(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロケットエンジンの燃焼室に点火するための点火システムであって、
ロケットエンジンの燃料タンクとは別に設けた第１燃料成分を収容する第１燃料タンク（１）及び第２燃料成分を収容する第２燃料タンク（２）と、
イグナイタ（５）と、
前記イグナイタと前記第１燃料タンクとの間に設けた前記第１燃料成分を供給するための供給管路（３）及び前記イグナイタと前記第２燃料タンクとの間に設けた前記第２燃料成分を供給するための供給管路（４）とを備え、
前記各供給管路（３、４）は、前記ロケットエンジン側に装備されて、各々が圧力調整のための少なくとも１つのオリフィス（６、７）を装備しており、
前記第１燃料タンク（１）及び前記第２燃料タンク（２）の各々を前記ロケットエンジンに対して交換可能な構成となるように、前記供給管路（３、４）に対して取外し可能な構成とした、
ことを特徴とするロケットエンジンの燃焼室に点火するための点火システム。
【請求項２】
前記第１燃料成分及び前記第２燃料成分の流れを制御ないし調整するための制御調整機構（１０、１２、１３、１４）が、連続的な複数回の点火動作を実行可能なように設計されていることを特徴とする請求項１記載の点火システム。
【請求項３】
前記供給管路（３、４）の各々に、少なくとも１つの閉切弁（９、１０、１１、１２）が装備されていることを特徴とする請求項１又は２記載の点火システム。
【請求項４】
前記供給管路（３、４）の各々が、洗浄排出システム（８）に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の点火システム。
【請求項５】
前記供給管路（３、４）に少なくとも１つの逆止弁（１３、１４）が装備されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の点火システム。
【請求項６】
前記供給管路（３、４）に、該供給管路（３、４）内の圧力及び／または温度を計測するための計測器（１５、１６）が接続されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の点火システム。
【請求項７】
前記イグナイタ（５）に、該イグナイタ（５）内の圧力及び／または温度を計測するための計測器（１９）が接続されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の点火システム。
【請求項８】
ロケットエンジンの燃焼室に点火するための点火システムであって、
ロケットエンジンの燃料タンクとは別に設けた第１燃料成分を収容する第１燃料タンク（１）及び第２燃料成分を収容する第２燃料タンク（２）と、
イグナイタ（５）と、
前記イグナイタと前記第１燃料タンクとの間に設けた前記第１燃料成分を供給するための供給管路（３）及び前記イグナイタと前記第２燃料タンクとの間に設けた前記第２燃料成分を供給するための供給管路（４）とを備え、
前記第１燃料タンク（１）及び前記第２燃料タンク（２）の各々をロケットエンジンに対して交換可能な構成とし、
前記供給管路（３、４）の各々が、洗浄排出システム（８）に接続されていることを特徴とするロケットエンジンの燃焼室に点火するための点火システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロケットエンジンの燃焼室に点火するための、点火システムに関する。かかる種類の点火システムであって従来公知のものとしては、例えばドイツ特許第ＤＥ２３００９８３号公報に記載されているものがある。また、かかる種類の点火システムは、基本的に、いかなる種類のロケットエンジンにも使用可能なものであるが、特に、液体燃料ロケットエンジンに広く用いられている。
【０００２】
【従来の技術】
ヨーロッパ特許第ＥＰ０９５３７５９号公報にも、ロケットエンジンに点火するための点火システムが記載されている。この公報の点火システムでは、その点火システムの動作条件が、ロケットエンジンそれ自体の動作条件に強く影響されるものとなっており、それは、その点火システムに必要な酸化剤の供給を、ロケットエンジンから受けているからである。そのため、点火システムの動作条件とロケットエンジンの動作条件とを整合させなければならないという、非常に面倒な事態を余儀なくされている。
【０００３】
上述のドイツ特許第ＤＥ２３００９８３号公報の、その図２に記載されている点火システムは、第１燃料成分を収容する燃料タンクと第２燃料成分を収容する燃料タンクとを個別に備えている。そして、それら燃料タンクの間を接続している供給管路を介して、第１燃料成分が、第２燃料成分の燃料タンクの中へ導入され、その燃料タンクの中で、それら燃料成分が混合される。混合された燃料成分は、弁で制御されて、イグナイタの燃料成分混合物供給管路へ導入されるようになっている。
【０００４】
