JP3996200B2 - ラムジェット燃焼室の空気取り入れ開口用の封止装置 - Google Patents

Description

本発明はラムジェット、及びこの種のラムジェットによって推進されるミサイル等の航空機に関し、特に、空気をラムジェットの燃焼室へ導入するオリフィス用のシャットオフ装置に関する。
ラムジェットは、本質的に、ジェットパイプで終端をなす燃焼室からなり、この燃焼室の中に（固体燃料から生成し得る）液体または気体燃料と燃焼空気とが導入される。この燃焼空気は、燃焼室の壁に設けられて、ラムジェット（またはラムジェットを支持している航空機）が周囲空気に対して移動している時に空気を集める（すなわち空気取り入れダクトを介して空気を受け取る）少なくとも１つのオリフィスを介して燃焼室に導入される。
このため、ラムジェットを作動させるために、まずラムジェットを周囲空気に対して一定速度に引き上げなければならない。
これを達成するために、ラムジェットを所定速度に引き上げる段階に相当する初期作動段階では、燃焼室内に収容されている消耗補助モータによってこのラムジェットをロケットのように作動させ、次にこのラムジェットが所定速度に達し、消耗補助モータが完全に消耗した時、実際のラムジェット作動に切り換えて、燃料及び燃焼空気を燃焼室内へ噴射するのが一般的なやり方である。
そのような二重方式の作動（ロケット方式及びそれに続くラムジェット方式）は、ロケット作動中に空気入口オリフィスを締め切って、消耗補助モータによって生成したガスがこのオリフィスを介して漏出しないようにする一方、実際のラムジェット方式の作動では、空気入口オリフィスを開くことができるシャットオフ装置を設ける必要があることを意味している。
３つの型のシャットオフ装置が知られている。すなわち、
−第１の型は、少なくとも１つの突出式シャッタを備え、該シャッタの２面にそれぞれ加えられた圧力、すなわち一面側では集められた空気の圧力と、他面側では燃料室の内部の補助モータから出たガスの圧力との差の作用を受けて、該シャッタの自然突出が起こる。そのようなシャッタの突出は、燃焼室を介して起きるため、該燃焼室及びジェットパイプの両方またはいずれか一方の壁に、一般的に設けられている断熱層が損傷を受ける可能性があることに注意されたい。さらに、そのような自然突出は、十分な圧力差があるものと仮定しているので、この第１の型のシャットオフ装置は、低または中高度で作動する予定のラムジェットに制限されている。
−第２の型は、少なくとも１つの制御開放式回動フラップを備えている。従って、これにより、第１の型の装置の欠点は回避できるが、非常に高性能な制御システムを設けて、消耗補助モータの早期着火を引き起こし、従ってラムジェットを装備したミサイルの搬送体（例えば航空機）に損傷を与える可能性があるフラップの偶発的開放を防止することが必要である。
−最後になるが、第３の型は、シャッタとして燃焼室自体の壁を使用しており、ロケット作動の終了時に、壁がオリフィスの形に切断される。これに使用される（一般的に火工式の）切断装置は、第２の型式の装置の回動フラップを制御するシステムに求められるものと同じ安全性を示す必要があると共に、第３の型のそのような装置には、壁の切断片が燃焼室内に放出される点で、第１の型の装置の欠点を有することは、言うまでもない。
本発明の目的は、以上に挙げた欠点を解決することであり、本発明は、ラムジェットが、
−制限を受けないで高高度で作動でき、
−消耗補助モータの作動の終了時に、外部制御システムに依存する必要なくオリフィスを自然に開放させることができ、
−燃焼室内へ放出される部品を含まないようにすることができる、ラムジェットの空気入口オリフィスを閉止する装置に関する。
この目的のため、本発明によれば、所定速度に引き上げる段階に相当する初期作動段階では、燃料室内に収容されている消耗補助モータによってロケットとして作動し、所定速度に達した時、実際の作動を行って、燃料及び燃焼空気を燃焼室内へ噴射するようにしたラムジェットの燃焼室内へ燃焼空気を導入するオリフィス用のシャットオフ装置であって、初期ロケット作動段階中にオリフィスを締め切る閉止位置か、ラムジェット作動のためにオリフィスを開放する開放位置のいずれかを取ることができるように燃焼室上で移動可能に取り付けられた少なくとも１つのフラップを備えたシャットオフ装置は、
−フラップに連結されており、フラップの閉止位置に相当して、このフラップを開放しようとしている緊張状態か、フラップが開放位置にある弛緩状態のいずれかを取る弾性装置と、
