(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスを発生する固体燃料を装填したガス発生器と、空気導入口を有し且つブースタ推進薬を装填した燃焼器を備えると共に、ガス発生器と燃焼器の間に、燃焼器の頭部隔壁に対して気密的に収容され且つ可燃性ガスの圧力により押圧されて頭部隔壁から燃焼器内に突出する可燃性ガス噴射用の可動インジェクタを備えたことを特徴とするラムロケット。
【請求項２】
可動インジェクタが、可燃性ガスの流路を有し且つ燃焼器の頭部隔壁を機軸方向に移動可能に貫通する軸部と、軸部の燃焼器側の端部に同心状に設けた可燃性ガス拡散用の円盤部と、燃焼器内での突出位置を規制するストッパを備えており、頭部隔壁に、燃焼器内に開放され且つ内周面が円盤部の外周面と気密的に接触する円盤部の収容部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のラムロケット。
【請求項３】
円盤部の軸部側の面に、可燃性ガス拡散用の突起部を設けたことを特徴とする請求項２に記載のラムロケット。
【請求項４】
可燃性ガス拡散用の突起部が放射状に配置され且つねじれを有する拡散用翼であると共に、軸部を回転自在に保持したことを特徴とする請求項３に記載のラムロケット。
【請求項５】
円盤部の軸部側の面が、軸部側を小径とするテーパ状を成していることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のラムロケット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブースタ推進薬により発進して加速したのち、固体燃料より発生する可燃性ガスと空気とを混合燃焼させて推力を得るラムロケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のラムロケットは、頭部側から順に、固体燃料を装填したガス発生器、ブースタ推進薬を装填した燃焼器、およびジェットノズルを備えると共に、側部には、燃焼器内に空気を導入するための複数のディフューザを備えている。ガス発生器の固体燃料は、燃料過剰の組成を有するものであって、可燃性ガスを発生する。また、ガス発生器の尾部には、多数の噴射孔を有する可燃性ガス噴射用のインジェクタが設けてあり、このインジェクタは、燃焼器の頭部から機軸上に沿って同燃焼器内に突出した状態に設けてある。
【０００３】
上記のラムロケットは、燃焼器内のブースタ推進薬に点火することにより発進し、超音速域まで加速したところで、ガス発生器において固体燃料より発生した可燃性ガスをインジェクタから噴射し、可燃性ガスとディフューザから導入した空気とを連続的に混合燃焼させ、その燃焼ガスをジェットノズルから噴出させることにより推力を得る。
【０００４】
このようなラムロケットは、例えば、１９９０年に原書房が発行した「ミサイル工学事典」の第１４０頁〜第１４６頁に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したような従来のラムロケットあっては、インジェクタを燃焼器内に突出させた構造であることから、燃焼器内におけるブースタ推進薬の燃焼時の熱からインジェクタを保護し且つ燃焼器の頭部側の気密性を保つために、インジェクタを耐熱カバーで被覆しておく必要がある。なお、インジェクタは、ガス発生器で発生させた高温の可燃性ガスを噴射するものであるが、耐熱カバーを用いないと、ブースタ推進薬の燃焼時から長時間にわたって高熱にさらされることになり、その熱によって損傷を受ける恐れがあるため、耐熱カバーで保護するようにしている。また、耐熱カバーはブースタ推進薬の燃焼終了とともに外して外部に放出することとなるが、この際、耐熱カバーによってジェットノズル等に損傷を与える恐れがあるという問題があり、このような問題を解決することが課題であった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、耐熱カバーを用いることなく可燃性ガス噴射用のインジェクタをブースタ推進薬の燃焼時の熱から保護することができ、また、耐熱カバーの廃止によりジェットノズル等が損傷を受けるような事態を解消することができるラムロケットを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるラムロケットは、請求項１として、可燃性ガスを発生する固体燃料を装填したガス発生器と、空気導入口を有し且つブースタ推進薬を装填した燃焼器を備えると共に、ガス発生器と燃焼器の間に、燃焼器の頭部隔壁に対して気密的に収容され且つ可燃性ガスの圧力により押圧されて頭部隔壁から燃焼器内に突出する可燃性ガス噴射用の可動インジェクタを備えた構成とし、請求項２として、可動インジェクタが、可燃性ガスの流路を有し且つ燃焼器の頭部隔壁を機軸方向に移動可能に貫通する軸部と、軸部の燃焼器側の端部に同心状に設けた可燃性ガス拡散用の円盤部と、燃焼器内での突出位置を規制するストッパを備えており、頭部隔壁に、燃焼器内に開放され且つ内周面が円盤部の外周面と気密的に接触する円盤部の収容部を設けた構成とし、請求項３として、円盤部の軸部側の面に、可燃性ガス拡散用の突起部を設けた構成とし、請求項４として、可燃性ガス拡散用の突起部が放射状に配置され且つねじれを有する拡散用翼であると共に、軸部を回転自在に保持した構成とし、請求項５として、円盤部の軸部側の面が、軸部側を小径とするテーパ状を成している構成としており、上記の構成を課題を解決するための手段としている。
【０００８】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わるラムロケットでは、ブースタ推進薬を燃焼させる発進および加速の段階においては、ガス発生器と燃焼器の間に、可動インジェクタを燃焼器の頭部隔壁に対して気密的に収容しているので、燃焼器の頭部側の気密性が保たれると共に、可動インジェクタの本体部分が燃焼器内の熱から保護されている。
【０００９】
また、ブースタ推進薬の燃焼後には、ガス発生器内の固体燃料によって可燃性ガスを発生させ、その圧力により可動インジェクタを頭部隔壁から燃焼器内に突出状態にし、可動インジェクタから噴射する可燃性ガスと空気導入口から導入した空気とを連続的に混合燃焼させて飛翔し続ける。
【００１０】
本発明の請求項２に係わるラムロケットでは、ブースタ推進薬を燃焼させる発進および加速の段階においては、ガス発生器と燃焼器の間に可動インジェクタを収容しており、なお且つ可動インジェクタの円盤部の外周面と頭部隔壁の収容部の内周面とを気密的に接触させているので、可動インジェクタの軸部などが燃焼器内の熱から保護されると共に、燃焼器の頭部側の気密性が保たれる。
【００１１】
また、ブースタ推進薬の燃焼後には、ガス発生器で発生させた可燃性ガスの圧力により可動インジェクタを燃焼器側に押圧して、可動インジェクタの円盤部側を頭部隔壁から燃焼器内に突出状態にし且つストッパにより突出位置を規制し、この可動インジェクタから噴射する可燃性ガスと導入した空気とを連続的に混合燃焼させて飛翔し続ける。このとき、可動インジェクタは、軸部の流路を通過した可燃性ガスを円盤部に衝突させることによって拡散させ、これにより可燃性ガスと空気との混合を促進させる。
【００１２】
本発明の請求項３に係わるラムロケットでは、可動インジェクタを燃焼器内に突出させた状態において、円盤部に設けた突起部によって可燃性ガスの拡散がより促進される。
【００１３】
本発明の請求項４に係わるラムロケットでは、円盤部にねじれを有する拡散用翼を放射状に配置し且つ軸部を回転自在に保持しているので、可動インジェクタを燃焼器内に突出させた状態において円盤部に可燃性ガスを衝突させると、可動インジェクタが回転し、これにより可燃性ガスの拡散をより促進させる。
【００１４】
本発明の請求項５に係わるラムロケットでは、円盤部の軸部側の面がテーパ状を成しているので、可燃性ガスの拡散が促進されるとともに機軸方向の流れがより円滑になる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるラムロケットによれば、ガス発生器と燃焼器の間において可動インジェクタを頭部隔壁に対して気密的に収容したことから、ブースタ推進薬の燃焼段階において、従来の耐熱カバーを用いることなく、燃焼器の頭部側の気密性を保つことができると共に、可動インジェクタの本体部分を燃焼器内の熱から保護することができる。また、耐熱カバーの廃止に伴って、放出される耐熱カバーによりジェットノズル等に損傷を与えるような事態も解消することができる。
【００１６】