このドイツ特許公報の点火システムの欠点は、２つの燃料成分をイグナイタよりかなり手前で早々と混合してしまうため、危険度の高い燃料成分混合物を、長い供給管路を介してイグナイタまで送給しなければならないことにある。また、もう１つの欠点として、その点火システムの燃料タンクに、燃料成分を再充填するためのコストが、かなり高いということがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、安全性が高く構造的に簡明な、改良した点火システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本願の請求項１に記載した構成要件によって達成される。
【０００７】
即ち、本発明に係る、ロケットエンジンの燃焼室に点火するための点火システムは、ロケットエンジンそれ自体の燃料タンクとは別に設けた、第１燃料成分を収容する第１燃料タンク、及び第２燃料成分を収容する第２燃料タンクを備えている。そのため、点火システムの燃料成分の要求条件を、ロケットエンジンの燃料成分の要求条件に何ら影響されることなく、全く別個に調節及び最適化することができる。また、その結果、点火システムの動作条件も、ロケットエンジンの動作条件とは別個に調節できるようになっているため、点火システムの動作条件の調節が容易である。
【０００８】
本発明に係る点火システムは更に、イグナイタを備え、また、前記イグナイタと前記第１燃料タンクとの間に設けた前記第１燃料成分を供給するための供給管路及び前記イグナイタと前記第２燃料タンクとの間に設けた前記第２燃料成分を供給するための供給管路を備えている。そのため、燃料成分の混合は最も遅い段階で、即ち、イグナイタの内部でのみ行われるようになっている。その結果、点火システムの動作安全性が向上している。
【０００９】
また特に、この点火システムは、連続的な複数回の点火動作を実行可能なように設計することができ、それには、例えば、この点火システムの制御機構を、また特に、この点火システムに装備されている例えば弁などの切換制御機構を、そのように設計すればよい。そのようにしておけば、燃焼室に一度点火した後に、即ち、燃焼室を一度動作状態にした後に、その燃焼室を一旦、完全に消火状態、即ち、非動作状態に戻した上で、点火システムによる点火動作を再度実行して燃焼室を再始動させるという使い方ができる。本発明に係る点火システムは、このような使い方をする場合に特に適したものであり、なぜならば、このような使い方をする場合には、その点火動作の回数や方式に関する要求条件が、一般的に、個々の用途ごとに様々に異なるからである。本発明に係る点火システムは、ロケットエンジンの動作条件に何ら影響されることなく、それとは別個に調節可能であるため、連続的な複数回の点火動作を必要とするような個々の用途における要求条件に、容易に適合させることができるのである。
【００１０】
本発明の１つの実施形態においては、前記供給管路の各々に、圧力調整のための少なくとも１つのオリフィスを装備するようにしている。この場合、その圧力調整は、制御用電子回路を装備した制御弁などのような一般的に考えられる圧力制御機構によってではなく、それよりもはるかに構造が単純な、パッシブ要素であるオリフィスによって行われる。オリフィスは、構造が単純であるため、故障するおそれが極めて小さく、それゆえ、オリフィスを使用することによって、製作が容易になるばかりでなく、動作信頼性も向上させることができる。また、圧力調整目標値を常に一定にするのであれば、オリフィスを固定して取付けても構わない。一方、点火システムの実際の動作状態が想定したものと異なる場合に、圧力調整目標値を、その実際の動作状態に適合する値に変更できるようにしておきたければ、オリフィスを交換可能な構造にしておけばよい。オリフィスを通過して流れる流体に関するオリフィス特性についての基本的な事項は、流体力学の分野において既に明らかにされており、例えば、Ｈ．Ｚｏｅｂｌ及びＪ．Ｋｒｕｓｃｈｉｋによる共著、「Ｓｔｒｏｅｍｕｎｇ  ｄｕｒｃｈ  Ｒｏｈｒｅ  ｕｎｄ  Ｖｅｎｔｉｌｅ（管内流及び弁）」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ  Ｗｉｅｎ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９８２年刊）（第７２頁）などに、それについての記載がある。
【００１１】
前記第１燃料タンク及び前記第２燃料タンクの各々を、交換可能な構成としてもよく、そうすれば、先ず第１に、燃料タンクに燃料成分を再充填する際に、その燃料タンクを点火システムから取外した状態で、容易に再充填を行うことができると共に、再充填のための注入構造が不要となるために、点火システムの製作コストも引き下げることができる。また第２に、そうすることによって、燃料タンクを適当に選択することが可能となるため、点火システムを、大きなフレキシビリティをもって想定動作条件の条件値に適合させることができるようになる。即ち、様々な種類の燃料を充填した燃料タンクのうちから所望の燃料を充填したものを選択したり、様々な大きさの燃料タンクのうちから所望の大きさのものを選択することで、点火システムの適合化を容易に行うことができる。また特に、連続的な複数回の点火動作を実行可能に構成した点火システムでは、以上によって、その点火システムを、必要とされる点火動作の回数及び方式に適合させることも可能である。