−初期ロケット作動段階中は、弾性装置を緊張状態に保持する保持部材とを備えており、該保持部材は、消耗補助モータから放出される高温ガスに感応して、消耗補助モータの燃焼完了時に、保持部材が弾性装置を解放することによって、弾性装置は緊張状態から弛緩状態へ自発的に切り換わって、フラップを閉止位置から開放位置へ移動させる点で注目に値する。
このように、フラップは、弾性装置の自発的作用の影響で、閉止位置から開放位置へ移動することができ、補助制御システムを必要としない。弾性装置の作用は、フラップの２面に加えられる圧力差の方向と同じ方向であることに注意されたい。そのため、ラムジェットが低または中高度で飛行中のミサイルに取り付けられている場合、弾性装置と圧力差との結合作用の影響を受けてフラップが開くが、ミサイルが超高高度を飛行中である場合、実質的に弾性装置の作用でのみフラップが開く。
フラップは、燃焼室上で回転することができるように取り付けられた軸と共に回動及び回転することができるのが好ましい。
その場合、弾性装置は、フラップの回転軸と係合したトーションバーを有することが特に好都合である。この軸とトーションバーとは、燃焼室の軸線と平行に配置してもよい。それらは、さらに同軸的でもよい。
好ましくは、回転軸は、回動フラップに対して偏心しており、フラップが閉止位置から開放位置へ移動する時、その偏心軸線に対して最も偏心の大きいフラップの部分が燃焼室に向かう方向へ回動する。このため、補助モータで生成されたガスは、フラップに対して、このフラップを閉止位置へ押し付けようとする作用を加えることができる。
好適な実施例では、空気入口オリフィスは、燃焼室の外側に向かって突出したネックによって取り囲まれており、回動フラップ及びその回転軸は、該ネック内に配設されている。
保持部材は、鋼線等の破壊可能な繋ぎ材（destructible tie）にすることができるが、フラップの燃焼室と反対側に配設することができ、消耗補助モータで生成されたガスの作用を保持部材に加えるために、フラップを直角に貫通した少なくとも１つの通路を設けることが可能である。このため、このモータで生成され且つその通路を通過する高温ガスが繋ぎ材を破壊して、それによってトーションバーが弛緩して、回転軸を回転させ、またフラップが閉止位置から開放位置へ移動することができる。
もちろん、消耗補助モータによって例えば２５００℃の温度で生成された燃焼ガスは、モータの燃焼の終了時まで、繋ぎ材に作用することができない。これは、従来通りに、ガスが中心から外側へ半径方向に燃焼する固体燃料のブロックから生成されるからである。最初は、フラップの通路が厚い固体燃料で締め切られているため、ガスがその通路を通過して流れることができない。非常に薄い固体燃料層のみが残っているだけで、まだ十分な圧力が燃料室内に存在するブロックの燃焼の終了時に初めて、超高温ガスが通路を流れて繋ぎ材を溶かすことができる。
本発明は、また、燃焼空気を導入するための少なくとも１つのオリフィスを備えた燃焼室と、上述した特殊な特徴を備えたオリフィス用シャットオフ装置とを備えるラムジェットに関する。また、本発明は、このようなラムジェットを備えたミサイルに関する。
添付の図面は、本発明がどのように形成されているかを理解し易くするであろう。これらの図面において、同一の参照番号は、同様な部材を表している。
第１図は、空気入口オリフィスに可動シャッタを設けた既知の型のラムジェットを装備したミサイルを長手方向部分断面図で概略的に示している。
第２図は、本発明に従った空気入口オリフィスを閉止する装置を、第１図のＩＩ−ＩＩ線に対応した断面図で示している。
第３図は、第２図のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
第４図、第５図及び第６図は、本発明に従ったシャットオフ装置のフラップの様々な位置を、第３図と同様な図で示している。
第１図は、既知の型のラムジェット２によって推進される、長手方向軸線Ｘ−Ｘを有するミサイル１を説明のために概略的に示している。
ミサイル１は、特に、慣用的な機器及び燃料を収容した本体３（これらは本発明に含まれないために説明を省略する）と、ラムジェット２に供給するために本体３の後部に固定された燃料タンク４とを備えている。
ラムジェット２は、ジェットパイプ６において後方が終端をなす燃焼室５を備え、この燃焼室５は、前方において多数の空気ダクト７に連結されている。
空気ダクト７は、本体３の外周に配設され、且つ本体３に固定されている。空気ダクトの各々は、前方に向かって、対応する空気入口８を備えており、後方で、対応するオリフィス１０を介して燃焼室５の前部９に開放している。
本体３の外壁に取り付けられた各空気ダクト７の部分を、燃焼室５の対応するオリフィス１０に連結するために、各空気ダクト７にエルボ１１が設けられている。
