JP6099402B2

JP6099402B2 - Combustor

Info

Publication number: JP6099402B2
Application number: JP2013002850A
Authority: JP
Inventors: 慎介田尻; 敦森脇; 正二郎古谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: JP2014134150A

Description

本発明は、燃焼空間内に導入される空気とともに燃料を燃焼させる燃焼器に関する。 The present invention relates to a combustor that combusts fuel together with air introduced into a combustion space.

例えば極超音速で飛翔する航空機に搭載されるスクラムジェット（ＳＣＲＡＭ，ＳｕｐｅｒｓｏｎｉｃＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＲａｍｊｅｔ）エンジンは、機械的な圧縮機を使用することなく、動圧によって圧縮された酸化剤（空気）に炭化水素などの燃料を吹き付けて燃焼させる燃焼器を用いて推力を得ている。
このような燃焼器においては、上流の外気流入部より取り込んだ酸化剤が燃焼領域でマッハ数１を超えることが知られている（例えば、特許文献１参照）。 For example, a scramjet (SCRAM, Supersonic Combustion Ramjet) engine mounted on an aircraft flying at hypersonic speeds uses hydrocarbons to oxidant (air) compressed by dynamic pressure without using a mechanical compressor. Thrust is obtained using a combustor that burns and burns the fuel.
In such a combustor, it is known that the oxidant taken from the upstream outside air inflow portion exceeds the Mach number 1 in the combustion region (see, for example, Patent Document 1).

また、このような燃焼器においては、燃料噴射孔に燃料を導入するための燃料流通路を燃焼器の壁面近傍に配置して、燃料流通孔を流通する燃料と熱交換させることによって燃焼ガスにより加熱された燃焼器の壁面を冷却することが行われている。また、燃料流路に含まれるニッケル系触媒などの触媒を加熱することにより、燃料の触媒分解を行っている。 Further, in such a combustor, a fuel flow passage for introducing fuel into the fuel injection hole is disposed in the vicinity of the wall surface of the combustor, and heat is exchanged with the fuel flowing through the fuel flow hole so as to generate the combustion gas. Cooling the wall surface of the heated combustor is performed. Further, the catalyst is decomposed by heating a catalyst such as a nickel-based catalyst contained in the fuel flow path.

特開２０１２−１３００７号公報JP 2012-13007 A

ところで、このような燃焼器における超音速燃焼は、超音速の空気流れの中で燃料に着火するものであることから、燃料の着火や保炎に高度な技術を必要とする。例えば、燃焼器の内部が高速流となることによって火炎位置が変化しやすく、壁面冷却と燃料加熱が効果的に行われる位置が変化するという問題がある。火炎位置の変化に伴って燃料加熱量が変化し触媒分解の程度が異なると、分子量の変化によって燃料噴出時の貫通高さが変わり保炎性に影響が生じる。 By the way, since supersonic combustion in such a combustor ignites fuel in a supersonic air flow, advanced technology is required for ignition and flame holding of the fuel. For example, there is a problem that the flame position easily changes due to the high-speed flow inside the combustor, and the position where wall surface cooling and fuel heating are effectively performed changes. If the fuel heating amount changes with the change in the flame position and the degree of catalyst decomposition differs, the penetration height at the time of fuel injection changes due to the change in the molecular weight, and the flame holding property is affected.

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、火炎位置が変化した場合においても、燃焼器の燃焼空間に面する壁面を一定に冷却するとともに、燃料流通路を流通する燃料の触媒分解の程度を一定にすることを可能とする燃焼器を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to cool the wall surface facing the combustion space of the combustor even when the flame position changes, and to provide a fuel flow path. It is an object of the present invention to provide a combustor that makes it possible to make the degree of catalytic decomposition of fuel flowing through constant.

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の燃焼器は、導入される空気とともに燃料を燃焼させることで前記空気の流通方向下流側に向かって火炎を生成させる燃焼空間を画成するハウジングと、前記燃焼空間に前記燃料を噴出する燃料噴出部と、前記燃料が流通し、該燃料を前記燃焼空間内の火炎と熱交換させて前記燃料噴出部に導く複数の燃料流通路と、該燃料流通路を流通する前記燃料の流量を調整する流量調整弁と、前記燃焼空間内における熱分布を検出する複数の熱センサと、前記燃焼空間内における圧力を測定する複数の圧力センサと、前記複数の熱センサによって検出される熱分布に基づいて前記火炎の位置を把握するとともに、前記複数の圧力センサによって測定された圧力分布に基づいて前記火炎の位置を補正し、補正した前記火炎の位置に基づいて前記複数の燃料流通路を流通する前記燃料の量を算出して前記流量調整弁の開度を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The combustor according to the present invention combusts fuel together with the introduced air to form a combustion space for generating a flame toward the downstream side in the flow direction of the air, and jets the fuel into the combustion space. A fuel ejection portion, a plurality of fuel flow passages through which the fuel flows, heat-exchanges the fuel with a flame in the combustion space to guide the fuel ejection portions, and a flow rate of the fuel flowing through the fuel flow passage. A flow regulating valve for adjusting, a plurality of heat sensors for detecting heat distribution in the combustion space, a plurality of pressure sensors for measuring pressure in the combustion space, and a heat distribution detected by the plurality of heat sensors. to grasp the position of the flame based, the corrected position of the flame based more on the measured pressure distribution by the pressure sensor, said multi based on the position of the flame that has been corrected Calculates the amount of the fuel flowing through the fuel flow passage, characterized in that it comprises a control device for controlling the opening of the flow regulating valve.

