを特徴とする請求項１７に記載の液体推進薬ロケットエンジン。
【請求項１９】
前記入口ポートのうちの一つまたは複数が、前記中央導管の中心軸に関して傾斜していることを特徴とする請求項１８に記載の液体推進薬ロケットエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本開示は２０１６年７月１９日に出願された米国特許仮出願第６６２，３６４，２５７号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体推進薬ロケットエンジンは燃料推進薬および酸化剤推進薬によって推進される。一例の燃料推進薬はＲＰ−１（ロケット推進薬−１）などの炭化水素燃料である。一例の酸化剤推進薬は酸素である。一般に、液体推進薬ロケットエンジンは、ＲＰ−１の燃焼を酸素によって点火させる点火装置を使用する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一例による液体推進薬ロケットエンジンのインジェクタ要素が、酸化剤導管と、酸化剤導管の下流でその酸化剤導管と流体的に連結された中央キャビティと、酸化剤導管を少なくとも部分的に取り囲む第１の環状部と、を含む。第１の環状部は、点火流体供給部の下流でその点火流体供給部と流体的に連結され、第２の環状部が、酸化剤導管を少なくとも部分的に取り囲む。第２の環状部は、燃料供給部の下流でその燃料供給部と流体的に連結されるとともに、第１の環状部と中央キャビティとの間に流体的に連結される。
【０００４】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、第１の環状部および第２の環状部は、酸化剤導管と同軸である。
【０００５】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、第２の環状部が、複数の入口ポートを含む。
【０００６】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、入口ポートのうちの一つまたは複数が、酸化剤導管の中心軸に関して傾斜している。
【０００７】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、第１の環状部と前記第２の環状部とが、供給ポートによって流体的に接続される。
【０００８】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、酸化剤導管、第１の環状部、および第２の環状部が、単一のモノリシックな部品である。
【０００９】
本発明の一例による液体推進薬ロケットエンジンのインジェクタ要素が、中央キャビティと、一次流体を中央キャビティへと供給するように中央キャビティに開口する導管と、導管に隣接した第１の供給チャンバと、を含む。第１の供給チャンバは、第１の流路と、第１の流体を第１の流路へと供給するための第１の入口ポートと、を有する。第２の供給チャンバが導管に隣接する。第２の供給チャンバは、第２の流路と、第２の流体を第２の流路へと供給するための一つまたは複数の第２の入口ポートと、を有する。供給ポートが、第１の流体を第１の流路から第２の流路へと供給するように、第１の流路と第２の流路とを流体的に接続する。第２の流路が、第１の流体または第２の流体を中央キャビティへと供給して一次流体と混合させるように、中央キャビティに開口する。
【００１０】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、第１の供給チャンバおよび第２の供給チャンバは、導管と同軸である。
【００１１】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、一つまたは複数の第２の入口ポートが、複数の第２の入口ポートを含む。
【００１２】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、第２の入口ポートが、導管の中心軸に関して傾斜している。
【００１３】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例が、第１の入口ポートを介して第１の流路と流体的に接続された第１の流体源と、一つまたは複数の第２の入口ポートを介して第２の流路と流体的に接続された第２の、異なる流体源と、を含む。
【００１４】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、第２の供給チャンバが、軸方向に第１の供給チャンバと中央キャビティとの間にある。
【００１５】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、第１の供給チャンバおよび第２の供給チャンバが、それぞれ、環状である。
【００１６】
本発明の一例による液体推進薬ロケットエンジンが、スロート部を含んだ燃焼室と、スロート部の後方のノズルと、燃焼室へと開口するインジェクタ要素と、を含む。インジェクタ要素は、中央導管と、中央導管を少なくとも部分的に取り囲む第１の環状部と、中央導管を少なくとも部分的に取り囲む第２の環状部と、第１の環状部と流体連通するマニホルドと、有する。マニホルドは、第１の環状部へと開口する流体導管を含む。
【００１７】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、第１の環状部および第２の環状部は、中央導管と同軸である。
【００１８】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、流体導管は、第１の環状部への唯一の供給ラインである。
【００１９】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、第２の環状部が、複数の入口ポートを含む。
【００２０】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、第１の環状部と第２の環状部とが、供給ポートによって流体的に接続される。
【００２１】
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、入口ポートのうちの一つまたは複数が、中央導管の中心軸に関して傾斜している。
【００２２】
以下の詳細な説明から本発明の様々な特徴や利点が当業者にとって明らかとなるであろう。詳細な説明に添付の図面を以下のように簡単に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】液体推進薬ロケットエンジンの一例を示す図である。