さらに、上記ラムロケットによれば、可動インジェクタを頭部隔壁側に収納状態にするので、インジェクタを燃焼器内に突出状態で設けた従来に比べて、燃焼器内のブースタ推進薬を増量させたり、可動インジェクタの燃焼器側の端部にブースタ推進薬点火用のイグナイタを取り付けたりすることが可能になり、また、可燃性ガスの圧力を利用して可動インジェクタを燃焼器内に突出させるので、可動インジェクタを移動させるための別の手段を設ける必要がなく、部品点数の削減や構造の簡略化も実現することができる。
【００１７】
本発明の請求項２に係わるラムロケットによれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、円盤部によって噴射する可燃性ガスを良好に拡散させることができ、これにより可燃性ガスと導入した空気との混合を促進させ、燃焼効率を向上させることができる。また、高温の可燃性ガスを円盤部に衝突させ且つ拡散させることにより、燃焼器内面に設けた断熱材等に対する可燃性ガスの直射を防止し、断熱材等の焼損を防ぐことができる。
【００１８】
本発明の請求項３に係わるラムロケットによれば、請求項２と同様の効果が得られるうえに、円盤部に設けた突起部によって可燃性ガスの拡散をより促進させることができ、空気との混合をより促進させて燃焼効率をさらに高めることができる。
【００１９】
本発明の請求項４に係わるラムロケットによれば、請求項３と同様の効果が得られるうえに、可動インジェクタが回転しながら可燃性ガスを噴射するので、可燃性ガスの拡散をより一層促進させることができ、燃焼効率のさらなる向上を実現することができると共に、拡散の促進により可動インジェクタの部分的な焼損なども防止することができ、さらに、可動インジェクタの上流側で保炎を行うことも可能である。
【００２０】
本発明の請求項５に係わるラムロケットによれば、請求項２〜４と同様の効果を得ることができるうえに、テーパ面を有する円盤部により、可燃性ガスの拡散を促進させ且つ機軸方向の流れをより円滑にすることができる。
【００２１】
【実施例】
図１〜図３は、本発明の請求項１〜４に係わるラムロケットの一実施例を説明する図である。
【００２２】
図１に示すラムロケットＲは、図の左側である頭部側から順に、ペイロード搭載部１、固体燃料２を装填したガス発生器３、可燃性ガスの流量調整器４、可動インジェクタ５、固体のブースタ推進薬６を装填した燃焼器７、およびジェットノズル８を備えており、側部には、燃焼器７内に空気を導入するための複数のディフューザ９を備えている。
【００２３】
固体燃料２は、燃料過剰の組成を有するものであって、一次燃焼することにより可燃性ガスを発生する。ガス発生器３は、固体燃料２を装填する一次燃焼室１０を形成しており、このほか、固体燃料点火用のイグナイタ（図示略）などを備えている。
【００２４】
流量調整器４は、中心に可燃性ガスの供給路１１ａを有する供給管１１と、ガス発生器３側を大径とするテーパ状の供給路１２ａを有するロータリバルブ１２と、ロータリバルブ１２を駆動する制御装置（図示略）を備えている。ロータリバルブ１２は、供給管１１の供給路１１ａの中間に配置してあると共に、供給管１１において、機軸に直交する軸方向の軸部１２ｂ，１２ｂによって回転可能に支持してある。
【００２５】
可動インジェクタ５は、図２にも示すように、可燃性ガスの流路１３を有し且つ燃焼器７の頭部隔壁１４を機軸方向に移動可能に貫通する軸部１５と、軸部１５の燃焼器側の端部に同心状に設けた可燃性ガス拡散用の円盤部１６と、燃焼器７内での突出位置を規制するストッパ１７を備えている。
【００２６】
軸部１５は、軸線上に流路１３を有する筒体であって、ガス発生器３側の端部にフランジ状のストッパ１７を有すると共に、円盤部１６側の端部寄りに複数の噴射孔１８を有している。噴射孔１８は、円盤部１６に向けて傾斜した状態に形成してある。
【００２７】
上記の軸部１５は、供給管１１と頭部隔壁１４の間に同軸状に連結したホルダ１９によって機軸方向に移動自在に且つ回転自在に保持してあると共に、ストッパ１７側の端部を供給管１１の供給路１１ａ内に摺動自在に挿入させている。このとき、ストッパ１７は、ホルダ１９のガス発生器３側の端面１９ａに相対向している。また、供給管１１のホルダ１９側の端部内側には、上記端面１９ａに当接したストッパ１７の外周部を保持するベアリング２０が設けてある。
【００２８】
円盤部１６は、軸部１５の燃焼器７側の端部を閉塞していると共に、図４に示す軸部１５側の面に、ガス拡散用の突起部として、放射状に配置され且つねじれを有する複数枚の拡散用翼２１を備えている。この円盤部１６に対して、頭部隔壁１４には、燃焼器７内に開放された収容部２２が凹状に形成してあり、収容部２２の内周面には、円盤部１６の外周面と気密的に接触するシールリング２３が設けてある。なお、円盤部１６の燃焼器７側の面には、ブースタ推進薬６の燃焼時の熱に耐え得るように断熱材などを設けることがある。
