JP2643551B2 - Ramjet engine - Google Patents
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Description
(産業上の利用分野) 本発明は、ラムジェットエンジンの改良に関するもの
である。 (従来の技術) 従来、ラムジェットエンジンとしては、第5図に示す
ように、外筒101の先端側内部に中心体102を収容して、
この中心体102と外筒101との間に、取入口130aおよびデ
ィフューザ103bから成る空気取入装置(空気取入流路)
103を設け、前記中心体102の後部に燃焼器104を備える
と共に、外筒101の後端部にジェットノズル105を備えた
ものがあった。 このようなラムジェットエンジンは、例えば、昭和58
年1月に丸善が発行した「航空宇宙工学便覧・増補版」
の第608頁および第609頁に記載されている。 また、この種のラムジェットエンジンでは、中心体10
2に、燃焼の供給系統および噴射装置を備え、さらに、
噴射される燃料の流量制御装置を設けることにより、飛
行高度や速度の要求に応じて、燃料の流量を調整して推
力を変化させることが行われていた。 (発明が解決しようとする課題) ところが、上記従来のラムジェットエンジンにあって
は、空気取入装置103、燃焼器104、およびジェットノズ
ル105の各形状や寸法がいずれも一定したものであるこ
とから、構造は簡単であるが、有効な運用速度域が2〜
3マッハ程度の小さい範囲に限られていると共に、設計
条件から外れた作動状況下では、流入空気量の減少によ
って強い空気振動(バズ)が生じ易くなったり、流入空
気量の増大によって総圧回復率が急激に低下したりす
る。このため、従来のラムジェットエンジンは、広い速
度域での運用や、急激な速度変化に対応することが困難
であり、性能の向上を図るうえでの課題を有していた。 (発明の目的) 本発明は、上記したような課題に着目して成されたも
ので、運用性能を大幅に高めることができるラムジェッ
トエンジンを提供することを目的としている。(Industrial application field) The present invention relates to an improvement of a ramjet engine. (Prior Art) Conventionally, as a ramjet engine, as shown in FIG.
An air intake device (air intake passage) including an intake 130a and a diffuser 103b between the center body 102 and the outer cylinder 101.
In some cases, a 103 is provided, a combustor 104 is provided at a rear portion of the central body 102, and a jet nozzle 105 is provided at a rear end portion of the outer cylinder 101. Such a ramjet engine is described in, for example, Showa 58
"Aerospace Engineering Handbook / Enhanced Edition" published by Maruzen in January, 1998
608 and 609. In this type of ramjet engine, the central body 10
2, equipped with a combustion supply system and an injection device,
By providing a control device for the flow rate of the fuel to be injected, the thrust is changed by adjusting the flow rate of the fuel according to the requirements of the flight altitude and the speed. (Problems to be Solved by the Invention) However, in the above-described conventional ramjet engine, each of the shapes and dimensions of the air intake device 103, the combustor 104, and the jet nozzle 105 is constant. Therefore, although the structure is simple, the effective operation speed range is 2
Under the operating conditions that are limited to a small range of about 3 Mach and deviate from design conditions, a strong air vibration (buzz) is likely to occur due to a decrease in the amount of inflow air, and the total pressure is recovered due to an increase in the amount of inflow air. Or the rate drops sharply. Therefore, it is difficult for the conventional ramjet engine to operate in a wide speed range or to cope with a sudden change in speed, and thus has a problem in improving performance. (Object of the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to provide a ramjet engine capable of significantly improving operational performance.
(課題を解決するための手段) 本発明によるラムジェットエンジンは、特許請求の範
囲第1項として、空気取入装置と、燃料の流量制御が可
能な燃焼器と、ジェットノズルを備えたラムジェットエ
ンジンにおいて、空気取入装置が、エンジン本体の外面
側に沿う第1案内部とその後端部に連続して燃焼器に至
る第2案内部を有し且つアクチュエータにより前後方向
に移動する制御板と、制御板に対向する状態にしてエン
ジン本体側に後端部を回動自在に連結し且つアクチュエ
ータにより制御板に対して近接離間する方向に回動する
傾斜板を備えると共に、制御板と傾斜板の間で、前方に
開放された圧縮流路と、この圧縮流路の後方にスロート
部を介して連続する拡散流路を形成し、スロート部付近
における臨界作動状態を検知して制御板および傾斜板を
制御する検出手段を備えた構成とし、また、特許請求の
範囲第2項として、空気取入装置と、燃料の流量制御が
可能な燃焼器と、ジェットノズルを備えたラムジェット
エンジンにおいて、ジェットノズルが、直径方向に2分
割されたブロックから成り、一方のブロックがアクチュ
エータにより前後方向に移動可能であると共に、他方の
ブロックがエンジン本体に固定してあり、空気取入装置
が、エンジン本体の外面側に沿う第1案内部とその後端
部に連続して燃焼器に至る第2案内部を有し且つアクチ
ュエータにより前後方向に移動する制御板と、制御板に
対向する状態にしてエンジン本体側に後端部を回動自在
に連結し且つアクチュエータにより制御板に対して近接
離間する方向に回動する傾斜板を備えると共に、制御板
と傾斜板の間で、前方に開放された圧縮流路と、この圧
縮流路の後方にスロート部を介して連続する拡散流路を
形成し、スロート部付近における臨界作動状態を検知し
