(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロケットエンジン（１０）の燃料タンクを加圧するための装置であって、この装置が、
第１のタンク（１６）に再導入される前に、前記第１のタンクから来る第１の推進剤を気化させるのに適した、第１の熱交換器（７４）と、
第２のタンク（１８）に再導入される前に、前記第２のタンクから来る第２の推進剤を気化させるのに適した、第２の熱交換器（９０）と、を具備する、ロケットエンジン（１０）の燃料タンクを加圧するための装置において、
前記第１の熱交換器（７４）と前記第２の熱交換器（９０）は、燃焼を発生させるために、前記第１の推進剤と前記第２の推進剤の混合物を供給するのに適した、第１のガス発生器（６０）と第２のガス発生器（８４）とそれぞれ協働しており、更に、
前記第２のガス発生器（８４）は、少なくとも部分的に前記第１のガス発生器（６０）からの排気を供給されるのに適する、ことを特徴とするロケットエンジン（１０）の燃料タンクを加圧するための装置。
【請求項２】
該装置は、前記第１のガス発生器（６０）と前記第２のガス発生器（８４）に供給する、前記第１の推進剤と前記第２の推進剤を加圧するための手段を具備する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
該装置は、前記第１のタンク（１６）と第２のタンク（１８）からの出口にそれぞれ位置する、第１のモータ駆動ポンプ（６４）と第２のモータ駆動ポンプ（７０）を具備する、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
該装置は、再生された推進剤と呼ばれる、前記第１の推進剤と前記第２の推進剤の内の１つを気化させるように、前記ロケットエンジン（１０）からの燃焼熱を使用する、再生熱交換回路（３６、３８、４０、４２、４６、４７）を更に具備しており、
該装置は、前記第１のガス発生器（６０）が、第１のタンク（１６）と第２のタンク（１８）により供給される一方で、前記再生された推進剤を気化させるための前記第１の熱交換器（７４）への供給が停止しており、もう一方の推進剤を気化させるための前記第２の熱交換器（９０）の供給が活性化される、第１の状態を設定するための手段（６６、７２、８０、８８）を具備する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の状態において、前記第２のガス発生器（８４）は、もっぱら前記第１のガス発生器（６０）の前記排気（７６）を供給される、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記再生された推進剤は、前記第１の推進剤であることを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のガス発生器（６０）が前記第１のタンク（１６）と前記第２のタンク（１８）により供給されていて且つ前記第２のガス発生器（８４）が前記第１のガス発生器（６０）の前記排気（７６）と前記第２のタンク（１８）とにより供給されていて且つ前記第１の熱交換器（７４）と前記第２の熱交換器（９０）の前記供給が活性化される、第２の状態を設定するための手段（６６、７２、８０、８８）を、該装置が具備することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のガス発生器（６０）は、それぞれが前記第１のタンク（１６）と前記第２のタンク（１８）に接続される、第１の供給管（６２）及び第２の供給管（６８）により供給される一方で、前記第２のガス発生器（８４）は、第一に、前記第１のガス発生器（６０）の排気管（７６）により、及び第二に、前記第２のタンク（１８）に接続された第３の供給管（８６）により、供給されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記第３の供給管（８６）は、前記第２の供給管（６８）において分岐接続する、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第３の供給管（８６）は、分岐弁（８８）を介して前記第２の供給管（６８）に接続する、ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の熱交換器（７４）は、前記第１の供給管（６２）に接続する、第１のタップ管（７８）により供給されるのに適しており、