【００１２】
前記供給管路内の燃料成分の流れを任意に許容及び遮断することができるように、前記供給管路の各々に、少なくとも１つの閉切弁を装備しておくのがよい。この閉切弁は、開状態と閉状態の、２つの状態を取り得るものでありさえすればよく、そのため、非常に簡明な構造の閉切弁を使用することができる。また、この閉切弁には、圧力調整機能は不要であり、従って、圧力調整のために閉切弁を作動させ制御する必要がなく、そのためのコストを要しない。
【００１３】
また特に、この点火システムは、前記供給管路の各々が洗浄排出システムに接続されているような実施の形態としてもよい。ここでいう排出とは、点火動作が完了した後に、点火システム内に残留している燃料成分を排出できるようにすることも含み、また特に、その点火システムを装備している輸送ロケット等の打上作業を中断したときに、燃料成分をその点火システムから容易に排出できるようにすることも含むものである。一方、洗浄は、点火システム内に残留している燃料成分を一掃することを目的として、或いは、点火システム内に氷結などが発生するのを防止することを目的として行われ、この洗浄には、洗浄用のガスが用いられ、また場合によっては適当な洗浄用の液体なども用いられる。尚、供給管路の各々に、１つずつ、個別に洗浄排出システムを装備するようにしてもよいが、それら供給管路の全てに対して、共通の１つの洗浄システムを装備するようにすれば、全体としての構造を簡明化し得るという利点が得られる。
【００１４】
更に、前記供給管路に少なくとも１つの逆止弁を装備することによって、燃料成分が供給管路の中を燃料タンクへ向かって逆流するのを防止するようにするのもよい。特に、燃料成分どうしが混合した後に、その混合物が逆流するのを防止することが重要である。このような逆流は、それを防止する手段が存在していない場合には、例えば、燃焼室内で発生する圧力波などによって引き起こされるおそれがある。また、このように供給管路に逆止弁を装備することによって、特に水分などの有害な夾雑物質が、供給管路及び燃料タンクに入り込むことも防止される。
【００１５】
更に、閉切弁の機能を制御し、また、点火システムの動作特性をモニタするために、前記供給管路に、該供給管路内の圧力及び／または温度を計測するための計測器を接続しておくようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図１及び図２を参照しつつ、本発明の具体的な実施の形態について説明して行く。
【００１７】
図１に具体例として示した点火システムは、高圧ブローダウン型点火システムであり、この点火システムの動作媒体である燃料は、燃料タンク１、２内の圧力と、イグナイタ５の噴射口における圧力との圧力差によって、燃料タンク１、２からイグナイタ５へ送給される。イグナイタ５には、例えば、電気点火方式のイグナイタなどを使用すればよい。この点火システムは、ロケットエンジンの燃焼室の点火のためなどに用いられるものであるが、ただし用途はそれに限られず、その他の燃焼室の点火にも用いることができる。
【００１８】
この点火システムは、２つの燃料タンク１、２を備えており、それらのうちの第１燃料タンク１は、実際に燃焼する成分である第１燃料成分（例えばＨ2）を収容するタンクであり、第２燃料タンク２は、その燃焼に必要な酸素を供給する酸化剤である第２燃料成分（例えばＯ2）を収容するタンクである。それら燃料タンク１、２は、各々が閉切弁９、１１を装備しており、また、各々がフランジ１７、１８を装備している。フランジ１７、１８は、燃料タンク１、２の各々を点火システムに連結するためのものである。この構成によれば、燃料タンク１、２の各々を、点火システムから容易に取外すことができ、別の燃料タンクに交換することも可能となっている。そのため、燃料タンクに燃料成分を再充填する際には、その燃料タンクを点火システムから取外し、外部において、最適な充填環境下で再充填を行うことができる。また、燃料を再充填した燃料タンクは、点火システムにすぐに取付ける必要はなく、実際に点火動作を実行する直前まで、或いは、その点火システムを使用する輸送ロケットなどの打上準備作業の完了直前まで、点火システムから取外した状態で保管しておくことも可能である。また、この構成によれば、燃料タンク１、２の交換という簡単な作業によって、この点火システムを、個々の用途における具体的な状況に迅速に適合させることができるため、点火システムのフレキシビリティが向上している。
【００１９】
