(57)【要約】  本発明によれば、エンジン(Ｉ)は、フレームチューブ(２)の燃焼室(７)への燃料供給のための手段を含み、燃料を受けるための容積が可変である移送室(９)と、エンジン(Ｉ)のタンク(４)から移送室(９)への燃料移送手段(１０)と、移送室(９)から燃焼室(７)へ燃料を噴射するための噴射手段(１１)と、を備える。エンジンは、少なくとも部分的に、移送室(９)内に含まれる燃料により画定される弾性戻り手段をさらに含む。【選択図】    図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
‐  少なくとも１つのフレームチューブ(２)であって、これに対して可動である横断底部(３)を有し、これにより横断底部(３)が第１および第２限界位置を取ることが可能であり、前記可動横断底部(３)と対向する横断支持部(５)により閉じられているフレームチューブと、
‐  一方で前記可動横断底部(３)を第１限界位置から第２限界位置へ推進することが可能であり、他方で横断底部(３)の速度を第２限界位置から第１限界位置への移動の最後で低減させることが可能である前記可動底部(３)に作用する弾性戻り手段と、
‐  少なくとも１つの燃料タンク(４)と、
‐  前記フレームチューブ(２)の燃焼室(７)へ燃料を供給するための燃料供給手段と、
を備える、燃料−空気デトネーション混合物で作動するパルスデトネーションエンジンにおいて、
前記燃料供給手段が、
・  容積が可変であるとともに前記フレームチューブ(２)の側壁(６)と前記横断底部(３)と前記横断支持部(５)とにより囲まれ、前記タンク(４)からの燃料を受けるよう構成される移送室(９)と、
・  燃料を前記タンク(４)から前記移送室(９)へ移送可能である燃料移送手段(１０)と、
・  燃料を前記移送室(９)から前記燃焼室(７)へ噴射するための燃料噴射手段(１１、２１)と
を備えることと、
‐  前記弾性戻り手段が、少なくとも部分的に前記移送室(９)に含まれる燃料で構成されていることと、を特徴とするパルスデトネーションエンジン。
【請求項２】
前記弾性戻り手段が、前記横断可動底部(３)を第１位置から第２位置へ推進し、前記可動横断底部の速度を第２位置から第１位置への移動の最後で低減させることが可能である少なくとも１つの補助的な圧縮バネ(１８)をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のパルスデトネーションエンジン。
【請求項３】
前記タンク(４)が、前記横断支持部(５)の後方で、前記フレームチューブ(２)と同軸に配置され、前記横断支持部(５)が前記燃料移送手段(１０)を備えることを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載のパルスデトネーションエンジン。
【請求項４】
前記燃料移送手段(１０）が、ノズルを備える少なくとも１つの減圧器を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のパルスデトネーションエンジン。
【請求項５】
前記燃料移送手段(１０)が、少なくとも１つのベンチュリ効果キャブレターを含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のパルスデトネーションエンジン。
【請求項６】
少なくとも１つの吸気口(８)が、前記フレームチューブ(２)の側壁(６)に配置されており、
‐  第１位置と第２位置との間を摺動する前記可動底部(３)が、前記燃焼室(７)を向く横断壁(１４)と、前記フレームチューブ(２)の側壁(６)と協働するサイドスカート(１５)とを備えるピストン(１３)の形状を有し、
‐  前記ピストン(１３)の横断壁(１４)と一体的であるリング(１７)が、前記フレームチューブ(２)の側壁(６)と協働し、このリング(１７)により前記吸気口(８)を前記可動底部(３)の第２位置で塞ぐことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のパルスデトネーションエンジン。
