JPH0278760A - ロケットエンジン - Google Patents

ロケットエンジン

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JPH0278760A
JPH0278760A JP63227596A JP22759688A JPH0278760A JP H0278760 A JPH0278760 A JP H0278760A JP 63227596 A JP63227596 A JP 63227596A JP 22759688 A JP22759688 A JP 22759688A JP H0278760 A JPH0278760 A JP H0278760A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体水素を燃料とし、空気中の酸素を液化し
つつこれを酸化剤とする、航空機、飛昇体、宇宙往還機
および宇宙ロケットに好適なエンジンに係る。
〔従来の技術〕
宇宙ロケットは、通常大気のない宇宙空間を飛行するた
めに１燃料に加えてこれを燃焼させる酸化剤を携行しな
ければならない。近年のロケットとしては、燃料として
液体水素、酸化剤として液体酸素を用いたものが実用的
である。
しかしながら、ロケットにおいて、これら燃料と酸化剤
（以後これらを総称して推進剤という。）のしめる割合
は、本体重量および体積の大半をしめているのが実情で
ある。その結果、本来宇宙空間に運びたい人間や人工衛
星等のペイロード９０重量が制限され、あるいは、これ
らペイロードを増加するとそれに見合った推進剤を増す
必要が生じ、このペイロード９および推進剤の重量増加
分に見合ったロケット構造の強化が必要となり、加えて
これらはイロード、推進剤および補強構造部材の増加型
量分を打ち上げるための推進剤がさらに必要となるため
、ペイロードの増加には美大な費用が必要となる。
そこで本発明の発明者等は、酸化剤重量をカットもしく
は低減するため、少なくとも大気中を飛行する際には極
めて効率良く大気中の酸素を液化しつつ、これを酸化剤
として用いることのできる軽量かつ酸素液化効率の良い
エンジンを発明し、特願昭５９−１８０７５９号として
特許出願した。以下これを第４図および第５図により説
明する。
まず第４図において、液体水素タンク１に蓄えられた３
重点付近の温度（約１４°Ｋ）の液体水素をポンプ３に
よって昇圧し、空気凝縮器５に入れる。
空気凝縮器５は平板またはフィン付チェープ等からなる
熱交換器で、低温水素の冷熱源を用いて空気を凝縮液化
させるものである。
空気凝縮器５において、空気の凝縮熱をもらって昇温し
た液体水素は、更に、空気予冷器７に入る。空気予冷器
７は、空気凝縮器の空気の液化効率を高めるために１空
気ダクト１４から取り入れた空気をあらかじめ９０’に
程度に予冷するために、設けられている。
なお空気の液化は、その圧力によって液化温度と液化効
率が変化するから、ロケットが高空で高速で作動する場
合は、ラム圧等を用いて適宜、空気予冷器７および空気
凝縮器５の圧力を上昇させるものとする。
空気予冷器７を出た液体水素は、配管８を通つてロケッ
トエンジンの燃焼器１９に導かれる。
一方、液体酸素タンク９に蓄えられた３重点付近の温度
（約５５°Ｋ）の液体酸素は、ポンプ１１で昇圧され、
空気凝縮器５の頭部に入る。空気凝縮器５に入った液体
酸素は、空気ダク）　１５内の空気流の中へ、噴霧器１
３ＩＣよって、シャワー状で噴霧され、空気を液化させ
る。
空気凝縮器５で凝縮液化した空気（水素の冷熱源と液体
酸素の冷熱源によって液化した空気）は噴霧した液体酸
素と混合し、ポンプ１７で昇圧された後、ロケットエン
ジンの燃焼器１９に送られる。
燃焼器１９において、供給された液体水素と液化空気と
液体酸素の混合流体によって燃焼が行われ、高温燃焼ガ
スをノズルより噴出し、推力を発生する。
このようにして、第４図図示のものでは、低温の液体酸
素を空気中に噴霧する噴霧器１３を設けたので、液体酸
素の冷熱源の利用と、空気の酸素濃度の増大による液化
温度の上昇により、液化量が増大する。したがって、ロ
ケットエンジンの比推力が向上する。
次に第５図に示す例は、第４図のものとはぼ同様である
が、空気凝縮器５の空気流の下流に軸流式または遠心式
の空気圧縮機２１を追加し、さらにその下流に補助空気
凝縮器田を追加したものである。この補助空気凝縮器器
は空気凝縮器５から出た８００に前後の水素によりて冷
却される。
この例においては、空気凝縮器５で凝縮されずに残った
気体の空気を空気圧縮機４で圧縮し圧力を上昇させ、こ
れを補助空気凝縮器乙に入れる。
空気の液化温度（沸点）は圧力上昇に伴って上昇する。
第５図図示のものは、空気圧縮機２１と補助凝縮器ｎと
が設けられているので、空気の圧力が上昇し、液化温度
の上昇と液化潜熱の減少により、液化量が増大するので
ある。
なお第４図および第５図において、２．４．６゜′６１
家液体水素配管、１０　、１２は液体酸素配管、１６゜
１８は液体空気配管、Ｉ、２２は空気配管をそれぞれ示
す。
〔発明が解決しようとする課題〕
空気中の酸素を液化しつつこれを酸化剤とする空気液化
サイクルエンジンにおいては、空気液化器で製造する液
化空気量の大小によって性能が定まる。したがって液化
空気量をいかに大きくするかが空気液化サイクルエンジ
ンの課題である。第４図および第５図に示される従来の