前記第２の熱交換器（９０）は、前記第２の供給管（６８）に接続する、第２のタップ管（９４）により供給されるのに適する、ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のタップ管（７８）は、タップ弁（８０）を介して前記第１の供給管（６２）に接続する、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記供給弁（６６、７２）は、前記第１の供給管（６２）と前記第２の供給管（６８）にそれぞれ配置される、ことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロケットエンジンの推進剤タンクを加圧するための装置に係わり、その装置は、第１のタンクに再導入される前に、第１のタンクから来る第１の推進剤を気化させるのに適した第１の熱交換器と、第２のタンクに再導入される前に、第２のタンクから来る第２の推進剤を気化させるのに適した第２の熱交換器と、を具備する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンは、通常は、燃焼室からのガスが、推力を発揮するようにノズルを介して排出される、エンジンである。
【０００３】
例えば、第２の推進剤が、酸素等の酸化剤である一方で、第１の推進剤は、水素又はメタン等の燃料である。
【０００４】
推進剤は、液体状態にある間にタンクに貯蔵されており、エンジンへの推進剤の流れが規則的であることを確保するように、タンクは、圧力下で保持される。その目的のために、各推進剤の所定量は、各タンク内において圧力下で気体推進剤のブランケット（層）を形成するように、それ自身のタンク内に気体状態で再注入される前に、推進剤が加熱され更に気化される、熱交換器を通過するように、そのタンクから流出（タップ）する。
【０００５】
その様な推進アセンブリは一般的に、ロケットが弾道の法則にのみ従うように、その間にエンジンがロケットを推進するために適切な推力を発揮する、飛行の「推進」段階と、その間にエンジンが作動していない「弾道」の段階と、において動作するように設計される。
【０００６】
飛行の第１の部分は、ロケットを軌道に設置するために高推力が必要とされる、推進段階である。その後、軌道操縦のために及び地球に戻るために、推進段階は、弾道段階に交替し、少量の推力が、比較的短い時間期間にわたって適用されるだけで十分である。
【０００７】
それにもかかわらず、エンジンは、弾道段階の終了時において、迅速且つ良好な状態の下で再始動することができることが重要である。そのことは特に、エンジンが作動していない場合に、弾道段階中においてさえも、十分な圧力が、直ぐにエンジンを再始動するために必要な流量を得ることが可能であるために、液体推進剤タンク内において確保される必要があることを意味する。言い換えれば、エンジン停止状態であって、更に弾道段階においてさえも、２つの推進剤の少量を気化すること、及びタンク内にそれらを再注入することが重要である。
【０００８】
推進剤が、エンジンの効率を著しく低下させることなく、気化されることを確保することも重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は従って、２つの推進剤タンクを、これらのタンクに気化した推進剤を再注入することにより加圧するのに適するが、その一方でそれにもかかわらずエンジンのエネルギ効率を維持する、装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、第１と第２の熱交換器が、燃焼を発生させるために、推進剤の混合物を供給するのに適した、第１と第２のガス発生器とそれぞれ協働するという事実により、及び第２のガス発生器が、少なくとも部分的に第１のガス発生器からの排気を供給されるのに適するという事実により達成される。
【００１１】
従って、第１のガス発生器は、第１の推進剤を加熱して気化するために推進剤の混合物を供給可能であり、更に第２のガス発生器は、第２の推進剤を加熱して気化させるために、推進剤の混合物を供給可能である。これらのガス発生器の動作は、ロケットエンジンの動作から独立することが分かる。結局、ロケットエンジンが作動していない一方で、二つの推進剤は、弾道段階においてさえも、加熱されて気化されることができる。
【００１２】
また、第２のガス発生器が、少なくとも部分的に第１のガス発生器からの排気を供給される限り、第１のガス発生器における燃焼に関与しない、推進剤が、それ自身の燃焼のために第２のガス発生器において使用され、それにより、熱交換の効率を最大化することが確保される。
【００１３】
一実施の形態において、装置は、ガス発生器に供給する、推進剤を加圧するための手段を具備する。特には、これらの手段は、第１と第２のタンクからの出口にそれぞれ位置する、第１と第２のモータ駆動ポンプを具備する。