て制御板、傾斜板および一方のブロックを制御する検出
手段を備えた構成としており、上記各構成を課題を解決
するための手段としている。 (発明の作用) 本発明の特許請求の範囲第1項によるラムジェットエ
ンジンでは、燃料の流量調整等による加減速に対応し
て、空気取入装置におけるスロート部のやや下流に直立
衝撃波が位置する状態、もしくは前記スロート部におけ
る流速が1.2〜1.3マッハとなる状態、つまり臨界作動状
態を保つように、その臨界作動状態を検出手段で検知し
ながら、制御板をアクチュエータで前後方向に移動させ
るとともに傾斜板をアクチュエータで制御板に対して近
接離間する方向に回動させることにより空気捕獲面積お
よび前記スロート部の開口面積を変化させて、流入空気
量の調整を行い、特許請求の範囲第2項によるラムジェ
ットエンジンでは、制御板および傾斜板の作動ととも
に、ノズルを構成する一方のブロックをアクチュエータ
で前後方向に移動させることによりノズルスロート部の
開口面積をも変化させて、流入空気とジェットノズルか
らの流出ガスとの流量整合を常に保つようにする。 (第1実施例) 以下、本発明の請求項1に基づく第1実施例を図面に
基づいて説明する。 すなわち、ラムジェットエンジンは、第1図に示すよ
うに超音速飛翔体1に搭載されており、飛翔体1の胴体
下部に開口する空気取入装置2と、流量制御可能な燃料
噴射装置(図示せず)を備えた燃焼器3と、ジェットノ
ズル4とを備えている。 前記空気取入装置2は、制御板5とその下側に対向す
る傾斜板6とを備えている。前記制御板5は、エンジン
本体の外面側である飛翔体1の胴体下面に沿う空気の流
れに平行な第1案内部5aと、その後端部から上向きに所
定の角度を成して連続して燃焼器3に至る第2案内部5b
とを有しており、アクチュエータ7により飛翔体1の前
後方向に移動可能である。 前記傾斜板6は、エンジン本体側である飛翔体1の外
壁部1aに後端部が回動自在に連結してあると共に、アク
チュエータ8で制御板5に対して近接離間する方向(上
下方向)に回動させることにより空気の流れ方向に対し
て角度調整可能である。この傾斜板6は、制御板5との
間で、前方に開放された空気取入口6aを形成すると共
に、前記第1案内部5aとの間に、空気の流れ方向に断面
積が漸次減少する圧縮流路9、およびその後端部分であ
るスロート部10を形成し、且つ、前記スロート部10の下
流側に、燃焼器3に向けて断面積が漸次増大する拡散流
路11を連続的に形成している。 つまり、この実施例の空気取入装置2では、制御板
5、傾斜板6および各アクチュエータ7,8により、空気
取入口6aにおける空気捕獲面積およびスロート部10の開
口面積を変化させる流入路駆動機構を構成している。ま
た、前記制御板5の第2案内部5bには、スロート部付近
における臨界作動状態を検知して制御板5および傾斜板
6を制御する検出手段として、スロート部10よりもやや
下流に設定された位置に、直立衝撃波センサ12が流れの
前後方向に二個設けてあり、作動時に発生する直立衝撃
波の位置を検知するようにしてある。 次に、一様流内における上記ラムジェットエンジンの
作用を説明する。なお、当該ラムジェットエンジンは、
全運用マッハ域を2〜5とし、最大燃焼負荷の燃料当量
比φ=1.0における限界マッハ数を3.5としている。 超音速気流は、飛翔体1の下面と平行に流れている。
そこで、アクチュエータ8により、傾斜板6を空気の流
速に適合した傾斜角δに設定すると、前記傾斜板6の前
縁から第1の斜衝撃波S1が発生する。この第1の斜衝撃
波S1を通過した空気は、前記傾斜角δと等しい偏角にて
向きを変えて傾斜板6と平行に流れ、なお且つ減速する
とともに圧縮され、さらに、制御板5の第1案内部5aに
第2の斜衝撃波S2を発生させる。このようにして、圧縮
流路9内では、斜衝撃波S1〜S3を反射する状態で連続的
に発生させ、これらの斜衝撃波S1〜S3で流入空気を減速
させ、且つ圧縮してスロート部10に通す。 このとき、スロート部10では、アクチュエータ7で制
御板5を移動させることにより、当該スロート部10にお
ける流速が1.2〜1.3マッハ程度となるように開口面積を
調整する。 拡散流路11では、スロート部10の通過に伴う空気の加
速・膨張により、前記スロート部10のやや下流に直立衝
撃波SNを発生させ、この直立衝撃波SNを通して空気を亜
音速域まで減速させるとともに、圧縮して燃焼器3に供
給する。また、前記拡散流路11では、直立衝撃波センサ
12で直立衝撃波SNの位置を検知し、これによって空気取
入装置2が臨界作動状態であることを判断する。 さらに、当該ラムジェットエンジンは、燃焼器3にお
いて、供給された空気に燃料を噴射して連続燃焼させ、
その燃焼ガスをジェットノズル4から噴出させて推力を
得る。 ここで、前記空気取入装置2は、傾斜板6の傾斜角δ
が一定で流入空気量が増大すると、斜衝撃波角が小さく
なるとともに斜衝撃波の数が減少し、且つ直立衝撃波SN
が後退した超臨界作動状態となる。したがって、上記ラ
ムジェットエンジンは、大きな加速上昇等の急激な動作
のために推力を増加させる場合には、燃料流量を増加
し、燃料当量比を1.0近くにして燃焼ガスの温度を上昇
させる一方、直立衝撃波センサ12で直立衝撃波SNの位置
を検知しながら、傾斜板6の傾斜角δを増大させて空気
捕獲面積を拡大する。これにより、斜衝撃波の数を維持
ないしは増加させ、さらに、スロート部10における流速
が変化しないように、制御板5を移動させて前記スロー
ト部10の開口面積を調整する。また、減速する場合に
は、傾斜板6の傾斜角を減少させ、臨界作動状態を保ち
得る流入空気量に調整する。 このように、当該ラムジェットエンジンは、限界マッ
ハ数(3.5)以下では、ジェットノズル4から流出可能
なガス流量につり合った空気を取入れて空気取入装置2
を常に臨界作動状態に保持しており、急激な加減速を行
ったとしても、空気振動が生じたり総圧回復率が急激に
停止したりすることがなく、空気取入装置が一定の構造
である従来のラムジェットエンジンと比較すると、第2
図中の破線で示すように、速度が約3マッハを越えると
総圧回復率の低下の度合がより急激になる従来のラムジ
ェットエンジンに対して、第2図中の実線で示すよう
に、総圧回復率の低下の度合いがきわめて小さい。ま
た、当該ラムジェットエンジンは、限界マッハ数(3.
5)を越えると、超臨界状態となって総圧回復率の低下
の度合いが大きくなるが、従来のラムジェットエンジン
よりも明らかに高い総圧回復率を有する。 (第2実施例) 本発明の請求項2に基づく第2実施例を説明する。 この実施例におけるラムジェットエンジンは、第3図
に示す超音速飛翔体21に搭載されており、飛翔体21の胴
体下部に開口する空気取入装置2と、流量制御可能な燃
料噴射装置(図示せず)を備えた燃焼器3と、ジェット
ノズル24を備えている。なお、空気取入装置2は、先の
実施例とほぼ同一構成であるため、同一符号を付して説
明を省略する。 前記ジェットノズル24は、上下のブロック24a,24bに
分割してあって、アクチュエータ13により上側ブロック
24aが飛翔体21の前後方向に移動可能であり、下側ブロ
ック24bは固定されている。つまり、この実施例のジェ
ットノズル24では、上側ブロック24aおよびアクチュエ
ータ13により、ノズルスロート部14の開口面積を変化さ
せるノズル駆動機構を構成している。 次に、一様流内における上記ラムジェットエンジンの
作用を説明する。 超音速気流は、飛翔体21の下面と平行に流れている。
そこで、アクチュエータ8により、傾斜板6を空気の流
速に適合した傾斜角δに設定すると、圧縮流路9内に斜
衝撃波S1〜S3を反射する状態で連続的に発生させ、これ
らの斜衝撃波S1〜S3で流入空気を減速させ、且つ圧縮し
てスロート部10に通す。 このとき、スロート部10では、アクチュエータ7で制
御板5を移動させることにより、当該スロート部10にお
ける流速が1.2〜1.3マッハ程度となるように開口面積を
調整する。 拡散流路11では、スロート部10のやや下流に発生させ
た直立衝撃波SNを通して空気を亜音速域まで減速させる
とともに、圧縮して燃焼器3に供給する。また、前記拡
散流路11では、直立衝撃波センサ12で直立衝撃波SNの位
置を検知し、これによって空気取入装置2が臨界作動状
態であること、あるいは超臨界作動状態であることなど