【００２９】
このようにして、可動インジェクタ５は、ガス発生器３と燃焼器７の間において、燃焼器７の頭部隔壁１４に対して気密的に収容してあると共に、軸線回りに回転自在に保持してある。そして、図１および図２に示すように、円盤部１６を収容部２２に収容した状態においては、円盤部１６と頭部隔壁１４の各内面が同一平面状を成すと共に、頭部隔壁１４により噴射孔１８が閉塞され、且つストッパ１７がホルダ１９の端面１９ａから離間してロータリバルブ１２に接近した位置にある。
【００３０】
燃焼器７は、その内面に断熱材２４が設けてあると共に、軸線方向の中間部に各ディフューザ９に連通する空気導入口２５を備えており、図中仮想線で示すブースタ推進薬６が装填される。また、ラムロケットＲは、ブースト飛翔に対する構成として、空気導入口２５を閉塞するポートカバー、ポートカバーを破砕する装置、ジェットノズル８の内側に離脱可能に取り付けられるブースタノズル、およびブースタ推進薬点火用のイグナイタなどを備えている。
【００３１】
上記の構成を備えたラムロケットＲは、ブースタ推進薬６により発信する。このとき、ラムロケットＲは、ガス発生器３と燃焼器７の間に、可動インジェクタ５を燃焼器７の頭部隔壁１４に対して気密的に収容しているので、燃焼器７の頭部側の気密性が保たれていると共に、可動インジェクタ５の軸部１５や拡散用翼２１が燃焼器７内の熱から保護されている。
【００３２】
次に、ラムロケットＲは、ブースタ推進薬６の燃焼終了とともに所定の超音速域まで加速したところで、ガス発生器３の固体燃料２に点火してこれを一次燃焼させ、可燃性ガスを発生させる。すると、可燃性ガスが供給管１１およびロータリバルブ１２を経て可動インジェクタ５の流路１３に流れ、ブースタ推進薬６の燃焼が終了した燃焼器７内よりもガス発生器３側の圧力が充分に高くなり、図３に示すように、流路１３に充満した可燃性ガスの圧力により可動インジェクタ５が燃焼器７側に押圧される。これにより、可動インジェクタ５は、円盤部１６が頭部隔壁１４から燃焼器７内に突出すると共に、噴射孔１８が燃焼器７内に開放され、さらに、ストッパ１７がホルダ１９の端面１９ａに当接して燃焼器７内での突出位置が規制された状態となる。
【００３３】
そして、ラムロケットＲは、可燃性ガスを可動インジェクタ５の噴射孔１８から噴射すると共に、燃焼器７において、可燃性ガスとディフューザ９および空気導入口２５を経て導入した空気とを混合して連続的に燃焼させ、その燃焼ガスをジェットノズル８から噴出させることにより、推力を得て飛翔し続ける。
【００３４】
このとき、上記ラムロケットＲでは、可動インジェクタ５の円盤部１６にねじれを有する拡散用翼２１を放射状に配置し且つ軸部１５を回転自在に保持しているので、円盤部１６に可燃性ガスが衝突することにより可動インジェクタ５が回転し、可動インジェクタ５は回転しながら可燃性ガスを噴射する。これにより、上記ラムロケットＲでは、可燃性ガスの拡散が促進され、可燃性ガスと空気との混合がより一層促進されて良好な燃焼効率が得られることになる。
【００３５】
このように、上記のラムロケットＲでは、ブースタ推進薬６の燃焼時には、ガス発生器３と燃焼器７の間において可動インジェクタ５を頭部隔壁１４に対して気密的に収容してあるので、従来において用いていたインジェクタ保護用の耐熱カバーが不要であり、耐熱カバーの廃止に伴って、放出される耐熱カバーによりジェットノズル８等に損傷を与えるような事態も解消される。
【００３６】
また、上記のラムロケットＲでは、可燃性ガスの圧力を利用して可動インジェクタ５を燃焼器７内に突出させるので、可動インジェクタ５を移動させるための別の手段を設ける必要がなく、さらに、高温の可燃性ガスを回転する円盤部１６に衝突させて拡散させることにより、燃焼器７内の断熱材２４に対する可燃性ガスの直射を阻止し得ると共に、可動インジェクタ５の部分的な焼損なども防止し得ることとなり、このほか、可動インジェクタ５の上流側で保炎を行うことも可能である。
【００３７】