【請求項７】
‐  前記噴射手段が、前記フレームチューブ（２）の側壁（６）に設けられる少なくとも１つの噴射器(１１)と、前記吸気口(８)の高さで空いている第１孔(１１Ａ)とを含むことと、
‐  少なくとも１つの注入口(１２)が前記フレームチューブ(２）の側壁(６)に配置されており、前記注入口(１２)が、前記噴射器(１１）の第２孔(１１Ｂ)と協働することと、
‐  前記ピストン(１３)のサイドスカート(１５)が、燃料を移送室(９)から前記燃焼室(７)へ噴射可能にするために前記可動底部(３)の第１位置から第２位置への移動の際に前記注入口(１２)と協働可能である少なくとも１つの注入窓(１６)を備えることと、
を特徴とする、請求項６に記載のパルスデトネーションエンジン。
【請求項８】
前記噴射手段が、前記ピストン(１３)の横断壁(１４)に収容されるバネを有する少なくとも１つのチェックバルブ(２１)を含み、これにより前記可動底部(３)の第２位置から第１位置への移動時に前記燃焼室(７)への燃料噴射を可能にすることを特徴とする、請求項６に記載のパルスデトネーションエンジン。
【請求項９】
前記可動底部(３)が第１位置にある場合の可動底部(３)用の一時遮断手段(２０)を備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載のパルスデトネーションエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料−空気混合物で作動するパルスデトネーションエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のエンジンは、宇宙および軍事航空分野において航空機、ロケット、ミサイル等に搭載され利用されるが、これに限られない。
【０００３】
前記エンジンの作動サイクルの様々な段階のステップは、問題となり得る点であり、特に、このエンジンの性能に極めて大きな影響を及ぼすことが可能である供給およびデトネーション段階の制御が問題となる。
【０００４】
欧州特許ＥＰ１,４８２,１６２から、フレームチューブが一方の端部でスラスト壁である可動横断底部によって閉じられ、ここで推力を発生させるためデトネーション混合物のデトネーションからの生成物を受ける構造のパルスデトネーションエンジンは既に周知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第１,４８２,１６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の周知のパルスデトネーションエンジンでは、上記の可動横断底部は、２つの限界位置の間を交互に移動し、バネ式の弾性的な戻り手段が、バネの圧縮の結果として、一方の上記限界位置から他方の限界位置へ動かすために上記の底部に作用する。このような可動底部はその可動性、すなわち少なくとも１つの吸気口の開閉により、エンジンの２つの供給およびデトネーション段階の作動が求められる。
【０００７】
しかし、エンジンの作動サイクルは、前進ストローク(バネの圧縮に対応)と、可動底部の戻りストローク(後者が推進されることに対応)とからなるため、バネは２つの相反する制約、即ち、
‐  前進ストロークでは、ストロークエンドでは速度を低下させつつも、可動底部の動作を制限してその速度を(その結果として、エンジンの作動数を)損なってしまわないように柔軟性を有するべき(すなわち、剛性が低い)であり、
‐  戻りストロークでは、作動サイクル時間を制限するため優れた速度に達するために最大の力を加えるべきである、
という制約を受けることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、このような短所を克服し、上述のパルスデトネーションエンジンを改良することである。
【０００９】
このために、本発明によれば、燃料−空気デトネーション混合物により作動するパルスデトネーションエンジンは、