燃料タンク１、２は、各々が、個別の供給管路３、４を介してイグナイタ５に接続されている。また、それら供給管路３、４には、各々、閉切弁１０、１２が装備されている。図示の実施例では、それら閉切弁１０、１２は、電磁制御弁として構成された閉切弁であり、開状態と閉状態とを取り得るものである。また、図示の実施例では、閉切弁１０、１２に、圧力調整機能を有する弁を使用する必要はなく、なぜならば、供給管路３、４に装備したパッシブ要素であるオリフィス６、７によって、圧力調整がなされるようにしてあるからである。従って、イグナイタ５側における供給管路内圧力は、オリフィス６、７の流路部分の形状及び寸法を適切に設計することで調整することができ、簡明な方式で調整可能となっている。
【００２０】
供給管路３、４や燃料タンク１、２の中に、水分などの有害な夾雑物質が入り込むのを防止するために、供給管路３、４には、各々、逆止弁１３、１４を装備してある。また、この点火システムの動作や、上述した様々な弁の機能をモニタするために、供給管路３、４には、計測器１５、１６を装備してある。それら計測器１５、１６は、供給管路３、４に接続されており、供給管路３、４内の温度及び圧力を計測するためのものである。尚、イグナイタ５にも、それらと同様の計測器１９を装備して、イグナイタ５内の圧力や温度を測定するようにしてもよい。
【００２１】
更に、この点火システムは、供給管路３、４に接続された洗浄排出システム８を備えており、この洗浄排気システム８は、以下の機能を提供するものである。
−点火システム内に残留している燃料成分を放出させる。
−ヘリウム等の洗浄ガスで点火システムを洗浄することにより、点火システム内に残留している燃料成分を更に徹底的に追い出し、また、水分が夾雑物質として混入している場合に、それも追い出すことによって、点火システム内の氷結を防止する。
−点火動作を中止する場合に、燃料成分の一掃排出を実行する。
【００２２】
図１に示した実施形態の洗浄排出システム８は、以上に列挙した機能を提供するために、以下の構成要素を備えている。先ず、弁２０を備えており、これは、例えば電磁制御弁であり、洗浄ガス（Ｈｅガス）の流出入を行わせるためのものである。次に、オリフィス２１を備えており、これは、洗浄ガスの流入圧力を調整するためのものである。また、逆止弁２２、２７を備えており、これらは、燃料成分が洗浄排出システム８へ入り込むのを防止するためのものである。また、閉切弁２３、２４を備えており、これらは、例えば電磁制御弁または炸薬作動弁であり、供給管路３、４から燃料成分を一掃排出するためのものである。また、更なるオリフィス２５、２６を備えており、これらは、燃料成分を一掃排出する際の排出管内圧力を調節するためのものであり、従って、排出される燃料成分の流出速度が所定速度になるように調節するためのものである。また、洗浄排出システム８は、その全体が単一のユニットとして構成されており、フランジ３０、３１を介して供給管路３、４に連結できるようにしてある。
【００２３】
図２は、以上に説明した洗浄排出システム８に変更を加えた、本発明の別の実施形態にかかる点火システムを示したものである。図２の洗浄排出システムは、図１の洗浄排出システム８と同様にユニットとして構成した洗浄部８’と、この洗浄部８’とは別体に構成されて夫々が供給管路３、４に接続されている２つの排出部８’’及び８’’’とで構成されている。排出部８’’及び８’’’は、各々が、閉切弁２３、２４を備えており、更にそれら閉切弁２３、２４の背後には、供給管路３、４に夾雑物質が入り込むのを防止するための逆止弁２８、２９が装備されている。
【００２４】
また更に、点火システムが、連続的な複数回の点火動作を実行可能であるようにし、それによって燃焼室の点火を反復実行できるようにするために、上述した弁１０、１２、１３、１４を制御するための制御装置の構成、並びに、それら弁１０、１２、１３、１４自体の構造を、燃料成分の供給及び遮断を反復して行えるような設計にしてある。尚、実施形態によっては、連続的な複数回の点火動作を実行可能にするためには、例えばイグナイタ５などの、その点火システムのその他の構成要素も、適切な構造にしておかなければならないことがあるが、そのような場合には、該当する構成要素をそのように適宜設計しておけばよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、安全性が高く構造的に簡明な、ロケットエンジンの燃焼室に点火するための改良した点火システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態にかかる高圧ブローダウン型点火システムの模式図である。
【図２】図１の点火システムにおいてその洗浄排出システムの部分に変更を加えた、本発明の別の実施形態にかかる点火システムの模式図である。
【符号の説明】
１、２  燃料タンク
３、４  供給管路
５  イグナイタ
６、７  オリフィス
８  洗浄排出システム
９、１０、１１、１２  閉切弁
１３、１４  逆止弁
１５、１６、１９  計測器
【図１】
0004618940.tif 000002
【図２】
0004618940.tif 000003