ロケットエンジンは、いずれも空気液化に必要な冷熱源
を推進剤である液体酸素と液体水素のみにたよっている
。
液体酸素と液体水素の冷熱源には限度があるため、液化
空気量も限界値があった。
〔課題を解決するための手段〕 本発明は、前記従来の課題を解決するために１０ケツ）
Ｋ搭載した推進剤を冷熱源として空気を凝縮液化し、そ
の液化空気を酸化剤または作用物質として利用する空気
吸入蓋ロケットエンジンにおいて、未凝縮空気を圧縮し
、これを上記液化空気を冷熱源として凝縮液化するよう
にしたことを特徴とするロケットエンジンを提案するも
のである。
〔作用〕
本発明は前記のように構成されており、従来利用してい
なかった製造された液化空気の冷熱源をも利用して、空
気の液化を計り、液化空気量を増大させるものである。
〔実施例〕
第１図は本発明の一実施例を示す系統図である。
この図において、液体水素タンク１内の液体水素は、ポ
ンプ３によって増圧され、空気液化器５に入り、さらに
空気予冷器７を経てロケットエンジン燃焼器１９に入る
。空気は空気ダクト１４から入り、空気予冷器７、空気
ダクト１５．空気凝縮器５を通り、一部の空気は液化さ
れる。液化された液化空気は、ブーストポンプ冴で増圧
され、ミキサー乙に噴霧される。空気凝縮器５で液化さ
れずに残った空気は、空気圧縮機２１で数気圧に圧縮さ
れ、ミキサー乙に入り、ここでブーストポンプ瀕から供
給される液化空気と混合して、液化空気の冷熱源によっ
て液化する。液化空気はポンプ１７で増圧されロケット
エンジン燃焼器１９に入り、水素と混合、燃焼する。
ミキサー５の中の空気は、空気凝縮器５内の空気よりも
圧力が高いため、液化温度が上昇している。その結果、
ブーストポンプ潟から供給される液化空気の温度よりも
、ミキサー乙の中の空気液化温度の方が数十度高（なる
。したがって、ブーストポンプ冴からの液化空気は、ミ
キサー５の中の空気を液化する冷熱源として、利用でき
ることとなる。
Ｍ２図に本発明の他の実施例の系統図を示す。
本実施例も前記第１図の実施例と原理はほぼ同一である
が、相異点はミキサー５にある。本実施例のミキサー５
には、液化空気主流を冷媒とする熱交換器渓が付加され
ており、空気圧縮機２１で圧縮されて昇温した空気の温
度を、この熱交換器２６であらかじめ低下させる。本実
施例では、熱交換器がを付加したことにより、ブースト
ポンプ潟から供給される液化空気の冷熱源を、ミキサー
が内の空気の液化潜熱の吸収のみに使用でき、液化量を
さらに増大させることができる。
第３図は本発明のさらに別の実施例を示す系統図である
。本実施例は１、前記第２図の実施例の構成に加えて、
空気予冷器７に霜取手段（９）を付加し、更に空気凝縮
器５に液体酸素の噴霧器１３を付加した他の実施例であ
る。霜取手段Ｉとしては、ハンマーや加振器のような機
械的振動を空気予冷器に与えるものや、高圧流体を吹き
つけるものでも良い。本実施例では、空気中に含まれる
水分や二酸化炭素が熱交換面に付着して伝熱効率が低下
するのを、霜取手段刃により防止できる。また、噴霧器
１３では、液体酸素タンク９からの液体酸素が、ポンプ
１１により加圧されて空気凝縮器５に噴霧され、空気を
液化するための冷媒として作用するとともに、液体水素
の酸化剤とＩ、て燃焼器１９で燃焼して、推力を増加さ
せる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来のロケットエンジンと比較して、
液化空気量を１５％（機速が零の時）から４０％（機速
がマツハ３の時）の増量が可能となり、空気中の酸素を
液化しつつこれを酸化剤とする空気液化サイクルエンジ
ンの比推力（性能）を、１．１倍から１．４倍に向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図および第３図は、それぞれ本発明の第１
、第２および第３の実施例を示す系統図、第４図および
第５図はいずれも従来のロケットエンジンの例を示す系
統図である。 １・・・液体水素タンク ２　、４　、６　、６’、　８・・・液体水素配管３・
・・ポンプ　　　　　　５・・・空気凝縮器７・・・空
気予熱器　　　　９・・・液体酸素タンク１０．１２・
・・液体酸素配管　１１・・・ポンプ１３・・・噴霧器
　　　　　　１４　、１５・・・空気ダクト１６．１８
．２７，２８．２９・・・液化空気配管１７・・・ポン
プ　　　　　　１９・・・燃焼器加、ｎ・・・空気配管
　　　２１・・・空気圧縮機部・・・補助空気凝縮器　
　腐・・・ブーストポンプ５・・・ミキサー　　　　　
が・・・熱交換器間・・・霜取手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ロケットに搭載した推進剤を冷熱源として空気を凝縮液
    化し、その液化空気を酸化剤または作用物質として利用
    する空気吸入蓋ロケットエンジンにおいて、未凝縮空気
    を圧縮し、これを上記液化空気を冷熱源として凝縮液化
    するようにしたことを特徴とするロケットエンジン。
JP63227596A 1988-09-13 1988-09-13 ロケットエンジン Expired - Fee Related JPH079219B2 (ja)

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