【図２】ロケットエンジンの一例のインジェクタ要素を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は液体推進薬ロケットエンジン２０を概略的に示す。エンジン２０は、燃焼室２４内での燃焼を開始させるように、点火流体供給部２２からの点火流体（例えば、トリエチルアルミニウム−トリエチルボラン）を利用する自燃性エンジンである。点火流体が、酸化剤供給部２８からの酸化剤（例えば、液体酸素）とともにインジェクタシステム２６に供給される。一度燃焼が開始すると、燃料供給部３０からの燃料がインジェクタシステム２６へと供給されて、酸化剤とともに燃焼する。燃焼ガスはスロート部３２を通して加速され、次いで推進力を発生させるようにノズル３４を通して放出される。
【００２５】
インジェクタシステム２６は一つまたは複数のインジェクタ要素３６を含む。インジェクタ要素３６の代表的な一つを図２の断面図に示す。以下に記載するように、インジェクタ要素３６は３つの異なる推進薬流体、ここでは酸化剤、点火流体、および燃料を噴射するように構成される。理解されるように、ロケットエンジン２０を示すが、インジェクタ要素３６はまた他種のエンジンにも利益を供与しうる。
【００２６】
図示のように、インジェクタ要素３６には燃焼室２４に隣接する面板３８が取り付けられている。インジェクタ要素３６は燃焼室２４へと開口する噴射中央キャビティ４０を含む。中央導管４２、ここでは酸化剤源２８と流体的に接続された酸化剤導管が、一次流体（酸化剤）を中央キャビティ４０に供給するように、その中央キャビティ４０へと開口する。中央導管４２は中心軸Ａを画定する。この例では、中央導管４２は細長い管である。
【００２７】
第１および第２の供給チャンバ４４／４６が中央導管４２に隣接して存在する。第２の供給チャンバ４６は軸方向に第１の供給チャンバ４４と中央キャビティ４０の間にある。この例では、供給チャンバ４４／４６は環状であり、第１の供給チャンバ４４は第１の環状部を有し、第２の供給チャンバは第２の環状部を有する。例えば、それらの環状部は中央導管４２に完全に外接するすなわちこれを完全に取り囲む。代替的な例では、供給チャンバ４４／４６は中央導管４２を部分的にだけ取り囲みうる。
【００２８】
第１の供給チャンバ４４は、第１の流路４４ａと、点火流体などの第１の流体を第１の流路４４ａへと供給する第１の入口ポート４４ｂと、を含む。この例では、入口ポート４４ｂは、マニホルド４８の流体導管４８ａに連結される。一例として、流体導管４８ａは第１の供給チャンバ４４への唯一の供給ラインである。図示しないが、マニホルド４８は点火流体を複数のインジェクタ要素３６へと供給する複数の流体導管を有する。
【００２９】
第２の供給チャンバ４６は、第２の流路４６ａと、燃料などの第２の流体を第２の流路４６ａへと供給する一つまたは複数の第２の入口ポート４６ｂと、を有する。第１の入口ポート４４ｂとは異なり、第２の入口ポート４６ｂは供給ラインには直接接続しない。寧ろ、第２の入口ポート４６ｂはインジェクタ要素３６を取り囲むプレナム５０に開口する。プレナム５０は燃料を複数のインジェクタ要素３６に供給する。
【００３０】
第１および第２の流路４４ａ／４６ａは供給ポート５２を介して互いに流体的に接続される。従って第１の流路４４ａに供給される流体は供給ポート５２を通して第２の流路４６ａへと供給される。第２の流路４６ｂは、中央キャビティ４０へと開口し、第１の流体または第２の流体を噴射キャビティ４０へと供給して、中央導管４２からの一次流体と混合させる。
【００３１】
作動中、インジェクタ要素３６は、３つの推進薬  −  酸化剤、点火流体、および燃料を導く役割を果たす。初めに、エンジン２０を起動するように、酸化剤が、酸化剤供給源２８から中央導管４２を通して供給される。点火流体が、点火流体供給部２２からマニホルド４８および流体導管４８ａを通して第１の供給チャンバ４４の第１の流路４４ａへと供給される。次いで点火流体が供給ポート５２を通して第２の供給チャンバ４６の第２の流路４６ａへと通流する。点火流体は、第２の流路４６ａから中央キャビティ４０へと放出される。中央キャビティ４０では、点火流体が、燃焼室２４内で自己点火してエンジン２０を起動させるように、中央導管４２からの酸化剤と混合される。
【００３２】
燃焼の開始後、点火流体の流れが停止され、燃料供給部３０からの燃料がプレナム５０を通してインジェクタ要素３６へと供給される。燃料が、第２の入口ポート４６ｂを通して第２の流路４６ａへと通流する。この例では、第２の入口ポート４６ｂは、ポート中心軸線「Ｓ」で示されるように、中心軸Ａに関して傾斜している。一例では、中心軸線Ｓはまた、燃料が第２の流路４６ａに流入するに従い燃料の旋回流を生じさせてその混合を促進するように、中心軸Ａと交差しない。次いで燃料が第２の流路４６ａから中央キャビティ４０へと放出され、そこで燃料が中央導管４２からの酸化剤と混合されて、燃焼室２４で燃焼される。
【００３３】
インジェクタ要素３６は、付加製造法を用いて製造されうる。付加製造は、コンピュータモデル（例えば、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイル）に従った、インジェクタ要素３６などのコンポーネントの一層ごとの構築を伴う。一例の付加製造法は、これに限定しないが、選択的レーザ溶融法、および電子ビーム溶解法を含む。インジェクタ要素３６は、付加製造によって形成される場合、複数の従属部品の間に機械式継手や溶接継手の存在しない、単一のモノリシックな部品である。例えば、中央導管４２、第１の供給チャンバ（環状部）４４、第２の供給チャンバ（環状部）４６、および流体導管４８ａが、単一の一体構造となるように、中央導管４２、第１の供給チャンバ（環状部）４４、第２の供給チャンバ（環状部）４６、および流体導管４８ａが、付加製造によって製造される。
【００３４】
特徴部の組合せを図示の例に示したが、本開示の様々な実施例の利点を実現するようにそれらの全てを必ずしも組み合わせる必要はない。換言すれば、本開示の実施例によって設計された装置は、図面の一つに示された特徴部の全て、または図面に概略的に示された部分の全てを必ずしも含む必要はない。さらに、一実施例の選択された特徴部を別の実施例の選択された特徴部と組み合わせてもよい。
【００３５】
上記の記載は本質的に限定的ではなく例示的なものである。開示の例に対する変更、修正が本開示から必ずしも逸脱することなく当業者にとって明らかとなるであろう。本開示に所与の法的保護の範囲は以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定することができる。
【図１】
2019525057.tif 000003
【図２】
2019525057.tif 000004
【国際調査報告】
2019525057.tif 000005
2019525057.tif 000006