‐  少なくとも１つのフレームチューブであって、これに対して可動である横断底部を有し、これにより横断底部が第１および第２限界位置を取ることが可能であり、上記の可動底部と対向する横断支持部により閉じられているフレームチューブと、
‐  一方で上記横断底部を第１位置から第２位置へ推進することが可能であり、他方で横断底部の速度を第２位置から第１位置へのストロークエンドで低下させることが可能である上記の可動底部に作用する弾性戻り手段と、
‐  少なくとも１つの燃料タンクと、
‐  上記フレームチューブの燃焼室へ燃料を供給するための手段
とを有することに注目すべきであり、
これは、
‐  燃料供給手段が、
・  容積が可変であるとともに上記のフレームチューブの側壁と、上記可動底部と、上記横断支持部とにより囲まれ、上記タンクからの燃料を受けるための移送室と、
・  燃料を上記タンクから上記移送室へ移送可能である燃料移送手段と、
・  燃料を上記移送室から上記燃焼室へ噴射するための燃料噴射手段と、
を備えることと、
‐  上記の弾性戻り手段が、少なくとも部分的に上記移送室に含まれる燃料を備えるという特徴を有する。
【００１０】
これにより、移送室内に含まれる燃料の可動底部による圧縮は、弾性戻り手段が第２位置から第１位置への移動の際に徐々にそのストロークの速度を低下させることを可能にし、その結果この種のエンジンによって生じる速度変化および振動を弱められ、航空機構造体(aeronautic cells)への組み込みが容易になる。
【００１１】
また、可動底部により圧縮される移送室内の燃料の存在により、弾性戻り手段は、可動底部の第１位置から第２位置への移動の際に良好な速度が得られるように可動底部に最大の力を加えることが可能である。これによりエンジンの作動サイクル時間は制限される。
【００１２】
弾性戻り手段が、タンク内で気体または液体の状態で貯蔵されている燃料のみを含む場合は、エンジンの作動を実行する機械部品の数は低減され、これによりエンジンの構造の堅牢性は向上する。
【００１３】
上記弾性戻り手段はさらに、上記可動底部の第１位置から第２位置への推進を補助し、可動底部の速度を第２位置から第１位置への移動の最後で低減させることができる少なくとも１つの補助的な圧縮バネを備えることが望ましい。
【００１４】
このように、補助バネの作動は、移送室内の圧力の高さが、上記可動底部の推進および速度低下を確保するのに十分でない場合に有用である。
【００１５】
本発明の別の特徴では、上記タンクが上記横断支持部の後方に上記フレームチューブと同軸に配置されており、上記横断支持部は上記燃料移送手段を備え、これによりタンクと移送室との直接的な連通が可能になる点で有利である。
【００１６】
また、上記燃料移送手段は、ノズルを備える少なくとも１つの減圧器、あるいは少なくとも１つのベンチュリ効果キャブレターのいずれかを含む。
【００１７】
したがって、たとえば燃料がタンク内で液体の状態で貯蔵されている場合は、キャブレターは移送室内で燃料の気化を可能にする。
【００１８】
有利な点としては、デトネーション混合物の少なくとも１つの吸気口が、上記フレームチューブの側壁に配置されており、
‐  上記可動底部は、空気供給段階と燃料供給段階に相当する上記フレームチューブの燃焼室の第１位置と第２位置との間を摺動し、続いて第２位置から第１位置へ摺動し、これは上記燃焼室内のデトネーション混合物のデトネーション段階に相当し、
‐  上記可動底部は、上記燃焼室を向く横断壁と、上記フレームチューブの側壁と協働するサイドスカートとを備えるピストンの形状を有し、
‐  上記ピストンの横断壁と一体的であるリングが、上記フレームチューブの側壁と協働し、これにより上記吸気口を上記可動底部の第２位置で塞ぐ点で有利であることである。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、噴射手段は、
‐  上記フレームチューブの側壁に設けられる少なくとも１つの噴射器と、上記吸気口の高さで空いている第１孔とを備え、