上記構成によれば、複数の熱センサによって検出された熱分布に基づいて複数の燃料流通路の燃料流量を制御することによって、燃焼器壁面を一定に冷却することができる。また、燃料流通路を流通する燃料の触媒分解の程度を一定にすることができる。 According to the said structure, a combustor wall surface can be cooled uniformly by controlling the fuel flow rate of a some fuel flow path based on the heat distribution detected by the some heat sensor. Further, the degree of catalytic decomposition of the fuel flowing through the fuel flow passage can be made constant.

上記燃焼器において、前記複数の熱センサは、前記燃焼空間内において前記流通方向に直交する方向に沿って配置されており、前記複数の燃料流通路は、前記燃焼空間において各々の前記熱センサの近傍を前記流通方向に延在するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。 In the combustor, the plurality of heat sensors are arranged along a direction orthogonal to the flow direction in the combustion space, and the plurality of fuel flow passages are arranged in the combustion space. The combustor according to claim 1, wherein the combustor is disposed so as to extend in the flow direction in the vicinity thereof.

上記構成によれば、複数の熱センサによって検出された流通方向に直交する方向の熱分布に基づいて複数の燃料流通路の燃料流量を制御することによって、燃焼器壁面の流通方向に直交する方向を一定に冷却することができる。また、燃料流通路を流通する燃料の触媒分解の程度を一定にすることができる。 According to the above configuration, by controlling the fuel flow rate in the plurality of fuel flow passages based on the heat distribution in the direction orthogonal to the distribution direction detected by the plurality of thermal sensors, the direction orthogonal to the distribution direction of the combustor wall surface Can be cooled constantly. Further, the degree of catalytic decomposition of the fuel flowing through the fuel flow passage can be made constant.

上記燃焼器において、前記複数の熱センサは、前記流通方向に沿って配置されており、前記複数の燃料流通路は、前記燃焼空間において各々の前記熱センサの近傍を前記流通方向に直交する方向に延在するように配置されている構成としてもよい。 In the combustor, the plurality of heat sensors are arranged along the flow direction, and the plurality of fuel flow passages are arranged in a direction perpendicular to the flow direction in the vicinity of the heat sensors in the combustion space. It is good also as a structure arrange | positioned so that it may extend.

上記構成によれば、複数の熱センサによって検出された流通方向に沿う方向の熱分布に基づいて複数の燃料流通路の燃料流量を制御することによって、燃焼器壁面の流通方向に沿う方向を一定に冷却することができる。また、燃料流通路を流通する燃料の触媒分解の程度を一定にすることができる。 According to the above configuration, the direction along the distribution direction of the combustor wall surface is constant by controlling the fuel flow rate of the plurality of fuel flow paths based on the heat distribution in the direction along the distribution direction detected by the plurality of thermal sensors. Can be cooled to. Further, the degree of catalytic decomposition of the fuel flowing through the fuel flow passage can be made constant.

上記燃焼器において、前記制御装置は、前記熱センサによって検出された熱分布において、熱が低い位置を通過する前記燃料流通路の流量を減少させるとともに、熱が高い位置を通過する燃料流通路の流量を増加させるように前記流量調整弁を調整することが好ましい。 In the combustor, in the heat distribution detected by the heat sensor, the control device reduces the flow rate of the fuel flow passage that passes through a position where heat is low and also controls the fuel flow passage that passes through a position where heat is high. It is preferable to adjust the flow rate adjusting valve so as to increase the flow rate.

上記構成によれば、より多くの燃料を熱が高い位置を通過させることにより、熱が高い位置を効果的に冷却することができる。また、より多くの燃料の触媒分解を行うことができる。 According to the said structure, the position where heat is high can be effectively cooled by allowing more fuel to pass through the position where heat is high. Moreover, catalytic decomposition of more fuel can be performed.

上記燃焼器において、前記制御装置は、前記複数の燃料噴射部から噴射される燃料の総量が一定となるように制御を行うことが好ましい。 In the combustor, it is preferable that the control device performs control so that a total amount of fuel injected from the plurality of fuel injection units is constant.

上記構成によれば、複数の燃料流通路の流量を変化させた場合においても、飛翔体の推力を一定に保持することができる。 According to the above configuration, the thrust of the flying object can be kept constant even when the flow rates of the plurality of fuel flow passages are changed.

上記燃焼器において、前記燃料流通路内の燃料の燃料成分を計測する燃料成分測定部を備え、前記制御装置は、計測された燃料の燃料成分によって推測される前記燃料の発熱量に基づいて前記流量調整弁を制御することが好ましい。 The combustor includes a fuel component measuring unit that measures a fuel component of the fuel in the fuel flow passage, and the control device is configured to perform the fuel heat generation based on the fuel heat amount estimated from the measured fuel component. It is preferable to control the flow regulating valve.

上記構成によれば、燃料貫通力を調整することが可能になるため、燃焼空間における火炎の燃焼をより安定させることができる。 According to the above configuration, the fuel penetration force can be adjusted, so that the combustion of the flame in the combustion space can be further stabilized.

