JPH0259296B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はラムロケツトエンジン、特にその空気
取入口の配置に関するものである。

第１図および第２図は従来のラムロケツトエン
ジンの代表として側面空気取入方式と呼ばれるも
のを例示している。

このラムロケツトエンジンは筒状のエンジンケ
ース１の前端部を鏡板２で閉塞し、その内部を隔
壁３により前後に区画して前部区画に燃料ガス発
生部１０を、また後部区画には出力部２０をそれ
ぞれ構成し、エンジンケース１の前端に弾頭など
のロケツト頭部を装着して飛行させるものであ
る。

燃料ガス発生部１０において、１１は燃料ガス
発生剤、１２は燃料ガス発生剤に点火するための
点火器、１３は隔壁３に形成した複数の燃料ノズ
ルである。

燃料ガス発生剤１１は固体燃料と酸化剤とを主
成分とし、この酸化剤は固体燃料を自己維持的に
分解させうる程に混ぜてあつて、その一例は燃料
兼粘結剤（バインダ）としてのポリブタジエン約
20wt％、金属燃料としての金属紛粒約40wt％、
酸化剤としての過塩素酸アンモニウム（AP）約
40wt％と、少量の添加剤とからなる組成物であ
る。前記金属燃料は発熱量が大なることからロケ
ツトエンジンの比推力（ISP）増大に寄与し、こ
れにはアルミニウム、銅などのほか、特に近時に
はボロンが賞用される。

次に出力部２０において、２１は燃焼室、２２
は噴進用２次ノズル、２３はデイフユーザであつ
て、デイフユーザ２３はエンジンケース１の外周
に軸対称的にこの例では４つ設けられ、その各前
端を前方に向けて開放し、同後端を燃料ノズル１
３のすぐ後位においてエンジンケース１の側面に
開口させ、ここに空気取入口２４を形成してい
る。

また第１図に２点鎖線で示すものは当該ラムロ
ケツトに所定の超音速飛行速度、例ればマツハ数
２の初期速度を与えるべく当初装置される装置で
あつて、２５は燃焼室２１に装填した内面燃焼型
固体推進薬、２６は空気取入口２４を閉塞する例
えば火薬破断式の蓋板、２７は後方へ放てき可能
な噴進用１次ノズル、２８はこの１次ノズルを前
記２次ノズル２２に固定している例えば火薬破壊
式のクランパであり、また２９は推進薬２５に点
火するための点火器である。

なお、この明細書ではこれら２点鎖線示の部分
を除いたものをラムロケツトエンジンと称する。

以上の構成において、点火器２９を作動して推
進薬２５に点火すると、その燃料ガスが１次ノズ
ル２７から噴出して噴進を開始し、短秒時後に推
進薬２５が焼失してこの間に前記頭部を装着した
当該ラムロケツトが前記超音速の飛行速度まで加
速される。ここで点火器１２を作動して燃料ガス
発生剤１１に点火すると、これが自己維持的に燃
焼して多量の金属燃料を含むバインダの分解ガス
（この分解ガスと金属燃料との混合体を以下燃料
ガスという）を発生し、これが燃料ノズル１３を
経て燃焼室２１に噴出される。同時にクランパ２
８を破壊して１次ノズル２７を放てきさせ、さら
に蓋板２６を推進薬２５の該部インシユレータと
共に破断して空気取入口２４を開放すると図で実
線示の状態となる。ここでデイフユーザ２３には
外気がそのラム圧によつて押込まれ、これが亜音
速程度まで減速され圧力を回復して空気取入口２
４から燃料ノズル１３の近傍に噴入するので、前
記燃料ガスが再燃し、その高温燃焼ガスが２次ノ
ズル２２から噴出されることで当該ラムロケツト
が噴進を続行するのである。

ところで、このような従来のラムロケツトエン
ジンは燃料ガスの燃焼効率、特に金属燃料のそれ
が低いという難点があり、その理由は次のように
解折される。

すなわち、金属燃料の燃焼効率は雰囲気温度に
影響され、特に当該金属の着火温度を下回ると該
効率が大巾に低下すること、およびラムロケツト
エンジンではその性能を確保するうえから理論混
合比に対応する空気量の３〜４倍もの外気を取入
れること、の２つの条件下において、従来のもの
は取入空気総量を燃料ノズルのすぐ後位に噴入さ
せているので、燃料ガスが過度に稀釈されて温度
低下を招く結果、金属燃料は燃焼を完結しないう
ちに難燃性を帯びてしまうからであつて、この現
象はボロンのような着火温度の高い金属燃料（ボ
ロンの着火温度は1950〜2200〓……〓は摂氏絶対
温度）の場合に著しい。

第３図は以上の事情を計算値によつて示したグ
ラフであつて、横軸は空気−燃料ガス混合比
（Ａ／Ｇ）、縦軸はラムロケツトエンジンの比推力
（ISP）および燃焼温度（Ts）であり、計算する
基礎条件は下記による。

燃料ガス発生剤組成 ポリブタジエンバインダ 20wt％ ボロン 40wt％ Ａ Ｐ 40wt％ 飛行速度 マツハ数２（海面） 取入空気温度 518〓 取入空気総圧（Pto） 7.8気圧 Ps／Pto 0.9（Psは燃焼圧力） 燃焼効率（φ） 0.9 このグラフに示される如く、ラムロケツトエン
ジンの性能を代表する比推力は混合比の増加と共
に増大しつつ同比２５付近で横ばい傾向となり、
設計では取入空気の増量に伴うデイフユーザの空
気抵抗の増加などを勘案してこの混合比を１５〜
２０付近に設定する。一方、前記条件下での理論
混合比は約5.5であつて、燃焼温度Tsはこの理論
混合比の近傍で最高点（約2800〓）に達し、また
前記設計混合比の領域では2000〓以下となつてボ
ロンの前記着火温度を下回るので、所期の燃焼効
率が得られなくなるのである。