を判別している。 さらに、燃焼器3では、供給された空気に燃料を噴射
して連続燃焼させており、ジェットノズル24では、高温
ガスを大気圧まで膨張させるにあたり、アクチュエータ
13で上側ブロック24aを移動させてノズルスロート部14
の開口面積を調整することにより、当該ラムジェットエ
ンジンの流入空気と流出ガスとの流量整合を維持する。 このようにして、当該ラムジェットエンジンは、上記
流量整合によって空気取入装置2の臨界作動状態を常に
保ち、高い総圧回復率を安定して保持する。 また、前記空気取入装置2は、先の第1実施例でも述
べたように、傾斜板6の傾斜角δが一定で流入空気量が
増大すると、斜衝撃波角が小さくなるとともに斜衝撃波
の数が減少し、且つ直立衝撃波SNが後退する。このた
め、燃料流量が一定で飛翔体21の速度が増大する場合に
は、直立衝撃波センサ12で直立衝撃波SNの位置を検知し
つつ、傾斜板6の傾斜角δを増大させて、取入口6aにお
ける空気捕獲面積を拡大させると共に、斜衝撃波の数を
維持ないしは増加させ、制御板5を後退させてスロート
部10の開口面積を小さくし、なお且つジェットノズル24
のノズルスロート部14の開口面積を小さくする。これに
より、流入空気と流出ガスとの流量整合、および空気取
入装置2の臨界作動状態が保たれる。なお、上記の動作
は、燃料流量を減少させたときも同様である。 さらに、大きな加速上昇等の急激な運動のために推力
を増加させる場合には、燃料流量を増加し、燃料当量比
を1.0近くにして燃焼ガスの温度を上昇させることにな
るが、この際には、燃料流量の増加に先立ってジェット
ノズル24のノズルスロート部14の開口面積を増大させ、
直立衝撃波SNが巡航の位置よりも若干後退した位置とな
るように、直立衝撃波センサ12で検知しつつ制御するこ
とにより、多少過安定の状態にして作動がより確実に行
われるようにするのが良い。また、推力の増加に伴っ
て、傾斜板6の傾斜角δを増大させると共に、制御板5
を移動させてスロート部10の開口面積を適宜調整するこ
とにより、流入空気と流出ガスとの流量整合を保って、
空気取入装置2を臨界作動状態にする。 このように、当該ラムジェットエンジンは、巡航や加
減速などの運用要求全般において、空気取入装置2およ
びジェットノズル24の制御によって常に臨界作動状態が
得られ、急激な加減速を行ったとしても、空気振動が生
じたり総圧回復率が急激に低下したりすることがない。
また、当該ラムジェットエンジンは、空気取入装置やジ
ェットノズルが一定の構造である従来のラムジェットエ
ンジンと比較すると、第4図中の破線で示すように、速
度が約3マッハを超えると総圧回復率の低下の度合が急
激に増大する従来のラムジェットエンジンに対して、第
4図中の実線で示すように、速度の増加に伴う総圧回復
率の低下の度合いがきわめて小さく、3マッハ以上の速
度領域においても高い総圧回復率を安定して保持し得
る。 なお、一般に、ジェット燃料や液化天然ガス等の炭化
水素系燃料を用いる場合、3マッハを大きく超えない低
マッハ域では、燃焼器入口空気圧力が0.3Kg/cm2A以下
で、燃焼器入口空気温度が1000K以下になると、燃焼効
率が急激に低下して作動不能になることがあるが、当該
ラムジェットエンジンでは、空気取入装置2が飛行マッ
ハ数に対応した多衝撃波を形成して作動し、且つ常に臨
界作動状態が保たれるので、低マッハ域あるいは高高度
(例えば35Km)においても上記した燃焼効率の限界を割
る心配は全くない。 さらに、当該ラムジェットエンジンは、速度の増加に
伴い、傾斜板6の傾斜角δを大きくして空気捕獲面積を
拡大させるが、所定のマッハ数以上においては、過大な
力がエンジンおよび機体に悪影響を与える危険を避ける
ため、前記傾斜角δならびに空気捕獲面積を一定に保つ
ことが好ましい。この場合、推力係数がマッハ数の増加
とともに多少減少するが、既にマッハ数が大きい領域な
ので余剰推力の減少はごく僅かであり、加速の低下は殆
ど無い。 なお、上記各実施例では、検出手段として、直立衝撃
波センサ12を用いたが、スロート部10における空気の速
度計を用いて臨界作動状態を判断するようにしても良
い。(Means for Solving the Problems) A ramjet engine according to the present invention comprises, as a first aspect of the present invention, a ramjet equipped with an air intake device, a combustor capable of controlling a fuel flow rate, and a jet nozzle. In the engine, the air intake device has a first guide portion along the outer surface side of the engine main body, a second guide portion continuously reaching the combustor at a rear end thereof, and a control plate which is moved in the front-rear direction by the actuator. A rear end portion is rotatably connected to the engine main body in a state facing the control plate, and an inclined plate is rotated by the actuator in a direction approaching and separating from the control plate. Thus, a compression channel opened forward and a diffusion channel continuous through the throat portion behind the compression channel are formed, and a critical operating state near the throat portion is detected to detect the control plate and the control plate. A ramjet engine having an air intake device, a combustor capable of controlling a fuel flow rate, and a jet nozzle. , The jet nozzle is composed of a block divided into two in the diameter direction, one of the blocks is movable in the front-rear direction by an actuator, the other block is fixed to the engine body, the air intake device, A control plate having a first guide portion along the outer surface side of the engine body and a second guide portion continuously reaching the combustor at a rear end thereof and moving in the front-rear direction by an actuator; A rear end portion is rotatably connected to the engine body side, and an inclined plate that is rotated by an actuator in a direction approaching and separating from the control plate is provided. In between, a compression channel