【００１４】
一実施の形態において、装置は、「再生された」推進剤と呼ばれる、推進剤の内の一つを気化させるようにエンジンからの燃焼熱を使用するのに適した、再生熱交換回路を更に具備しており、装置は、再生された推進剤を気化させるための第２の熱交換器への供給が不活性化され且つ再生された推進剤以外の推進剤を気化させるための熱交換器の供給が活性化されながら、第１のガス発生器が第１と第２のタンクにより供給される、第１の状態を設定するための手段を含む。
【００１５】
その様な状況において、第２のガス発生器が、第１のガス発生器の排気だけを供給されるための対策が、第１の状態において実施可能である。
【００１６】
例として、再生された推進剤は、第１の推進剤である。
【００１７】
ロケットエンジンの作動中において、再生熱交換回路は、推進段階において、再生された推進剤を加熱して気化させるために使用されてもよい。その様な状況下では、推進段階中に、もう一方の推進剤だけが、それ専用の熱交換器を使用して加熱されて気化される。
【００１８】
第１の状態において、第１のガス発生器だけが、熱を生成する。もし再生された推進剤が第２の推進剤である場合には、その後、推進段階中において、第１のガス発生器により直接的に加熱される、第１の推進剤を供給されるものは、第１の熱交換器である。それにもかかわらず、再生された推進剤が第１の推進剤である場合には、第２の熱交換器だけが推進剤を供給されており、第２の推進剤は、第１のガス発生器により提供される熱により、第２の熱交換器において加熱され気化されており、第２の熱交換器は、排気を供給される第２のガス発生器を経由して、第２の熱交換器が協働する、第１のガス発生器からの排気を加熱する。
【００１９】
装置は、第１のガス発生器が第１と第２のタンクにより供給されていて且つ第２のガス発生器が第１のガス発生器の排気と第２のタンクとにより供給されていて且つ第１と第２の熱交換器の供給が活性化される、第２の状態を設定するための手段を具備することが可能である。
【００２０】
従って、第２のガス発生器を作動させるために、第１のガス発生器からの排気流体に第２の推進剤を注入することが十分であり、その流体は、結果得られる混合物の燃焼を発生するように十分な量の第１の推進剤を含む。特には、第１のガス発生器は当初、第１の推進剤（特には、水素）が化学量論比率に対して過剰である、推進剤の混合物を供給される。
【００２１】
第１のガス発生器が、第１と第２のタンクにそれぞれ接続する、第１の供給管と第２の供給管により供給されてもよい一方で、第２のガス発生器が、第一に、第１のガス発生器の排気管により、及び第二に、第２のタンクに接続された第３の配管により、供給される。
【００２２】
その様な状況下において、第３の供給管が第２の供給管における分岐接続である、対策が実施されてもよい。
【００２３】
第３の供給管が分岐弁を介して第２の供給管に接続される、対策がまた実施されてもよい。
【００２４】
本発明は、非限定的な例により示される、実施の形態の以下の詳細な説明を読むことにおいて、より良好に理解可能であり、その利点は、より良好に現れる。説明は、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明のロケットエンジンと加圧器装置とを具備する、推進アセンブリの概略図であり、エンジンは、推進段階にある。
【図２】図２は、図１の推進アセンブリを示すが、その際エンジンは弾道段階にある。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図に示す推進アセンブリは、燃焼室１２と、拡大部分を提供するノズル１４と、を有するロケットエンジン１０を具備する。燃焼室は、第一に、水素又はメタン等の還元推進剤の、第１の推進剤を含む、第１のタンク１６から推進剤が供給されており、燃焼室はまた、特には酸素の酸化剤推進剤を含む、第２のタンク１８から第２の推進剤が供給される。酸化剤推進剤は燃焼を酸化させる一方で、還元推進剤は、燃料として機能する。
【００２７】
第１の推進剤は、第１のターボポンプ２４に供給する、第１の主供給管２２と、第１のターボポンプ２４の出口に接続される、第１の注入管２６と、を介して第１のタンクから送られる。第２の推進剤は、第２のターボポンプ３２に供給する、第２の主配管３０と、第２のターボポンプ３２からの出口を燃焼室に接続する第２の注入管３４と、を介して供給される。特には、第２のターボポンプ３２が、単段ポンプである一方で、第１のターボポンプ２４は、二段ポンプである。
【００２８】
許可弁２２Ａ及び３０Ａは、主供給管２２及び３０に配置される。
