(57)【要約】【課題】小型且つ比較的簡単な構造によりゼロ乃至超音速の広い速度範囲にわたり高効率で動作するイジェクタラムジェットエンジンおよびインジェクタアセンブリを提供する。【解決手段】インジェクタベースエンジンは、イジェクタラムジェットエンジン１の１例であり、インレット２、混合器４、拡散器５、燃焼器６、および出口ノズル８の通常増強ラムジェット素子を有する推進ダクトであり、ゼロから超音速で動作可能である。拡散器４の上流端には、流体フローパス内にインジェクタアセンブリ５０が取り付けられ、イジェクタ３を形成する。このインジェクタアセンブリ５０は、１以上のインジェクタリングを有し、それぞれ交互にオフセットされたインジェクタ排出ノズル５３又はスロットを有し、エンジンの内壁１４又はエンジンの長手軸９に向けて流体を導き、流体の混合を改善し、混合部を短くする。インジェクタ排出ノズル５３への流体の供給は、インジェクタリング内のインジェクタチャンバ５５に連結された燃料フローポンプおよびその他の素子又は拡散器４の外部のインジェクタコンバスタ１５により行う。
2005517862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼロから超音速の速度範囲で飛行する乗物と共に使用するのに好適なイジェクタラムジェットエンジンであって、下流に配置された混合器に取り付けられた可変インレットシステムを有するインレット、該インレットとの交差部の近傍の流体流れ領域に取り付けられたインジェクタアセンブリを含みイジェクタを形成する混合器、および前記インジェクタアセンブリに連結された流体供給システムを備え、前記インジェクタアセンブリは内部に複数のインジェクタ排出ノズルを有し、前記インジェクタ排出ノズルは下流の流れ方向へ解放される流体を部分的に前記エンジンの長手軸方向からオフセットし、前記インジェクタノズルは、前記エンジンの長手軸から離間するおよび近づく方向に鋭角でラジアル的にオフセットされ、そして前記インジェクタアセンブリはエンジンの内壁に取り付けられた支持素子により混合器内に支持され、前記混合器の下流に取り付けられ、該混合器に対して拡大する断面積を有する拡散器、該拡散器の下流に取り付けられた混合器および連結された前記流体供給システムに対して大きな断面積を有する燃焼器、該燃焼器の下流に取り付けられ、該燃焼器に対して拡張する断面積を有し、前記燃焼器および前記出口ノズル間にチョーク制限点を有する出口ノズルを備えることを特徴とするイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項２】
前記可変インレット制御システムは、インレットフェアリングを移動させるアクチュエータシステム、内部インレットポート内でフラップを移動させる第２アクチュエータシステム、下流のイジェクタ、燃焼器および可変面積出口ノズルの作用によりショックトレインが含まれる固定アイソレータを備え、該固定アイソレータは、前記インレットの相対圧縮を前記インレットフェアリングアクチュエータにより制御され、圧力回復および空気流を最大化し、しかも前記固定アイソレータは、前記インレットの漏れドラグをインレットフラップアクチュエータにより制御して前記インレットの漏れドラグを最小化することを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項３】
前記インジェクタアセンブリは、内部にインジェクタ排出ノズルを有するインジェクタリングを備えることを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項４】
前記インジェクタアセンブリは、内部に複数のインジェクタ排出ノズルを有する複数のラジアル支柱を備えることを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項５】
前記インジェクタアセンブリは、内部に複数のインジェクタ排出ノズルを有し、それに取り付けられたリングセグメントを有する複数のラジアル支柱を備えることを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項６】
前記インジェクタアセンブリは、内部に複数のインジェクタ排出ノズルを有するラジアル支柱および複数のインジェクタリングの組み合わせを備えることを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項７】
前記複数のインジェクタリングは、複数の摺動可能なコネクションを有することを特徴とする請求項１に記載のインジェクタアセンブリ。
【請求項８】
前記排出ノズルは、前記長手軸からのラジアル距離に対して可変関数開口として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインジェクタアセンブリ。
【請求項９】
前記インジェクタアセンブリに連結された前記流体供給システムは、外部ガス発生器であることを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項１０】
