(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙往還機の上段を推進するのに適した宇宙往還機用エンジンであって、縦軸を有し、
上記縦軸と同軸でかつ、少なくとも円錐状の作用側面を備えた中央スパイクであって、その作用側面の基部がエンジン側に配されているものと、
上記の作用側面の上記基部の周辺に配され、上記作用側面に打ちあてるガス流を発生させる複数個の別個の発生器と
からなり、
上記中央スパイクの、上記基部の対向端にある尖端が、折り畳めるが伸張できない壁を有し、
上記中央スパイクが上記基部の対向端で切頭された円錐台形状となって、中央スパイクの側面が上記作用側面より短く、前記作用側面より小さい側面を呈する折り畳み位置と、あるいは、
上記中央スパイクの側面が上記作用側面に対応した円錐形状となる、上記の折り畳み可能な構造体が上記の中央スパイクの上記尖端を形成する折り畳まれていない位置と、
を採ることのできる折り畳み可能な膨張式構造体からなることを特徴とする宇宙往還機用中央スパイクを備えたエンジン。
【請求項２】
上記の折り畳み可能な構造体が、円形の折線によって、アコーデオン式に相互に連結されている複数個の同心リングからなる請求項１に記載の宇宙往還機用中央スパイクを備えたエンジン。
【請求項３】
上記の折り畳み可能な構造体が、炭素繊維を用いて作製されている請求項１又は２に記載の宇宙往還機用中央スパイクを備えたエンジン。
【請求項４】
上記の折りたたみ可能な構造体が、少なくとも１つのエラストマ層で裏打ちされている請求項３に記載の宇宙往還機用中央スパイクを備えたエンジン。
【請求項５】
燃料と酸化剤とを個別に収容する第１タンクと第２タンクとを備えるとともに、これらのタンクが少なくとも１つの第３のタンクに収容されているガスにより加圧されており、上記の第３のタンクから供給される加圧ガスが上記の折り畳み可能な構造体を上記折り畳まれた位置から折り畳まれていない位置に膨張させることを特徴とする請求項１に記載の宇宙往還機用中央スパイクを備えたエンジン。
【請求項６】
燃料と酸化剤とを個別に収容する第１タンクと第２タンクとを備えるとともに、これらのタンクを加圧する加圧ガスを収容している少なくとも一つの第３のタンクを、燃料を収容されている第１タンク内に配置した請求項１に記載の宇宙往還機用中央スパイクを備えたエンジン。
【請求項７】
燃料と酸化剤とを個別に収容する第１タンクと第２タンクとを備えるとともに、これらのタンクを加圧する加圧ガスを収容している少なくとも一つの第３のタンクを、酸化剤を収容されている第２タンクに収容されている請求項１に記載の宇宙往還機用中央スパイクを備えたエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、“アエロスパイク（航空スパイク）”の名前で当業界で知られている種類の、宇宙往還機用中央スパイクを備えたエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のエンジンとして、専用ではないが、特に上記の宇宙往還機の上段を推進するのに適したエンジンが、例えば、２００１年７月８日から７月１１日まで米国、ユタ州ソルトレイクシティで開催された第３７回AIAA/ASME/SAE/ASEE JPC会議および展示会の時に発行された“未来の発射用の革新的な上段推進概念”と題する文献AIAA 2001-3692 に記載されている。
【０００３】
このアエロスパイクエンジンの本質的な構造上の特徴は、１本の中央スパイクと、加圧されたガス流を発生させる手段とを有し、このガス流を上記の中央スパイクの表面に送ることにある。この中央スパイクは、エンジンの縦軸と同軸であり、少なくともほぼ円錐形の作用側面からなる。この側面の基部と頂点は、それぞれエンジンの端部と、そのエンジンの対向端に配されている。本質的には、上記の加圧ガス流発生手段は、上記の中央スパイクの基部の近くで、上記エンジンの軸の周囲に分布せられた複数個の個別の発生器からなり、この個別の発生器からのガス流が、中央スパイクの上記側面に打ちあてられる。
【０００４】
勿論、上記エンジンの推力は、上記ガス流によって出された圧力をスパイクの上記作用面に印加した結果であり、この作用面が大きければ、大きい程、推力は、高くなる。すなわち、所定のエンジンでは、スパイクが長ければ、長い程、推力は大きくなる。この結果、高性能のアエロスパイクエンジンの長さはかなりなものになり、宇宙では非常に望ましくないものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、この欠点を解決することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明によれば、宇宙往還機用のエンジンであって、上記打ち上げロケットの上段を推進するのに、特に、適したものが提供されている。このエンジンは縦軸を有し、この縦軸と同軸で、少なくともほぼ円錐形の作用側面とを備えた中央スパイクからなり、この側面の基部は、エンジン側に配置されている。また、このエンジンはガス流を発生する複数個の別個の発生器を備え、これらの発生器は、上記作用側面の基部の周辺に配置されていて、上記の作用側面に打ちあてるガス流を発生するものであって、次のことを特徴としている。
上記の基部の対向端にある、上記の中央スパイクの尖端は、折り畳めるが伸張できない壁を有し、上記の中央スパイクの尖端が切頭された状態の円錐台形状をなす、中央スパイクの側面が上記作用側面より短く、これより小さい側面を呈する折り畳み位置と、上記中央スパイクの側面が、上記作用側面と対応し、上記の折り畳み可能な構造体が上記中央スパイクの上記尖端を有する円錐形状を形成する折り畳まれていない位置とを採る。
【０００７】
よって、本発明によれば、エンジンは、作用段階でない場合は、長さが限定されていて（上記折り畳み可能な構造が折りたたみ位置にあり）、作用中は、上記折り畳み可能な構造は展開位置にあり、上記エンジンは、正しい作用に適した形と長さのスパイクからなって、高くて特殊な衝撃を与える。