【００２９】
特には、エンジン１０は、エキスパンダ（膨張）型であり、即ち、それは、推進アセンブリの特定の部分にエネルギを供給するために、第１の推進剤が取り入れられ更に気化される、エンジンである。より正確には、注入管２６は、推進段階中に、ヒータ（加熱器）３６）が、ヒータを通り流れる、第１の推進剤を加熱して、それにより、第１の推進剤を気化するように、燃焼室１２の壁と協働する、ヒータ（加熱器）３６に送る。ヒータ３６からの出口において、第１の推進剤は、そのポンプ部２４Ｂを作動させるようにそのタービンを駆動するために、第１のターボポンプ２４のタービン部２４Ａに供給管３８により取り入れられる。タービン部３４Ａからの出口において、第１の推進剤は、そのポンプ部３２Ｂを作動させるようにそのタービンを駆動するために、第２のターボポンプ３２のタービン部３２Ａの入口に供給管４０により取り入れられる。タービン部３２Ａからの出口において、第１の推進剤は、注入管４２により燃焼室１２の入口に取り入れられる。遮断弁４４は、加圧及び膨張弁４７を介して第１のタンク１６に接続される、注入管４２に配置される。従って、気化された第１の推進剤は、システム４７により調整可能である、圧力において、第１の推進剤がガスのブランケットを形成する、タンク１６へ戻る。
【００３０】
従って、推進アセンブリは、第１の推進剤を気化させるために、エンジン１０からの燃焼熱を使用する、熱交換再生回路を具備する。この熱交換再生回路は、ヒータ３６と、配管３８、４０、４２及び４６と、を具備する。停止弁４８Ａを有するバイパス（迂回）管４８は、タービンの入口を迂回するために、配管３８と４２との間に配置される。停止弁５０Ａを有する別のバイパス管５０は、第２のターボポンプ３２のタービン部３２Ａを迂回するために、第１のターボポンプ２４のタービン部からの出口と注入管４２との間に配置される。
【００３１】
第２の推進剤は、第２のターボポンプ３２の出口と燃焼室１２の入口との間において伸長する、注入管３４により直接注入される。遮断弁５２は、注入の流れを許可又は停止するように、配管３４に配置される。
【００３２】
図面は、逆止弁５６を有する、配管部分５４を示す。この配管部分５４は、エンジン１０の始動時に第１の推進剤が第２の推進剤注入空洞内に侵入することを防止するために、中性流体、例えばヘリウム、の供給に接続されてもよい。逆止弁５６は、中性流体が、燃焼室１２に向かって進む方向において流れることだけを可能にする。推進アセンブリは、第１のモータ駆動ポンプ６４等を介して第１のタンク１６に接続される、第１の供給管６２により第１の推進剤が供給される、第１のガス発生器６０を有する。供給弁６６は、第１の供給管６２に配置される。第１のガス発生器６０には、第２のモータ駆動ポンプ７０等を介して第２のタンク１８に接続する、第２の供給管６８により第２の推進剤が供給される。第２の供給弁７２は、第２の供給管に配置される。第１の熱交換器７４は、第１のガス再生器と協働する。例として、この第１の熱交換器は、第１のガス発生器からの排気部７６の周囲に配置される、二重壁チューブ（管）を具備してもよい。この第１の熱交換器には、タンク１６に接続された第１の交換管７８により第１の推進剤が供給されてもよい。特には、この第１の交換管７８は、第１の供給管６２に接続された、第１のタップ（流出）管である。特には、第１のタップ管７８は、第１の熱交換器に第１の推進剤が供給されることを許可又は防止するように開又は閉されてもよい、タップ弁８０を介して第１の供給管６２に接続する。第１の熱交換器７４において気化される第１の推進剤が、第１のタンク１６内のガスブランケット（層）内に再注入されるように、第１の熱交換器７４からの出口は、戻り管８２により第１のタンク１６に接続する。特には、戻り管８２は、弁システム４７から下流で配管４６に接続する。
【００３３】
推進アセンブリはまた、第一に第１の一ガス発生器からの排気部７６により及び第二に第２のタンク１８に接続された第３の供給管８６により供給される、第２のガス発生器８４を有する。特には、第３の供給管は、分岐弁８８を介して第２の供給管６８に接続する。
【００３４】
第２の熱交換器９０は、第２の推進剤を気化するように第２のガス発生器８４と協働する。例として、第２の熱交換器は、第２の熱交換器からの排気部９２と協働していて且つ第２の推進剤が流動可能な、二重壁管により形成されてもよい。この目的のために、第２の熱交換器９０は、第２の供給管６８に接続された第２のタップ管９４により供給されてもよい。特には、この接続は、供給弁７２の下流側に形成されており、第３の供給管８６自体は、分岐弁８８を介して配管９４から流出（タッピング）する形態にある。
【００３５】