前記インジェクタアセンブリに連結された前記流体供給システムは、インジェクタ燃焼器であることを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項１１】
前記インジェクタアセンブリに連結された前記流体供給システムは、前記インジェクタアセンブリ内の燃焼器用の燃料および酸化剤であることを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項１２】
隣接するインジェクタ排出ノズルは、それぞれ前記エンジンの長手軸から離間するおよび近づくように交互にオフセットされていることを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項１３】
前記インジェクタ燃焼器および前記インジェクタアセンブリは、亜音速および超音速フローストリーム内にスクラムジェットガス燃料を使用することを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項１４】
前記出口ノズルは、中央ボディーフェアリングに取り付けられた可動プラグを有し、チョーク制限位置を可変することを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項１５】
前記インジェクタ燃焼器は、高温ガスげんをダクトするロケットであることを特徴とする請求項１０に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項１６】
前記イジェクタは、ノーマルラムジェットおよびスクラムジェット速度で高速および高高度動作中に推力を増加する推力増加手段として機能し、前記インジェクタアセンブリへの流体フローを増加して前記イジェクタラムジェットエンジンの動作限界を増加し、そしてノーマル乃至希薄な燃料対空気比を使用して前記混合器および燃焼器間の空気を冷却することを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項１７】
低速度動作中は、流体を出口ノズル分岐部に注入し、前記出口ノズル内の排気分離を起こし且つ該分離の位置を制御することを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項１８】
前記出口ノズルの超音速作用中に前記出口ノズルの分岐部に流体を注入し、推力ベクトルの位置を変更することを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項１９】
パイロットデバイスを介してイジェクタラムジェットエンジンの周りの空気ストリームフロー中に燃料が注入され、フレーム保持デバイスがフレーム位置を維持し、且つ制御バルブを有するインジェクションデバイスが燃焼プロセスで生じた力ベクトルを制御することを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項２０】
ターボジェット、ターボファン、ターボラムジェット、スーパーチャージイジェクタラムジェット等のジェットエンジンの流体フローパス内および垂直方向にリフトするため方向付けられたガス流を使用する航空機等におけるその他のガスフローパス内の取り付けに好適なインジェクタアセンブリにおいて、内部に複数のインジェクタ排出ノズルを有するインジェクタアセンブリ、下流フロー方向へ流体の解放を方向付け、前記流体フローパスの長手軸から離間しおよびそれに向かうように部分的に鋭角でラジアル的にオフセットされた複数のインジェクタ排出ノズル、および支持素子により前記流体フロー中に支持されたインジェクタアセンブリを備えることを特徴とするインジェクタアセンブリ。
【請求項２１】
前記複数のインジェクタ排出ノズルは、インジェクタリング内に形成されることを特徴とする請求項２０に記載のインジェクタアセンブリ。
【請求項２２】
前記複数のインジェクタ排出ノズルは、複数のラジアル支柱内に形成されることを特徴とする請求項２０に記載のインジェクタアセンブリ。
【請求項２３】
前記複数のインジェクタ排出ノズルは、それに取り付けられたリングセグメントを有する複数の支柱内に形成されることを特徴とする請求項２０に記載のインジェクタアセンブリ。
【請求項２４】
前記複数のインジェクタ排出ノズルは、インジェクタリングおよびラジアル支柱の組み合わせ内に形成されることを特徴とする請求項２０に記載のインジェクタアセンブリ。
【請求項２５】
前記インジェクタリングは、内部に摺動コネクションを有することを特徴とする請求項２１に記載のインジェクタアセンブリ。
【請求項２６】
前記複数の排出ノズルは、前記長手軸からラジアル距離に対して変化する関数の開口として形成されることを特徴とする請求項２０に記載のインジェクタアセンブリ。
【請求項２７】
隣接するインジェクタノズルは、それぞれ前記長手軸から離間しおよびそれに向かう鋭角で交互にオフセットされていることを特徴とする請求項２０に記載のインジェクタアセンブリ。
【請求項３０】
前記流体供給システムは、前記インジェクタシステム内で酸化剤として使用する空気の液化および液化空気の貯蔵を行う熱交換システムを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項３１】
