(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気導入口を有し且つ内面に沿って断熱材を設けた燃焼器と、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、燃焼器の頭部から同燃焼器内に突出し且つ側部に噴射孔を有する可燃性ガス噴射用のインジェクタと、インジェクタと同心状を成して同インジェクタの側部に対向し且つ内周面が尾部側を大径とするテーパ面であるガス反射体を備え、インジェクタの側部の噴射孔から噴射した可燃性ガスをガス反射体により尾部方向に偏向し且つ拡散させることを特徴とするエアブリージングエンジン。
【請求項２】
ガス反射体の内周面に凹凸を形成したことを特徴とする請求項１に記載のエアブリージングエンジン。
【請求項３】
インジェクタの側部における噴射孔が、斜め頭部方向に向けて形成してあることを特徴とする請求項１又は２に記載のエアブリージングエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛翔体の推力発生源として用いるエアブリージングエンジンに関し、とくに、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エアブリージングエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエアブリージングエンジンとしては、例えば、図４に示すようなものがあった。図示のエアブリージングエンジン１００は、図の左側である頭部側から順に、固体燃料を装填したガス発生器１０１、内面に沿って断熱材１０２を設けた燃焼器１０３、およびジェットノズル（図示略）を備えると共に、側部には、燃焼器１０３内に空気を導入するための複数のディフューザ１０４を備えている。ガス発生器１０１の固体燃料は、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。また、ガス発生器１０１の尾部には、側部および先端部に多数の噴射孔１０５ａを有するインジェクタ１０５が設けてあり、このインジェクタ１０５は、燃焼器１０３の頭部から機軸上に沿って同燃焼器１０３内に突出した状態に設けてある。
【０００３】
上記のエアブリージングエンジン１００は、燃焼器１０３に装填した固体のブースタ推進薬あるいは他のブースト手段によって超音速域まで加速したところで、ガス発生器１０１において固体燃料の一次燃焼により発生した可燃性ガスをインジェクタ１０５から噴射し、その可燃性ガスとディフューザ１０４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。このとき、エアブリージングエンジン１００では、インジェクタ１０５から機軸方向だけに可燃性ガスを噴射すると、可燃性ガスの一部が燃焼せずにジェットノズル側に流出してしまうため、インジェクタ１０５の側部の噴射孔１０５ａから機軸に直交する方向に可燃性ガスを噴射し、これにより空気との混合を促進させて燃焼効率を高めるようにしている。
【０００４】
このようなエアブリージングエンジンは、ダクテッドロケットあるいはラムロケットと呼ばれており、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】
しかしながら、上記したような従来のエアブリージングエンジン１００にあっては、固体燃料の一次燃焼で発生した可燃性ガスを用いると共に、空気との混合を促進させるためにインジェクタ１０５の側方に可燃性ガスを噴射することから、燃焼器１０３の頭部内面が高温の可燃性ガスの直射を受け、しかも固体燃料の一次燃焼で発生した可燃性ガスには固体成分が含まれている場合があるので、可燃性ガスの直射を受けた部分の断熱材１０２が浸食され、広範囲にわたって断熱材１０２が消失することがあるという問題点があり、このような問題点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、固体燃料より可燃性ガスを用いたエアブリージングエンジンにおいて、可燃性ガスと空気との混合を促進させることができるうえに、可燃性ガスの直射による燃焼器内面の断熱材の消失を防止することができるエアブリージングエンジン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】
本発明に係わるエアブリージングエンジンは、請求項１として、空気導入口を有し且つ内面に沿って断熱材を設けた燃焼器と、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、燃焼器の頭部から同燃焼器内に突出し且つ側部に噴射孔を有する可燃性ガス噴射用のインジェクタと、インジェクタと同心状を成して同インジェクタの側部に対向し且つ内周面が尾部側を大径とするテーパ面であるガス反射体を備え、インジェクタの側部の噴射孔から噴射した可燃性ガスをガス反射体により尾部方向に偏向し且つ拡散させる構成とし、請求項２として、ガス反射体の内周面に凹凸を形成した構成とし、請求項３として、インジェクタの側部における噴射孔が、斜め頭部方向に向けて形成してある構成としており、上記の構成を従来の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に係わるエアブリージングエンジンでは、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、その可燃性ガスと空気導入口から導入した空気とを燃焼器内で連続的に混合燃焼させており、このとき、インジェクタの側部の噴射孔から噴射した可燃性ガスをガス反射体に衝突させて尾部方向に偏向し且つ拡散させる。これにより、可燃性ガスが膨脹してその流速が低下し、これに空気が巻き込まれ、可燃性ガスと空気との混合が促進されると共に、燃焼器の頭部内面に対する高温の可燃性ガスの直射が阻止され、断熱材の消失を防止する。また、内周面が尾部側を大径とするテーパ面であるガス反射体により、可燃性ガスの拡散がより円滑に行われ、可燃性ガスと空気との混合をより一層促進させる。
