JP3084988B2 - ラム燃焼器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラム燃焼器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、マッハ数２．５〜５の航行速度で
巡航する機体に使用するエンジンとして、ラムジェット
エンジンの開発が行われている。該ラムジェットエンジ
ンは、ガスタービンエンジンのように空気圧縮機を持た
ず、空気の圧縮は、該空気がエンジン内に高速で流入す
る際のラム圧力で賄うようになっている。したがって、
圧縮機を駆動するタービンも不要で、構造が極めて簡単
であり、しかも、流入空気の速度が高まるほど、すなわ
ち、機体の航行速度が高くなるほど、その燃焼効率を向
上することができるので、将来の超音速航空機用エンジ
ンとして研究が進められている。

【０００３】従来、ラムジェットエンジンに使用される
ラム燃焼器としては、図３に示す構造のものが提案され
ている。このラム燃焼器１は、円筒状の燃焼器ダクト２
内に、径寸法の異なる中空円環状の燃料ノズル３を複数
（図３に示す例では２個）半径方向に間隔を空けて同心
に配設するとともに、各燃料ノズル３の下流位置に間隔
を空けて該燃料ノズル３と略同径の環状のフレームホル
ダ４（保炎器）をそれぞれ配設し、該フレームホルダ４
の近傍に燃焼器ダクト２の内面に突出状態の点火栓５を
配することにより構成されている。これら燃料ノズル３
およびフレームホルダ４は、それぞれ燃焼器ダクト２の
内面に片持ち梁状に形成され周方向に複数配設される支
持梁６に支持されている。

【０００４】前記燃料ノズル３には、その下流側に開口
する複数の噴出孔３ａが設けられており、燃焼器ダクト
２の外部に配される燃料供給源（図示略）から供給され
る燃料を該噴出孔３ａから燃焼器ダクト２内に噴出する
ようになっている。また、前記フレームホルダ４は、そ
の横断面が下流に向かって開口するＶ字状に形成されて
おり、その後流に気流の乱れを発生させるようになって
いる。

【０００５】このように構成されたラム燃焼器１である
と、機体が超音速巡航状態にあるときには、燃焼ノズル
３から噴射された燃料が燃焼器ダクト２内に取り込まれ
た気流Ｇに乗って下流方向に流されるとともに、フレー
ムホルダ４の後流において、該気流Ｇ内に攪拌される。
特に、機体が高超音速で飛行しているときには、燃焼器
ダクト２に取り込まれる気流Ｇは、ラム圧力を利用する
ことによって、高温かつ低速状態に圧縮されているた
め、点火栓５の作動によって点火され易く、しかも、フ
レームホルダ４の後流において燃焼状態を維持すること
ができ、高い燃焼効率を得ることができるという利点を
有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機体の
航行速度が低超音速の状態であると、燃焼器ダクト２内
の気流Ｇが十分に圧縮されず、高速状態とされるため、
点火栓５の作動によっても点火が実施され難く、また、
フレームホルダ４の後流における燃焼状態も保持され難
い状態となるという不都合がある。したがって、低超音
速飛行時における燃焼効率が低下して、燃費が悪化する
という問題点があった。

【０００７】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、広い速度範囲に亘って、燃焼器ダクト内
の良好な燃焼状態を達成するラム燃焼器を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、円筒状の燃焼器ダクトの内部に、周方向
に間隔を空けて複数配設され燃焼器ダクト内に形成され
る気流の一部を取り入れるための複数の空気取入口を備
えた燃焼室と、該燃焼室の間隔位置に配置され隣接する
燃焼室を連通する伝播管と、各燃焼室内部に燃料をそれ
ぞれ噴射する燃焼室用燃料ノズルと、該燃焼器用燃料ノ
ズルの下流位置に配される燃焼室用点火栓と、各燃焼室
の外面に斜め後方に向かってそれぞれ配される梁状の保
炎器と、該保炎器の上流位置に配され下流のそれぞれの
保炎器に向けて燃料を噴射する中空円環状の保炎器用燃
料ノズルとを設けてなるラム燃焼器を提案している。