本発明によれば、複数の熱センサによって検出された熱分布に基づいて複数の燃料流通路の燃料流量を制御することによって、燃焼器壁面を一定に冷却することができる。また、燃料流通路を流通する燃料の触媒分解の程度を一定にすることができる。これらの効果により、燃焼器内の火炎を安定させることができ、飛翔体の航行の信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, the combustor wall surface can be uniformly cooled by controlling the fuel flow rate of the plurality of fuel flow passages based on the heat distribution detected by the plurality of heat sensors. Further, the degree of catalytic decomposition of the fuel flowing through the fuel flow passage can be made constant. With these effects, the flame in the combustor can be stabilized, and the flying reliability of the flying object can be improved.

本発明の第一実施形態の燃焼器を備えるジェットエンジンの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of a jet engine provided with the combustor of a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態の燃焼器の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of the combustor of 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態の燃焼器の概略を示す平面図である。It is a top view which shows the outline of the combustor of 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の燃焼器の概略を示す平面図である。It is a top view which shows the outline of the combustor of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態の燃焼器の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of the combustor of 3rd embodiment of this invention. 本発明の変形例の燃料噴射孔を説明する要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view explaining the fuel-injection hole of the modification of this invention. 図６のＥ矢視図であり、燃料噴射孔が形成されているインレットボディの平面図である。FIG. 7 is a plan view of an inlet body in which a fuel injection hole is formed, which is a view taken along arrow E in FIG. 6.

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態のジェットエンジン１は、極超音速で飛行する飛翔体に搭載される外気吸入式航空エンジン（例えばスクラムジェットエンジン）であり、図１に示すように、外郭をなす円筒形のハウジング２と、ハウジング２内に配置されたインレットボディ３を有しており、ハウジング２とインレットボディ３との間には空気の流通方向Ａに沿って延在する空気流路４が形成されている。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
A jet engine 1 according to the present embodiment is an outside air intake type aero engine (for example, a scramjet engine) mounted on a flying body that flies at hypersonic speed. As shown in FIG. And an inlet body 3 disposed in the housing 2, and an air flow path 4 extending along the air flow direction A is formed between the housing 2 and the inlet body 3.

インレットボディ３は円筒形をなし、流通方向Ａ上流側（以下、単に上流側と呼ぶ）が上流側に向かって縮径し、流通方向下流側が下流側に向かって縮径する形状とされている。
ハウジング２とインレットボディ３とを有するジェットエンジン１は、上流側から下流側に向かって順に外気導入部６（インレット部）と、燃焼器７と、拡大ノズル部８（ディフューザ部）とを備えている。従って、ジェットエンジン１では、酸化剤としての空気（外気）が上流の外気導入部６から燃焼器７へと導入され、この導入された空気の流速が燃焼器７の空気流路４でマッハ数Ｍａが１よりも大きい（例えば１〜３）の超音速となる。そして、この超音速の空気流れの中で燃料に着火（超音速燃焼）することによって燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスが下流の拡大ノズル部８で膨張して排気されることにより、推力を得る。 The inlet body 3 has a cylindrical shape, and has a shape in which the upstream side in the flow direction A (hereinafter simply referred to as the upstream side) decreases in diameter toward the upstream side and the downstream side in the flow direction decreases in diameter toward the downstream side. .
A jet engine 1 having a housing 2 and an inlet body 3 includes an outside air introduction part 6 (inlet part), a combustor 7 and an enlarged nozzle part 8 (diffuser part) in order from the upstream side toward the downstream side. Yes. Accordingly, in the jet engine 1, air (outside air) as an oxidant is introduced from the upstream outside air introduction unit 6 to the combustor 7, and the flow rate of the introduced air is Mach number in the air flow path 4 of the combustor 7. Ma is a supersonic speed larger than 1 (for example, 1 to 3). The fuel is ignited (supersonic combustion) in the supersonic air flow to generate combustion gas, and the combustion gas is expanded and exhausted by the downstream enlarged nozzle portion 8 to thereby generate thrust. obtain.

図２に示すように、燃焼器７は、ハウジング２とインレットボディ３との間に配置されており、導入される空気とともに燃料Ｆを燃焼させることで下流側に向かって火炎Ｂを生成させる燃焼空間９を有している。以下、燃焼空間９におけるインレットボディ３の外周面を燃焼器壁面１０と呼ぶ。また、燃焼空間９の流通方向Ａに沿う範囲を符号Ｃで示す。 As shown in FIG. 2, the combustor 7 is disposed between the housing 2 and the inlet body 3, and combusts to generate a flame B toward the downstream side by burning the fuel F together with the introduced air. A space 9 is provided. Hereinafter, the outer peripheral surface of the inlet body 3 in the combustion space 9 is referred to as a combustor wall surface 10. Further, a range along the flow direction A of the combustion space 9 is indicated by a symbol C.

また、燃焼器７は、飛翔体の所定位置に配置された燃料タンク１２と、燃焼器壁面１０に配置された複数の燃料噴射孔１３（燃料噴射部、図２には一つのみ示す）と、燃料タンク１２から供給される燃料を燃料噴射孔１３に導入する複数の燃料流通路１４（図２には一つのみ示す）と、各々の燃料流通路１４に設けられた流量調整弁１５と、燃焼器壁面１０に設けられた複数の熱センサ１６（図２には一つのみ示す）と、流量調整弁１５を制御する制御装置１７と、を有している。 The combustor 7 includes a fuel tank 12 disposed at a predetermined position of the flying object, a plurality of fuel injection holes 13 disposed in the combustor wall surface 10 (a fuel injection unit, only one is shown in FIG. 2), and A plurality of fuel flow passages 14 (only one is shown in FIG. 2) for introducing the fuel supplied from the fuel tank 12 into the fuel injection holes 13, and a flow rate adjusting valve 15 provided in each fuel flow passage 14; And a plurality of thermal sensors 16 (only one is shown in FIG. 2) provided on the combustor wall surface 10, and a control device 17 that controls the flow rate adjusting valve 15.