【００１１】
本発明の請求項２に係わるエアブリージングエンジンでは、内周面に凹凸を形成したガス反射体により、可燃性ガスの直射による断熱材の消失を防止すると共に、可燃性ガスの流れを複雑にして拡散をより促進し、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に係わるエアブリージングエンジンでは、インジェクタの側部における噴射孔を斜め頭部方向に向けて形成することにより、可燃性ガスの噴射をガス反射体の頭部側に集中させ、ガス反射体により、燃焼器の頭部内面に対する高温の可燃性ガスの直射をより確実に阻止して断熱材の消失を防止すると共に、可燃性ガスを偏向し且つ拡散させて空気との混合を促進させる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるエアブリージングエンジンによれば、ガス反射体の採用により、インジェクタの側部の噴射孔から噴射した可燃性ガスを尾部方向に偏向し且つ拡散させて、可燃性ガスと空気との混合を促進させることができ、これにより良好な燃焼効率を得ることができると共に、燃焼器の頭部内面に対する高温の可燃性ガスの直射を阻止して、断熱材の消失を防止することができ、エンジン全体の機能を良好に維持することができる。また、ガス反射体の内周面が尾部側を大径とするテーパ面であることから、可燃性ガスの拡散をより円滑に行うことができ、可燃性ガスと空気との混合をより促進させることができる。
【００１６】
本発明の請求項２に係わるエアブリージングエンジンによれば、請求項１と同様の効果が得られるうえに、内周面に凹凸を形成したガス反射体の採用により、可燃性ガスの流れを複雑にして拡散をより促進させることができ、可燃性ガスと空気との混合をより一層促進させることができる。
【００１７】
本発明の請求項３に係わるエアブリージングエンジンによれば、請求項１及び２と同様の効果が得られるうえに、インジェクタにおいて斜め頭部方向に向けた噴射孔から可燃性ガスを噴射することにより、その噴射がガス反射体の頭部側に集中することとなって、燃焼器の頭部内面に対する高温の可燃性ガスの直射をより確実に阻止することができ、断熱材の消失をより確実に防止することができる。
【００１８】
【実施例】
図１は、本発明に係わるエアブリージングエンジンの一実施例を説明する図である。
【００１９】
すなわち、図１（ａ）に示すエアブリージングエンジン１は、図の左側である頭部側から順に、ペイロード搭載部（一部を示す）２、固体燃料３を装填したガス発生器４、内面に沿って断熱材５を設けた燃焼器６およびジェットノズル７を備えており、側部には、燃焼器６内に空気を導入するための複数のディフューザ８を備えている。固体燃料３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。燃焼器６は、機軸方向における頭部寄りの位置に、各ディフューザ８と連通する空気導入口９を備えている。
【００２０】
ガス発生器４は、固体燃料３を装填する一次燃焼室１０を形成すると共に、その尾部側に、制御器１１に接続した固体燃料点火用のイグナイタ１２と、可燃性ガス噴射用のインジェクタ１３を備えており、一次燃焼室１０とインジェクタ１３の間には可燃性ガスの流量制御装置１４を備えている。
【００２１】
インジェクタ１３は、図１（ｂ）にも示すように、先端部を閉塞した筒状であって、側部に所定の間隔で多数の噴射孔１３ａを有すると共に、先端部にも噴射孔１３ｂを有しており、燃焼器６の頭部から機軸上に沿って同燃焼器６内に突出した状態に設けてある。
【００２２】
燃焼器６の頭部には、インジェクタ１３と同心状を成して同インジェクタ１３の側部に対向するガス反射体１５が設けてある。ガス反射体１５は、インジェクタ１３の側部の噴射孔１３ａから噴射した可燃性ガスを尾部方向に偏向し且つ拡散させるものであって、概略円筒状を成すと共に、インジェクタ１３とほぼ同じ突出長さを有しており、内周面が尾部側を大径とするテーパ面１５ａになっている。また、テーパ面１５ａは、図１（ｂ）中に一点鎖線で示す傾斜方向の延長線Ｓが空気導入口９の頭部側の端部付近に達する傾斜角度になっている。
【００２３】
さらに、エアブリージングエンジン１は、ダクテッドロケット（ラムロケット）として用いられるものであって、図示は省略したが、空気導入口９をポートカバーで閉塞すると共に、各ディフューザ８の尾部側に連設した収納部１６にポートカバーの破砕装置１７を設け、燃焼器６内に固体のブースタ推進薬を装填すると共に、ジェットノズル７の内側に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が離脱可能に取り付けられる。
【００２４】