燃焼室５の前部９付近に、燃料を噴射する装置１２が設けられている。この装置１２は、本体３によって支持され且つタンク４に接続された燃料供給／調整装置（図示せず）によって制御される。
燃焼室５の内壁に，断熱コーティング１３がなされている。
ミサイル１は、以下のように作動する。
まず、ラムジェット２を作動させない状態でミサイル１をその搬送体から落とすと、ミサイル１は、燃焼室５内に収容されている消耗補助モータ１４（例えば粉末燃料）で推進される。
消耗補助モータ１４が作動している時、空気ダクト７は、燃焼室５への入口位置におけるオリフィス１０を締め切る可動シャッタ１５（第１図に示されている位置）によって締め切られる。
モータ１４の作動の終了時で、モータ１４が完全に消耗すると、シャッタ１５が開いて、開口８から空気ダクト７に流入した空気（矢印Ｆ）が、シャッタ１５により覆われなかった（この位置は示されていない）オリフィス１０を通って燃焼室５内へ搬送される。
また、消耗補助モータ１４の作動終了時に、供給／調整装置が燃料噴射装置１２に燃料を供給し、燃料が点火される。この時、ラムジェットが作動し始めて、モータ１４（消失している）から引き継いでミサイル１を推進する。
第２図乃至第６図は、オリフィス１０を締め切る装置の一例を示しており、これは本発明に従った装置であり、第１図の各可動シャッタ１５と交換することができる。
本発明に従うこのシャットオフ装置は、空気ダクト７の基部において、燃焼室５の外側に向かって突出してオリフィス１０を包囲しているネック２１内に収容された回動フラップ２０を含む。
第２図乃至第６図の特定の実施例では、オリフィス１０は、軸線Ｘ−Ｘに平行に延びた矩形である、すなわち突出ネック２１は平行六面体であり、回動フラップ２０は複式で且つ矩形であり、２つの矩形部材２０Ａ及び２０Ｂで構成されている。
このため、突出ネック２１は、２つの長手方向壁２１Ａ及び２１Ｂと、２つの横方向壁２１Ｃ及び２１Ｄとを有する。また、突出ネック２１の内部に、横方向壁２１Ｃ及び２１Ｄに平行な中間壁２１Ｅが設けられている。
横方向壁２１Ｃ及び２１Ｄと中間壁２１Ｅには、軸線Ｘ−Ｘに平行な軸線Ｙ−Ｙを有する軸２２用の軸受が設けられており、この軸２２に２つのフラップ部材２０Ａ及び２０Ｂが固着されている。突出ネック２１内において、フラップ部材２０Ａは、壁２１Ｃ及び２１Ｅの間に収容されているのに対して、フラップ部材２０Ｂは、壁２１Ｅ及び２１Ｄの間に収容されている。
軸２２は、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂの各々に対して偏心している、すなわちこの軸に対し、これらフラップ部材は、それぞれ大ウィング２３と小ウィング２４とを備えている。
各フラップ部材２０Ａまたは２０Ｂの大ウィング２３には、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂの各々の２側部を気体連通させる少なくとも１つの貫通路２５が設けられている。軸２２を回転させることによって、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂは、オリフィス１０を締め切る位置（第２図乃至第４図を参照）か、オリフィスを開く位置（第６図を参照）のいずれかを取ることができる。図示の実施例では、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂは、第２図、第４図乃至第６図において、反時計回り方向に回転することによって、閉止位置から開放位置へ移動する。
閉止位置では、フラップ部材２０Ａ、２０Ｂのウィング２３及び２４の直線状縁部２３Ａ及び２４Ａが、それぞれ壁２１Ａの部分２６及び壁２１Ｂの部分２７に押し付けられているのに対して、これらのフラップ部材２０Ａ、２０Ｂの横縁部は、それぞれ横方向壁２１Ｃ及び２１Ｅと、２１Ｄ及び２１Ｅとに近接している。これらのフラップ部材２０Ａ、２０Ｂが閉止位置から開放位置へ移動する時、それらのフラップ部材の大ウィング２３は、燃焼室５に近づく方向へ進み、それらのフラップ部材の小ウィング２４は、そこから離れる方向へ移動する。
軸２２は、一方の端部で、軸２２に対して同軸的で、燃焼室５の外壁３０によって担持された軸受２９内に支持されている円筒形のトーションバー２８と回転係合している。トーションバー２８の端部３１に平坦部を設けて、グリッパ等でそれを把持できるようにしている。