また、燃焼空間９におけるハウジング２の内周面には、燃焼空間９内の圧力を測定する複数の圧力計１９が設けられている。
なお、図２には、燃料噴射孔１３、燃料流通路１４、流量調整弁１５、圧力計１９は一つのみ示されているが、これは簡略的にこれらの構成要素の機能を説明するためであり、これらの構成要素は、図３に示すように複数設けられている。 A plurality of pressure gauges 19 for measuring the pressure in the combustion space 9 are provided on the inner peripheral surface of the housing 2 in the combustion space 9.
FIG. 2 shows only one fuel injection hole 13, fuel flow passage 14, flow rate adjustment valve 15, and pressure gauge 19, but this is simply to explain the functions of these components. As shown in FIG. 3, a plurality of these components are provided.

燃料タンク１２の内部には、例えば炭化水素系燃料の燃料が搭載されている。炭化水素系燃料としては、メタン、エチレン、灯油が挙げられる。また、燃料流通路１４には、ニッケル系触媒などの触媒が添加されており、この触媒により炭化水素系燃料を分解している。 Inside the fuel tank 12, for example, hydrocarbon fuel is mounted. Examples of the hydrocarbon fuel include methane, ethylene, and kerosene. Further, a catalyst such as a nickel-based catalyst is added to the fuel flow passage 14, and the hydrocarbon-based fuel is decomposed by this catalyst.

複数の燃料噴射孔１３は、燃焼空間９の上流側のインレットボディ３の外周面に、周方向等間隔に配置されている。また、燃料噴射孔１３は、燃料を流通方向下流側斜め方向に噴射するように方向付けられている。燃料噴射孔１３の噴射方向は必ずしも斜め方向には限定されず、流通方向Ａに直交する方向でもよい。 The plurality of fuel injection holes 13 are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the inlet body 3 on the upstream side of the combustion space 9. Further, the fuel injection hole 13 is directed so as to inject the fuel in an oblique direction downstream in the flow direction. The injection direction of the fuel injection holes 13 is not necessarily limited to the oblique direction, and may be a direction orthogonal to the flow direction A.

燃料流通路１４は、インレットボディ３の内部に、燃焼器壁面１０の近傍を通過するように設けられている。具体的には、燃料流通路１４は、燃焼空間９において生成される火炎Ｂの熱が燃料流通路１４を流通する燃料に移動するのに十分な位置に形成されている。即ち、燃料流通路１４は、火炎Ｂと燃料流通路１４を流通する燃料とが熱交換可能な距離に形成されている。
圧力計１９としては、例えばピトー管を採用することができる。 The fuel flow passage 14 is provided inside the inlet body 3 so as to pass near the combustor wall surface 10. Specifically, the fuel flow passage 14 is formed at a position sufficient for the heat of the flame B generated in the combustion space 9 to move to the fuel flowing through the fuel flow passage 14. That is, the fuel flow passage 14 is formed at a distance that allows the heat exchange between the flame B and the fuel flowing through the fuel flow passage 14.
As the pressure gauge 19, for example, a Pitot tube can be adopted.

図３に示すように、燃料噴射孔１３は流通方向Ａに直交する方向、即ち、燃焼器７の周方向Ｒに沿って複数配置されている。なお、上述したように、燃料噴射孔１３は、周方向Ｒに沿って、かつ、全周にわたって等間隔に設けられているが、図３には、そのうち３つのみを示す。 As shown in FIG. 3, a plurality of fuel injection holes 13 are arranged along the direction orthogonal to the flow direction A, that is, along the circumferential direction R of the combustor 7. As described above, the fuel injection holes 13 are provided along the circumferential direction R and at equal intervals over the entire circumference, but only three of them are shown in FIG.

燃料流通路１４は、燃料噴射孔１３から下流側に向かって延在しており、燃焼空間９（図２参照）の所定範囲Ｃにわたって流通方向Ａに沿うように形成されている。この所定範囲Ｃは、燃焼空間９において冷却が必要とされている範囲に応じて適宜設定される。
ここで、燃料流通路１４は、所定範囲Ｃを外れる範囲においては、流通方向Ａに沿うように形成する必要はない。即ち、燃料流通路１４は、燃焼器壁面１０を冷却する必要がある所定範囲Ｃにおいては冷却範囲を考慮して規則的に配置されている。また、燃料噴射孔１３の下流側には、熱センサ１６が配置されているため、燃料流通路１４は、熱センサ１６の直下を通るように配置される。 The fuel flow passage 14 extends from the fuel injection hole 13 toward the downstream side, and is formed along the flow direction A over a predetermined range C of the combustion space 9 (see FIG. 2). This predetermined range C is appropriately set according to the range in which cooling is required in the combustion space 9.
Here, the fuel flow passage 14 does not need to be formed along the flow direction A in a range outside the predetermined range C. That is, the fuel flow passage 14 is regularly arranged in consideration of the cooling range in the predetermined range C in which the combustor wall surface 10 needs to be cooled. Further, since the heat sensor 16 is disposed on the downstream side of the fuel injection hole 13, the fuel flow passage 14 is disposed so as to pass directly under the heat sensor 16.