上記の構成を備えたエアブリージングエンジン１は、ブースタ推進薬に点火することにより発進して超音速域まで加速し、ブースタ推進薬の燃焼終了とともにブースタノズルおよびポートカバーを離脱させ、イグナイタ１２によりガス発生器４の固体燃料３に点火する。これにより、固体燃料３が一次燃焼して可燃性ガスが発生し、この可燃性ガスを流量制御装置１４に通してインジェクタ１３から噴射し、燃焼器６において、可燃性ガスとディフューザ８から空気導入口９を経て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７から噴出させることにより推力を得る。
【００２５】
このとき、上記エアブリージングエンジン１では、インジェクタ１３の側部の噴射孔１３ａから噴射した可燃性ガスをガス反射体１５により尾部方向に偏向し且つ拡散させている。つまり、可燃性ガスをガス反射体１５のテーパ面１５ａに衝突させると、可燃性ガスが膨脹してその流速が低下し、未燃のガスの流出を防ぐとともに空気を充分に巻き込んで可燃性ガスと空気との混合を促進させており、そのうえ、ガス反射体１５によって燃焼器６の頭部内面に対する高温の可燃性ガスの直射を阻止している。
【００２６】
したがって、当該エアブリージングエンジン１では、可燃性ガスと空気との混合が促進されて良好な燃焼効率が得られることとなり、しかも、インジェクタ１３の側部の噴射孔１３ａから噴射した可燃性ガスの直射によって断熱材５が消失するような事態も防止している。また、上記のエアブリージングエンジン１では、ガス反射体１５の内周面が尾部側を大径とするテーパ面１５ａであるため、可燃性ガスの拡散がより円滑に行われ、可燃性ガスと空気との混合をさらに促進させ、燃焼効率がより一層高めらることとなる。
【００２７】
図２は、本発明に係わるエアブリージングエンジンの他の実施例を説明する図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２８】
この実施例におけるガス反射体２５は、内周面が尾部側を大径とするテーパ面２５ａになっており、このテーパ面２５ａに円周方向に連続する複数（この実施例では３本）の溝２５ｂを所定間隔で設けることにより、同テーパ面２５ａに凹凸を形成している。
【００２９】
そして、この実施例のエアブリージングエンジン１では、インジェクタ１３の側部の噴射孔１３ａから噴射した可燃性ガスをガス反射体２５のテーパ面２５ａに衝突させることにより、燃焼器６の頭部内面に対する可燃性ガスの直射を阻止して断熱材５の消失を防止すると共に、テーパ面２５ａの凹凸で可燃性ガスの流れを複雑にして拡散をより促進させており、可燃性ガスと空気との混合をより一層促進させることとなる。
【００３０】
図３は、本発明に係わるエアブリージングエンジンのさらに他の実施例を説明する図である。
【００３１】
この実施例におけるインジェクタ３３は、側部に、斜め頭部方向に向いた多数の噴射孔３３ａを有すると共に、先端部にも噴射孔３３ｂを有している。また、ガス反射体３５は、内周面が尾部側を大径とするテーパ面３５ａになっていると共に、テーパ面３５ａの小径側には円弧部３５ｂが連続的に設けてある。
【００３２】
そして、この実施例のエアブリージングエンジン１では、インジェクタ３３の側部の噴射孔３３ａを斜め頭部方向に向けて形成してあるので、可燃性ガスの噴射がガス反射体３５の頭部側に集中することとなり、ガス反射体３５により、燃焼器６の頭部内面に対する高温の可燃性ガスの直射をより確実に阻止して断熱材５の消失を防止すると共に、可燃性ガスを偏向し且つ拡散させて空気との混合を促進させることとなる。
【００３３】
なお、上記各実施例では、概略円筒状のガス反射体１５，２５，３５を例示したが、図３中に仮想線で示すように、断熱材５に沿ったガス反射体４５とし、これにより断熱材５に対する可燃性ガスの直射を阻止することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるエアブリージングエンジンの一実施例を説明する断面図（ａ）およびインジェクタ付近の拡大断面図（ｂ）である。
【図２】  本発明に係わるエアブリージングエンジンの他の実施例を説明するインジェクタ付近の断面図である。
【図３】  本発明に係わるエアブリージングエンジンのさらに他の実施例を説明するインジェクタ付近の断面図である。
【図４】  従来のエアブリージングエンジンを説明するインジェクタ付近の断面図である。
【符号の説明】
１                      エアブリージングエンジン
３                      固体燃料
４                      ガス発生器
５                      断熱材
６                      燃焼器
９                      空気導入口
１３  ３３              インジェクタ
１３ａ  ３３ａ          噴射孔
１５  ２５  ３５        ガス反射体
１５ａ  ２５ａ  ３５ａ  テーパ面
【図１】
0003827249.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003827249.tif 000004
【図４】
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