前記熱交換システムは、内部にインレットポートを有する空気インレットを有し、該空気インレットは二次プレクーラアセンブリおよび一次プレクーラアセンブリと流体連通する空気液化ユニット、前記一次プレクーラアセンブリおよび液化空気を液化空気貯蔵タンクへポンピングするサンプ（溜め）と流体連通し、液化空気をイジェクタラムジェットエンジンへ供給するアウトレットポートを有するコンデンサ、および前記空気液化ユニットにより受け取られた空気に対して温度差を有し、空気を凝縮して液化空気にするのに十分な冷却を行う液化水素を備え、前記コンデンサは液化水素を受け取るインレットポートを有し、前記コンデンサは前記一次プレクーラアセンブリと流体連通して液化水素をそこへ伝達し、その後液化水素出口ポートを有する二次プレクーラに伝達することを特徴とする請求項３０に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項３２】
前記空気インレットは、湿潤剤インジェクションシステムを有することを特徴とする請求項３１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項３３】
前記空気インレットは、スプレイ冷却システムを有することを特徴とする請求項３１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項３４】
前記空気インレットは、前記インレットの下流に空気ポンプを有することを特徴とする請求項３１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項３５】
水および液体以外の流体を除去するセパレータが、一次プレクーラおよび二次プレクーラ間にこれらと連通して設けられ、前記液体水素は先ず前記一次プレクーラを通過し、その後二次プレクーラを通過することを特徴とする請求項３１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項３６】
複数の一次プレクーラがあることを特徴とする請求項３１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【請求項３７】
複数の二次プレクーラがあることを特徴とする請求項３１に記載のイジェクタラムジェットエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイジェクタベースエンジン（Ejector Based Engine）に関し、特にエアクラフト、エアロスペースクラフト、ミサイルおよびロケット等の動力飛行乗物に使用される装置に関する。この改良されたエンジン装置は、イジェクタおよびその他のエンジン要素の組み合わせで、広範囲の速度において優れた効率のエンジンが提供可能である。
【背景技術】
【０００２】
現在開示されている文献には、ラムジェットエンジンの構造およびインジェクタを、ラムジェットを含む種々のエンジンに使用して、イジェクタをエンジンのラムジェットサイクルと協働させる多くの技術が開示されている。しかし、本発明である改良されたイジェクタラムジェットエンジンと同じ発明者による米国特許第５，９４６，９０４号に開示されたもの以外に、ゼロ速度からハイパーソニック（超音速）で動作する実用的且つ動作可能なイジェクタラムジェットエンジンは存在しないようである。
【０００３】
このイジェクタラムジェットエンジンは、従来のラムジェットエンジンに対してシーレベルスタティック推力（スラスト）および低飛行速度でのエンジン推力等の利点を提供する。一定の飛行条件で、イジェクタラムジェットは、従来のラムジェットエンジンよりも大きいエンジン推力が提供可能である。これは、ラムジェット推力が乗物の要求を満足しないフライト乗物の音速に近い加速および超音速／高高度飛行条件において特に有利である。コンバスタにおける高圧および温度レベルでの改良されたコンバスタ性能も実現でき、これによりラムジェットエンジンで可能であるよりも高高度飛行を可能にする。
【０００４】
また、イジェクタラムジェットは、過剰オキシダイザのインジェクションを可能にし、更に推力が増加可能である。
【０００５】
ジェトエンジン又はラムジェットエンジンを増加させる種々の方法が、例えば１９９２年７月１４日に特許された米国特許第５，１２９，２２７号および１９９４年７月１２日に特許された米国特許第５，３２７，７２１号に開示されている。米国特許第５，１２９，２２７号の場合には、多くの燃料を含む噴射物が、イジェクタを形成するダクトの混合ゾーンに導かれる。合成又は等価レシオおよび注入されたガスの温度は制御され、混合ダクト内での燃焼を防止する。また、ダクトの壁に沿う速度もインジェクタの構造により制御され、コンバスタから燃焼の上流への伝播の防止を助ける。
【０００６】
米国特許第５，３２７，７２１号に関して、関連技術に開示される流体の同調化（エントレインメント）を改善する相当複雑なシステムが提示されている。インジェクタが変調され、一次流体ジェットのイジェクタ内への方向を交互に変化し、二次流体を同調化する。一次ジェットの振動により、推進ダクト内の一次および二次流体間のエネルギー交換を実質的に非粘着性で行う。