【０００９】

【作用】本発明のラム燃焼器によれば、燃焼室に燃焼器
ダクト内に形成されている気流の一部を複数の空気取入
口から取り入れることにより、燃焼器ダクト内の気流が
高流速であっても、該燃焼室内には、低流速の気流が形
成される。そして、燃焼室用燃料ノズルからそれぞれ燃
料を供給して該気流に混合させ燃焼室用点火栓によって
点火させることにより、燃焼室内における燃焼が実施さ
れる。燃焼室には、その内部空間を連通する伝播管が配
設されているので、隣接する燃焼室内に火炎が伝播さ
れ、混合気の十分な燃焼が行われるとともに、燃焼室用
点火栓の数を減少させることが可能となる。また、機体
の航行速度が高超音速となったときには、燃焼器ダクト
内の気流が十分高温かつ低速度状態とされるので、燃焼
室の外面に設けられた保炎器に向けて保炎器用燃料ノズ
ルから燃料をそれぞれ噴出することにより、保炎器の後
流において燃焼状態が保持されることになる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係るラム燃焼器の一実施例に
ついて、図１および図２を参照して説明する。これら各
図において、符号１０はラム燃焼器、１１は燃焼器ダク
ト、１２は燃焼室、１３は燃料ノズル（燃焼器用燃料ノ
ズル）、１４は点火栓（燃焼器用点火栓）、１５は伝播
管、１６は保炎器、１７は燃料ノズル（保炎器用燃料ノ
ズル）、１８は点火栓である。

【００１１】本実施例のラム燃焼器１０は、円筒状の燃
焼器ダクト１１内に、該燃焼器ダクト１１の内面に対し
て半径方向に間隔を空けかつ周方向に相互に間隔をおい
て配設される複数の燃焼室１２を有している。該燃焼室
１２は、燃焼器ダクト１１より十分に小さい径寸法を有
し燃焼器ダクト１１の長手方向に沿って配される円筒状
のライナ１２ａの上流端に、該上流端を閉塞状態とする
半球状のキャップ１２ｂを設けてなる。該キャップ１２
ｂには、複数の空気取入口１２ｃが配設されており、燃
焼器ダクト１１内に形成される気流Ｇの一部を取り入れ
ることができるようになっている。また、キャップ１２
ｂの前端部には、燃焼器ダクト１１の外部に配される燃
料供給源（図示略）から供給される燃料を燃焼室１２内
に噴出する燃料ノズル１３（燃焼室用燃料ノズル）が連
通状態に配設されている。さらに、該燃焼室１２の側壁
であるライナ１２ａには、該ライナ１２ａを貫通して燃
焼室１２内部に先端を突出状態に配される点火栓１４
（燃焼室用点火栓）が設けられている。

【００１２】これら燃焼室１２は、隣接する他の燃焼室
１２との間に配される伝播管１５によって数珠つなぎに
連結されている。該伝播管１５は、隣接する燃焼室１２
の内部空間を連通する管状部材であって、一の燃焼室１
２で発生させられた火炎を該燃焼室１２に隣接する燃焼
室１２へ伝播させる役割を有している。

【００１３】また、これら燃焼室１２の外面には、梁状
の保炎器１６が配設されている。該保炎器１６は、Ｖ字
状断面を有する部材であって、その頂点を上流側に向
け、かつ、その先端を燃焼器ダクト１１の半径方向内方
および半径方向外方に向けて、それぞれ片持ち梁状に形
成されている。また、燃焼室１２の半径方向外方にあっ
ては、燃焼室１２外面に取り付けられる保炎器１６の周
方向間隔が広くなるため、前記伝播管１５の外面にも保
炎器１６を配設し、燃焼室１２の半径方向外方における
保炎器１６の相互間隔を小さくするように配慮されてい
る。