‐  少なくとも１つの注入口が上記フレームチューブの側壁に配置されており、上記注入口が上記噴射器の第２孔と協働し、
‐  上記ピストンのサイドスカートが、移送室から上記燃焼室への燃料の噴射を可能にするために上記可動底部の第１位置から第２位置への移動時に上記注入口と協働可能である少なくとも１つの注入窓を備える。
【００２０】
または、上記噴射手段は、上記ピストンの横断壁に収容されるバネを有する少なくとも１つのチェックバルブを備え、これにより上記可動底部の第２位置から第１位置への移動時に上記燃焼室への燃料の噴射が可能になる。
【００２１】
他方で、本発明のパルスデトネーションエンジンは、上記可動底部が第１位置にある時のための一時遮断手段を備え、これは上記エンジンの作動数を変更可能にする点で有利である。
【００２２】
これにより、可動底部の第１位置における保持時間を増加させることによってエンジンの作動数(すなわちその推力)が低減させられる。反対に、可動底部の第１位置における保持時間を制限することにより、全速力作動が達成され、その作動数は単にピストンの動きによる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本発明に係るパルスデトネーションエンジンの実施形態の縦断面の部分概略図であり、可動底部を第１限界位置で示している。
【図１Ｂ】図１Ａと類似の図であるが、エンジンの可動底部は第１限界位置と第２限界位置との間の中間位置にある。
【図１Ｃ】図１Ａと類似の図であるが、エンジンの可動底部は第２限界位置にある。
【図２】図１Ａに示される本発明のパルスデトネーションエンジンの別の実施形態の縦断面の長手方向部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
添付図面の図により、本発明がどのように実施されるかが明確に理解される。これらの図中、同一符号は、同一要素を示す。
【００２５】
図１Ａから図１Ｃに概略的かつ部分的に示されるパルスデトネーションエンジンＩは周知の方法で、長手方向軸線Ａを備える円筒形のフレームチューブ２と、フレームチューブ２内に密着して収容される(可動)横断底部３と、フレームチューブの上流(図では左側)にある長手方向軸線Ａ(部分的に図示)を備える円筒形の燃料タンク４とを備える。フレームチューブ２は、横断支持部５により燃料タンク４とは隔てられている。
【００２６】
前記横断底部３は、フレームチューブ２の側壁６と共に、サイクルベースで燃料が取り込まれるように構成される部分的に示されている燃焼室７に接する。これは、取り込まれた燃料のデトネーション生成物が働き、推力が生じるスラスト壁を画定する。
【００２７】
また、横断底部３はエンジンＩのフレームチューブ２に対して可動に取り付けられて移動可能であり、たとえば２つの限界位置の間を摺動可能である。
【００２８】
本発明によれば、第１限界位置(図１Ａ)は、燃焼室７の空気吸入口（図示せず）からの空気供給に対応し、第２限界位置(図１Ｃ)は取り込まれた燃料のデトネーション段階に対応する。
【００２９】
このために、図１Ａから図１Ｃに示すように、吸気口８は空気および燃料の吸入のために、フレームチューブ２の側壁６に設けられる。この吸気口８は、可動底部３が第１位置にある際に開いており、可動底部が第２位置にある際に閉じられている。
【００３０】
また、フレームチューブ２は、可動底部３の後方で、容積が可変であり、フレームチューブ２の側壁６と横断支持部５とにより囲まれる移送室９を備える。移送室９は、上記タンク４から燃料を受けるよう構成される。
【００３１】
また、図示される実施形態では、横断支持部５は、たとえばサイクルベースでタンク４から移送室９への燃料の移送を可能にする移送手段１０を備える。このような移送手段は、ノズル、ベンチュリ等を備える二重効果減圧器を備えることが可能である。
【００３２】
パルスデトネーションエンジンＩはさらに、フレームチューブ２の側壁６に設けられる噴射器１１を備える。これは、吸気口８の高さで開いている第１孔１１Ａにより移送室９から燃焼室７への燃料噴射を可能にする。