【０００７】
流体の混合又はハイパーミックスする技術は、１９８１年３月２４日に特許された米国特許第４，２５７，２２４号および１９７２年３月発行のリチャード・ビー・ファンチャー著のエアークラフトジャーナルＶｏｌ．９、Ｎｏ．３、第２４３−２４８ページ『ローエリアレシオ、スラスト増加イジェクタ』に例示されている。米国特許第４，２５７，２２４号は、混合領域の初め付近で活性エレメントを使用して２つの流体の混合を改善する方法および装置を提示している。混合領域の流れ軸に略法線方向の周りに２つの流体内に振動が誘起される。
【０００８】
一方、ファンチャーの文献は、各種ハイパーミックス技術について論じ且つ実験イジェクタデザインおよびセットアップの開示を含んでいる。この開示されたデザインは、主（プライマリ）ノズルを使用しており、このノズルは、長さ１．５インチ（約３８ミリ）の２４エレメントにセグメント（区分）されている。各エレメントは、その排出マス（質量）に、ノズルの主軸および流体の流れ軸の双方に対して法線方向の速度成分を与え、このラテラル速度成分は、エレメント毎に切り替えられた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ゼロ速度からハイパーソニック（超音速）で動作する実用的且つ動作可能なイジェクタラムジェットエンジンを提供できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１実施例は、可変ジェオメトリラムジェットエンジン、イジェクタシステムおよび空気液化システムの組み合わせを使用し、高度に効率化、軽量推進システムに集積されている。インレット（入口又は取り込み口）は、ハイパーソニック（超音速）空気呼吸乗物の動作プロファイルにマッチするよう設計されている。低速動作では、インレットコウル（集風器）はドラグ（抵抗）を最小にするポイントまで閉じられる。空気液化システムの空気は、エンジンインレット内の可動フラップによりダクト状にしても良く、その結果、液化された空気がイジェクタシステム内で使用されるか又は後で使用されるように貯蔵される。高速飛行の場合には、インレットコウルは最大位置に開き、エンジンが使用できる最大量の空気を捉え、これにより推力を最大にする。
【００１１】
エンジンの長手軸、即ち流体フロー軸に対して方向が交互に変化するスロットノズルを有するインジェクタアセンブリ（組立体）は、混合部の上流端部に配置されている。ラムジェットエンジンに対して、外又は内燃焼室がインジェクタアセンブリのガスを発生させるようにしても良い。ラムジェットエンジンがゼロから超音速の速度範囲にわたり動作する乗物に動作するために、液化空気サイクルプロセスを、乗物に貯蔵された液化水素冷却特性を使用するインジェクタと共に使用し、インジェクタ燃焼室の酸化剤として環境空気を液化するか、又は初期のゼロ又は低速度において貯蔵した液化空気および液化空気サイクルプロセスの組み合わせでも良い。過剰な液化空気を貯蔵することにより、インレットに取り込まれる空気流が、燃焼器（コンバスタ）内の燃焼を支持するには十分な圧力でない乗物高度のとき、インレットに取り込まれる空気流を増加するために使用しても良い。液化空気の収集および貯蔵は、ランディング（着陸）アプローチおよびその後のパワーオンランディング中の待機（ロイターリング）又は旋回（サークリング）等の低速動作を行う他の時間に使用しても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、ゼロから超音速の速度範囲で動作するイジェクタラムジェット推進システム又はエンジン装置を含んでいる。また、このイジェクタラムジェットエンジンは、シーレベル（海面）から１５０，０００フィート（約４５，０００メートル）以上の高度で動作し得る。
【００１３】
本発明の他の実施例は、インジェクタ技術を応用してターボジェット、ターボファン、ターボラムジェット、ターボスクラムジェット、スーパーチャージドイジェクタラムジェットオヨ細の他の各種エンジンの如きジェットエンジンのフローパスを増加することを含む。
【００１４】
ここに提示される説明によると、本発明のその他の目的は、以下の説明および図面を参照すると明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下の詳細説明は、本発明を実施する現在最適と考えられる実施例である。しかし、この説明は、本発明を限定するものと取られるべきではなく、単に本発明の一般的な原理を示すことを目的とするものと解すべきである。
【００１６】
イジェクタラムジェット推進システム又はエンジンは、一般的に理解されている増加された可変ジェオメトリラムジェットエンジンであっても良く、インレット、混合器（ミキサ）、拡散器（ディフューザ）、燃焼器（コンバスタ）および出口ノズルエレメント（素子）又はセクション（区分）がインレットから出口ノズルまで、この順序に一体的に連結されている。このエンジンは、エンジン動作サイクルにおいて各素子の機能を実行し且つ乗物のマウンティングを可能にする任意形状であっても良い。一実施例で説明される如く、円形断面のエンジンは、矩形のインレットフェアリング（流線型の覆い）と一体であっても良い。