図に破線で表したカーブは燃焼効率φが0.8に
低下した場合に比推力が大巾に減少することを示
すために参考として付したものである。

本発明は以上の考察に基づいて、燃料ガス、特
にその金属燃料の燃焼効率を高めるべく、次のよ
うに構成したものである。

すなわち本発明のラムロケツトエンジンは、空
気取入口を燃焼室前部の燃料ノズル近傍とこれよ
りも後立とに開口させて取入空気をこれら両部位
に配分することにより、燃焼室前部に配分した取
入空気および燃料ガスの混合燃焼ゾーンを形成
し、この混合燃焼ゾーン内に該ゾーンにおいて燃
料ガス中の金属燃料の燃焼をほぼ完結させうる温
度雰囲気が醸成されるよう、燃焼室前部に配分す
る取入空気と燃料ガスとの混合比を設定してなる
ものである。

実施例を説明する。

第４図において、１１０および１２０は、前記
従来ラムロケツトエンジンと同様に、それぞれエ
ンジンケース１の前部区画および後部区画に構成
した燃料ガス発生部および出力部であつて、これ
らの両区画は対設した１対の隔壁１０３および１
０４によつて区分され、隔壁１０３と１０４との
間に分配室１０５を形成し、１つのデイフユーザ
１２３ａの後端を分配室１０５に開口させる。隔
壁１０４には分配室１０５から燃焼室１２１へ通
じる複数の円形孔を軸対称的に開設し、また隔壁
１０には前記複数の円形孔に対応させて同数の燃
料ノズル１１３を突設してそれらの後端部を円形
孔の中心部に臨ませる。したがつて隔壁１０４に
は燃料ノズル１１３を囲む環状の空気取入口１２
４ａが形成される。１２３ｂは別の３つのデイフ
ユーザであつて、それらの後端を前記空気取入口
１２４ａの後位においてエンジンケース１の側面
に開口させ、ここに別の空気取入口１２４ｂを形
成する。なお、デイフユーザ１２３ａ，１２３ｂ
の正面よりみた配置関係は第２図におけると同様
であるほか、その他の構成も前記従来のものと同
様である。

以上の構成によれば、全取入空気の一部がデイ
フユーザ１２３ａより分配室１０５を経て燃料ノ
ズル１１３を囲む空気取入口１２４ａから取入れ
られるので、燃焼室の前部において燃料ガスが当
該取入空気と混合し、再燃して空気取入口１２４
ａの前位に混合燃焼ゾーンＺが醸成される。ここ
で当該ロケツトエンジンの混合比Ａ／Ｇを前述し
たように15〜20に設定した場合、混合燃焼ゾーン
Ｚには取入空気総量の１／４が配分されてその混
合比は前記理論混合比（約5.5）近傍の約４〜５
となる。したがつて、該ゾーンＺには第３図でみ
られる如く、ボロン燃料の前記着火温度（1950〜
2200〓）を大巾に上回る約2800〓もの高温（Ts）
雰囲気が醸成され、ボロン燃料をここで効率よく
燃焼させることができる。

なお、混合燃焼ゾーンの雰囲気温度をボロン燃
料の着火温度以上に保持しうる領域は、第３図か
ら、混合比Ａ／Ｇが約５〜11、即ち理論混合比近
傍からその約２倍の領域であり、また金属燃料は
該ゾーンで燃焼を完結させるのを良しとするも、
実施例のように雰囲気温度を前記のような高温と
して場合には空気取入口１２４ｂ近傍の下流でも
燃焼の継続が十分期特しうる。

これらを勘案し、および金属燃料の種類や粒径
その他の条件を考虜して取入空気の配分比、混合
燃焼ゾーンの容積等を決定することは設計の裁量
に委ねられるところである。

以上説明したように本発明は、燃焼室前部に取
入空気の一部を配分してここに雰囲気温度の高い
混合燃焼ゾーンを醸成したので、難燃なボロンの
如き金属燃料をも効率よく燃焼させることがで
き、さらに実施例は前記取入空気の一部を複数の
燃料ノズルの周りから噴入させるようにしたの
で、燃料ガスとの混合性が向上する結果、燃焼効
率を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の側面空気取入方式のラムロケツ
トエンジンの正面断面図、第２図は第１図の−
矢視図、第３図は金属燃料（ボロン）の燃焼効
率を計算値によつて示したグラフ、第４図は本発
明に係るラムロケツトエンジンの一実施例の正面
断面図である。 １１３……燃料ノズル、１２１……燃焼室、１
２４ａ，１２４ｂ……空気取入口、Ｚ……混合燃
焼ゾーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気取入口を燃焼室前部の燃料ノズル近傍と
   これよりも後位とに開口させて取入空気をこれら
   両部位に配分することにより、燃焼室前部に配分
   した取入空気および燃料ガスの混合燃焼ゾーンを
   形成し、この混合燃焼ゾーン内に該ゾーンにおい
   て燃料ガス中の金属燃料の燃焼をほぼ完結させう
   る温度雰囲気が醸成されるよう、燃焼室前部に配
   分する取入空気と燃料ガスとの混合比を設定した
   ラムロケツトエンジン。 ２ 燃料ノズル近傍の空気取入口を該燃料ノズル
   の周りに開口させた特許請求の範囲１に記載した
   ラムロケツトエンジン。 ３ 金属燃料がボロンであり、混合比を理論混合
   比の近傍ないし理論混合比のほぼ２倍の領域に設
   定した特許請求の範囲１または２に記載したラム
   ロケツトエンジン。