opened forward and a diffusion channel continuous through a throat portion behind the compression channel are formed, and a critical operating state near the throat portion is detected to control the control plate, It is provided with a detecting means for controlling the plate and one of the blocks, and each of the above-mentioned structures serves as means for solving the problem. (Effect of the Invention) In the ramjet engine according to claim 1 of the present invention, an upright shock wave is located slightly downstream of the throat portion of the air intake device in response to acceleration / deceleration due to fuel flow rate adjustment or the like. State, or a state in which the flow velocity in the throat section is 1.2 to 1.3 Mach, that is, while maintaining the critical operation state, while detecting the critical operation state by the detecting means, the control plate is moved in the front-rear direction by the actuator and tilted. The air intake area and the opening area of the throat portion are changed by rotating the plate in a direction approaching and separating from the control plate by an actuator to adjust the amount of inflow air. In a ramjet engine, one of the blocks that make up the nozzle is moved in the front-rear direction by an actuator along with the operation of the control plate and the inclined plate. , The opening area of the nozzle throat portion is also changed, so that the flow rate matching between the inflow air and the outflow gas from the jet nozzle is always maintained. First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention based on claim 1 will be described with reference to the drawings. That is, the ramjet engine is mounted on a supersonic flying vehicle 1 as shown in FIG. 1, and an air intake device 2 opening at a lower part of the fuselage of the flying vehicle 1 and a fuel injection device capable of controlling a flow rate (see FIG. 1). (Not shown), and a jet nozzle 4. The air intake device 2 includes a control plate 5 and an inclined plate 6 facing the lower side thereof. The control plate 5 is continuous with a first guide portion 5a parallel to the flow of air along the lower surface of the flying body 1 on the outer surface side of the engine body and at a predetermined angle upward from its rear end. Second guide 5b leading to combustor 3
The flying object 1 can be moved in the front-rear direction by the actuator 7. The rear end of the inclined plate 6 is rotatably connected to the outer wall 1a of the flying object 1 on the engine body side, and the direction in which the actuator 8 approaches and separates from the control plate 5 (vertical direction). The angle can be adjusted with respect to the flow direction of the air by rotating the airbag. The inclined plate 6 forms an air inlet 6a opened forward with the control plate 5, and the sectional area between the inclined plate 6 and the first guide portion 5a gradually decreases in the air flow direction. A compression channel 9 and a throat portion 10 which is a rear end portion thereof are formed, and a diffusion channel 11 having a sectional area gradually increasing toward the combustor 3 is continuously formed downstream of the throat portion 10. doing. That is, in the air intake device 2 of this embodiment, the control plate 5, the inclined plate 6, and each of the actuators 7, 8 change the air capture area at the air intake 6a and the opening area of the throat portion 10 in the inflow path driving mechanism. Is composed. The second guide portion 5b of the control plate 5 is set slightly downstream of the throat portion 10 as detecting means for detecting a critical operation state near the throat portion and controlling the control plate 5 and the inclined plate 6. In this position, two upright shock wave sensors 12 are provided in the front-back direction of the flow to detect the position of upright shock waves generated during operation. Next, the operation of the ramjet engine in a uniform flow will be described. The ramjet engine is