【００１７】
内部にインジェクタチャンバ（室）を有するインジェクタストラクチャは、エンジンの長手軸に法線方向の混合部の上流端部に取り付けられて、イジェクタ素子を形成しても良い。このインジェクタ素子は、混合部の外側のインジェクタ燃焼部又は高温ガス発生器に連結されても良く、この高温ガス発生器は、インジェクタ素子内のインジェクタノズル又はスロット介して混合部内に注入されるガスを発生する。
【００１８】
イジェクタラムジェットエンジンは、インジェクタの好適実施例を説明するために使用されたが、インジェクタ装置の他のジェットエンジンも同様に応用可能であることを理解されたい。
【００１９】
燃焼部へ燃料を供給するインジェクタは、拡散部内に取り付けられた案内羽根の下流に配置されても良い。フル又は部分長の何れであれ、この案内羽根は、流体を拡散器表面から分離することなく拡散器を介するガス流の高速拡散を助ける。
【００２０】
可変入口および可変出口ノズルの一方又は両方は、エンジンの下流への空気流および圧力状態を制御し、そして動作範囲の全体にわたりインレットのノーマルショック位置の最適化、推力および性能の最大化を図る。
【００２１】
図１乃至図６を参照すると、イジェクタラムジェットエンジン１は、可変インレット２、イジェクタ３を含む混合器４、拡散器５、燃焼器６、最小面積チョーク制限ポイント7を含む可動プラグ２４により制限される可変面積出口ノズル８および出口ノズル８拡張表面部を有し、長手軸、即ち流体の流れ軸に沿って一体的に連結されている。一実施例では、これらの素子は、エンジンの長手軸９に略軸対称である。
【００２２】
しかし、イジェクタラムジェットエンジン１の特定の乗物ストラクチャへの取り付けに応じて、出口ノズル８等の素子は、排気の流れを導くために、他の素子に対して傾斜、カーブ又は曲げられても良い。
【００２３】
典型的なイジェクタラムジェットエンジン１には、複数の硬化リングがあり、単一ウオールストラクチャデザインの流体流路の外側フランジおよび肋間に必要な硬度を付与してストラクチャの力をハンドリングし且つ乗物にエンジンを取り付け可能にする。動作環境およびエンジンの動作時間に応じて、エンジン素子の冷却および内外エンジンウオールの絶縁フィルムが必要になる。例えば、燃焼器６およびチョーク制限部７は、エンジンウオールがエンジン冷却のために燃料および液化水素を循環させる領域を有するように、冷却手段を必要とするかもしれず、また燃焼を強化するために燃料を温める。インレット２、イジェクタ３、混合器４および拡散器５の冷却が必要であれば、貯蔵された液化空気の一部をこの目的に使用可能である。その結果、温められた空気の排気は、エンジンの流路又は乗物のエンジン収容部であっても良い。
【００２４】
混合器４の部分のイジェクタ３領域は、支柱５２により支持された流体の流路内に取り付けられた１以上のインジェクタ素子５１を有するインジェクタアセンブリ５０を有する。このインジェクタ素子５１は、インジェクタ排気ノズル５３又はその中に形成されたスロットを有する流線型の中空管でも良いが、インジェクタ素子５１は、図４乃至図６に示す如くインジェクタ素子５１の周りに離間する複数のインジェクタチャンバ（室）５５を有する空気力学断面の環状アセンブリであるのが好ましい。インジェクタ排気ノズル５３は、解放される流体の方向をエンジンの長手空気流軸から部分的にオフセットされた下流の流れ方向に向けても良い。インジェクタ排気ノズル５３は、相互に鋭角でオフセットした交互に変わるパターン又は図４乃至図６に示す如くエンジンの長手軸９に平行から傾斜して構成しても良い。
【００２５】
イジェクタ３は、バリアススクラムジェット／スクラムジェットスピードで、推力の増加に使用でき、エンジンの推力を増加する。例えば、イジェクタ３をエンジンエンベロープの両極端で使用すると、通常動作限界を増加できる。また、イジェクタ３が高速且つ高高度で通常乃至薄い燃料／空気比で動作させると、流体の流れは、混合器４および燃焼器６間で空気を冷却し、略全ての酸化剤を燃焼する。
【００２６】
燃料は、イジェクタラムジェットエンジン１の周囲を流れる空気流中に注入して燃焼させ、エンジンおよび飛行乗物の機尾に面する領域の圧力を増加させる。パイロット装置４４を使用して、燃料に点火させ且つ燃焼のメンテナンスを支援する。
【００２７】
また、炎（フレイム）保持装置４７を使用して、炎を特定の場所に位置させても良い。また、制御バルブ４１およびインジェクタ装置４０を使用して燃焼プロセスで生じる力ベクトルを制御しても良い。
【００２８】
インジェクタ素子５１の環状アセンブリについて説明したが、他の形状も可能である。インジェクタアセンブリ５０は、図３ａに示す如く、内部にインジェクタ排出ノズル５３を有するラジアル（放射状）支柱５２を使用しても良い。更に、これらラジアル支柱５２は、図３ｂに示す如く、内部にインジェクタ排出ノズル５３を有するリングセグメント５４を有しても良い。
【００２９】
また、インジェクタ排出ノズル５３は、ラジアル支柱５２およびリング素子４９、５４に配置させても良い。この環状リング４９を有するインジェクタアセンブリ５０は、膨張収縮素子としてスリップジョイント５９を有しても良い。このインジェクタ排出ノズル５３は、他のジェオメトリック（幾何学的図形）、トリゴノメトリック又は正弦パターン等のその他の形状でも良く、図３ｅに示す如くエンジン１内で流体の混合を行う。