【００３３】
移送室９から燃焼室７への燃料噴射を可能にするために、注入口１２がフレームチューブ２の側壁６に設けられており、これは噴射器１１の第２孔１１Ｂと協働する。
【００３４】
可動底部３は構造的に、フレームチューブ２の側壁６に密着して協働するサイドスカート１５を有する燃焼室７に対向する横断壁１４を備えるピストン１３の形を有する。ピストン１３のサイドスカート１５には注入窓１６が設けられており、噴射器１１を通して移送室９から燃焼室７への燃料噴射を可能にする。可動底部３はさらに、ピストン１３の横断壁１４と一体であるリング１７を備え、これはフレームチューブ２の側壁６と密着して協働し、一方で可動底部３が第２位置にある際に吸気口８を完全に閉鎖し、他方で可動底部３が第１位置にある際に注入口１２を閉鎖する。
【００３５】
本発明によれば、移送室９内には、可動底部３と横断支持部５との間に弾性戻り手段が設けられる。
【００３６】
このような弾性戻り手段は、上記移送室９内に収容される燃料を含むことが有利な点である。移送室９内の燃料の圧縮により生じる逆圧の力によって、一方で可動底部３の速度を第２位置から第１位置への移動の最後でわずかに低減させることが可能になり、他方でこれを第１位置から第２位置へ推進させることが可能になる。
【００３７】
図１Ａから図１Ｃに示すように、移送室９内の圧力が十分ではない場合に可動底部３の推進を容易にするために、これはピストン１３の横断壁１４側と横断支持部５との間に配置される補助的な圧縮バネ１８(図面では点線で示される)に接続されることも可能である。ピストン１３の横断壁１４に固定されるバネ１８用の案内ロッド１９が上記バネ１８と結合されている。
【００３８】
この実施形態によれば、エンジンＩはさらに、可動底部３が第１位置にある際に(図１Ａ)エンジンＩの作動数を変更するため、上記可動底部３用の一時的遮断手段２０を備える。たとえばフレームチューブ２の側壁６に収容されるこのような遮断手段２０は、機械式または電気機械的部品であることが可能である。
【００３９】
また、図２に示す別の実施形態によれば、移送室９から燃焼室７への燃料の噴射は、可動底部３の第２位置から第１位置への移動時に、ピストン１３の横断壁１４に収容されるスプリング式チェックバルブ２１により行われることができる。
【００４０】
図２に示すように、ピストン１３のサイドスカート１５は注入窓１６を備えていない。また、上記フレームチューブ２の側壁６には中に注入口１２は配置されていない。
【００４１】
エンジンＩの残りの構造は、図１Ａから図１Ｃとの関連で先に説明したものと類似の構造である。
【００４２】
本発明によれば、パルスデトネーションエンジンＩは、以下の２つの作動サイクル、即ち、
‐  開放した吸気モードでの作動サイクルと、
‐  閉鎖した吸気モードでの作動サイクル
に従って作動可能である。
【００４３】
図１Ａから図１Ｃに示すように、この種のパルスデトネーションエンジンＩの開放した吸気モードでの作動サイクルは以下の通りである。
【００４４】
まず、エンジンＩは始めに図１Ａに示される状態、可動横断底部３が第１位置にあることが前提とされ、これは、
‐  注入口１２は可動底部３のリング１７により閉鎖されており、
‐  注入窓１６はフレームチューブ２の側壁６により閉鎖されており、
‐  圧縮された気体燃料が移送室９にあり、移送室９内の圧力は、大気圧より高い(Ｐｔ＞Ｐａｔｍ)、
‐  吸気口８は完全に開放しており、これにより燃焼室７に空気口からの空気流(矢印２２により表される)が流れることが可能にされており、燃焼室７内の圧力は大気圧と等しく(Ｐｃ＝Ｐａｔｍ)、
‐  戻りばね１８は、可動横断底部３により圧縮されている、
ことを示す。
【００４５】
バネ１８の戻り力の作用および移送室９の圧力の下、可動横断底部３は前方へ進められる。同時に、注入窓１６および注入口１２は開放し、相互に協働する。移送室９と燃焼室７との間の圧力差の結果、燃焼室７において噴射器１１による燃料噴射が生じ(矢印２３により表される)、吸気口８は開いている。