The total operation Mach range is set to 2 to 5, and the limit Mach number at the fuel equivalent ratio φ = 1.0 of the maximum combustion load is set to 3.5. The supersonic airflow flows parallel to the lower surface of the flying object 1.
Therefore, by the actuator 8, the inclined plate 6 is set to an inclination angle δ which is adapted to the flow rate of air, oblique shock wave S 1 from the leading edge first of the inclined plate 6 is generated. The air that has passed through the first oblique shock wave S 1 changes its direction at an argument equal to the inclination angle δ, flows in parallel with the inclination plate 6, and is decelerated and compressed. a second oblique shock wave S 2 is generated in the first guide portion 5a. In this way, within the compression channel 9, continuously generated in a state that reflects an oblique shock wave S 1 to S 3, it slows the inflow air in these oblique shock waves S 1 to S 3, and and compressed Pass through throat section 10. At this time, the opening area of the throat section 10 is adjusted by moving the control plate 5 by the actuator 7 so that the flow velocity in the throat section 10 becomes about 1.2 to 1.3 Mach. In the diffusion channel 11, an upright shock wave SN is generated slightly downstream of the throat portion 10 by acceleration / expansion of air accompanying the passage of the throat portion 10, and the air is decelerated to the subsonic range through the upright shock wave SN . At the same time, it is compressed and supplied to the combustor 3. Further, in the diffusion channel 11, an upright shock wave sensor
At 12, the position of the upright shock wave SN is detected, thereby determining that the air intake device 2 is in a critical operating state. Further, the ramjet engine injects fuel into the supplied air in the combustor 3 to continuously burn the air,
The combustion gas is ejected from the jet nozzle 4 to obtain a thrust. Here, the air intake device 2 is provided with an inclination angle δ of the inclined plate 6.
When the inflow air amount increases with the constant, the oblique shock wave angle decreases, the number of oblique shock waves decreases, and the upright shock wave S N
Is in a retreating supercritical operating state. Therefore, when the ramjet engine increases the thrust for a sudden operation such as a large acceleration rise, the fuel flow rate is increased, the fuel equivalence ratio is set to near 1.0, and the temperature of the combustion gas is increased. While detecting the position of the upright shock wave SN with the upright shock wave sensor 12, the inclination angle δ of the inclined plate 6 is increased to increase the air capture area. Thereby, the number of oblique shock waves is maintained or increased, and the opening area of the throat portion 10 is adjusted by moving the control plate 5 so that the flow velocity in the throat portion 10 does not change. When decelerating, the inclination angle of the inclined plate 6 is reduced to adjust the amount of inflow air that can maintain the critical operation state. As described above, the ramjet engine takes in air that matches the gas flow rate that can flow out of the jet nozzle 4 when the Mach number is below the limit Mach number (3.5).