【００１４】前記保炎器１６の上流には、中空円環状の
燃料ノズル１７（保炎器用燃料ノズル）が配設されてい
る。該燃料ノズル１７は、同心円状に形成される２個の
円環状部材であって、その下流側側面に複数の燃料噴出
孔１７ａを有しており、前記燃焼室１２の半径方向内方
および外方に配される保炎器１６の列の上流にそれぞれ
配置されて、該保炎器１６に向けて燃料を噴出するよう
になっている。また、保炎器１６には、該燃料ノズル１
７から噴出される燃料と燃焼器ダクト１１を流通する空
気とを混合した気流Ｇに点火する点火栓１８が配設され
ている。

【００１５】このように構成されたラム燃焼器１０の作
動様式について、以下に説明する。機体の航行速度がマ
ッハ数２程度の低超音速状態である場合には、燃焼器ダ
クト１１内に取り入れられる空気の圧縮が十分に行われ
ないために高速の気流Ｇが発生している。この気流Ｇ内
に配される燃焼室１２内には、該燃焼室１２の上流端に
設けられた空気取入口１２ｃから気流Ｇの一部の空気が
取り入れられ、燃焼器ダクト１１内の気流Ｇよりも低速
で、かつ、攪拌された気流Ｇが発生されている。

【００１６】このような状態にあっては、燃料ノズル１
３から各燃焼室１２内のみに燃料を噴射して、燃焼室１
２内に発生している攪拌された気流Ｇ内に燃料を混合
し、該燃焼室１２に配設された点火栓１４を作動させる
ことにより、燃焼室１２内において火炎を発生させる。
このようにして発生させられた火炎は、燃焼器ダクト１
１を流通する気流Ｇによって消されることなく、燃焼室
１２内において安定して燃焼し続けることができるの
で、低超音速状態における燃焼効率を向上させることが
できることになる。

【００１７】また、このとき、燃焼室１２内に発生させ
られた火炎は、伝播管１５を通じて隣接する燃焼室１２
内に燃え移り、該隣接する燃焼室１２内の混合気体に点
火されることになる。これにより、全ての燃焼室１２に
点火栓１４を設ける必要がなく、かつ、良好な燃焼状態
を維持することができる。

【００１８】次に、気体の航行速度が上昇して、マッハ
数５程度の高超音速状態となった場合には、前記燃焼室
１２内への燃料の供給を停止し、これに代えて、燃料ノ
ズル１７から燃料を噴出する。この場合にあって、機体
の航行速度が十分に高いため、燃焼器ダクト１１内に流
入する空気はラム圧力によって十分に圧縮され、高温か
つ低速状態となっている。このため、該燃焼器ダクト１
１内の各燃焼室１２の外面に配設された保炎器１６の下
流位置においては、該保炎器１６によって十分に攪乱さ
れた後流域が形成されており、点火栓１８の作動によっ
て発生させられる火炎が該後流域において燃焼状態に保
持されることになる。

【００１９】したがって、本実施例のラム燃焼器１０に
よれば、機体の航行速度が低く、燃焼器ダクト１１内に
取り入れられる空気が十分に圧縮されない状態、すなわ
ち、気流Ｇが高速状態にある場合には、該気流Ｇの一部
を取り入れる燃焼室１２において火炎を燃焼状態に保持
することにより、燃焼効率を向上させることができる。
また、機体の航行速度が高く、燃焼器ダクト１１に取り
入れられる空気が十分に圧縮されている状態、すなわ
ち、気流Ｇが低速かつ高温状態の場合には、該気流Ｇを
そのまま利用して保炎器１６の後流に火炎の燃焼状態を
維持することができる。そして、このように、機体の航
行速度に応じて、燃焼状態を切り替えることにより、広
い航行速度範囲において良好な燃焼状態を実現すること
ができ、燃焼効率の向上による燃費の低減を図ることが
できるという効果を奏するものである。また、燃焼器ダ
クト１１内に、該燃焼器ダクト１１よりも十分に径寸法
の小さい燃焼室１２を複数配設するようにしたことによ
り、該燃焼器ダクト１１内の圧力損失の増大を回避する
ことができる。