なお、上記のラムロケットＲでは、燃焼器７内に装填したブースタ推進薬６自体あるいは燃焼時の圧力によって円盤部１６の移動が規制されるので、収容状態の可動インジェクタ５を固定しておかなくても何ら問題はないが、可動インジェクタ５の位置規制をより確実にしておくために、例えば、ガス発生器３内の圧力で剥がれる程度の接着力でストッパ１７の部分などを接着し、可動インジェクタを固定状態にしておくことも良い。
【００３８】
また、円盤部１６においては、拡散用翼２１以外に、部分的あるいは連続的に突出する突起部を設けても拡散を促進させることができるが、上記実施例のような拡散用翼２１を形成し、軸部１５を回転自在に保持した構成とすれば、拡散機能を著しく高めることができる。
【００３９】
図５は、本発明の請求項５に係わるラムロケットの一実施例を説明する図である。なお、先の実施例と同様の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４０】
すなわち、この実施例のラムロケットでは、可動インジェクタ５における円盤部１６の軸部１５側の面が、軸部１５側を小径とするテーパ面１６ａになっており、このテーパ面１６ａに、ガス拡散用の突起部として、放射状に配置され且つねじれを有する複数枚の拡散用翼２１が設けてある。また、頭部隔壁１４における収容部２２にあっても、上記円盤部１６を収容し得る形状を成している。そして、このラムロケットでは、円盤部１６により可燃性ガスの拡散が促進されるうえに、同円盤部１６のテーパ面１６ａにより可燃性ガスの機軸方向の流れがより円滑になる。
【００４１】
図６は、本発明の請求項１〜４に係わるラムロケットの他の実施例を説明する図である。
【００４２】
この実施例のラムロケットＲは、可動インジェクタ５におけるフランジ状のストッパ１７の突出長さが先の実施例のもの（図１参照）よりも長くしてあり、このストッパ１７の基端部分に、供給管１２の供給路１２ａ内において機軸方向に連通する複数の流路１７ａが円周方向にわたって所定の間隔で形成してある。また、ホルダ１９および頭部隔壁１４と軸部１５の間には、供給路１２ａから収容部２２までを連通させる環状流路２６が形成してある。
【００４３】
上記のラムロケットＲでは、図の上側半分に示すように、ガス発生器３と燃焼器７の間において、可動インジェクタ５が燃焼器７の頭部隔壁１４に対して気密的に収容されている。そして、図の下側半分に示すように、可動インジェクタ５の円盤部１６を燃焼器７内に突出させた状態では、可燃性ガスが軸部１５の流路１３を経て噴射孔１８から噴射される一方で、軸部１５のストッパ１７における流路１７ａ、環状流路２６および収容部２２による経路からも可燃性ガスを噴射する。この実施例によるラムロケットＲによっても先の実施例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１〜４に係わるラムロケットの一実施例を説明する断面図である。
【図２】図１に示すラムロケットの可動インジェクタ部分の拡大断面図である。
【図３】図２に示す状態から可動インジェクタを燃焼器側に押圧した状態を説明する断面図である。
【図４】図１に示す可動インジェクタにおける円盤部の軸部側の面を説明する正面図である。
【図５】本発明の請求項５に係わるラムロケットの一実施例を説明する要部の断面図である。
【図６】本発明の請求項１〜４に係わるラムロケットの他の実施例を説明する図であって、上側半分に可動インジェクタを収容した状態、下側半分に可動インジェクタを突出させた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｒ            ラムロケット
２            固体燃料
３            ガス発生器
５            可動インジェクタ
６            ブースタ推進薬
７            燃焼器
１３  １７ａ  流路
１４          頭部隔壁
１５          軸部
１６          円盤部
１６ａ        テーパ面
１７          ストッパ
２１          拡散用翼（突起部）
２２          収容部
２５          空気導入口
【図１】
0003788821.tif 000002
【図２】
0003788821.tif 000003
【図３】
0003788821.tif 000004
【図４】
0003788821.tif 000005
【図５】
0003788821.tif 000006
【図６】
0003788821.tif 000007