Is always kept in a critical operating state, and even if sudden acceleration or deceleration is performed, air vibration does not occur and the total pressure recovery rate does not suddenly stop, and the air intake device has a constant structure. Compared to one conventional ramjet engine, the second
As shown by the dashed line in the figure, when the speed exceeds about 3 Mach, as compared with the conventional ramjet engine in which the degree of reduction of the total pressure recovery rate becomes sharper, as shown by the solid line in FIG. The degree of decrease in the total pressure recovery rate is extremely small. In addition, the ramjet engine has a limit Mach number (3.
Beyond 5), a supercritical state is established, and the degree of reduction in the total pressure recovery rate increases, but the total pressure recovery rate is clearly higher than that of the conventional ramjet engine. (Second Embodiment) A second embodiment according to claim 2 of the present invention will be described. The ramjet engine in this embodiment is mounted on a supersonic flying object 21 shown in FIG. 3, and has an air intake device 2 opening at a lower portion of the flying object 21 at the lower body, and a fuel injection device capable of controlling a flow rate (see FIG. 3). (Not shown), and a jet nozzle 24. The air intake device 2 has substantially the same configuration as that of the previous embodiment. The jet nozzle 24 is divided into upper and lower blocks 24a and 24b, and the upper block is
24a is movable in the front-back direction of the flying object 21, and the lower block 24b is fixed. That is, in the jet nozzle 24 of this embodiment, the upper block 24a and the actuator 13 constitute a nozzle drive mechanism that changes the opening area of the nozzle throat section 14. Next, the operation of the ramjet engine in a uniform flow will be described. The supersonic airflow flows parallel to the lower surface of the flying object 21.
Therefore, when the inclined plate 6 is set to the inclination angle δ suitable for the flow velocity of the air by the actuator 8, the oblique shock waves S 1 to S 3 are continuously generated in the compression channel 9 while reflecting the oblique shock waves S 1 to S 3. The inflow air is decelerated by the shock waves S 1 to S 3 , compressed and passed through the throat unit 10. At this time, the opening area of the throat section 10 is adjusted by moving the control plate 5 by the actuator 7 so that the flow velocity in the throat section 10 becomes about 1.2 to 1.3 Mach. In the diffusion channel 11, the air is decelerated to a subsonic range through an upright shock wave SN generated slightly downstream of the throat portion 10, and is compressed and supplied to the combustor 3. Further, in the diffusion channel 11, the position of the upright shock wave SN is detected by the upright shock wave sensor 12, whereby it is determined whether the air intake device 2 is in a critical operation state or a supercritical operation state. doing. Further, in the combustor 3, the fuel is injected into the supplied air to continuously burn the fuel. In the jet nozzle 24, when the high-temperature gas is expanded to the atmospheric pressure, an actuator is used.
The upper block 24a is moved at 13 and the nozzle throat section 14
By adjusting the opening area of the ramjet engine, flow matching between the inflow air and the outflow gas of the ramjet engine is maintained. In this manner, the ramjet engine always maintains the critical operation state of the air intake device 2 by the flow rate matching, and stably maintains the high total pressure recovery rate. Further, as described in the first embodiment, when the inclination angle δ of the inclined plate 6 is constant and the amount of inflow air increases, the air intake device 2 decreases the oblique shock wave angle and reduces the number of oblique shock waves. And the upright shock wave SN recedes. For this reason, when the speed of the flying object 21 increases with a constant fuel flow rate, the inclination angle δ of the inclined plate 6 is increased while the position of the upright shock wave SN is detected by the upright shock wave sensor 12, and the intake angle is increased. 6a, the number of oblique shock waves is maintained or increased, the control plate 5 is retracted to reduce the opening area of the throat portion 10, and the jet nozzle 24
The opening area of the nozzle throat portion 14 is reduced. Thereby, the flow rate matching between the inflow air and the outflow gas and the critical operation state of the air intake device 2 are maintained. The above operation is the same when the fuel flow rate is reduced. Further, when the thrust is increased due to a sudden movement such as a large acceleration rise, the fuel flow rate is increased, and the fuel equivalent ratio is set to near 1.0 to increase the temperature of the combustion gas. Increases the opening area of the nozzle throat portion 14 of the jet nozzle 24 prior to an increase in the fuel flow rate,
By controlling while detecting the upright shock wave sensor 12 so that the upright shock wave SN is slightly retracted from the cruising position, the operation is performed in a somewhat overstable state so that the operation is performed more reliably. Is good. In addition, as the thrust increases, the inclination angle δ of the inclined plate 6 increases, and the control plate 5
By adjusting the opening area of the throat portion 10 as appropriate, while maintaining the flow rate matching between the inflow air and the outflow gas,
The air intake device 2 is brought into a critical operation state. In this way, the ramjet engine can always obtain a critical operation state by controlling the air intake device 2 and the jet nozzle 24 in all operation requests such as cruising and acceleration / deceleration, and even if rapid acceleration / deceleration is performed. In addition, there is no occurrence of air vibration or a sudden decrease in the total pressure recovery rate.