【００３０】
図２乃至図６を参照すると、１つの実験で、インジェクタ排出ノズル５３は複数のスロットとして形成し、隣接するスロットの長手軸は交互のパターンにより１５度の角度でエンジンの長手軸９から放射状に近づく又は離れるように方向付けされている。インジェクタ排出ノズル５３がエンジンの長手軸９と平行な出口ノズル面５６およびオフセット出口面５７を有し且つスロットがイジェクタ３の動作のための所望開口寸法および形状のスロート５８を形成するようにスロットは形成されている。これにより、排出される排気ガスの速度成分をエンジンの長手軸９およびインレット２の流体フローに対して法線方向にする。これは、隣接するノズルからの流体のインジェクションを交互に混合器４部のエンジン内壁１４に向けおよびエンジンの長手軸９に向ける。このようにインジェクタ排出ノズル５３を交互パターンでオフセットすることにより、インジェクタリング４９が導入された流体とインレット２部から同調又は速度誘発された空気の一層迅速な混合を行う。これは、イジェクタラムジェットエンジン１の混合器４部を一層短縮可能にする。行った特定の実験では、１個のインジェクタリング４９を長さ１３インチ（約３３０ｍｍ）および直径８インチ（約２０３ｍｍ）の混合器４と共に使用し、これにより極めて短いエンジンを可能にした。この実験において、インジェクタ燃焼器１５又は高温ガス発生器は、混合器４部の外側で、燃焼ガスはインジェクタリング４９にダクトされ、インジェクタ排出ノズル５３又はその内部のスロットを介して排出された（図９参照）。ここで述べたその他の形状は、支柱、支柱リングセグメント等であると否とにかかわらず混合器４の長さの短縮を可能にした。
【００３１】
図８、図９および図１１を参照すると、インジェクタアセンブリ５０でエネルギーを有するガスジェットを作るために、流体を供給する任意の流体供給源に接続され、インジェクタ排出ノズル５３においてジェットを生じさせ、イジェクタ３が動作して空気を同調させ十分な流体の流れを作り出し、燃焼器６において燃料と混合してイジェクタラムジェットエンジン１を効率的に動作させる。１実施例では、流体供給システム４６は、水素の如き燃料およびイジェクタラムジェットエンジン１の外部のインジェクタ燃焼器１５で使用される空気の如き酸化剤を含んでおり、加圧された高エネルギーのガス流を発生させ、図９に示す如く高温ガスダクト３０によりインジェクタアセンブリ５０に導き、又はこれに代わって図８に示す如く、インジェクタ室５５に供給される燃料および酸化剤の燃焼をインジェクタアセンブリ５０内で行わせる。
【００３２】
図８乃至図１２を参照すると、液体水素は、イジェクタラムジェットエンジン１が取り付けられている乗物内に貯蔵される。乗物の高効率化および高性能化のために、空気は外部（環境）から得ても良い。液体水素は、熱交換システム３６内で使用しても良い。この熱交換システム３６は、空気液化システム２７の一部であって、一時的な貯蔵のために空気を液化し、乗物が多量の液化空気やその他の酸化剤を動作前に乗物に貯蔵しハンドリングを必要とするとき以外の動作時に使用される。熱交換システム３６は、液化水素３４又は燃料を、乗物の燃料タンクから受け、燃料ポンプ２６によりポンプされ、空気液化ユニット２７に入る前にその圧力を増加する。空気は、乗物に別に取り付けられた、イジェクタラムジェットインレット２の一部である、又はこれらの組み合わせである乗物空気取り込みポート６１により収集される。この空気は、熱交換システム３６空気液化ユニット取り込み口３１へダクトされる。空気は、取り込みポート６１を有する空気液化取り込み口６０により収集され且つ空気液化ユニット２７にダクトされ、そこで空気を濃縮しサンプ（溜め）６５に収集される。サンプポンプ３５は圧力を増加し、液化空気３３を貯蔵タンク６６又は液化空気ポンプ２５からエンジン液化空気供給取り込み口２８内へ放出させる。通常、水素放出（ディスチャージ）３２がエンジン燃料供給取り込み口２９に供給される。
【００３３】
一定の形状で、過剰水素は、低速度の推進システムにより使用される付加液化空気の発生に使用され得る。この過剰水素は、エンジン燃料取り込み口２９に供給され、次の方法の１つ又は組み合わせに使用され、エンジン性能を改善しても良い。インジェクタ２１により燃焼器６に加える、制御バルブ３９およびインジェクションデバイス４０を介して出口ノズル８に加える、又は外部燃焼制御バルブ４１およびインジェクタ４２を介して、外部エンジンフェアリング４３に沿って流れる空気のフリーストリーム内に注入する。ここで、点火器４４により点火されて連続的に燃焼し、燃焼ホルダ４７の支援を受けて燃焼を維持する。
【００３４】
空気の濃縮は、１個以上のコンデンサ（濃縮機）６４が直列に連結された１以上のプレクーラ６３を使用して達成しても良い。これらコンデンサ６４の周りに液化水素が循環して冷却素子を提供する。これは図１０に図示され、同図は二次プレクーラ６２への空気取り込みダクト６０を示し、これは冷却された空気をモイスチャセパレータ７３に連通させ、更にこれは一次プレクーラ６３およびコンデンサ６４に連通する。液化水素３４は、燃料ポンプ２６の手段によりポンピングされ、冷媒をコンデンサ６４を介して一次プレクーラ６３に循環し、次いで二次プレクーラ６２に循環する。このプロセスは、液化水素３４を温め、熱交換システム３６からプレクーラ液化水素排出ポート３２へ出る。