このため、フラップ部材２０Ａ、２０Ｂを例えば手動式に閉止位置へ移動させてその位置に保持する場合（第２図及び第３図を参照）、端部３１に作用してフラップ部材を開放する方向に、所定の捩じり応力をトーションバー２８に与えると共に、例えば、軸受２９に取り付けられるねじ、またはピン３２を使用する等の方法で、トーションバーをこの緊張状態にロックすることができる。開放方向へのトーションバー２８の作用に対抗するため、繋ぎ材３３がフラップ部材２０Ａ、２０Ｂの燃焼室５と反対の側部に配置されており、繋ぎ材３３は、通路２５に固定されて、それらの通路を横切るように進み、そして中間壁２１Ｅの上を越える。
このため、閉止位置では、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂは、トーションバー２８によって開放方向へ付勢されているが、繋ぎ材３３によって回動が阻止されている。
また、第２図に示されているこの閉止位置では、例えば、シリコーン製のパッド３４がフラップ部材２０Ａ及び２０Ｂの下側に配置されている。この種のパッド３４は、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂの形状を補助モータ１４の形状に合わせることができるようにしており、また、フラップ部材に一致した位置にある断熱被膜１３の部分１３Ａの支持体として作用する。この閉止位置では、パッド３４と断熱被膜１３、１３Ａとによって、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂが、燃焼室５と空気ダクト７の間を気体連通させる貫通路２５を除いて、気体を透過しないようにすることができる。
この閉止位置は、補助モータ１４の燃焼終了時まで維持される。補助モータ１４から加圧ガスが放出される限り、これらの加圧ガスは、大ウィング２３に作用して、フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂを閉止位置に維持しようとする。
この燃焼の終了時に、補助モータ１４から生成されて通路２５を通った高温ガスジェット３５は、繋ぎ材３３を破壊する。その後、トーションバー２８が弛緩して、フラップ部材２０Ａ、２０Ｂが閉止位置（第２図及び第４図）から開放位置（第６図）へ移動するように、軸２２を回転させることができる。フラップ部材２０Ａ及び２０Ｂの回動は、おそらくは空気ダクト７によって収集された空気の圧力の援助を受けて、フラップ部材に一致した位置にある断熱被膜１３Ａの一部分を切断して、パッド３４を除去する（第５図）。
第６図は、開放位置にあるフラップ２０を示している。好ましくは、このフラップの形状は、オリフィス１０を通過した空気流が空気／燃料の十分な混合に役立つ回転効果を与えることによって、燃焼室５内の燃焼効率に、最善に関与できるように設計される。

Claims (10)

1. 所定速度に引き上げる段階に相当する初期作動段階では、燃焼室（５）内に収容されている消耗補助モータ（１４）によってロケットとして作動し、
   所定速度に達した時、実際の作動を行って、燃料及び燃焼空気を前記燃焼室（５）内へ噴射するようにしたラムジェット（２）の前記燃焼室（５）内へ前記燃焼空気を導入するオリフィス（１０）用のシャットオフ装置であって、
   前記初期ロケット作動段階中に前記オリフィス（１０）を締め切る閉止位置か、ラムジェット作動のために前記オリフィス（１０）を開放する開放位置のいずれかを取ることができるように前記燃焼室上で移動可能に取り付けられた少なくとも１つのフラップ（２０Ａ、２０Ｂ）を備えたシャットオフ装置において、
   前記フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）に連結されており、前記フラップの前記閉止位置に相当して、前記フラップを開放しようとしている緊張状態か、前記フラップが前記開放位置にある弛緩状態のいずれかを取る弾性装置（２８、２９、３１、３２）と、
   前記初期ロケット作動段階中は前記弾性装置を前記緊張状態に保持する保持部材（３３）とを備え、
   該保持部材は、前記消耗補助モータ（１４）から放出される高温ガスに感応して、前記消耗補助モータの燃料完了時に、前記保持部材（３３）が前記弾性装置を解放することによって、前記弾性装置は前記緊張状態から前記弛緩状態へ自発的に切り換わって、前記フラップを前記閉止位置から前記開放位置へ移動させるようにし、
   前記保持部材（３３）は、前記フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）の前記燃焼室（５）と反対の側部に配置されており、前記消耗補助モータ（１４）で生成された前記ガスの作用を前記保持部材（３３）に加えるために、少なくとも１つの通路（２５）が前記フラップを直角に貫通していることを特徴とするシャットオフ装置。