熱センサ１６は、各々の燃料噴射孔１３の下流側に設けられている、配置箇所周辺の燃焼器壁面１０の熱流束（入熱量）を測定する熱流束センサである。本実施形態の熱センサ１６は、流通方向Ａの所定位置（例えば燃焼空間９の所定範囲Ｃの下流側）に、周方向Ｒに沿う方向に等間隔で設置されている。熱センサ１６が複数設けられていることによって、燃焼器壁面１０の周方向の熱分布を検出することができる。 The heat sensor 16 is a heat flux sensor that is provided on the downstream side of each fuel injection hole 13 and measures the heat flux (heat input) of the combustor wall surface 10 around the arrangement location. The heat sensors 16 of the present embodiment are installed at equal intervals in a direction along the circumferential direction R at a predetermined position in the flow direction A (for example, downstream of the predetermined range C of the combustion space 9). By providing a plurality of heat sensors 16, the heat distribution in the circumferential direction of the combustor wall surface 10 can be detected.

熱センサ１６の数は、燃料噴射孔１３及び燃料流通路１４の数と同数である必要はないが、後述する熱センサ１６に基づく制御の容易さを考慮すると同数であることが好ましい。また、熱センサ１６は、燃焼器壁面１０の温度を高応答で計測することができればよく、熱流束センサに限ることはなく、高応答センサである限りは例えば熱電対を採用することもできる。 The number of heat sensors 16 need not be the same as the number of fuel injection holes 13 and fuel flow passages 14, but is preferably the same as the number of heat sensors 16 considering the ease of control based on the heat sensors 16 described later. Moreover, the thermal sensor 16 should just measure the temperature of the combustor wall surface 10 by a high response, and is not restricted to a heat flux sensor, For example, as long as it is a high response sensor, a thermocouple can also be employ | adopted.

また、図３に図示しないが、圧力計１９はハウジング２の内周面に、周方向Ｒ全周にわたって等間隔に設けられている。複数の圧力計１９によって、燃焼空間９の周方向Ｒの圧力分布が検出される。 Although not shown in FIG. 3, the pressure gauges 19 are provided on the inner peripheral surface of the housing 2 at equal intervals over the entire circumference in the circumferential direction R. The pressure distribution in the circumferential direction R of the combustion space 9 is detected by the plurality of pressure gauges 19.

制御装置１７は、複数の熱センサ１６と通信を行うことで火炎Ｂ（図２参照）の位置を把握し、燃料噴射孔１３から噴射される燃料の量（燃料量）を算出する。また、制御装置１７は、算出された燃料量に基づいて、流量調整弁１５の開度を調整する制御を行う。具体的には、制御装置１７は、熱センサ１６によって検出された周方向Ｒの熱分布において、熱が低い位置を通過する燃料流通路１４の燃料量を減少させるとともに、熱が高い位置を通過する燃料流通路１４の燃料量を増加させるように流量調整弁１５を調整する。 The control device 17 grasps the position of the flame B (see FIG. 2) by communicating with the plurality of thermal sensors 16, and calculates the amount of fuel injected from the fuel injection hole 13 (fuel amount). Further, the control device 17 performs control to adjust the opening degree of the flow rate adjustment valve 15 based on the calculated fuel amount. Specifically, in the heat distribution in the circumferential direction R detected by the heat sensor 16, the control device 17 reduces the amount of fuel in the fuel flow passage 14 that passes through a position where heat is low and passes through a position where heat is high. The flow rate adjustment valve 15 is adjusted so as to increase the amount of fuel in the fuel flow passage 14 to be increased.

また、制御装置１７は、複数の燃料噴射孔１３から噴射される燃料の総量が一定となるように制御を行う。即ち、燃焼器壁面１０の入熱量に応じた制御を行うことにより、飛翔体の推力に影響が及ぼされないような制御を行う。 Further, the control device 17 performs control so that the total amount of fuel injected from the plurality of fuel injection holes 13 is constant. That is, by performing control according to the heat input amount of the combustor wall surface 10, control is performed so that the thrust of the flying object is not affected.

さらに、制御装置１７は、圧力計１９によって測定された圧力分布を参照して火炎位置を確認することもできる。即ち、熱センサ１６に基づいて算出された火炎位置を補正することができる。 Furthermore, the control device 17 can confirm the flame position with reference to the pressure distribution measured by the pressure gauge 19. That is, the flame position calculated based on the thermal sensor 16 can be corrected.

上記実施形態によれば、複数の熱センサ１６によって検出された流通方向Ａに直交する方向（周方向）の熱分布に基づいて複数の燃料流通路１４の燃料量を制御することによって、燃焼器壁面１０の流通方向Ａに直交する方向を一定に冷却することができる。また、熱分布の検出に熱センサ１６を用いることによって、高い反応速度で熱分布を検出することができる。 According to the embodiment, the combustor is controlled by controlling the fuel amount in the plurality of fuel flow passages 14 based on the heat distribution in the direction (circumferential direction) orthogonal to the flow direction A detected by the plurality of thermal sensors 16. The direction orthogonal to the flow direction A of the wall surface 10 can be cooled constantly. Further, by using the thermal sensor 16 for detecting the heat distribution, the heat distribution can be detected at a high reaction rate.