【００３５】
オプションの触媒３７をコンデンサ６４と共に使用して水素をパラからオルト状態に変化させることによりヒートシンク（放熱）機能を回復しても良い。この触媒は、コンデンサパス間の水素フロー又はフローパスに直接入れた別体のユニットでも良い。
【００３６】
空気液化取り込みポート６１は、イジェクタラムジェットインレット２内に配置されても良い。アクチュエータ６８は、取り込み口ポート６１フラップ７６の位置を制御し、更には空気液化ユニット２７に流れる空気の量を制御する。空気中に水蒸気があれば、ヒューメクタントスプレイシステム７２を使用しても良い。ヒューメクタントは、不凍剤のような液体でも良く、二次プレクーラ６２内で濃縮されるとき水を吸収する。この液体は、液体／空気分離器７３およびドレイン７４により除去される。また、空気取り込み口は、スプレイ冷却システム７１を含み、二次プレクーラ６２内へ入る前に高速で空気を冷却しても良い。このスプレイシステム７１は、イジェクタポンプとして設計し、空気液化取り込みダクト６０にはいる空気の圧力を増加しても良い。
【００３７】
図１、図２および図１２を参照して、イジェクタラムジェットエンジン１は、インレットフェアリング１６およびインレット２を有し、動作範囲にわたり取り込み口形状を適正化しても良い。これは取り込まれる空気のコンディショニングのための乗物エアーフレームストラクチャを含んでも良い。可変インレットシステム４５を使用してイジェクタラムジェットの性能を最大にしても良い。低速度では、エンジンは、高速時よりも空気の流れが少ない。可変インレットフェアリング１６をインレット２に付加し、アクチュエータ６７により駆動する。低速では、インレットフェアリングは、取り込み口の高さを減少する方向へ移動し、ドラグを減少し、高速時には、インレットフェアリングを開き、空気流を増加し且つ推力を増加する。
【００３８】
また、インレットフェアリング１６は、インレットを閉じるように設計しても良く、計画された飛行フェーズ又は緊急時のエンジン空気流を防止する。
【００３９】
インレットアイソレータ１２は、超音速動作中のショックトレインを含むように設計し、下流のインレット拡散器１３への流れが亜音速（サブソニック）となるようにしても良い。
【００４０】
このインレット拡散器１３は、アイソレータ１２を混合器４インレットに連結する。空気液化インレット６１の位置は、イジェクタラムジェット可変空気インレット２内にあり、空気液化インレット６１に入る空気に与圧を与える利点を有する。インレット２は、空気液化システムおよびイジェクタラムジェットにより要求される空気を供給するので、イジェクタラムジェットが低速で要求するより多くの空気を通過させなければならない。多くの空気がインレット２に入ると、一定デザイン点でインレットから漏れる空気は少ない。空気流は飛行状態により変化するので、可変インレットフェアリング１６は、インレットの開口を空気流の要求にマッチさせる必要があり、これにより漏れドラグを最小にする。高速では、イジェクタラムジェットは、低速時よりも多くの空気を使用し、可変インレットフェアリング１６を開き、より多くの空気流を捉える能力を付与する。これは、固定アイソレータ１２が比較的多くの空気をプロセスすることを必要とし、空気流のフローを一層緊縮又は圧縮することを必要とする。これが生じると、インレット圧力回復が増加し、これは推力も増加する。
【００４１】
中央ボディーフェアリング１７は、拡散器５、燃焼器６および出口ノズル８用に設けられ、性能を強化するが、それが拡散器５内へ延びる程度は、アプリケーションに依存する。拡散器５内での迅速な流体流れの膨張を促進するには、案内羽根アセンブリ１８を使用しても良い。この案内羽根アセンブリ１８は、拡散器５の流体流路の軸上に取り付けられた１以上の円錐筒状案内羽根であり、羽根支柱２０により保持される。１実施例では、燃料インジェクタ２１は、この案内羽根１９の下流端２３の燃料ノズル２２であっても良い。この燃料ノズル２２は、燃料をエンジンの長手軸９と平行に又は交互にオフセットしてインジェクタ排出ノズル５３について上述したように、流体の混合を促進しても良い。
【００４２】
混合および燃焼効率を更に高めるために、可動プラグ２４を、可変インレットシステム４５と組み合わせて使用しても良い。この可動プラグ２４は、中央ボディーフェアリング１７に取り付けられ、中央ボディー１７のピストン（図示せず）に連結されたロッドにより可動プラグ２４の位置制御又は調整手段を有する。その位置は、エンジン動作モニタシステムにより制御され、エンジンの長手軸９に沿って長手方向に制御する。この可動プラグ２４がチョーク制限点７に対して調整されると、燃焼器６部の領域は変化され、断面積およびチョーク最小流れ領域の位置は変化して、インレットノーマルショックのエアロダイナミック位置を制御する。
【００４３】