【００４６】
可動底部３がさらに前方へ移動を続けることにより、吸気口８はリング１７により閉鎖され、燃焼室７内の燃料噴射は、吸気口８が完全に閉鎖される直前で終了する。
【００４７】
移送室９の圧力低下(Ｐｔ＜Ｐａｔｍ)は、有利なことには、可動底部３が第２位置に達するまでにわずかに速度を低下させることを可能にでき、その際、
‐  吸気口８および注入口１２はそれぞれ、可動底部３のリング１７およびピストン１３のサイドスカート１５により完全に閉鎖されており、
‐  注入窓１６はフレームチューブ２の側壁６により完全に閉鎖されており、
‐  燃料−空気デトネーション混合物が燃焼室７内にあり、
‐  燃焼室７内の圧力は大気圧より高い(Ｐｔ＞Ｐａｔｍ)。
【００４８】
燃料−空気混合物のデトネーションが発火装置(図示せず)により行われると、燃焼室７内の圧力は大幅に上昇し、可動底部３を後方へ(図１Ｃでは左へ)推進する。
【００４９】
可動底部３のこの後方移動段階の間に、加圧された気体燃料はタンク４から移送室９へ移送手段１０により移される。移送室への燃料の移動に関連した移送室９内の容積減少の結果、移送室９内の圧力が上昇し、バネ１８の戻り力の作用によって、可動底部３が再び第１位置に到達するまで減衰されることになる(図１Ａ)。
【００５０】
有利な点としては、パイロット圧の変更または壁部の移動によるバネ調整によって減圧器の規定圧力を調節し、これにより各サイクルで移送室９へ取り込む燃料の量、すなわち噴射圧、その結果推力を変更することが可能であることである。
【００５１】
その後、開放した吸気モードでエンジンＩの新たな作動サイクルが開始可能である。
【００５２】
また、このようなパルスデトネーションエンジンＩの開放した吸気モードの作動サイクルは以下の通りである。
【００５３】
まず、エンジンＩは初め、図１Ｃに示される状態、可動底部３が先に説明した第２限界にあることが前提とされる。
【００５４】
さらに、燃料が移送室９内にあり、追加の手段がデトネーション室に燃料を供給することを可能にする。
【００５５】
デトネーション混合物のデトネーションが発火装置により生じると、燃焼室７内の圧力は大幅に上昇し、可動底部３を後方へ(図１Ｃでは左へ)推進する。
【００５６】
可動底部３のこのような後方移動段階の間、吸気口８および注入口１２は開放している。容積低下の効果によって、移送室９の圧力は上昇し、その結果可動底部３は徐々に減衰される。移送室９と燃焼室７との間の圧力差によりさらに、燃焼室への噴射器１１による燃料噴射が生じる。噴射は、可動底部３が第１位置に到達する直前で停止する。
【００５７】
先に説明した、開放吸気モードとは異なり、閉鎖吸気モードにおいて可動底部３が後方移動段階の間、タンク４から移送室９への燃料移送は行われず、移送室９から燃焼室７への燃料噴射のみが噴射器１１により達成される(燃料は初めに移送室９に存在)。
【００５８】
圧縮されたバネ１８の戻り力作用は、可動底部３を前方へ(図１Ａでは右)戻すことを可能にする。この戻りストロークの際、可動底部３により移送室９内に生じる圧力低下によりタンク４に含まれる燃料が吸引され、移送手段１０により移送室９内で気化する。
【００５９】
第２位置(図１Ｃ)へ近づくにつれて、燃焼室７内にあるデトネーション混合物のデトネーションにより可動底部３は減衰し、その後第２位置で停止し、これによりエンジンＩの新たな作動サイクルを開始する。
【００６０】
閉鎖吸気モードでは、可動底部３の左への後方移動は、移送室９内の燃料の燃焼室７への噴射作動を備える。
【図１Ａ】
2011522993.tif 000003
【図１Ｂ】
2011522993.tif 000004
【図１Ｃ】
2011522993.tif 000005
【図２】
2011522993.tif 000006
【国際調査報告】
2011522993.tif 000007
2011522993.tif 000008
2011522993.tif 000009
2011522993.tif 000010