また、熱が高い位置を通過する燃料流通路１４の燃料量を増加させることによって、燃料流通路１４を流通する燃料の触媒分解の流通方向Ａに直交する方向の程度を一定にすることができる。
また、複数の圧力計１９によって測定される圧力分布を参照することによって、火炎位置をより正確に把握することができる。 Further, by increasing the amount of fuel in the fuel flow passage 14 that passes through a position where heat is high, the degree of the direction orthogonal to the flow direction A of the catalytic decomposition of the fuel flowing through the fuel flow passage 14 can be made constant. .
Further, the flame position can be grasped more accurately by referring to the pressure distribution measured by the plurality of pressure gauges 19.

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の燃焼器７を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態の燃焼器７は、第一実施形態の燃焼器７と比較して熱センサ１６及び燃料流通路１４Ｂの配置が異なる。熱センサ１６は、流通方向Ａ、即ち燃焼器７の軸方向に沿う方向に複数配置されている。即ち、複数の熱センサ１６によって燃焼空間９の流通方向Ａに沿う熱分布を検出可能とされている。また、複数の熱センサ１６が配置される範囲は第一実施形態と同様に燃焼空間９の所定範囲Ｃ内とされている。 (Second embodiment)
Hereinafter, the combustor 7 of 2nd embodiment of this invention is demonstrated based on drawing. In the present embodiment, differences from the first embodiment described above will be mainly described, and description of similar parts will be omitted.
As shown in FIG. 4, the combustor 7 of this embodiment differs in the arrangement | positioning of the heat sensor 16 and the fuel flow path 14B compared with the combustor 7 of 1st embodiment. A plurality of heat sensors 16 are arranged in the flow direction A, that is, in the direction along the axial direction of the combustor 7. That is, the heat distribution along the flow direction A of the combustion space 9 can be detected by the plurality of heat sensors 16. Further, the range in which the plurality of heat sensors 16 are arranged is within a predetermined range C of the combustion space 9 as in the first embodiment.

本実施形態の燃料流通路１４Ｂは、燃焼器壁面１０の近傍を通過するように形成されていることに関しては第一実施形態の燃料流通路１４と同様である。本実施形態の燃料流通路１４Ｂは、流通方向Ａに直交する方向、即ち、燃焼器７の周方向Ｒに沿う方向に延在するように形成されている。また、燃料流通路１４Ｂは、インレットボディ３の外周面の一周にわたって形成されている。図４の符号Ｄは、インレットボディ３の一周の範囲を示している。
燃料流通路１４Ｂの流通方向Ａ位置（燃焼器７の軸方向位置）は、熱センサ１６の流通方向Ａ位置に対応している。燃料流通路１４Ｂのインレットボディ３の一周の範囲Ｄ以外の経路は、特に限定されず、燃焼器壁面１０の近傍を通過させる必要はない。 The fuel flow passage 14B of the present embodiment is the same as the fuel flow passage 14 of the first embodiment with respect to being formed so as to pass through the vicinity of the combustor wall surface 10. The fuel flow passage 14 </ b> B of the present embodiment is formed to extend in a direction orthogonal to the flow direction A, that is, a direction along the circumferential direction R of the combustor 7. Further, the fuel flow passage 14 </ b> B is formed over the circumference of the outer peripheral surface of the inlet body 3. A symbol D in FIG. 4 indicates a range of one round of the inlet body 3.
The flow direction A position of the fuel flow passage 14 </ b> B (the axial position of the combustor 7) corresponds to the flow direction A position of the heat sensor 16. The route other than the range D of the circumference of the inlet body 3 of the fuel flow passage 14B is not particularly limited, and it is not necessary to pass the vicinity of the combustor wall surface 10.

第一実施形態と同様に、燃料流通路１４Ｂは燃焼器壁面１０の冷却を行い、燃焼器壁面１０の冷却に使用された燃料は、キャビティ２０に導入されて一旦貯留された後、複数の燃料噴射孔１３に供給される。 Similar to the first embodiment, the fuel flow passage 14B cools the combustor wall surface 10, and the fuel used for cooling the combustor wall surface 10 is introduced into the cavity 20 and temporarily stored, and then a plurality of fuels are stored. It is supplied to the injection hole 13.

本実施形態の制御装置１７は、複数の熱センサ１６によって検出された流通方向Ａ（軸方向）の熱分布において、熱が低い位置を通過する燃料流通路１４Ｂの燃料の流量を減少させるとともに、熱が高い位置を通過する燃料流通路１４Ｂの燃料の流量を増加させるように流量調整弁１５を調整する。 In the heat distribution in the flow direction A (axial direction) detected by the plurality of heat sensors 16, the control device 17 of the present embodiment decreases the flow rate of the fuel in the fuel flow passage 14B that passes through a position where heat is low, and The flow rate adjustment valve 15 is adjusted so as to increase the flow rate of the fuel in the fuel flow passage 14B passing through a position where heat is high.

上記実施形態によれば、複数の熱センサ１６によって検出された流通方向Ａ（軸方向）に沿う熱分布に基づいて複数の燃料流通路１４Ｂの燃料流量を制御することによって、燃焼器壁面１０の流通方向Ａを一定に冷却することができる。 According to the embodiment, by controlling the fuel flow rate of the plurality of fuel flow passages 14B based on the heat distribution along the flow direction A (axial direction) detected by the plurality of thermal sensors 16, the combustor wall surface 10 The flow direction A can be cooled constant.