明らかに出口ノズル８の領域も変化する。図２において、可動プラグ２４は、分割して２つの位置を示している。この可動プラグ２４は、ノズルスロートの最小流れ領域の位置を制御する可変ジェオメトリ状態を付与する１つの方法であり、これはまたイジェクタラムジェットエンジン１の動作環境に応じてインレットノーマルショック、内部エンジン速度および圧力のエアロダイナミック位置を調整する。
【００４４】
典型的には、可動プラグ２４は、燃料を燃焼器６内に注入する前に、可動プラグ２４内の冷却通路を介して液体水素等の燃料を通すことにより冷却可能である。可変チョーク領域出口ノズル８を使用することにより、エンジン動作を最大インレット２とし、そして高性能では、混合器４が音速に近いマッハ数で排出可能にする。
【００４５】
可変チョーク領域出口ノズル８を使用することにより、混合器４又は拡散器５内で局部的なチョーキングが発生しないようにすることが可能である。
【００４６】
イジェクタラムジェットエンジン１の性能を更に改善するために、出口ノズル８内にガスを注入（インジェクト）しても良い。このガスは、出口ノズルのダイバージェント（分岐）部１０へ注入し、低速動作中に出口ノズル８のセパレーションを生じさせ、その機尾に面するダイバージェント部の圧力を増加させる。また、ガスの注入は、オーバーエキスパンド出口ノズル（図示せず）内で使用し、セパレーションの位置を制御し、セパレーション点の希望しない動きを防止する。更に、超音速機能出口ノズル内にガスを注入し、推力ベクトルの位置を変更又は制御しても良い。このガス注入は、気化、分解、燃焼又はその他の流れとの反応行う排出流れ内に流体を注入して達成可能である。
【００４７】
以上、本発明を特に図示すると共に好適実施例について説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく上述したおよびその他の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】イジェクタラムジェットエンジンの流体流れの主要素子断面とする斜視図であって、内部構造およびインレットおよびダクトが取り付けられた外部乗物を示す。
【図２】切り詰められたインレットを有するイジェクタラムジェットエンジンの断面図を示す。
【図３】スロット状のインジェクタ排出ノズルを有するマルチプルリングイジェクタストラクチャの平面図を示す。  図３Ａ  スロット状のインジェクタ排出ノズルを有するマルチプル支柱イジェクタストラクチャの平面図を示す。  図３Ｂ  スロット状のインジェクタ排出ノズルを有するマルチプルセクションリングインジェクタストラクチャの平面図を示す。  図３Ｃ  スロット状のインジェクタ排出ノズルを有するマルチプル支柱およびリングインジェクタ組み合わせ構成の平面図を示す。  図３Ｄ  スロット状のインジェクタ排出ノズルを有するスリップジョイントと組み合わされたマルチプルリングインジェクタストラクチャの平面図を示す。  図３Ｅ  リングのラジアル軸に沿いジェオメトリが、例えば正弦状に変化するインジェクタ排出ノズルを有するマルチプルリングインジェクタストラクチャの平面図を示す。
【図４】インジェクタ排出ノズルが主流体流れ軸に対して交互にオフセット又は傾斜したインジェクタ排出ノズルを有するインジェクタリングの一部分を示す。
【図５】混合器の中心線から離間するように傾斜したインジェクタ排出ノズルおよびインジェクタチャンバを有するインジェクタリングの断面図を示す。
【図６】混合器の中心線に向けて傾斜したインジェクタ排出ノズルおよびインジェクタチャンバを有するインジェクタリングの断面図を示す。
【図７】燃料インジェクタを有する拡散器案内羽根アセンブリの端面図を示す。
【図８】インジェクタアセンブリに一体的に組み込まれたイジェクタ高温ガス発生器を有し、ガスを選択されたエンジン位置に注入する本発明を示す図である。
【図９】インジェクタアセンブリの外部に配置されたイジェクタ高温ガス発生器を有し、高温ガスはインジェクタチャンバにダクトされ、ガスを選択されたエンジン位置に注入する本発明を示す図である。
【図１０】燃料である液化水素の潜熱を利用し、酸化剤である液化空気を発生するシステムを示す図である。
【図１１】イジェクタラムジェット液体供給システムを空気液化装置と一体化する図を示す。
【図１２】空気液化インレットを備えるエンジン可変インレットの拡大側面図を示す。
【符号の説明】
【００４９】
１  イジェクタラムジェットエンジン
２  インレット（取り込み口）
３  イジェクタ
４  ミキサ（混合器）
５  ディフューザ（拡散器）
６  コンバスタ（燃焼器）
８  出口ノズル
９  エンジン長手軸
１４  エンジン内壁
１５  インジェクタコンバスタ
２６  燃料ポンプ
２７  空気液化ユニット
３６  熱交換システム
３９  制御バルブ
４６  流体供給システム
４９  インジェクタリング
５０  インジェクタアセンブリ
５３  インジェクタ排出ノズル
５５  インジェクタチャンバ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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