【０００８】
上記スパイクは、その尖端では、基部より低い熱機械応力を受ける。よって、上記折り畳み可能な構造は膨張できる袋式でよい。展開位置では、上記の基部の対向端で上記中央スパイクの尖端を形成する、折りたためるが、伸びない壁からなるのが好ましい。この折りたたみ可能な壁は、複数個のリングからなり、これらのリングは上記の縦軸と同軸であって、円形の折れ線によって、アコーデオン式に相互に連結されている。そのような折りたためる壁は、断熱性を与え、シール性をもたらす１層のエラストマで内側を裏打ちした、例えば、乾燥炭素布あるいは炭素マットなどの炭素繊維を用いて製造するのが好ましい。よって、上記の可変構造は、折りたたみ位置から展開位置へ加圧ガスの作用で移動できる。
【０００９】
既知の中央スパイクエンジンでは、燃料と酸化剤とがタンクに容れられていて、これらのタンクは、少なくとも一つの第３のタンクに容れられているガス(ヘリウム)により加圧されている。この第３のタンクは、一般には、上記スパイクの尖端に収容されているので、本発明を十分に実施するには障害となる。よって、本発明のエンジンのもう一つの特徴によれば、上記の第３のタンクは燃料と、酸化剤とを収容しているタンクのどちらか一方に収容せられていて、スパイクの尖端の内側の空間を自由にしている。だから、スパイクの尖端は、折り畳み可能であると共に展開可能な構造に形成できる。加えて、上記の第３のタンクのガスを、上記の折りたたみ可能な壁を作動させるために用いることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付図面の各図により、本発明がどのように達成せられるかを理解するのがより簡単になる。これらの図において、同一の符号は同一要素を示す。
【００１１】
図１および図２に概略が示されている本発明による宇宙往還機用エンジン(１)は、縦軸Ｌ−Ｌを有し、中空の筒状ケーシング(２)からなる。このケーシング(２)の内側には、燃料タンク(３)(この燃料は水素をベースにしている)と、酸化剤タンク(４)(この酸化剤は酸素をベースにしている)とが収容されている。  実際、酸化剤タンク(４)は、燃料タンク(３)の内側にあり、同様に、加圧ガス(ヘリウム)を収容している２つの球状タンク(５)も燃料タンク(３)の内側にある。上記加圧ガスの作用はタンク(３)・(４)を、符号(６)で示されているようなパイプにより加圧することである。
【００１２】
加えて、エンジン(１)は、中央スパイク(７)を備え、このスパイク(７)は、上記の縦軸(Ｌ−Ｌ)と同軸で、上記中空ケーシング(２)から、その開放後ろ孔(８)を通って、突出している。中央スパイク(７)は、少なくともほぼ円錐形の作用側面(９)を有していて、その基部(10)は、エンジンの端部に配されている。第２図において、上記中央スパイク(７)の尖端(11)、すなわち上記基部(10)の対向端は丸い形をしている。
【００１３】
上記スパイク(７)の基部(10)の周囲には周方向に複数個のガス発生器(12)が分布している。各ガス発生器(12)は、上記の作用側面(９)にうちあてることができる個別の加圧したガス流を発生する。
【００１４】
図１および図２に示されているように、中央スパイク(７)の尖端(11)は次の位置のいずれかを取ることができる可変構造からなる。
図１に示す折りたたまれた位置では、上記の中央スパイク(７)は、基部(10)の対向端で切頭されて、上記中央スパイク(７)は短くなり、上記の作用側面(９)より小さい側面を有している。
図２に示す展開位置にあっては、上記の中央スパイク(７)は作動体制を採る。
【００１５】
図３と図４とは、上記の尖端(11)の可変構造の好ましい実施例の概略を示す。この実施例は、折り線(14.1)から(14.5)によって、アコーデオンのように相互に連結された複数個の同心リング(13.1)から(13.6)からなる折り畳めるが、伸びない壁(13)からなる。加えて、最大のリング(13.1)は、側面(９)に連結されているケーシング(17)の孔(15)の縁部に、折線(15)により、折畳み可能な状態で接合されており、最小のリング(13.6)は、壁部(18)により閉鎖されている。
【００１６】
折り畳まれた位置では(図１および図３参照)、折り畳み可能な壁(13)の全体が、ケーシング(17)の内側に収容されており、展開位置(図２および図４参照)では、折り畳み可能な壁(13)の全体が、ケーシング(17)の外側に配されていて、尖端(11)を示している。
【００１７】
壁(13)の、折り畳まれた位置から展開された位置までの移動は、矢印(20)によって概略的に示されているように、加圧ガスをケーシング(17)に、そのオリフィス(19)を介して導入することによってなされることが好ましい。この加圧ガスは、例えば、上記の加圧用ガスタンク(５)から導入することが好ましい。
【００１８】
折り畳み可能な壁(13)は、例えば、エラストマ(図５参照)で作成された少なくとも１つの封止・断熱層で内側を裏打ちした乾燥炭素布あるいは炭素マット製の少なくとも１つの層(21)から構成してもよい。リング(13.1)から(13.6)および折り線(14.1)から(14.5)は、これらを作成する際、壁(13)にしるしをつけておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に係る宇宙往還機用エンジンの１つの実施例を示す軸方向の斜視断面図である。
【図２】  図２は、中央スパイクを展開した状態での図１に相当する展開図でる。
【図３】  図３は、中央スパイクの端部の折り畳み可能な構造の１例を示す略図であって、折りたたんだ状態が示されている。
【図４】  図４は、上記端部の展開した状態を示す。
【図５】  図５は、図３と図４の展開可能な構造を作製している壁の1例を示す拡大した取りだし断面図である。
【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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