なお、第一実施形態の燃料流通路１４と第二実施形態の燃料流通路１４Ｂとを組み合わせることによって、流通方向Ａ及び流通方向Ａに直交する方向の熱分布、即ち、範囲Ｃ及び範囲Ｄにより特定される範囲の熱分布を計測し、この熱分布に基づいて制御装置１７が燃料の流量を制御する方法を採用してもよい。このような配置を採用する場合は、燃料流通路１４，１４Ｂを複数の層に分けて配置することで対応可能である。 In addition, by combining the fuel flow passage 14 of the first embodiment and the fuel flow passage 14B of the second embodiment, the heat distribution in the direction orthogonal to the flow direction A and the flow direction A, that is, the range C and the range D A method may be employed in which the heat distribution in the specified range is measured, and the control device 17 controls the fuel flow rate based on the heat distribution. When such an arrangement is adopted, it can be dealt with by dividing the fuel flow passages 14 and 14B into a plurality of layers.

（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態の燃焼器７を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態の燃焼器７は、第一実施形態の燃料流通路１４に燃料の成分を計測する燃料成分測定装置２１（燃料成分測定部）を設けたことを特徴としている。燃料成分測定装置２１は、燃焼空間９の所定範囲Ｃの最も上流側（燃料流通路１４の下流側）に配置されているとともに制御装置１７に接続されている。 (Third embodiment)
Hereinafter, the combustor 7 of 3rd embodiment of this invention is demonstrated based on drawing. In the present embodiment, differences from the first embodiment described above will be mainly described, and description of similar parts will be omitted.
As shown in FIG. 5, the combustor 7 of the present embodiment is characterized in that a fuel component measuring device 21 (a fuel component measuring unit) for measuring a fuel component is provided in the fuel flow passage 14 of the first embodiment. Yes. The fuel component measuring device 21 is disposed on the most upstream side (downstream side of the fuel flow passage 14) of the predetermined range C of the combustion space 9 and is connected to the control device 17.

燃料成分測定装置２１としては、例えばラマン計測のようなレーザー計測や、ガスクロマトグラフィのようなサンプリング計測を利用した測定装置を利用することができるが、これらに限らず、燃料の成分、例えば燃料の発熱量の大小を計測することができる様々な測定装置を採用することができる。 As the fuel component measurement device 21, for example, a measurement device using laser measurement such as Raman measurement or sampling measurement such as gas chromatography can be used. Various measuring devices that can measure the amount of heat generation can be employed.

制御装置１７は、第一実施形態に記載の制御を行うとともに、燃料成分測定装置２１によって測定された、触媒分解された後の燃料成分に基づいて燃料量の制御を行う。具体的には、燃料が発熱量が大きい成分である場合は、燃料量を減少させる。また、燃料が発熱量が小さい場合は燃料流量を増大させるような制御を行う。発熱量が大きい燃料としては、メタンやエタンを挙げることができる。 The control device 17 performs the control described in the first embodiment, and controls the amount of fuel based on the fuel component after catalytic decomposition measured by the fuel component measurement device 21. Specifically, when the fuel is a component with a large calorific value, the fuel amount is decreased. In addition, when the fuel generates a small amount of heat, control is performed to increase the fuel flow rate. Examples of the fuel having a large calorific value include methane and ethane.

上記実施形態によれば、燃料噴射孔１３より噴射される燃料の総量を、飛翔体に必要とされる推力を確保できる発熱量に調整することができる。特に、発熱量が増大し、熱閉塞を起こした場合の不安定性を未然に防止することができる。 According to the above embodiment, the total amount of fuel injected from the fuel injection holes 13 can be adjusted to a heat generation amount that can ensure the thrust required for the flying object. In particular, it is possible to prevent instability when the heat generation amount increases and thermal blockage occurs.

なお、本実施形態の変形例として、燃料成分測定装置２１を用いて燃料成分を計測することで分子量を算出し、分子量に基づいて燃料流量を調整する変形例を挙げることができる。
具体的には、分子量が大きく燃料貫通力（噴射流速）が過大になる場合は、燃料噴射孔１３の噴射流路を広げ、燃料貫通力が過小になる場合は、燃料噴射孔１３の噴射流路を狭めるように調整する。燃料噴射孔１３の噴射流路の調整は、図６及び図７に示すようなシャッター２３を用いて行う。
この変形例によれば、燃料貫通力を調整することが可能になるため、燃焼空間９における火炎の燃焼をより安定させることができる。 As a modification of the present embodiment, a modification in which a fuel component is measured by using the fuel component measuring device 21 to calculate a molecular weight and a fuel flow rate is adjusted based on the molecular weight can be given.
Specifically, when the molecular weight is large and the fuel penetration force (injection flow rate) is excessive, the injection flow path of the fuel injection hole 13 is widened. When the fuel penetration force is excessively small, the injection flow of the fuel injection hole 13 is increased. Adjust to narrow the road. Adjustment of the injection flow path of the fuel injection hole 13 is performed using a shutter 23 as shown in FIGS.
According to this modified example, the fuel penetration force can be adjusted, so that the flame combustion in the combustion space 9 can be further stabilized.

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態においては、熱センサ１６として熱流束センサを用いたが、これに限ることはなく、複数の熱電対を用いて熱分布を測定する構成としてもよい。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in each of the above embodiments, a heat flux sensor is used as the heat sensor 16, but the present invention is not limited to this, and a configuration in which heat distribution is measured using a plurality of thermocouples may be used.