Also, as compared with a conventional ramjet engine in which the air intake device and the jet nozzle have a fixed structure, as shown by a broken line in FIG. In contrast to the conventional ramjet engine in which the degree of the pressure recovery rate sharply increases, the degree of the decrease in the total pressure recovery rate with the increase in the speed is extremely small as shown by the solid line in FIG. A high total pressure recovery rate can be stably maintained even in a speed range above Mach. In general, when a hydrocarbon fuel such as jet fuel or liquefied natural gas is used, in a low Mach region that does not greatly exceed 3 Mach, the combustor inlet air pressure is 0.3 kg / cm 2 A or less, and the combustor inlet air When the temperature is lower than 1000 K, the combustion efficiency may suddenly decrease and the operation may become inoperable. In the ramjet engine, however, the air intake device 2 operates by forming multiple shock waves corresponding to the flight Mach number. In addition, since the critical operation state is always maintained, there is no concern that the above-mentioned limit of the combustion efficiency is broken even in a low Mach range or a high altitude (for example, 35 km). Further, the ramjet engine enlarges the air capture area by increasing the inclination angle δ of the inclined plate 6 with an increase in speed. However, at a predetermined Mach number or more, excessive force adversely affects the engine and the body. It is preferable to keep the inclination angle δ and the air capture area constant in order to avoid the danger of giving In this case, the thrust coefficient slightly decreases with an increase in the Mach number, but since the Mach number is already large, the surplus thrust decreases very little and there is almost no decrease in acceleration. In each of the above embodiments, the upright shock wave sensor 12 is used as the detection means, but the critical operation state may be determined using an air speed meter in the throat section 10.
以上説明したきたように、本発明の特許請求の範囲第
1項に係わるラムジェットエンジンによれば、圧縮流路
による空気捕獲面積およびスロート部の開口面積を変化
させる制御板および傾斜板と、前記スロート部付近にお
ける臨界作動状態を検知して制御板および傾斜板を制御
する検出手段により、とくにジェットノズルから流出可
能なガス流量等により設定される限界マッハ数以下の速
度領域において、空気取入装置を常に臨界作動状態にし
て高い総圧回復率を保持することができ、また、前後方
向に移動する制御板と制御板に対して近接離間する方向
に回動する傾斜板との組合わせにより、空気捕獲面積と
スロート部の開口面積を個別に調整することが可能であ
って、例えばスロート部の流速を一定に保つ制御などを
正確に行うことができ、これにより、従来のラムジェッ
トエンジンよりも広い速度域で運用することができるう
えに安定した作動が得られ、このほか推力係数や比推力
ともに高い値を得ることができる。 また、本発明の特許請求の範囲第2項に係わるラムジ
ェットエンジンによれば、制御板、傾斜板、検出手段、
および一方のブロックを移動させてノズルスロート部の
開口面積を変化させるジェットノズルにより、第1項と
同様の効果を得ることができるうえに、巡航時、あるい
は燃料の流量調整に伴う加減速時などのいかなる状況に
おいても、エンジン内の流量整合を保つと共に、空気取
入装置を常に臨界作動状態にして高い総圧回復率を保持
することができ、これにより、運用可能な速度域をより
一層拡大することができると共に、高マッハ数および高
高度での巡航によって比距離特性(航続性)をも著しく
向上させることができ、総合的に運用性能を大幅に向上
させることができる。また、2つに分割したブロックの
一方を移動させるジェットノズルの採用により、ノズル
スロート部の開口面積の調整を簡単な構成で実現するこ
とができ、重量の軽減などにも貢献し得る。As described above, according to the ramjet engine according to claim 1 of the present invention, the control plate and the inclined plate for changing the air capture area by the compression flow path and the opening area of the throat portion; Detecting means for detecting the critical operation state near the throat section and controlling the control plate and the inclined plate, particularly in the speed region below the limit Mach number set by the gas flow rate etc. which can flow out of the jet nozzle, etc. Can always maintain a high total pressure recovery rate in a critical operation state, and a combination of a control plate that moves in the front-rear direction and an inclined plate that rotates in a direction approaching and separating from the control plate, It is possible to individually adjust the air capture area and the opening area of the throat section, for example, it is possible to accurately perform control such as keeping the flow rate of the throat section constant. , Thereby, stable operation is obtained on top that can be operated at a wide speed range than the conventional ramjet engine, this addition can be obtained thrust coefficient and specific high value thrust both. Further, according to the ramjet engine according to claim 2 of the present invention, the control plate, the inclined plate, the detecting means,
In addition, the jet nozzle that moves one block to change the opening area of the nozzle throat portion can obtain the same effect as the first item, and can also be used during cruising or acceleration / deceleration due to fuel flow rate adjustment. In any situation, the flow rate in the engine can be maintained and the air intake device can be kept in critical operation to maintain a high total pressure recovery rate, thereby further expanding the operable speed range. The cruising at a high Mach number and a high altitude can also significantly improve the specific distance characteristic (cruising ability), and can greatly improve the overall operation performance. In addition, by employing a jet nozzle that moves one of the two divided blocks, adjustment of the opening area of the nozzle throat can be realized with a simple configuration, which can contribute to weight reduction and the like.