2. 前記フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）は、前記燃焼室（５）上で回転することができるように取り付けられた軸（２２）と共に回動及び回転することができることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のシャットオフ装置。
3. 前記弾性装置は、前記フラップの前記回転軸（２２）と係合したトーションバー（２８）を有することを特徴とする請求の範囲第２項に記載のシャットオフ装置。
4. 前記回転軸（２２）は、前記回動フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）に対して偏心しており、前記消耗補助モータ（１４）で生成されたガスは、前記フラップに対して該フラップを前記閉止位置へ押し付けようとする作用を加えることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載のシャットオフ装置。
5. 前記回動フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）及び前記回転軸（２２）は、前記空気入口オリフィス（１０）を取り囲むと共に前記燃焼室（５）の外側に向かって突出しているネック（２１）内に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項乃至第４項の内のいずれか１項に記載のシャットオフ装置。
6. 前記回転軸（２２）及び前記トーションバー（２８）は、前記燃焼室（５）の軸線（Ｘ−Ｘ）に平行に配置されていることを特徴とする請求の範囲第３項乃至第５項の内のいずれか１項に記載のシャットオフ装置。
7. 前記保持部材は、前記消耗補助モータ（１４）により生成された前記ガスの作用を受けて破壊可能である繋ぎ材（３３）であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項の内のいずれか１項に記載のシャットオフ装置。
8. 燃焼空気を導入するための少なくとも１つのオリフィス（１０）を備えた燃焼室（５）と、該燃焼空気入口オリフィス用のシャットオフ装置とを含むラムジェット（２）であって、
   該ラムジェットは、該ラムジェットを所定速度に引き上げる段階に相当する初期作動段階では、前記燃焼室（５）内に収容されている消耗補助モータ（１４）によってロケットとして作動し、
   前記ラムジェットが所定速度に達した時には、実際の前記ラムジェットとして作動して、燃料及び燃焼空気を前記燃焼室内へ噴射することができるようになっていると共に、
   前記シャットオフ装置は、前記初期ロケット作動段階中に前記オリフィス（１０）を締め切る閉止位置か、ラムジェット作動のために前記オリフィスを開放する開放位置のいずれかを取ることができるように前記燃焼室（５）上で移動可能に取付けられた少なくとも１つのフラップ（２０Ａ、２０Ｂ）を備えており、
   前記シャットオフ装置は、
   前記フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）に連結されており、前記フラップの前記閉止位置に相当して、前記フラップを開放しようとしている緊張状態か、前記フラップが前記開放位置にある弛緩状態のいずれかを取る弾性装置（２８、２９、３１、３２）と、
   前記初期ロケット作動段階中は前記弾性装置を前記緊張状態に保持する保持部材（３３）とを備え、
   該保持部材は、前記消耗補助モータから放出される高温ガスに感応して、前記補助モータの燃焼完了時に、前記保持部材が前記弾性装置を解放することによって、前記弾性装置は前記緊張状態から前記弛緩状態へ自発的に切り換わって、前記フラップを前記閉止位置から前記開放位置へ移動させるようにし、
   前記保持部材（３３）は、前記フラップ（２０Ａ、２０Ｂ）の前記燃焼室（５）と反対の側部に配置されており、前記消耗補助モータ（１４）で生成された前記ガスの作用を前記保持部材（３３）に加えるために、少なくとも１つの通路（２５）が前記フラップを直角に貫通していることを特徴とするラムジェット。
9. 前記シャットオフ装置は、請求の範囲第２項乃至第７項の内のいずれか１項の特徴を備えることを特徴とする請求の範囲第８項に記載のラムジェット。
10. 請求の範囲第８項または第９項に従ったラムジェットを備えることを特徴とするミサイル。

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