【００２０】なお、本発明のラム燃焼器１０にあって
は、以下の技術を採用することができる。 燃焼室１２のキャップ１２ｂに空気取入口１２ｃを
設けることとしたが、これとともに、旋回羽根を設け燃
焼室１２内に旋回流を発生させること。 燃焼室１２における燃焼と、該燃焼室１２の外部に
おける燃焼とを切り替えて実施することとしたが、これ
に代えて、両方同時に燃焼させる遷移的な状態をその切
り替えの途中に実施すること。 上記方法により、燃焼室１２外部における燃焼に使
用する点火栓１８を省略すること。 燃焼室１２の数を任意に設定すること。 保炎器１６をＶ字状断面の梁としたが、これに代え
て、その後流において気流を攪乱することができる任意
の断面形状とすること。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係るラム
燃焼器は、燃焼器ダクトの内部に、周方向に間隔を空け
て複数配設され複数の空気取入口を備えた燃焼室と、そ
の間隔位置に配置され隣接する燃焼室の内部空間を連通
する伝播管と、燃焼室用燃料ノズルと、その下流位置に
配される燃焼室用点火栓と、燃焼室の外面から燃焼器ダ
クトの半径方向に斜め後方に向かってそれぞれ配される
梁状の保炎器と、その上流位置に配され下流のそれぞれ
の保炎器に向けて燃料を噴射する保炎器用燃料ノズルと
を設けてなるので、以下の効果を奏する。 燃焼器ダ
クト内の気流が高速である場合に、その一部を取り込む
燃焼室内において燃焼を実施することにより、低航行速
度において良好な燃焼状態を実現することができる。
燃焼器ダクト内の気流が低速である場合に、燃焼室外
部に配した保炎器の後流において燃焼状態を保持するこ
とにより、高い航行速度によって発生しているラム圧力
を利用して燃焼効率を向上することができる。 上記
燃焼状態を適宜切り替えることにより、広い航行速度範
囲に亘って燃焼効率を向上し、燃費の低減を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るラム燃焼器の一実施例を示す斜視
図である。

【図２】図１のラム燃焼器の燃焼室および保炎器を示す
縦断面図である。

【図３】ラムジェットエンジンの従来例を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

Ｇ 気流 １０ ラム燃焼器 １１ 燃焼器ダクト １２ 燃焼室 １３ 燃料ノズル（燃焼室用燃料ノズル） １４ 点火栓（燃焼室用点火栓） １５ 伝播管 １６ 保炎器 １７ 燃料ノズル（保炎器用燃料ノズル） １８ 点火栓（保炎器用点火栓）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏木 武 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石川島播磨重工業株式会社 瑞穂工場内 (72)発明者 藤 秀実 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石川島播磨重工業株式会社 瑞穂工場内 (56)参考文献 特開 平２−183719（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−67026（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−111949（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭32−6656（ＪＰ，Ｂ１) 特許156236（ＪＰ，Ｃ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02K 7/10 F23R 3/46 F23R 3/42

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の燃焼器ダクトの内部に、周方向
   に間隔を空けて複数配設され燃焼器ダクト内に形成され
   る気流の一部を取り入れるための複数の空気取入口を備
   えた燃焼室と、該燃焼室の間隔位置に配置され隣接する
   燃焼室を連通する伝播管と、各燃焼室内部に燃料をそれ
   ぞれ噴射する燃焼室用燃料ノズルと、該燃焼器用燃料ノ
   ズルの下流位置に配される燃焼室用点火栓と、各燃焼室
   の外面に斜め後方に向かってそれぞれ配される梁状の保
   炎器と、該保炎器の上流位置に配され下流のそれぞれの
   保炎器に向けて燃料を噴射する中空円環状の保炎器用燃
   料ノズルとを設けてなることを特徴とするラム燃焼器。