また、上記各実施形態では、円筒形状の燃焼器７を有するジェットエンジン１を用いて説明を行ったが、矩形流路の燃焼器７を有するジェットエンジン１を用いてもよい。さらに、本発明は、ジェットエンジン１に限らず、ガスタービンの燃焼器７など燃焼空間９内の熱分布に不均一が生じる可能性のある燃焼器７に適用可能である。 In each of the above embodiments, the jet engine 1 having the cylindrical combustor 7 has been described. However, the jet engine 1 having the rectangular channel combustor 7 may be used. Furthermore, the present invention is not limited to the jet engine 1 but can be applied to the combustor 7 in which the heat distribution in the combustion space 9 such as the combustor 7 of the gas turbine may be uneven.

１ジェットエンジン
２ハウジング
３インレットボディ
４空気流路
６外気導入部
７燃焼器
８拡大ノズル部
９燃焼空間
１０燃焼器壁面
１２燃料タンク
１３燃料噴射孔（燃料噴射部）
１４燃料流通路
１５流量調整弁
１６熱センサ
１７制御装置
１９圧力計
２１燃料成分測定装置（燃料成分測定部） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Jet engine 2 Housing 3 Inlet body 4 Air flow path 6 Outside air introduction part 7 Combustor 8 Expansion nozzle part 9 Combustion space 10 Combustor wall surface 12 Fuel tank 13 Fuel injection hole (fuel injection part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Fuel flow path 15 Flow control valve 16 Thermal sensor 17 Control apparatus 19 Pressure gauge 21 Fuel component measurement apparatus (fuel component measurement part)

Claims

導入される空気とともに燃料を燃焼させることで前記空気の流通方向下流側に向かって火炎を生成させる燃焼空間を画成するハウジングと、
前記燃焼空間に前記燃料を噴出する燃料噴出部と、
前記燃料が流通し、該燃料を前記燃焼空間内の火炎と熱交換させて前記燃料噴出部に導く複数の燃料流通路と、
該燃料流通路を流通する前記燃料の流量を調整する流量調整弁と、
前記燃焼空間内における熱分布を検出する複数の熱センサと、
前記燃焼空間内における圧力を測定する複数の圧力センサと、
前記複数の熱センサによって検出される熱分布に基づいて前記火炎の位置を把握するとともに、前記複数の圧力センサによって測定された圧力分布に基づいて前記火炎の位置を補正し、補正した前記火炎の位置に基づいて前記複数の燃料流通路を流通する前記燃料の量を算出して前記流量調整弁の開度を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする燃焼器。 A housing that defines a combustion space that generates a flame toward the downstream side in the flow direction of the air by burning fuel together with the introduced air;
A fuel ejection portion for ejecting the fuel into the combustion space;
A plurality of fuel flow passages through which the fuel flows, and heat-exchanges the fuel with a flame in the combustion space to guide the fuel to the fuel ejection portion;
A flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the fuel flowing through the fuel flow path;
A plurality of thermal sensors for detecting a heat distribution in the combustion space;
A plurality of pressure sensors for measuring pressure in the combustion space;
The position of the flame is grasped based on the heat distribution detected by the plurality of thermal sensors, the position of the flame is corrected based on the pressure distribution measured by the plurality of pressure sensors, and the corrected flame A control device for calculating an amount of the fuel flowing through the plurality of fuel flow passages based on a position and controlling an opening degree of the flow regulating valve;
A combustor comprising:

前記複数の熱センサは、前記燃焼空間内において前記流通方向に直交する方向に沿って配置されており、
前記複数の燃料流通路は、前記燃焼空間において各々の前記熱センサの近傍を前記流通方向に延在するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。 The plurality of thermal sensors are arranged along a direction orthogonal to the flow direction in the combustion space,
2. The combustor according to claim 1, wherein the plurality of fuel flow passages are arranged in the combustion space so as to extend in the vicinity of each of the heat sensors in the flow direction.

前記複数の熱センサは、前記流通方向に沿って配置されており、
前記複数の燃料流通路は、前記燃焼空間において各々の前記熱センサの近傍を前記流通方向に直交する方向に延在するように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼器。 The plurality of thermal sensors are arranged along the flow direction,
The plurality of fuel flow passages are arranged so as to extend in the direction perpendicular to the flow direction in the vicinity of each of the thermal sensors in the combustion space. The combustor described.

前記制御装置は、前記熱センサによって検出された熱分布において、熱が低い位置を通過する前記燃料流通路の流量を減少させるとともに、熱が高い位置を通過する燃料流通路の流量を増加させるように前記流量調整弁を調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃焼器。 In the heat distribution detected by the heat sensor, the control device decreases the flow rate of the fuel flow passage that passes through a position where heat is low, and increases the flow rate of the fuel flow passage that passes through a position where heat is high. The combustor according to any one of claims 1 to 3, wherein the flow rate adjusting valve is adjusted.

前記制御装置は、前記複数の燃料噴射部から噴射される燃料の総量が一定となるように制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の燃焼器。 The combustor according to claim 4, wherein the control device performs control so that a total amount of fuel injected from the plurality of fuel injection units is constant.

前記燃料流通路内の燃料の燃料成分を計測する燃料成分測定部を備え、
前記制御装置は、計測された燃料の燃料成分によって推測される前記燃料の発熱量に基づいて前記流量調整弁を制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃焼器。 A fuel component measuring unit for measuring the fuel component of the fuel in the fuel flow path;
The said control apparatus controls the said flow control valve based on the emitted-heat amount of the said fuel estimated by the fuel component of the measured fuel, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Combustor.