第２の熱交換器９０からの出力は、第２の熱交換器において気化された第２の推進剤が第２のタンク１８のガスブランケットに供給されるように、第３の戻り管１００により、第２のタンク１８に接続される。
【００３６】
図１に示す状態において、エンジン１０は、推進段階にある。この状態において、供給弁６６及び７２が開く一方で、タップ弁８０及び分岐８８は閉じられる。従って、第１のガス発生器６０は、第１及び第２の推進剤により供給されており、従って運転される。それにもかかわらず、第１の熱交換器７４は、第１の推進剤を供給されない。従って上記のように、第１の推進剤は、再生回路により気化される。同時に、第２の熱交換器９０には、タップ管９４により、第２の推進剤が供給される。第２のガス発生器８４は、第１のガス発生器６０に直列に配置されており、即ち、第１のガス発生器からの排気は、第２のガス発生器の入口に供給される。第１の熱交換器７４に推進剤が供給されない限り、第１のガス発生器からの排気流体は、熱い状態で第２のガス発生器に到達する。それにもかかわらず、第２のガス発生器には、弁８８が閉じているので、第２の推進剤が供給されない。従って、新たな燃焼は、第２のガス発生器において発生しないが、しかし第１のガス発生器からの排気は、第２のガス発生器からの排気部９２に向かって直接的に送られる。第２の熱交換器９０に第２の推進剤が供給される限り、第２の推進剤は従って、第２のガス発生器において燃焼が存在しないのにもかかわらず、気化されるが、その際、これは、第１のガス発生器において燃焼が発生していることによる。これは、第１の推進剤が発生回路により気化される、第１の状態に対応しており、第２の推進剤が第１のガス発生器から来る熱の結果として、第２の熱交換器により気化される一方で、第１の推進剤はその後、「再生された推進剤」と呼ばれる。この第１の状態を制御するための手段は従って、開いている弁６６及び７２と、閉じられる弁８０及び８８と、を具備する。これらの弁は、任意の適切な手段により、及び特には電子制御ユニットにより制御される。
【００３７】
図２において、エンジン１０は、非作動状態である。タンクがターボポンプ２４及び３２に供給していないように、弁２２Ａ及び３０Ａが閉じられることが分かる。それにもかかわらず、第１ガス発生器６０に両方の推進剤が供給されるように、供給弁６６及び７２は開放される。タップ弁８０はまた、第１の熱交換器７４に第１の推進剤が供給されるように開く。同様に、タップ弁８８は、第２の推進剤が第２のガス発生器８４に注入されるように開かれる。結果として、燃焼は、第２の推進剤が第１のガス発生器から来る排気７６と混合する結果として、第１のガス発生器だけはなく、第２のガス発生器においても発生する。第２の熱交換器９０には、タップ管９４により第２の推進剤が供給される。
【００３８】
従って、第１の推進剤は、第１ガス発生器で行われる燃焼の結果として、第１の熱交換器７４において加熱されて気化される。気化した第１の推進剤は、戻り管８２を介して第１のタンク内のガスブランケットに戻る。第２の推進剤は、第２のガス発生器８４において行われる燃焼の結果として、第２の熱交換器９０において加熱されて気化する。気化した第２の推進剤は、戻り管１００を介して第２のタンク１８に戻る。
【００３９】
そのような条件の下において、エンジン１０は動作していないが、第１のタンクは、ガス発生器と協働する、第１の熱交換器において気化される、第１の推進剤により加圧され続ける。大気中に投棄される代わりに、第１のガス発生器から来る排気流体は、第２のガス発生器に供給するように使用されており、それにより、推進アセンブリの全体的な効率を向上させる。結果として、所望の圧力は、２つの推進剤の各々について、両方のタンクにおいて保証され続ける。
【００４０】
第一に、その排気が、第２の発生器に注入される、第２の推進剤と混合することにより、第２のガス発生器が動作することを可能にするために必要な熱を生成するための第１の推進剤の十分な量を含むように、及び第二に、第１の熱交換器７４が作動する場合に、第１のガス発生器からの出口におけるガスの温度が露点より高い（結露しないこと）状態を維持するように、第１のガス発生器６０が供給される速度は、調整される。
【００４１】
上記の例において、第２のガス発生器は、第１のガス発生器からの排気流体により第１の推進剤だけを供給される。それにもかかわらず、第１の推進剤を供給する補助供給管を第２のガス発生器に導入するための対策が実施可能であろう。この配管はその後、許可弁を提供され、更に必要な場合にのみ使用されるであろう。
【図１】
0006506282.tif 000002
【図２】
0006506282.tif 000003