第1図は本発明の請求項1に基づく第1実施例における
ラムジェットエンジンを飛翔体とともに示す断面説明
図、第2図は請求項1に基づくラムジェットエンジンの
速度の増加に伴う総圧回復率の変化を示すグラフ、第3
図は本発明の請求項2に基づく第2実施例におけるラム
ジェットエンジンを飛翔体とともに示す断面説明図、第
4図は請求項2に基づくラムジェットエンジンの速度の
増加に伴う総圧回復率の変化を示すグラフ、第5図は従
来のラムジェットエンジンを説明する断面図である。 2……空気取入装置、3……燃焼器、4,24……ジェット
ノズル、5……制御板、6……傾斜板、7,8,13……アク
チュエータ、9……圧縮流路、10……(空気取入口の)
スロート部、11……拡散流路、12……直立衝撃波センサ
(検出手段)、(5,6,7,8……流入路駆動機構),14……
ノズルスロート部、24a……(ノズルの)上側ブロッ
ク、(13,24a……ノズル駆動機構)。FIG. 1 is an explanatory sectional view showing a ramjet engine according to a first embodiment of the present invention together with a flying object, and FIG. 2 is a total pressure recovery with an increase in the speed of the ramjet engine according to the first embodiment. Graph showing change in rate, third
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a ramjet engine according to a second embodiment of the present invention together with a flying object, and FIG. 4 is a sectional view of a total pressure recovery rate with an increase in the speed of the ramjet engine according to the second embodiment. FIG. 5 is a sectional view illustrating a conventional ramjet engine. 2 ... air intake device, 3 ... combustor, 4, 24 ... jet nozzle, 5 ... control plate, 6 ... inclined plate, 7, 8, 13 ... actuator, 9 ... compression channel, 10 …… (at the air intake)
Throat section, 11 diffusion channel, 12 upright shock wave sensor (detection means), (5, 6, 7, 8 ... inflow path drive mechanism), 14 ...
Nozzle throat part, 24a ... upper block (of nozzle), (13, 24a ... nozzle driving mechanism).
Claims (2)
燃焼器と、ジェットノズルを備えたラムジェットエンジ
ンにおいて、空気取入装置が、エンジン本体の外面側に
沿う第1案内部とその後端部に連続して燃焼器に至る第
2案内部を有し且つアクチュエータにより前後方向に移
動する制御板と、制御板に対向する状態にしてエンジン
本体側に後端部を回動自在に連結し且つアクチュエータ
により制御板に対して近接離間する方向に回動する傾斜
板を備えると共に、制御板と傾斜板の間で、前方に開放
された圧縮流路と、この圧縮流路の後方にスロート部を
介して連続する拡散流路を形成し、スロート部付近にお
ける臨界作動状態を検知して制御板および傾斜板を制御
する検出手段を備えたことを特徴とするラムジェットエ
ンジン。1. A ramjet engine having an air intake device, a combustor capable of controlling a fuel flow rate, and a jet nozzle, wherein the air intake device has a first guide portion along an outer surface of an engine body. A control plate having a second guide portion at a rear end thereof and continuing to the combustor and moving in the front-rear direction by an actuator; and a rear end portion rotatable toward the engine body in a state facing the control plate. An inclined plate which is connected to the actuator and pivots in a direction of approaching / separating from the control plate by an actuator; a compression passage opened forward between the control plate and the inclined plate; and a throat portion provided behind the compression passage. A ramjet engine comprising: a detection means for forming a continuous diffusion flow path through a through hole, detecting a critical operation state near a throat portion, and controlling a control plate and an inclined plate.
燃焼器と、ジェットノズルを備えたラムジェットエンジ
ンにおいて、ジェットノズルが、直径方向に2分割され
たブロックから成り、一方のブロックがアクチュエータ
により前後方向に移動可能であると共に、他方のブロッ
クがエンジン本体に固定してあり、空気取入装置が、エ
ンジン本体の外面側に沿う第1案内部とその後端部に連
続して燃焼器に至る第2案内部を有し且つアクチュエー
タにより前後方向に移動する制御板と、制御板に対向す
る状態にしてエンジン本体側に後端部を回動自在に連結
し且つアクチュエータにより制御板に対して近接離間す
る方向に回動する傾斜板を備えると共に、制御板と傾斜
板の間で、前方に開放された圧縮流路と、この圧縮流路
の後方にスロート部を介して連続する拡散流路を形成
し、スロート部付近における臨界作動状態を検知して制
御板、傾斜板および一方のブロックを制御する検出手段
を備えたことを特徴とするラムジェットエンジン。2. A ramjet engine equipped with an air intake device, a combustor capable of controlling the flow rate of fuel, and a jet nozzle, wherein the jet nozzle comprises a block divided into two in the diameter direction, and one of the blocks is divided into two blocks. Is movable in the front-rear direction by an actuator, the other block is fixed to the engine body, and the air intake device continuously burns the first guide portion along the outer surface side of the engine body and the rear end thereof. A control plate having a second guide portion leading to the vessel and moving in the front-rear direction by an actuator, and a rear end portion rotatably connected to the engine body side in a state facing the control plate, and connected to the control plate by the actuator. A compression passage that opens forward between the control plate and the inclination plate, and a throat behind the compression passage. Forming a diffusion channel which continuously through the ram jet engine, characterized in that it comprises a detection means for controlling the control plate by detecting a critical operating condition in the vicinity of the throat portion, the inclined plate and the one block.
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